DE102010000478A1

DE102010000478A1 - Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines Schneidstrahls sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102010000478A1
Application number: DE102010000478A
Authority: DE
Inventors: Michael 59302 Jarchau; Paulus Antonius Jacobus Janitschek
Original assignee: Paul Hammelmann Maschinenfabrik GmbH; Hammelmann Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Paul Hammelmann Maschinenfabrik GmbH; Hammelmann Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-08-25
Also published as: CA2789698A1; US20120315824A1; EP2536532A1; US9126306B2; EP2536532B1; WO2011101262A1

Abstract

Ein Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines aus einem eine Düse (2) aufweisenden Schneidkopf (1) austretenden Schneidstrahls (3), ist so ausgebildet, dass dem Schneidstrahl (3) nach dem Düsenaustritt seitlich bedarfsweise ein die Energiedichte des Schneidstrahls (3) reduzierendes Störmittel (7) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines Schneidstrahls nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das Schneiden von Materialien unterschiedlichster Art mittels eines Schneidstrahls ist hinlänglich bekannt.
Dabei wird der Schneidstrahl durch ein Fluid gebildet, das unter hohem Druck, beispielsweise 3.000 bis 4.000 bar, durch eine Düse geführt wird, dem ein Abrasivmittel zugesetzt sein kann.
Zur Unterbrechung des Schneidstrahls, beispielsweise um ein Loch- oder Schlitzmuster in eine Metallplatte einbringen zu können, kommen bislang Schaltventile zum Einsatz, mit denen die Zufuhr des unter dem genannten Druck stehenden Fluids vor dem Schneidkopf bzw. vor Eintritt in die Düse unterbrochen wird.
Hieraus ergeben sich naturgemäß erhebliche Probleme, insbesondere bei einer entsprechenden Schalthäufigkeit, wie sie bei der Herstellung filigraner Muster geboten ist.
Durch den anstehenden hohen Druck wird das Ventil außerordentlich beansprucht, so dass dessen Standzeit sehr gering ist.
Die sich daraus ergebenden Kosten aufgrund der Stillstandszeiten zum Auswechseln des Ventils sowie dessen Beschaffung, stehen einem optimierten Betrieb entgegen.
Wird zur Druckerzeugung eine Plungerpumpe eingesetzt, die systembedingt einen ständig gleichbleibenden Druck erzeugt und nur mit einer installierten Überströmtechnik betreibbar ist, ist ebenfalls eine außerordentlich hohe Beanspruchung zu beklagen, die einen befriedigenden Betrieb nicht zulässt, so dass insgesamt das bekannte Verfahren den gestellten Forderungen nach minimierten Fertigungs- und/oder Betriebskosten nicht gerecht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass mit konstruktiv geringem Aufwand ein wirtschaftlicherer Betrieb des Schneidstrahlens möglich ist sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Das neue Verfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass auf den Einsatz von Schaltventilen zur Funktionsunterbrechung des Schneidstrahles im Bereich der Zufuhr des Hochdruck-Fluids gänzlich verzichtet werden kann.
D. h., der Hochdruck steht permanent in der Zuführleitung an, so dass auch der Einsatz einer Plungerpumpe zur Druckerzeugung ohne zusätzliche, aufwändige Technik problemlos möglich ist.
Wie sich überraschend gezeigt hat, wird durch das Zuführen des Störmittels die gerichtete Geschwindigkeit, mit der der Schneidstrahl aus dem Schneidkopf austritt bzw. die Beschleunigung eines ggf. zugeführten Abrasivmittels, so weit reduziert, dass keine Schneidwirkung eintritt, wobei bei relativer Weiterführung des Schneidkopfes in den nicht beaufschlagten Bereich des zu bearbeitenden Materials kein erkennbarer Abtrag entsteht.
Bei Unterbrechung des Störstrahls, d. h., in Funktion des Schneidstrahls, erfolgt die unmittelbare Freisetzung der Schneidenergie, so dass bei einer kontinuierlichen Relativbewegung des Schneidkopfes in Schneidrichtung eine scharfe Schneidkante entsteht.
Das Störmittel kann aus einem flüssigen oder gasförmigen Medium bestehen, wie Wasser bzw. Luft, aber auch aus einem Festkörper, z. B. einem Störstift, der in den Schneidstrahl geführt wird.
Die Zufuhr des Störmittels erfolgt rechnergesteuert, um beispielsweise das genannte Muster zu erzeugen, wobei einer Gas- oder Flüssigkeitsquelle als Störquelle nachgeschaltet ein Absperrventil in Form eines Schnellschaltventils angeordnet ist.
In an sich bekannter Weise kann dem aus der Düse austretenden Strahl ein Abrasivmittel zugeführt werden in Form von rieselfähigem Stoff, wie Sand oder dergleichen, oder in Form einer Suspension, beispielsweise einer Mischung aus Sand und Wasser.
Bei einer Funktionsunterbrechung des Schneidstrahls kann mit Zuschaltung des Störmittels eine vorzugsweise ventilgesteuerte Abschaltung der Abrasivmittel-Zufuhr erfolgen, wobei beide Schaltvorgänge abhängig voneinander synchron getätigt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der der Schneidkopf einen der Düse in Strömungsrichtung nachgeordneten Austrittskanal aufweist, ist so ausgebildet, dass seitlich in den Austrittskanal eine Störmittelzufuhr mündet, in der ein Störmittel rechnergesteuert getaktet geführt ist.
