DE202011002773U1

DE202011002773U1 - Wasserstrahlschneidmaschine zum Bearbeiten rohrförmiger Werkstücke

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Publication number: DE202011002773U1
Application number: DE202011002773U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: DE102012002814A1; EP2675600A2; WO2012110022A2; WO2012110022A3; DE112012000822A5

Abstract

Wasserstrahlschneidmaschine zum Bearbeiten rohrförmiger Werkstücke, aufweisend mindestens einen in X-Richtung verfahrbaren Schlitten (1) mit einem auf diesem angeordneten Ausleger, sowie einem an dem Ausleger (2) in Y-Richtung verfahrbar angeordneten Schneidkopfhalter (3) zur Aufnahme eines Schneidkopfes (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahlschneidmaschine Auflageelemente (5) zur Aufnahme des Werkstücks (6), sowie mindestens ein Mitnehmer (7) zugeordnet sind, wobei der Mitnehmer (7) im Eingriff mit dem Werkstück (6) steht und eine Rollbewegung des Werkstücks (6) auf den Auflageelementen (5) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserstrahlschneidmaschine zum Bearbeiten von rohrförmigen Werkstücken, im weiteren Verlauf auch kurz als Werkstücke oder Rohre bezeichnet, insbesondere zum Schneiden von Durchdringungen.
Wasserstrahlschneidmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Diese weisen in der Regel einen Werkstückträger zum Positionieren des zu bearbeitenden Werkstücks und einen in X-, Y- und häufig auch in Z-Richtung verfahrbaren Schneidkopf auf. Durch den Schneidkopf wird ein entsprechend ausgebildeter Schneidstrahl, mit oder ohne zugesetztes Abrasivmittel, freigesetzt, welcher das Werkstück durchdringt und dieses somit schneidet.
Der Schneidkopf ist in der Regel über einen Ausleger oder ein Portal mit einem verfahrbaren Schlitten verbunden.
Die Bewegung in X-Richtung erfolgt dabei durch eine Längsbewegung des Schlittens, die Bewegung in Y-Richtung wird durch ein Verfahren des Schneidkopfes auf dem Ausleger vollzogen und die Bewegung in Z-Richtung geschieht durch eine vertikale Längsbewegung des Auslegers relativ zum Schlitten.
Aus dem Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, dass der Schneidkopf in der Lage ist, über geeignete Mechanismen eine Schnittschrägen- und Nachlaufkompensation auszuführen.
Bei herkömmlichen Wasserstrahlschneidmaschinen wird das zu bearbeitende Werkstück in der Regel über geeignete Spannvorrichtungen fest auf dem Werkstucktrager aufgespannt.
Ein derartiges festes Einspannen des Werkstücks ist jedoch zur Bearbeitung rohrförmiger Werkstücke nur bedingt geeignet. Da bei der Bearbeitung von Rohren in den meisten Fällen ein radiales Aufsetzen des Schneidstrahls auf die Mantelfläche gewünscht ist um eine radiale Schnittkante zu erhalten, müsste der Schneidkopf bei einem fest eingespannten Rohr einen entsprechend aufwändigen und schwer realisierbaren Bewegungsablauf ausführen.
Um eine derart komplizierte Bewegung des Schneidkopfes bei einem Bearbeiten von Rohren zu vermeiden, sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, welche das jeweils zu bearbeitende Rohr während des Schneidvorgangs in eine Rotation um dessen Längsachse versetzen. Die Längsachse des Rohres stellt dabei eine beliebige Achse, parallel zur Y-Achse der Vorrichtung dar.
Aufgrund dessen, dass hierbei die Vortriebsbewegung in X-Richtung während des Schneidvorgangs durch die Rotation der Mantelfläche des Rohres um dessen Längsachse generiert wird ist es möglich, den Schneidkopf entlang der X-Achse der Vorrichtung in der Position zu arretieren, in der dieser stets radial auf die Mantelfläche des Rohres trifft und somit eine stets radial verlaufende Schnittkante erzeugt.
Es handelt sich dabei um Spannvorrichtungen, nachfolgend auch als Rotationsmittel bezeichnet. Diese verursachen zusätzliche Kosten. Ferner muss eine gesonderte Ansteuerung der Rotationsbewegung bereitgestellt werden und die Rotationsmittel insbesondere auf die Länge der rohrförmigen Werkstücke abgestimmt sein. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei langen rohrförmigen Werkstucken eine weitere Aufnahme an dem der Spannvorrichtung gegenuberliegenden Ende bereitgestellt werden muss. Besonders nachteilig ist auch, dass eine Bearbeitung in dem Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks, welcher im Eingriff der Spannvorrichtung steht, nicht möglich ist. Bei der Bearbeitung von rohrförmigen Werkstücken, insbesondere bei einem Schneiden einseitiger Durchdringungen mittels Wasserstrahlschneiden stellt sich jedoch regelmäßig das Problem, dass der Schneidstrahl nach dem Durchdringen der gewünschten Wandung des Rohres, die ihm gegebene Energie nur zu einem Teil abgebaut hat und daher in der Lage ist, das rohrförmige Element an der, der zu schneidenden Durchdringung gegenüberliegenden, Seite zu beschädigen oder unter Umständen ungewollt zu durchtrennen.
