DE19648296C2

DE19648296C2 - Voreingestellte Düse

Info

Publication number: DE19648296C2
Application number: DE1996148296
Authority: DE
Inventors: Friedbert Doll
Original assignee: FORACON MASCHINEN und ANLAGENB
Current assignee: Flow International Corp
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2016-11-22
Also published as: DE19648296A1

Description

I. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Düse bzw. Düseneinheit bzw. einen Schneidkopf zur Verwendung in einer Wasserstrahl-Schneidmaschine.

II. Technischer Hintergrund

Bei Wasserstrahl-Schneidmaschinen, in denen der schneidende Wasserstrahl relativ zum Werkstück bewegt wird, wird in der Regel der den Arbeitskopf abgebende Wasserstrahl relativ zu dem Werkstück, welches beispielsweise auf einem in der XY-Ebene ausgerichteten Maschinentisch befestigt ist, bewegt.

Die in der Regel elektronische Steuerung der Wasserstrahl-Schneidmaschine ist dabei in der Lage, den Arbeitskopf der Wasserstrahl-Schneidmaschine mit der gewünschten Genauigkeit zu bewegen. Das Bearbeitungsergebnis ist jedoch nur dann ebenso genau, wenn der vom Arbeitskopf abgegebene Wasserstrahl die gewünschte starke Bündelung besitzt und seine Ist-Position und Ist-Richtung der Soll-Position bzw. Soll-Richtung des Wasserstrahles entspricht.

Eine gattungsgemäße Wasserstrahl-Schneidmaschine mit einem relativ zum Werkstück beweglichen Arbeitskopf mit einer Düse ist aus der DE 44 22 691 A1 bekannt. Die Düse ist dabei umständlich und zeitaufwendig im Arbeitskopf zu justieren, wobei die Wasserstrahl-Schneidmaschine nicht in Betrieb ist.

Ein anderer Arbeitskopf für eine Wasserstrahl-Schneidmaschine ist aus der DE 40 05 693 A1 bekannt, der eine Düseneinheit mit einer Düse aufweist und Justiereinrichtungen zum Justieren der Düse umfaßt. Das Austauschen und Justieren der Düse erfolgt jedoch am Arbeitskopf selbst und erfordert relativ viel Zeit, während der die Wasserstrahl-Schneidmaschine nicht in Betrieb ist.

Um die Ist-Werte in Richtung auf die gewünschten Soll-Werte zu verändern, wurde bisher nach dem Einsetzen einer neuen Düse in den Arbeitskopf diese Düse hinsichtlich ihrer XY-Lage und ihrer Richtung, also Abweichung von der Z-Richtung, gegenüber dem Arbeitskopf eingestellt.

Da dies entsprechend sorgfältig geschehen muß, kann dies eine relativ zeitaufwendige Arbeit sein, in welcher die Wasserstrahl-Schneidmaschine sich nicht im Einsatz befindet.

III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe

Es ist daher die Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, um die durch das Justieren des Strahles bedingten Totzeiten der Wasserstrahl-Schneidmaschine zu minimieren.

b) Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß die gesamte, die Düse enthaltende, Düseneinheit in definierter, spielfreier Lage schnell lösbar mit der Düsenaufnahme des Arbeitskopfes der Wasserstrahl-Schneidmaschine koppelbar ist, und die Einstellung des Wasserstrahles nur durch Einstellarbeiten an der Düseneinheit erfolgt, können diese Einstellarbeiten an der Düseneinheit durchgeführt werden, während sich diese nicht im Arbeitskopf der Wasserstrahl-Schneidmaschine befindet.

Die Düseneinheit kann also für den Einsatz in der Wasserstrahl-Schneidmaschine voreingestellt werden, was entweder vollständig außerhalb der Wasserstrahl- Schneidmaschine geschehen kann, oder in einer separaten Justiereinheit innerhalb der Wasserstrahl-Schneidmaschine.

In beiden Fällen erfordert jedoch das Austauschen bzw. Einsetzen der Düseneinheit in den Arbeitskopf nur sehr wenig Zeit, da durch Paßstifte, Kegelsitz und ähnliche Vorrichtungen ein schnelles und dennoch geometrisch definiertes, spielfreies Befestigen der Düseneinheit in der Düsenaufnahme des Arbeitskopfes gewährleistet ist.

