DE29611512U1

DE29611512U1 - Schneiddüsenanordnung mit abgelenktem Fluidstrahl

Info

Publication number: DE29611512U1
Application number: DE29611512U
Authority: DE
Original assignee: Comadur SA
Current assignee: Comadur SA
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2006-07-03
Also published as: FR2736563A1; FR2736563B1

Description

SPARING · RiDM-L ·_;'&Mgr;E]MS.ELER

EUROPEAN PATENT AN*D EC*TRADiMARK

Dipl.-ing. Helmut Marsch (1934-1979)

Dipl.-!ng. Klaus Sparing Postfach 14 04 43

Dr. rer. nat. Wolf Horst Röhl D-40074 Düsseldorf

Dr. rer. nat. Daniela Henseler

Dipl. Wirtsch.-Ing. Rolf Sparing Telefon (0211) 6710 34

SPARING, RÖHL. HENSELER · POSTFACH 14 04 43 ■ D-40074 DÜSSELDORF TelefaX (02 11) 663420

Comadur S.A.
Girardet 55

CH-2400 Le Locle 13 GM 1187

Schneiddüsenanordnung mit abgelenktem Fluidstrahl

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneiddüsenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Schneiddüsenanordnungen dienen in der Praxis zur Ausrüstung einer Beschleunigungskanone zum Ausführen von Schnitten mittels unter hohem Druck stehenden Fluids. Die Erfindung ermöglicht es, einen fadenförmigen Schneidstrahl unter einem vorgegebenen Winkel gegenüber der Achse der Beschleunigungskanone auszusenden.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine solche Schneiddüsenanordnung mit abgelenktem Strahl, bei der das unter hohem Druck stehende Fluid Wasser ist.

Maschinen zum Fluidstrahlschneiden unter hohem Druck weisen typischerweise ein Gehäuse oder ein Gestell auf, das auf einem Drehtisch gemäß senkrechter Achsen XY oder auf einem auf einem Wagen angeordneten gelenkigen Roboter fest montiert wird, wobei die Versorgungskanone in eine Düsenanordnung einmündet, die mit einer mit der Einspritzachse axialen Austrittsdüse endet, und die entlang einer zu den Achsen X und Y senkrechten Achse Z beweglich angeordnet ist. Alle Vorrichtungen dieser Bauart umfassen ferner ein hinter dem zu zerschneidenden Werkstück ange-

SPARlNQ, RÖHL, HENSELER · RETHELSTRASSE123 ■ D-40237 DÜSSELDORF

ordnetes strahlbrechendes Behältnis. Derartige Vorrichtungen ermöglichen das Schneiden von platten- oder blattförmigen Materialien gemäß einem geraden Schnitt.

Durch zwei zusätzliche Freiheitsgrade aufgrund von Verschwenkmöglichkeiten um die Achsen X und Y, entweder des Drehtischs oder der Abstützung der Beschleunigungkanone, ist es möglich, einen schrägen Schnitt auszuführen, entweder schräg zur Platten- oder Blattebene, oder aber zur Oberfläche einer Wandung eines Bereichs der Plattte oder des Blatts, welcher hohl, beispielsweise in Gestalt einer Nut, angeformt ist.

Derartige Schnitte haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht die vollständige Nutzung der Schneidkapazität des unter hohem Druck stehenden Fluidstrahls erlauben, da der Auftreffwinkel auf das Material schräg ist. Ein schräger Schnitt kann auch aus anderen technischen Gründen nicht zufriedenstellend sein, beispielsweise aus montagebedingten oder aus ästhetischen Gründen.

Obgleich eine Maschine mit fünf freien Achsen teurer ist, ist es oft nicht möglich, der Beschleunigungskanone die gewünschte Ausrichtung zu geben, um einer vorgegebenen Schnittlinie auf einer hohlformigen Wandung zu folgen, insbesondere aufgrund des recht großen Durchmessers von Kanone und Düsenanordnung, der zum Aufbringen eines hohen Drucks erforderlich ist.