Um dies wirksam zu verhindern sieht beispielsweise Druckschrift DE 197 11 512 C1 ein, zumindest teilweises, Ausfüllen des rohrförmigen Elements mit einem Kern vor.
Der in das rohrförmige Element einzubringende Kern ist dabei so ausgebildet, dass der Schneidstrahl entweder teilweise in den Kern eindringt oder durch den Kern entsprechend reflektiert und gebrochen wird.
In beiden Fällen wird die Energie des Schneidstrahls durch den Kern soweit reduziert, dass dieser für nicht zu schneidende Bereiche des Rohres ungefährlich wird.
Als Materialien für einen derartigen Kern kommen beispielsweise Kunststoff, Metall oder Stein, als Vollmaterial oder in Form von Schüttgut, zum Einsatz.
Ein derartiges Einbringen eines Kerns in das zu schneidende Rohr bedingt jedoch nachteilig eine aufwändige Anpassung des Kerns hinsichtlich seines Materials und seiner Ausgestaltung, in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Rohres, dessen Wandstärke und der daraus resultierend notwendigen Energie des Schneidstrahls.
Ebenso kann das rohrformige Werkstück durch das Einfüllen eines Granulats an dessen Innenseite ebenfalls beschädigt werden.
Um das Einbringen einer einseitigen Durchdringung in ein rohrförmiges Element mittels Schneidstrahlschneiden auch ohne den Einsatz eines separat einzubringenden Kerns zu ermöglichen, gehören weiterhin Vorrichtungen zum Stand der Technik, bei welchen das zu bearbeitende Rohr um dessen Längsachse rotierend zumindest teilweise getaucht innerhalb eines Wasserbeckens angeordnet ist. Der Abbau der Schneidstrahlenergie erfolgt hierbei derart, dass diese durch Reibung, Brechung oder ähnliches des Schneidstrahls in im Rohrinneren anstehenden Wasser reduziert wird.
Eine derartige Vorrichtung ist jedoch ebenfalls in mehrfacher Hinsicht nachteilig.
Zum ersten erfolgt die Rotation der rohrförmigen Elements innerhalb des Wasserbeckens. Damit muss notwendigerweise auch der Einsatz der für die Rotation notwendigen Mittel, auch als Rotationsmittel beschrieben, in einer, durch aus dem Werkstück herausgetrennte Partikel und gegebenenfalls Abrasivmittelrückstände verunreinigten Umgebung erfolgen. Hierdurch kann es zum Eindringen der Schmutzpartikel in die Rotationsmittel kommen, wodurch diese verschmutzen und unter Umständen ausfallen. Zum anderen ist es hierbei nicht auszuschließen, dass aufgrund des Kontakts der Rotationsmittel zu dem Wasser und somit auch zu dem Werkstück, Partikel oder chemische Elemente an das Werkstück gelangen, welche eine ungewollte Reaktion oder Verbindung mit dem Werkstückmaterial eingehen.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik, eine Wasserstrahlschneidmaschine zum Bearbeiten rohrförmiger Werkstücke bereitzustellen, welche ein ungewolltes Beschädigen des rohrförmigen Werkstücks verhindert und dabei ohne aufwändige Rotationsmittel und Spannvorrichtungen auskommt.
Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine erfindungsgemäße Wasserstrahlschneidmaschine zum Bearbeiten rohrförmiger Werkstücke weist mindestens einen in X-Richtung verfahrbaren Schlitten mit einem auf diesem angeordneten Ausleger auf.
Dem Ausleger ist weiterhin ein, in Y-Richtung verfahrbarer Schneidkopfhalter zur Aufnahme eines Schneidkopfes zugeordnet.
Die Erfindung umfasst dabei sowohl die Anordnung eines einzelnen Schlittens mit einem auf diesem angeordneten Ausleger, als auch die Anordnung von zwei, sich gegenüberliegenden und sich synchron bewegenden Schlitten. Im zweiten Fall ist der Ausleger als Brücke zwischen den beiden Schlitten ausgebildet.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahlschneidmaschine Auflageelemente zur Aufnahme des Werkstücks, sowie mindestens ein Mitnehmer zugeordnet sind, wobei der Mitnehmer im Eingriff mit dem Werkstück steht und eine Rollbewegung des Werkstücks auf den Auflageelementen bewirkt.
Das zu bearbeitende Werkstück selbst ist nicht Bestandteil der Vorrichtung.
