DE19529589C1 - Sicherheitsvorrichtung für Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Hochdruckflüssigkeits­ strahlanlagen, wobei die Anlage aus einem Hochdruckerzeuger für die Flüssigkeit und einem Schneidkopf besteht, mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung.

Hochdruckflüssigkeitsanlagen werden heute zur Bearbeitung von Werk­ stücken und Werkstoffen immer häufiger eingesetzt. Derartige Anlagen bieten bei der Bearbeitung von Werkstoffen und Werkstücken zahlreiche Vorteile, so kommt es bei der Materialabtragung praktisch zu keiner Wär­ meentwicklung und damit auch nicht zu einer Gefügeänderung in der Rand­ zone der bearbeiteten Werkstoffe. Die Anwendung von Hochdruckflüssig­ keitsstrahlen verhindert vollständig die Bildung chemischer oder toxischer Reaktionsprodukte. Die da bei entwickelten geringen Schnitt- und Reak­ tionskräfte stellen nur geringe Anforderungen an die Werkstückaufspan­ nung und verringern den Aufwand bei der Adaption der strahlerzeugenden Komponenten an mehrachsige Führungssysteme. Es kommt nur zu einem geringen Materialabtrag in Folge der schmalen Schnittfugen, so daß die Be­ arbeitung kostenintensiver Werkstoffe ohne hohen Verlust möglich ist. Darüber hinaus können durch Hochdruckflüssigkeitsstrahlen grundsätzlich unterschiedliche Werkstoffe eingesetzt werden, und zwar unabhängig von deren jeweiligen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die Werk­ stoffeigenschaften beeinflussen das Bearbeitungsergebnis lediglich quanti­ tativ. Hochdruckflüssigkeitsstrahlen sind daher auch für die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen und Stoffverbunden geeignet. Anwendungsgebiete für Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlagen sind das Schneiden, das Drehen, das Bohren, das Abtragen von Schichten und die dreidimensionale Bearbeitung von Werkstücken.

Der von der Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage erzeugte Hochdruckflüssig­ keitsstrahl ist beispielsweise beim Schneiden in der Fertigungstechnik durch hohe Pumpdrücke und kleine Strahldurchmesser und damit geringe Volumenströme gekennzeichnet. Die Pumpendrücke liegen bei etwa 4000 bar, können jedoch auch darunter und darüber liegen. Der Hochdruckflüs­ sigkeitsstrahl kann dabei als reiner Flüssigkeitsstrahl oder als Flüssigkeits­ strahl unter Beimengung von Feststoffpartikeln Verwendung finden. Ange­ sichts der hohen Drücke des Hochdruckflüssigkeitsstrahls ist es dabei er­ forderlich, die Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage selbst, ihre Umgebung und die Bedienungspersonen vor der Zerstörung bzw. Verletzung durch den Schneidstrahl zu schützen. Der Flüssigkeitsstrahl kann dabei aus Wasser, Öl oder anderen flüssigen Stoffen bestehen, als Feststoffpartikel werden Granat, Olivin oder andere Feststoffpartikel mit geringer Korngröße unter­ halb der Millimetergrenze beigemengt. Gerade der Hochdruckflüssigkeits­ strahl unter Beimengung von Abrasivstoffen ist außerordentlich aggressiv, da derartige Materialien je nach Einwirkungsdauer nahezu jedes Material zerschneiden können und auch die Kraft des Flüssigkeitsstrahls noch in ei­ niger Entfernung kritische Werte erreicht.

Nach dem Stand der Technik sind zur Vermeidung einer Gefährdung der Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage selbst, ihrer Umgebung und ihrer Bedie­ nungspersonen folgende Vorkehrungen üblich. Man versucht einen weniger aggressiven Flüssigkeitsstrahl dadurch zu schaffen, daß man alternativ auf hohe Flüssigkeitsdrücke oder auf das Abrasivmittel verzichtet, um den Aufwand für eine zu installierende Schutzeinrichtung in Grenzen zu halten. Dazu wird die Strahlstärke so dimensioniert, daß sie nach wenigen Metern ihre gefährliche Wirkung weitgehend verloren hat und zusätzlich errichtet man Schutzwände, die Personen aus dem Gefahrenbereich fernhalten sollen. Hierbei muß jedoch gewährleistet sein, daß auch nach längerer Einwirkung des Strahls auf eine Stelle der Schutzwand kein Durchbruch des Strahles durch die Wand zustande kommt. Auf diese Weise läßt sich zwar eine weitgehend freie Strahlführung realisieren, der Aufwand und der Platzbedarf für die Schutzwände und die Begrenzung der Strahlstärke sind jedoch hoch und platzgreifend.

