DE19756506A1 - Verfahren zum Abrasiv-Wasserstrahlschneiden - Google Patents
Verfahren zum Abrasiv-WasserstrahlschneidenInfo
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- B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrasiv-Wasserstrahlschneiden von Werkstoffen, bei
dem ein Hochdruck-Wasserstrahl, dem ein Abrasivmittel zugegeben wurde, zum trennenden
Bearbeiten des Werkstoffs benutzt wird.
Die Bearbeitung von sprödharten Werkstoffen und Verbundmaterialien, z. B. faserverstärkten
Kunststoffen, mit konventionellen Zerspantechniken ist mit einem hohen Werkzeugverschleiß
und oftmals auch mit einer Schädigung der Randzone des bearbeiteten Werkstückes verbunden.
Als Alternative zu herkömmlichen Zerspantechniken wurde deshalb das Wasserstrahlschneiden
entwickelt. Der Schneidprozeß erfolgt hierbei mit einem sehr feinen Hochdruck-Wasserstrahl,
der, ähnlich dem Strahl beim Laserstrahlschneiden, eine punktförmige Schneidwirkung entfaltet.
Der Strahl weist senkrecht zu seiner Achse in jeder Richtung gleiche Schneideigenschaften aus,
so daß das Verfahren keine Vorzugsrichtung bei der Bearbeitung hat, was es für das Schneiden
von Verbundwerkstoffen besonders geeignet macht.
Die mechanische Belastung des zu bearbeitenden Werkstoffes bleibt gering, eine thermische
Belastung tritt überhaupt nicht auf. Es entstehen schmale Trennfügen mit sauberen
Schnittkanten. Die entstehenden Abtragprodukte werden durch das Schneidwasser gebunden, so
daß ein staubfreies Schneiden ermöglicht wird, was aus Gründen des Arbeitsschutzes bei vielen
Materialien von besonderem Vorteil ist.
Nachteil des Verfahrens ist, daß es auf die Anwendung vorwiegend für nichtmetallische
Werkstoffe beschränkt bleibt. Das Verfahren wurde deshalb dahingehend erweitert, daß dem
Wasserstrahl ein Abrasivmittel beigemischt wird. Beim Schneiden mit einem feststoffbeladenen
Wasserstrahl ist dann auch das Bearbeiten von Werkstoffen wie Metall, Glas und Keramik
möglich.
Bei diesem Abrasiv-Wasserstrahlschneiden saugt der durch den Wasserstrahl erzeugte
Unterdruck in einer Mischkammer ein Gemisch aus Luft und einem Schleifmittel an. Als
Schleifmittel dienen übliche Abrasivmaterialien wie Quarzsand, Granat, Silikatschlacke,
Korund, Glasperlen oder Eisenspäne.
Die Körnung des Abrasivmittels, seine Fokussierung sowie die Menge des zugeführten
Feststoffanteils und die Abstimmung dieser Parameter untereinander beeinflussen wesentlich die
erzielbare Schneidleistung und Schneidqualität, die sich gegenüber dem Arbeiten mit einem
reinen Wasserstrahl erheblich verbessern lassen.
Einen wesentlichen Schwachpunkt des Verfahrens stellen jedoch die anfallenden
Bearbeitungsrückstände dar. Während sich die Trennung des Schneidwassers von den festen
Rückständen mittels üblicher Trennmethoden noch einfach verwirklichen läßt, ist eine
Aufspaltung der festen Rückstände in verschiedene Fraktionen sehr schwierig und oftmals
unmöglich. Beim Abrasiv-Wasserstrahlschneiden entsteht aber immer eine Verbindung von
Abrasivmittel und den Schneidrückständen des jeweils bearbeiteten Materials. Es ist also immer
eine Trennung von Abrasivmittel und mindestens einem, beim Schneiden von
Verbundwerkstoffen auch mehreren weiteren Materialien vorzunehmen, was wegen der beim
Schneidprozeß erfolgenden Bindung an das Abrasivmittel nur bei wenigen
Materialkombinationen erfolgreich ist. Ein Recyceln ist deshalb oftmals unmöglich, so daß nur
die Deponierung als Sondermüll verbleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren dahingehend
weiterzuentwickeln, daß die Trennung der anfallenden Reststoffe vereinfacht wird, ohne daß die
Schneideigenschaften des Verfahrens dadurch negativ beeinflußt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Abrasivmittel ein bei Zugabe zum
Wasserstrahl festes, sich bei Umgebungstemperatur verflüchtigendes, schmelzendes oder in
Wasser lösendes Material in Partikelform verwendet wird.
In bevorzugter Weise wird als Abrasivmittel Trockeneis benutzt.