Um diese Nachteile zu überwinden, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schneiddüsenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die auch in hohlen Bereichen ohne aufwendige Verschwenkungen Schnitte ausführen kann.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Zu diesem Zweck umfaßt die erfindungsgemäße Schneiddüsenanordnung einen zylindrischen Korpus mit einem zentralen Durchlaß, dessen eines Ende über eine Beschleunigungskanone mit einem Generator für druckbeaufschlagtes Fluid verbunden ist und dessen anderes Ende axial durch eine Verlängerung des zylindrischen Korpus verschlossen ist, wobei auf dessen distaler Partie eine Kappe befestigt ist und eine Düse für

die Abgabe des druckbeaufschlagten Strahls angeordnet ist, wobei die Düse in die distale Partie und die Kappe eingearbeitet ist, um mit dem zentralen Durchlaß in Verbindung zu gelangen, und um den druckbeaufschlagten Fluidstrahl derart zu richten, daß dieser mit der Rotationsachse des zylindrischen Korpus einen Winkel o< einschließt, dessen Wert zwischen 0° und 90° gewählt ist.

Die erfindungsgemäße Schneiddüsenanordnung ist einfach im Aufbau und preiswert in der Herstellung. Sie kann auf einer Maschine eingesetzt werden, die lediglich drei Freiheitsgrade für die Achsen X, Y und Z aufweist. Die Schnitte in hohl deformierten Bereichen werden sicher und zuverlässig ausgeführt. Insbesondere sind so Schnitte möglich, bei denen das Fluid auch auf gekrümmten Werkstückpartien normal oder unter reduzierter Schräge auf den Bearbeitungsort trifft.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die distale Partie eine Kegel stumpfform mit einem Kegelwinkel von 90° - ⁰^ auf. Hierdurch verläßt der Fluidstrahl die distale Partie vorteilhafterweise normal zu derselben.

Vorzugsweise umfaßt die Düse der Schneiddüsenanordnung einen kleinen Kanal, dessen eines Ende in den zentralen Durchlaß einmündet und dessen anderes Ende in eine Kammer einmündet, deren Boden von einem harten Material, wie vorzugsweise einem Saphir, verschlossen ist, der mit einer den Durchmesser des Strahls begrenzenden Öffnung durchbohrt ist, wobei der Saphir mittels zweier sich jeweils auf dem Boden der Kammer und der Innenseite der Kappe abstützender Dichtungen gehalten ist. Durch diese vorteilhafte Anordnung ist der Saphir sowohl bezüglich axialer Kompression als auch bezüglich etwaiger Torsionsmomente sicher gehalten. Vibrationen und Stöße werden puffernd aufgefangen, und Leckagen verhindert.

Vorteilhaferweise weist die Kappe an ihrem Ende eine Öffnung auf; diese dient als Überwachungsmittel für die Dichtigkeit der Düse. Der zentrale Durchlaß ist zweckmäßigerweise aus aufeinanderfolgenden Abschnitten mit in Richtung des kegelförmigen Endes abnehmenden Durchmessern gebildet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden

Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführüngsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1a und 1b sind schematische Darstellungen der mit bekannten axialen Düsenanordnungen in Betracht kommenden, unzulänglichen Schnittbedingungen in einem Material mit hohler Deformation.

Fig. 2 stellt schematisch denselben Schnitt wie in Fig. 1a und 1b dar, wenn er durch eine erfindungsgemäße Düsenanordnung mit einer Düse mit abgelenktem Strahl erfolgt.

Fig. 3 zeigt einen Schneidkopf, der mit einem erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung mit einer Düse mit abgelenktem Strahl versehen ist.

Fig. 4 ist ein vergrößerter Längsschnitt der Düsenanordnung aus Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt des Endes eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung.

Fig. 6 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der Düsenanordnung aus Fig. 4.

In den Fig. 1a, 1b und 2 ist ein Material dargestellt, beispielsweise ein Kunststoff- oder Verbundmaterial, welches einen Isolierschaum in Gestalt eines Blatts 1 mit einer hohlen Deformation 2 in Gestalt einer Nut aufweist. In den Grund der Nut 2 soll, ausgehend von einem Punkt A, eine zur Ebene des Blatts 1 paralelle Ausnehmung ausgeschnitten werden. Bei Verwendung einer Düse 3 mit axialem Strahl, wie in Fig. 1a dargestellt, ist es klar, daß der Schneidkopf um die Achse Y drehbeweglich sein muß und daß der Strahl am Punkt A nicht senkrecht auf die Wandung auftrifft, wodurch der Schnitt schräg wird.

