CN110691675A - 水磨料悬浮液切割设备和水磨料悬浮液切割方法 - Google Patents

Abstract

在此公开的水磨料悬浮液切割设备(1)具有：用于以高压提供水(301)的高压源(3)；与所述高压源(3)连接的高压管路(5)；用于提供处于高压下的磨料介质悬浮液(13)(303)的压力容器(11)；闸门室(21)，所述闸门室构造成为有时处于高压下有时处于低压下；和用于从闸门室(21)补充(311)压力容器(11)的补充阀(19)。在此，传送辅助装置(45)在抽吸侧与压力容器(11)流体连接，使得传送辅助装置(45)在高压下在闸门室(21)中通过补充阀(19)将磨料介质悬浮液从闸门室(21)吸入压力容器(11)中。

Description

水磨料悬浮液切割设备和水磨料悬浮液切割方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分所述特征的水磨料悬浮液切割设备和一种水磨料悬浮液切割方法。

背景技术

水磨料悬浮液切割设施用于借助高压水射束切割材料，在高压水射束中添加有磨料介质。水磨料悬浮液切割设备与水磨料注射切割设备不同，在水磨料注射切割设备中，磨料介质仅在排出喷嘴中或在排出喷嘴处被引入已经大幅加速的水中。在水磨料悬浮液切割设备中，首先将处于高压下的水与磨料介质混合，然后将水磨料介质悬浮液在排出喷嘴中加速。在水磨料注射切割设备中虽然不存在在高压下将磨料介质与水混合的问题，因为磨料介质仅在排出喷嘴处输送，然而磨料介质-水的比例在水磨料注射切割设备中极度受限，进而使其切割力也严重受限。此外，在水磨料注射切割设备中，空气夹杂物由于在吸入水射束中时以及在切割射束中的空气份额高的情况下磨料介质颗粒的低效加速而使切割功率减小。而在水磨料悬浮液切割设备中，可以将磨料介质-水的比例选择为高的并实现较高的切割力，因为水在高压下在排出喷嘴的上游在没有空气夹杂物的情况下与磨料介质受控地混合。因此例如可以将水流的一部分引导穿过磨料介质容器，该磨料介质容器构成为压力容器。这种设备例如在EP 1 199 136中已知。在该设备中的技术挑战是磨料介质的补充，因为为此设备必须停止运行，磨料介质容器必须进入无压力状态下然后才能够被填充。然而在工业应用中通常期望连续地切割，在此设备在填充磨料介质时不必停止运行。

EP 2755 802 B1和WO 2015/149867 A1描述了用于确保设备连续运行的闸门解决方案。然而因为部分超过2000bar的特别高的压力，对闸门室的周期性加压和减压是技术挑战。因此对压力容器的再填充在至今已知的设备和至今已知的方法中会引起堵塞和耗时的再填充即补充周期。

发明内容

在此公开的水磨料悬浮液切割设备和在此公开的水磨料悬浮液切割方法相对于已知的解决方案具有下述优点：能够更快地进行对压力容器的补充并且将堵塞的风险最小化。本公开的有利设计方案在从属权利要求、下面的说明书和附图中给出。

根据本公开的第一方面，水磨料悬浮液切割设备具有：

-用于以高压提供水的高压源，

-与高压源连接的高压管路，

-用于提供处于高压下的磨料介质悬浮液的压力容器，

-闸门室，所述闸门室构造成为可有时处于高压下有时处于低压下，和

-用于从闸门室补充压力容器的补充阀，其特征在于，

传送辅助装置在抽吸侧与压力容器流体连接，使传送辅助装置在高压下在闸门室中可以通过补充阀将磨料介质悬浮液从闸门室吸入到压力容器中。

在此，“高压”表示高于100bar的压力，而“低压”表示低于100bar的压力。优选的是，低压是环境空气压力。传送辅助装置承受高压，进而优选设计用于高压。尽管传送辅助装置尽可能与压力容器的存在较少磨料的区域，例如压力容器的侧向上部区域流体连接，但是所泵送的水可以包含磨料介质，这可促进传送辅助装置的磨损。

可选地，在所述传送辅助装置和所述闸门室之间设有传送辅助截止阀，所述传送辅助截止阀优选是针阀。所述针阀可以经由挤压盘气动地截止。所述针在此可以与高压入口同轴并且与所述高压入口相对置地设置，以便紧密地压到高压入口处的阀座上，其中所述高压入口与压力容器连接。

为了建立回路，传送辅助装置可以可选地在压力侧与闸门室的上部区域流体连接。优选的是，所述传送辅助装置在抽吸侧与压力容器的上部区域流体连接，在该处存在尽可能少的磨料介质，从而使所述磨料介质不被所述传动辅助装置抽吸，而是尽可能抽吸纯的水。闸门室优选竖直地设置在所述补充阀上方，而压力容器竖直地设置在所述补充阀下方，使得在补充阀打开的情况下磨料介质能够以重力辅助的方式通过补充阀从所述闸门室落入到压力容器中。传送辅助装置可以通过由其至少暂时在压力容器和闸门室之间产生的压力差对该竖直的磨料介质流进行推动、辅助和/或加速。通过磨料介质挤压的并且由传送辅助装置从压力容器中抽吸的水能够经由回路再次输送给闸门室。传送辅助装置可以以出口侧的压力至少暂时地在压力容器和闸门室之间产生相应的压力差进而将所述压力流通过补充阀加速。

可选地，传送辅助装置具有低压部分和高压部分，其中低压部分处于具有低压的区域中，优选处于具有环境空气压力的区域中，而高压部分处于具有高压的区域中。在此，高压部分可以可选地具有叶轮，所述叶轮可以借助于低压部分感应地驱动或者经由轴驱动，所述轴从所述低压部分伸展直至所述高压部分。替选于所述叶轮，所述高压部分能够具有活塞，所述活塞能够借助所述低压部分驱动。