Als weitere Maßnahme zur Erzielung einer höheren Sicherheit wird bei dem Stand der Technik für Mehrachsschneidanlagen die Beweglichkeit von der Konstruktion her derart eingeschränkt, daß der Strahl bei nicht abgelenk­ tem Lauf zwangsweise in einen Strahlfänger trifft, wie aus der DE 43 34 673 C1 bekannt. Dieser Strahlfänger wird ausreichend groß gestaltet. Er steht entweder auf dem Boden und ist fest mit der Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage verbunden oder er ist als linienförmiger Strahlfänger ausgeführt, der ebenfalls mit der Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage verbunden ist, aber dabei auf einer Schiene mit dem Schneidkopf z. B. auf dessen Y-Achse mitgeführt wird. Dreidimensionale Formen von Werkstücken lassen sich deshalb in einem Arbeitsgang nur mit gewissen Einschränkungen bezüglich des Schneidwinkels fertigen. Auch die Werkstückgröße wird auf diese Weise zusätzlichen Einschränkungen unterworfen. Alternativ oder ergänzend wird dabei auch die Lage des Werkstückes mit einem Handhabungsgerät verändert. Diese Veränderung findet jedoch ihre Grenzen in der Bereitstellung geeigneter Greifer für jedes Werkstück und in der Größe und dem Gewicht des Werkstückes, die die Beweglichkeit erheblich einschränken können.