Damit kann der Arbeitskopf mit einer darin eingesetzten Düseneinheit sich im Arbeitseinsatz befinden, während eine andere Düseneinheit für den nachfolgenden Arbeitseinsatz im Arbeitskopf neu eingestellt wird.

Da sich im Arbeitseinsatz befindliche Düsen bzw. Düseneinheiten mit der Zeit - auch ohne daß bereits die Verschleißgrenze für die Düse erreicht ist - z. B. durch Verschmutzung einen nicht mehr exakt gebündelten und ausgerichteten Wasserstrahl abgeben können, empfiehlt es sich, die im Arbeitskopf und damit derzeit im Einsatz befindliche Düse in Abständen immer wieder auf Einhaltung der Strahlqualität und Soll-Position des aussendenden Wasserstrahles zu überprüfen.

Da für die Voreinstellung der Düseneinheit ein Anschluß der Düseneinheit an eine Hochdruck-Wasserversorgung wie beim Arbeitskopf der Wasserstrahl- Schneidmaschine notwendig ist - da nur die Bestimmung der Wirkung des Wasserstrahles zu einem exakten Überprüfen der Position, Richtung und richtigen Bündelung des Wasserstrahles geeignet ist - wird die Düseneinheit vorzugsweise dadurch eingestellt, daß sie in einem Justierkopf aufgenommen und an die Hochdruck-Wasserversorgung angeschlossen ist, welcher zumindest hinsichtlich der Aufnahme für die Düseneinheit dem Arbeitskopf entspricht, und sich innerhalb, vorzugsweise auch außerhalb der Wasserstrahl-Schneidmaschine befindet.

Dabei ist in der Regel der Arbeitskopf unabhängig von dem Justierkopf bewegbar, und kann insbesondere jeweils über eine identische Meßeinheit verfügen.

Die Meßeinheit, die zum Einstellen der im Justierkopf aufgenommenen Düseneinheit verwendet wird, kann dann zusätzlich auch zum Überprüfen des Wasserstrahles der derzeit im Arbeitskopf befindlichen Düseneinheit verwendet werden, indem der Arbeitskopf mit der darin befindlichen Düseneinheit in eine Position verfahren wird, in welcher sein Wasserstrahl durch die Meßeinheit gemessen werden kann.

Vorzugsweise sollte aus Genauigkeitsgründen die Meßeinheit selbst fest am Bett der Werkzeugmaschine angeordnet sein. Die Einstellung des Wasserstrahles erfolgt konkret dadurch, daß vorzugsweise mechanische Einstellmittel an der Düseneinheit die X-Position und/oder die Y-Position und/oder die Richtung des Wasserstrahles beeinflussen. Die Verstelleinrichtungen können dabei entweder an der Düse angreifen, oder an dem die Düse tragenden Bauteil innerhalb der Düseneinheit, also beispielsweise an dem Kollimationsrohr, an dessen vorderem freien Ende die Düse angeordnet ist, und welches zum Ausbilden der laminaren Strömung des Wassers während des Durchströmens der relativ langen Zentralbohrung des Kollimationsrohres dient.

In diesem Fall ist das Kollimationsrohr in einer umgebenden Einstellhülse aufgenommen, und gegenüber der Einstellhülse in X-Richtung und/oder in Y- Richtung und/oder bezüglich der Winkelabweichung von der Z-Richtung verstellbar und justierbar.

Dies kann mittels entsprechend quer zur Richtung des Wasserstrahls verlaufender Stell- und Justierschrauben erfolgen oder mittels zwischen dem Kollimationsrohr und der umgebenden Einstellhülse angeordneter einfacher oder mehrfacher Exzenterbuchsen.

