DE102008008701A1

DE102008008701A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasser-Abrasivstrahls

Info

Publication number: DE102008008701A1
Application number: DE102008008701A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Jarchau
Original assignee: Paul Hammelmann Maschinenfabrik GmbH; Hammelmann Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Paul Hammelmann Maschinenfabrik GmbH; Hammelmann Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2008-02-11
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung eines Wasser-Abrasivstrahls (8), bei dem einem unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl (7) nach dem Injektorprinzip ein Abrasivmittel (14) zugeführt wird, ist so ausgebildet, dass der Wasserstrahl (7) vor der Zuführung des Abrasivmittels (14) pulsierend unterbrochen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Wasser-Abrasivstrahls nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Durchführung eines Wasser-Abrasiv-Injektorstrahlens (WAIS) wird ein Wasser-Abrasivstrahl erzeugt, bei dem ein unter einem hohen Druck stehender Wasserstrahl durch eine Abrasiv-Strahlpumpe geführt, in der nach dem Injektor-Prinzip ein Abrasivmittel dem Wasserstrahl zugeführt wird.
Mittels des austretenden Wasser-Abrasivstrahls werden beispielsweise Materialien geschnitten oder Oberflächen von hartnäckigen Verschmutzungen bzw. Verkrustungen befreit, wobei vor allem die durch den Wasserstrahl aufgebrachte kinetische Energie des abrasiven Stoffs die Effizienz der Bearbeitung, d. h. des Abtrags bestimmt.
In der DE 103 48 805 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren beschrieben, bei dem in einer Mischkammer dem durchgeführten Wasserstrahl seitlich mit einem Transportstrom, beispielsweise Luft, das abrasive Mittel zugeführt wird, entsprechend dem Injektorprinzip angesaugt.
Dabei trifft der Abrasivmittelstrahl seitlich auf den Wasserstrahl auf, vermischt sich jedoch nicht mit diesem, zumindest nicht in gewünschtem Maße, sondern wird in einen rohrförmigen Ausgang geleitet, der als Beschleunigungsstrecke dient.
U. a. aufgrund der Strömungsführung des Wasserstrahls prallen die Abrasivteilchen im Wesentlichen vom Wasserstrahl ab und werden an die Wandung des Ausgangsrohres geschleudert, von wo sie gegen den Wasserstrahl reflektiert werden.
Diese im Grunde Nichtvermischung des abrasiven Mittels mit dem Wasserstrahl führt jedoch zu einem äußerst unbefriedigenden Wirkungsgrad einerseits und einem erheblichen Verschleiß der Ausgangswandung andererseits.
So haben Untersuchungen ergeben, dass das abrasive Mittel gegenüber dem Wasserstrahl nur auf 40% von dessen Geschwindigkeit beschleunigt wird. Dabei steht lediglich der zwischen dem Wasserstrahl und der Wandung des Ausgangs gebildete Ringraum, in dem praktisch das Abrasivmittel geführt wird, zu dessen Beschleunigung zur Verfügung.
Aus naheliegenden Gründen ist daher die abrasive Wirkung unbefriedigend und steht einer optimalen wirtschaftlichen Anwendung des Verfahrens entgegen.
Hierzu zählt auch, dass durch den ständigen Aufprall der Abrasivteilchen an der Wandung des Ausgangs diese Abrasivteilchen in einem großen Umfang zerbrechen, was ebenfalls die Abrasivwirkung herabsetzt.
Darüber hinaus ist der Verschleiß der Wandung des Ausgangs durch den sozusagen Dauerbeschuss mit den Abrasivteilchen sehr hoch, so dass der Ausgang nur eine relativ geringe Standzeit hat, mit den sich daraus ergebenden Kosten bezüglich Reparatur, Ersatzbeschaffung und Unterbrechungszeiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass ein effizienterer Einsatz sowohl hinsichtlich seiner Abrasivwirkung wie auch hinsichtlich einer höheren Standzeit der eingesetz ten Vorrichtung möglich ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 6.
Wie sich überraschend gezeigt hat, wird durch den nun pulsierenden Wasserstrahl eine Mitnahme des abrasiven Mittels im Strom des Wasserstrahles erreicht, wodurch das abrasive Mittel nahezu ungebremst transportiert wird, d. h., es trifft mit einem ungleich höheren Energiegehalt auf die zu bearbeitende Fläche auf als dies bislang der Fall war. Durch die insoweit störungsfreie Impulsübertragung wird die Energieübertragung optimiert.
Die gezielte, d. h. ausschließlich oder nahezu ausschließlich im Strahlweg des Wasserstrahls erfolgte Mitnahme des Abrasivmittels erlaubt eine sehr kompakte Bauweise der Vorrichtung, die die Einsatzmöglichkeit der Vorrichtung wesentlich verbessert.
Zum Vergleich sei das Verhältnis genannt zwischen dem lichten Durchmesser einer Düsenöffnung, durch die der Wasserstrahl in die Abrasiv-Strahlpumpe geführt wird, zum lichten Durchmesser des vom Ausgang gebildeten Ringraums, das im Stand der Technik 1:2 bis 1:2,5 und bei der neuen Vorrichtung ≥ 1:1 bis 1:2 beträgt.
Da das Abrasivmittel nun nicht mehr in dem bisherigen Maße an der Innenwandung des Ausgangs angreift, sondern bestenfalls marginal, erhöht sich natürlich die Standzeit des rohrförmigen Ausgangs, so dass die gesamte Vorrichtung erheblich länger in Betrieb bleiben kann als bisher.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Abrasivstrahl der Abrasiv-Strahlpumpe ebenfalls pulsierend zugeführt, wobei die Pulsfrequenzen aufeinander abgestimmt werden, um eine höchstmögliche Wirkung zu erzielen.
Der Abrasivstrahl besteht in an sich bekannter Weise aus einem Abrasivmittel und einem Transportmedium, das gasförmig, beispielsweise Luft, sein kann oder flüssig.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die die genannte Abrasiv-Strahlpumpe aufweist, die wiederum in das Ausgangsrohr übergeht, ist so ausgebildet, dass zur Erzeugung des pulsierenden Wasserstrahls ein Schwingungserzeuger vorgesehen ist.
Dabei kann nach einer bevorzugten Ausbildung der Schwingungserzeuger mit einer Steuerung gekoppelt sein, über die die Pulsfrequenz einstellbar ist.
Zur Erzeugung eines pulsierenden Abrasivstrahls kann ebenfalls ein Schwingungserzeuger vorgesehen sein, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der Frequenz des dem Wasserstrahl zugeordneten Schwingungserzeugers gleichfalls veränderbar ist, wobei beide Schwingungserzeuger über eine gemeinsame Steuerung einstellbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 und 2 jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung in einer teilweise geschnittenen, schematischen Ansicht
3 eine vergrößerte Einzelheit entsprechend dem in der 2 markierten Ausschnitt.
In den 1 und 2 ist jeweils eine Vorrichtung dargestellt, mit der ein Verfahren zur Erzeugung eines Wasser-Abrasivstrahls 8 durchführbar ist, bei dem einem unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl 7 nach dem Injektorprinzip ein Abrasivmittel 14 (3) zugeführt wird.
Diese Vorrichtung weist eine Abrasiv-Strahlpumpe 1 auf, mit einer Mischkammer 2 in die eine Zuführleitung 4 mündet, über die ein Abrasivstrahl 5 in die Mischkammer 2 gesaugt wird, wobei der Mischkammer 2 eine Düse 6 zugeordnet ist, durch die der Wasserstrahl 7 einführbar ist. Der Düse 6 gegenüberliegend schließt sich an die Mischkammer 2 ein rohrförmiger Ausgang 3 an, aus dem der Wasser-Abrasivstrahl 8 austritt.
Erfindungsgemäß wird der Wasserstrahl 7 vor der Zuführung des Abrasivmittels 14 pulsierend unterbrochen.
Hierzu ist ein Schwingungserzeuger 9 vorgesehen, der mit einem Frequenzgeber 10 gekoppelt ist, an dem wiederum eine Steuerung 11 angeschlossen ist, mit der die Schwingungsfrequenz und somit die Pulsierung des Wasserstrahls 7 einstellbar ist.
Bei dem in der 2 gezeigten Beispiel wird vor einer Zuführung in die Mischkammer 2 auch der Abrasivstrahl 5 pulsierend unterbrochen, wobei der Abrasivstrahl 5 gebildet wird aus einem Transportmedium, beispielsweise einem Fluid oder einem Gas, und den Abrasivmitteln 14. Ebenso wie dem Wasserstrahl 7 ist auch dem Abrasivstrahl 5 ein Schwingungserzeuger 9 zugeordnet, an den ein Frequenzgeber 10 angeschlossen ist. In diesem Beispiel werden beide Schwingungserzeuger 9 bzw. Frequenzgeber 10 über eine gemeinsame Steuerung 11 gesteuert, so dass eine optimale Abstimmung der beiden Pulse möglich ist.
In der 3 ist erkennbar, dass sich die Abrasivmittel 14 in den Zwischenräumen von durch die Pulsierung gebildeten einzelnen Strahlabschnitten 13 einlagern und so mit maximaler Energie auf die Oberfläche eines Werkstücks 12 treffen, die durch den Wasser-Abrasivstrahl 8 bearbeitet werden soll.

