Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierun- gen, aufweisend einen Düsenkörper mit,

einer axialen Bohrung zum Ausströmen von Schneid ^¬ sauerstoff und einen topfartigen zylindrischen Freiraum am die Schneidflamme bildenden Austritt ^¬ sende der Düse,

- einer Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen, die in einem inneren oder äußeren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung angeordnet sind, und

einer Mehrzahl von Heizgasbohrungen, die in einem äußeren oder inneren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung angeordnet sind.

Sauerstoffgas-Schneidbrenner sind zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierungen vorgesehen. Damit werden beispielsweise Blöcke und Brammen effektiv geschnitten. Dabei wird die aus einem Strahl von Sauerstoff und Schneidgas entzündete Flamme des Schneidgasbrenners auf die Oberfläche des zu schneidenden Metalls gelenkt. Das Metall wird dadurch auf dessen Zündtemperatur erhitzt, wobei ein Strahl von Schneidsauerstoff das erhitzte Metall oxidiert, um den Schnitt zu bewirken. Dabei fängt das Werkstück an zu brennen und bildet eine Fuge, die sich zu einem Schnitt verlängert, wenn der Strahl weiterläuft. Da dabei noch Wärme entsteht, wird dieses Schneidbrennen als autogen bezeichnet, d.h. es erfolgt eine weitere Vorheizung der nächsten Stahlschichten der zu schneidenden Stelle aus der Temperatur, die aus dem verbrennenden Stahl gewon ^¬ nen wird.

Es werden prinzipiell vormischende (premixed) oder nachmischende (postmixed) Düsen bzw. Brenner unter ^¬ schieden. Bei vormischenden Düsen werden Heizsauerstoff und Heizgas innerhalb des Brennerkopfes gemischt bevor es zum Zünden ausströmt. In einem nachmischenden

Schneidbrenner werden der Heizsauerstoff und das Heiz- gas aus dem Brenner in einem ungemischten Strom ausge ^¬ geben. Durch Turbulenzen werden die Ströme miteinander vermischt bevor eine Zündung erfolgt.

Aus der US 6,277,323 Bl und der CA 2,109,772 C ist eine sogenannte nachmischende Schneiddüse für eine Schneid ^¬ brenneinrichtung bekannt, bei der eine Mischung der Me ^¬ dien Heizsauerstoff, Heizgas und Schneidsauerstoff aus ^¬ schließlich am Austrittsbereich der Flamme erfolgt. Die Düse wird von einer Haltemutter umfasst, welche die Dü- se umgibt und mit dem Schneidbrenner verbunden wird. Die Düse weist eine axiale Bohrung zum Ausströmen von Schneidsauerstoff eines Schneidbrenners auf. Des Weite ^¬ ren ist eine Mehrzahl von Heizgasbohrungen vorgesehen, die in einem inneren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Düse ei ^¬ ne Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen, die in einem äußeren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung an ^¬ geordnet sind. Jeder der Bohrungen, nämlich die axiale Bohrung, die Heizgasbohrungen und die Heizsauerstoff ^¬ bohrungen, münden in Ausströmöffnungen an einem Aus ^¬ strömende, das in einen zylindrischen Freiraum inner ^¬ halb der Haltemutter übergeht, in welchem die Schneid ^¬ flamme gebildet wird.

Bei dieser Düse handelt es sich also um eine außenmi ^¬ schende - auch „postmixing" genannt" - Düse, d.h. es erfolgt keine Mischung der Medien innerhalb der Düse. Darüber hinaus ist die Düse wegen der zusätzlichen Hal ^¬ temutter mehrteilig ausgebildet, so das diese teuer und aufwändig herzustellen ist. Darüber hinaus können sich am Austrittsbereich der Flamme im zylindrischen Frei ^¬ raum innerhalb der Haltemutter Verunreinigungen, wie Staub- und Schmutzpartikel, ansammeln und in die Düse eindringen .

