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EP2564119B1 - Mehrflammenbrenner mit flammenweitergabe - Google Patents

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Publication number
EP2564119B1
EP2564119B1 EP11703445.4A EP11703445A EP2564119B1 EP 2564119 B1 EP2564119 B1 EP 2564119B1 EP 11703445 A EP11703445 A EP 11703445A EP 2564119 B1 EP2564119 B1 EP 2564119B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
flame
nozzle
nozzles
fuel gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP11703445.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2564119A1 (de
Inventor
Anton Imgrundt
Johann Stocker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to PL11703445T priority Critical patent/PL2564119T3/pl
Publication of EP2564119A1 publication Critical patent/EP2564119A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2564119B1 publication Critical patent/EP2564119B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/26Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48Nozzles
    • F23D14/56Nozzles for spreading the flame over an area, e.g. for desurfacing of solid material, for surface hardening, or for heating workpieces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48Nozzles
    • F23D14/58Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q3/00Igniters using electrically-produced sparks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q9/00Pilot flame igniters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2207/00Ignition devices associated with burner
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14Special features of gas burners
    • F23D2900/14003Special features of gas burners with more than one nozzle

Definitions

  • the present invention relates to a multi-flame burner with Brenngasbeaufschlagbaren burner nozzles, in particular for thermal material processing methods, a Brenngasbeaufschlagbare burner nozzle of such a multi-flame burner, and a method for thermal material processing, in which such a multi-flame burner is used.
  • multi-flame burners according to the invention can also be advantageously used in other fields of application.
  • the present invention can be used for flame brazing, fusion bonding, for example, flame spray coating, hot forming, and flame hardening. This may also be in particular methods for preheating, reheating, soaking and hot forming, for example in mechanical engineering, steel and container construction, act. Also, for example, for drying, especially for drying before sandblasting, welding or signing, the invention can be used.
  • flame heating according to DIN 8522 is a process in which a workpiece is heated to change its properties, such as to affect the resistance to deformation.
  • Flame heating is also used for preheating in welding, cutting and related metalworking processes.
  • sheets of more than 30 mm thickness made of S355 steel are preheated to 89 to 128 ° C immediately before cutting.
  • temperatures of up to 200 ° C are used in welding processes and temperatures between 100 and 400 ° C for alloyed steels.
  • flame blasting for example with acetylene
  • a burner nozzle assembly is directed onto a workpiece surface.
  • clean sheet surfaces for further processing can be achieved and remove rust, mill scale and scale layers easily and inexpensively.
  • flame spraying can be used to thermally treat concrete and natural stone surfaces in order, for example, to remove paints, coatings, oil spills or rubber abrasion and to create surfaces.
  • Acetylene burners are often used in the applications presented. Compared to other fuel gases, acetylene has an extremely high flame temperature of more than 3,000 ° C., which can be attributed inter alia to the positive formation enthalpy of the acetylene molecule (C 2 H 2 ). Per kilogram of acetylene 8,714 kJ are released for thermal utilization. These properties of acetylene are therefore of particular interest in thermal heat processes, since the heat is all the faster the flame passes to the workpiece, the higher the temperature of the combustion flame. Other advantages of acetylene include the high ignition speed. The thermal efficiency is better in the said method, the faster the hot combustion products impinge on the workpiece. This requirement arises in particular when heating metallic materials with high heat dissipation, for example in steel, copper and aluminum.
  • FIGS. 1A to 1C Such multi-flame burners are shown.
  • Figure 1A shows a standard hand torch
  • FIG. 1B is a so-called ingot burner
  • Figure 1C a lance burner shown.
  • the illustrated burners have as common features a fuel gas supply 1, via which, for example, a gas mixture of acetylene and oxygen is supplied.
  • a Gas At a Gas Installations- and holding device or a burner body 2 burner nozzles 3 are attached. By igniting the burner nozzles 3 in the case of fuel gas flowing out, working flames 4 are formed.
  • the burner nozzles may have regulating and / or adjusting devices 5.
  • Another Mehrflammenbumble according to the preamble of claim 1 discloses the DE 18 15 004 A1 ,
  • all individual nozzles Before using a suitable burner, all individual nozzles, for example with pilot lights or spark plugs, must be ignited manually or automatically.
  • a pilot flame is guided along the burner nozzles or it is ensured by means of a dynamic pressure that a flame is formed at all burner nozzles.
  • the burner is close to a correspondingly large plate hold.
  • the operator of a corresponding facility has to ensure that a flame is formed at all burner nozzles (the mixture outlet points).