Die Auflageelemente bestehen vorzugsweise aus Edelstahl, wodurch es einerseits wirksam verhindert wird, dass die Auflageelemente durch das verwendete Wasser korrodieren und andererseits etwaige Abnutzungserscheinungen durch die hohe Widerstandsfähigkeit von Edelstahl verringert werden.
Der Mitnehmer einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass der Abstand der sich gegenüberliegenden und im Eingriff mit dem Werkstück stehenden Berührungsflächen möglichst exakt dem Außendurchmesser des Werkstücks entspricht, so dass einerseits die jeweilige Position des Werkstücks durch die Mitnehmer spielfrei festgelegt wird und andererseits der Kontakt zwischen Mitnehmer und Werkstück zur Reduzierung der Reibungskräfte frei von Anpresskräften stattfindet.
Dabei ist die Lagebeziehung des Mitnehmers zu dem Schneidkopf in Abhängigkeit von dem jeweiligen Durchmesser des Werkstücks vorzugsweise so eingestellt, dass der Schneidkopf genau über einem Punkt der Scheitellinie des rohrförmigen Werkstücks steht.
Vorzugsweise ist die Form des Mitnehmers so gestaltet, dass sich zwischen Mitnehmer und Werkstück eine punkt- oder linienförmige Kontaktfläche ausbildet. Ein vollflachiges Anliegen des Mitnehmers am Werkstück und eine daraus unter Umständen resultierende erhöhte Reibung zwischen Mitnehmer und Werkstück werden somit besonders vorteilhaft vermieden; es kommt zu keiner relevanten Beeinflussung des Rollvorgangs durch die Reibung zwischen Mitnehmer und Werkstück.
Ebenso wird es durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Mitnehmer vermieden, dass während des Schneidvorgangs entstehende Materialrückstände oder Rückstände eines eventuell Verwendung findenden Abrasivmittels in den Kontaktbereich zwischen Mitnehmer und Werkstück geraten.
Der Mitnehmer kann erfindungsgemäß, mittels entsprechend geformter Einlagen, an unterschiedliche Werkstückdurchmesser angepasst werden.
Dadurch wird besonders vorteilhaft ein unkomliziertes und kostengünstiges Bearbeiten unterschiedlicher Werkstückdurchmesser erzielt.
Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zeichnet sich eine erfindungsgemäße Wasserstrahlschneidmaschine besonders vorteilhaft dadurch aus, dass keine separaten Mittel zum Hervorrufen einer Rotationsbewegung des Werkstückes erforderlich sind. Die ohnehin auszuführenden linearen Bewegungen von Schlitten mit Ausleger und Schneidkopfhalter würden durch die Mitnehmer in eine Rotationsbewegung des Werkstückes transformiert. Die nach dem Stand der Technik erforderlichen aufwändigen Mittel zum Bereitstellen der Rotationsbewegung können entfallen.
Somit können sowohl Herstellungs- als auch Instandhaltungskosten gegenüber den bekannten Vorrichtungen verringert werden.
Ebenso entfällt als weiterer besonderer Vorteil bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die bei der Verwendung herkömmlicher Rotationsmittel notwendige Umrechnung der Winkelgeschwindigkeit des Rohres in die für den Schneidvorgang maßgebliche Geschwindigkeit des Rohrumfangs, da die Geschwindigkeit der Rollbewegung des Rohres und damit die Bewegung der Mantelfläche unter dem Schneidkopf erfindungsgemäß stets mit der jeweiligen Bewegungsgeschwindigkeit des Schneidkopfes in der Achse der Rollbewegung übereinstimmt.
Durch das erfindungsgemäße Nichtvorhandensein der üblichen Rotationsmittel entfällt bei einer erfindungsgemäßen Wasserstrahlschneidmaschine das sonst notwendige, seitliche Einspannen der Werkstucke an deren Enden.
So wird es gegenüber dem Stand der Technik besonders vorteilhaft ermoglicht, das gesamte Rohr, einschließlich der Rohrenden, ohne ein aufwändiges Umspannen zu bearbeiten.
Da die zu bearbeitenden Werkstücke erfindungsgemäß lediglich auf die vorgesehenen Auflageelemente aufgelegt werden müssen, entfällt als weiterer Vorteil, der sonst notwendige Einspannvorgang vor dem eigentlichen Bearbeiten der Werkstücke.
Somit reduzieren sich bei der Verwendung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die für die Bearbeitung der Werkstücke notwendige Zeit und dadurch die Gesamtkosten des Schneidvorgangs.
Aufgrund der Tatsache, dass ein Rohr zu dessen Bearbeitung auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht an dessen Enden eingespannt werden muss, ist es hierbei ebenso vorteilhaft möglich, auch lange Rohre vollumfänglich zu bearbeiten.
Die maximal mögliche Bearbeitungslänge hängt somit nur von der maximalen Reichweite des Schneidkopfes ab.
