DE1949583B2

DE1949583B2 - Verfahren zum Schneiden weichen, saugfähigen Materials

Info

Publication number: DE1949583B2
Application number: DE1949583A
Authority: DE
Inventors: Norman C. Vancouver British Columbia Franz (Kanada)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-10-01
Filing date: 1969-10-01
Publication date: 1975-02-27
Also published as: US3532014A; DE1949583A1; JPS514313B1; SE370964B; DE1949583C3; GB1242930A; FR2019558A1

Description

ist, da bei zu harten Materialien ein Strahlstau unvermeidlich ist. Die Strahlgeschwindigkeit darf andererseits nicht zu groß sein, da sonst eine zu große Strahldispersion auftritt, die ebenfalls eine unzulässig hohe Flüssigkeitsabsorption im Material bedingt.

2. Das weiche Material soll dem Schneiden hinreichend Widerstand entgegensetzen, damit in dem Material beim Schneiden ausreichend Wärme zum Verdampfen der absorbierten Flüssigkeit erze.ugi wird. Dementsprechend muß das weiche Material so dick sein und/oder solche physikalischen Eigenschaften besitzen (wie z. B. relative h~he Zug- oder Reißfestigkeit bei weicher Zellulose und Kunststoffen), daß diese Erwärmung auftritt

3. Wie bereits oben ausgeführt, soll das Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen.

4. Die Schneid-Vorschubgeschwindigkeit soll so bemessen sein, daß sie weder zu langsam ist, um die an den Schnittflächen zurückgehaltene Strahlflüssigkeit nicht verdampfen zu können, noch so schnell, daß der Flüssigkeitsstrahl beim Schneiden dispergiert wird und eine unzulässig große Benetzung des Materials verursacht.

5. Die Strahlflüssigkeit soll in einem kurzen Zeitabschnitt durch die beim Schneiden erzeugte Wärme verdampft werden. Unter kurzem Zeitabschnitt sind weniger als 5 Minuten und vorzugsweise weniger als 1 Minute zu verstehen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Nach der Figur liefert ein Elektromotor 11 den Antrieb für eine hydraulische Pumpe 12 (auch mit P bezeichnet), die hydraulische Flüssigkeit 13 durch ein Filter 14 aus einem hydraulischen Flüssigkeitsreservoir 15 über ein Rohr 12a ansaugt. Von der Pumpe 12 wird die Flüssigkeit durch ein Rohr 12 ft mit Drücken bis zu 210kp/cm², die durch ein Entlastungsventil 16, das Uberschußflüssigkeit durch ein Rohr 16 a zum Reservoir 15 zurückführt, geregelt werden und durch ein Rohr 166 zu einem Vierwegventil 17, das die Tätigkeit eines in einem hydraulischen Zylinder 18 mit einem Druckmesser 18 b angeordneten, doppelt wirkenden Kolbens iff α steuert, durch ein Rohr 17 a, das in den Zylinder 18 führt, und durch Rohre 17 b und 17 c, die aus dem Zylinder 18 durch Ventil 17 zum Reservoir 15 führen, gefördert.

Ein Hochdruckstößel 19 und ein Kolben 19 α sind axial am Kolben 18a des Zylinders 18 angebracht und setzen die Schneidflüssigkeit unter Druck, die in einer Hochdruckzelle 20 enthalten ist, wobei das Verhältnis von Anfangs- und Enddrücken eine Funktion der Differenz der Druckflächen des Kolbens 18 a und des Hochdruckstößels 19 ist.

Ein Hochdruckrohr 20 a führt die Schneidflüssigkeit aus der Zelle 20 zu einem Zweiwegventil 21, das dazu dienen kann, Luft oder Schneidflüssigkeit soweit erforderlich bei 21a herauszulassen, aber normalerweise dazu benutzt wird, um den Fluß der Schneidflüssigkeit durch das Hochdruckrohr 21 zu einer Düse 22 zu steuern, die einen Strahl 22 a der Flüssigkeit auf das zu schneidende Werkstück 23 lenkt, das z.B. aus mehrfachen Schichten, wie in 23a gezeigt besteht und von einem Zuführtisch 24 getragen wird Die Flüssigkeitsströmung ist in der Abbildung durci Pfeile angedeutet. Die Bewegung des Zufuhrtisches 24 wird durch einen Antriebsmechanismus 25 bewerkstelligt, der durch ein Steuersystem 26 gesteuert wird. Zum Betrieb wird Wasser oder eine andere geeignete Schneidflüssigkeit bei herausgezogenem Stößel 19 und geschlossenem Ventil 21 von oben in