  • manual ignition of a visual inspection of the ignition process is possible, this option is not always given in the automated operation of a corresponding burner, which usually also an automatic ignition takes place.
  • the so-called "burning through" of all flames often causes difficulties. For example, if the torch is not aligned with a workpiece or the geometry of the workpiece is inappropriate or the distance between the torch nozzles is too great, the tendency to bleed will be degraded.
  • flashover is understood to mean the passing on of a pilot flame or burner flame from one burner nozzle to the next.
  • the other burner nozzles then ignite successively at the first burner nozzle, so they ignite.
  • the invention proposes a multi-flame burner with Brenngasbeaufschlagbaren burner nozzles, in particular for thermal material processing methods, a brenngasbeetzbergerbare Burner nozzle for such a multi-flame burner, and a method for thermal material processing with the features of the respective independent claims before.
  • fuel gas means pure fuel gases, for example acetylene, methane, ethane, propane, butane, ethene, methylacetylene or hydrogen, but also any suitable gas mixtures and also mixtures containing oxygen and fuel gas, such as fuel gas. Oxygen / compressed air / suction air mixtures, understood.
  • At least one of the burner nozzles of a multi-flame burner has two, three or more auxiliary nozzle openings arranged linearly laterally of a main nozzle arrangement for generating a working flame.
  • the secondary nozzle opening is traversed by the same fuel gas as the main nozzle opening and is advantageously in fluid communication with this and a fuel gas supply.
  • auxiliary nozzle opening occurs after ignition to form at least one secondary flame, the orientation of which has a direction component (vector component) in the direction of the adjacent combustion nozzle, which is thus suitably aligned in the direction of a working or secondary flame of an adjacent burner nozzle .
  • the passing of a flame between individual burner nozzles of a Multi-flame burner can be significantly improved.
  • a complete ignition of all the flames of a multi-flame burner can be achieved safely and reliably, provided that the burner head distance and the fuel gas quantity and / or composition (for example, an acetylene burner) are in the functional range.
  • the measures according to the invention no longer require that the burner be aligned directly with a workpiece. The risk of escape of unburnt fuel gases due to non-combusted burner and the resulting risk of explosion is reduced or eliminated.
  • working flame is understood to mean the respective main flame of a burner nozzle of a multi-flame burner, which is directed onto a workpiece and serves, for example, for heating this workpiece.
  • the working flame is usually generated either by a single nozzle, or by a main nozzle assembly in which a central nozzle is surrounded by annularly arranged around these other nozzles. If, instead of a main nozzle arrangement, a single nozzle is provided, this is included in the scope of the application by the term “main nozzle arrangement”.
  • an "auxiliary flame” is the flame provided according to the invention, caused by the provision of at least two auxiliary nozzle openings, and at least partially aligned with an adjacent nozzle.
  • the sub-flames are smaller than the main flames due to lower gas volumes flowing through the sub-nozzle openings.
  • a "working flame” and an “auxiliary flame” may also be flame areas of a corresponding overall flame.
  • the primary flames which are respectively generated at the main and secondary nozzle openings, for example an acetylene fuel nozzle, are at least partially visually distinct from each other.
  • the so-called scattered flame forming around a primary flame usually envelops the primary flame in the form of an overall flame.
  • At least two auxiliary nozzle openings and / or at least one nozzle channel assigned to a corresponding auxiliary nozzle opening can be arranged at an angle to the main nozzle arrangement and / or a nozzle channel associated therewith.
  • At least one of the burner nozzles is provided with auxiliary nozzle openings for generating secondary flames in the direction of at least two adjacent burner nozzles.
  • a secondary jet opening through which fuel gas flows can, after being ignited, pass on a flame directly to an adjacent, not yet ignited, but fuel gas flow-through secondary jet opening.
  • the adjacent burner nozzle is ignited altogether and, in turn, due to the arrangement of the auxiliary nozzle openings, can pass on the flame to at least one further burner nozzle, thus igniting a burner arrangement.
  • a multi-flame burner of the type according to the invention has two, three or more secondary nozzle openings on at least one side of the main nozzle arrangement.
  • overall a suitable configuration or cross-sectional geometry of a burner flame and corresponding secondary flames can be effected.
  • Such a cross-sectional geometry can be adjusted selectively, for example based on a distance between individual burners and / or the type or pressure of a used fuel gas, so that a particularly effective transfer of burner flames is made possible.
  • a multi-flame burner according to the invention is set up such that at least one of the burners serves to ignite at least one adjacent burner nozzle via at least two secondary flames.
