DE102008010599A1

DE102008010599A1 - Verfahren zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden mit einem Eiskristalle enthaltenden Hochdruckwasserstrahl

Info

Publication number: DE102008010599A1
Application number: DE200810010599
Authority: DE
Inventors: Sascha Dipl.-Ing. Füger (FH); Stefan Morgenstern
Original assignee: INST INNOVATIVE TECHNOLOGIEN T; Institut fuer Innovative Technologien Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung ITW eV
Current assignee: INST INNOVATIVE TECHNOLOGIEN T; Institut fuer Innovative Technologien Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung ITW eV
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-09-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden mit einem Eiskristalle enthaltenden Hochdruckwasserstrahl. Während es Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden vorzuschlagen, bei dem die Eiskristalle kontinuierlich und in ausreichender Anzahl für die Realisierung des Schneidvorganges am Werkstück zur Verfügung stehen, wodurch ein stabiler Schneidvorgang am Werkstück realisiert werden soll, wird diese bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass die Hochdruckleitung (2) in Richtung der Düse (3) in wenigstens zwei parallel verlaufende Leitungsstränge (4, 5) verzweigt ausgestaltet ist, die mit einer Kühlstrecke (6, 7) in Wirkverbindung stehen, wobei die Leitungsstränge (4, 5) in Verbindung mit den Kühlstrecken (6, 7) wechselweise in einer Eiskristallerzeugungsphase und einer Eiskristallzuführungsphase derart betrieben werden, dass sich der von der Hochdruckleitung (2) und zur Düse (3) hin zunächst abgesperrte eine Leitungsstrang (4) zur Eiskristallerzeugung in einer Niederdruckphase befindet, während sich der zur Hochdruckleitung (2) und Düse (3) hin zunächst offene andere Leitungsstrang (5) zur Zuführung der Eiskristalle (13) zur Düse (3) in seiner Hochdruckphase (Eiskristallzuführungsphase, Schneidphase) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden mit einem Eiskristalle enthaltenden Hochdruckwasserstrahl, wobei die Eiskristalle vor dem Austritt des Hochdruckwasserstrahls aus der Düse erzeugt und zum Trennen von Werkstücken, insbesondere Faserverbundwerkstoffen, verwendet werden. Da die Abrasivpartikel nur zeitlich begrenzt vorliegen, wird eine Verschmutzung oder Kontamination des Werkstückes durch Abrasivmittelrückstände vermieden.
Aus der DD 298 618 ist ein Verfahren zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden bekannt, bei dem unter hohem Druck stehendes Wasser vor Austritt aus der Düse auf –10°C bis –20°C abgekühlt wird und unter den gegebenen Druckverhältnissen in flüssigem Zustand verbleibt. Beim Austritt aus der Düse baut sich der Hochdruck auf Umgebungsdruck ab, wobei ein Teil des Wassers zu Eis kristallisiert, so dass diese Eiskristalle als Abrasivmittel zum schneidenden Trennen von Werkstücken Verwendung finden können.
Ein auf ähnlicher Grundlage arbeitendes Verfahren zum Schneiden der Randstreifen einer Papierbahn wird in der DE 10 2004 046 030 A1 beschrieben. Auch hier tritt das abgekühlte und unter hohem Druck stehende Wasser als ein freier Strahl aus einer Düse in den normalen Luftdruck aus, wobei sich Eiskristalle spätestens dann bilden, wenn es auf die Oberfläche der zu schneidenden Bahn auftrifft.
Die Nachteile dieser beiden Lösungen sind darin zu sehen, dass kein ausreichender Abrasivmittelstrom abgesichert werden kann, weil der Zeitraum, den der aus der Düse austretende Wasserstrahl bis zum Auftreffen auf das zu schneidende Werkstück zur Verfügung hat, zu kurz ist, um die erforderlichen und als Abrasivmittel wirkenden Eiskristalle in ausreichender Anzahl und Größe für die Durchführung des Schneidvorganges zu bilden.
In der DE 197 56 506 C2 ist ein Verfahren zum Abrasivhochdruckwasserstrahlschneiden offenbart, bei dem dem Wasser vor der Düse als Abrasivmittel zerkleinerte Partikel von Trockeneis zugegeben werden.