Dabei kann die Störmittelzufuhr eine Führung für einen Störstift bilden oder, im Fall das Störmittel besteht aus einer Flüssigkeit oder einem Gas, einen Führungskanal.
Zwar ist aus der WO 91/12930 A1 eine Vorrichtung zum Schneiden von Materialien mit einem Schneidkopf bekannt, in dessen Austrittskanal ein Fluidkanal mündet, allerdings dient diese Vorrichtung ausschließlich dem Einsatz bei hohem Umgebungsdruck, wobei mittels des im Betrieb konstant seitlich zugeführten Fluids ein Abrieb des Austrittskanals vermindert werden soll sowie die Strahlgeometrie des Schneidstrahles beeinflusst. Eine Funktionsunterbrechung des Schneidstrahles ist mit dieser Konstruktion nicht möglich.
Dies trifft gleichermaßen auf eine Vorrichtung zu, die in der WO 2000/056466 geoffenbart ist. Hierbei dient der seitlich in den Austrittskanal zugeführte Fluidstrahl ausschließlich der Kohärenzveränderung des Schneidstrahles, um in ihrer Beschaffenheit, insbesondere in ihrer Härte unterschiedliche Materialien befriedigend schneiden zu können.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine Anordnung des Ventiles zum Ein- und Ausschalten der Störmittelzufuhr im Schneidkopf vor, wodurch eine sehr kompakte und kostengünstige Bauweise der gesamten Vorrichtung erreicht wird.
Eine ebenfalls seitlich in den Austrittskanal geführte Zuführleitung für ein Abrasivmittel, falls dies zum Einsatz kommt, mündet bevorzugt direkt gegenüber der Mündung der Störmittelzufuhr oder geringfügig versetzt dazu, vorzugsweise stromabwärts der Störmittelzufuhr nachgeordnet.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend nochmals anhand der beigefügten Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darstellenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1–3 jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung.
In den 1–3 ist jeweils eine Vorrichtung dargestellt, mit dem ein Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines aus einem eine Düse 2 aufweisenden Schneidkopf 1 austretenden Schneidstrahls 5 durchführbar ist, wobei erfindungsgemäß dem Schneidstrahl 5 nach dem Austritt aus der Düse 2 seitlich bedarfsweise, d. h., regelmäßig oder unregelmäßig getaktet, ein die Geschwindigkeit und Energiedichte des Schneidstrahls 5 reduzierendes Störmittel 7 zugeführt wird.
Der Schneidkopf 1 weist einen sich in Strömungsrichtung des Schneidstrahles 3 erstreckenden, sich unmittelbar an den Düsenaustritt anschließenden Austrittskanal 5 auf.
Zur Zuführung des Störmittels 7 mündet seitlich in den Austrittskanal 5, näher zur Düse 2 als zum Austritt des Schneidstrahls 3, eine Störmittelzufuhr 6, durch die bei den Ausführungsbeispielen ein aus einer Flüssigkeit oder einem Gas bestehender Störstrahl geführt wird, wobei dieser Störstrahl aus einer Störmittelquelle 8, beispielsweise einer Pumpe gespeist wird. Dabei kann der Störstrahl als Flüssigkeitsstrahl unter einem Druck von 1–3 bar stehen.
Das den Schneidstrahl 3 bildende Fluid wird mittels einer Hochdruckpumpe 4 unter hohem Druck der Düse 2 zugeführt, wo die Druckenergie in kinetische Energie umgewandelt wird, so dass in Funktion der Schneidstrahl 3 mit hoher Geschwindigkeit aus dem Schneidkopf 1, d. h. aus dem Austrittskanal 5 austritt.
Zur Funktionsunterbrechung des Schneidstrahles 3, zu der die Austrittsgeschwindigkeit und Energiedichte des Schneidstrahles 3 so weit reduziert wird, dass keine Energie zum Abtrag des zu schneidenden Materials vorhanden ist, wird die Zufuhr des Störmittels 7, in den Beispielen der Störstrahl, durch ein Ventil 9 ein- und ausgeschaltet, wozu die Zufuhr von der Störquelle 8 unterbrochen bzw. geöffnet wird.
Dabei kann das Ventil rechnergesteuert geschaltet sein, so dass eine Funktionsunterbrechung des Schneidstrahles 3 in vorbestimmten Abständen erfolgt.
Bei dem in der 1 gezeigten Beispiel wird als Schneidmedium ausschließlich Wasser eingesetzt, während bei der in der 2 gezeigten Variante dem Schneidstrahl 3 ein Abrasivmittel in Form einer Suspension zugeführt wird, das in einem Suspensionsbehälter 10 deponiert und mittels einer Pumpe 11 über eine Zuleitung 12 im Schneidkopf 1, die ebenfalls in den Austrittskanal 5 mündet, dem Schneidstrahl 3 zugeführt wird.
Dabei liegen sich die Mündungsöffnungen der Störmittelzufuhr 6 und der Zuleitung 12 in den Beispielen gegenüber.
Bei der Vorrichtung nach der 3 wird ebenfalls dem Schneidstrahl 3 ein Abrasivmittel zugeführt, das hier aus Sand besteht, der in einem Sandbehälter 13 bevorratet ist.
Die Zufuhr des Abrasivmittels ist hierbei abhängig von der Zufuhr des Störmittels 7, wozu in der Abrasivmittelzufuhr ein Ventil 14 vorgesehen ist, das bei Unterbrechung der Zufuhr des Störmittels 7 öffnet, so dass das Abrasivmittel dem Schneidstrahl 3 zugeführt wird, wohingegen bei einem Öffnen des Ventils 9 und der damit erfolgten Zufuhr des Störmittels 7 das Ventil 14 schließt und die Abrasivmittelzufuhr unterbrochen ist. Steuerungstechnisch sind die beiden Ventile 9, 14 zweckmäßigerweise abhängig voneinander gekoppelt.
Bezugszeichenliste