Ebenso vorteilhaft hat sich gezeigt, dass eine gattungsgemäße Wasserstrahlschneidmaschine einfacher an unterschiedliche Rohrdurchmesser angepasst werden kann, als dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen der Fall ist.
Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass der Mitnehmer derart an dem Schlitten der Wasserstrahlschneidmaschine angeordnet ist, dass dieser eine, zur Bewegung des Schlittens, synchrone Bewegung in X-Richtung ausführt.
Eine derartige Anordnung des Mitnehmers bewirkt eine Rollbewegung der rohrförmigen Werkstücke parallel zur Bewegung des Schlittens in X-Richtung.
Die Rollbewegung des rohrförmigen Werkstückes stellt in diesem Fall während des Bearbeitungsvorgangs die Vortriebsbewegung des Schneidstrahls in X-Richtung dar.
Während des Bearbeitungsvorgangs wird das Rohr durch den Mitnehmer so positioniert, dass der Schneidstrahl radial auf das Rohr auftrifft. Hierdurch wird besonders vorteilhaft erreicht, dass die, durch den Schneidstrahl erzeugte, Schnittkante stets radial zur Mantelfläche des Rohres verläuft.
In einer alternativen bevorzugten Variante der Erfindung ist der Mitnehmer dem Schneidkopfhalter zugeordnet.
Eine solche Zuordnung des Mitnehmers zum Schneidkopf bewirkt die Rollbewegung des rohrförmigen Werkstücks parallel zur Bewegung des Schneidkopfhalters in Y-Richtung.
Somit stellt die Rollbewegung des Rohres während des Bearbeitungsvorgangs die Vortriebsbewegung des Schneidstrahls in Y-Richtung dar.
Auch hierbei ist der Schneidkopf bezüglich des rohrförmigen Werkstücks durch den Mitnehmer erfindungsgemäß so positioniert, dass dieser radial auf die Mantelfläche des Rohres trifft und dadurch eine radial verlaufende Schnittkante erzeugt.
Eine weitere bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass mehrere Mitnehmer nebeneinander entweder an dem Schlitten oder an dem Schneidkopfhalter angeordnet sind.
Durch das Vorsehen mehrerer Mitnehmer wird besonders vorteilhaft die exakte Parallelität der Rollbewegung des Rohres entweder im Falle des Anspruchs 2 zur Bewegung des Schlittens in X-Richtung oder im Falle des Anspruchs 3 zur Bewegung des Schneidkopfhalters in Y-Richtung gesichert, da hierdurch ein Verdrehen des Rohres um dessen Hochachse während der Rollbewegung wirksam verhindert wird.
In einer gleichermaßen bevorzugten Weiterbildung weist eine erfindungsgemäße Wasserstrahlschneidmaschine eine Auffangeinrichtung zum Auffangen und Abschwächen des Schneidstrahls auf.
Die Auffangeinrichtung dient erfindungsgemäß dazu, den Schneidstrahl aufzufangen und diesem seine Energie zu entziehen um ein unkontrolliertes Beschädigen, beispielsweise nicht zu bearbeitender Bereiche des Rohres, wirksam zu verhindern.
Eine derartige Auffangeinrichtung ist beispielsweise als ein, dem Schneidkopf gegenüberliegendes, Wasserbecken ausgebildet.
In einem solchen Fall erfolgt die vorrichtungsgemäße Anordnung des zu bearbeitenden Rohres derart, dass sich dieses ganz oder zumindest teilweise unterhalb des Wasserspiegels befindet.
In jedem Fall erfolgt die Anordnung des Rohres in dem Wasserbecken so, dass der Schneidstrahl nach dem Durchdringen der Mantelfläche des Rohres, an der dafür vorgesehenen Stelle, durch das entsprechende Wasservolumen soweit aufgefangen und abgeschwacht wird, dass ein ungewolltes Beschädigen des Rohres an dessen gegenüberliegender Mantelseite oder etwa weiterer, innerhalb des Wasserbeckens angeordneter und nicht unmittelbar mit dem Schneidvorgang in Verbindung stehender Elemente verhindert wird.
Als weiterer besonderer Vorteil werden die innerhalb eines erfindungsemäß vorgesehenen Wasserbeckens angeordneten Auflageelemente durch deren Bedeckung mit Wasser, insbesondere vor äußeren Einflüssen geschützt.
Eine erfindungsgemäße Auffangeinrichtung kann ebenfalls als ein, in das Rohr einzulegender Kern aus einem geeigneten Material ausgebildet sein.
Die Auswahl des jeweiligen, für den Kern in Frage kommenden Materials erfolgt anhand der, für den Bearbeitungsvorgang notwendigen Energie und der, zum nahezu vollständigen Abschwächen der Schneidstrahlenergie, benötigten Widerstandsfähigkeit des Materials.