1: Abrasiv-Strahlpumpe
2: Mischkammer
3: Ausgang
4: Zuführleitung
5: Abrasivstrahl
6: Düse
7: Wasserstrahl
8: Wasser-Abrasivstrahl
9: Schwingungserzeuger
10: Frequenzgeber
11: Steuerung
12: Werkstück
13: Strahlabschnitt
14: Abrasivmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10348805 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Wasser-Abrasivstrahls (8), bei dem einem unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl (7) nach dem Injektorprinzip ein Abrasivmittel (14) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahl (7) vor der Zuführung des Abrasivmittels (14) pulsierend unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrasivstrahl (5), gebildet aus dem Abrasivmittel (14) und einem Transportmedium, pulsierend dem Wasserstrahl (7) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportmedium aus einem gasförmigen oder flüssigen Medium gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz des Wasserstrahls (7) und/oder des Abrasivstrahls (5), je nach Erfordernis, verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz des Wasserstrahls (7) und des Abrasivstrahls (5) aufeinander abgestimmt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Abrasiv-Strahlpumpe (1), mit einer eine Düse (6) aufweisenden Zuleitung für einen Wasserstrahl (7) und einer Zuleitung (4) für die Zuleitung eines Abrasivstrahls (5), sowie einem rohrförmigen Ausgang (3), dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des pulsierenden Wasserstrahls (7) ein Schwingungserzeuger (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines pulsierenden Abrasivstrahls (5) ein Schwingungserzeuger (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schwingungserzeuger (9) für den Wasserstrahl (7) oder beiden Schwingungserzeugern (9) eine Steuereinrichtung (11) zugeordnet ist, mit der die Pulsfrequenzen des Wasserstrahls (7) und/oder des Abrasivstrahls (5) veränderbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des lichten Durchmessers der Düse (6) zum lichten Durchmesser des rohrförmigen Ausgangs (3) ≥ 1:2 ist.