Während für das parallele Verlagern des Wasserstrahles in X- und/oder Y-Richtung derartige Verstellelemente sich mindestens an zwei axial getrennten Positionen in Z- Richtung befinden dürfen, ist dies an nur einer axialen Position für die Verstellung des Winkels des Wasserstrahles gegenüber der Z-Richtung ausreichend, sofern ein Schwenkpunkt des Kollimationsrohres gegenüber der Einstellhülse auf oder in der Nähe der Achse des Wasserstrahles definiert ist durch eine zwar spielfreie, jedoch um Querachsen zur Z-Richtung schwenkbare Lagerstelle.

c) Ausführungsbeispiele

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: in einer Prinzipdarstellung die Wasserstrahl-Schneidmaschine mit einem Arbeitskopf und einem Justierkopf, und

Fig. 2: einen derartigen Kopf in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 1 ist das auf dem Arbeitstisch der Wasserstrahl-Schneidmaschine 1 aufgelegte Werkstück 2 dargestellt, an welchem der aus dem Arbeitskopf 3 austretende Wasserstrahl 13 arbeitet.

Ein analog ausgebildeter separater Justierkopf 4 ist an der Wasserstrahl- Schneidmaschine 1 ebenfalls vorhanden. Der Justierkopf 4 ist in eine Justierposition bringbar, in welcher er mit einem Wasserstrahl 13' eine Meßeinheit 12 beaufschlagen kann, mit deren Hilfe die Ausrichtung des Wasserstrahles 13' und ggf. auch dessen Bündelung gemessen und eingestellt werden kann. Der Justierkopf 4 ist vorzugsweise an der Wasserstrahl-Schneidmaschine 1 beweglich angeordnet und in die Justierposition verfahrbar, kann aber auch fest an dieser angeordnet sein. Im Falle der beweglichen Lösung könnte theoretisch nur ein einziger Kopf vorhanden sein, der gleichzeitig als Arbeitskopf und Justierkopf dient, also sowohl in der Arbeitsposition benutzt werden kann, in welcher er am Werkstück 2 arbeitet, als auch in der Justierposition, in welcher er die Meßeinheit 12 beaufschlagt. Allerdings kann dann während des Justierens einer Düseneinheit 6 in der Justierlage dieser Kopf nicht gleichzeitig Arbeit am Werkstück 2 vollziehen, weshalb vorzugsweise zwei getrennte Köpfe, also wenigstens ein Justierkopf und wenigstens ein Arbeitkopf, vorhanden sind.

Arbeitskopf 3 und Justierkopf 4 sind im wesentlichen gleich ausgebildet, wie besser anhand der vergrößerten Darstellung der Fig. 2 eines solchen Kopfes ersichtlich ist:

Dabei befindet sich die Düse 5 in einer Düseneinheit 6, welche paßgenau in eine entsprechende Aufnahme, den Düsenhalter 7 oder das Ventilgehäuse des Kopfes, einschraubbar ist mit Hilfe des Gewindes 17. Da zusätzlich die Düseneinheit 6 über Paßflächen 16a, 16b in einer spielfreien, definierten Zuordnung gegenüber dem Düsenhalter 7 vorliegt, kann die Düseneinheit 6 nach dem Justieren der Düse 5 innerhalb der Düseneinheit 6 jederzeit aus dem Düsenhalter 7 herausgeschraubt werden, ohne daß die Voreinstellung der Düse 5 verlorengeht, da nach dem Einschrauben der Düseneinheit 6 in den Düsenhalter 7 die Düse 5 wieder die gleiche Position einnimmt wie vorher. Ggf. müssen noch technische Vorrichtungen vorgesehen werden, um zwischen der Düseneinheit 6 und dem Düsenhalter 7 eine definierte Drehlage sicherzustellen, die beim Entfernen und Wiedereinsetzen der Düseneinheit jeweils beibehalten wird.

Der Düsenhalter 7 des Kopfes ist eine entsprechende Aufnahmeöffnung im Kopf, der außer diesem Düsenhalter 7 auch das Hochdruckventil 14 zum Unterbrechen und Wiederöffnen der unter Hochdruck stehenden Wasserversorgung für den Schneidstrahl 13, 13' dient.

Dieses Ventil 14 mit Ventilantrieb befindet sich stromaufwärts der Düseneinheit 6 und damit außerhalb dieser Düseneinheit 6. Das Hochdruckventil 14 befindet sich dabei vorzugsweise am beweglichen Kopfteil 18, das gleichzeitig das Ventilgehäuse darstellt, welcher um eine Schwenkachse 19, welche vorzugsweise parallel zur Verfahrebene des Kopfes angeordnet ist, schwenkbar gegenüber dem Basisteil 20 des Kopfes ist.