Ein in das Rohr einzulegender Kern ist entsprechend dem jeweiligen Querschnitt des Rohres so ausgebildet, dass dieser innerhalb des Rohres eine, der Rollbewegung des Rohres gleichgerichtete, eigenständige Rollbewegung ausführt. Der Kern rollt durch die Rollbewegung des Rohres bewirkt passiv mit.
Die Abschwächung der Schneidstrahlenergie erfolgt nach Eintritt des Schneidstrahls in den Kern durch eine anschließende Umwandlung in Reibungsenergie und somit in Wärme.
Die Auflageelemente einer erfindungsgemäßen Wasserstrahlschneidvorrichtung sind in einer ebenso vorteilhaften Weiterbildung derart ausgebildet, dass zwischen den zu bearbeitenden Werkstücken und den Auflageelementen eine linienförmige Kontaktfläche vorliegt.
Durch eine linienförmige Kontaktfläche wird ein übermäßiges Anhaften von Schmutz- oder Abrasivrückständen auf den Kontaktflächen und dadurch eine Behinderung der Rollbewegung durch diese Rückstände weitestgehend vermieden.
Eine linienförmige Kontaktfläche wird insbesondere durch die Verwendung rohrförmiger oder im Wesentlichen spitz in Richtung der Werkstücke zulaufender Auflageelemete erzielt.
Um die Reibung zwischen Wekrstück und Auflageelementen so zu optimieren, dass ein schlupffreies Rollen der Werkstücke sichergestellt wird, sind die, im Kontakt mit dem Werkstück stehenden Flächen der Auflageelemente in einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung mit einer reibungserhöhenden Beschichtung versehen.
Eine weitere besonders vorteilhafte Variante der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auflageelemente zur Aufnahme der rohrförmigen Werkstücke, relativ zum Schneidkopf, in Z-Richtung und somit höhenverstellbar ausgebildet sind.
Eine derart vorgesehene Höhenverstellbarkeit der Auflageelemente ermöglicht als besonderen Vorteil eine derartige Anpassung der Lage der rohrförmigen Werkstücke innerhalb des Wasserbeckens, dass einerseits eine Z-Verstellung des Schneidkopfes entfallen kann und dass zugleich das Vorhandensein des, für die Abschwächung des Schneidstrahls notwendigen, Wasservolumens an den benötigten Stellen gewährleistet wird. Die dem Schneidkopf zugewandte Mantelfläche des Rohres kann dadurch in besonders einfacher Weise stets auf dem gewünschten Niveau zu dem Wasserspiegel in dem Wasserbecken sowie in dem gewünschten Abstand zu dem Schneidkopf gehalten werden. Der erfindungsgemäß vorgesehene Schneidkopfhalter ist in einer ebenfalls bevorzugten Weiterbildung der Wasserstrahlschneidmaschine in Z-Richtung und somit höhenverstellbar gegenüber dem Werkstück ausgebildet.
Die Höhenverstellbarkeit des Schneidkopfhalters ermöglicht es besonders vorteilhaft, den Schneidkopf gegenüber den rohrförmigen Werkstücken so zu positionieren, dass der, durch den Schneidkopf bereitgestellte, Schneidstrahl in exakt der vorher definierten Entfernung auf die zu bearbeitende Mantelfläche des Rohres trifft.
Die Positionierung des Schneidkopfes gegenüber dem Rohr kann dabei entweder durch ein einmaliges Anfahren des Bearbeitungspunkts am Rohr vor Beginn des Schneidvorgangs oder aber durch ein kontinuierliches Nachstellen des Schneidkopfes in Z-Richtung erfolgen.
In beiden Fällen ist eine erfindungsgemäße Wasserstrahlschneidmaschine mit einer geeigneten Einrichtung zur Erfassung des Abstands zwischen Schneidkopf und Werkstück versehen.
Sowohl die Verstellung der Auflageelemente, als auch die Verstellung des Schneidkopfhalters in Z-Richtung erfolgen in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung innerhalb eines vorher definierten Rasters.
Das Raster ist dabei so definiert, dass rohrförmige Werkstucke mit Standarddurchmessern bearbeitet werden können.
Eine Z-Verstellung innerhalb eines Rasters ermoglicht somit besonders vorteilhaft eine robuste, schnelle und kostengünstige Anpassbarkeit der erfindungsgemäßen Wasserstrahlschneidmaschine an verschiedene übliche standardisierte Rohrdurchmesser.
In einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung erfolgt die Verstellung von Schneidkopfhalter und/oder Auflageelementen in Z-Richtung stufenlos, beispielsweise durch die Verwendung eines Spindeltriebs.
Eine stufenlose Verstellbarkeit in Z-Richtung ermöglicht eine vorteilhafte Anpassung der Schneidkopf-, beziehungsweise der Werkstuckposition auch an nicht standardisierte Rohrdurchmesser.
