Die Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungsmaschine für
flache, insbesondere tafelartige Werkstücke, mit einer thermi
schen Schneidstrahleinrichtung, insbesondere Plasmaschneidein
richtung, sowie einer Bewegungsvorrichtung für das Werkstück ge
genüber dem Schneidstrahl.
Eine derartige Bearbeitungsmaschine
ist durch die US-PS 40 63 059 bekanntgeworden. Der Schneidstrahl
düse gegenüberliegend befindet sich bei dieser vorbekannten Ma
schine an der strahlabgewandten Seite des Werkstücks ein senk
recht stehender Schacht, der eine Eintrittsöffnung für den
Schneidstrahl aufweist. An diesen ist eine Absauganlage ange
schlossen, mittels der die beim Schneiden entstehenden Schmelz
partikel sowie der Rauch abgesaugt werden. Bei solchen Maschinen
kommt es aber nicht nur auf das Abführen von Verbrennungsrück
ständen, Gasen, Dämpfen, Staub und damit auch Wärme an, vielmehr
soll die mit ihrem Betrieb verbundene Beeinträchtigung ganz all
gemein gemindert werden. So wird es insbesondere als nachteilig
angesehen, daß bei derartigen, im sogenannten Trockenplasmaver
fahren arbeitenden Maschinen störender Lärm entsteht und es trotz
der Absaugung zu einer Beeinträchtigung der Atemluft im Bereich
der Schneideinrichtung kommen kann. Dies gilt insbesondere, wenn
der Schacht aus technischen Gründen absenkbar ausgebildet sein
muß.
Die Aufgabe der Erfindung besteht infolgedessen darin, eine Bear
beitungsmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
daß die Beeinträchtigung der Umgebungsluft noch weiter reduziert
und die Wärmeentwicklung gemindert wird. Zur Lösung dieser Aufgabe
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Bearbeitungsmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechend dem kennzeich
nenden Teil dieses Anspruchs ausgebildet ist. Über die sich im
Strahlbereich unmittelbar unterhalb des Werkstücks befindliche
Kühlvorrichtung wird über die Kühlflüssigkeit alles was der
Schneidstrahl nach dem Austritt aus dem Werkstück unmittelbar mit
sich führt, nämlich Verbrennungsrückstände, Dämpfe, Staub und
dgl., aber auch die entstandene Wärme abgeführt. Als Kühlmittel
kommen beispielsweise Wasser, Kühlemulsionen und andere, nicht
brennbare Flüssigkeiten infrage, wobei dem Wasser gegebenenfalls
noch Zusätze beigemengt sein können. Der Abtransport erfolgt ohne
Verzögerung, weil das Kühlmittel am Bereich der Austrittsstelle
des Schneidstrahls ständig vorbeiströmt. Die Kühlmittelführung,
die Größe sowie die Form der Eintrittsöffnung für den Schneid
strahl, aber auch Druck und Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmit
tels müssen so gewählt werden, daß ein Kühlmittelaustritt an der
Eintrittsöffnung für den Schneidstrahl zumindest weitgehend un
terbleibt. Trotzdem sollen aber alle Gase und mitgeführten Parti
kelchen abtransportiert werden können. Man wird aus diesem Grunde
die Eintrittsöffnung nicht wesentlich größer machen als den Quer
schnitt des Strahls in diesem Bereich und andererseits wählt man
für den Abstand der Eintrittsöffnung vom Werkstück einen Minimal
wert. Gleichzeitig wird mit dieser Flüssigkeitskühlvorrichtung
natürlich auch das Werkstück gekühlt, jedoch steht dies nicht im
Vordergrund. Da der Flüssigkeitsstrahl den Spalt zum Werkstück
hin überbrückt, findet auf diese Weise auch eine Schalldämmung
statt, so daß aufgrund der Schallminderung ein angenehmeres Ar
beiten erreicht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die
Flüssigkeitskühlvorrichtung im Bereich der Eintrittsöffnung für
den Schneidstrahl aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren be
steht, von denen wenigstens eines mit einer Fördervorrichtung für
das flüssige Kühlmedium verbunden ist. Dabei sind dann die beiden
werkstückseitigen Enden dieser konzentrischen Rohre einander so
zugeordnet, daß die über das Innenrohr oder den Ringraum zwischen
dem inneren und äußeren Rohr zugeführte Kühlflüssigkeit ohne wei
teres über den Ringspalt bzw. das innere Rohr wieder abfließen
kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
das äußere Rohr mit der als Druckpumpe ausgebildeten Förder
vorrichtung für das flüssige Kühlmittel und das innere Rohr mit einer
Flüsigkeitsabsaugvorrichtung verbunden sind. Somit kann man
sowohl die Zuführung als auch das Abfließen der Kühl-Flüssigkeit er
heblich beschleunigen und andererseits ein Austreten der Kühl
flüssigkeit über die Eintrittsöffnung für den Schneidstrahl zu
mindest weitgehend unterbinden.
Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, daß das werk
stückseitige freie Ende des äußeren Rohres mit einem Innenbund
desjenigen des inneren Rohres übergreift, wobei der Innendurch
messer des Innenbundes und des inneren Rohres etwa gleich groß
sind. Die Flüssigkeit wird dadurch am Übertritt vom Ringspalt
ins Innere des inneren Rohres derart umgelenkt, daß sie, insbe
sondere in Verbindung mit der Absaugvorrichtung, ausschließlich
das Bestreben hat, durch das innere Rohr abzufließen und nicht
über die Eintrittsöffnung das äußere Rohr zu verlassen. Strö
mungstechnisch ist es dabei von besonderem Vorteil, daß im
Querschnitt die Innenkontur des äußeren Rohres an seinem werk
stückseitigen freien Enden bogenförmig
verläuft und das werkstückseitige freie Ende des
inneren Rohres ebenfalls einen bogenförmigen Querschnitt auf
weist. Es entsteht auf diese Weise im Bereich der einander
zugekehrten Rohrenden ein bogenförmiger, insbesondere etwa
halbkreisförmiger Ringspalt, über welchen das Kühlmittel in das
innere Rohr eintritt. Zur weiteren Verbesserung der Strömung in
diesem Bereich kann das werkstückseitige freie Ende des inneren
Rohres zweckmäßigerweise trichterförmig etwas aufgeweitet
sein.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens
eines der beiden konzentrischen Rohre
in Achsrichtung verschiebbar ist. Dadurch läßt sich der
erwähnte Ringspalt, über den die Flüssigkeit in das innere Rohr
eintritt, hinsichtlich seiner Breite verändern, was man zu
Steuerungszwecken ausnutzen kann. Es ist in erster Linie an die Ver
schiebung des inneren Rohres gedacht.
Die Kühlvorrichtung bzw. deren Eintrittsöffnung kann man beson
ders nahe an das Werkstück heranbringen, wenn gemäß einer wei
teren Variante der Erfindung die Stirnansicht des äußeren Rohres
senkrecht zur Rohrachse verläuft und sie wenigstens einen Teil
der Abstützfläche für das Werkstück bildet. Das hat zugleich
auch den Vorteil, daß an dieser Stelle in radialer Richtung
Flüssigkeit, Gase, Dampf und mitgeführte Partikelchen nicht
oder allenfalls in vergleichsweise geringem Umfange austreten
können und man dadurch einen besonders guten Wirkungsgrad er
hält.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch
einen das äußere Rohr zumindest an seinem werkstückseitigen
Ende konzentrisch umgebenden, rinnenartigen, durch das Werk
stück abdeckenden, mit je einem Zu- und Abfluß versehenen Flüs
sigkeitskanal. Während die Kühlvorrichtung mit den beiden kon
zentrischen Rohren zweckmäßigerweise garnicht an das Werkstück
gelangt und infolgedessen im wesentlichen eine Kühlvorrichtung
für die im eintauchenden Schneidstrahl mitgeführten Gase und
Partikelchen bildet, kommt die im konzentrisch angeordneten
Flüssigkeitskanal enthaltene Flüssigkeit unmittelbar mit dem
Werkstück in Berührung. In diesem Falle steht jedoch nicht die
Kühlung im Vordergrund, sondern die Schalldämmung. Bekanntlich
ist das thermische Trennschneiden, insbesondere auch das Plas
maschneiden, vergleichsweise geräuschvoll, und der Schall tritt
selbst dann in radialer Richtung zwischen der Kühlvorrichtung
bzw. der Stirnseite des äußeren Rohres und der zugeordneten
Werkstückfläche aus, wenn diese Werkstückfläche unmittelbar auf
dem äußeren Rohr aufliegt. Wenn jedoch das äußere Rohr in der
geschilderten Weise von einem Flüssigkeitsring umgeben ist, so
dämpft diese Flüssigkeit die Geräusche in ganz erheblichem
Maße, weswegen die Beeinträchtigung der Bedienungsperson auch
in dieser Richtung erheblich gemindert wird. Außerden bildet
die Kühlflüssigkeit auch einen Schmierfilm für die Werkstück
bewegung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß
der Zufluß des ringförmigen Flüssigkeitskanals mit dem Ringraum
zwischen dem inneren und äußeren Rohr der Kühlvorrichtung hy
draulisch verbunden ist. Nachdem in diesem Ringraum die Kühl
flüssigkeit zugeführt wird, gelangt ein Teil davon über die
hydraulische Verbindung zum ringförmigen Flüssigkeitskanal für
die Geräuschdämpfung. Wie man diese hydraulische Verbindung im
einzelnen ausbildet, ist an sich von untergeordneter Bedeutung.