Die Düseneinheit 6 besteht im wesentlichen aus einer Einstellhülse 11, die mit ihrem Außenumfang in den Düsenhalter 7 eingesetzt wird und im Inneren eine zentrale Durchgangsöffnung aufweist, in welcher das Kollimationsrohr 9 angeordnet ist, an dessen freien vorderen Ende die eigentliche Düse 5 mittels einer Spannmutter 8 in Form einer Überwurfmutter auswechselbar befestigt ist.

Das langgestreckte Kollimationsrohr 9 besitzt wiederum eine zentrale Durchgangsöffnung, über welche das unter Hochdruck stehende Wasser für den Schneidstrahl 13 zugeführt und beim Durchlaufen des relativ langen Kollimationsrohres 9 in bekannter Art und Weise einer laminaren Strömung geformt, quasi gebündelt, wird.

Das hintere Ende des Kollimationsrohres 9 wird mittels eines Wechselsitzes 21, einer Art massivem Dichtring, trotz des Hochdruckes des Wassers dicht an die entsprechende Wasserzuführung des Kopfteiles 18 angesetzt. Der Wechselsitz 21 besteht vorzugsweise aus einem massiven, am Außenumfang vorzugsweise kegelförmig ausgeführten Metallkörper mit entsprechender Durchgangsöffnung, welcher bei entsprechender kraftvoller stirnseitiger Anlage auf der einen Seite dichtend an dem Kopfteil 18 und an der anderen Stirnseite dichtend an der entsprechenden Stirnseite des Kollimationsrohres 9 anliegt.

Die Einstellung der Düseneinheit erfolgt durch Verstellen des Kollimationsrohres 9 gegenüber der Einstellhülse 11, wobei zu unterscheiden ist zwischen einem Verschwenken des Kollimationsrohres 9 um eine quer zur Richtung des Wasserstrahles 13 und damit des Kollimationsrohres 9 gerichtete Schwenkachse gegenüber der Einstellhülse und einer Parallelverlagerung des Kollimationsrohres 9 zur Längsrichtung des Kollimationsrohres 9 bzw. der Einstellhülse 11.

Für das letztgenannte Parallelverlagern ist das Kollimationsrohr 9 in seinem oberen Bereich mittels eines das Kollimationsrohr 9 umgebenden Druckringes 15 im Innenumfang der Einstellhülse 11 zentriert. Wenn die nach innen gerichtete Umfangskontur dieses Druckringes 15 konvex kegelförmig geformt ist, - wie in der linken Hälfte der Fig. 2 dargestellt - berühren sich der Außenumfang des Kollimationsrohres 9 und der Innenumfang des Druckringes 15 nur entlang einer ringförmigen Umfangslinie. Das Kollimationsrohr 9 kann also um den Mittelpunkt dieser ringförmigen Linie herum verschwenkt werden, indem Justierschrauben 10, die quer zur Längsrichtung des Kollimationsrohres 9 die Einstellhülse 11 in wenigstens zwei Richtungen, vorzugsweise in allen vier Querrichtungen, durchdringen und sich am Außenumfang des Kollimationsrohres 9 abstützen, um einen geringen Winkel gegenüber der Einstellhülse 11 verschwenkt werden, soweit es der gegenüber dem Außenumfang des Kollimationsrohres 9 größere Innendurchmesser der Einstellhülse 11 zuläßt. Das Kollimationsrohr 9 kann in den Druckring 15 auch mittels Gewinde eingeschraubt sein - wie in der rechten Hälfte der Fig. 2 dargestellt - und biegt sich beim Verstellen der Justierschrauben 10 aufgrund seiner Elastizität.

Eine Parallelverlagerung des Kollimationsrohres 9 kann dadurch erreicht werden, daß oberhalb der Justierschrauben 10, die sich vorzugsweise auf einer gemeinsamen Querebene der Einstellhülse 11 befinden, in axialer Richtung der Einstellhülse 11 beabstandet ein zweiter Satz Justierschrauben 10' befindet. Falls die Justierschrauben 10, ergibt sich eine Parallelverlagerung des Kollimationsrohres 9 in der Einstellhülse 11, also parallel zu deren Längsausrichtung.

