AT515943B1 - Verfahren zum Betreiben einer Anlage zum Wasserstrahlschneiden sowie Anlage zum Wasserstrahlschneiden - Google Patents

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

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zum Wasser¬strahlschneiden mit einer mehrere Tauchkolben aufweisenden, an einen Wasserbehälter ange¬schlossenen Hochdruckpumpe und mit einer an die Hochdruckpumpe angeschlossenen Hoch¬druckleitung, die über ein Schneidkopfventil an einen Schneidkopf angeschlossen ist, wobei fürden Schneidvorgang die Hochdruckpumpe angetrieben und das Schneidkopfventil geöffnetwird, sowie auf eine hierfür geeignete Anlage zum Wasserstrahlschneiden.

[0002] Aufgrund der für das Wasserstrahlschneiden erforderlichen hohen Drücke und ver¬gleichsweise hohen Fördermengen werden für Wasserstrahlschneidanlagen häufig Hochdruck¬pumpen mit Tauchkolben eingesetzt, wobei mit der Anordnung von drei Tauchkolben dieDruckschwankungen auf ein für das Wasserstrahlschneiden zulässiges Maß verringert werdenkönnen, sodass Druckspeicher zum Ausgleich solcher Druckschwankungen entfallen können.Die Tauchkolbenpumpen werden üblicherweise durch Drehstrommotoren angetrieben, die übereinen Frequenzumrichter angesteuert werden, der die für die jeweils gewünschte Fördermengeerforderliche Drehzahl vorgibt. Das von der Hochdruckpumpe aus einem Wasserbehälter ange¬saugte Wasser wird demnach mit dem eingestellten Druck, je nach den Schneidbedingungenbeispielsweise zwischen 500 und 4000 bar, durch eine Hochdruckleitung dem Schneidkopfzugeführt, wo es durch eine Reinwasserdüse mit einer Geschwindigkeit bis zu 800 m/s (beieinem Förderdruck von 4000 bar) austritt, bevor dem Wasserstrahl gegebenenfalls Abrasivezugeführt werden. Zum Beenden des Schneidvorgangs wird ein der Reinwasserdüse vorge¬schaltetes Schneidkopfventil geschlossen und der Drehstrommotor auf eine niedrige Drehzahlheruntergefahren, um die Hochdruckpumpe nicht für einen neuerlichen Schneidvorgang ausdem Stillstand hochfahren zu müssen. Die nach dem Sperren des Schneidkopfventils von derHochdruckpumpe geförderte Wassermenge wird über eine Rücklaufleitung in den Wasserbehäl¬ter rückgeführt, die mit dem Schließen des Schneidkopfventils durch ein Rücklaufventil freige¬geben wird. Für einen neuen Schneidvorgang ist folglich das Schneidkopfventil zu öffnen, dasRücklaufventil zu schließen und die Hochdruckpumpe auf die erforderliche Betriebsdrehzahl zubeschleunigen, sodass sich innerhalb der an den Schneidkopf angeschlossenen Hochdrucklei¬tung der erforderliche Betriebsdruck erst allmählich mit der Folge aufbaut, dass sich währenddes Schnittbeginns aufgrund des zeitlichen Anstiegs der Wasseraustrittsgeschwindigkeit ausder Reinwasserdüse das Schnittbild ändert, was sich insbesondere bei Anstichen, also beiSchneidvorgängen, die nicht von einem Werkstückrand ausgehen, sondern innerhalb einerWerkstückfläche beginnen, nachteilig auswirkt.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Anlagen zum Wasserstrahlschneidenmit Tauchkolbenpumpen so betreiben zu können, dass bei einem neuerlichen Schneidvorgangein ausreichender Wasserdruck zur Verfügung steht, um von Beginn an ein einheitlichesSchnittbild sicherstellen zu können, ohne einen Druckspeicher einsetzen zu müssen.

[0004] Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten löst die Erfindung diegestellte Aufgabe dadurch, dass am Ende des Schneidvorgangs die Hochdruckpumpe währenddes Schließens des Schneidkopfventils unter Aufrechterhaltung des Drucks in der Hochdrucklei¬tung stillgesetzt und am Beginn des Schneidvorgangs während des Öffnens des Schneidkopf¬ventils wieder in Betrieb genommen wird.

[0005] Da zufolge dieser Maßnahmen der Druck in der Hochdruckleitung beim Sperren desSchneidkopfventils zum Beenden des Schneidvorgangs nicht abgebaut wird, steht dieser Druckfür den Neustart eines Schneidvorgangs zur Verfügung, sodass unmittelbar nach dem Öffnendes Schneidkopfventils der Schnitt mit dem Betriebsdruck durchgeführt werden kann. Voraus¬setzung ist, dass die Hochdruckpumpe innerhalb der Öffnungszeit für das Schneidkopfventil aufdie für den jeweiligen Betriebsdruck in der Hochdruckleitung erforderliche Drehzahl beschleu¬nigt bzw. innerhalb der Schließzeit dieses Ventils stillgesetzt wird. Es bedarf daher keiner Rück¬laufleitung, um das sonst während der Schneidpause geförderte Wasser in den Wasserbehälterzurückzuleiten.

