Das Design und die Auswahl einer Autogen-Brennerspitze/-düse

Tipps für Design/Auswahl der Autogen-Brennerspitze

Teil 1 einer 2-teiligen Serie

Bei der Konstruktion oder Auswahl einer Schneiddüse/-spitze für Autogenbrenner müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Wir werden einige der Schlüsselfaktoren durchgehen, die Sie bei der Auswahl der richtigen Autogen-Brennerspitze berücksichtigen sollten.

Im Folgenden sind einige, aber nicht alle Faktoren aufgeführt, die beachtet werden müssen

1. Die Dicke des zu schneidenden Stahls
2. Die Art der Schneidöffnung (zylindrische Öffnung oder Hochgeschwindigkeits-/divergente Öffnung)
3. Das zum Vorwärmen verwendete Gas
4. Die Art des durchzuführenden Schnitts (Formschnitt, Fasenschnitt etc.)
5. Die Eigenschaften des zu schneidenden Materials (Materialzusammensetzung, grundiertes Blech, Walzzunder usw.)

Es gibt noch weitere Parameter, die zu berücksichtigen sind, aber das sind wohl die wichtigsten. Von allen Faktoren des Brennschneidens ist die Düse und der daraus austretende Schneidsauerstoffstrom bei weitem der wichtigste Punkt dieses Verfahrens. Weder der Brenner noch die damit verbundenen Druckregelgeräte haben mit dem eigentlichen Schneiden zu tun.

Blechdicke

Die heutige Schneidkonvention sieht vor, dass der Öffnungsdurchmesser der Schneiddüse mit zunehmender Blechdicke vergrößert werden muss. Der Hauptgrund für diese Vergrößerung ist die Tatsache, dass die Qualität/Geschwindigkeit des Schneidstrahls mit zunehmendem Abstand vom Düsenaustritt abnimmt. Der Schneidsauerstoffstrahl hat immer mindestens Schallgeschwindigkeit (Mach=1) und nimmt entweder in der Düse oder nach Austritt Überschallgeschwindigkeit an.

Der Begriff „laminar“ wird manchmal zur Beschreibung dieses Strahls verwendet, ist aber kein geeigneter Begriff für einen Überschallstrahl. Die Länge des „guten“ Strahls hängt vom Öffnungsdurchmesser ab. Bei diesem Überschallstrahl besteht eine L/d-Beziehung zwischen der Länge eines guten Schneidstrahls (L) und dem Düsendurchmesser (d); daher nimmt die tatsächliche Länge dieses Strahls mit zunehmendem Öffnungsdurchmesser zu.

Während man eine „übergroße“ Düse verwenden kann, um „dünnes“ Material zu schneiden, führt dies normalerweise zu einer Qualitätsminderung sowie einem erhöhten Schneidsauerstoffverbrauch. Mit zunehmendem Öffnungsdurchmesser steigt auch die Schneidsauerstoffmenge. Bei einem festen Betriebsdruck steigt die Durchflussrate/Menge des Schneidsauerstoffs mit dem Quadrat des Durchmessers (d), sodass kleine Vergrößerungen des Öffnungsdurchmessers zu großen Erhöhungen der Durchflussrate führen.

Daher ist eine Überdimensionierung keine gute Idee, da dies zu einem erheblichen Anstieg der Betriebskosten führt. Ein starkes „Übermaß“ verringert auch die Rechtwinkligkeit des Schnitts. Typischerweise wird der Schnitt zu einem umgekehrten „V“, wobei die Unterseite der Schnittfuge breiter ist als die Oberseite der Schnittfuge.

Design der Schneidsauerstoff-Öffnungen

Heutzutage gibt es zwei Grundformen der Öffnung

1. Die Zylinderöffnung
2. Die divergende Öffnung (auch Hochgeschwindigkeitsöffnung genannt) (siehe Bild 1).

Die Zylinderöffnung wird am häufigsten zum Hand- und Maschinenschneiden von dünnen Materialien (0,3–1 cm) verwendet, während die divergierende Öffnung typischerweise für Material verwendet wird, das dicker als 1 cm ist. Da die meisten CNC-Schneidmaschinen heute sowohl mit Plasma als auch Gas schneiden, schneiden die meisten Kunden dünnes Material mit Plasma und wechseln bei 1,9–2,5 cm dickem Material von Plasma zu Gas. Der Wechsel wird in der Regel durch die Anzahl der installierten Plasmabrenner, die Leistung dieser Brenner sowie die Anzahl der installierten Autogenbrenner bestimmt.

Der Unterschied zwischen diesen beiden Arten von Sauerstofföffnungen ergibt sich aus dem für den optimalen Betrieb erforderlichen Druck. Die zylindrische Öffnung funktioniert am besten bei etwa 2,8 bar, während die divergente Öffnung am besten bei einem Druck im Bereich von 5,2–7 bar funktioniert. Der tatsächlich beste Druck ist eine Funktion des Verhältnisses von Ausgangsgröße zu Halsgröße, so dass der Druck vom Hersteller der Düse je nach dem von ihm gewählten Verhältnis bestimmt wird. Diese Drücke werden am Brennereingang gemessen. In der Regel funktionieren die Schneidspitzen bei einem Druck von +/- 0,7 bar des Auslegungsdrucks zufriedenstellend. Einige Bediener finden diese besonderen Bedingungen nach der Auswertung ihrer individuellen Bedingungen. Es ist zu beachten, dass die Schnittfugenbreite zunimmt, wenn der Schneidsauerstoffdruck erhöht wird.

Effektiv eingesetzte Düsen mit divergenter Öffnung haben im Vergleich zu Düsen mit zylindrischer Öffnung eine höhere Schnittgeschwindigkeit und verbrauchen trotz höherem Betriebsdruck weniger Sauerstoff pro Meter Schnittlänge. Die folgende Tabelle ist ein allgemeiner Vergleich der Schnittgeschwindigkeiten dieser beiden Düsentypen.

Diagramm der Brennschneidgeschwindigkeiten – zum Vergrößern klicken Sie hier

Während die tatsächlichen Geschwindigkeiten für Plasmastandards nicht beeindruckend sind, ist der prozentuale Unterschied zwischen den beiden Stilen beeindruckend. Da das gesamte Brennschneiden mit Geschwindigkeiten von weniger als 0,5 m/min durchgeführt wird, führt eine Erhöhung um 0,03 m/min zu einer signifikanten prozentualen Steigerung der Produktion.

In Teil 2 dieses Artikels besprechen wir das Design der Vorwärmdüsen in Bezug auf die verschiedenen Brenngase und die Anforderungen beim Fasenschneiden im Gegensatz zum Formschneiden. Wir erörtern auch verschiedene Bedingungen, die zu einer problematischen Schnittqualität führen können.