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Düse der eingangs genannten Art zu schaffen, die preiswert herstellbar ist und dabei weitgehend gegen Verunreinigungen ge ^¬ schützt wird und einen höheren Wirkungsgrad beim

Schneidbrennen von Werkstücken aus Stahl- und Eisenle ^¬ gierungen erzielt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,

- dass zusätzlich zwei Gruppen von mehreren konzen ^¬ trisch angeordneten und in einem Winkel von je ^¬ weils etwa 45°, bezogen auf die axiale Bohrung, verlaufende schräge Bohrungen zum Zuführen von Heizgas bzw. atmosphärischer Außenluft vorgesehen sind, wobei

die schrägen Bohrungen zum Zuführen von zusätzli ^¬ chem Heizgas der ersten Gruppe von der Eintritt ^¬ seite des Düsenkörpers verlaufen und jeweils in einer der konzentrischen Heizsauerstoffbohrungen im Düsenkörper münden, und

die schrägen Bohrungen zum Zuführen von atmosphä ^¬ rischer Außenluft der zweiten Gruppe von der Au ^¬ ßenfläche des Düsenkörpers zum zylindrischen Frei räum der Düse verlaufen und in diesen münden.

Durch die schrägen Bohrungen der ersten Gruppe an der Eintrittseite der Düse wird durch die Sogwirkung in den Bohrungen für den Heizsauerstoff zusätzlich Heizgas an ^¬ gesaugt und mit dem Heizsauerstoff vermischt, um den Wirkungsgrad der Schneidflamme zu verbessern.

Durch die schrägen Bohrungen der zweiten Gruppe wird atmosphärische Außenluft infolge des Unterdruckes und der damit verbundenen Sogwirkung in den topfartigen zy ^¬ lindrischen Freiraum am Austrittsende der Düse gesaugt und bildet in diesem Bereich einen die Schneidflamme umgebenden LuftSchleier, durch den der Wirkungsgrad der Schneidflamme erhöht wird.

Bei den schrägen Bohrungen der ersten Gruppe erfolgt ein „nozzle-mixing", also eine Mischung des Heizsauer ^¬ stoff-Heizgas-Gemisches innerhalb des Düsenkörpers. Da bei werden in die Längsbohrungen Heizsauerstoff und über die schrägen Bohrungen Heizgas zugeführt. Diese beiden Medien mischen sich im Verlauf der Längsbohrun ^¬ gen, so dass ein Teil der Gesamtmenge der Gase vorge ^¬ mischt wird. Hingegen erfolgt bei den schrägen Bohrungen der zweiten Gruppe ein „postmixing" , d.h. ein Nachmischen des Schneidsauerstoff-Außenluft-Gemisches am Austrittsende der Düse. Im zylindrischen freien Raum erfolgt daher eine weitere Vermischung der Gase. Bei der erfindungs- gemäßen Düse wird somit auf zwei Arten der Schneidsau ^¬ erstoff gemischt.

Mit der zweiten Gruppe von schrägen Bohrungen wird ein Luftschleier um die Schneidflamme gelegt. Die Flamme entsteht aus Heizgas, Heizsauerstoff und Schneidsauer ^¬ stoff. Der Heizsauerstoff wird bereits zum Teil in der Düse mit zusätzlichem Heizgas durch die erste Gruppe von schrägen Bohrungen vorgemischt. Durch das vorbei ^¬ streifende Gas-Sauerstoff-Gemisch der Flamme wird im zylindrischen freien Raum weitere Umgebungsluft über die zweite Gruppe von schrägen Bohrungen angesaugt, die sich als Luftschleier um die Flamme legt. Dieser Luft ^¬ schleier sorgt dafür, dass die Düse zusätzlich noch ge ^¬ kühlt wird. Wegen des LuftSchleiers können keine Verun ^¬ reinigungen, wie Staub- und Schmutzpartikel in die Düse eindringen .

Weiterhin ist vorgesehen, dass die schrägen Bohrungen der zweiten Gruppe nahe dem Austrittsende der Düse in den zylindrischen Freiraum münden, um einerseits den Luftschleier um die Flamme zu legen und andererseits den Austrittsbereich des Düsenkörpers zu kühlen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Düsenkörper einstückig ausgebildet. Dadurch ist die Dü ^¬ se mit weniger Bauteilen und somit preiswerter her ^¬ stellbar .

Nach einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die axiale Bohrung an ihrem zum topfartigen zylindrischen Freiraum des Düsenkörpers gerichteten Endbereich sich konisch erweiternd ausgebildet. Der ko ^¬ nische Endbereich der axialen Bohrung ist vorgesehen, um die Geschwindigkeit des SchneidsauerstoffStrahles, die an dem vorangegangenen Engpass der axialen Bohrung entsteht, weiter zu erhöhen und einen glatten Strahl hoher Geschwindigkeit und Energie nach dem Prinzip der Lavalle-Düse zu erzeugen und die beim Verbrennen des zu schneidenden Metalls entstehende Schlacke wegzuschleu- dern.

