Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Mischblock nach der Gat¬ tung des Patentanspruchs 1. Bei den besonders angesproche¬ nen Anlagen zum thermischen Entgraten von Werkstücken, wel¬ che mit einem solchen Mischblock versehen sind, werden bei¬ spielsweise Wasserstoff und Sauerstoff aus einem Vorrat in Druckzylinder eingelassen, um danach von Gaseinstoßkolben unter erheblicher Verdichtung bis zu 100 bar durch den Misch¬ block in einen gasdicht verschlossenen, die zu entgratenden Werkstücke aufnehmenden Brennraum gedruckt .zu werden. Beim Zünden des Gasgemisches entsteht eine explosionsartige Ver¬ brennung. Dabei treten kurzzeitig Temperaturen von bis zu mehreren 1000 C auf, bei denen unerwünschte Grate wegschmel¬ zen bzw. mit Hilfe eines gewissen SauerstoffüberSchusses weg¬ brennen.

Die bei der explosionsartigen Verbrennung auftretenden hohen Drücke und Temperaturen müssen von den Gaseinstoßvorrichtun¬ gen ferngehalten werden, weshalb in den Gaszuführungsbohrun¬ gen des Mischblocks Ventile angeordnet sind, welche die Boh¬ rungen während des Brennvorgangs gasdicht verschließen. Dazu

sind bei einer bekannten Ventilanordnung in den Gaszuführungs¬ bohrungen für jede Komponente des einzupumpenden und zu ver¬ brennenden Gasgemisches ein Stößel verschiebbar angeordnet, der in seiner einen Endlage den Gasdurchsatz über den Misch- und Zündkanal zum Brennraum freigibt und in seiner anderen Endlage den Gasdurchsatz sperrt, indem er durch eine äußere, entsprechend bemessene Kraft entgegen dem während des Brenn¬ vorgangs auftretenden Druck mit einer kugelförmigen Ventil¬ fläche gegen den Ventilsitz gepreßt wird. Durch die hohe Be¬ anspruchung der Ventile bereitet ihre auch für längere Le¬ bensdauer betriebssichere Ausbildung erhebliche Schwierig¬ keiten, die mit bekannten Konstruktionen bisher nicht beho¬ ben werden konnten. So treten insbesondere durch Verschmut¬ zungen am Ventilsitz Undichtigkeiten auf, welche sich durch die hohe thermische Belastung alsbald verstärken und zur Un- brauchbarkeit der Ventile führen. Davon sind bei einer Anlage stets mehrere Ventile betroffen, nämlich die in den Gaszufüh¬ rungsbohrungen an-ge ^' ordneten Hauptventile und mindestens ein Ent.lüftungsventil zum Ablassen des Gasgemisches bei Zündaus¬ setzern und dergleichen, das in einer von einer Gaszuführungs¬ bohrung abgehenden, nach außen führenden Bohrung angeordnet ist .

Es wurde versucht, die Ventile dadurch zu schützen, daß zwi¬ schen dem Misch- und Zündkanal des Mischblocks und den Ven¬ tilen Bohrungen solcher Länge eingefügt sind, daß das Volu¬ men der in den Bohrungen befindlichen, für sich allein nicht brennbaren Gaskomponenten ausreicht, um ein Schutzpolster zu bilden, welches die Ventile thermisch isoliert und den Explosionsdruck des gezündeten Gasgemisches elastisch ab¬ fängt. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß eine solche Gasvorlage nicht in allen Fällen ausreicht, um die die Standzeit der Ventile nachteilig beeinflussenden Fakto¬ ren (Druck, Temperatur, Verunreinigung) völlig von den Ven¬ tilen fernzuhalten. Durch die DE-PS 2 kθ Ok ist es außer-

