AT527666B1

AT527666B1 - Wasserstrahlschneidvorrichtung

Info

Publication number: AT527666B1
Application number: ATA60040/2024A
Authority: AT
Inventors: Baumann Sascha
Original assignee: Stm Waterjet Gmbh
Priority date: 2024-03-04
Filing date: 2024-03-04
Publication date: 2025-05-15
Also published as: WO2025184673A1; AT527666A4; WO2025184673A8

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstrahlschneidvorrichtung mit einem Tisch (1) zum Lagern eines Werkstücks (4) und mit einem Bearbeitungskopf (3), der gegenüber dem Tisch (1) beweglich ist und der eine Düse (11) aufweist, um einen Hochdruck-Wasserstrahl auf das Werkstück (4) zu richten. Eine effiziente Bearbeitung kann dadurch erreicht werden, dass am Bearbeitungskopf (3) zusätzlich ein Ritzrad (16) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstrahlschneidvorrichtung mit einem Tisch zum Lagern eines Werkstücks und mit einem Bearbeitungskopf, der gegenüber dem Tisch beweglich ist und der eine Düse aufweist, um einen Hochdruck-Wasserstrahl auf das Werkstück zu richten.

[0002] Es ist bekannt, plattenförmige Werkstücke durch Hochdruck-Wasserstrahlen zu schneiden. Dabei werden die Werkstücke auf einem Tisch aufgelegt oder festgespannt und es wird ein Bearbeitungskopf entlang der geplanten Schnittlinie über das Werkstück bewegt. Typischerweise ist der Tisch feststehend und der Bearbeitungskopf ist auf einem Schlitten befestigt, der auf einer Brücke entlang einer waagrechten Achse (y-Achse) hin- und her beweglich ist, die ihrerseits gegenüber dem Tisch entlang einer weiteren waagrechten Achse (x-Achse) verfahrbar ist, sodass das Werkstück in zwei Dimensionen abgefahren werden kann. Wesentlich ist dabei jedenfalls die Relativvewegung zwischen Bearbeitungskopf und Tisch. Die von der x-Achse und der y-Achse aufgespannte Ebene ist dabei parallel zur Ebene des Tisches und damit typischerweise auch parallel zu einem am Tisch aufgelegten oder aufgespannten Werkstück, beispielsweise einer Fliese. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der WO 2011/098067 A beschrieben.

[0003] Mit solchen Wasserstrahlschneidvorrichtungen ist es möglich, beispielsweise Fliesen exakt zu schneiden, wobei auch komplexe Geometrien herstellbar sind. Die mögliche Schnittgeschwindigkeit ist jedoch begrenzt, sodass die Anwendung dieses Verfahrens in der Praxis oft aus Kapazitäts- und Kostengründen nicht angezeigt ist.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wasserstrahlschneidvorrichtung so weiterzubilden, dass die rasche Bearbeitung einer Vielzahl von Werkstücken möglich ist.

[0005] Erfindungsgemäß werden diese obigen Aufgaben dadurch gelöst, dass am Bearbeitungskopf zusätzlich ein Ritzrad vorgesehen ist. Es hat sich bei der Problemanalyse herausgestellt, dass ein großer Anteil der beispielsweise bei Fliesen oder Bodenplatten durchzuführenden Schnitte einfach und geradlinig sind. Damit ist es möglich, die Werkstücke zuerst zu ritzen und dann an der Ritzkante zu brechen. Das Ritzen kann mit einer wesentlich größeren Vorschubgeschwindigkeit ausgeführt werden als das Schneiden mit dem Wasserstrahl. Dadurch ist es in sehr flexibler Weise möglich, die geraden und einfachen Schnitte durch Ritzen und danach Brechen mit großer Geschwindigkeit durchzuführen, die Schnitte mit komplizierterer Geometrie, beispielsweise runde Ausschnitte, jedoch durch Wasserstrahlschneiden präzise herzustellen. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass diese beiden Arbeitsvorgänge ohne Umlagerung bzw. in einer Aufspannung am selben Werkstück ausgeführt werden können, wenn dies erforderlich ist. Selbstverständlich ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch möglich, ein erstes Werkstück nur mit dem Wasserstrahl zu schneiden oder ein anderes Werkstück nur zu ritzen, wenn das so erforderlich ist.

[0006] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Ritzrad in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Tischs, also entlang einer im Allgemeinen senkrechten z-Achse, beweglich im Bearbeitungskopf angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Ritzrad ohne Höhenverstellung des Bearbeitungskopfes zum Werkstück bewegt werden und es ist insbesondere möglich, mit dem Ritzrad die Oberfläche des Werkstücks abzutasten.

