AT515943A4 - Verfahren zum Betreiben einer Anlage zum Wasserstrahlschneiden sowie Anlage zum Wasserstrahlschneiden - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Anlage zum Wasserstrahlschneiden sowie Anlage zum Wasserstrahlschneiden Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zum Wasserstrahlschneiden mit einer mehrere Tauchkolben (2) aufweisenden, an einen Wasserbehälter (5) angeschlossenen Hochdruckpumpe (1) und mit einer an die Hochdruckpumpe (1) angeschlossenen Hochdruckleitung (7) beschrieben, die über ein Schneidkopfventil (11) an einen Schneidkopf (8) angeschlossen ist, wobei für den Schneidvorgang die Hochdruckpumpe (1) angetrieben und das Schneidkopfventil (11) geöffnet wird. Um vorteilhafte Schneidvoraussetzungen am Beginn eines Schneidvorgangs zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass am Ende des Schneidvorgangs die Hochdruckpumpe (1) während des Schließens des Schneidkopfventils (11) unter Aufrechterhaltung des Drucks in der Hochdruckleitung (8) stillgesetzt und am Beginn des Schneidvorgangs während des Öffnens des Schneidkopfventils (11) wieder in Betrieb genommen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zum Was¬serstrahlschneiden mit einer mehrere Tauchkolben aufweisenden, an einen Was¬serbehälter angeschlossenen Hochdruckpumpe und mit einer an die Hochdruck¬pumpe angeschlossenen Hochdruckleitung, die über ein Schneidkopfventil an einenSchneidkopf angeschlossen ist, wobei für den Schneidvorgang die Hochdruckpum¬pe angetrieben und das Schneidkopfventil geöffnet wird, sowie auf eine hierfür ge¬eignete Anlage zum Wasserstrahlschneiden.
Aufgrund der für das Wasserstrahlschneiden erforderlichen hohen Drücke und ver¬gleichsweise hohen Fördermengen werden für Wasserstrahlschneidanlagen häufigHochdruckpumpen mit Tauchkolben eingesetzt, wobei mit der Anordnung von dreiTauchkolben die Druckschwankungen auf ein für das Wasserstrahlschneiden zuläs¬siges Maß verringert werden können, sodass Druckspeicher zum Ausgleich solcherDruckschwankungen entfallen können. Die Tauchkolbenpumpen werden üblicher¬weise durch Drehstrommotoren angetrieben, die über einen Frequenzumrichter an¬gesteuert werden, der die für die jeweils gewünschte Fördermenge erforderlicheDrehzahl vorgibt. Das von der Hochdruckpumpe aus einem Wasserbehälter ange¬saugte Wasser wird demnach mit dem eingestellten Druck, je nach den Schneidbe¬dingungen beispielsweise zwischen 500 und 4000 bar, durch eine Hochdruckleitungdem Schneidkopf zugeführt, wo es durch eine Reinwasserdüse mit einer Geschwin¬digkeit bis zu 800 m/s (bei einem Förderdruck von 4000 bar) austritt, bevor demWasserstrahl gegebenenfalls Abrasive zugeführt werden. Zum Beenden desSchneidvorgangs wird ein der Reinwasserdüse vorgeschaltetes Schneidkopfventilgeschlossen und der Drehstrommotor auf eine niedrige Drehzahl heruntergefahren,um die Hochdruckpumpe nicht für einen neuerlichen Schneidvorgang aus dem Still- stand hochfahren zu müssen. Die nach dem Sperren des Schneidkopfventils vonder Hochdruckpumpe geförderte Wassermenge wird über eine Rücklaufleitung inden Wasserbehälter rückgeführt, die mit dem Schließen des Schneidkopfventilsdurch ein Rücklaufventil freigegeben wird. Für einen neuen Schneidvorgang ist folg¬lich das Schneidkopfventil zu öffnen, das Rücklaufventil zu schließen und die Hoch¬druckpumpe auf die erforderliche Betriebsdrehzahl zu beschleunigen, sodass sichinnerhalb der an den Schneidkopf angeschlossenen Hochdruckleitung der erforder¬liche Betriebsdruck erst allmählich mit der Folge aufbaut, dass sich während desSchnittbeginns aufgrund des zeitlichen Anstiegs der Wasseraustrittsgeschwindigkeitaus der Reinwasserdüse das Schnittbild ändert, was sich insbesondere bei Ansti¬chen, also bei Schneidvorgängen, die nicht von einem Werkstückrand ausgehen,sondern innerhalb einer Werkstückfläche beginnen, nachteilig auswirkt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Anlagen zum Wasserstrahlschnei¬den mit Tauchkolbenpumpen so betreiben zu können, dass bei einem neuerlichenSchneidvorgang ein ausreichender Wasserdruck zur Verfügung steht, um von Be¬ginn an ein einheitliches Schnittbild sicherstellen zu können, ohne einen Druckspei¬cher einsetzen zu müssen.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten löst die Erfindung diegestellte Aufgabe dadurch, dass am Ende des Schneidvorgangs die Hochdruck¬pumpe während des Schließens des Schneidkopfventils unter Aufrechterhaltungdes Drucks in der Hochdruckleitung stillgesetzt und am Beginn des Schneidvor¬gangs während des Öffnens des Schneidkopfventils wieder in Betrieb genommenwird.