Wenn man einen geraden Schnitt wünscht, kann eine Bearbeitung nicht von der Innenseite der Nut, sondern von der Außenseite der Nut in Betracht kommen, wie in Fig. 1b dargestellt. Es ist jedoch klar, daß ab einer bestimmten Nuttiefe der Strahl einen Punkt B auf der gegenüberliegenden Wandung erreichen wird. Folglich besteht das Risiko, diese Wandung zu beschädigen, selbst wenn der Druck des Strahls bereits logischerweise abgenommen hat. Bei einer solchen Anordnung kommt aber

nicht mehr in Betracht, ein strahl brechendes Behältnis zwischen dem Punkt A und dem Punkt B anzuordnen.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist im Gegensatz dazu eine erfindungsgemäße Düsenanordnung mit abgelenktem Strahl in der Mittenebene der Nut 2 und senkrecht zur Oberfläche des Blatts 1 angeordnet, wobei der abgelenkt austretende Teil des Strahls einen Winkel c< mit der Achse der Beschleunigungskanone bildet und mit dem Krümmungsradius am Auftreffpunkt A zusammenfällt. In Abhängigkeit von der Form des Bodens der Nut und vom zu zerschneidenden Teil kann dem Winkel O^ ein Wert zugeordnet werden, der zwischen 0° und 90° liegt. Eine derartige Düsenanordnung ermöglicht die Bearbeitung von Nuten beliebiger Tiefe, wobei die einzige Begrenzung des Einsatzes in den relativen Breitenabmessungen der Nut zu dem Durchmesser der Düse bestehen könnte.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6 wird nachstehend ein Schneidkopf mit einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung 3 mit abgelenktem Strahl beschrieben. Die Fig. 3 zeigt einen solchen Schneidkopf, der eine Beschleunigungskanone 4 aufweist, deren zentraler Kanal 5 an einem Ende mit einem unter Druck stehenden Fluidgenerator 6 (nur schematisch dargestellt) in Verbindung steht und dessen anderes Ende ein Innengewinde 7, das die Anbindung der Düsenanordnung 3 ermöglicht, und ein Außengewinde 8, das zur Aufnahme eines Klemmrings 9 bestimmt ist, aufweist.

Der unter hohem Druck, der bis zu 4000 Bar reichen kann, stehende Strahl wird von einer Düse 10 unter Bildung eines Winkels O{ mit der Achse der Beschleunigungskanone 4 und der Düsenanordnung 3 ausgebracht. In Fig. 4 ist in geschnittener Darstellung die Düsenanordnung 3 aus einem langgestreckten zylindrischen Korpus 11, der eine zylindrische Verlängerung 12 von kleinerem Durchmesser aufweist, gezeigt. In dem dargestellten Beispiel ist diese kegelförmige Partie 13 auf einen kegelstumpfförmigen Abschnitt begrenzt. Diese Kegelpartie 13 nimmt eine Kappe 14 auf, die durch Verschraubung auf die zylindrische Verlängerung 12 befestigt ist, und deren Dicke der Durchmesserdifferenz zwischen den beiden Partien 11, 12 entspricht. Der Korpus dieser Einheit ist von einem Hauptdurchlaß 5 durchbohrt, der an seinem kegelseitigen Ende nicht

geöffnet ist. In dem dargestellten Beispiel hat der Durchlaß 5 einen abnehmenden Querschnitt 5a, 5b, 5c, ausgehend von der Einlaßöffnung bis zur kegelförmigen Partie 13. Wie zu erkennen, weist im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Schneiddüsen der zentrale Durchlaß keine axialen Düse auf. Ganz im Gegenteil, die Düse 10 ist durch den Kegel 13 und die Kappe 14 gebildet, und ihre Achse bildet einen Winkel CX von 60° mit der Achse der Beschleunigungkanone 4 und der Düse 3, wobei die Richtung des Schneidstrahls dann senkrecht zur Oberfläche des Kegels ist, dessen Kegelwinkel 30° ausmacht.

Unter Bezugnahme - zur besseren Verdeutlichung - auf die vergrößerte Ansicht aus Fig. 6 ist die Düse 10 von einem kleinen Kanal 20 gebildet, der den Abschnitt 5c des zentralen Durchlasses mit einer Kammer 21 verbindet, die mit einer Öffnung 22 der Kappe 14 in Verbindung steht, welche Öffnung vorzugsweise die Gestalt eines nach außen offenen Kegels aufweist. In diese Kammer tritt das druckbeaufschlagte Fluid ein, um einen Strahl J zu bilden, dessen Durchmesser D von der Öffnung 27 einer Zelle 23 aus Material großer Härte, wie einem Saphir, kalibriert wird.