根据本公开文献的第二方面，提供一种水磨料悬浮液切割方法，所述方法具有下述步骤：

-借助于高压源在高压管路中以高压提供水，

-在压力容器中提供处于高压下的磨料介质悬浮液，

-在从压力容器中取出磨料介质悬浮液的情况下借助于高压射束切割材料，所述高压射束至少部分地包含磨料介质悬浮液，

-用磨料介质填充处于低压下的闸门室，

-将所述闸门室加压到高压，和

-在借助于传输辅助装置至少暂时将磨料介质悬浮液吸入所述压力容器中的情况下从处于高压下的闸门室到压力容器中用磨料介质对压力容器进行补充。

可选地，填充、加压和补充依次进行，并且在切割期间周期性地进行，以便确保连续的切割运行。

可选地，传送辅助装置与所述闸门室通过呈针阀形式的传送辅助截止阀暂时截断。这优选在对压力容器补充之后并且在填充处于低压下的闸门室之前发生，因为在一次补充之后，所述闸门室对于下一次补充减压。当所述闸门室处于低压下时，传送辅助截止阀优选关闭，而当闸门室处于高压下时，所述传送辅助截止阀打开。

附图说明

下面借助于附图中示出的实施例详细阐述本发明。附图中示出：

图1示出在此公开的水磨料悬浮液切割设备的第一实施例的示意线路图；

图2示出在此公开的水磨料悬浮液切割设备的第二实施例的示意线路图；

图3示出在此公开的水磨料悬浮液切割设备的第三实施例的示意线路图；

图4示出在此公开的水磨料悬浮液切割设备的第四实施例的示意线路图；

图5示出在此公开的水磨料悬浮液切割设备的第五实施例的示意线路图；

图6a-图6c示出在此公开的水磨料悬浮液切割设备的输送辅助装置的三个不同的实施方式的示意性部分线路图；

图7a-图7c示出在此公开的水磨料悬浮液切割设备的磨料介质流控制的三个不同的实施方式的示意性部分线路图；

图8-图12示出在此公开的水磨料悬浮液切割设备的磨料介质补充装置的五个不同的实施方式的示意性部分线路图；

图13示出在此公开的水磨料悬浮液切割方法的一个实施例的示意性流程图；

图14示出根据在此公开的水磨料悬浮液切割设备的一个实施例的闸门室中、蓄压器中和高压管路中的压力-时间图；

图15a-图15b示出根据在此公开的水磨料悬浮液切割设备的一个实施例中补充阀在两个不同的打开位置中在xz平面的横截面；

图16a-图16b示出根据在此公开的水磨料悬浮液切割设备的一个实施例中补充阀在两个不同的关闭位置中在xz平面中的横截面；

图17a-图17b示出根据在此公开的水磨料悬浮液切割设备的两个不同的实施例中补充阀在关闭位置中在yz平面中的横截面；

图18a-图18b示出根据在此公开的水磨料悬浮液切割设备的一个实施例中补充阀的立体图；和

图19a-图19b示出根据在此公开的水磨料悬浮液切割设备的两个不同的实施例中呈针阀形式的截止阀在打开位置中的横截面。

具体实施方式

在图1中示出的水磨料悬浮液切割设备1具有高压源3，所述高压源在高压管路5中以大约1500至4000bar的高压p₀提供水。高压管路5与排出喷嘴7连接，处于高压下的水从排出喷嘴7中以非常高的速度以射束9排出。为了能够将射束9有效地用作为用于切割材料的切割射束，将高压管路5分支为，使得穿流的至少一部分通过高压管路5引导穿过压力容器11，水磨料悬浮液13处于压力容器11中。通过截止阀15可以接通和切断水磨料悬浮液13朝向排出喷嘴的输送。水磨料悬浮液13的在射束9中的份额可以通过节流阀17来设定，其方式为：对高压管路5的被引导穿过压力容器11的辅助支线中的流通量进行节流。节流阀17可以静态地例如以孔板的形式或可设定或可调节地构造。优选的是，节流阀17可设定，使得节流阀17在必要时也可以完全截断到压力容器11的入流，从而可以弃用截止阀15。节流阀17优选是可调节的，在此将表征磨料介质抽取流的信号用作为用于调节打开节流阀17的调节变量(参见图7a-c)，在此所述信号可以从传感器或可用的运行参数获得。

在切割时，从压力容器11中取出水磨料悬浮液13，并且在高压下输送水，也就是处于压力容器11中的磨料介质被消耗。因此必须连续地或顺序地对压力容器11补充磨料介质。为此，在压力容器11上方设有呈球阀形式的补充阀19。补充阀19将设置在补充阀19上方的闸门室21与压力容器11连接。在闸门室21上方还设有填充阀23，填充阀23将设置在闸门室21上方的补充漏斗25与闸门室21连接。填充阀23可以基本上与呈球阀形式的补充阀19结构相同地构造。

补充漏斗25不处于压力下，使得能够从上方填入干燥的、潮湿的或湿的磨料介质或水磨料悬浮液(参见图8至图12)。这可至少部分地是从切割射束9中再次制备的磨料介质，该磨料介质可经由输送装置(参见图8至图12)以干燥的、湿的、冷冻的、颗粒状的或悬浮形式的从上方填入补充漏斗25中。当补充阀19关闭时，闸门室21可以是暂时无压力的。例如，在闸门室21中的压力可通过呈针阀形式的减压阀27排放到出流口29中。在无压力的闸门室21中，可打开填充阀23，使磨料介质从补充漏斗25中落入闸门室21中。这种用磨料介质对闸门室21进行因重力引起的填充可以通过泵31来辅助和加速。泵31可以在抽吸侧与闸门室21连接，并且在压力侧与补充漏斗25连接。因此，泵31可以将磨料介质抽吸到闸门室21中。当磨料介质在补充漏斗25的渐缩的下部区域中或在填充阀23处堵塞时，这尤其是特别有意义的。通过将磨料介质通过泵31向下抽吸，能够解决堵塞或者防止堵塞的产生。为了使泵31不必针对高压设计，当泵31能够借助于呈针阀形式的泵截止阀33从闸门室21截断时，是有利的。在此，泵截止阀33可以构造为可冲洗的，以便从阀座和例如呈阀针形式的阀体冲走磨料介质(参见图19a-b)。因此一方面可确保泵截止阀33的紧密关闭还能降低阀中的材料磨损。泵31可以借助于位于上游的过滤器和/或分离器(两者均未示出)在最大程度上受到保护以抵御磨料介质。

仅在闸门室21已经无压力时，泵截止阀33才打开。因此，可以将根据图19a的针阀的第一实施方式用于泵截止阀33，其中设有侧向的冲洗入口和相对置的侧向的冲洗出口。而对于减压阀27，根据图19b的针阀的第二实施方式是更有利的，其中止回阀设置在冲洗入口处。因为减压阀27在高压下被打开，因此止回阀防止朝向冲洗入口方向的压力排放。冲洗出口可以通入出流口29中，使得压力排放和冲洗介质排放仅朝向出流口29发生，而不是朝向冲洗入口。

现在一旦例如用1kg磨料介质对闸门室21进行填充，那么填充阀23就可以关闭。此外，现在减压阀27和泵截止阀33关闭。闸门室21在下部区域中具有加压入口35，经由该加压入口可对闸门室21进行加压。加压入口35在图1的实施例中可经由呈针阀形式的加压阀37与蓄压器39阻断，并且经由节流阀41、42与高压管路5连接。蓄压器39具有两个呈弹簧蓄能器形式的蓄压器单元，所述蓄压器单元与加压阀37的入口并联连接。蓄压器39经由节流阀41与高压管路5连接。节流阀41、42可以静态地、例如以孔板形式或可设定或可调节地构造。如果节流阀41、42可设定至能够将高压管路5和加压入口35之间的连接完全截断的程度，那么必要时可以弃用加压阀37。在闸门室21被加压之前，对蓄压器39完全加压。一旦加压阀37被打开，那么蓄压器39将压力卸载到闸门室21中并进而将所述闸门室快速加压到高压p₀的大约40％，该高压在高压管路5中被作为高压源3的标称高压。通过该快速的部分加压，从下方将压力脉冲导入闸门室21中，该压力脉冲使磨料介质松动。这对于稍后将磨料介质排放到压力容器11中是有利的。因为高压管路5也经由节流阀41与闸门室21连接，所以与打开加压阀37同时，也发生通过高压管路5的节流的、即缓慢的加压。一旦蓄压器39被减压，那么大约为标称高压p₀的60％的在闸门室21中剩余的所需的压力仅经由高压管路5中的节流的、即缓慢的加压构建。由此，将高压管路5中的压力降低幅度限制到最小程度。

在图1中示出的第一实施方式中，蓄压器39自其减压的时刻起立即被再次加压。在该情况下，高压管路5用剩余压力对闸门室21和蓄压器39加压。如果蓄压器39的压力加载是耗时的，使得补充通过速率与蓄压器39的压力加载时间相关，那么这尤其是有利的。

在图2中示出的第二实施方式中，蓄压器39可以借助呈针阀形式的蓄压阀43被截断。在蓄压器39已被卸压的时刻，蓄压阀43可被截断，以便在对闸门室21加压期间无需附加地借助蓄压器39的压力加载对高压管路5进行加压。这种加压可以引起在高压管路5中的压力降低，所述压力降低会对在排出喷嘴7处的切割功率产生不利影响。因此有利的是，如果闸门室21被完全加压并且加压阀37关闭，从而使蓄压器39能够经由节流阀41从高压管路5中压力加载，那么蓄压阀43才能够打开。如果蓄压器39的压力加载没有耗时到使得补充速率与蓄压器39的压力加载时间有关，那么这尤其是有利的。闸门室21的填充和压力容器11的补充通常会比对蓄压器39的压力加载持续更长时间。可将节流阀41设定为，使得蓄压器39的加压尽可能缓慢地进行，但是仍能足够快到以便在下一次加载闸门室21之前蓄压器39被完全加压。

在根据图3的第三实施方式中完全弃用蓄压器39，并且闸门室21仅经由节流阀41从高压管路5中加压。如果高压源3例如经由伺服泵控制快速地对初始压力降低做出反应，并且能够相应快地调整泵功率，使得完全不会发生大幅度的压力降低，那么这是有利的。经由压力传感器可将初始的压力降低通知给高压源3，使得高压源3可以通过功率升高或转速增大来快速对抗进一步的压力降低。经由节流阀41就可减小初始的压力降低，使得在任何时间点都不会出现显著损坏切割功率的压力降低。

一旦现在闸门室21被完全加压，那么补充阀19可以被打开，从而在重力作用下或辅助下使磨料介质从闸门室21通过补充阀19流入压力容器11中，以补充所述压力容器。优选的是，设有例如呈泵形式的传送辅助装置45，所述传送辅助装置45在抽吸侧与压力容器11连接并且在压力侧与闸门室21连接。传送辅助装置45辅助或产生从闸门室21向下进入压力室11中的磨料介质流。所述传送辅助装置45可以防止或解除磨料介质的堵塞并且加速因重力引起的或辅助的补充过程。与在补充漏斗25处的泵31不同，传送辅助装置45在压力容器11处借助在标称高压p₀下的水工作。因此，所述传送辅助装置必须针对高压运行设计。例如，所述传送辅助装置，可如在图6b中示出的仅具有在高压下的电感驱动的叶片轮，使得处于高压下的可移动的部件的数量最小化。传送辅助截止阀47设置在传送辅助装置45和闸门室21之间，其中如果闸门室21未被加压或未被完全加压，那么呈针阀形式的传送辅助截止阀47可以相对于闸门室21截断泵47。优选的是，传送辅助截止阀47是根据图19b的在冲洗入口具有止回阀的可冲洗的针阀，因为其在高压下操作。

图6a-c示出用于传送辅助装置45的不同的替选的实施方式。传送辅助装置45例如可以具有经由轴从外部驱动的叶轮(参见图6a)或感应驱动的叶轮(参见图6b)。所述传送辅助装置45还可以经由活塞冲程辅助将磨料介质补充到压力容器11中(参见图6c)。所述传送辅助装置45可以连续地泵送或传送或在时间上受限或脉动。必要时仅在最初辅助进入压力容器11中的磨料介质流可能就足够了，然后以重力辅助的方式独自足够快地继续行进。替选地或附加地，可以连续地辅助或产生进入压力容器11中的磨料介质流。

补充阀19除了上部的阀入口49和下部的阀出口51还具有侧向的压力入口53。经由压力入口53可以对处于可移动的阀体中的阀室进行加压。在不对阀室加压的情况下可以是，在所述设备投入运行时在阀入口49和阀出口51上的非常高的压力将阀体强烈地压入阀座中，使得阀体不再能够移动。经由侧向的压力入口53，可以在补充阀19中建立压力平衡，使得阀体在投入运行之后是可移动的。

在图4和5中示出的第四或第五实施例中设有用于补充阀19的冲洗装置。为此，冲洗源55可以与压力入口53可截断地连通(参见图4)。优选的是，为此设有三个冲洗阀57、59、61，所述冲洗装置可以接通和切断或者与高压分离。呈针阀形式的第一冲洗阀57设置在传送辅助装置45和压力入口53之间。呈针阀形式的第二冲洗阀59，在此也称为冲洗排出阀59设置在侧向的冲洗出口63和出流口65之间。呈针阀形式的第三冲洗阀61设置在冲洗源55和压力入口53之间。

现在为了将补充阀19用水或水-冲洗介质混合物冲洗，以便使将补充阀19的阀室没有磨料介质残留物，优选补充阀19关闭。第一冲洗阀57同样关闭，以便可以由压力入口53排放压力，而不会在传动辅助装置45处排放压力。第二冲洗阀59朝向出流口65打开，使得能够从阀室排放必要时存在的高压。如果现在第三冲洗阀61被打开，那么水或水-冲洗介质混合物穿过阀室朝向出流口65流动进而将其去除磨料介质残留物。优选地，在完全无压力的设备1中，补充阀19的冲洗作为维护过程执行，以便能够完全冲洗阀室并在必要时在此能够使所述阀体移动。

替选于根据图4的第四实施方式，在根据图5的第五实施方式中可以与压力入口53分开地设置冲洗入口66(也参见图15a-b和17a-b)。压力入口53可以与伺服马达轴86同轴地并且与其相对置地设置，在此冲洗入口66和冲洗出口63可横向于伺服马达轴86彼此同轴地设置并且分别设置在相对置的侧上。

通过以相反的顺序关闭三个冲洗阀57、59、61再次结束冲洗，即首先关闭第三冲洗阀61，使得停止所述冲洗流。然后关闭第二冲洗阀59，以便将阀室相对于出流口65封闭。最后可以打开第一冲洗阀57，以便对阀室用高压加压。对阀室加压是有利的，因为在补充阀19中通过在阀出口51或阀入口49和阀室之间的高的压力差可将阀体剧烈地压入阀座中，使得所述阀体不再能够运动。而对阀室加压提供了压力平衡，使得阀体在补充阀19中保持可运动。

在根据图7a-c的部分线路图中表明对磨料介质取出流的优选的调节。为了在切割射束9中掺入磨料介质，高压管路5的分支被引导穿过用磨料介质悬浮液13填充的压力容器11。设置在压力容器11的下部区域中的抽取部位68经由磨料介质管路70与排出喷嘴7连接，并且高压管路5的一个分支经由调节阀或可调节的节流阀17引入压力容器11的上部区域中。在压力容器11的上游，磨料介质管路在排出喷嘴7之前再次与高压管路5合并，使得切割射束例如以1:9的混合比含有磨料介质悬浮液和水。在此，混合比可以经由在入口侧与压力容器11连接的节流阀或调节阀17来调节。在调节阀17的最大打开位置中，磨料介质抽取流最大，并且混合比最大。在调节阀17的最小的打开位置或关闭位置中(参见图7b或图7c)，磨料介质抽取流最小或为零，并且混合比相应地小或者所述切割射束9此时仅包含水。

现在出于不同的原因有利的是，测量和调节实际的磨料介质抽取流。一方面，对于切割特定的材料、工件或工件部段，特定的混合比可以是最优的，其中仅抽取和所需的一样多的磨料介质，以实现切割功率。在工件不均匀的情况下，切割功率可以经由在切割期间的混合比来调整。另一方面，用磨料介质补充压力容器11可以根据磨料介质抽取流来控制，使得在压力容器11中始终存在足够的磨料介质悬浮液13以进行连续的切割。在图7a-c中，磨料介质在压力容器11中的四个不同的液位分别通过虚线的锥体表示。在最大的液位锥F_max和最小的液位锥F_min之间示出两个另外的液位锥F₁和F₂，其中F_max>F₁>F₂>F_min。在该处再次指出，整个设备1和尤其是压力容器11是完全无空气的。也就是说，液位锥处于高压的水中。最大的液位锥F_max通过如下方式限定：在压力容器11中用磨料介质继续补充时会产生到补充阀19中的倒流。最小的液位锥F_min通过如下方式限定：在继续取出磨料介质时，在出口侧的磨料介质管路70中的磨料介质悬浮液的磨料介质份额可能会减少。

如在图7a和7b中示出的，液位传感器72、74、76可设置在压力容器11上，以便用信号通知达到液位锥。液位传感器72、74、76例如可以是超声传感器、光学传感器或光势垒(Schranken)、电磁传感器或其它类型的传感器。在此，液位传感器72、74、76是超声传感器，所述超声传感器可经由固体声的变化用信号通知达到液位锥。上部的液位传感器72例如可用信号通知达到液压锥F₁，并启动计时器或定义时间点t₁。下部的液位传感器74例如可用信号通知达到液压锥F₂，并且在Δt后停止计时器或定义时间点t₂。经由压力容器11的已知的几何形状和液位传感器72、74的竖直间距，可以将平均的磨料介质抽取流确定为ΔV/Δt或ΔV/(t₂-t₁)。最下方的第三液位传感器76可以用信号通知最小的液位锥F_min并且立即引起截止阀15的截止，以防止压力容器11被抽空。根据图7b，也可将其它运行参数，如例如高压源3的泵转速，以确定磨料介质取出流和其调节考虑作为用于调节阀17的调节变量。如在图7c中示出的，磨料介质流动或混合比可以借助于相应的传感器79也在磨料介质管路70处或在排出喷嘴7之前确定并且用作为用于调节阀17的调节变量。

液位传感器72、74还可用于，对补充周期进行控制或设定时钟脉冲。例如，可以经由上部的液位传感器72在液位锥F₁和最大的液位锥F_max之间调整闸门室21的填充。如果液位锥低于F₁，那么上部的液位传感器72可触发闸门室21的填充，以便如果下部的液位传感器74用信号通知液位锥F₂进而可以触发从已填充的闸门室21到压力容器11中的补充，那么完全填充所述闸门室。由此防止了液位锥降低到最小的液位锥F_min。在最小的液位锥F_min和液位锥F₂之间，闸门室21的至少一次填充同样可以适合作为缓冲器。替选于在特定的液位下触发对闸门室21的填充，一旦压力室11的补充结束，闸门室21可以自动地始终立即被再次填充。然后，在液位锥F₂的情况下仅需要触发从闸门室21的补充。在上部的液位传感器72和下部的液位传感器74之间的竖直间距可以选择为相对短的，例如短到使得在F₁和F₂之间的降低比闸门室21的填充过程持续时间更短。借助较短的竖直间距可以更频繁地确定平均的磨料介质抽取流ΔV/Δt或ΔV/(t₂-t₁)进而更准确地给出当前的磨料介质抽取流dV/dt。

图8至图12示出将呈干燥、湿润、潮湿、悬浮、冷冻、颗粒状的或其它形式的磨料介质添加到补充漏斗25中或直接添加到填充阀23中的不同的可行性。在图8中设有预装载容器78，从所述预装载容器78中借助泵80将磨料介质悬浮液传送到补充漏斗25中。经由在补充漏斗25处的溢流口82，在装载补充漏斗25时水能够流出，所述水被挤压穿过下降的磨料介质。

在图9中设有预装载容器78，从所述预装载容器中借助于传送螺杆84和/或传送带85将干燥的粉状的或潮湿的凝结的磨料介质传送到补充漏斗25中。经由在补充漏斗25处的溢流口82，在装载补充漏斗25时水也可以在此流出，所述水被挤压穿过下降的磨料介质。例如，在切割过程之后，可以从切割射束9的废水中回收和制备磨料介质，使其可用于后续的切割过程。与已知的水磨料注射切割设备相比，该设备的优点在于，这种再制备的磨料介质不必被干燥并且可以以潮湿的块状或任意形式填入设备中。

在图10中没有设置溢流口82，而是在补充漏斗25和预装载容器78之间设有回路，其中所述泵80在补充漏斗25的输出侧驱动所述回路，以用磨料介质填充所述补充漏斗25。在这种情况下，补充漏斗25优选关闭，使得泵80能够从预装载容器78中抽吸磨料介质悬浮液。在这种情况下的优点是，泵80输送相对清洁的水并且不输送如在图8中示出的饱和的磨料介质悬浮液。由此减少了在泵80中的磨损。此外，磨料介质悬浮液的抽吸比按压更不易于堵塞。然而如在图11中示出的，也可将传送螺杆84设置在补充漏斗25的输入侧，以便将磨料介质传送到补充漏斗25中。如果在预装载容器78中不存在磨料介质悬浮液，而是磨料介质作为干燥的粉末或以潮湿的块状形式存在，那么这尤其是有利的。

如果经由传送螺杆84或泵80的传送足够快并且以受控的方式直接进入填充阀23中，那么甚至可以完全省去补充漏斗25(参见图12)。经由泵截止阀33，在填充闸门室21时被挤压穿过磨料介质的水可以从闸门室21向回引导到补充漏斗25中。这也可以借助根据图1至5的泵31来辅助，以便附加地将磨料介质主动地抽吸到闸门室21中。

压力容器11中的磨料介质的补充根据在此公开的用于水磨料悬浮液切割的方法的一个实施例部分地并且周期性地进行，同时连续地用切割射束9切割要加工的工件。图13图解示出在时间流程中的方法步骤。在第一步骤301中，借助于高压源3在高压管路5中以高压提供水。因此，然后也在压力容器11中提供处于压力下的磨料介质悬浮液303。因此，于是已经可以借助于高压射束9在从压力容器11中取出磨料介质悬浮液的情况下切割305工件，所述高压射束至少部分地包含磨料介质悬浮液。步骤307至311用于在连续切割305期间用磨料介质分部分地和周期性地补充压力容器11。首先，用磨料介质或磨料介质悬浮液填充307未加压的闸门室21。在填充期间，传送辅助装置45通过传输辅助截止阀47从未加压的闸门室21截断。然后，将泵31与闸门室21阻断308。此后，至少部分地通过对蓄压器39进行减压而对闸门室加压309，并且最终用磨料介质或磨料介质悬浮液经由补充阀19从加压的闸门室21中对压力容器11进行补充311。在补充311时，传送辅助装置45经由打开的传送辅助截止阀47与加压的闸门室21流体连通。在补充311之后，传送辅助截止阀47以及加压阀37和补充阀19被截断，以便能够经由在出流口29中的减压阀27对于下一填充步骤对闸门室21进行减压。

在填充307闸门室21期间或在补充311压力容器11期间，蓄压器可以经由节流阀41从高压管路中进行压力加载313。同时，在从蓄压器39对闸门室21进行加压309开始，闸门室21能够至少部分地经由节流阀41从高压管路5中加压315。从高压管路5中的这种缓慢的节流的加压315能够比通过对蓄压器39进行减压的快速加压309持续更长时间。换言之，通过对蓄压器39进行减压引起的对闸门室21的加压309在第一时间窗A期间进行，并且高压管路5的闸门室21的加压315在第二时间窗B期间进行，其中第一时间窗A和第二时间窗B至少部分地相交，优选在其开始处相交。

通过对蓄压器进行减压引起的对闸门室21的加压309可以快速地进行，使得处于闸门室21中的磨料介质通过压力冲击而变松。在此，通过对蓄压器39进行减压引起的对闸门室的加压309优选在闸门室21的下部区域中进行，因为在下部区域中比在上部区域中更可能发生磨料介质的可能的堵塞。

可选的是，在填充307和补充311期间，闸门室21的加压入口35从蓄压器39和/或高压管路5截断。蓄压器39的压力加载313因此能够在填充307和补充311期间进行。在此，能量可以通过弹簧或流体压缩来储存在蓄压器39中，该能量储存器例如可以构造为弹簧或气囊蓄力器。填充307、加压309和补充311可以周期性地在切割305期间连续地执行。

可选地，在通过对蓄压器39进行减压引起对闸门室21进行加压309之后，蓄压器39可以首先借助于蓄压阀43从高压管路5截断。如果闸门室21经由节流阀41从高压管路5加压，那么蓄压阀43才可以优选再次打开，以对蓄压器39进行压力加载。

图14图解示出闸门室21中(上部)、在蓄压器39中(中部)和在高压管路5中(下部)的压力p关于时间t的示例性变化曲线。在未加压的闸门室21中的压力首先是在此处于零线上的环境压力。闸门室21能够在该未加压的阶段中在开始加压309之前在时间点t₀处被填充307。

在时间点t₀处开始加压309、315。在短的第一时间窗A＝t₁-t₀期间，现在闸门室21从蓄压器39的减压中被加压309到标称高压p₀的40％。然后蓄压器39在t₁处被减压到最小值上，并且然后经由蓄压器43根据在图2中的第二实施例截断。然而，闸门室21在较长的第二时间窗B＝t₂-t₀内缓慢地继续经由节流阀41从高压管路5中加压315直至达到在t₂处的标称高压p₀。对闸门室21的加压309、315可以持续5至10秒。一旦在t₂处达到在闸门室21中的标称高压p₀，那么能够开始补充311，并且同时对压力容器39再次进行压力加载313。在根据图3的没有蓄压器39的实施方式中，闸门室21完全经由节流阀41在时间窗B内从高压管路5中加压。

在t₂和t₃之间打开补充阀19，使磨料介质可以流入压力容器11中。在时间点t₃处，磨料介质完全从闸门室21流入压力容器11中，并且结束补充步骤311。为了填充307，可以从闸门室21中相对快速地经由减压阀27将压力排放到出流口29中直至在t₄处在闸门室21中再次存在低压。于是可以在填充307闸门室21开始启动新的补充周期。蓄压器39优选从t₂开始尽可能缓慢地和节流地从高压管路5中再次压力加载，以便在t₀处可以为了加压309被完全压力加载。下部的视图示出在t₀处打开加压阀37或在t₂处打开蓄压阀43时在高压管路5中的压力降低。压力降低的幅度分别经由节流阀41减小到不会显著损坏切割射束9的切割功率的程度。

在图15a和15b中详细地示出分别在不同的打开位置中的补充阀19的横截面。因为补充阀19必须以高压在阀入口49和阀出口51上操作，补充阀19的无故障操作是技术挑战。可靠地打开和关闭补充阀19现在通过四个子方面确保，这些子方面分别独自地或者以两个、三个或全部四个子方面任意组合的方式有助于：不会堵塞或通过磨料介质阻断补充阀19。

优选构成为球阀的补充阀19具有从上向下的竖直的流动方向D并且具有设置在中央的并且围绕垂直于流动方向D的转动轴线R可转动的阀体67，阀体67具有球形外表面。阀体67具有居中的贯穿部69，所述贯穿部在图15a和图15b中示出的打开位置中平行于流动方向d和垂直于转动轴线R伸展。根据图15a的第一打开位置与根据图15b的第二打开位置的区别在于，阀体67关于转动轴线R转动180°。阀体67在位于上部的阀座73和下部的阀座75之间的阀室71中。上部的阀座73形成阀入口49，并且下部的阀座75形成阀出口51。上部的阀座73和下部的阀座75彼此同轴地并且相对于竖直的流动方向D设置。阀室71可以经由横向的冲洗入口66和经由与冲洗入口66对角地相对置的冲洗出口63优选在完全无压力的补充阀19中冲洗。

根据第一子方面，补充阀19可以占据第一关闭位置(图16a)、第一打开位置(图15a)和第二打开位置(图15b)，其中在第一关闭位置(图16a)中闸门室21与压力容器11流体分离，并且在第一以及第二打开位置(图15a-b)，闸门室21与压力容器11流体连通。第一打开位置和第二打开位置由于阀体67的对称性基本上难以区分。阀体67可以任意程度地沿围绕转动轴线R的方向转动，使得原则上不需要反转所述转动方向，并且只要对此所需的扭矩不超过特定的阈值，阀体67仅能够沿一个转动方向操作。在图16a中的第一关闭位置在此位于第一打开位置和第二打开位置之间的90°处。在该情况下，也存在第二关闭位置(参见图16b)，所述第二关闭位置相对于第一关闭位置围绕转动轴线R转动180°。贯穿部69在图16a和16b中示出的关闭位置中垂直于流动方向D并且垂直于转动轴线R伸展，使得阀体67密封在上阀座73处的阀入口49和在下阀座75处的阀出口51。在此，没有示出、但是能够设置可选的冲洗入口66和冲洗出口63。因此，如果运动方向当前需要过高的扭矩，那么对于阀体67始终存在关于运动方向的两种可能性：补充阀19朝向第一打开位置/关闭位置或者朝向第二打开位置/关闭位置打开或关闭。因此，如果阻塞或阻断运动方向，那么阀体67能够沿另一运动方向运动，并且阀19被带到其它打开位置/关闭位置中。在此，能够通过反转作为积极的辅助效应来解决阻塞或阻挡，使得在下次操作时之前阻断的运动方向再次空出。补充阀19也能够通过多次来回转动来释放补充阀19，例如如果阀体67难以沿两个运动方向操作。

根据第二子方面，阀室71可以在阀体67的关闭位置中被加压。根据图17a-b，阀室71为此具有压力入口53，经由所述压力入口可将阀室71在阀体67的关闭位置中加压。压力入口53在此在yz平面中与伺服马达轴86同轴地与所述伺服马达轴相对置地设置。替选于此，压力入口53也可以位于与其垂直的xz平面中并且必要时根据需要用作为冲洗入口66。经由伺服马达轴86，阀体67围绕转动轴线R转动。在最初无压力的设备1投入运行或再次投入运行时，阀室71最初是无压力的。如果压力容器11和闸门室21于是加压到大约2000bar，那么阀体67可以由阀座73、65由于在入口侧以及在出口侧的高压在阀室71中存在低压的同时被夹紧，并且难以或者甚至不再可运动。借助于压力入口53，可以在投入运行时尽可能减小在阀室71和阀入口49或阀出口51之间的压力差，使得阀体67不通过高压被夹紧。在图17b中，根据第四子方面的上部的阀座73经由设定装置可设定地示出。上部的阀座73在此能够经由外螺纹借助于围绕流动方向D转动沿z方向定位。所述转动能够通过从外部作用到作用面77上的杠杆88手动地或马达驱动地执行。

根据第三子方面，阀室如例如在图15a-b中示出的那样可冲洗。在此，补充阀具有冲洗入口66和冲洗出口63，经由所述冲洗入口和冲洗出口可以冲洗阀室71。压力入口33在此可以选择性地用作为冲洗入口66。这特别有利地结合压力入口53的第二子方面，因为冲洗可以在无压力的阀室71或完全无压力的设备1中执行，并且然后在设备1再次投入运行时，阀室71可以经由压力入口53再次加压，从而使阀体67不会通过高压被夹紧。

根据第四子方面，补充阀具有入口侧的上阀座73和出口侧的下阀座75，其中阀座73、75中的至少一个是可调节的，使得阀座73、75的间距可彼此设定。因此，能够最优地设定补充阀19，以便使其一方面是紧密的并且另一方面不会阻断。在设备投入运行时，对于在温度波动中由于磨料介质和/或材料磨损引起的顽固的阻挡，对阀座73、75彼此间的间距进行再调整是有利的。为了为此不必关断和拆卸所述设备，可以如在图18a中示出的那样，设有工具开口90，呈杠杆88形式的工具能够接合穿过所述工具开口90，以设定至少一个可调节阀座73。然而优选的是，阀座73的设定在维修过程中在无压力的设备1中执行。在该示例中，上部的入口侧的阀座73经由外螺纹能够轴向地沿着流动方向D调节。杠杆88能够从外部置于设置在环周侧上的作用面77上(见图18b)，以便使阀座73转动。补充阀19不必与设备1分离或拆卸。因此，操作人员可以立即进行手动干预，以便确保连续的运行，或者关断设备1并且进行减压，以便将阀座73的设定作为维修过程执行。替选地或附加地，再调整也能够由马达自动地控制和/或调节。

阀体67优选以经由未示出的伺服马达控制的方式围绕转动轴线R转动。在此可以监控必要时测量的扭矩或马达的功率消耗，使得在超过阈值时，转动方向可以朝向另一打开位置或关闭位置切换。替选地或附加地，能够在特定的时间段内记录扭矩或功率峰值并且基于该记录用信号通知出错或维护情况。例如，可以显示对于再调整阀座73的需求。

图19a-图19b示出可冲洗的针阀的两个实施方式，所述针阀例如可以用作为截止阀15、27、33、37、47中的一个或多个或在其它部位处用于设备1。根据图19a的针阀优选用于针阀不必在高压下打开或关闭的部位处，例如，作为在回路中的泵截止阀33，以辅助对闸门室21的填充。在此，泵截止阀33具有高压入口92，所述高压入口可以借助与高压入口92同轴地设置的并且可轴向定位的针94关于低压出口95截断。所述针94在朝向高压入口92的端部上具有锥形的闭合面96，所述闭合面可以为了截断压向阀座98。一旦高压入口92被截断，那么可以在高压入口92上存在高压，而无需使所述高压经由低压出口95逸出。如果在高压入口92上不存在高压，那么泵截止阀33可以被打开，以允许从高压入口92到低压出口95的在低压下的压力流。

根据图19a-图19b的针阀还具有冲洗入口100，经由该冲洗入口可以冲洗打开的针阀，其中冲洗液，即水或水与清洁添加剂能够经由低压出口95流出。由于冲洗液的这种流动，尤其是阀座98和闭合面96可以被去除磨料介质残留物，以便在尽可能少的材料磨损的情况下确保顺利的关闭。优选地，针阀可以在补充阀19的关闭过程之前不久被冲洗。图19b示出在冲洗入口100处具有止回阀102的针阀。所述止回阀102防止回流到冲洗入口100中进而仅允许冲洗液朝向针阀的方向流动。如果将针阀例如用作为截止阀15、27、37、47中的一个或多个，那么这是有意义的，因为当在高压入口92处存在高压时，那么在该处打开所述阀。在没有止回阀102的情况下，所述高压至少部分地减压到冲洗入口100中并且引起回流到冲洗入口100中。这阻碍了止回阀102进而经由低压出口95能够实现完整的压力排放。在这种情况下，低压出口95也可以是高压出口95。例如，在减压阀27的情况下，低压出口95与出流口29连接。然而，在加压阀37的情况下，高压出口95与闸门室21的加压入口35连接，以便以高压对其进行加载。

优选地，针阀经由挤压盘(未示出)气动地运行。为了抵消以锥形的闭合面96的形式作用到针尖上的高压，可将空气压力施加到大很多的挤压盘上，使得可以几巴的气压关闭针阀并且可以抵抗大约1500bar的高压并且更密封地被保持。

作为“第一”、“第二”、“第三”等的构件或运动方向的编号的名称在此纯粹是任意选择的，以将构件或运动方向彼此区分，并且可以任意地不同地选择。因此是没有重要性排序的。

根据在本说明书中被本领域技术人员视为显而易见的、在此描述的参数、构件或功能的等效的实施方式，在此被理解为就像对其直接描述那样。相应地，权利要求的保护范围应包括这样的等效的实施方式。作为可选的、有利的、优选的、期望的或类似地表示的“可以”特征应被理解为可选的，而不理解为限制保护范围的。

所描述的实施方式应被理解为图解说明性示例，并且不代表可能的实施方式的排他性列表。在一个实施方式的范围中公开的每个特征能够单独地使用或者以与一个或多个其它特征组合的方式使用，而不管在哪个实施方式中分别描述了所述特征。虽然在此描述和示出了至少一个实施，但是在本说明书中对于本领域技术人员显而易见的变型方案和替选的实施方式也包括在本公开文献的保护范围内。此外，在本文中，术语“具有”不排除附加的其它特征或方法步骤，“一个”也不排除多个。

附图标记列表：

1 水磨料悬浮液切割设备

3 高压源

5 高压管路

7 排出喷嘴

9 切割射束

11 压力容器

13 水磨料介质悬浮液

15 截止阀

17 节流阀

19 补充阀

21 闸门室

23 填充阀

25 补充漏斗

27 减压阀

29 出流口

31 泵

33 泵截止阀

35 加压入口

37 加压阀

39 蓄压器

41 节流阀

42 节流阀

43 蓄压阀

45 传送辅助装置

47 传送辅助截止阀

49 阀入口

51 阀出口

53 压力入口

55 冲洗源

57 第一冲洗阀

59 第二冲洗阀或冲洗排出阀

61 第三冲洗阀

63 冲洗出口

65 出流口

66 冲洗入口

67 阀体

68 抽取部位

69 贯穿部

70 磨料介质管路

71 阀室

72 液位传感器

73 入口侧的阀座

74 液位传感器

75 出口侧的阀座

76 液位传感器

77 作用面

78 预装载容器

80 泵

82 溢流口

84 传送蜗杆

85 传送带

86 伺服马达轴

88 杠杆

90 工具开口

92 高压入口

94 针

95 低压出口/高压出口

96 锥形闭合面

98 阀座

100 冲洗入口

102 止回阀

301 在高压管路中以高压提供水

303 在压力容器中提供处于压力下的磨料介质悬浮液

305 借助于高压射束切割材料

307 用磨料介质或水磨料介质悬浮液填充未加压的闸门室

308 将泵与闸门室阻断

309 通过对蓄压器进行减压来对闸门室加压

311 为压力容器补充磨料介质

313 对蓄压器加载压力

315 经由节流阀从高压管路对闸门室加压

A 第一时间窗

B 第二时间窗

R 转动轴线

D 流动方向

F₁ 液位锥

F₂ 液位锥

F_max 最大的液位锥

F_min 最小的液位锥。

Claims (13)

1.一种水磨料悬浮液切割设备(1)，具有

-用于以高压提供水(301)的高压源(3)，

-与所述高压源(3)连接的高压管路(5)，

-用于提供处于高压下的磨料介质悬浮液(13)(303)的压力容器(11)，

-闸门室(21)，所述闸门室构造为有时处于高压下有时处于低压下，和

-用于从所述闸门室(21)补充所述压力容器(11)(311)的补充阀(19)，

其特征在于，

传送辅助装置(45)在抽吸侧与所述压力容器(11)流体连接，使得所述传送辅助装置(45)在高压下在所述闸门室(21)中能够通过所述补充阀(19)将磨料介质悬浮液从所述闸门室(21)吸入所述压力容器(11)中。

2.根据权利要求1所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，在所述传送辅助装置(45)和所述闸门室(21)之间设有传送辅助截止阀(47)。

3.根据权利要求2所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，所述传送辅助截止阀(33)是针阀。

4.根据上述权利要求之一所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，所述传送辅助装置(45)在压力侧与所述闸门室(21)的上部区域流体连接。

5.根据上述权利要求之一所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，所述传送辅助装置(45)在抽吸侧与所述压力容器(21)的上部区域流体连接。

6.根据上述权利要求之一所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，所述传送辅助装置(45)具有低压部分和高压部分。

7.根据权利要求6所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，所述高压部分具有叶轮。

8.根据权利要求7所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，所述叶轮能借助所述低压部分感应地驱动。

9.根据权利要求7或8所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，所述叶轮能经由轴驱动，所述轴从所述低压部分伸展至所述高压部分。

10.根据权利要求6所述的水磨料悬浮液切割设备(1)，其中，所述高压部分具有活塞，所述活塞借助于所述低压部分驱动。

11.一种水磨料悬浮液切割方法，具有下述步骤：

-借助于高压源(3)在高压管路(5)中以高压提供水(301)，

-在压力容器(11)中提供处于高压下的磨料介质悬浮液(13)(303)，

-在从所述压力容器(11)中抽取所述磨料介质悬浮液(13)的情况下借助高压射束(9)切割材料(305)，所述高压射束至少部分地包含所述磨料介质悬浮液，

-用磨料介质填充处于低压下的闸门室(21)(307)，

-将所述闸门室(21)加压到高压(309)，和

-在借助于传输辅助装置(45)至少暂时将磨料介质悬浮液吸入所述压力容器(11)中的情况下从处于高压下的所述闸门室(21)到所述压力容器(11)中用磨料介质对所述压力容器(11)进行补充(311)。

12.根据权利要求11所述的方法，还具有步骤将所述传送辅助装置(45)与所述闸门室(21)通过呈针阀形式的传送辅助截止阀(47)截断。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述填充(307)、加压(309)和补充(311)依次进行，并且在所述切割(305)期间周期性地进行。

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