Da zufolge dieser Maßnahmen der Druck in der Hochdruckleitung beim Sperren desSchneidkopfventils zum Beenden des Schneidvorgangs nicht abgebaut wird, stehtdieser Druck für den Neustart eines Schneidvorgangs zur Verfügung, sodass unmit¬telbar nach dem Öffnen des Schneidkopfventils der Schnitt mit dem Betriebsdruckdurchgeführt werden kann. Voraussetzung ist, dass die Hochdruckpumpe innerhalbder Öffnungszeit für das Schneidkopfventil auf die für den jeweiligen Betriebsdruck in der Hochdruckleitung erforderliche Drehzahl beschleunigt bzw. innerhalb derSchließzeit dieses Ventils stillgesetzt wird. Es bedarf daher keiner Rücklaufleitung,um das sonst während der Schneidpause geförderte Wasser in den Wasserbehälterzurückzuleiten.
Wird für einen anschließenden Schneidvorgang ein geringerer Betriebsdruck in derHochdruckleitung benötigt, wie dies üblicherweise der Fall ist, wenn ein Anstich vor¬zunehmen ist, so muss vor dem Öffnen des Schneidkopfventils der Druck in derHochdruckleitung entsprechend abgesenkt werden, damit der Schneidvorgang beimÖffnen des Schneidkopfventils mit dem verminderten Betriebsdruck durchgeführtwerden kann.
Herkömmliche Antriebe der Tauchkolbenpumpen mit Hilfe von Drehstrommotoren,die über Frequenzumrichter entsprechend der geforderten Drehzahl angesteuertwerden, sind im Allgemeinen nicht in der Lage, die Tauchkolbenpumpe innerhalbder kurzen Öffnungs- und Schließzeiten der Schneidkopfventile auf die Solldrehzahlzu beschleunigen bzw. von der Solldrehzahl zum Stillstand abzubremsen. Aus die¬sem Grund wird bei Anlagen zum Wasserstrahlschneiden, die für das erfindungs¬gemäße Verfahren geeignet sind, vorgeschlagen, dass der Antrieb der Hochdruck¬pumpe einen in Abhängigkeit von der Betätigung des Schneidkopfventils schaltba¬ren Servomotor mit einem Servoumrichter umfasst und dass zur Ansteuerung desServoumrichters ein einerseits an einen Sollwertgeber und anderseits an einen Ist¬wertgeber für den Druck in der Hochdruckleitung angeschlossener Regler vorgese¬hen ist. Mit Hilfe solcher Servoantriebe lassen sich die erforderlichen Beschleuni¬gungen innerhalb von Millisekunden erreichen, sodass der jeweils vorgegebeneWasserdruck beim Öffnen des Schneidkopfventils schlagartig zur Verfügung steht.Da die Ansteuerung des Servoumrichters in Abhängigkeit von der Soll-Istwert-differenz des Drucks in der Hochdruckleitung vorgenommen wird, spielen den Strö¬mungswiderstand beeinflussende Änderungen im Bereich der Reinwasserdüse kei¬ne Rolle, weil durch diese Ansteuerung des Servoumrichters beispielsweise Ver¬schleißerscheinungen an der Reinwasserdüse selbständig berücksichtigt werden.
Um im Bedarfsfall den Druck in der Hochdruckleitung während einer Schneidpauseim Hinblick auf die Druckanforderungen eines anschließenden Schneidvorgangsabsenken zu können, kann die Hochdruckleitung über ein einstellbares Druckminde¬rungsventil an eine Rücklaufleitung angeschlossen werden, das vorzugsweise auchzum Absperren der Rücklaufleitung dient, wenn das Druckminderungsventil nichtbenötigt wird.
Anhand der Zeichnung, die eine Anlage zum Wasserstrahlschneiden in einemschematischen Blockschaltbild zeigt, wird das erfindungsgemäße Verfahren nähererläutert.
Die Anlage zum Wasserstrahlschneiden weist eine Hochdruckpumpe 1 mit drei-Tauchkolben 2 auf, die über eine Kurbelwelle 3 von einem Servomotor 4 angetrie¬ben werden. Das zum Schneiden eines Werkstücks benötigte Wasser wird aus ei¬nem Wasserbehälter 5 über eine an die Hochdruckpumpe 1 angeschlossene Saug¬leitung 6 entnommen und durch eine druckseitig an die Hochdruckpumpe 1 ange¬schlossene Hochdruckleitung 7 einem Schneidkopf 8 zugefördert. Dieser Schneid¬kopf 8 umfasst eine Reinwasserdüse 9 zur Erzeugung eines Wasserstrahls zumSchneiden des Werkstücks. Dem aus der Reinwasserdüse 9 austretenden Wasser¬strahl können im Bedarfsfall Abrasive zugemischt werden, um die Schneidleistungzu erhöhen, wie dies durch den Pfeil 10 angedeutet ist. Der Reinwasserdüse 9 istein Schneidkopfventil 11 vorgeschaltet, über dessen Stelltrieb 12 der Schneidkopf 8ein- und ausgeschaltet werden kann.