  • This can be achieved for example by suitable alignment of the auxiliary nozzle openings, their geometry, but also by suitable spacing of the burner nozzles. Due to the special design of the burner nozzles with sub-flames, it is only necessary for igniting a burner arrangement to ignite a burner, for example automatically, in one place, wherein a secure ignition of the entire burner is ensured.
  • a multi-flame burner according to the invention is designed as a hand torch or machine torch, for example as a strip burner or lance burner, for operation with acetylene as the fuel gas.
  • lance and inguinal burner with linear Burner arrangement profit due to their tendency to tend to für für Mikroneist especially of the measures according to the invention.
  • a multi-flame burner of the type described has at least one burner nozzle, a manual ignition device, a pilot flame, a spark plug or a piezo igniter for ignition, whereby the multi-flame burner is particularly suitable for automatic applications with non-manual ignition.
  • Brenngasbeetzschlagbaren burner nozzle is expressly made to the features of the previously explained multi-flame burner.
  • such Brenngasbeetzschlagbare burner nozzle is formed interchangeable, so that can be exchanged individual nozzles combine in a burner body to form a multi-flame burner and thereby the flame propagation can be optimized.
  • Also to the advantages and advantageous areas of application of the method according to the invention is made to the previously described features.
  • FIGS. 1A to 1C show, as explained above, multi-flame burner according to the prior art.
  • FIG. 2 shows, denoted overall by 10, a burner nozzle according to an embodiment of the invention Invention, which can be used for example in a multi-flame burner according to the invention.
  • the burner nozzle 10 has a burner nozzle head 20 and a burner nozzle foot 21. If the burner nozzle 10 is an exchangeable nozzle, it can be fastened to the burner nozzle foot 21 in a burner base body.
  • a main nozzle assembly 30 is provided, which has a main nozzle opening and this circularly surrounding further nozzle openings.
  • the main nozzle assembly 30 is, as previously explained, configured to form a working flame.
  • the burner nozzle 10 for generating secondary flames in addition to the main nozzle assembly 30 provided on the auxiliary nozzle openings 40.
  • the auxiliary nozzle openings 40 themselves, or their corresponding nozzle channels, can be offset angularly from the orientation of the main nozzle arrangement 30, so that a targeted alignment of the secondary flames in the direction of adjacent burner nozzles or their flames can be achieved.
  • FIG. 3 a total of 4 burner nozzles 11, 12, 13 and 14 are shown according to a particularly preferred embodiment of the invention in plan view.
  • the burner nozzles 11, 13 and 14 correspond to the burner nozzle 10 in the configuration and arrangement of the auxiliary nozzle openings 40 FIG. 2 .
  • the burner nozzle 12 has further, in the figure vertically downwardly facing auxiliary nozzle openings 41, which are aligned in the direction of a right angle to the row of burner nozzles 11, 12 and 13 arranged burner nozzle 14.
  • auxiliary nozzle openings 41 which are aligned in the direction of a right angle to the row of burner nozzles 11, 12 and 13 arranged burner nozzle 14.
  • a flame-through or a flame propagation as illustrated by the arrows 50, between the individual burner nozzles 11, 12, 13 and 14, achieve.
  • the illustrated burner nozzles 11, 12, 13 and 14 may be part of a multi-flame burner or a burner field of a multi-flame burner. It is understood that the configuration shown in Figure 3 is arbitrarily expandable and when providing additional auxiliary nozzle openings 40, 41 and a secure ignition ignition 50 can be effected in additional directions.
  • FIG. 4 a corresponding burner nozzle assembly is shown schematically in operation.
  • a fuel gas passes out of the burners 15 via a main nozzle arrangement and side-nozzle openings 40 arranged laterally therefrom. This results in the formation of a main flame or working flame 60, which can be aligned with a workpiece.
  • the primary flame of this working flame is indicated at 70.
  • Sub-flames 80 shown with corresponding primary flames 90.
  • the secondary flames 80 are at least partially aligned in the direction of adjacent nozzles, resulting in said particularly advantageous ignition.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrflammenbrenner mit brenngasbeaufschlagbaren Brennerdüsen, insbesondere für thermische Materialbearbeitungsverfahren, eine brenngasbeaufschlagbare Brennerdüse eines derartigen Mehrflammenbrenners, sowie ein Verfahren zur thermischen Materialbearbeitung, bei dem ein solcher Mehrflammenbrenner zum Einsatz kommt.