Schließlich muß noch darauf hingewiesen werden, daß aggressive Strahlen, wie z. B. ein abrasiver Hochdruckflüssigkeitsstrahl, sich durch stabile Mate­ rialien auch nur für begrenzte Zeit abhalten lassen. Die Aufwendungen für derartige besondere Schutzeinrichtungen sind daher unverhältnismäßig hoch und lassen sich deshalb wirtschaftlich nur in Ausnahmefällen vertre­ ten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfache, preis­ werte und für die Massenfertigung geeignete Sicherheitsvorrichtung für ei­ ne Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage zu schaffen, die einen höchstmögli­ chen Schutz gegen Zerstörung der Anlage selbst, ihrer Umgebung und der Bedienungspersonen, bei einer Minimierung des Aufwandes und der Kosten für die Sicherheitsvorrichtung ermöglicht, die auch für Hochdruckflüssig­ keitsstrahlen mit Beimengung von Abrasivmitteln geeignet ist und keine Herabsetzung der Flüssigkeitsstrahldrücke zur Erhöhung der Anlagensicher­ heit erforderlich macht, die mit einem geringen Raum- und Flächenbedarf zu verwirklichen ist und die schließlich die völlig freie Strahlführung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls bezüglich aller für die Bearbeitung erforderli­ chen Raumachsen zuläßt.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 10 gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß in Ausbreitungs­ richtung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls dem Strahlfänger eine Druck­ kammer nachgeschaltet ist, wobei die Druckkammer mit einer Abzweigung von der Flüssigkeitszufuhr zu der Düse zur Erzeugung des Hochdruckflüs­ sigkeitsstrahls ebenfalls mit einer unter dem gleichen Druck wie an der Dü­ se stehenden Flüssigkeit gespeist wird. Die in Ausbreitungsrichtung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls dem Strahlfänger nachgeschaltete Druckkam­ mer hat folgende Wirkung. Wenn der zur Vernichtung der Reststrahlenergie vorgesehene Strahlfänger sich aus seiner Befestigung löst oder aus anderen Gründen seine Funktion nicht mehr erfüllen kann, oder wenn die automati­ sche Führung des Flüssigkeitsstrahls außer Kontrolle gerät bzw. die Bewe­ gungen des Industrieroboters wegen einer Störung unterbrochen werden oder die Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage aus anderen Gründen funk­ tionsuntüchtig wird, so trifft der unter hohem Druck stehende Hochdruck­ flüssigkeitsstrahl auf die Druckkammer. Aufgrund der Schneidwirkung des reinen Flüssigkeitsstrahls oder des Flüssigkeitsstrahls unter Beimengung von Abrasivmitteln wird die Druckkammer oder ihre Zuleitung von dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl rasch zerstört. Das heißt, es entsteht ein Loch bzw. eine Öffnung in der Druckkammer, die sofort zur Druckentlastung der gesamten Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage bzw. der Düse zur Erzeugung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls führt. Dies geschieht deshalb, weil die Zuflußleitungen für die Düse zur Erzeugung des Hochdruckflüssigkeits­ strahls und zur Versorgung der Druckkammer miteinander verbunden sind. Es kommt deshalb zum sofortigen Versiegen des gebündelten Flüssigkeits­ strahls aus der Düse. Dieser Effekt ist besonders auch deshalb sehr wirk­ sam, da hohe Pumpendrücke und kleine Strahldurchmesser verwendet werden und damit durch die Düse auch nur geringe Volumenströme fließen. Wenn der Strahlfänger seine Aufgabe nicht mehr erfüllen kann, setzt sich die Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage im Störungsfall aufgrund der nachge­ schalteten Druckkammer an gezielter Stelle selbst außer Kraft, bevor der Hochdruckflüssigkeitsstrahl weitere Schäden anrichten kann. Dies gilt auch, wenn beispielsweise der der Düse gegenüberliegende Arm insgesamt abbricht, da dann die Abzweigung von der Hochdruckflüssigkeitszuleitung zur Druckkammer an der Bruchstelle unterbrochen ist, und an dieser Bruchstelle der Abzweigung die Flüssigkeit in einem breiten Rinnsal ohne größere kinetische Energie abfließen würde. Damit wird erreicht, daß die Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage selbst, ihre Umgebung und die Bedienungspersonen oder andere Personen, die in der Nähe der Anlage sind, höchstmöglichen Schutz genießen. Die Herstellung der Druckkammer ist außerdem mit einem geringen zeitlichen und kosten mäßigen Aufwand möglich. Sie kann als Anbau- und Ersatzteil jederzeit schnell ausgetauscht werden. Auch die für wirksames Schneiden erforderliche Beimengung von Abrasivstoffen zu dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl kann jederzeit erfolgen, ohne daß der Druck des Flüssigkeitsstrahls zur Erhöhung der Anlagensicherheit herabgesetzt werden muß. Die Druckkammer hat auch einen geringen Raum- und Flächenbedarf. Ein weiterer Vorteil der er­ findungsgemäßen Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage besteht darin, daß die Vorrichtung aus der in Ausbreitungsrichtung des Hochdruckflüssigkeits­ strahls angeordneten Düse, dem Freiraum zur Bearbeitung des Werkstücks, dem Strahlfänger und der Druckkammer als eine bewegliche Einheit aus­ gebildet ist. Aufgrund dieser beweglichen Einheit aus Düse, Strahlfänger und Druckkammer können bei allen Bearbeitungsvorgängen mit dem Hoch­ druckflüssigkeitsstrahl die zu bearbeitenden Werkstücke oder Werkstoffe zwischen Düse und Strahlfänger beliebig bewegt werden, auf diese Weise läßt sich eine völlig freie Strahlführung erreichen, und zwar bezüglich aller für die Bearbeitung erforderlichen Raumachsen. Dabei wird die Strahlener­ gie des Hochdruckflüssigkeitsstrahls von dem Strahlfänger vernichtet oder bei einer Beschädigung der Druckkammer die Anlage unwirksam gemacht und lahmgelegt. In keinem Fall kommt während der Bearbeitung bei einer unkontrollierten Bewegung der Einheit aus Düse, Strahlfänger und Druck­ kammer ein frei durch den Raum zielender Hochdruckflüssigkeitsstrahl zu­ stande, der die Anlage, ihre Umgebung oder sich in der Nähe der Anlage aufhaltende Personen schädigen könnte. Wurden Personen in der Nähe von nach dem Stand der Technik arbeitenden Hochdruckflüssigkeitsstrahl­ anlagen von dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl getroffen, so kam es zu außerordentlich schwerwiegenden und oft nicht mehr reparablen Verletzungen und Schädigungen dieser Personen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und durch Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in skizzenhafter Darstellung das Funktionsprinzip der Sicherheits­ vorrichtung für Hochdruckflüssigkeitsanlagen,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung für den Hochdruck­ flüssigkeitsstrahl, wenn eine Bruchstelle in der Hochdruckflüssig­ keitsstrahlanlage durch Lösen der Befestigung des Strahlfängers entstanden ist, und