[0006] Wird für einen anschließenden Schneidvorgang ein geringerer Betriebsdruck in derHochdruckleitung benötigt, wie dies üblicherweise der Fall ist, wenn ein Anstich vorzunehmenist, so muss vor dem Öffnen des Schneidkopfventils der Druck in der Hochdruckleitung entspre¬chend abgesenkt werden, damit der Schneidvorgang beim Öffnen des Schneidkopfventils mitdem verminderten Betriebsdruck durchgeführt werden kann.

[0007] Herkömmliche Antriebe der Tauchkolbenpumpen mit Hilfe von Drehstrommotoren, dieüber Frequenzumrichter entsprechend der geforderten Drehzahl angesteuert werden, sind imAllgemeinen nicht in der Lage, die Tauchkolbenpumpe innerhalb der kurzen Öffnungs- undSchließzeiten der Schneidkopfventile auf die Solldrehzahl zu beschleunigen bzw. von der Soll¬drehzahl zum Stillstand abzubremsen. Aus diesem Grund wird bei Anlagen zum Wasserstrahl¬schneiden, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, vorgeschlagen, dass derAntrieb der Hochdruckpumpe einen in Abhängigkeit von der Betätigung des Schneidkopfventilsschaltbaren Servomotor mit einem Servoumrichter umfasst und dass zur Ansteuerung desServoumrichters ein einerseits an einen Sollwertgeber und anderseits an einen Istwertgeber fürden Druck in der Hochdruckleitung angeschlossener Regler vorgesehen ist. Mit Hilfe solcherServoantriebe lassen sich die erforderlichen Beschleunigungen innerhalb von Millisekundenerreichen, sodass der jeweils vorgegebene Wasserdruck beim Öffnen des Schneidkopfventilsschlagartig zur Verfügung steht. Da die Ansteuerung des Servoumrichters in Abhängigkeit vonder Soll-Istwertdifferenz des Drucks in der Hochdruckleitung vorgenommen wird, spielen denStrömungswiderstand beeinflussende Änderungen im Bereich der Reinwasserdüse keine Rolle,weil durch diese Ansteuerung des Servoumrichters beispielsweise Verschleißerscheinungen ander Reinwasserdüse selbständig berücksichtigt werden.

[0008] Um im Bedarfsfall den Druck in der Hochdruckleitung während einer Schneidpause imHinblick auf die Druckanforderungen eines anschließenden Schneidvorgangs absenken zukönnen, kann die Hochdruckleitung über ein einstellbares Druckminderungsventil an eine Rück¬laufleitung angeschlossen werden, das vorzugsweise auch zum Absperren der Rücklaufleitungdient, wenn das Druckminderungsventil nicht benötigt wird.

[0009] Anhand der Zeichnung, die eine Anlage zum Wasserstrahlschneiden in einem schemati¬schen Blockschaltbild zeigt, wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

[0010] Die Anlage zum Wasserstrahlschneiden weist eine Hochdruckpumpe 1 mit drei Tauch¬kolben 2 auf, die über eine Kurbelwelle 3 von einem Servomotor 4 angetrieben werden. Daszum Schneiden eines Werkstücks benötigte Wasser wird aus einem Wasserbehälter 5 übereine an die Hochdruckpumpe 1 angeschlossene Saugleitung 6 entnommen und durch einedruckseitig an die Hochdruckpumpe 1 angeschlossene Hochdruckleitung 7 einem Schneidkopf8 zugefördert. Dieser Schneidkopf 8 umfasst eine Reinwasserdüse 9 zur Erzeugung einesWasserstrahls zum Schneiden des Werkstücks. Dem aus der Reinwasserdüse 9 austretendenWasserstrahl können im Bedarfsfall Abrasive zugemischt werden, um die Schneidleistung zuerhöhen, wie dies durch den Pfeil 10 angedeutet ist. Der Reinwasserdüse 9 ist ein Schneid¬kopfventil 11 vorgeschaltet, über dessen Stelltrieb 12 der Schneidkopf 8 ein- und ausgeschaltetwerden kann.