  • Stand der Technik
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf bestimmte thermische Materialbearbeitungsverfahren beschrieben wird, sei betont, dass die erfindungsgemäßen Mehrflammenbrenner, ebenso wie die entsprechenden Brennerdüsen, auch in anderen Anwendungsbereichen vorteilhaft zum Einsatz kommen können. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung für das Flammlöten, das Schmelzverbinden, beispielsweise von Flammspritzschichten, die Warmformgebung und das Flammhärten verwendet werden. Hierbei kann es sich auch insbesondere um Verfahren zum Vorwärmen, Nachwärmen, Soaken und Warmumformen, beispielsweise im Maschinen-, Stahl- und Behälterbau, handeln. Auch beispielsweise zum Trocknen, insbesondere zum Trocknen vor dem Sandstrahlen, Schweißen oder Signieren kann die Erfindung verwendet werden.
  • Beispielsweise handelt es sich beim Flammwärmen gemäß DIN 8522 um ein Verfahren, bei dem ein Werkstück erwärmt wird, um seine Eigenschaften zu ändern, etwa um den Formänderungswiderstand zu beeinflussen.
  • Das Flammwärmen wird auch zum Vorwärmen beim Schweißen, Schneiden und bei verwandten Verfahren der Metallbearbeitung angewendet. Beispielsweise werden beim Brennschneiden Bleche von mehr als 30 mm Dicke aus S355-Stahl unmittelbar vor dem Schnitt auf 89 bis 128 °C vorgewärmt. Bei Kohlenstoffstählen werden in Schweißverfahren hierzu Temperaturen von bis zu 200 °C und bei legierten Stählen Temperaturen zwischen 100 und 400 °C verwendet.
  • Beim Flammstrahlen, beispielsweise mit Acetylen, wird eine Brennerdüsenanordnung auf eine Werkstückoberfläche gerichtet. Hierdurch lassen sich saubere Blechoberflächen für die Weiterverarbeitung erzielen und Rost, Walzhaut und Zunderschichten einfach und unaufwendig entfernen. Durch Flammstrahlen lassen sich neben Metall auch Beton und Natursteinoberflächen thermisch behandeln, um beispielsweise Anstriche, Beschichtungen, Ölverschmutzungen oder Gummiabrieb zu entfernen und Oberflächen zu gestalten.
  • Im Rahmen der vorgestellten Anwendungen kommen häufig Acetylenbrenner zum Einsatz. Acetylen weist im Vergleich zu anderen Brenngasen eine außerordentlich hohe Flammtemperatur von über 3.000 °C auf, die unter anderem auf die positive Bildungsenthalpie des Acetylenmoleküls (C2H2) zurückgeführt werden kann. Pro Kilogramm Acetylen werden 8.714 kJ zur thermischen Nutzung frei. Diese Eigenschaften von Acetylen sind bei thermischen Wärmeverfahren deshalb von besonderem Interesse, da hier die Wärme umso schneller aus der Flamme auf das Werkstück übergeht, je höher die Temperatur der Brennflamme ist. Weitere Vorteile des Acetylens beinhalten die hohe Zündgeschwindigkeit. Der thermische Wirkungsgrad ist in dem genannten Verfahren umso besser, je schneller die heißen Verbrennungsprodukte auf das Werkstück auftreffen. Diese Anforderung stellt sich besonders beim Wärmen von metallischen Werkstoffen mit hoher Wärmeableitung, zum Beispiel bei Stahl, Kupfer und Aluminium.
  • Im Rahmen der genannten Verfahren kommen häufig Mehrflammenbrenner zum Einsatz, also Brenneranordnungen, die Brennerdüsen (Einzeldüsen) aufweisen, welche von einer gemeinsamen Brenngasquelle versorgt werden. In den Figuren 1A bis 1C sind derartige Mehrflammenbrenner dargestellt. Figur 1A zeigt einen üblichen Handbrenner, in Figur 1B ist ein sogenannter Leistenbrenner und in Figur 1C ein Lanzenbrenner dargestellt. Die abgebildeten Brenner weisen als gemeinsame Merkmale eine Brenngaszuführung 1 auf, über die beispielsweise ein Gasgemisch aus Acetylen und Sauerstoff zugeführt wird. An einer Gasführungs- und Halteeinrichtung bzw. einem Brennergrundkörper 2 sind Brennerdüsen 3 angebracht. Durch Zünden der Brennerdüsen 3 bei ausströmendem Brenngas bilden sich Arbeitsflammen 4 aus. Die Brennerdüsen können Regel- und/oder Verstelleinrichtungen 5 aufweisen. Einen weiteren Mehrflammenbrennen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart die DE 18 15 004 A1 .