dem bekannt., anstelle einer Gasvorlage eine Flüssigkeits¬ vorlage zum Schutz der Ventile zu benutzen. Hierzu sind die Gaszuführungsbohrungen mit den Ventilauf ahmebohrungen über Kanäle verbunden, wobei die Kanäle und die Ventilbohrungen über ein weiteres Ventil mit einer unbrennbaren und gegen¬ über Brenngas im wesentlichen neutralen Flüssigkeit füll¬ bar sind. Eine solche Flüssigkeitsvorlage bildet zwar einen wirksamen Schutz gegen thermische Überlastung der Ventile, da die Flüssigkeit die beim Zünden des Gasgemisches kurz¬ zeitig auftretenden hohen Temperaturen unter Eigenerwärmung absorbiert. Sie ist jedoch nicht geeignet, die durch die Explosion des Gasgemisches entstehenden hohen Drücke von den Ventilen fernzuhalten, da sie ihr Volumen beibehält. Außerdem ist ein solcher Mischblock in der Herstellung er¬ heblich komplizierter und teurer als ein vergleichbarer Mischblock ohne Flüssigkeitsvorlage.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Mischblock mit den kennzeichnenden Merk¬ malen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die in den Gaszuführungsbohrungen befindlichen Hauptventile und gegebenenfalls ein Entlüftungsventil sowohl gegen ther¬ mische Belastung als auch gegen Verunreinigungen und hohe Drücke optimal geschützt sind und demzufolge sehr lange Stand¬ zeiten haben. Das im Misch- und Zündkanal angeordnete Hilfs¬ ventil trennt die Hauptventile und das Entlüftungsventil von dem "heißen Bereich", d.h. es blockt den beim Zünden des Gas¬ gemisches auftretenden Explosionsdruck, die heißen, zurück¬ strömenden Gase und die von diesen mitgerissenen Verbrennungs¬ rückstände ab und hält sie von den Hauptventilen und dem Ent¬ lüftungsventil fern. In dem Raum zwischen den Hauptventilen und dem Hilfsventil verbleibt lediglich eine geringe Gasmenge, die nicht verbrennt. Die Schließkraft der Hauptventile kann erheblich niedriger gewählt werden als bei bekannten Misch- blδcken, da sie nur den Brennkammer-Fülldruck, nicht dagegen

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den weitaus höheren Explosionsdruck nach dem Zünden des Gasge¬ misches aufzufangen haben.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Pa¬ tentanspruch 1 angegebenen Mischblocks möglich. So kann das Hilfsventil als leicht austauschbare Baugruppe in einem als Verschlußstopfen für den Misch- und Zündkanal dienenden Ein- satzteil angeordnet sein. Als Hilfsventil wird bevorzugt ein handelsübliches Tellerventil mit oder ohne Natriumküh¬ lung verwendet. Zum Schütze des -Hilfsventils ist es ferner von Vorteil, daß der Misch- und Zündkanal eine zwischen dem Hilfsventil und der Zündstelle angeordnete Gasstaustufe ent¬ hält. Diese Stufe dämpft die Verbrennungsdruckwelle mit den heißen, rückströmenden Gasen und Verunreinigungen, so daß das Hilfsventil im wesentlichen nur der Temperatur ausgesetzt ist, welche durc-h die Verbrennung der relativ geringen Gasmenge zwischen Ventil und Gasstaustufe entsteh ^* ) ^* . Eine zusätzliche ^" thermische Entlastung des Hilfsventils läßt sich dadurch er¬ zielen, daß der Mischblock, insbesondere im Bereich des Ven¬ tilsitzes des Hilfsventils, mit Kühlmittelbohrungen versehen is .

Zeichnung

Weitere Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei¬ bung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs¬ beispiels. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Anlage zum thermischen Entgraten von Werk¬ stücken, Figur 2 die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäß ausgebildeten Mischblocks in einem Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist mit 1 eine Werkstück-Bearbeitungskammer be¬ zeichnet, die einen Brennraum 2 hat, in dem sich ein zu ent-

gratendes Werkstück 3 befindet. Das Werkstück ruht auf einem in Richtung des Doppelpfeils 4 bewegbaren Teller 5 , welcher vor der Auslösung des Füll- und Entgratvorgangs an die Stirn¬ fläche der Werkstück«-Bearbeitungskammer 1 angelegt wird und den Brennraum 2 gasdicht verschließt. Zwischen Teller 5 und Stirnfläche ist eine Dichtung 6 angeordnet.

Die Gaskomponenten des Brenngas-Sauerstoffgemisches werden über einen Dosierzylinder 7 für Brenngas bzw. einen Dosier¬ zylinder 8 für Sauerstoff mittels je eines Gaseinstoßkolbens

9 bzw. _0 in einen Mischblock 11 eingebracht. Die Kolben 9 _.