Wesentlich ist aber, daß der ringförmige Flüssigkeitskanal dau
ernd gefüllt ist, ohne unter wesentlichem Druck zu stehen.
Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, daß die innere
Wandung des rinnenförmigen, ringförmigen Flüssigkeitska
nals durch ein das äußere Rohr der Kühlvorrichtung konzentrisch
umgebendes drittes Rohr gebildet ist. Das eröffnet die Möglich
keit, zwischen diesem dritten Rohr und dem äußeren Rohr der
Kühlvorrichtung einen Ringkanal vorzusehen, der über radiale
Bohrungen mit dem Ringraum zwischen dem inneren und dem äußeren
Rohr der Kühlvorrichtung in Verbindung steht und insbesondere
über einen Ringspalt hydraulisch an das Innere des Flüssig
keitskanals angeschlossen ist. Der zuletzt erwähnte Strömungs
weg kann durch das stirnseitige, gegen das Werkstück weisende
Ende des dritten Rohres einerseits und die zugekehrte Fläche
des Werkstücks andererseits gebildet sein. In diesem Zusammen
hang ist es dann besonders vorteilhaft, daß das dritte Rohr in
Achsrichtung verschiebbar ist, so daß man die Höhe dieses
"Überlaufspalts" den Bedürfnissen entsprechend wählen und ge
gebenenfalls während des Betriebs ändern kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die äußere
Wandung des rinnenförmigen, ringförmigen Flüssigkeits
kanals wenigstens zum Teil durch die Innenfläche eines Dicht
rings gebildet ist. Statt dessen kann der Flüssigkeitskanal vorteilhafterweise von einem Dichtring
konzentrisch umgeben sein, dessen gegen das Werkstück weisende
Fläche eine ringförmige Dichtfläche bildet. Dieser Dichtring
muß selbstverständlich den auftretenden thermischen und
mechanischen Belastungen gewachsen sein. Hierbei darf insbeson
dere nicht übersehen werden, daß über einen bezüglich der
Werkstückbewegung jeweils "rückwärtigen" Dichtungsabschnitt die
zuvor erstellte Ausbrennspur hinwegläuft.
Vorteilhafterweise ist der rinnförmige Flüssigkeitskanal über
wenigstens eine hydraulische Leitung mit einer Saugpumpe oder
einem Flüssigkeitsbehälter verbunden. Die Saugpumpe unterstützt
den raschen Durchlauf der Flüssigkeit durch den rinnenförmigen
Flüssigkeitskanal und vermeidet somit deren unzulässige Erwär
mung. Bei kurzen Strömungswegen und geringem Strömungswider
stand kann man den rinnenförmigen Flüssigkeitskanal auch unmit
telbar über eine oder mehrere Ableitungen mit einem Flüssig
keitsbehälter direkt verbinden, ohne Zwischenschaltung einer Saug
pumpe.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird vorgeschlagen, daß die thermische Schneidstrahleinrichtung
im seitlichen Abstand von einer Stanz- oder Nibbelvorrichtung
der Bearbeitungsmaschine angeordnet ist. Insofern kann man also
mit dieser Bearbeitungsmaschine nicht nur Schneidbrennen, son
dern auch Stanzen bzw. Nibbeln. Dabei ist es dann von besonde
rem Vorteil, daß das Werkstück mittels eines in der Art eines
Kreuzsupports ausgebildeten Längs- und Quervorschubs innerhalb
seiner Ebene in jeder beliebigen Richtung verschoben werden
kann, wodurch sich beliebig geformte Umrisse und/oder Ausneh
mungen mit dieser Bearbeitungsmaschine herstellen lassen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar
gestellt. Es zeigt
Fig. 1 perspektivisch ein Ausführungsbeispiel der
Maschine,
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine abgebrochene Darstellung eines Radial
mittelschnittes im Bereich des Brennstrahls.