Fig. 3 in skizzenhafter Darstellung die bewegliche Einheit aus zwei paral­ lel gegenüberliegenden Armen mit Düse, Strahlfänger und Druck­ kammer, wobei die bewegliche Einheit an einen Industrieroboter­ arm montiert ist.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind der Übersichtlichkeit halber lediglich die für die Erfindung wesentlichen Details einer Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage dargestellt. Eine Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage besteht im Grunde aus einem Druckerzeuger, Hochdruckleitungen, einer Düse zur Erzeugung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls, bei Abrasivmittelbeimischung auch dem Mischkopf und dem Fokusierrohr, dem Strahlfänger und mechanischen bzw. elektronischen Steuerungseinrichtungen, wobei diese Elemente einer Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage zeichnerisch nicht oder nur teilweise dargestellt sind. Als Druckerzeuger werden zur Erzeugung von hohen Drücken in der Regel Druckverstärker verwendet. Druckverstärker sind nach dem Prinzip eines hydraulischen Druckübersetzers ausgelegt. Im Pri­ märkreislauf wird beispielsweise ein Ölvordruck erzeugt. Dieser Ölvordruck wird mit Hilfe eines Differentialkolbens mit großer primärseitiger aber klei­ ner sekundärseitiger Kolbenfläche in einen hohen Flüssigkeitsdruck im Se­ kundärkreislauf umgewandelt. Es wird häufig mit Drücken von 4000 bar gearbeitet, jedoch können auch niedrigere oder höhere Drücke bei Hoch­ druckflüssigkeitsstrahlanlagen zum Einsatz kommen. Die durch die inter­ mittierende Arbeitsweise der Pumpe auftretende Druckschwankungen wer­ den in der Regel in einem nachgeschalteten Pulsationsdämpfer geglättet. Bei Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlagen können generell alle Flüssigkeiten als Strahlmedium und damit Energieträger Anwendung finden, wie bei­ spielsweise Wasser, Öl und jede andere für eine derartige Strahlanlage ge­ eignete Flüssigkeit. Da das Wasser chemisch neutral ist, gute Strömungs­ eigenschaften besitzt, gleichzeitig umweltfreundlich, nicht brennbar und kostengünstig ist, bietet es als Energieträger für den Hochdruckflüssig­ keitsstrahl viele Vorteile gegenüber anderen Flüssigkeiten. Die bei einer Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage verwendbaren Flüssigkeitsstrahlen wer­ den aufgrund ihrer Zusammensetzung in reine Flüssigkeitsstrahlen und in Flüssigkeitsstrahlen unter Beimengung von Feststoffpartikeln, also in abra­ sive Flüssigkeitsstrahlen, eingeteilt. Reine Hochdruckflüssigkeitsstrahlen ohne Beimengung von Feststoffpartikeln haben eine relativ schwache Schneidkraft. Um die Bearbeitung von metallischen und keramischen sowie anderen harten Werkstoffen zu ermöglichen, muß dem Flüssigkeitsstrahl ein Abrasivstoff beigefügt werden. Diese Beifügung kann zum Beispiel mit Hilfe eines zusätzlichen Mischkopfes erfolgen. Als Abrasivmittel kommen Granat, Olivin, Korund und andere für eine derartige Schneidtechnik geeig­ nete Feststoffpartikel in Frage.

Der unter Hochdruck stehende Flüssigkeitsstrahl wird über metallische Rohre der Düse zum Erzeugen des Hochdruckflüssigkeitsstrahls zugeführt. Einzelne Rohrsegmente müssen mittels Hochdruckverbindungen zusam­ mengefügt werden. Für die zum Beispiel bei Schneidvorgängen erforderli­ che Flexibilität bei der Führung der Düse werden in der Regel Rohrwendel, Hochdruckdrehverbindungen oder auch flexible Schläuche verwendet.