10 sind durch ein Joch 12 miteinander gekoppelt, so daß sie unter dem Einfluß einer am Joch 12 angreifenden Kraft Hübe gleicher Größe ausführen. Es sind auch Systeme mit hydrau¬ lischer Kopplung der Gaseinstoßkolben bekannt. Der Dosier¬ zylinder 8 für Sauerstoff hat ein größeres Volumen als der Dosierzylinder 7 für Brenngas, so daß bei gleichem Füll¬ druck im_ Zylinder 8 eine größere Sauerstoffmenge vorhanden ist. Als Standardgemisch ist ein Gemisch mit 0 - 100 % Sauer¬ stoffüberschuß anzusehen, wobei als Brenngas Wasserstoff oder Erdgas bzw. Methan verwendet wird.

Von den Dosierzylindern 7 _. 8 führt je eine druckfeste Lei¬ tung 13 bzw. 14 in. den Mischblock 11, der aus einem massiven Metallblock besteht. Die Leitungen 13, 14 münden in je eine Anschlußbohrung 15 bzw. 16 im Mischblock 11, an die sich Gaszuführungsbohrungen 17 bzw. 18 anschließen. Die Bohrungen 17, 18 münden in einen Misch- und Zündkanal, der aus recht¬ winklig zueinander angeordneten Bohrungen 19 _s 20 besteht. Durch die Bohrung 20 und eine weitere, in der Bearbeitungs¬ kammer 1 ausgebildete Bohrung 21 strömt das brennbare Gas¬ gemisch .in den Brennraum 2 der Kammer. Zum Zünden des Gas¬ gemisches dient eine in die Bohrung 20 hineinragende Zünd¬ kerze 22, die in einem Einsatz 23 des Mischblocks 11 sitzt. Anstelle einer Zündkerze kann auch eine Glühkerze oder ein anderer geeigneter Zünder verwendet werden. Zwischen den

Bohrungen 15. und 16, 18 befindet sich je ein Ventil 24, 25 bzw. 2 ^β , 27. Diese nachstehend Hauptventile genann¬ ten Ventile werden am Beginn des Gaseinstoßvorgangs durch Federkraft geöffnet und nach Abschluß des Gaseinstosses, wenn die Kolben 9 _. 10 ihre Endstellung erreicht haben und sich kein Gas mehr in d.en Zylindern 7 _. 8 befindet, wieder geschlossen. Das Schließen der Ventile gegen Federwirkung und das Zuhalten derselben bei der Explosion des in der Kammer 2 bef ndlichen Gasgemisches erfolgt vorzugsweise durch Hydraulikkraft. Ein weiteres Ventil 28, 29 ist in einer Entlüftungsbohrung 30 angeordnet, die von der Bohrung 19 abgeht. Dieses Ventil ist während des Gaseinstoßvor¬ gangs und während des Entgratprozesses geschlossen. Es wird geöffnet, wenn die Kammer entlüftet und dort vorhan¬ dener Überdruck abgebaut werden soll.

Die Anlage arbeitet wie folgt: Brenngas und Sauerstoff wer¬ den über Leitungen 31, .3 ^* 2 mit einem Druck von beispielsweise 5 bar in die Zylinder 7, 8 eingelassen. Nachdem die Zylinder gefüllt sind, schieben die Einstoßkolben 9 _. 10 die Gase über den Mischblock 11 in den Brennraum 2 der geschlossenen Werk¬ stück-Bearbeitungskammer 1 und verdichten sie dort zu dem so¬ genannten Kammerfülldruck. Dieser kann je nach Art des ver¬ wendeten Brenngases und des Werkstoffes der zu bearbeitenden Werkstücke bis zu 100 bar betragen. In den Bohrungen 19, 20 des Mischblocks 11 werden die beiden Gase (Sauerstoff und Brenngas) miteinander vermischt. Nach beendetem Füllvorgang werden die Ventile 24, 25 und 26, 27 geschlossen und an¬ schließend das Gasgemisch mittels der Zündkerze 22 gezün¬ det. Die Flammenfront schreitet dann über die Bohrung 21 zum Brennraum 2 fort. Bei der Explosion tritt im Brennraum kurz¬ zeitig ein Druck bis zu 1700 bar und Temperaturen in der Größenordnung von 3500 C auf. Diesen Drücken und Temperatu¬ ren sind auch die Ventile 24, 25; 26, 27 und 28, 29 des Mischblocks 11 ausgesetzt, da die diversen Bohrungen des Mischblocks den heißen Verbrennungsgasen Zutritt zu den Ven-

tilen gewähren. Die Ventilsitze brennen aus, so daß keine einwandfreie Abdichtung der Gaszuführungsbohrungen 17 _. 18 und der Entlüftungsbohrung ^" 30 mehr gewährleistet ist.