  • Vor dem Einsatz eines entsprechenden Brenners sind alle Einzeldüsen, beispielsweise mit Zündflammen oder Zündkerzen, manuell oder automatisch zu zünden. Beim manuellen Zünden des Brenners wird dabei beispielsweise eine Zündflamme an den Brennerdüsen entlanggeführt oder es wird mittels eines Staudrucks dafür gesorgt, dass sich an allen Brennerdüsen eine Flamme ausbildet. Dafür ist der Brenner beispielsweise nahe an ein entsprechend großes Blech zu halten. Der Betreiber einer entsprechenden Einrichtung hat dafür zu sorgen, dass sich an allen Brennerdüsen (den Gemischaustrittsstellen) eine Flamme ausbildet. Während beim manuellen Zünden dabei eine visuelle Kontrolle des Zündvorgangs möglich ist, ist diese Möglichkeit beim automatisierten Betrieb eines entsprechenden Brenners, bei dem in der Regel auch eine automatische Zündung erfolgt, nicht immer gegeben. Beim automatisierten Brennerbetrieb bereitet das sogenannte "Durchzünden" aller Flammen häufig Schwierigkeiten. Beispielsweise verschlechtert sich die Durchzündneigung, wenn der Brenner nicht auf ein Werkstück ausgerichtet oder die Geometrie des Werkstücks ungeeignet oder der Abstand zwischen den Brennerdüsen zu groß ist.
  • Unter "Durchzündung" sei im Rahmen dieser Anmeldung die Weitergabe einer Zündflamme bzw. Brennerflamme von einer Brennerdüse zur nächsten verstanden. Die weiteren Brennerdüsen entzünden sich anschließend nacheinander an der ersten Brennerdüse, zünden also durch.
  • Ist die Durchzündung nicht erfolgreich, können unverbrannte Brenngase entweichen. Werden keine zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen getroffen, reichern sich Brenngase in der Umgebung des Brenners an und es entsteht Explosionsgefahr.
  • Vor diesem Hintergrund besteht der Bedarf nach Mehrflammenbrennern mit verbesserten Durchzündeigenschaften.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schlägt einen Mehrflammenbrenner mit brenngasbeaufschlagbaren Brennerdüsen, insbesondere für thermische Materialbearbeitungsverfahren, eine brenngasbeaufschlagbare Brennerdüse für einen derartigen Mehrflammenbrenner, sowie ein Verfahren zur thermischen Materialbearbeitung mit dem Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Unter dem Begriff "Brenngas" seien im Rahmen dieser Anmeldung reine Brenngase, beispielsweise Acetylen, Methan, Ethan, Propan, Butan, Ethen, Methylacetylen oder Wasserstoff, aber auch beliebige geeignete Gasgemische und auch Gemische, die Sauerstoff und Brenngas enthalten, wie beispielsweise Brenngas-Sauerstoff/Druckluft/Saugluft-Gemische, verstanden.
  • Erfindungsgemäß weist wenigstens eine der Brennerdüsen eines Mehrflammenbrenners zwei, drei oder mehrere seitlich einer Hauptdüsenanordnung zur Erzeugung einer Arbeitsflamme linear angeordnete Nebendüsenöffnungen auf. Die Nebendüsenöffnung wird vom gleichen Brenngas wie die Hauptdüsenöffnung durchströmt und steht vorteilhafterweise mit dieser und einer Brenngasversorgung in Fluidverbindung.
  • Durch die Bereitstellung und eine geeignete Anordnung wenigstens einer Nebendüsenöffnung kommt es nach dem Zünden zur Ausbildung wenigstens einer Nebenflamme, deren Ausrichtung eine Richtungskomponente (Vektorkomponente) in Richtung der benachbarten Brenndüse aufweist, die also zweckmäßigerweise in Richtung einer Arbeits- oder Nebenflamme einer benachbarten Brennerdüse ausgerichtet ist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann dabei die Weitergabe einer Flamme zwischen einzelnen Brennerdüsen eines Mehrflammenbrenners signifikant verbessert werden. Hierdurch kann ein vollständiges Durchzünden aller Flammen eines Mehrflammenbrenners sicher und zuverlässig erreicht werden, sofern der Brennerkopfabstand und die Brenngasmenge und/oder -zusammensetzung (beispielsweise eines Acetylenbrenners) im funktionalen Bereich liegen. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist nicht mehr erforderlich, dass der Brenner direkt auf ein Werkstück ausgerichtet ist. Die Gefahr des Entweichens unverbrannter Brenngase aufgrund nicht durchgezündeter Brenner sowie die hierdurch bedingte Explosionsgefahr wird vermindert oder eliminiert.