In Fig. 1 ist aus der skizzenhaften Darstellung des Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung eine Düse 1 an einem ersten Arm 2 angeordnet. Die Düse 1 ist in den Fig. 1, 2 und 3 lediglich schematisch dargestellt. Sie besteht aus einem Düsenstein, der beispiels­ weise ein künstlicher Saphir sein kann, der mit einem Haltering in einem Düsenkörper gehalten wird, was jedoch nicht dargestellt ist. Die Düsenöff­ nung hat dabei einen Durchmesser, der im Bereich von Bruchteilen von Mil­ limetern liegt. In Folge der über den ersten Arm 2 anliegenden unter Hoch­ druck stehenden Flüssigkeit kommt es an der Düse dabei zur Umwandlung dieser Druckenergie in entsprechende Geschwindigkeit der Flüssigkeit.

Die Düse sendet einen Hochdruckflüssigkeitsstrahl 3 durch den Freiraum 5, der zur Bearbeitung des Werkstückes bzw. des Werkstoffes dient. In Aus­ breitungsrichtung 6 des Hochdruckflüssigkeitsstrahls 3 ist gegenüber der Düse 1 ein Strahlfänger 4 angeordnet. Bei Verwendung eines Abrasivwas­ serstrahles werden in Ausbreitungsrichtung 6 zusätzlich ein Mischkopf und ein Fokusierrohr an der Düse 1 angebracht. Verläßt der Flüssigkeitsstrahl beispielsweise die Schnittfuge eines zu schneidenden Werkstückes oder Werkstoffes so hat er noch eine hohe kinetische Energie. Diese kinetische Restenergie des Flüssigkeitsstrahls ist in der Lage, alle unter dem zu bear­ beitenden Werkstück angeordneten Teile, wie beispielsweise den Strahl­ fänger anzugreifen. Es beginnt sofort ein Abtragungsprozeß an diesen Tei­ len, die zur Zerstörung dieser Teile führen. Wird nicht ein reiner Hoch­ druckflüssigkeitsstrahl sondern ein Hochdruckflüssigkeitsstrahl unter Bei­ mengung von Abrasivstoffen verwendet, so ist ein Strahlfänger 4 unbe­ dingt erforderlich.

Als Mittel zur Entziehung der Energie des Hochdruckflüssigkeitsstrahls 3 kann das Füllen des Strahlfängers 4 mit Wasser dienen. Im Wasser wird der Hochdruckflüssigkeitsstrahl unter Beimengung von Feststoffpartikeln zerstreut und die einzelnen Partikel abgebremst. Damit man den Wasser­ stand in dem Strahlbehälter 4 gering halten kann oder auch wenn kein Wasser verwendet werden soll, werden zusätzlich in dem Strahlfänger 4 mechanische Ablenkeinrichtungen eingebaut. Beispielsweise lassen sich dort Kugelschichten einbringen. Die Kugeln bewegen sich beim Auftreffen des Hochdruckflüssigkeitsstrahls und nehmen somit einen Teil der kineti­ schen Restenergie des Hochdruckflüssigkeitsstrahls auf. Ein weiterer Teil der Restenergie wird durch die mehrfache Ablenkung des Strahls vernichtet und in den Kugeln in Wärme umgewandelt. Die eingesetzten Kugeln, die beispielsweise aus Stahl oder Keramik oder einem anderen für eine derarti­ gen Zweck geeigneten Stoff bestehen können, müssen eine entsprechende Größe haben, die es ermöglicht, die Feststoffanteile des Hochdruckflüssig­ keitsstrahls und die aus dem Werkstück bzw. dem Werkstoff gelösten Schneidpartikel hindurchzuspülen. Beim Stand der Technik sind Hoch­ druckflüssigkeitsstrahlschneidanlagen in ihrer Beweglichkeit von ihrer Kon­ struktion her eingeschränkt, da der Hochdruckflüssigkeitsstrahl bei nicht abgelenktem Lauf des Strahls zwangsweise in den Strahlfänger treffen muß.

Bei dem vorliegenden Erfindungsgegenstand ist dagegen der Strahlfänger 4 auf einem zweiten Arm 7 direkt gegenüber der Düse 1 befestigt. Der erste Arm 2 und der zweite Arm 7 sind beispielsweise parallel zueinander angeordnet und mittels eines Querarmes 8 starr miteinander verbunden. Die Arme 2 und 7 können jedoch auch die beiden Schenkel einer V-för­ migen Haltevorrichtung bilden, die eine Gegenüberstellung von Düse und Strahlfänger erlaubt.