Ferner ist vorgesehen, dass der Düsenkörper ein Außen ^¬ gewinde zum Verbinden mit einer Schneidbrennereinrich ^¬ tung aufweist. Dadurch kann eine Haltemutter, wie bei der Lösung gemäß dem Stand der Technik vorgesehen ist, eingespart werden.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbei- Spieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine eingangsseitige Stirnseitenansicht der erfindungsgemäß Düse, Fig. 2 eine Seitenansicht der Düse entlang der Linie

A - A gemäß Fig. 1 und,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Düse entlang der Linie

B - B gemäß Fig. 1.

Die Düse 1 gemäß den Fig. 1 bis 3 besitzt einen Düsen ^¬ körper 2, der einstückig ausgebildet ist. Umfangsseitig ist der Düsenkörper 2 teilweise mit einem Sechskant 3 versehen, um diese mit einem geeigneten Werkzeug an ei- nem nicht dargestellten Schneidbrenner zu befestigen. Ein anderer Abschnitt des Außenumfanges des Düsenkör ^¬ pers 2 ist mit einem Außengewinde 4 versehen, um die Düse 1 mit einem Schneidbrenner zu verschrauben . Mittig des Düsenkörpers 2 ist eine axiale Bohrung 5 ausgebildet, die sich von der Eintrittsseite 6 bis zu einem topfartigen zylindrischen Freiraum 7 am Austritt ^¬ sende 8 des Düsenkörpers 2 erstreckt. Die axiale Boh ^¬ rung 5 besitzt an ihrem zum topfartigen zylindrischen Freiraum 7 gerichteten Endbereich eine konische Erwei ^¬ terung, mittels welcher der durch die axiale Bohrung 5 strömende Schneidsauerstoff in der Geschwindigkeit und damit seiner Energie beschleunigt wird. An diesem Ende der axialen Bohrung 5 bildet sich die Schneidflamme 10, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Gemäß Fig. 2 umfasst die Düse 1 eine Mehrzahl von Heiz ^¬ sauerstoffbohrungen 11, die sich parallel zur axialen Bohrung 5 von der Eintrittsseite 6 der Düse 1 bis zum topfartigen zylindrischen Freiraum 7 des Düsenkörpers 2 erstrecken. An der Eintrittseite 6 der Düse 1 ist eine Gruppe von mehreren konzentrisch angeordneten schrägen Bohrungen 12 ausgebildet, die in einem Winkel von etwa 45°, bezogen auf die axiale Bohrung 5, von der Ein ^¬ trittseite 6 jeweils in eine der Heizsauerstoffbohrun- gen 11 im Düsenkörper 2 münden. Über die schrägen Boh ^¬ rungen wird zusätzlich Heizgas durch die Sogwirkung des Heizsauerstoffes in die Heizsauerstoffbohrungen 11 zu ^¬ geführt. Dabei erfolgt eine Mischung des Heizsauerstof ^¬ fes mit dem zusätzlichen Heizgas im Inneren der Düse 1.

Gemäß Fig. 3 sind parallel zur axialen Bohrung 5 eine Mehrzahl von Heizgasbohrungen 13 ausgebildet, die in einem konzentrischen Innenring der Düse 1 angeordnet sind. Auch hier ist eine Gruppe von schrägen Bohrungen 14 vorgesehen, die von der Außenfläche des Düsenkörpers 2 zum zylindrischen Freiraum 7 der Düse 1 verlaufen und in diesen nahe dem Austrittsende 8 der Düse 1 münden. Hierdurch wird zusätzlich durch die Sogwirkung der Schneidflamme 10 atmosphärische Außenluft angesaugt und legt einen Luftschleier um die Schneidflamme 10 und vermischt sich gleichzeitig mit dem Schneidsauerstoff aus der axialen Bohrung 5 und den mit Heizgas vorge ^¬ mischten Heizsauerstoff. Liste der Bezugszeichen

1 Düse

2 Düsenkörper

3 Sechskant

4 Außengewinde

5 axiale Bohrung

6 Eintrittsseite

7 Freiraum

8 Austrittsende

9 konische Erweiterung

10 Schneidflamme

11 Heizsauerstoff ohrungen

12 schräge Bohrungen

13 Heizgasbohrungen

14 schräge Bohrungen