ίο die Zelle 20 eingeführt; dann wird der Stößel herunterbewegt, um Druck zu erzeugen, und die Luft im System wird an der entsprechenden Seite des Ventils 21 kurz abgelassen; der Schneidbetrieb wird dann durch öffnen der durch das Rohr 21 b zur Düse 22 führenden Seite des Ventils 21 bewerkstelligt, wobei das Werkstück 23 von Hand oder mit Hilfe des Tisches 24 und des damit verbundenen Antriebsmechanismus 25 mit dem Steuersystem 26 längs des Weges bewegt wird, der durch die öffnung 27 im Tisch 24 beschrieben wird. Gewöhnlich beträgt der Abstand zwischen der öffnung der Düse 22 und dem Werkstück 23 etwa zwischen 1,5 und 6,5 mm.

Obwohl das schematische System der Abbildung Nachfüllen der Schneidflüssigkeit erfordert, wäre bei Verwendung mehrerer kombinierter druckerhöhender Systeme auch ein kontinuierlicher Antrieb statt des intermittierenden Betriebs möglich. Darüber hinaus kann zu diesem Zwecke eine Dreifachpumpe verwendet werden. In allen Fällen kann ein Sammler in das Flüssigkeitssystem eingebaut werden, um Druckschwankungen zu minimisieren. Die Zusammenstellung einer solchen Ausrüstung ist dem Fachmann auf dem Gebiet des Pumpwesens geläufig.

Die Bewegung zwischen dem Flüssigkeitsstrahl und dem Werkstück kann durch ein geradliniges hydraulisches Vorschubsystem oder durch manuelle Bewegung des Werkstücks, wenn ein anderer als ein geradliniger Schnitt erwünscht ist, zustande gebracht werden. Es ist klar, daß die relative Bewegung auf viele andere Weisen ausgeführt werden kann, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, wenn nur der Flüssigkeitsstrahl nicht dispergiert wird. Zum Beispiel kann die Düsenachse bei festgehaltenem Werkstück bewegt werden. Weiterhin kann die Bewegung mit verschiedenen sogenannten X-Y-Vorschubsystemen zustande gebracht werden, die bei programmierten Band- und Computer-Steuer-Systemen von bestimmten Werkzeugmaschinen gegenwärtig industriell verwendet werden. Die Verwendung solcher Systeme zur Ausführung der notwendigen Bewegung macht es möglich, den Schneidbetrieb in hohem Maße zu automatisieren, was zu wesentlicher Einsparung von Arbeit, Zeit und Material sowie auch zu großer betrieblicher Flexibilität führt. Derartige Einrichtungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet automatischer Einspeisungsmaschinen wohlbekannt. Die Verwendung eines Flüssigkeitsstroms oder -Strahls hoher Geschwindigkeit zum Schneiden weicher Materialien wie Textilien, Filmen, nachgiebigen blattartigen und nicht starren Materialien und ähnlichem, ohne Dispersion des Strahls beruht offensichtlich auf der Entwicklung von Zugspannungskräften im Werkstück, die wesentlich größer sind als die zu örtlichem Reißen notwendige Zugspannung. Diese Zugspannungskräfte kommen durch die Momente und Impulse des Flüssigkeitsstrahls zustande, der gegen das Werkstück gerichtet wird. Die darin erzeugte Belastung ist weitgehend eine Funktion der