Von einer Hochdruckflüssigkeitszuleitung 9 zu der Düse 1 zur Erzeugung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls führt eine Abzweigung, die in dem zwei­ ten Arm 7 integriert ist, zu einer Druckkammer 10. Die Druckkammer 10 wird also durch die Abzweigung in dem zweiten Arm 7 von der gleichen unter Druck stehenden Flüssigkeit gespeist, die auch zur Versorgung der Düse 1 zur Erzeugung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls dient. Die Druck­ kammer 10 ist dabei in Ausbreitungsrichtung 6 des Hochdruckflüssigkeits­ strahls dem Strahlfänger 4 unmittelbar nachgeschaltet, das heißt sie befin­ det sich in einer Linie mit der Düse 1, dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl 3 und dem Strahlfänger 4.

Als Material für die Druckkammer kann ein geeigneter Stahl oder jedes an­ dere für einen derartigen Zweck geeignete Material Anwendung finden. Das Material des dem Strahlfänger 4 bzw. der Düse 1 zugewandten Querschnit­ tes der Druckkammer 10 ist derart ausgeführt, daß es durch den direkt auftreffenden Hochdruckflüssigkeitsstrahl 3 zerstörbar ausgebildet ist. Die Druckkammer 10 und die in dem zweiten Arm 7 integrierte Abzweigung der Hochdruckflüssigkeitszuleitung 9 sind dabei wahlweise einzeln oder beide zusammen als leicht austauschbare Anbauteile bzw. Ersatzteile ausgeführt, was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist. Die Gesamtvorrichtung aus der in Ausbreitungsrichtung 6 des Hochdruckflüssigkeitsstrahls 3 angeord­ neten Düse 1, dem Freiraum 5 zur Bearbeitung des Werkstücks bzw. Ma­ terials, dem Strahlfänger 4 und der Druckkammer 10 ist als bewegliche Einheit ausgebildet. Diese bewegliche Einheit ist derart gestaltet, daß die bewegliche Einheit aus zwei parallel gegenüberliegenden Armen, dem er­ sten Arm 2 und dem zweiten Arm 7, besteht, zwischen denen sich der Freiraum 5 zur Bearbeitung des Materials bzw. des Werkstückes befindet. Dabei trägt der erste Arm 2 die Düse 1 und der zweite Arm 7 den Strahl­ fänger 4 und die Druckkammer 10.

Der der Düse 1 bzw. dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl 3 zugewandte Quer­ schnitt der Druckkammer 10 kann in seiner Größe derart ausgebildet sein, daß er sich mindestens über einen Ausdehnungsbereich erstreckt, die ein Winkel beschreibt, der von der Düse 1 her gesehen beim seitlichen Aus­ wandern des Hochdruckflüssigkeitsstrahls 3 von seiner konstruktionsbe­ dingten Ausbreitungsrichtung 6 entsteht, und daß die Größe des Winkels und damit des Querschnittes der Druckkammer 10 dadurch bestimmt bzw. begrenzt wird, daß die im ausgelenkten Hochdruckflüssigkeitsstrahl ver­ bliebene Restenergie durch seitliches Auswandern des Strahls so weit ver­ ringert ist, daß keine Schädigung der Umgebung durch den Hochdruckflüs­ sigkeitsstrahl mehr möglich ist. Bei einem von der konstruktionsbedingten Ausbreitungsrichtung 6 stark abgelenktem Hochdruckflüssigkeitsstrahl 3 kann davon ausgegangen werden, daß er seine zerstörerische Wirkung verloren hat.