Eine erfindungsgemäße Wasserstrahlschneidmaschine ist somit schnell und unkompliziert an die unterschiedlichsten Werkstückdurchmesser anpassbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausbildung ist der Mitnehmer einer erfindungsgemäßen Wasserstrahlschneidmaschine an dessen, im Eingriff mit dem rohrförmigen Werkstück stehenden Flache mit einer Beschichtung zur Minderung der Haftwirkung versehen.
Eine derartige Beschichtung besteht vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen, umgangssprachlich auch als PTFE oder Teflon bezeichnet.
Durch die Beschichtung des Mitnehmers mit Mitteln wie PTFE wird ein Anhaften des Rohres an dem Mitnehmer bei Berührung wirksam verhindert sowie die Gleichreibung reduziert, wodurch es zu einem unmittelbaren Einleiten der Rollbewegung des Rohres nach Kontakt mit dem Mitnehmer kommt. Dadurch werden in einfacher Weise Verschiebebewegungen des Rohres gegenüber dem Auflageelement verhindert und eine hohe Maßhaltigkeit der Bearbeitung gewährleistet.
Das Anhaften des rohrförmigen Werkstücks am Mitnehmer wird in einer ebenso bevorzugten Weiterbildung gleichermaßen dadurch verhindert, dass der Mitnehmer an der, mit dem Rohr im Eingriff stehenden Fläche, mit beweglich gelagerten Rollen versehen ist.
Alternativ kann auch die Verwendung von Kugeln an Stelle der Rollen erfolgen.
In beiden Fällen findet der Kontakt zum Einleiten und Fortführen der Rollbewegung des Rohres zwischen dem Rohr und den Rollen, beziehungsweise Kugeln des Mitnehmers mittels Rollreibung statt.
Durch die beweglich gelagerten Rollen oder Kugeln wird, ähnlich dem Prinzip eines Wälzlagers, die entstehende Reibung zwischen Rohr und Mitnehmer wirkungsvoll reduziert.
Die Verfahrbarkeit des Schlittens in X-Richtung, sowie die Verfahrbarkeit des Schneidkopfhalters in Y-Richtung werden in einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung durch einen Linearmotor realisiert.
Durch die Verwendung von Linearmotoren wird besonders vorteilhaft eine genaue Positionierung des Schneidkopfes über dem rohrförmigen Werkstück erzielt, sowie der mechanische Verschleiß gegenüber herkömmlichen Antrieben wie Ritzel oder Zahnstangen wirksam reduziert.
Der Schneidkopf weist in einer gleichermaßen bevorzugten Weiterbildung Mittel zur Schnittschrägen- und Nachlaufkompensation auf.
Hierbei kommen beispielsweise Manipulatoren zum Einsatz, welche es dem Schneidkopf erlauben eine zusätzliche Drehbewegung auszuführen und dadurch sowohl den Schnittschrägenfehler, als auch den Nachlauf des Schneidstrahls zu kompensieren.
Die Erfindung gibt zugleich ein Verfahren zur Bearbeitung rohrförmiger Werkstücke an, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:

a) Auflegen des rohrförmigen Werkstucks auf die Auflageelemente
b) Einstellen der Auflageelemente in Z-Richtung
c) Herstellen des Eingriffs der Mitnehmer zum rohrförmigen Werkstück
d) Zustellung des Schneidkopfes zum rohrförmigen Werkstück in Z-Richtung
e) Bearbeitung des rohrförmigen Werkstücks durch den Schneidstrahl, wobei durch den Eingriff der Mitnehmer eine, zur X- oder Y-Bewegung des Schneidkopfes, synchrone Rollbewegung des rohrförmigen Werkstücks auf den Auflageelementen bewirkt wird.

Sofern das erfindungsgemäße Verfahren auf einer Wasserstrahlschneidmaschine mit Wasserbecken als Auffangeinrichtung ausgeführt wird, bewirkt das Einstellen der Auflageelemente in Verfahrensschritt b) zugleich die Füllhohe des, zur Aufnahme der Restenergie des Schneidstrahls erforderlichen Wassers innerhalb des rohrförmigen Werkstückes.
Unter Zustellung des Schneidkopfes zum rohrförmigen Werkstuck nach Verfahrensschritt d) wird hierbei das Einstellen des, für einen optimalen Schneidvorgang geeigneten, Abstands des Schneidkopfes zur Oberflache des Werkstücks verstanden.
Die Verfahrensschritte a) bis d) können in einer Weiterbildung der Erfindung auch in anderen Reihenfolgen vorliegen. Insbesondere bei genormten Werkstücken kann das Einstellen der Auflageelemente in Z-Richtung und/oder das Zustellen des Schneidkopfes in Z-Richtung vor dem Auflegen des rohrförmigen Werkstücks und dem Herstellen des Eingriffs der Mitnehmer erfolgen.