Masse und Geschwindigkeit der Schneidflüssigkeit mündung war etwa 8,5 mm von der obersten Lage sowie auch der Aufprallfläche. Die Geschwindigkeit des Stapels entfernt. Mit ähnlichen Druck- und Düeines Flüssigkeitsstroms, der von einer Düse ausge- senbedingungen wurde die gleiche Vorschubgestoßen wird, ist ihrerseits weitgehend abhängig von schwindigkeit mit einem Stapel gewebeverstärkter dem einleitenden Flüssigkeitsdruck. Andere Fakto- 5 Vinylschaumstoffblätter aus 40 Lagen mit einer Höhe ren wie Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung von 7,6 cm erreicht. Tests haben in ähnlicher Weise der Schneidflüssigkeit und die Art des von der Düse gezeigt, daß in Gesamtdicken über 10 cm ungewebte, erzeugten Flüssigkeitsstrahls oder -Stroms beeinflus- nicht gereckte Nylonfasermatten oder -filze und über sen diese primären Faktoren. 15 cm dicke Urethan- und Polystyrol-Schaumstoffe Die Düse hat vorzugsweise kreisförmigen Quer- io unter diesen Bedingungen geschnitten werden könschnitt, obwohl auch andere Formen benutzt werden nen.

können, solange die Düse keine die Masse des Mate- Solange der von der Düse ausgestoßene Flüssigrials benetzende Dispersion des Strahls erzeugt. Die keitsstrom fähig ist, das Werkstückmaterial zu schneigemessenen Daten zeigen, daß die Tiefe des Schnitts den, können Drucksteigerungen oder Vergrößerungen und die maximal erreichbare Vorschubgeschwindig- 15 des Düsendurchmessers dazu benutzt werden, die keit grob proportional dem Querschnitt einer kreis- Vorschubgeschwindigkeit zu erhöhen. Ähnliche Verförmigen Düsenmündung sind, obwohl die Gestalt besserungen der Schneidfähigkeit wurden beobachtet, und andere Merkmale des Strahls die Effektivität des wenn die Merkmale des Strahls, die beim Austritt aus Schneidens stark beeinflussen können. der Düse offensichtlich einen Anstieg in der Energie-Geeignete praktische Düsen können aus einer An- 20 dichte des Flüssigkeitsstroms widerspiegeln, optimiert zahl von Materialien hergestellt werden. Ein aus- werden. Umgekehrt wurde beobachtet, daß ein Minscheidungsgehärteter rostfreier Stahl hat sich als be- destwert des durch die Flüssigkeit ausgeübten Drukmerkenswert dauerhaft und wirkungsvoll erwiesen. kes existiert, unter dem bei der gewählten Vorschub-Bei den zur Zeit benutzten Düsenformen werden geschwindigkeit effektives Schneiden und Durchdrin-Mündungsdurchmesser von 0,089 bis 1 mm mit Hals- 25 gung nicht mehr erreicht werden. Es ist außerdem längen von gewöhnlich etwa 0,1 mm, aber gelegent- beobachtet worden, daß bei Werkstückmaterialien, lieh bis herauf zu 2,5 mm verwendet. die für die angewendete Strahlenergie zu dick sind, Die obere Grenze für den anwendbaren Durch- wie Polypropylen in Folien mit einer Dicke von über messer der Düsenmündung ist weitgehend bestimmt 13 mm unter den oben angegebenen Bedingungen durch die Leistungsfähigkeit der Flüssigkeitspump- 30 von 0,02 mm Düsendurchmesser und etwa 3160 atü anlage, die erforderlichen Druckhöhen und die dar- Druck der Flüssigkeitsstrahl dispergiert wird, weil er aus resultierenden Geschwindigkeiten, wobei jedoch im Schnitt durch Aufstau der ausgestoßenen Flüssig-2,5 mm die bevorzugte Grenze ist. Die untere Grenze keit behindert wird; dadurch wird eine untragbare der Düsenabmessung ist weitgehend bestimmt durch Benetzung des Materials verursacht,
praktische Erwägungen, wie die Herstellbarkeit sehr 35 Ein wichtiges Merkmal ist die vielseitige Verwendkleiner Öffnungen, das Zusetzen der Düse und Er- barkeit und Abwandelbarkeit des Systems zum fordernisse bezüglich der Vorschubgeschwindigkeit Schneiden mit Hilfe eines Flüssigkeitsslroms hoher und der Tiefe des Schnitts, wobei jedoch gewöhnlich Energie, bei dem die beim Schneiden erzeugte Wärme etwa 0,025 mm die praktische untere Grenze dar- die Strahlflüssigkeit an den Schnittflächen verdunsten stellt. 40 läßt. Es wurde gefunden, daß der Flüssigkeitsstrahl Für die meisten weichen Materialien, Textilien, durch einfache Ventil- oder Abzweigkonstruktionen biegsame und dehnbare Folien und federnde Mate- schnell gestoppt oder gestartet werden kann. Das rialien hat sich gezeigt, daß Strahlgeschwindigkeiten macht die Erfindung geeignet für Aufgaben, bei dezwischen 360 und 730 m/sec geeignet sind, praktische nen unterbrochen geschnitten werden muß, wie für Kombinationen zwischen der Tiefe des Schnitts und 45 in sich geschlossene Ausschnitte oder Schlitze, oder der Vorschubgeschwindigkeit zu erreichen, obwohl wo es erforderlich ist, daß die Düse über das Werkviel höhere Geschwindigkeiten bis herauf zu stück zu einem vorher bestimmten Ort bewegt wird, 1200 m/sec benutzt werden können, solange keine ohne unterwegs zu schneiden. Die Freiheit der Wahl Dispersion des Strahls am Düseneingang infolge der des Schneidwegs erlaubt detailliertes, genaues Schneierhöhten Drücke, die notwendig sind, um die höhe- 50 den längs nahezu jeden Weges, der durch einen beren Geschwindigkeiten zustande zu bringen, auftritt, wegten Punkt beschrieben werden kann. Saubere wodurch Benetzung der Masse des weichen Materials scharfe Schnitte, in denen keine Strahlflüssigkeit zuverursacht wird. Strahlgeschwindigkeiten von 360 bis rückgehalten wird, wurden erhalten, wenn kleine 730 m/sec wurden mit Antriebsdrücken der Flüssig- dreieckige Ausschnitte in Vinyl und Geweben herkeit zwischen etwa 700 und 3500 atü erhalten, wenn 55 gestellt wurden. Solche Schnitte warden bis zu Tiefen Wasser durch eine kreisförmige Düsenmündung in von über 2 cm erhalten, die durch 50 Lagen Nylon Atmosphäre ausgestoßen wurde. Höhere Geschwin- und Baumwollgewebe gegeben waren, und in einer digkeiten bis zu 1200 m/sec erhält man mit Drücken Tiefe über 7,5 cm, in der 40 Lagen gewebeverstärkter bis zu 7500 atü. Vinylschaumstoff vorlagen.