Anschließend sollen die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Sicher­ heitsvorrichtung für Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlagen noch erläutert wer­ den. Kommt es während der Bearbeitung eines Werkstückes oder Werk­ stoffes in einer Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage, in die die erfindungsge­ mäße Sicherheitsvorrichtung eingebaut ist, zu einer Störung in der Bearbei­ tung des Werkstückes bzw. Werkstoffes, beispielsweise wenn die Steue­ rung des Industrieroboters gestört ist, durch den die bewegliche Einheit aus Düse, Strahlfänger und Druckkammer bewegt wird, oder dadurch, daß die Bewegung unterbrochen wird oder in eine unkontrollierte Bewegung über­ geht, oder daß das zu bearbeitende Werkstück bzw. der Werkstoff nicht richtig positioniert wird oder andere als die vorgesehenen Maße aufweist, so kommt es bei entsprechender Einwirkungsdauer zu einer Zerstörung des Strahlfängers 4. Es kann auch sein, daß der Strahlfänger 4 durch Fremd­ einwirkung oder durch Zerstörung durch den Hochdruckflüssigkeitsstrahl aus seiner Befestigung gelöst wird. In den geschilderten Fällen kann es zur Verschiebung des Strahlfängers 4 aus der Ausbreitungsrichtung 6 des Hochdruckflüssigkeitsstrahles 3 kommen, so daß dann der Hochdruckflüs­ sigkeitsstrahl 3 eine Öffnung in die nach bzw. unter dem Strahlfänger 4 angeordnete Druckkammer schneidet. Sobald die Druckkammer zerstört ist, fällt der Druck in der Hochdruckflüssigkeitszuleitung 9 zu der Düse 1 ab, da der Zufluß des Hochdruckflüssigkeitsstrahls 3 zu der Düse 1 in leitender Verbindung mit der Abzweigung der Hochdruckflüssigkeitszuleitung 9 zu der Druckkammer 10 steht. Die Flüssigkeit in der Zuleitung tritt in einem breiten ungebündelten Strahl aus der zerstörten Druckkammer oder ihrer Zuleitung aus. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, daß hier hohe Drücke in den Zuleitungen vorliegen, aber nur geringe Volumenströme durch die Düse nach außen strömen. Die Flüssigkeit in den Zuleitungen zu der Düse und der Druckkammer sucht sich in allen Fällen den Weg des geringsten Widerstandes, also sie entweicht überwiegend durch die größte Öffnung des unter Druck stehenden Systems. Die größte Öffnung befindet sich im­ mer im Bereich der durch die Erfindung geschaffenen Sollbruchstelle der Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage. An dieser Stelle tritt wie erwähnt die Flüssigkeit ungebündelt und in breitem Strahl, aber in nahezu unvermindert geringer Durchflußmenge, aus. Die zerstörerische Wirkung des Flüssig­ keitsstrahls ist damit nicht mehr vorhanden. Aufgrund des hier geschilder­ ten Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung setzt sich die Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlage im Störungsfall also selbst an gezielter Stelle außer Funktion, bevor sie weitere Schäden anrichten kann.

Die bewegliche Einheit aus Düse, Freiraum zur Bearbeitung von Werk­ stücken, Strahlfänger, Druckkammer und den beiden parallelen Armen wird durch eine Steuerungseinrichtung geführt. Diese Steuereinrichtung kann beispielsweise ein Industrieroboter sein, an dessen Greiferarm der Quer­ arm 8 geführt und bewegt wird, der den ersten Arm 2 und den zweiten Arm 7 verbindet. Bei allen Bearbeitungsvorgängen mit dem Hochdruckflüs­ sigkeitsstrahl wird nun das zu bearbeitende Werkstück bzw. der Werkstoff zwischen Düse und Strahlfänger gebracht bzw. die bewegliche Einheit wird so gesteuert, daß sich das Werkstück bzw. der Werkstoff dazwischen in dem Freiraum befindet. Auf diese Weise läßt sich eine völlig freie Strahlfüh­ rung verwirklichen, wobei die Strahlenergie des Hochdruckflüssigkeits­ strahls vom Strahlfänger 4 vernichtet wird oder im Falle einer Schädigung von der Druckkammer die Anlage lahmgelegt wird. In keinem Falle kann es bei unkontrollierter Bewegung der beweglichen Einheit zu einem frei durch den Raum zielenden Hochdruckflüssigkeitsstrahl kommen, der die Anlage selbst, ihre Umgebung oder die Bedienungspersonen bzw. die sich in der Nähe befindenden Personen zerstören bzw. verletzen könnte. Fig. 3 zeigt dazu skizzenhaft die Führung der beweglichen Einheit an dem Greiferarm eines Industrieroboters, wobei die bewegliche Einheit mit der erfindungs­ gemäßen Sicherheitsvorrichtung selbstverständlich auch von anderen Steuereinrichtungen, wie beispielsweise von mehrachsigen CNC-ge­ steuerten Werkzeugmaschinen, geführt werden kann. Großer Platzbedarf für Sicherheitswände und kostspielige weitere Sicherheitseinrichtungen sind aufgrund der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung für Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlagen nicht erforderlich.