1: Schneidkopf
2: Düse
3: Schneidstrahl
4: Hochdruckpumpe
5: Austrittskanal
6: Störmittelzufuhr
7: Störmittelstrahl
8: Störmittelquelle
9: Ventil
10: Suspensionsbehälter
11: Pumpe
12: Zuleitung
13: Sandbehälter
14: Ventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 91/12930 A1 [0021]
WO 2000/056466 [0022]

Claims

Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines aus einem eine Düse (2) aufweisenden Schneidkopf (1) austretenden Schneidstrahls (3), dadurch gekennzeichnet, dass dem Schneidstrahl (3) nach dem Düsenaustritt seitlich bedarfsweise ein die Energiedichte des Schneidstrahls (3) reduzierendes Störmittel (7) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Störmittels (7) rechnergesteuert erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Störmittel (7) ein flüssiges oder gasförmiges Medium eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Störmittel (7) ein Störstift in den Schneidstrahl (3) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des gasförmigen oder flüssigen Störmittels (7) mittels eines Ventils (9) unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem Schneidstrahl (3) ein Abrasivmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrasivmittelzufuhr abhängig von der Störmittelzufuhr erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Schneidkopf (1), der eine Düse (2) aufweist, an die sich in Strömungsrichtung ein Austrittskanal (5) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich in den Austrittskanal (5) mindestens eine Störmittelzufuhr (6) mündet, über die ein Störmittel rechnergesteuert getaktet geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Störmittelzufuhr (6) bei Einsatz von Flüssigkeit oder Gas als Störmittel durch ein zwischen der Störmittelzufuhr (6) und einer Störmittelquelle (8) angeordnetes Ventil (9) ein- und ausschaltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (9) im Schneidkopf (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Störmittelzufuhr (6) gegenüberliegend oder versetzt dazu eine Zuleitung (12) im Schneidkopf (1) angeordnet ist, über die ein Abrasivmittel einem Schneidstrahl (3) zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Abrasivmittels über ein Ventil (14) zu- und abschaltbar ist, wobei die Ventile (9, 14) wechselweise schaltbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Störmittel (7) als axial bewegbarer Störstift ausgebildet ist.