Mit einer kreisförmigen Düsenmündung von etwa 60 Die mit der Erfindung erreichte scharfe Kontur

0,02 mm Durchmesser und einem Flüssigkeitsdruck und Genauigkeit des Schnitts durch viele Lagen von

von etwa 3160 atü auf Wasser wurde ein Stapel von Material bietet die Möglichkeit, der Genauigkeit und 55 Lagen Nylon und Baumwollstoff mit einer Ge- Konturenhärte von Stanzvorgängen nahezukommen,

samtdicke von etwa 40 mm bei Vorschubgeschwin- jedoch viel mehr Lagen gleichzeitig zu schneiden als digkeiten von 180 cm/min bis herauf zu etwa 6s beim Stanzen. Auf der anderen Seite bietet die Erfin-635 cm/min ohne Dispersion des Strahls und mit dung die Möglichkeit, Lagenzahlen zu schneiden, Verdunstung des an den Schnittflächen zurückgehal- wie sie bisher mit scheibenförmigen oder hin- und tenen Wassers sauber durchgeschnitten. Die Düsen- hergehenden Messern geschnitten wurden, dabei

mill m
her
nie
ich

Io

jedoch größere Genauigkeiten und feinere Detaillierungen zu erzielen.

Eine besonders neuartige und wirkungsvolle Verwendungsmöglichkeit der beschriebenen Flüssigkeitsstrahl-Schneidanlage betrifft das Schneiden miteinander verbundener Schichten geschichteter Materialien, wie etwa die in der Figur dargestellten beweglichen Schichtmaterialien, baumwollverstärktes Vinylgewebe oder Pappe. Beim üblichen Schneiden mit Sägeblättern können die Schichten sich voneinander lösen. Der Hochgeschwindigkeit-Flüssigkeits-Strahl nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung schneidet solche Schichten ohne unerwünschte Trennung der geschichteten Lagen 23 a und erzeugt einen scharfen Schnitt. Eine Erklärung mag darin zu suchen sein, daß der dünne Flüssigkeitsstrom durch direkte Aufschlagzerstörunge-n, Fasertrennung und ähnliche Vorgänge, vom Beginn des Zusammenpralls mit dem Material an durch die ganze Schnittlinie ohne gleichzeitigen Reibungsdruck auf die getrennten Teilstücke so auf jeder Seite der Schnittkerbe schneidet.