[0011] Zur Drehzahlregelung des Servomotors 4 wird der dem Servomotor 4 zugehörige Ser¬voumrichter 13 über einen Drehzahlgeber 14 beaufschlagt. Die Ansteuerung des Servoumrich¬ters 13 erfolgt durch einen Regler 15 mit einem Sollwertgeber 16 für den Druck in der Hoch¬druckleitung 7. Außerdem wird der Istwert des Drucks in der Hochdruckleitung 7 über einen andie Hochdruckleitung 7 angeschlossenen Istwertgeber 17 erfasst und an den Regler 15 weiter¬geleitet, sodass der Servoumrichter 13 in Abhängigkeit von der Soll-Istwertdifferenz des Drucksin der Hochdruckleitung 7 angesteuert werden kann.

[0012] Wird das Schneidkopfventil 11 über den Stelltrieb am Ende eines Schneidvorgangsgeschlossen, so steigt der Druck in der Hochdruckleitung 7 schlagartig an, was zu einem Ab¬schalten des Servomotors 4 über den Regler 15 führt, wobei der Druck in der Hochdruckleitung7 aufrecht bleibt und folglich für den nachfolgenden Schneidvorgang wieder zur Verfügungsteht.

[0013] Zum Einleiten des nachfolgenden Schneidvorgangs ist das Schneidkopfventil 11 überden Stelltrieb 12 wieder zu öffnen und zugleich der Servomotor 4 auf die dem Sollwert desDrucks in der Hochdruckleitung 7 zugehörige Pumpendrehzahl zu beschleunigen, und zwarinnerhalb der Öffnungszeit für das Schneidkopfventil 11, was über eine gemeinsam mit derAnsteuerung des Stelltriebs 12 für das Schneidkopfventil 11 erfolgende Ansteuerung des Ser-voumrichters 13 ohne Weiteres möglich ist. Dies bedeutet, dass der neue Schneidvorgang miteinem Förderdruck des Wassers in der Hochdruckleitung 7 begonnen werden kann, der zumin¬dest angenähert dem Sollwert entspricht, sodass sich keine Änderungen im Schnittbild währenddes Schneidvorgangs ergeben.

[0014] Sind aufgrund der Schneidbedingungen eines nachfolgenden Schneidvorgangs dieSollwerte für den Druck in der Hochdruckleitung 7 zu verringern, so kann mit einer entspre¬chenden Sollwertvorgabe in der vorausgehenden Schneidpause der Druck in der Hochdrucklei¬tung 7 über ein Druckminderungsventil 18 in einer an die Hochdruckleitung 7 angeschlossenenRücklaufleitung 19 abgesenkt werden. Wird das Druckminderungsventil 18 nicht benötigt, sokann die Rücklaufleitung 19 über das Druckminderungsventil 18 gesperrt werden, wenn seinStelltrieb 20 entsprechend angesteuert wird.

Claims (4)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage zum Wasserstrahlschneiden mit einer mehrereTauchkolben (2) aufweisenden, an einen Wasserbehälter (5) angeschlossenen Hoch¬druckpumpe (1) und mit einer an die Hochdruckpumpe (1) angeschlossenen Hochdrucklei¬tung (7), die über ein Schneidkopfventil (11) an einen Schneidkopf (8) angeschlossen ist,wobei für den Schneidvorgang die Hochdruckpumpe (1) angetrieben und das Schneidkopf¬ventil (11) geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Schneidvorgangsdie Hochdruckpumpe (1) während des Schließens des Schneidkopfventils (11) unter Auf¬rechterhaltung des Drucks in der Hochdruckleitung (8) stillgesetzt und am Beginn desSchneidvorgangs während des Öffnens des Schneidkopfventils (11) wieder in Betrieb ge¬nommen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Hochdruck¬leitung (7) vor dem Öffnen des Schneidkopfventils (11) auf einen vorgeb- baren Wert ab-senkbar ist.
3. 3. Anlage zum Wasserstrahlschneiden mit einer mehrere Tauchkolben (2) aufweisenden, aneinen Wasserbehälter (5) angeschlossenen, antreibbaren Hochdruckpumpe (1) und mit ei¬ner an die Hochdruckpumpe (1) angeschlossenen Hochdruckleitung (7), die über einSchneidkopfventil (11) an einen Schneidkopf (8) angeschlossen ist, dadurch gekenn¬zeichnet, dass der Antrieb der Hochdruckpumpe (1) einen in Abhängigkeit von der Betäti¬gung des Schneidkopfventils (11) schaltbaren Servomotor (4) mit einem Servoumrichter(13) umfasst und dass zur Ansteuerung des Servoumrichters (13) ein einerseits an einenSollwertgeber (16) und anderseits an einen Istwertgeber (17) für den Druck in der Hoch¬druckleitung (7) angeschlossener Regler (15) vorgesehen ist.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckleitung (7) überein einstellbares Druckminderungsventil (18) an eine Rücklaufleitung (19) angeschlossenist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen