DE10051942A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von Werkstoffplatten - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Schneiden von Werkstoffplatten mittels eines Hochdruckwasserstrahls, das mit einer besonders geringen Entwicklung von Lärm und Wasserstaub verbunden ist, zeichnet sich dadurch aus, daß im Bereich der Austrittstelle des HD-Wasserstrahls aus der Werkstoffplatte zur Absorption der Restenergie des HD-Wasserstrahls eine wassergefüllte Kammer mit einer Eintrittsöffnung für den HD-Wasserstrahl angeordnet wird. Zur Durchführung eignet sich ein Vorrichtung, die eine im Bereich der Austrittstelle des HD-Wasserstrahls aus der Werkstoffplatte (1) angeordnete, an einen Wasserkreislauf angeschlossene Kammer mit einer Eintrittsöffnung für den HD-Wasserstrahl hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur und eine Vorrich­ tung zum Schneiden von Werkstoffplatten mittels eines Hoch­ druckwasserstrahls.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt. Der Hochdruckwasser­ strahl, nachfolgend kurz HD-Strahl, wird mittels einer Düse mit einem Durchmesser von gewöhnlich unter 1 mm unter einem Druck von 200 bis 400 MPa auf die liegend angeordnete Werk­ stoffplatte, z. B. eine Kunststoff- oder eine Glasplatte, gerichtet. Dem Wasser können abrasive Partikel beigemischt sein. Die über der Werkstoffplatte angeordnete Düse fährt die vorgegebene Schnittkontur ab und ist hierzu beispiels­ weise auf einem in zwei zueinander orthogonalen Richtungen verschiebbaren Schlitten montiert. Die Werkstoffplatte ruht auf Auflagern über einer wassergefüllten Wanne. Der auf der Unterseite der Werkstoffplatte im Bereich des geschnittenen Spaltes austretende HD-Strahl prallt mit hoher Restenergie auf die Wasseroberfläche, im Bereich der Auflager der Werk­ stoffplatte jedoch auf erstere auf. Dadurch entstehen unter beträchtlicher Lärmentwicklung große Mengen an Wasserstaub. Soweit die Auflager von dem HD-Strahl getroffen werden, sind sie einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt. Vor allem wenn der HD-Strahl abrasive Partikel mitführt, kann die unter­ seitige Oberfläche der Werkstoffplatte infolge von Rück­ pralleffekten in Mitleidenschaft gezogen, insbesondere mattiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, das bzw. die mit einer erheblich geringeren Entwicklung von Lärm und Wasserstaub verbunden sind.

Verfahrensmäßig ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Bereich der Austrittstelle des HD-Strahls aus der Werkstoff­ platte zur Absorption der Restenergie des HD-Strahls eine wassergefüllte Kammer mit einer Eintrittsöffnung für den HD- Strahl angeordnet wird.

Statt also wie nach dem Stand der Technik den auf der Unter- oder Rückseite der Werkstoffplatte austretenden HD-Strahl auf eine freie Wasseroberfläche in einer wassergefüllten Wanne aufprallen zu lassen, läßt man den HD-Strahl in eine wassergefüllte Kammer eintreten. Die Abschirmwirkung der Kammer mindert sowohl die Lärmentwicklung als auch die Entstehung von freiem Wasserstaub beträchtlich. Damit ist gleichzeitig die Ursache für die Entstehung mattierter Stellen auf der rückseitigen Oberfläche der Werkstoffplatte beseitigt.

Gleichzeitig ist erstmalig die Möglichkeit geschaffen, die Werkstoffplatte etwa lotrecht stehend zu schneiden (Anspruch 2). Diese Arbeitsweise ist erheblich platzsparender als das Arbeiten mit liegender Werkstoffplatte.

Zum Schneiden wird, wie an sich bekannt, eine Relativbewe­ gung zwischen der Werkstoffplatte und dem HD-Strahl ent­ sprechend einer vorgegebenen Schnittkontur erzeugt (Anspruch 3). Dabei kann längs einer Richtung mit stillstehender Werk­ stoffplatte und Verfahren der Düse, in der dazu orthogonalen Richtung mit stillstehender Düse und Verfahren der Platte gearbeitet werden. Die wassergefüllte Kammer bleibt jedoch stets der Düse zugeordnet, verfährt also synchron mit die­ ser. Insbesondere kann eine ortsfeste, durchgehende Aufla­ gefläche, also ein Tisch bei liegender Werkstoffplatte oder eine Stützwand bei stehender Werkstoffplatte, die lediglich einen Schlitz längs der Bewegungsrichtung der Düse aufweist, verwendet werden.

Die Kammer liegt zweckmäßig in einem Wasserkreislauf (An­ spruch 4), hat also mindestens eine Wassereintritts- und eine Wasseraustrittsöffnung, um einerseits die Kammer, ins­ besondere beim Schneiden in stehender Lage der Werkstoff­ platte, gefüllt zu erhalten und andererseits überschüssiges Wasser abzuführen.

Für diesen Fall empfiehlt es sich, daß der Wasserkreislauf zumindest annähernd synchron zu dem HD-Strahl ein- und ausgeschaltet wird (Anspruch 5).

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Kammer eine gleichsinnig zu dem HD-Strahl gerichtete Wasserströmung erzeugt wird (Anspruch 6), denn hierdurch wird die Lärm­ entwicklung und die Bildung von Wasserstaub nochmals be­ trächtlich gemindert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist vorrich­ tungsmäßig gelöst durch eine im Bereich der Austrittstelle des HD-Strahles aus der Werkstoffplatte angeordnete, an einen Wasserkreislauf angeschlossene Kammer mit einer Ein­ trittsbohrung für den HD-Strahl (Anspruch 7).

Zweckmäßig hat die Kammer eine in der Verlängerung der Achse der Düse liegende Wasserauslaßöffnung (Anspruch 8). Dabei kann es sich um die einzige oder um eine zusätzliche Wasser­ auslaßöffnung handeln. In der Kammer entsteht dadurch eine mit dem HD-Strahl gleichgerichtete Strömung. Diese Strömung trägt zur lärmarmen Absorption der Restenergie des HD-Strah­ les bei und hält die Bildung von Wasserstaub, insbesondere von auf die rückseitige Oberfläche der Werkstoffplatte zurückschlagendem Wasserstaub, gering.

Bevorzugt umfaßt die Kammer ein Rohr, dessen Achse zumindest annähernd mit der Achse der Düse zusammenfällt, wobei das Rohr düsenseitig eine Stirnplatte mit der Eintrittsbohrung für den HD-Strahl hat (Anspruch 9).

Das Rohr kann von einer mindestens einen Wasserzufuhran­ schluß aufweisenden Ringkammer umschlossen sein, die in das Rohr über eine nahe dem Eintritt des HD-Strahles ausgebil­ dete Ringdüse mündet, die in dem Rohr eine ringförmige, annähernd gleichsinnig zu dem HD-Strahl gerichtete Wasser­ strömung erzeugt (Anspruch 10). Die ringförmige Wasserströ­ mung, der zusätzlich durch Leitflächen in der Ringdüse oder in dem Rohr eine Drallbewegung aufgeprägt werden kann, führt bei ausreichender Strömungsgeschwindigkeit zu einer trich­ terförmigen Luft/Wasser-Grenzfläche im Anschluß an die Eintrittsbohrung, weil die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in dem Rohr längs dessen Achse am größten ist. Der eintretende HD-Strahl trifft erst im tiefsten Punkt dieses Trichters auf das Wasser in dem Rohr. Die kinetische Energie des HD-Strahles wird dadurch besonders lärm- und spritzarm vernichtet.

Dieser Effekt wird noch weiter unterstützt, wenn die Ring­ kammer über Bohrungen mit einer hinter der Stirnplatte in der Kammer ausgebildeten, scheibenförmigen Ringspaltdüse verbunden ist, die in einen Kammervorraum mündet, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Eintrittsbohrung ist (Anspruch 11). Zugleich hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß bei Aktivierung des Wasserkreislaufes durch die Kammer jedoch noch nicht aktiviertem HD-Strahl aus der Ein­ trittsbohrung der Kammer wenig oder kein Wasser austritt.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der beispielsweise gewählte Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens in schematisch vereinfachter Form dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 Eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahren nach der Erfindung mit einer ersten Ausführungsform der den Hochdruck­ wasserstrahl aufnehmenden Kammer,

Fig. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung,

Fig. 3 eine zweite, verbesserte Ausführungsform der was­ sergefüllten Kammer im Längsschnitt, und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Kammer gemäß Fig. 3.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 wird eine Werkstoffplatte, z. B. eine Glasscheibe 1, näherungsweise lotrecht stehend mittels eines aus einer Düse 2 austretenden Hochdruckwasser­ strahles geschnitten. Die Glasscheibe steht auf einem Trans­ portrollen 4 umfassenden Horizontalförderer auf und liegt gegen eine leicht geneigte Stützwand 5 an. Die Stützwand befindet sich in einem Maschinengestell 6. Derartige Stützwände, die einen reibungsarmen Horizontaltransport der Glasscheibe 1 ermöglichen, sind in Form von Rollenfeldern, Walzenfeldern und Luftkissenwänden insbesondere als Teil von Isolierglasfertigungslinien bekannt. Die Stützwand ist von einem etwa lotrecht verlaufenden Schlitz 7 unterbrochen, (vergl. Fig. 2). Etwa in Höhe des Schlitzes befindet sich vor der Stützwand eine etwa lotrechte Führungssäule 8, die auf einem Schlitten 9 die Düse 2 trägt, deren Achse zumin­ dest annähernd rechtwinklig zu der Ebene der Glasscheibe 1 ausgerichtet ist und den Schlitz 7 durchsetzt. Die Düse 2 ist längs der Säule 8 mittels nicht dargestellter Antriebe verfahrbar und wird über einen Anschluß 3 mit Wasser unter hohem Druck, dem abrasive Partikel beigemischt sind, aus einer an sich bekannten und daher nicht dargestellten Hoch­ druckpumpe versorgt. Durch aufeinanderfolgendes Verfahren der Düse 2 längs der Säule 8 oder der Glasscheibe 1 mittels des Horizontalförderers 4 kann die Glasscheibe 1 längs beliebiger, aufeinander rechtwinklig stehender Linien ge­ schnitten werden. Durch aufeinander abgestimmtes, gleichzei­ tiges Verfahren sowohl der Düse 2 als auch der Glasscheibe 1 können auch gebogene Schnittlinien abgefahren werden.

Der HD-Wasserstrahl durchquert den Schlitz 7 und trifft hinter der Stützwand auf eine Öffnung in einer wassergefüll­ ten Kammer 10. Die Kammer 10 ist an einer vertikalen Säule 11 synchron zu der Düse 2 verfahrbar. In der der Stützwand 5 zugewandten Stirnwand der Kammer 10 befindet sich in der Verlängerung der Achse der Düse 2 eine Eintrittsöffnung 12 für den HD-Wasserstrahl. Die Eintrittsöffnung 12 ist über einen angedeuteten Schieber 12a mit einem nicht gezeichneten Stellantrieb verschließbar. Der Abstand der Stirnwand von der Rückseite der Stützwand 5 und der Durchmesser des ange­ deuteten Wasserstrahls sind übertrieben groß dargestellt. Die Kammer 10 wird aus einem Tank 13 über eine Pumpe 14, ein Filter 15 und einen Schlauch 16 über einen oberen Anschluß 10a mit Wasser versorgt. Über einen unteren Anschluß 10b läuft das Wasser zurück in den Tank 13. Eine Überlaufleitung 17 verhindert, daß in der Kammer 10 ein Überdruck entsteht.

Bei eingeschaltete Pumpe 14 wird der Schieber 12a geöffnet, unmittelbar bevor der HD-Wasserstrahl zu schneiden beginnt. Der auf der Rückseite der Glasscheibe 1 austretende HD- Strahl durchquert den Spalt in der Stützwand 5 und tritt in die wassergefüllte Kammer 10 über die Öffnung 12 in deren Stirnwand ein. Dadurch wird die immer noch erhebliche, rest­ liche kinetische Energie des HD-Wasserstrahles lärmarm und unter Entstehung von nur geringen Mengen an Wasserstaub vernichtet.

Fig. 2 zeigt eine stark vereinfachte Stirnansicht der Vorrichtung. Der Spalt 7 erstreckt sich über die gesamte Höhe der Stützwand 5. Die Doppelpfeile A und B symbolisieren die Bewegungsrichtung einerseits der Düse 2 längs der Füh­ rungssäule 8, andererseits der Glasscheibe 1 auf den Trans­ portrollen 4. Die Transportrollen können in an sich bekann­ ter Weise angetrieben sein. Statt dessen kann oberhalb der Transportrollen 4 eine angedeutete Mitnahmeeinrichtung, bestehend z. B. aus einer Führungsschiene 20, die über eine Zahnstange und einen Schrittmotor (nicht dargestellt) beweg­ bar ist und aus einem Saugkopf 21, der gegen die Vorderseite der Glasscheibe 1 anlegbar ist, vorgesehen sein. Derartige Transportvorrichtungen sind dem Fachmann an sich bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen eine verbesserte und bevorzugte Ausführungsform einer wassergefüllten Kammer 30, in der im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 1 ein zur Richtung des HD-Wasserstrahls gleichgerichteter Wasser­ strom in der Kammer erzeugt wird. Hierzu umfaßt die Kammer ein Rohr 40, das von einer Halterung 41 konzentrisch um­ schlossen wird, die ihrerseits von einem Gehäuse 42 umgeben ist, das zwei sich diametral gegenüberliegende Wasseran­ schlüsse 43 und 44 hat, die in eine Ringkammer 45 münden. Die Ringkammer 45 verengt sich in Richtung der der Düse 2 zugewandten Stirnwand der Kammer 30 zu einer Ringdüse 46, die in den Anfang des Rohres 40 mündet und derart geformt ist, daß eine durch die Pfeile angedeutete Wasserströmung in dem Rohr 40 entsteht, die von der Düse 2 wegweist. Die Stirnseite des Gehäuses 42 hat eine zur Achse des Rohres 40 symmetrische, flache Ausdrehung, die über Bohrungen 48 mit der Ringdüse verbunden ist. Die Ausdrehung ist von einer Stirnplatte 49 abgedeckt, in der sich die Eintrittsöffnung 50 für den HD-Strahl befindet. Die Ausdrehung bildet zusam­ men mit der Stirnplatte 49 eine scheibenförmige Ringspalt­ düse 51, die eine wiederm durch Pfeile in Fig. 3 angedeutete Wasserströmung entstehen läßt, die durch Abstimmung der beteiligten Querschnitte und bei ausreichender Geschwindig­ keit der Wasserströmung in dem Rohr 40 dafür sorgt, daß aus der Eintrittsöffnung 50 kein oder nur sehr wenig Wasser austritt, solange der HD-Strahl nicht eingeschaltet ist. Insbesondere kann auf diese Weise eine trichterförmige Luft/Wasser-Grenzfläche im Anschluß an die Eintrittsöffnung 50 erzeugt werden. Nach dem Aktivieren des HD-Strahls trifft dieser etwa in der Achse des Rohres 40 etwa im tiefsten Punkt des Trichters auf die Wasserströmung in dem Rohr. Auf diese Weise wird die kinetische Energie des HD-Strahles besonders lärm- und spritzarm vernichtet.

Optional kann auch für die Eintrittsöffnung 50 ein Schieber (nicht dargestellt) entsprechend dem Schieber 12a in Fig. 1 vorgesehen sein.

Claims (11)

1. Verfahren zum Schneiden von Werkstoffplatten mittels eines Hochdruckwasserstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Austrittstelle des HD-Wasserstrahls aus der Werkstoffplatte zur Absorption der Restenergie des HD-Wasserstrahls eine wassergefüllte Kammer mit einer Eintrittsöffnung für den HD-Wasserstrahl ange­ ordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffplatte etwa lotrecht stehend geschnitten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Relativbewegung zwischen der Werkstoff­ platte und dem HD-Wasserstrahl entsprechend einer vor­ gegebenen Schnittkontur erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer in einem Wasserkreis­ lauf liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkreislauf zumindest annähernd synchron zu dem HD-Wasserstrahl ein- und ausgeschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer eine gleichsinnig zu dem HD-Wasserstrahl gerichtete Wasserströmung erzeugt wird.

7. Vorrichtung zum Schneiden einer Werkstoffplatte (1) mittels eines Hochdruckwasserstrahls, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine im Bereich der Aus­ trittstelle des HD-Wasserstrahls aus der Werkstoff­ platte (1) angeordnete, an einen Wasserkreislauf ange­ schlossene Kammer (10; 30) mit einer Eintrittsöffung (50) für den HD-Wasserstrahl.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (30) eine in der Verlängerung der Achse der Düse (2) liegende Wasserauslaßöffnung hat.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (30) ein Rohr (40) um­ faßt, dessen Achse zumindest annähernd mit der Achse der Düse (2) zusammenfällt und daß das Rohr (40) dü­ senseitig eine Stirnplatte (49) mit der Eintrittsöff­ nung (50) für den HD-Wasserstrahl hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (40) von einer mindestens einen Wasser­ zuführanschluß (43, 44) aufweisenden Ringkammer (45) umschlossen ist, die in das Rohr (40) über eine nahe dem Eintritt (bei 50) des HD-Wasserstrahles ausgebil­ dete Ringdüse (46) mündet, die in dem Rohr (40) eine ringförmige, annähernd gleichsinnig zu dem HD-Wasser­ strahl gerichtete Wasserströmung erzeugt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (45) über Bohrungen (48) mit einer hinter der Stirnplatte (49) in der Kammer (30) ausge­ bildeten, scheibenförmigen Ringspaltdüse (51) verbun­ den ist, die in einen Vorraum (52) mündet, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Eintritts­ öffnung (50) ist.