[0007] Vorzugsweise ist der Bearbeitungskopf sowohl in einer ersten Richtung als auch in einer zweiten Richtung parallel zu dem Tisch beweglich. An sich ist es alternativ auch möglich, dass die Beweglichkeit des Bearbeitungskopfes durch die Bewegung des Tisches in der x-Richtung und des Bearbeitungskopfs in der y- Richtung realisiert wird, was bei besonders langen Werkstücken Vorteile hat. Im Allgemeinen ist jedoch ein feststehender Tisch bevorzugt, da die bewegten Massen geringer sind. Insbesondere ist es günstig, wenn der Bearbeitungskopf in der zweiten Richtung auf einer Brücke verfahrbar ist, die in der ersten Richtung gegenüber dem Tisch beweglich ist.

[0008] Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Bearbeitungskopf aus einer Basiseinheit und

einem Drehteil besteht, der gegenüber der Basiseinheit um eine Bearbeitungsachse drehbar ist, die vorzugsweise senkrecht auf die Ebene des Tisches ist. Auf diese Weise ich es möglich, eine für die Bearbeitung vorteilhafte mehrachsige Bewegung der Düse gleichzeitig mit der Möglichkeit zu erreichen, das Ritzrad stets so zu drehen, dass ein korrektes Abrollen am Werkstück sichergestellt wird.

[0009] Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Düse gegenüber dem Drehteil um eine Kippachse schwenkbar ist, die die Bearbeitungsachse in einem spitzen Winkel schneidet, der beispielsweise 45° beträgt. Auf diese Weise kann die Düse, die in Normalstellung senkrecht zur Ebene des Tisches orientiert ist, in eine schräge Stellung gebracht werden. Dadurch ist es möglich, Fasen zu schneiden oder bei dickeren Werkstücken Schnittwinkelfehler zu korrigieren, die sich aus der Aufweitung des Strahls ergeben können.

[0010] Eine kompakte und steife Ausführung wird dadurch erreicht, dass eine Ritzrad-Halterung unmittelbar neben der Düse am Drehteil befestigt ist. Dabei ist es insbesondere günstig, wenn das Ritzrad in einer Ebene liegt, die die Bearbeitungsachse enthält. Dadurch wirkt naturgemäß auch die Anpresskraft des Ritzrads in der Ebene, die die Bearbeitungsachse enthält, sodass auch eine durch diese Kraft verursachte Verformung in dieser Ebene stattfindet. Daher führt eine solche Verformung nicht zu einer Beeinträchtigung der Bearbeitungsgenauigkeit.

[0011] Bevorzugt ist ein Aktuator zur Bewegung des Ritzrads in Richtung des Tischs vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, das Ritzrad mit einer vorbestimmten Kraft auf das Werkstück zu drücken. Der Aktuator umfasst dabei typischerweise mindestens einen Pneumatik-Zylinder zum Antrieb. Durch kann insbesondere eine Ausgestaltung realisiert werden, bei der der Aktuator mindestens drei Modi aufweist: einen Leerlauf-Modus, in dem das Ritzrad vom Werkstück entfernt angeordnet ist, einen Abtast-Modus, in dem das Ritzrad mit geringer Kraft auf das Werkstück gedrückt wird, ohne dieses zu bearbeiten und einen Ritz-Modus, in dem das Werkstück geritzt wird. Dies bedeutet, dass das Ritzrad auch als Teil einer Positionierungseinrichtung eingesetzt werden kann, die den Abstand der Düse vom Werkstück erfasst. Eine genaue Bestimmung des Abstands ist insbesondere dann sehr wichtig, wenn die Düse schräg gestellt ist, da eine Veränderung des Abstands einen seitlichen Versatz verursacht.

[0012] Die Erfassung des Abstands der Düse zum Werkstück erfolgt bevorzugt dadurch, dass ein Wegaufnehmer zur Erfassung der Bewegung des Ritzrads in Richtung des Tischs vorgesehen ist.

[0013] Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken, bei dem in einer Aufspannung mindestens ein Wasserstrahlschnitt und mindestens ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, bei dem das Werkstück geritzt wird. Mit dem Begriff Aufspannung ist in diesem Zusammenhang sowohl eine mechanische Festlegung durch übliche Spannelemente als auch für ausreichend schwere Werkstücke ein Auflegen gemeint, wenn keine Gefahr besteht, dass sich diese im Zuge der Bearbeitung gegenüber dem Tisch bewegen.