  • Im Rahmen dieser Anmeldung sei unter "Arbeitsflamme" die jeweilige Hauptflamme einer Brennerdüse eines Mehrflammenbrenners verstanden, die auf ein Werkstück gerichtet ist und beispielsweise zur Erwärmung dieses Werkstücks dient. Die Arbeitsflamme wird in der Regel entweder durch eine Einzeldüse erzeugt, oder aber durch eine Hauptdüsenanordnung, bei der eine zentrale Düse von ringförmig um diese angeordneten weiteren Düsen umgeben ist. Ist anstelle einer Hauptdüsenanordnung eine Einzeldüse vorgesehen, sei diese im Rahmen der Anmeldung von dem Begriff "Hauptdüsenanordnung" umfasst.
  • Entsprechend ist eine "Nebenflamme" die erfindungsgemäß bereitgestellte, durch die Bereitstellung wenigstens zweier Nebendüsenoffnungen bewirkte, und wenigstens teilweise auf eine benachbarte Düse ausgerichtete Flamme. Typischerweise sind die Nebenflammen aufgrund von geringeren die Nebendüsenöffnungen durchströmenden Gasmengen bzw. -volumenströmen kleiner als die Haupt- bzw. Arbeitsflammen.
  • Es versteht sich, dass der Bereich einer "Flamme" in der Praxis geometrisch nicht klar abgegrenzt sein wird, so dass sich bei einer "Arbeitsflamme" und bei einer "Nebenflamme" auch um Flammenbereiche einer entsprechenden Gesamtflamme handeln kann. Typischerweise sind jedoch die Primärflammen, die jeweils an der Haupt- und den Nebendüsenöffnungen, beispielsweise einer Acetylen-Brenndüse erzeugt werden, zumindest teilweise visuell klar voneinander unterscheidbar. Die sich um eine Primärflamme ausbildende sogenannte Streuflamme hüllt in der Regel die Primärflamme in Form einer Gesamtflamme ein.
  • Zur Ausbildung von Nebenflammen in Richtung der wenigstens einen benachbarten Brennerdüsen können wenigstens zwei Nebendüsenöffnungen und/oder wenigsten ein einer entsprechenden Nebendüsenöffnung zugeordneter Düsenkanal in einem Winkel zu der Hauptdüsenanordnung und/oder einem dieser zugeordneten Düsenkanal angeordnet sein.
  • Mit besonderem Vorteil, insbesondere bei einer Anordnung mehrer Brennerdüsen in einem Mehrflammenbrenner in Reihe oder in einem Brennerfeld, ist wenigstens eine der Brennerdüsen mit Nebendüsenöffnungen zur Erzeugung von Nebenflammen in Richtung wenigstens zweier benachbarter Brennerdüsen versehen. Durch diese Anordnung kann eine mit Brenngas durchströmte Nebendüsenöffnung nach ihrer Zündung eine Flamme direkt an eine benachbarte, noch nicht gezündete, jedoch von Brenngas durchströmte Nebendüsenöffnung weitergeben. Hierdurch wird die benachbarte Brennerdüse insgesamt gezündet und kann ihrerseits auf Grund der Anordnung der Nebendüsenöffnungen die Flamme an wenigstens eine weitere Brennerdüse weitergeben, eine Brenneranordnung also durchzünden.
  • Um eine besonders effektive Ausbildung der Nebenflammen mit vorteilhafter Geometrie zu erzielen, weist ein Mehrflammenbrenner der erfindungsgemäßen Art zwei, drei oder mehrere Nebendüsenöffnungen an wenigstens einer Seite der Hauptdüsenanordnung auf. Durch eine entsprechende Anordnung kann insgesamt eine geeignete Konfiguration bzw. Querschnittsgeometrie einer Brennerflamme und entsprechender Nebenflammen bewirkt werden. Eine derartige Querschnittsgeometrie kann gezielt eingestellt werden, beispielsweise auf Grundlage eines Abstandes zwischen Einzelbrennern und/oder der Art oder des Drucks eines verwendeten Brenngases, so dass eine besonders effektive Weitergabe von Brennerflammen ermöglicht wird.
  • Wie erläutert, ist ein erfindungsgemäßer Mehrflammenbrenner dazu eingerichtet, dass wenigstens einer der Brenner zum Zünden wenigstens einer benachbarten Brennerdüse über wenigstens zwei Nebenflammen dient. Dies kann beispielsweise durch geeignete Ausrichtung der Nebendüsenöffnungen, deren Geometrie, aber auch durch geeigneten Abstand der Brennerdüsen, erreicht werden. Aufgrund der besonderen Ausgestaltung der Brennerdüsen mit Nebenflammen ist es zum Zünden einer Brenneranordnung lediglich noch erforderlich, einen Brenner, beispielsweise automatisiert, an einem Ort zu zünden, wobei ein sicheres Durchzünden des Gesamtbrenners sichergestellt ist.