Analog wird beim Schneiden mit rotierenden Scheiben oder Stanzen geschichtetes Material leicht zusammengepreßt. Das ist normalerweise nicht zu beanstanden, ausgenommen bei Strukturen wie Wellpappe, die aus einer gewellten Schicht und zwei äußeren ebenen Pappeschichten zusammengesetzt sind. Dabei zerdrückt der Werkzeugdruck die Wellung des Papiers und drückt die obere Pappeschicht gegen die untere gegenüberliegende Seite der Struktür, wodurch anschließende Arbeitsgänge erschwert werden. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Schwierigkeit durch Erzeugung eines sauberen scharfen Schnitts, wie in der Abbildung gezeigt ist.

Beide oben beschriebenen Schwierigkeiten (d. h. Trennung der Schichten und der entgegengesetzte Effekt des kompressiven Zerdrückens oder Zusammenkneifens) in der Nachbarschaft des Schnitts werden durch das Schneiden mit dem Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahl eliminiert, weil die Zugbeanspruchung an der Schnittkerbe wegfällt, die be mechanischen Sägetechniken auftritt. Infolgedesser ist die neue Schneidemethode von überragender Bedeutung für jeden, der mit dem Schneiden weichei geschichteter Strukturen zu tun hat, die von Säger separiert oder in anderer Weise deformiert werden

Hydrojets, d. h. Wasserstrahlen, zeigten besonder; beim Schneiden von Kartonpappen das oben erwünschte Resultat.

Besondere Untersuchungen haben zur Entdeckung besonders nützlicher Methoden geführt, nach dener die Wirksamkeit des Flüssigkeitsstrahl-Schneidens gewellter Blätter und Pappematerialien bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens maximieri werder kann. Tabelle 1 A zeigt das Ergebnis einer Untersuchung mit dem Ziel, den Einfluß der Änderunj des Flüssigkeitsdrucks (P) und des Düsendurchmessers (D) zu bestimmen. Das spezielle Material, das geschnitten wird, ist durch sein Flächengewicht ir kg pro m² gekennzeichnet. Tafel 1A zeigt das Ergebnis des Betriebs mit verschiedenen Materialien, du mit einer Geschwindigkeit von 107 m/min bewegi wurden. Jedes Material wurde mit drei verschiedener Kombinationen von Düsendurchmesser und Flüssigkeitsdruck geschnitten. Die entsprechende Energie die proportional zu pWD* ist (nach dem Bernoullisehen Theorem, wenn die Schwerebeschleunigunj vernachlässigt wird und die Energie gleich einer Konstanten mal der Masse mal dem Quadrat der Ge schwindigkeit ist), ist in der Tabelle angegeben, wo bei die niedrigste Energie für jeden Testpunkt unter strichen ist. Ähnliche Ergebnisse sind in den Tabellei 1 B und 1 C für Vorschubgeschwindigkeiten von 1 Ji bzw. 282 m/min gezeigt. Leerstellen in den Tabeller zeigen, daß für diesen besonderen Düsendurchmessei bei den angegebenen Vorschubgeschwindigkeiten dei Schnitt unvollständig war.

Die an den Schnittkanten zurückgehaltene Strahl flüssigkeit verdampfte in 5 bis 60 see, und die Schnitt kanten waren sauber und scharf.

Tabelle IA (Vorschubgeschwindigkeit 107 m/min)

Material- Flächengewicht	0,165 mm Durchmesser	Energiestrom mkp	0,231 mm Durchmesser	Energiestrom mkp	0,305 mm Durchmesser	Energiestrom mkp
kp/m*	Druck kp/cm^s	see	Druck kp/cm^!	see	kp/cm*	see
0,527	2460	360	1400	320	1400	570
0,615	2460	360	1400	320	1400	570
0,859	2460	360	2460	730	1400	570
0,972	2460	—	2460	730	1400	5ZQ
1,083	2460	—	3520	1230	1400	—

Tabelle 1 B (Vorschubgeschwindigkeit 178 m/min)