[0014] Vorzugsweise wird vor einem Wasserstrahlschnitt das Ritzrad in einem Abtast-Modus auf das Werkstück abgesenkt und dabei die Wegstrecke erfasst. Wenn man davon ausgehen kann, dass die Oberfläche des Werkstücks innerhalb enger Grenzen parallel zur Ebene des Tisches ist, wie dies beispielsweise bei Fliesen guter Qualität der Fall ist, dann reicht diese einmalige Messung für die gesamte Bearbeitung aus. Falls dies nicht der Fall ist, dass sollte während eines Wasserstrahlschnitts das Ritzrad in vorbestimmten Abständen in einem Abtast-Modus auf das Werkstück abgesenkt werden und dabei die Wegstrecke der Absenkung erfasst werden.

[0015] Es ist bei höchsten Ansprüchen aber auch möglich, dass während eines Wasserstrahlschnitts das Ritzrad durchgängig auf das Werkstück abgesenkt ist und dabei die Wegstrecke der Absenkung erfasst wird. In diesem Fall ist es erforderlich, auch während des Wasserstrahlschnitts den Drehteil so zu führen, dass eine Abrollbewegung des Ritzrads sichergestellt ist.

[0016] Um das Brechen des Werkstücks im Anschluss an die Bearbeitung zu erleichtern ist bevorzugterweise vorgesehen, dass jeder Bearbeitungsvorgang geradlinig ausgeführt wird.

[0017] In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbei

spiele näher erläutert. [0018] Es zeigen:

[0019] Fig. 1 eine Wasserstrahlschneidvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht von vorne;

[0020] Fig. 2 die Wasserstrahlschneidvorrichtung von Fig. 1 in einer seitlichen Ansicht; [0021] Fig. 3 ein Detail A von Fig. 2; [0022] Fig. 4 die Wasserstrahlschneidvorrichtung von Fig. 1 bis 3 in einer Draufsicht;

[0023] Die erfindungsgemäße Wasserstrahlschneidvorrichtung der Fig. 1 bis 4 besteht grundsätzlich aus einem in Gebrauchslage waagrecht angeordneten Tisch 1, einer entlang der x-Achse beweglichen Brücke 2 und einem entlang der y-Achse auf der Brücke 2 beweglichen Bearbeitungskopf 3. Am Tisch 1 ist ein Werkstück 4 aufgelegt oder aufgespannt, beispielsweise eine Fliese.

[0024] Der Bearbeitungskopf 3 besteht aus einem Schlitten 5, der in y-Richtung verfahrbar ist, weiters einer Basiseinheit 6, die gegenüber dem Schlitten 5 entlang der z-Achse, also in Gebrauchslage senkrecht verfahrbar ist und einem Drehteil 7, der gegenüber der Basiseinheit 6 um die z-Achse verdrehbar ist.

[0025] Der Drehteil 7 ist abgewinkelt und besitzt einen Lagerabschnitt 8, der das Lager 8a für die drehbare Lagerung gegenüber der Basiseinheit 6 aufnimmt und einem Aufnahmeabschnitt 9, der in einem stumpfen Winkel gegenüber dem Lagerabschnitt 8 abgewinkelt ist. Am Aufnahmeabschnitt 9 ist eine Halterung 10 mit einem Gestänge 10a drehbar befestigt, die eine Düse 11 trägt. Die Drehung der Halterung 10 ist um eine Kippachse 12 möglich, die die z-Achse in einem Winkel von etwa 45° schneidet.

[0026] In der Normalstellung, die in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, fällt die Achse 13 der Düse 11 mit der z-Achse zusammen. Dies bedeutet, dass der aus der Düse 11 austretende Wasserstrahl, der das Werkstück 4 bearbeitet, entlang der z-Achse senkrecht auf das Werkstück 4 trifft.

[0027] Wenn die Halterung 10 aus der Normallage um die Kippachse 12 verdreht wird, dann schwenkt die Düse 11 mit ihrer Achse 13 aus der von der z-Achse und der Achse 12 der Halterung 10 aufgespannten Ebene, wobei jedoch der Schnittpunkt 14 der Achse 13 der Düse 11 mit der Kippachse 12 der Halterung 10 unverändert bleibt und nach wie vor auf der z-Achse liegt, die somit auch die Bearbeitungsachse darstellt. Im Idealfall wird die Höhe der Basiseinheit 6 und damit der Düse 11 so eingestellt, dass der Schnittpunkt 14 genau in der Ebene des Werkstücks 4 liegt, sodass bei der Drehung der Halterung 10 keine seitliche Verschiebung der Stelle eintritt, an der der Wasserstrahl auf das Werkstück 4 auftrifft.