Die im Verfahrensschritt e) beschriebene Rollbewegung des rohrförmigen Werkstücks erfolgt in einer ersten Variante bei Zuordnung der Mitnehmer zum Schlitten in X-Richtung.
Bei Zuordnung der Mitnehmer zum Schneidkopfhalter erfolgt die Rollbewegung des rohrförmigen Werkstücks in einer zweiten Variante in Y-Richtung.
Als besonderer Vorteil entfällt bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die, bei der Verwendung herkömmlicher Rotationsmittel, notwendige Umrechnung der Winkelgeschwindigkeit des Rohres in die, für den Schneidvorgang maßgebliche, Geschwindigkeit des Rohrumfangs, da die Geschwindigkeit der Rollbewegung des Rohres erfindungsgemäß stets mit der jeweiligen Bewegungsgeschwindigkeit des Schneidkopfes in der Achse der Rollbewegung übereinstimmt.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
1 Prinzipdarstellung
näher erläutert.
Eine erfindungsgemaße Wasserstrahlschneidvorrichtung zum Bearbeiten rohrformiger Werkstücke weist einen in X-Richtung verfahrbaren Schlitten 1 mit einem an diesem angeordneten Ausleger 2 auf.
Dem Ausleger 2 ist weiterhin ein, in Y-Richtung verfahrbarer, Schneidkopfhalter 3 zur Aufnahme eines Schneidkopfes 4 zugeordnet.
Zur Aufnahme eines Werkstücks 6 weist die Vorrichtung ein erstes und zweites Auflageelement 5.1 und 5.2 auf. Die Auflageelemente 5 sind dabei so ausgebildet, dass das Werkstück 6 nach dem Auflegen auf die Auflageelemente 5 in der Lage ist, eine Rollbewegung in X-Richtung auszufuhren.
Um während des Rollvorgangs des Werkstücks 6 eine möglichst exakte und gegenüber Verunreinigungen durch Abrasivmittel oder Materialrückstände unanfällige Auflage zwischen diesem und den Auflageelementen 5 zu bewirken, sind die Auflageelemente 5 mit einem dreieckigen und zum Werkstück 6 hin verlaufenden Querschnitt versehen.
Dieser Querschnitt ermöglicht eine besonders vorteilhafte, linienförmige Kontaktfläche zwischen dem Werkstück 6 und den Auflageelementen 5.
Um die Rollbewegung des Werkstücks 6 einzuleiten und fortzuführen, weist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art einen ersten und einen zweiten Mitnehmer 7.1 und 7.2 auf.
Die Mitnehmer 7 sind im hier gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer, das Werkstück 6 teilweise umschließenden, Klammer ausgebildet und fest an dem Ausleger 2 der Vorrichtung angeordnet.
Die zum Werkstück 6 hin offene Seite der Mitnehmer 7 ist so an den Durchmesser des Werkstucks 6 angepasst, dass das Werkstück 6 zwischen den Mitnehmern 7 zwar praktisch spielfrei aber ohne Anpresskräfte positioniert wird. So wird es vermieden, dass die Mitnehmer 7 mit größeren als für die Beschleunigung des Werkstückes 6 erforderlichen Kräften an dem Werkstück 6 anliegen und dadurch eine ungewollt große Reibung während des Rollvorgangs des Werkstücks 6 erzeugen. Damit wird ein Verrutschen des Werkstücks 6 auf den Auflageelementen 5 vermieden.
Die Ausbildung der Mitnehmer 7 in Form einer Klammer ermöglicht es ebenso vorteilhaft, dass das Werkstück 6 uneingeschränkt auf dessen gesamter Länge durch den Schneidkopf 4 bearbeitet werden kann, da es an keiner relevanten Stelle zu einem Verdecken des Werkstücks oder Blockieren des Schneidkopfbewegung kommt.
Aufgrund der festen Zuordnung der Mitnehmer 7 zum Ausleger 2 führen die Mitnehmer 7 während des Bearbeitungsvorgangs eine, zur X-Bewegung des Schlittens synchrone, Bewegung aus.
Aufgrund des Eingriffs der Mitnehmer 7 in das Werkstück 6 erfolgt dessen Rollbewegung ebenfalls in X-Richtung und derart, dass der, durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Schneidkopf 4 erzeugte Schneidstrahl (nicht dargestellt) stets radial auf die Mantelfläche des Werkstücks 6 trifft.
Durch den Schneidstrahl wird somit besonders vorteilhaft während des gesamten Bearbeitungsvorgangs eine radial zur Werkstuckmittelachse verlaufende Schnittkante erzeugt.
Weiterhin verfügt eine erfindungsgemäße Vorrichtung über eine Auffangeinrichtung 8 zum Auffangen und Abschwächen des Schneidstrahls.