Um die Hauptventile und das Entlüfungsventil gegen solche Belastungen zu schützen' und damit ihre Lebensdauer zu er¬ höhen hat der in Figur 2 dargestellte Mischblock θ Mittel, um die Ventile gegen hohe Drücke und Temperaturen abzu¬ schirmen. Im einzelnen besteht der Miso.hblock 40. aus zwei, fest miteinander verbundenen Teilstücken 40a und 40b. Der linke Teil enthält zwei Gasanschlußbohrungen 1, 42 und Gaszuführungsbohrungen 43, 44 für Sauerstoff und Brenngas. Die Bohrungen 43, 44 ergeben sich aus einer Sacklochboh¬ rung, die durch einen Gewindestopfen 4 verschlossen ist. Die Anschlußbohrung 1 führt in eine mehrfach abgestufte Ventilbohrung 46, welche in die Gaszuführungsbohrung 43 mün¬ det. In der Bohrung 46 ist eine Führungshülse 47 für einen Ventilstößel 48 angeordnet, dessen als Halbkugel ausgebil¬ detes Ende mit einer als Ventilsitz dienenden Hülse 50 zusammenarbeitet. Den Ventilstößel umschließt ein Federele¬ ment 51 ■ _> das das Ventil in Of enstellung zu halten sucht. Die die Feder 51 überwindende S hließkraft für das Ventil wird von einer nicht dargestellten Hydraulik aufgebracht.

Zwischen den Bohrungen 42 und 44 für die Brenngaszufuhr ist eine identische Ventilanordnung angebracht. , von welcher der Übersichtlichkeit wegen nur ein ^' Ventilstößel 52 und ei¬ ne Öff ungsfeder 53 dargestellt sind.

Von der Gaszuführungsbohrung 44 geht eine Entlüftungsbohrung ab, die gleichfalls ein Ventil enthält. Der Ventilstößel dieses Ventils ist mit 55 und eine ihm zugeordnete Öffnungs¬ feder mit 56 bezeichnet. Das Entlüfungsventil ist während des Gaseinstosses und während des Entgratvorgangs geschlos¬ sen. Es wird nur geöffnet, um erforderlichenfalls durch Ab¬ lassen des komprimierten Gasgemisches Druckausgleich zwischen

Brennraumdruck und atmosphärischem Druck herstellen zu kön¬ nen.

Zwischen den beiden Hauptventilen 48, 49, 50, 51 bzw. 52, 53 sitzt in einer mehrfach abgestuften Längsbohrung 57 des Mischblock-Teilstücks 4.0a ein zylindrischer Einsatzteil 8, welcher die Bohrung 57 einseitig verschließt. Der den grö߬ ten Durchmesser aufweisende Abschnitt dieser Bohrung ist mit einem Gewinde versehen, in das der Einsatzteil 8 ein--- geschraubt ist. Der Einsatzteil hat an seinem in das Innere des Mischblocks gerichteten Ende einen Absatz 59 _. auf dem eine gegenüber der Bohrungswand abgedichtete Hülse 60 sitzt. Außerdem ist der Einsatzteil im Bereich des Absatzes 59 mit einer Innenbohrung 61 versehen, von der zwei Seitenbohrungen 62, 63 abgehen, von denen die Bohrung 62 die Verbindung zur Gaszuführungsbohrung 43 und die Bohrung 63 die Verbindung zur Gaszuführungsbohrung 44 herstellt.

In dem Einsatzteil 58 ist der Stößel 6h eines Hilfsventils geführt, dessen Teller 65 mit der als Ventilsitz dienenden Hülse 6θ zusammenarbeitet. Am freien Ende des Stößels 6k ist eine Bundhülse 66 befestigt, an der sich eine Feder 67 abstützt. Diese Feder ist bestrebt, das Hilfsventil in der dargestellten Schließstellung zu halten, in welcher sich ^* sein Teller 65 _. dichtend gegen die Hülse 6θ legt. Das Hilfs¬ ventil wird synchron mit den beiden Hauptventilen gesteuert, d.h. alle drei Ventile sind während des Gaseinstoßvorgangs geöffnet und werden nach Beendigung des Gaseinstoßes vor dem Zünden des Gasgemisches geschlossen.