Material-	0,165 mm	Energiestrom	0,231 mm	Energiestrom	0,305 mm	Energies! rom
Flächengewicht	Durchmesser	mkp	Durchmesser	mkp	Durchmesser	mkp
kp/m^l	Druck kp/cm¹	see	Druck kp/cm¹	see	Druck kp/cm¹	see
0,527	3520	620	2460	730	1400	52Q
0,615	3520	620	2460	730	1400	52Q
0,859	3520	620	3520	1230	1400	570
0,972	3520	—	3520	1230	1400	52Q
1,083	3520	—	3520	—	1400

Tabelle IC (Vorschubgeschwindigkeit 282 m/min)

Material- Flächengewicht	0,165 mm Durchmesser	Energiestrom mkp	0,231 mm Durchmesser	Energiestrom mkp	0,305 mm Durchmesser	Energiestrom mkp
kp/m^!	Druck kp/cm⁸	see	kp/cm⁸	see	Druck kp/cm*	see
0,527	3520	620	2460	730	1400	1800
0,615	3520	620	2460	730	1400	1800
0,859	3520	620	3520	1230	1400	1800
0,972	3520	—	3520	1230	1400	—
1,083	3520	—	3520	—	1400

Der unterstrichene Energiewert ist der niedrigste von 3 Energiewerten für eine gegebene Dichte und Vorschubgeschwindigkeit. Der Druck, der unter jeder Düsengröße angegeben ist, ist jeweils der niedrigste der drei getesteten Drücke, mit dem erfolgreich geschnitten werden konnte; der Energiewert ist die Energie für diesen Druck und ist proportional p3/²D²; der Druck ist angegeben in kp/cm². Die Pappe war eine handelsübliche Standardausführung:

25 größte Schnittwirkungsgrad bei
geschwindigkeiten erreicht wird.

großen Vorschub-

Flächen gewicht:	Deckschichten	p/m²	Gewellte Einlage	p/m⁸
kp/m*	Anzahl	127	Anzahl	127
0,527	2	205	1 26C-flute	127
0,615	2	337	1 26C-flute	127
0,859	2	205	1 26C-flute	127
0,972	3	439	2 26CB-flute	127
1,083	2	1 26C-flute

35

Aus diesen Beispielen kann geschlossen werden, daß ein geringerer Druck mit einer größeren Düse einen besseren Wirkungsgrad ergibt, weil die niedrigste Energie für die Düse mit dem Durchmesser 0,305 mm in der Regel bei 1400 kp/cm² lag. Das stimmt überein mit anderen Versuchen, die gezeigt haben, daß die Schnittiefe proportional pD² anstatt pSPD² ist. Da die Strahlenergie proportional p3/²D² ist, scheint der Wirkungsgrad des Schneidens mit p¹/² abzufallen. Weiterbin gilt, daß die Düsen mit größeren Abmessungen gewöhnlich weniger kosten und bei geringeren Drücken einen geringeren Verschleiß haben. Andererseits kann jedoch eine Erhöhung des Drucks die Schnittqualität verbessern, die anfängliche Benetzung verringern (wodurch die Verdunstung der Strahlflüssigkeit beschleunigt wird) und den Flüssigkeitsverbrauch herabsetzen. Dementsprechend ist es notwendig, für jede gegebene Betriebssituation den besten Kompromiß zu wählen. Im allgemeinen war eine Vorschubgeschwindigkeit zwischen etwa 300 und 1000 m/min zufriedenstellend für Wellpappe.

Die Tabellen HA, II B und HC zeigen den Einfluß erhöhter Zuführgeschwindigkeit auf die für den Schnitt benötigte Energie, deren Anstieg geringer war als es bei linearer Abhängigkeit von der Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit zu erwarten gewesen wäre. Daß die erforderliche Steigerung der Energie so überraschend klein war (was bei anderen weichen Materialien bestätigt wurde), zeigt, daß der Tabelle HA
(Flächengewicht 615 p/m²)*)

Vorschub geschwindigkeit (R) m/min	Druck (p) kp/cm*	Energiestrom mkp see
107 178 282	650 826 896	166 235 290

Tabelle IIB
(Flächengewicht 859 p/m²)

Vorschub geschwindigkeit (R) m/min	Druck kp/cm⁸	Energiestrom mkp see
107 178 282	985 1054 1177	332 360 429

Tabelle IIC
(Flächengewicht 972 p/m²)

1002
1160
1370

332
429
553

*) Die Flächengewichte entsprechen den Werten der Tabelle I. Alle Düsen hatten einen Durchmesser D von 0,305 mm, und der Druck ρ ist derjenige Druck, der erforderlich ist, um das Material gerade zu schneiden.