Im vorliegenden Fall ist die Auffangeinrichtung 8 als ein, dem Schneidkopf gegenüberliegendes und mit Wasser (nicht dargestellt) gefülltes Becken ausgebildet.
Die Auflageelemente 5 sind erfindungsgemäß so unterhalb des Wasserspiegels angeordnet, dass das zu bearbeitende Werkstück 6 ebenfalls teilweise unterhalb des Wasserspiegels liegt.
Die Eintauchtiefe des Werkstücks 6 in die Auffangeinrichtung 8 wird dabei so gewählt, das der, einem Bearbeitungspunkt am Werkstück 6 gegenüberliegende Bereich der Werkstückmantelfläche nicht durch den Schneidstrahl beschädigt wird.
Somit muss das Volumen des Wassers auf der, dem Bearbeitungspunkt gegenüberliegenden Seite des Werkstücks 6 so gewählt werden, dass die Energie des Schneidstrahls nach dem Durchdringen der Mantelfläche am Bearbeitungspunkt auf ein unkritisches Maß reduziert wird.
Um die enstprechende Lage der Auflageelemente 5 innerhalb der Auffangeinrichtung 8 einzustellen, sind die Auflageelemente über eine geeignete Verstelleinrichtung (nicht dargestellt) in Z-Richtung verstellbar ausgebildet.
Zum Einstellen des für einen exakten Schneidvorgang notwendigen Abstands des Schneidkopfes 4 zur Mantelfläche des Werkstücks 6 ist der Ausleger 2 ebenfalls durch eine geeignete Verstelleinrichtung (nicht dargestellt) in Z-Richtung verfahrbar.
Eine erfindungsgemaße Wasserstrahlschneidvorrichtung ermöglicht somit besonders einfach und kostengünstig ein Bearbeiten unterschiedlichster Werkstückdurchmesser bei gleichzeitig hoher Sicherheit gegenüber ungewollten Beschädigungen des Werkstücks 6.
Bezugszeichenliste

1: Schlitten
2: Ausleger
3: Schneidkopfhalter
4: Schneidkopf
5.1: erstes Auflageelement
5.2: zweites Auflageelement
6: Werkstuck
7.1: erster Mitnehmer
7.2: zweiter Mitnehmer
8: Auffangeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19711512 C1 [0012]

Claims

Wasserstrahlschneidmaschine zum Bearbeiten rohrförmiger Werkstücke, aufweisend mindestens einen in X-Richtung verfahrbaren Schlitten (1) mit einem auf diesem angeordneten Ausleger, sowie einem an dem Ausleger (2) in Y-Richtung verfahrbar angeordneten Schneidkopfhalter (3) zur Aufnahme eines Schneidkopfes (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahlschneidmaschine Auflageelemente (5) zur Aufnahme des Werkstücks (6), sowie mindestens ein Mitnehmer (7) zugeordnet sind, wobei der Mitnehmer (7) im Eingriff mit dem Werkstück (6) steht und eine Rollbewegung des Werkstücks (6) auf den Auflageelementen (5) bewirkt.
Wasserstrahlschneidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Mitnehmer (5) dem Schlitten (1) zugeordnet ist und eine, zur Bewegung des Schlittens (1) synchrone Bewegung in X-Richtung ausführt.
Wasserstrahlschneidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Mitnehmer (5) dem Schneidkopfhalter (3) zugeordnet ist und eine, zur Bewegung des Schneidkopfhalters (3) synchrone Bewegung in Y-Richtung ausführt.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mitnehmer (7) nebeneinander an dem Schlitten (1) oder an dem Schneidkopfhalter (3) angeordnet sind.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Auffangeinrichtung (8) zum Auffangen und Abschwachen des Schneidstrahls zugeordnet ist.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (5) derart ausgebildet sind, dass zwischen dem Werkstück (6) und den Auflageelementen (5) eine linienförmige Kontaktfläche vorliegt.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (5) an deren Kontaktfläche zum dem Werkstück (6) eine reibungserhöhende Beschichtung aufweist.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (5) in Z-Richtung verstellbar ausgebildet sind.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopfhalter (3) in Z-Richtung verstellbar ausgebildet ist.
Wasserstrahlschneidmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung in Z-Richtung innerhalb eines definierten Rasters erfolgt.
Wasserstrahlschneidmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung in Z-Richtung stufenlos erfolgt.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Mitnehmer (7) mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen ist.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Mitnehmer mit beweglich gelagerten Rollen oder Kugeln versehen ist und dass die Rollen oder Kugeln einen Rollkontakt zwischen Mitnehmer (7) und rohrförmigem Werkstück (6) bewirken.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrbarkeit des Schlittens (1) in X-Richtung und die Verfahrbarkeit des Schneidkopfhalters (3) in Y-Richtung durch einen Linearmotor bewirkt werden.
Wasserstrahlschneidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel zur Schnittschragen- oder Strahlnachlaufkompensation aufweist.