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Brenner-Anordnung/Gasesse

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attagatta

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62
Hallo,

Ich würde gerne die Diskussion über die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Anordnungen von Gasbrennern anregen, nachdem dieses Thema in den "üblichen" Gasessen-Threads - die mir beim Bau meiner ersten, leider zu groß geratenen Esse, sehr hilfreich waren! - immer nur nebenbei behandelt wird. Das Ziel meiner Fragen ist weitgehende Optimierung der Brenneranordnung.

Um die verschiedenen bereits behandelten Konstruktionen zu veranschaulichen habe ich eine kleine Grafik erstellt die auf dem folgenden (oftmals besprochenen) Aufbau basiert:

- Zylindrischer Metallkörper (zB Gasflasche) mit einem Durchmesser von ca. 30 bis 40 cm,
- isoliert mit Keramikwolle,
- geschützt durch eine Schicht Feuerfestbeton.
- Innendurchmesser des Brennraums: ca. 10 bis 15 cm



Abbildungen 1 und 2:

Ich bin vor einiger Zeit beim Studium der diversen Gasessen-Threads auf einen Eintrag gestossen in dem vorgeschlagen wird auf einen sich weitenden Brennerkopf (Flare) zu verzichten. Leider kann ich den Artikel nicht mehr finden. Es wird darin empfohlen einfach das Brennerrohr in den Brennraum zu stecken wobei letzerer als Flare dient (Abb. 1).

1) Was spricht dagegen, im Falle eines Aufbaus wie in den Abb. 1 und 2, das Brennerrohr mit dem Essenkörper zu verschweissen und die Austrittsöffnung mit Feuerfestbeton zu schützen? Das andere Ende wird zB mit einem Gewinde versehen, an das die restlichen Bauteile (zB T-Stück und Aufnahme für die Gasdüse) geschraubt werden können.
2) Entstehen dadurch Sicherheitsrisiken? (zB Rückschlag zur Flasche.)
3) Ist es sinnvoll den Brennraum so auszugiessen, dass ein Flare aus Feuerfestbeton entsteht (Abb. 2)? Kann dabei die Form des Flares problematisch werden, da sich (sofern das Brennerrohr tangential verschoben wird, vgl. Abb. 3) die Mündungsöffung des Flares an die Krümmung des Brennraums anpasst?

Abbildungen 3 und 4:

Diese beiden Abbildungen entsprechen den gängigen Konstruktionen: Es wird ein Rohr mit dem Essenkörper verschweisst, durch das der Brenner in den Brennraum eingeführt wird. In der Abb. 3 ist dieses Rohr tangential zum Mittelpunkt verschoben (so wie auch hier: http://home.flash.net/~dwwilson/forge/plan1.pdf), in der Abb. 4 wird das Rohr etwas zur Querachse der Esse gedreht.

4) Wird durch einen Aufbau wie in Abb. 3 nicht in erster Linie die Isolierung aufgeheizt, da die Flamme einen weiten Weg entlang der Wand bis Werkstück zurücklegt?
5) Steigert die durch die "runde" Form des Brennraums und die geneigte Anordnung des Brenners entstehende Verwirbelung im Brennraum die Effizienz oder ist dieser Effekt vernachlässigbar?
6) Vielleicht liege ich aber auch falsch und die Effizienz einer Gasesse (dh hohe Temperaturen, bei geringem Gasverbrauch) ist in erster Linie vom der geringen Größe des Brennraum und der Dicke der Isolierung abhängig und die Brenneranordnung ist nur nebensächlich.

Ich möchte mich bereit jetzt dafür entschuldigen wenn ich das eine oder andere Thema wieder aufgewärmt habe, aber es ist sicher im Sinne von uns Anfängern, Informationen zu einem Sachverhalt gesammelt zugängig zu machen. Bitte nicht böse sein...

Vielen Dank im Voraus!

Schöne Grüße,

Jörg
 
Guude!!
Also, es gibt garantiert grössere Experten als mich auf diesem Gebiet, aber....
Ich hab ein Stahlrohr mit der Gasflasche verschweisst, das in den Brennraum rein reicht. Da steck ich am anderen Ende einfach den Brennerkopf drauf und gut. Das Gas entzündet sich erst im Brennraum, da erst dort der Querschnitt so gross wird, dass die Gasgeschwindigkeit so gering wird, dass der Gasstrom nicht die Flamme auspustert.
Zu Abb. 3 und 4.:
Bei 4 trifft die Flamme frontal auf die Gegenseite, die sauheiss wird und vielleicht wegbrennt, während der Rest "kühl" bleibt.
Bei Abb. 3, der Alternative, die ich bei meiner Esse habe, wird die Flamme verwirbelt und verteilt sich gleichmässig im Brennraum.
Ich hoffe, ich konnte helfen.

Gruss,
Tim
 
ad donfeierfeil:

Vielen Dank für deine hilfreiche Antwort. Leider kommt meine reichlich spät wofür ich mich auch recht herzlich entschuldigen möchte.