An die den Einsatzteil 58 aufnehmende Bohrung 57 schließt sich eine Bohrung 68 an, die in eine im Teilstück Ob des Mischblocks 40 ausgebildete Stufenbohrung 69 übergeht. In dem den größeren Durchmesser aufweisenden Teil dieser Boh¬ rung ist eine Gasstaustufe 70 untergebracht. Diese besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Hülse 71 und einem in diese

eingeschweißten, massiven Rundkörper 72. Der Umfang des Rund¬ körpers ist mit als Gasführungskanäle dienenden Einstichen 73, 74 versehen, von denen die parallel zueinander liegen¬ den Einstiche 73 ringförmig über den Umfang des Rundkörpers 72 verlaufen, während die Einstiche 74 die Verbindung zwischen den Einstichen 73 herstellen. Der Rundkδrper 72 hat an seinem der Bohrung 68 abgewandten Ende eine zentrische Bohrung 75 _. an die sich der den kleineren Durchmesser aufweisende Teil der Stufenbohrung 69 anschließt. In diesen Bohrungsteil ragt eine Zündkerze 76, für die im Teilstück 40b des Mischblocks 40 eine Bohrung 77 vorgesehen ist. Die Bohrung 77 enthält eine Hülse 78 als Paßsitz für die Zündkerze sowie eine die Kerze in den Paßsitz pressende Gewindebuchse 79«

Die Bohrungen 61, 68, 69, 75 und die Einstiche 73, 7^ bil¬ den zusammen einen Misch- und Zündkanal für die durch die Bohrungen 41, 6, 3, 62 bzw. 2, 44, 63 bei geöffneten Hauptventilen und geöffnetem Hilfsventil eintretenden Gas- kompςnenten. Eine erste Vermischung erfahren die Gaskompo¬ nenten hierbei in der Bohrung 61 des Einsatzteils 58 und in der sich daran anschließenden Bohrung 68 des Teilstücks 40a des Mischblocks 40. In der Gasstaustufe 70 wird die Vermischung durch Umlenkung und Verwirbelung der Gase in den Einstichen 73, 74 verbessert, so daß im Bereich der Zündkerze 76 ein sehr zündfreudiges Gasgemisch vorhanden ist, das eine gute Reproduzierbarkeit der Ξntgratergebnisse sicherstellt.

Außer der beschriebenen Funktion als statischer Mischer für die Gaskomponenten beim Gaseinstoßvorgang erfüllt die Gas¬ staustufe eine weitere, wichtige Funktion, indem sie nach der Explosion des Gasgemisches im Brennraum den Rückstrom der heißen und unter hohem Druck stehenden Gase aus dem Brennraum in den Bereich der Teile 6θ, 65 des Hilfsventils durch Umlenkung abblockt und dadurch eine übermäßige Bela¬ stung des Ventils durch Hitze und Druck verhindert. Am Ven-

tilteller 65 und am Ventilsitz 6θ herrscht im wesentlichen nur die Temperatur, die bei der Verbrennung der relativ ge¬ ringen Gasmenge in der Bohrung 68 entsteht.

Die im Einsatz 58 ausgebildete Bohrung 6 \ ist während des Entgratvorgangs durch das Hilfsventil gegenüber der Boh¬ rung 68 abgeschlossen, so daß die in ihr befindliche, ge¬ ringe und minimal vermischte Gasmenge nicht verbrennen kann. Die in den Gaszuführungsbohrungen 3, 4 angeordne- ten Hauptventile und ebenso das Entlüftungsventil sind demzufolge vor jeglicher, beim Entgratvorgang auftreten¬ den Belastung_ optimal geschützt und brauchen daher nur noch selten ausgewechselt zu werden. Der Austausch des etwas stärker belasteten Hilfsventils ist relativ einfach und weniger kostspielig als der gleichzeitige Austausch zweier Hauptventile und eines Entlüftungsventils. Als zu¬ sätzliche Maßnahme zur thermischen Entlastung des Hilfs¬ ventils kann dieses im Bereich ^' des Ventilsitzes gekühlt sein. Hierzu sind im Teilstück 40a des Mischblocks 40 Kühl¬ flüssigkeit führende Bohrungen 8θ vorgesehen. Außerdem kön¬ nen handelsübliche mit Natrium gefüllte Ventile eingesetzt werden, die einen hohen Wärmeabfluß haben.