In dem dargestellten Beispiel ist der Saphir 23 derart geschliffen, daß er eine Ringform mit sich nach außen öffnender Kegelpartie aufweist. Der Saphir 23 wird in der Kammer 21 mittels eines Satzes ringförmiger Dichtungen 24, 25 festgehalten. Die Dichtung 24 stützt sich auf dem Boden der Kammer 21 und auf der Innenseite des Saphirs 23 ab. Die als mittig offene Abdeckung ausgebildete Dichtung 25, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Dichtung 24 entspricht, stützt sich auf einem kranzförmigen Abschnitt der Kappe 14 und der Außenseite des Saphirs 23 ab. Das Spiel der Dichtungen wird durch das Festziehen der Kappe 14 reduziert. Um die Dichtigkeit der Düse 10 überprüfen zu können, kann die Kappe 14 an ihrem Ende mit einer Öffnung 26 versehen sein. Der Kegel 13 und die Kappe 14 sind derart beschaffen, daß sie spielfrei durch Verschraubung angepaßt werden können, aber wenn ein Oberflächenbearbeitungsfehler zwischen den sich berührenden Flächen besteht, oder wenn die Dichtung 25 keine ausreichende Kompression erfahren hat, kann ein lamellarer Abfluß zwischen diesen gegenüber-

liegenden Oberflächen durch ein durch die öffnung 26 erfolgendes Tropfen entdeckt werden. Es ist ebenfalls festzuhalten, daß die Dichtungen, die den äußeren Ring des Saphir umrahmen, ebenfalls die Funktion einer Stoßdämpfung bei Druckvariationen haben, denen der Saphir infolge Druckschwankungen aufgrund von durch die Strahlablenkung geschaffene Turbulenzen ausgesetzt sein kann.

In dem gerade beschriebenen Beispiel ist der Ablenkungswinkel Obgleich 60°. Fig. 5 zeigt ein anderes Ende einer Düsenanordnung, bei dem der Winkel <X 45° beträgt.

Es versteht sich von selbst, daß man für den Winkel (K jeden anderen Wert festlegen kann und andere Veränderungen vornehmen kann, die in Reichweite des Fachmanns liegen, wie z.B. das Ersetzen des zylindrischen Korpus 11 durch einen axialsymmetrischen Korpus, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Ansprüche

1. Düsenanordnung zum Fluidstrahlschneiden unter hohem Druck, umfassend einen zylindrischen Korpus (11) mit einem zentralen Durchlaß (5), dessen eines Ende über eine ßeschleunigungskanone (4) mit einem Generator für druckbeaufschlagtes Fluid (6) verbunden ist und dessen anderes Ende axial durch eine Verlängerung (12) des zylindrischen Korpus verschlossen ist, wobei auf dessen distaler Partie (13) eine Kappe (14) befestigt ist und eine Düse (10) für die Abgabe des druckbeaufschlagten Strahls angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Düse (10) in die distale Partie (13) und die Kappe (14) eingearbeitet ist, um mit dem zentralen Durchlaß (5) in Verbindung zu gelangen, und um den druckbeaufschlagten Fluidstrahl derart zu richten, daß dieser mit der Rotationsachse des zylindrischen Korpus (11) einen Winkel C\ einschließt, dessen Wert zwischen 0° und 90° gewählt ist.

2. Schneiddüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die distale Partie (13) eine Kegel stumpf form mit einem Kegelwinkel von 90° - (X aufweist.

3. Schneiddüsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10) einen kleinen Kanal (20) umfaßt, dessen eines Ende in den zentralen Durchlaß (5) einmündet und dessen anderes Ende in eine Kammer (21) einmündet, deren Boden von einem Saphir (23) verschlossen ist, der mit einer den Durchmesser des Strahls begrenzenden öffnung (27) durchbohrt ist, wobei der Saphir (23) mittels zweier sich jeweils auf dem Boden der Kammer (21) und der Innenseite der Kappe (14) abstützender Dichtungen (24, 25) gehalten ist.

4. Schneiddüsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (14) an ihrem Ende eine Öffnung (26) aufweist, die als Überwachungsmittel für die Dichtigkeit der Düse (10) dient.

5. Schneiddüsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Durchlaß (5) aufeinanderfolgende Abschnitte (5a, 5b, 5c) mit in Richtung des kegelförmigen Endes abnehmenden Durchmessern umfaßt.

6. Schneiddüsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Winkels 0( 45° beträgt.

7. Schneiddüsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Winkels o< 60° beträgt.