Bezugszeichenliste

1 Düse
2 erster Arm
3 Hochdruckflüssigkeitsstrahl
4 Strahlfänger
5 Freiraum
6 Ausbreitungsrichtung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls
7 zweiter Arm
8 Querarm
9 Hochdruckflüssigkeitszuleitung
10 Druckkammer

Claims (10)

1. Sicherheitsvorrichtung für Hochdruckflüssigkeitsstrahlanlagen, wobei die Anlage aus einem Hochdruckerzeuger für die Flüssigkeit, einem Kopf mit einer Düse für die Strahlerzeugung, der Düse folgt dabei in Ausbreitungsrichtung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls nach dem Frei­ raum zur Bearbeitung des Materials bzw. Werkstückes ein Strahlfän­ ger, sowie aus einer Steuereinrichtung für die Führung des Hoch­ druckflüssigkeitsstrahls zur Bearbeitung des Werkstückes bzw. Werk­ stoffes, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in Ausbreitungsrich­ tung (6) des Hochdruckflüssigkeitsstrahls (3) dem Strahlfänger (4) eine Druckkammer (10) nachgeschaltet ist, daß eine mit der Flüssig­ keitszuleitung (9) zu der Düse (1) zur Erzeugung des Hochdruckflüs­ sigkeitsstrahls (3) verbundene Abzweigung vorgesehen ist, und daß diese Abzweigung die Druckkammer (10) mit Flüssigkeit speist.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Düse (1) bzw. dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl (3) zuge­ wandte Querschnitt der Druckkammer (10) in seiner Größe derart ausgebildet ist, daß er sich mindestens über einen Ausdehnungsbe­ reich erstreckt, den ein Winkel beschreibt, der von der Düse (1) her ge­ sehen beim seitlichen Auswandern des Hochdruckflüssigkeitsstrahls (3) von seiner konstruktionsbedingten Ausbreitungsrichtung (6) entsteht, und daß die Größe des Winkels und damit die des Querschnittes der Druckkammer (10) dadurch bestimmt bzw. begrenzt wird, daß die im ausgelenkten Hochdruckflüssigkeitsstrahl (3) verbliebene Restenergie durch seitliches Auswandern des Strahls so weit verringert ist, daß keine Schädigung der Umgebung durch den Hochdruckflüssigkeits­ strahl (3) mehr möglich ist.

3. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus in Ausbreitungs­ richtung (6) des Hochdruckflüssigkeitsstrahls (3) angeordneter Dü­ se (1), den Freiraum (5) zur Bearbeitung des Materials bzw. Werk­ stückes, dem Strahlfänger (4) und der Druckkammer (10) als bewegli­ che Einheit ausgebildet ist.

4. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Einheit derart gestal­ tet ist, daß die bewegliche Einheit aus zwei gegenüberliegenden Armen (2, 7) besteht, zwischen denen sich der Freiraum (5) zur Bear­ beitung des Materials bzw. Werkstückes befindet, daß dabei der erste Arm (2) die Düse (1) und der zweite Arm (7) den Strahlfänger (4) und die Druckkammer (10) trägt.

5. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenüberliegenden Arme (2, 7) parallel zueinander liegen und mit einem Querarm (8) starr verbunden sind, und der Querarm (8) durch eine Steuerungseinrich­ tung geführt wird.

6. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenüberliegenden Arme (2, 7) als Schenkel einer V-förmigen Haltevorrichtung miteinan­ der verbunden sind und die V-förmige Haltevorrichtung durch eine Steuerungseinrichtung geführt wird.

7. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerungseinrichtung ein Indu­ strieroboter vorgesehen ist, durch dessen Greiferarm die bewegliche Einheit gesteuert wird.

8. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des dem Hochdruckflüs­ sigkeitsstrahl (3) zugewandten Querschnittes der Druckkammer (10) derart ausgeführt ist, daß es durch den direkt auftreffenden Hoch­ druckflüssigkeitsstrahl (3) zerstörbar ausgeführt ist.

9. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (10) und/oder ihre Flüssigkeitszuleitung in der Abzweigung von der Hochdruckflüssig­ keitszuleitung (9) als austauschbares Anbau- bzw. Ersatzteil ausge­ führt sind.

10. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beimengung von Feststoffparti­ keln zu dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl (3) an der Düse (1) zusätzlich ein Mischkopf und ein Fokusierrohr angebracht sind.