Ich habe meine erste Gasesse wie in Abb 3 konstruiert und bin damit ziemlich unzufrieden. Der Hauptgrund dafür ist der mit einem Durchmesser von ca. 19 cm zu groß geratene Brennraum (14 cm Keramikwolle und 1,5 cm Feuerfestbeton). Die tangentiale Anordnung des Brenners sorgt auch noch dafür das zuerst gut 25 cm der Innenwand aufgeheizt werden bis die Flamme auf das zu erhitzende Metall trifft. (Warum das Werkstück nicht direkt der Flamme ausgesetzt werden darf ist mir immer noch ein Rätsel, aber definitiv eine andere Geschichte.)

Die nächste Esse kriegt noch mehr Isolierung und einen viel kleineren Brennraum (max. 15 cm), dann klappts sicher auch mit dem Schweissen.

Servus,
Jörg
 
Die Flamme MUSS auf die Wand und nicht auf das Werkstück treffen, weil nicht das Werkstück sondern die Wand zu erhitzen ist. Die infrarote Strahlung der Wände dient nämlich eigentlich zum Aufheizen des Werkstückes.
 
Hallo Achim,

Das habe ich hier bereits einmal gelesen, wenn ich mich nicht irre von dir, und beim Bau meiner ersten Esse berücksichtigt. Dabei bin ich aber noch davon ausgegangen, dass der Feuerfestbeton die Hitze reflektiert und nicht erst einmal eine halbe Stunde lang schluckt. Wenn ich dann hier lese das Leute mit einer handvoll Gas innerhalb von 15 Minuten auf Schweisstemperatur kommen und ich mit meinem Brenner (0,8er Stromdüse; 0,5 Bar Gasdruck; ohne Gebläse) zwanzig Minuten die Esse sowie meine nähere Umgebung erwärme und erst dann in etwa kirschröte erreiche wird man schon etwas nachdenklich.

Daher hatte ich vor das Werkstück zumindest anfangs direkt der Flamme auszusetzen, da diese heißer sein sollte als die von der Wand reflektierte IR-Strahlung. (Oder irre ich mich? Mein Physikunterricht ist doch schon länger her.) Ich glaube aber gelesen zu haben dass man das Metall nicht direkt der Flamme aussetzen soll.

Aber das alles tut meiner Motivation keinen Abbruch. Der nächste Ofen wird wie gesagt kleiner und bekommt nur mehr einen Hauch von Feuerfestbeton. Dann wird dieser auch schneller reflektieren.

Servus,
Jörg

P.S: Witzig fand ich auf jeden Fall das Erdäpfel, die ich in die geschlossene Esse gelegt habe, innerhalb von 5 Minuten verkohlt waren. Etwa 45 Minuten nach Abschalten des Brenners habe ich im (abgeschlossenen) Innenraum immer noch knapp 400 °C gemessen, obwohl viel Hitze durch das Rohr für den Brenner entweicht.
 
Die Hitze wird nicht reflektiert. Die heißen Wände strahlen. Das Prinzip kennt man von jeder tragbaren Propangasheizung. Da erhitzen die Flammen meist ein Drahtgeflecht, das dann strahlt.

Wenn das so wie bei Dir beschrieben ist, dann gibt es ein Problem. Wandung bei mir ist 50 mm Keramikfaser und etwa 10 bis 15 mm dick Feuerfestmasse.

Versuch mal mit 1 mm Düsenöffnung.

Achim
 
So ähnlich stehts auch im Buch "Gas Burners for Forges, Furnaces and Kilns" von Michael Porter (s. 170):

"... Because of the internal build-up of energy in the interior, heat is being lost from the flame's wave front less rapidly, and because the energy buildup in the interior walls is so extreme they become incandescent [glühend]. The incandescent walls begin to radiate infrared energy everywhere, including into the interior of the flame itself. [...] When enough input energy is combined with a well-insulated interior, [...] the combustion process is taken to a higher level."

Ich kann das Buch Anfängern im Essenbau wärmstens empfehlen, da es alle grundlegenden Informationen bezüglich Brennern, Gasessen und Schmelzöfen beinhaltet. Natürlich kann man sich die Sachen auch aus dem Web zusammensuchen, aber ich finde ein "klassisches" Buch, vor allem wenn man öfters ohne Internet dasteht, sehr hilfreich.

Eine Frage noch Achim: Wie groß ist denn der Brennraum deiner Esse? Vielleicht lag ich mit meinen Dimensionen gar nicht so falsch, aber die alte Esse ist mit 60kg einfach zu schwer, darum muss eine neue her.

Jörg
 
Meine Esse ist aus einer alten 11 kilo Propanflasche gemacht. 2 Lagen 25 mm Keramikfaser und etwa 10 mm Zement drin. Das ist alles. Hält seit Jahren und mit meinem neuen Brenner kann ich darin Damastpakete bis 5 kg mühelos schweißen.
 
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