  • Ein erfindungsgemäßer Mehrflammenbrenner ist als Handbrenner oder Maschinenbrenner, beispielsweise als Leistenbrenner oder Lanzenbrenner, zum Betrieb mit Acetylen als Brenngas, ausgebildet. Insbesondere Lanzen- und Leistenbrenner mit linearer Brenneranordnung profitieren aufgrund ihrer tendenziell schlechteren Durchzündneigung in besonderem Maße von den erfindungsgemäßen Maßnahmen.
  • Ein Mehrflammenbrenner der erläuterten Art weist zur Zündung wenigstens eine Brennerdüse, eine manuelle Zündeinrichtung, eine Zündflamme, eine Zündkerze oder einen Piezozünder auf, wodurch der Mehrflammenbrenner insbesondere für automatische Anwendungen mit nichtmanueller Zündung geeignet ist.
  • Zu den Merkmalen und Vorteilen der erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehenen brenngasbeaufschlagbaren Brennerdüse sei auf die Merkmale des zuvor erläuterten Mehrflammenbrenners ausdrücklich verwiesen. Insbesondere ist eine derartige brenngasbeaufschlagbare Brennerdüse austauschbar ausgebildet, so dass sich austauschbare Einzeldüsen in einen Brennergrundkörper zur Ausbildung eines Mehrflammenbrenners kombinieren lassen und hierdurch die Flammenweitergabe optimiert werden kann. Auch zu den Vorteilen und vorteilhaften Einsatzbereichen des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die zuvor erläuterten Merkmale hingewiesen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Figurenbeschreibung
  • Figur 1
    zeigt Mehrflammenbrenner gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung.
    Figur 2
    zeigt eine Brennerdüse gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Schrägansicht.
    Figur 3
    zeigt eine Brennerdüsenanordnung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht von oben.
    Figur 4
    zeigt schematisch eine Anordnung im Betrieb befindlicher Brennerdüsen gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung in Seitenansicht.
  • Die Figuren 1A bis 1C zeigen, wie zuvor erläutert, Mehrflammenbrenner gemäß dem Stand der Technik.
  • In den nachfolgenden Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen. Auf eine wiederholte Erläuterung dieser Elemente wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
  • Figur 2 zeigt, insgesamt mit 10 bezeichnet, eine Brennerdüse gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung, die beispielsweise in einem erfindungsgemäßen Mehrflammenbrenner zum Einsatz kommen kann.
  • Die Brennerdüse 10 weist einen Brennerdüsenkopf 20 und einen Brennerdüsenfuß 21 auf. Handelt es sich bei der Brennerdüse 10 um eine austauschbare Düse, kann diese mit dem Brennerdüsenfuß 21 in einem Brennergrundkörper befestigt werden. In dem Brennerdüsenkopf 20 ist eine Hauptdüsenanordnung 30 vorgesehen, die eine Hauptdüsenöffnung und diese kreisförmig umgebende weitere Düsenöffnungen aufweist. Die Hauptdüsenanordnung 30 ist, wie zuvor erläutert, zur Ausbildung einer Arbeitsflamme eingerichtet.
  • Zusätzlich weist die Brennerdüse 10 zur Erzeugung von Nebenflammen neben der Hauptdüsenanordnung 30 vorgesehene Nebendüsenöffnungen 40 auf. Die Nebendüsenöffnungen 40 selbst, oder ihre entsprechenden Düsenkanäle, können dabei winkelmäßig zu der Ausrichtung der Hauptdüsenanordnung 30 versetzt sein, so dass sich eine gezielte Ausrichtung der Nebenflammen in Richtung benachbarter Brennerdüsen bzw. deren Flammen erzielen lässt.
  • In Figur 3 sind insgesamt 4 Brennerdüsen 11, 12, 13 und 14 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht dargestellt.