[0028] Seitlich am Lagerabschnitt 8 des Drehteils 7 ist eine Ritzrad-Halterung 15 lösbar befestigt, an deren unterem Ende ein Ritzrad 16 durch einen angedeuteten Aktuator 17 in der Form eines Pneumatik-Zylinders pneumatisch ausfahrbar angeordnet ist. Ein Wegaufnehmer 18 erfasst die Bewegung des Ritzrads 16 relativ zur Ritzrad-Halterung 15.

[0029] Das Ritzrad 16 kann in einem Leerlauf-Modus in der Halterung 15 zurückgezogen und damit inaktiv sein. In einem Abtast-Modus kann das Ritzrad mit geringer Kraft auf das Werkstück gedrückt werden, um den Abstand zum Werkstück 4 zu erfassen, ohne dieses zu beschädigen. Damit kann wie oben beschrieben erreicht werden, dass der Schnittpunkt 14 genau in der Ebene des Werkstücks 4 liegt. In einem Ritz-Modus wird das Werkstück geritzt, indem eine größere Kraft aufgebracht wird und gleichzeitig der Bearbeitungskopf 3 über das Werkstück bewegt wird.

[0030] Die Ebene des Ritzrads 16, die in den Fig. 2 und 3 die Zeichenebene ist, enthält auch die z-Achse, d.h., dass die Bewegung des Bearbeitungskopfs 3 auch entlang dieser Ebene erfolgt.

Claims

Patentansprüche

1. Wasserstrahlschneidvorrichtung mit einem Tisch (1) zum Lagern eines Werkstücks (4) und mit einem Bearbeitungskopf (3), der gegenüber dem Tisch (1) beweglich ist und der eine Düse (11) aufweist, um einen Hochdruck-Wasserstrahl auf das Werkstück (4) zu richten, dadurch gekennzeichnet, dass am Bearbeitungskopf (3) zusätzlich ein Ritzrad (16) vorgesehen ist.

2. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzrad (16) in einer Richtung z senkrecht zur Ebene des Tischs (1) beweglich im Bearbeitungskopf (3) angeordnet ist.

3. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (3) sowohl in einer ersten Richtung x als auch in einer zweiten Richtung y parallel zu dem Tisch (1) beweglich ist.

4. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (3) in der zweiten Richtung y auf einer Brücke (2) verfahrbar ist, die in der ersten Richtung x gegenüber dem Tisch (1) beweglich ist.

5. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (3) aus einer Basiseinheit (6) und einem Drehteil (7) besteht, der gegenüber der Basiseinheit (6) um eine Bearbeitungsachse z drehbar ist, die vorzugsweise senkrecht auf die Ebene des Tisches (1) ist.

6. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (11) gegenüber dem Drehteil (7) um eine Kippachse (12) schwenkbar ist, die die Bearbeitungsachse z in einem spitzen Winkel schneidet.

7. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ritzrad-Halterung (15) unmittelbar neben der Düse (11) am Drehteil (7) befestigt ist.

8. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzrad (16) in einer Ebene liegt, die die Bearbeitungsachse z enthält.

9. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (17) zur Bewegung des Ritzrads (16) in Richtung des Tischs (1) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, das Ritzrad (16) mit einer vorbestimmten Kraft auf das Werkstück (4) zu drücken.

10. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (17) der Ritzrad-Halterung (15) mindestens drei Modi aufweist: einen Leerlauf-Modus, in dem das Ritzrad (16) vom Werkstück (4) entfernt angeordnet ist, einen Abtast-Modus, in dem das Ritzrad (16) mit geringer Kraft auf das Werkstück (4) gedrückt wird, ohne dieses zu bearbeiten und einen Ritz-Modus, in dem das Werkstück (4) geritzt wird.

11. Wasserstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wegaufnehmer (18) zur Erfassung der Bewegung des Ritzrads (16) in Richtung des Tischs (1) samt Werkstück (4) vorgesehen ist.

12. Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken, bei dem in einer Aufspannung mindestens ein Wasserstrahlschnitt und mindestens ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, bei dem das Werkstück (4) geritzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Wasserstrahlschnitt das Ritzrad (16) in einem Abtast-Modus auf das Werkstück (4) abgesenkt wird und dabei die Wegstrecke der Absenkung erfasst wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung eines Wasserstrahlschnitts das Ritzrad (16) in vorbestimmten Abständen in einem Abtast-Modus auf das Werkstück (4) abgesenkt wird und dabei die Wegstrecke der Absenkung erfasst wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Wasserstrahlschnitts das Ritzrad (16) durchgängig auf das Werkstück (4) abgesenkt ist und dabei die Wegstrecke der Absenkung erfasst wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Bearbeitungsvorgang geradlinig ausgeführt wird.

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