Zur Drehzahlregelung des Servomotors 4 wird der dem Servomotor 4 zugehörigeServoumrichter 13 über einen Drehzahlgeber 14 beaufschlagt. Die Ansteuerung desServoumrichters 13 erfolgt durch einen Regler 15 mit einem Sollwertgeber 16 fürden Druck in der Hochdruckleitung 7. Außerdem wird der Istwert des Drucks in derHochdruckleitung 7 über einen an die Hochdruckleitung 7 angeschlossenen Istwert¬geber 17 erfasst und an den Regler 15 weitergeleitet, sodass der Servoumrichter 13in Abhängigkeit von der Soll-Istwertdifferenz des Drucks in der Hochdruckleitung 7angesteuert werden kann.
Wird das Schneidkopfventil 11 über den Stelltrieb am Ende eines Schneidvorgangsgeschlossen, so steigt der Druck in der Hochdruckleitung 7 schlagartig an, was zueinem Abschalten des Servomotors 4 über den Regler 15 führt, wobei der Druck inder Hochdruckleitung 7 aufrecht bleibt und folglich für den nachfolgenden Schneid¬vorgang wieder zur Verfügung steht.
Zum Einleiten des nachfolgenden Schneidvorgangs ist das Schneidkopfventil 11über den Stelltrieb 12 wieder zu öffnen und zugleich der Servomotor 4 auf die demSollwert des Drucks in der Hochdruckleitung 7 zugehörige Pumpendrehzahl zu be¬schleunigen, und zwar innerhalb der Öffnungszeit für das Schneidkopfventil 11, wasüber eine gemeinsam mit der Ansteuerung des Stelltriebs 12 für das Schneidkopf¬ventil 11 erfolgende Ansteuerung des Servoumrichters 13 ohne Weiteres möglichist. Dies bedeutet, dass der neue Schneidvorgang mit einem Förderdruck des Was¬sers in der Hochdruckleitung 7 begonnen werden kann, der zumindest angenähertdem Sollwert entspricht, sodass sich keine Änderungen im Schnittbild während desSchneidvorgangs ergeben.
Sind aufgrund der Schneidbedingungen eines nachfolgenden Schneidvorgangs dieSollwerte für den Druck in der Hochdruckleitung 7 zu verringern, so kann mit einerentsprechenden Sollwertvorgabe in der vorausgehenden Schneidpause der Druckin der Hochdruckleitung 7 über ein Druckminderungsventil 18 in einer an die Hoch¬druckleitung 7 angeschlossenen Rücklaufleitung 19 abgesenkt werden. Wird dasDruckminderungsventil 18 nicht benötigt, so kann die Rücklaufleitung 19 überdasDruckminderungsventil 18 gesperrt werden, wenn sein Stelltrieb 20 entsprechendangesteuert wird.

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage zum Wasserstrahlschneiden mit einermehrere Tauchkolben (2) aufweisenden, an einen Wasserbehälter (5) angeschlos¬senen Hochdruckpumpe (1) und mit einer an die Hochdruckpumpe (1) angeschlos¬senen Hochdruckleitung (7), die über ein Schneidkopfventil (11) an einen Schneid¬kopf (8) angeschlossen ist, wobei für den Schneidvorgang die Hochdruckpumpe (1)angetrieben und das Schneidkopfventil (11) geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet,dass am Ende des Schneidvorgangs die Hochdruckpumpe (1) während des Schlie-ßens des Schneidkopfventils (11) unter Aufrechterhaltung des Drucks in der Hoch¬druckleitung (8) stillgesetzt und am Beginn des Schneidvorgangs während des Öff¬nens des Schneidkopfventils (11) wieder in Betrieb genommen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in derHochdruckleitung (7) vor dem Öffnen des Schneidkopfventils (11) auf einen vorgeb-baren Wert absenkbar ist.
  3. 3. Anlage zum Wasserstrahlschneiden mit einer mehrere Tauchkolben (2) auf¬weisenden, an einen Wasserbehälter (5) angeschlossenen, antreibbaren Hoch¬druckpumpe (1) und mit einer an die Hochdruckpumpe (1) angeschlossenen Hoch¬druckleitung (7), die über ein Schneidkopfventil (11) an einen Schneidkopf (8) ange¬schlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Hochdruckpumpe (1)einen in Abhängigkeit von der Betätigung des Schneidkopfventils (11) schaltbarenServomotor (4) mit einem Servoumrichter (13) umfasst und dass zur Ansteuerungdes Servoumrichters (13) ein einerseits an einen Sollwertgeber (16) und anderseitsan einen Istwertgeber (17) für den Druck in der Hochdruckleitung (7) angeschlosse¬ner Regler (15) vorgesehen ist.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdrucklei¬tung (7) über ein einstellbares Druckminderungsventil (18) an eine Rücklaufleitung (19) angeschlossen ist.
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