  • Die Brennerdüsen 11, 13 und 14 entsprechen in der Konfiguration und Anordnung der Nebendüsenöffnungen 40 dabei der Brennerdüse 10 aus Figur 2. Die Brennerdüse 12 weist hingegen weitere, in der Figur senkrecht nach unten weisende Nebendüsenöffnungen 41 auf, die in Richtung einer rechtwinklig zur Reihe der Brennerdüsen 11, 12 und 13 angeordneten Brennerdüse 14 ausgerichtet sind. Durch die Anordnung, wie sie in Figur 3 veranschaulicht ist, lässt sich mit besonderem Vorteil ein Durchzünden bzw. eine Flammenweitergabe, wie durch die Pfeile 50 veranschaulicht, zwischen den einzelnen Brennerdüsen 11, 12, 13 und 14, erzielen. Die dargestellten Brennerdüsen 11, 12, 13 und 14 können dabei Teil eines Mehrflammenbrenners bzw. eines Brennerfeldes eines Mehrflammenbrenners sein. Es versteht sich, dass die in Figur 3 dargestellte Konfiguration beliebig erweiterbar ist und bei Bereitstellung weiterer Nebendüsenöffnungen 40, 41 auch ein sicheres Durchzünden 50 in zusätzlichen Richtungen bewirkt werden kann.
  • In Figur 4 ist eine entsprechende Brennerdüsenanordnung in Betrieb schematisch dargestellt. Ein Brenngas tritt hierbei über eine Hauptdüsenanordnung und seitlich von dieser angeordnete Nebendüsenöffnungen 40 aus den Brennern 15 aus. Hierdurch ergibt sich die Ausbildung einer Hauptflamme bzw. Arbeitsflamme 60, die auf ein Werkstück ausgerichtet werden kann. Die Primärflamme dieser Arbeitsflamme ist mit 70 angegeben. Zusätzlich zur Hauptflamme 60 bzw. deren Primärflamme 70 sind in der Figur 4 Nebenflammen 80 mit entsprechenden Primärflammen 90 dargestellt. Die Nebenflammen 80 sind wenigstens teilweise in Richtung benachbarter Düsen ausgerichtet, wodurch sich besagte besonders vorteilhafte Durchzündung ergibt.

Claims (8)

  1. Mehrflammenbrenner mit brenngasbeauschlagbaren Brennerdüsen (10 - 15), insbesondere für thermische Materialbearbeitungsverfahren, wobei der Mehrflammenbrenner als Handbrenner oder Maschinenbrenner, beispielsweise als Leistenbrenner oder Lanzenbrenner, zum Betrieb mit Acetylen als Brenngas geeignet ausgebildet ist, und wobei wenigstens eine der Brennerdüsen (10 - 15) mit wenigstens einer seitlich einer Hauptdüsenanordnung (30) zur Erzeugung einer Arbeitsflamme (60) angeordneten Nebendüsenöffnung (40) zur Erzeugung einer Nebenflamme (80) versehen ist, deren Ausrichtung eine Richtungskomponente in Richtung einer benachbarten Brennerdüse (10 - 15) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet dass wenigstens eine der Brennerdüsen (10- 15) mit zwei, drei oder mehreren, linear angeordneten Nebendüsenöffnungen (40) an wenigstens einer Seite der Hauptdüsenanordnung (30) versehen ist.
  2. Mehrflammenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Nebendüsenöffnung (40) und/oder wenigstens ein einer Nebendüsenöffnung (40) zugeordneter Düsenkanal in einem Winkel zu der Hauptdüsenanordnung (30) und/oder einem der Hauptdüsenanordnung (30) zugeordneten Düsenkanal angeordnet ist.
  3. Mehrflammenbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Brennerdüsen (10 - 15) mit Nebendüsenöffnungen (40) zur Erzeugung von Nebenflammen (80) in Richtung wenigstens zweier benachbarter Brennerdüsen (10 - 15) versehen ist.
  4. Mehrflammenbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Brennerdüsen (10 - 15) zum Zünden (50) einer benachbarten Brennerdüse (10 - 15) über wenigstens eine Nebenflamme (80) eingerichtet ist.
  5. Mehrflammenbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, der zur Zündung wenigstens einer Brennerdüse (10 - 15) durch eine manuelle Zündeinrichtung, eine Zündflamme, eine Zündkerze und/oder einen Piezozünder eingerichtet ist.
  6. Brenngasbeaufschlagbare Brennerdüse für einen Mehrflammenbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Thermisches Materialbearbeitungsverfahren, bei dem ein Mehrflammenbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird, wobei wenigstens eine Brennerdüse (10 - 15) mittels einer Nebenflamme (80) einer benachbarten Brennerdüse (10 - 15) gezündet (50) wird.
  8. Thermisches Materialbearbeitungsverfahren nach Anspruch 7 das wenigstens einen Flammlöt-, Schmelzverbindungs-, Warmformgebungs-, Flammharte-, Flammstrahl-, Vorwärm-, Nachwärm-, Soak-, Trocknungs- und/oder Warmumform-Schritt beinhaltet.
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