In diesem Fall wird der Druckring 15 durch das Kollimationsrohr 9 in einer Querrichtung komprimiert, während sich das Kollimationsrohr 9 im Bereich des Druckringes 15 durch dessen Gegendruck vorzugsweise nicht verformen, also verbiegen, sollte.

Deshalb ist es wünschenswert, die dem Druckring 15 nächstliegende Gruppe von Justierschrauben 10' in einem möglichst geringen axialen Abstand nahe an diesem Druckring 15 anzuordnen.

Claims

1. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) mit einem relativ zum Werkstück (2) beweglichen Arbeitskopf (3) mit einer Düseneinheit (6) und einer Düse (5), wobei die Düseneinheit (6) eine Justiereinrichtung zum Justieren der Düse (5) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die voreingestellte Düseneinheit (6) einschließlich der Justiereinrichtung lösbar in definierter Position an einen Düsenhalter (7) des Arbeitskopfes (3) ankoppelbar ist.

2. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenhalter (7) Teil eines Justierkopfes (4) ist.

3. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Justierkopf (4) Bestandteil der Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) ist.

4. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf (3) unabhängig vom Justierkopf (4) relativ zum Werkstück (2) bewegbar ist.

5. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Justierkopf (4) in eine solche Lage bezüglich einer Meßeinheit (12) bringbar ist, daß eine in den Justierkopf (4) eingesetzte Düseneinheit (6) mit Düse (5) ihren Wasserstrahl (13) hinsichtlich Richtung und/oder Bündelung von der Meßeinheit (12) gemessen werden kann.

6. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (12) Teil der Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) ist und der Arbeitskopf (3) in eine solche Lage bezüglich der Meßeinheit (12) bringbar ist, daß eine in den Arbeitskopf (4) eingesetzte Düseneinheit (6) mit Düse (5) ihren Wasserstrahl (13) hinsichtlich Richtung und/oder Bündelung von der Meßeinheit (12) gemessen werden kann.

7. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinheit (6) Vorrichtungen zum Verlagern des aus der Düseneinheit (6) austretenden Wasserstrahles (13) in den Querrichtungen (X- und Y-Richtung) zur Soll-Richtung (Z-Richtung) des Wasserstrahles (13) aufweist.

8. Wasserstrahl-Schneidmaschine (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinheit (6) Vorrichtungen zum Verschwenken des aus der Düseneinheit (6) austretenden Wasserstrahles (13) um eine quer zur Strahlrichtung (Z-Richtung) verlaufende Achse aufweist.

9. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verstellen des Wasserstrahles (13) an der Düse (5) angreifen.

10. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verstellen des Wasserstrahles (13) das die Düse (5) tragende Kollimationsrohr (9) gegenüber der umgebenden Einstellhülse (11) der Düseneinheit (6) verstellen.

11. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verstellen des Wasserstrahles (13) quer zur Richtung des Wasserstrahles (13) verlaufende Stellschrauben (10) sind.

12. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verstellen des Wasserstrahles (13) die Richtung des Wasserstrahles (13) umgebende einfache oder mehrfache Exzenterhülsen sind.

13. Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitskopf (3) der Düsenhalter (7) stromabwärts des den Wasserstrahl (13) zur Verfügung stellenden Hochdruck-Ventiles (14) angeordnet ist.

14. Verfahren zum Einstellen der Düse einer Wasserstrahl-Schneidmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) gegenüber einer sie tragenden Düseneinheit (6) eingestellt wird und die voreingestellte Düseneinheit (6) in den Düsenhalter (7) des Arbeitskopfes (3) der Wasserstrahl-Schneidmaschine (1) spielfrei und in definierter Position eingesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen der Düse (5) gegenüber der Düseneinheit (6) in einem den gleichen Düsenhalter (7) wie der Arbeitskopf (3) aufweisenden Justierkopf (4) geschieht.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen der Düse (5) gegenüber der Düseneinheit (6) in der Wasserstrahl- Schneidmaschine (1) geschieht.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen der Düse (5) gegenüber der Düseneinheit (6) mittels einer Meßeinheit (12) geschieht, welche auch zum Überprüfen der im Arbeitskopf (3) befindlichen Düseneinheit (6) und dessen Wasserstrahl (13') verwendet wird.