Das Trockeneis sublimiert unmittelbar nach dem Auftreffen auf das Schneidgut durch die
Aufschlagenergie und geht somit in den gasförmigen Zustand über. Die verbleibenden Feststoffe
werden nicht an ein Abrasivmittel gebunden und lassen sich somit, sofern nur eine Komponente
vorliegt, nach Ausfilterung aus dem Schneidwasser ohne weitere Trennmaßnahmen recyceln.
Wenn mehrere Komponenten vorliegen, wird die Trennung zumindest wesentlich vereinfacht
und für einige Materialkompositionen überhaupt erst möglich.
Statt Trockeneis kann auch Wassereis oder ein wasserlösliches Salz verwendet werden.
Wassereis schmilzt unmittelbar nach dem Auftreffen auf das Schneidgut, so daß wie bei der
Verwendung von Trockeneis nach dem Ausfiltern die sauberen Schneidrückstände vorliegen.
Der gleiche Effekt tritt bei der Verwendung von Salzen ein, die sich nach dem Schneidprozeß
vollständig in dem Schneidwasser lösen.
Prinzipiell wird der gleiche Anlagenaufbau benutzt, der auch schon bei der Verwendung von
herkömmlichem Abrasivmittel eingesetzt wurde. Hierbei handelt es sich um einen Mischkopf, in
dem der Abrasivmittel mit dem Hochdruckwasserstrahl vermischt wird. Die Förderung des
Abrasivmittels erfolgt nach dem Injektorprinzip, d. h. der Hochdruckwasserstrahl erzeugt einen
Unterdruck, der zum Ansaugen des Abrasivmittels verwendet wird. In einem Schredder wird das
Abrasivmittel auf gewünschte Korngröße, etwa 0,35 mm Durchmesser, zerkleinert und
anschließend mit Hilfe einer Dosiereinrichtung dem angesaugten Luftstrom in der gewünschten
Menge zugeführt. Da die fein zerkleinerten Partikel des Abrasivmittels, insbesondere bei
Verwendung von Trockeneis, vor allem an feuchter Luft dazu neigen, aneinander zu haften, ist
es erforderlich, die Luft, die als Förderstrom dient, vorher zu trocknen. Das geschieht in einem
vorgeschalteten Lufttrockner.
Desweiteren ist es erforderlich, bei Verwendung von Trockeneis als Abrasivmittel die gesamten
Schläuche, durch die das Trockeneis strömt, mit einer Isolierung gegen die
Umgebungstemperatur zu kapseln, damit der Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand
nicht schon vor der eigentlichen Bearbeitung erfolgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend anhand der zugeordneten
schematischen Darstellung näher erläutert werden.
Einem Mischkopf 1, der in dieser Art auch beim Abrasiv-Wasserstrahlschneiden mit den
bisherigen Abrasivmitteln eingesetzt wird, wird in Pfeilrichtung Wasser unter Hochdruck
zugeführt (in der Zeichnung von oben). Durch den im Mischkopf 1 entstehenden Unterdruck
wird über ein isoliertes Rohr 2 Luft angesaugt, die zuvor in einem Lufttrockner 3 getrocknet
wurde. Durch eine Dosiereinrichtung 4 wird dem Luftstrom in einer bestimmten Menge
Trockeneis zugeführt, das zuvor in einem Trockeneisschredder 5 zerkleinert wurde.
Der trockeneisbeladene Wasserstrahl (in Pfeilrichtung nach unten) dient dann in der
bekannten Weise als Schneidwerkzeug.
Die Trockeneispartikel weisen etwa die Korngröße von Reiskörnern auf. Die zugeführte
Trockeneismenge beträgt 200 bis 400 g pro Minute. Die Temperatur des Trockeneises wird
bevorzugt auf dem Sublimationspunkt von ca. minus 78°C gehalten.
Um Kohlendioxyd Anreicherungen am Schneidort zu vermeiden, ist für eine ausreichende
Ventilation zu sorgen.
Claims (8)
1. Verfahren zum Abrasiv-Wasserstrahlschneiden von Werkstoffen, bei dem ein
Hochdruck-Wasserstrahl, dem ein Abrasivmittel zugegeben wurde, zum trennenden Bearbeiten
des Werkstoffs benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Abrasivmittel ein bei Zugabe
zum Wasserstrahl festes, sich bei Umgebungstemperatur verflüchtigendes, schmelzendes oder in
Wasser lösendes Material in Partikelform verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abrasivmittel
Trockeneis verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des
Trockeneises am Schneidort etwa minus 75°C beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abrasivmittel
Wassereis verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abrasivmittel ein
wasserlösliches Salz verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zusatz des Abrasivmittels nach dem Injektorprinzip durch Ansaugen von Luft und zu
geeigneter Größe zerkleinerten Partikeln des Abrasivmittels erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft vor dem
Ansaugen getrocknet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß Abrasivmittel-Partikel mit einem Durchmesser von etwa 0,35 mm verwendet werden.
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- 1997-12-19 DE DE1997156506 patent/DE19756506C2/de not_active Expired - Fee Related
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