Auch das aus der DE 196 32 883 A1 bekannte Verfahren arbeitet auf der Verfahrensgrundlage, dass dem Wasser vor einem Düsenaustritt ein Stoff beigemischt wird. Hierbei wird im Wasser durch Zustandsänderungen ein Abrasivstoff erzeugt. Zur Eiskristallbildung wird in diesem Fall flüssiger Stickstoff in das Wasser eingeleitet, wodurch zumindest ein Teil des Wassers eine Zustandsänderung auf physikalischem Weg erfährt und zu Eis kristallisiert. Diese vom Wasserstrahl getragenen Eiskristalle wirken nach Düsenaustritt abrasiv auf das Werkstück ein.
Bei den beiden letztgenannten Verfahren kann zwar auf eine zusätzliche Abkühlung des Wassers verzichtet werden, deren Nachteile sind jedoch darin zu sehen, dass ein hoher gerätetechnischer Aufwand für die Beimischung und sicherheitstechnische Handhabung des jeweiligen Zusatzstoffes (Trockeneis bzw. flüssiger Stickstoff) betrieben werden muss. Ist der Anteil der Eiskristalle im Wasser zu gering, so besteht nach dem Austritt aus der Düse die Gefahr, dass sich bis zum Auftreffen des Abrasivstrahles auf dem Werkstück die Anzahl der Eiskristalle soweit verringert, dass die abrasive Schneidwirkung nicht mehr in ausreichendem Maße gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden vorzuschlagen, bei dem die Eiskristalle kontinuierlich und in ausreichender Anzahl für die Realisierung des Schneidvorganges am Werkstück zur Verfügung stehen, wodurch ein stabiler Schneidvorgang am Werkstück realisiert werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass für das Hochdruckwasserstrahlschneiden mit Eiskristallen ein kontinuierlicher und für den Trennvorgang des Werkstückes hinsichtlich der Schneidleistung ausreichender Abrasivmittelstrom mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand zur Verfügung gestellt wird. Durch das zyklische Umschalten zwischen den Leitungssträngen mit den Kühlstrecken können die erforderlichen Eiskristalle vorgehalten werden, um für eine kontinuierliche Realisierung des Schneidvorganges zur Verfügung zu stehen. Außerdem brauchen separate und zu dosierende Zusatzstoffe nicht vorgehalten werden und die sicherheitstechnische Handhabung entfällt.
Eine vorteilhafte verfahrensmäßige Weiterbildung der Erfindung geht aus Patentanspruch 2 hervor.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in der der obere Leitungsstrang in der Hochdruckphase (= Eiskristallzuführungsphase, Schneidehase) und der untere Leitungsstrang in der Niederdruckphase (= Eiskristallerzeugungsphase) betrieben wird
2 eine Prinzipdarstellung der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nachdem die wechselseitige Umschaltung zwischen den Leitungssträngen derartig erfolgt ist, dass nunmehr der untere Leitungsstrang in der Hochdruckphase (= Eiskristallzuführungsphase, Schneidehase) und der obere Leitungsstrang in der Niederdruckphase (= Eiskristallerzeugungsphase) betrieben wird
In der 1 ist eine schematische Darstellung der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden mit einem Eiskristalle enthaltenden Hochdruckwasserstrahl dargestellt. Dabei wird das über die Hochdruckpumpe 1 auf einen Druck von 2000 bis 3000 bar beaufschlagte Wasser durch eine Hochdruckleitung 2 in Richtung der Düse 3 gepumpt. Diese Hochdruckleitung verzweigt sich in zwei parallel verlaufende Leitungsstränge 4, 5, die jeweils mit einer Kühlstrecke 6, 7 in Wirkverbindung stehen, durch die das geförderte Wasser 8 auf mindestens –10°C abgekühlt wird. Jeder Kühlstrecke sind außerdem zwei Hochdruckabsperrventile 9 bzw. 10 und ein Druckbegrenzerventil 11 bzw. 12 zugeordnet.