Die Tabellen IA, IB und IC zeigen, wie schon diskutiert wurde, daß geringere Drücke und größere Düsendurchmesser auch vom Energiestandpunkt zu einem maximalen Wirkungsgrad führen. Dementsprechend geben große Düsendurchmesser, kleine Drücke und hohe Vorschubgeschwindigkeiten den höchsten Wirkungsgrad bezüglich der Energie. Erwägungen hinsichtlich der Schnittqualität, der Schnittbreite und Anfangsbenetzung, die die fur die Verdunstung der Strahlflüssigkeit von den Schnittflächen benötigte Zeit bestimmt, sind dafür maßgebend, welcher Mindestdruck noch benutzt werden kann.

Zusammensetzung und Struktur des geschnittenen weichen Materials bestimmen die Bereiche der an-

wendbaren Drücke, Düsendurchmesser und Strahlenenergien. Es hat sich gezeigt, daß innerhalb dieser Bereiche ein ziemlich weiter Spielraum für die Vorschubgeschwindigkeiten bei gegebenem Druck und Düsendurchmesser und einem Material gegebener

Zusammensetzung und Struktur besteht, wobei gewöhnlich eine Vorschubgeschwindigkeit von mindestens 50 °/o der maximalen Vorschubgeschwindigkeit, die einen sauberen Schnitt erzeugt, die Verdunstung der Strahlnüssigkeit von den Schnittflächen gestattet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

das geschnittene Material nachteilig beeinflußt. Aus

Patentanspruch: diesen Gründen ist das Schneiden solcher weicher

Materialien mit einem Hochgeschwindigkeits-Flüssig-

Verfahren zum Schneiden weichen und insbe- keitsstrahl bisher nicht kommerziell genutzt worden, sondere saugfähigen Materials geringer Wärme- 5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leitfähigkeit, bei dem als Schneidwerkzeug ein Verfahren anzugeben, mit dem sich weiche, verhält-Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahi verwen- nismäßig dicke, gegebenenfalls mehrlagige Materiadet wird, dadurchgekennzeichnet, daß lien mitteis eines Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsder Flüssigkeitsstrahl unter Vermeidung einer Strahls schnell und wirtschaftlich schneiden lassen. Strahldispersion an der Düse und eines Strahl- io Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gestaues im Material mit einer Strahlgeschwindig- löst, daß der Flüssigkeitsstrahl unter Vermeidung keit von 360 bis 1200 m/sec ausgestoßen und die einer Strahldispersion an der Düse und eines Strahl-Schneidgeschwindigkeit so gewählt wird, daß im Staues im Material mit einer Strahlgeschwindigkeit Schneidbereich zurückgebliebene Flüssigkeit auf von 360 bis 1200 m/sec ausgestoßen und die Schneid-Grund der Schneidwärme in kurzer Zeit ver- 15 geschwindigkeit so gewählt wird, daß im Schneiddampft oder verdunstet. bereich zurückgebliebene Flüssigkeit auf Grund der

Schneidwärme in kurzer Zeit verdampft oder verdunstet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für

20 jedes Material ein bestimmter Bereich von Strahlgeschwindigkeiten und Schneid-Vorschubgeschwin-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schnei- digkeiten besteht, bei dem die durch die Energie des den weichen und insbesondere saugfähigen Materials Flüssigkeitsstrahl hervorgerufene Erwärmung des geringer Wärmeleitfähigkeit, bei dem als Schneid- Materials die absorbierte Flüssigkeit in kürzester Zeit werkzeug ein Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeits- 25 verdampft bzw. verdunstet. Es ist somit kein besonstrahl verwendet wird. derer 1 rocknungsschritt mehr erforderlich, und Ver-Es ist bereits ein Verfahren (US-PS 31 36 649) be- weifungen des Materials treten wegen der raschen kannt, bei dem ein Hochgeschwindigkeits-Flüssig- Verdampfung der Flüssigkeit nicht mehr auf.
keitsstrahl dazu benutzt wird, dünne flexible Bahnen, Zu den Materialien, die mit dem erfindungsgemäbeispielsweise aus Papier, zu perforieren. Die Tat- 30 ßen Verfahren geschnitten werden können, gehören sache, daß ein Teil der Flüssigkeit des Flüssigkeits- insbesondere biegsame oder dehnbare Schichten von Strahls von dem bearbeiteten Material absorbiert natürlichen oder synthetischen organischen Stoffen, wird, wird bei dem bekannten Verfahren in der wie gewebte oder nichtgewebte Textilien, Schaum-Weise ausgenutzt, daß der Flüssigkeit ein aushärt- stoffe, Ledermaterialien, Pappe u. dgl. Das Material bares Harz beigemengt und das Material nach dem 35 soll eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen, damil Perforieren einem gesonderten Trocknungsschritt die Wärme, die in den Schnittflächen erzeugt wird, unterzogen wird, damit die Ränder der Perforationen langsam aus dem Schnittbereich in das übrige Mateversteift werden. rial abgeführt wird und es deshalb der Wärme mög-Im übrigen wurde das Schneiden mittels Hochge- Hch ist, die im Schnittbereich zurückgehaltene Strahlschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahlen nur in Verbindung 40 flüssigkeit zu verdampfen. Vorzugsweise werder mit harten Materialien, wie beispielsweise Metall, Stoffe verwendet, die eine Wärmeleitfähigkeit zwi-Keramik oder Beton, verwendet (US-PS 29 85 050 sehen etwa
und 28 81 503). Während beim Schneiden von Me- .

tallen eine Absorption der Flüssigkeit im bearbeiteten 1·10~⁴ und 10 · 10"⁴ ~

Material naturgemäß nicht vorhanden ist, wird beim 45 see cm ° C
Schneiden von aushärtendem Beton eine solche Flüssigkeitsabsorption zum Abbinden des Betons ausge- besitzen.

nutzt. Als Schneidflüssigkeit wird vorzugsweise Wassei

Das bisher ungelöste Problem ist das Schneiden oder eine wäßrige Lösung benutzt. Falls jedoch di<

weicher, verhältnismäßig dicker Materialien mit 50 Schnittflächen von Wasser od. dgl. — etwa durcl

einem Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahl, wobei Lösungsvorgänge — nachteilig beeinflußt werden

das weiche Material so strukturiert und/oder zusam- kann auch eine andere leicht verdampfbare Flüssig

mengesetzt ist, daß die Ränder des Schnittes kleine, keit, beispielsweise eine leicht verdampfbare organi

aber merkliche Mengen Strahlflüssigkeit zurückhalten sehe Flüssigkeit, verwendet werden,

und diese Flüssigkeitsabsorption entsprechende 55 Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäßi

Schwierigkeiten aufwirft. Bisher wurde angenommen, Verfahren zum Schneiden von Pappe mit einer Flä

daß das Schneiden solcher Materialien im Produk- chendichte zwischen etwa 0,5 und 1,5 kp/m² benutz

tionsmaßstab mittels Hochgeschwindigkeits-Flüssig- werden, wobei als Schneidflüssigkeit Wasser verwen

keitsstrahlen nicht vorteilhaft oder gar unmöglich sei, det wird und die Schneid-Vorschubgeschwindigkei

weil die Flüssigkeit, die im Schnittbereich zurück- 60 zwischen etwa 30 und 150 m/min eingestellt wird,

gehalten wird, anschließende Arbeitsgänge wie Ver- Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver

kleben od. dgl. stört und bei kontinuierlicher Produk- fahrens ist auf folgende Punkte zu achten:
tion nicht genügend Zeit zur Verfügung steht, um

einen Trocknungsschritt einzufügen. Weiterhin ist für 1 · Der Flüssigkeitsstrahl darf einerseits keine zi

viele wichtige Anwendungszwecke die Strukturierung 65 geringe Strahlgeschwindigkeit haben, da ande

und/ oder die Zusammensetzung des weichen Mate- renfalls ein Strahlstau und damit eine zu großi

rials derart, daß ein Trocknungsschritt wie z. B. Flüssigkeitsabsorption im Material auftritt. Die

Trocknen mit erhitzter Luft nicht wirksam ist oder setzt voraus, daß das Material genügend weicl