Während der sich bei geschlossenem Druckbegrenzerventil 11 durch die geöffneten Hochdruckabsperrventile 9 zur Hochdruckleitung 2 und Düse 3 hin zunächst offene Leitungsstrang 4 in einer Eiskristallzuführungsphase (Hochdruckphase, Schneidehase) betrieben wird, in der die zuvor in einer Niederdruckphase (vorzugsweise Normaldruck) dieses Leitungsstranges 4 erzeugten Eiskristalle 13 gemeinsam mit dem Wasserstrahl 14 aus der Düse 3 zur Bearbeitung des Werkstückes austreten, ist der Leitungsstrang 5 gegenüber der Hochdruckleitung 2 und Düse 3 von den geschlossenen Hochdruckabsperrventilen 10 abgeriegelt, aber das dem Leitungsstrang 5 zugeordnete Druckbegrenzerventil 12 geöffnet, wodurch sich in dem von der Hochdruckleitung 2 abgesperrten Leitungsstrang 5 ein Niederdruck einstellt, durch den es dann bei der sich im Wasser 8 auf physikalischem Weg vollziehenden Zustandsänderung zum Phasenübergang fest-flüssig und damit zur Bildung von Eiskristallen 13 kommt (Eiskristallerzeugungsphase). Neigt sich die Eiskristallbildung im Leitungsstrang 4 dem Ende, so werden gemäß 2 beim Leitungsstrang 5 das Druckbegrenzerventil 12 geschlossen und die Hockdruckventile 10 geöffnet, während beim Leitungsstrang 4 die Öffnung des Druckbegrenzerventils 11 und die Schließung der Hochdruckventile 9 erfolgen, so dass der Düse 3 ohne Unterbrechung nunmehr der aus dem Leitungsstrang 5 stammende und aus dem Wasserstrahl 14 mit Eiskristallen 13 bestehende Abrasivmittelstrom zugeführt wird, während nunmehr im Leitungsstrang 4 durch die erneute Herbeiführung eines Niederdruckes die Eiskristallerzeugungsphase einsetzt.
Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise findet durch eine Regelung des Zeitregimes zwischen der Hochdruck- und die Niederdruckphase in den Leitungssträngen 4, 5 wechselweise statt, so dass die für eine Werkstückbearbeitung erforderlichen Eiskristalle 13 kontinuierlich und in ausreichender Anzahl bereitgestellt werden können.
In Abhängigkeit der konkreten Arbeitsbedingungen und der damit verbundenen Zeitregimeregelung ist die Möglichkeit gegeben, dass auch mehr als zwei parallel verlaufende und mit einer Kühlstrecke in Wirkverbindung stehende Leitungsstränge betrieben werden können.

1: Hochdruckpumpe
2: Hochdruckleitung
3: Düse
4: Leitungsstrang
5: Leitungsstrang
6: Kühlstrecke
7: Kühlstrecke
8: Wasser
9: Hochdruckabsperrventil
10: Hochdruckabsperrventil
11: Druckbegrenzerventil
12: Druckbegrenzerventil
13: Eiskristalle
14: Wasserstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DD 298618 [0002]
- DE 102004046030 A1 [0003]
- DE 19756506 C2 [0005]
- DE 19632883 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden mit einem Eiskristalle enthaltenden Hochdruckwasserstrahl, wobei die Eiskristalle vor dem Austritt des Hochdruckwasserstrahls aus der Düse erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckleitung (2) in Richtung der Düse (3) in wenigstens zwei parallel verlaufende Leitungsstränge (4, 5) verzweigt ausgestaltet ist, die mit einer Kühlstrecke (6, 7) in Wirkverbindung stehen, wobei die Leitungsstränge (4, 5) in Verbindung mit den Kühlstrecken (6, 7) wechselweise in einer Eiskristallerzeugungsphase und einer Eiskristallzuführungsphase derart betrieben werden, dass sich der von der Hochdruckleitung (2) und zur Düse (3) hin zunächst abgesperrte eine Leitungsstrang (4) zur Eiskristallerzeugung in einer Niederdruckphase befindet, während sich der zur Hochdruckleitung (2) und Düse (3) hin zunächst offene andere Leitungsstrang (5) zur Zuführung der Eiskristalle (13) zur Düse (3) in seiner Hochdruckphase (Eiskristallzuführungsphase, Schneidehase) befindet.
Verfahren zum Abrasiv-Hochdruckwasserstrahlschneiden nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die wechselseitige Arbeitsweise der Leitungsstränge (4, 5) in der Hochdruck- und der Niederdruckphase durch eine Regelung des Zeitregimes erfolgt.