An dem im wesentlichen etwa C-förmigen Maschinenkörper 1 befin
det sich eine Korrdinatenführung 2 für das Werkstück 3, die
eine Längsführung 4 und eine Querführung 5 umfaßt. Dabei be
steht dann ihrerseits die Längsführung 4 aus einer fest mit dem
Maschinenkörper 1 verbundenen Laufschiene 6 und einem daran im
Sinne des Doppelpfeils 7 verschiebbar geführten Laufwagen 8.
Die Verschiebebewegung erzielt man mit Hilfe eines
Antriebsmotors 9, der ein Ritzel 10 dreht. Dieses greift in
eine Verzahnung der als Zahnstange ausgebildeten Laufschiene 6
ein.
Der Laufwagen 8 trägt noch einen zweiten Antriebsmotor 11 mit
Ritzel 12. Dessen Zähne kämmen mit denjenigen einer Tragschiene
13, die ebenfalls, wenigstens zum Teil, als Zahnsange gestal
tet ist oder eine solche hält. Mit Hilfe des zweiten Antriebs
motors 11 kann man die Tragschiene 13 im Sinne des Doppelpfeils
14 hin- und herverschieben. Die beiden Bewegungsrichtungen 7
und 14 verlaufen senkrecht zueinander.
An der Tragschiene 13 befinden sich beispielsweise zwei Prazten
paare 15, zwischen denen das plattenförmige Werkstück 3 einge
klemmt ist und von denen in Fig. 1 eine zu sehen ist. Es leuch
tet ohne weiteres ein, daß das Werkstück mit Hilfe des An
triebsmotors 9 eine Verschiebebewegung im Sinne des Doppel
pfeils 7 und mittels des Antriebsmotors 11 eine Verstellbewe
gung in Richtung des Doppelpfeils 14 ausführt. Bei gleichzeiti
gem Lauf beider Motoren 9, 11 erzielt man eine überlagerte
Längs- und Querbewegung. Das Werkstück 3 stützt sich außerdem
noch auf dem Unterteil 16 einer thermischen Schneideinrichtung
17, insbesondere einer Plasma-Schneideinrichtung, ab, deren
Oberteil mit 18 bezeichnet ist. Letzteres umfaßt eine Schneid
strahldüse, aus welcher der Schneidbrennstrahl austritt, der
auf der Oberseite 19 des Werkstücks 3 auftrifft und das Werk
stück an der betreffenden Stelle durchschmilzt. An der Unter
seite 20 (Fig. 2) tritt der Schneidbrennstrahl wieder aus.
Der strahlabgewandten Seite des Werkstücks 3, nämlich der
Unterseite 20, ist eine Flüssigkeits-Kühlvorrichtung 21 für einen geführten
Kühlmitteltransport angeordnet. Diese Kühlvorrichtung 21 be
sitzt gegenüberliegend von der Schneidstrahldüse oder einem
anderen, den Schneidstrahl abgebenden Organ, eine
Eintrittsöffnung 22, über welche der Schneidstrahl in das Kühl
mittel 23 gelangt. Letzteres schluckt gewissermaßen sowohl den
Strahl als auch die mitgeführten Gase, Dämpfe und beim Brennen
entstandenen Partikelchen. Sie werden mit Hilfe des Kühlmittels
abtransportiert. Zumindest im Bereich der Eintrittsöffnung 22
besteht die Kühlvorrichtung aus zwei konzentrisch angeordneten
Rohren, von denen das innere mit 24 und das äußere mit 25 be
zeichnet ist. Zwischen beiden entsteht ein ringförmiger Spalt
raum 26, über welchen beim Ausführungsbeispiel das Kühlmittel
23 im Sinne des Pfeils 27 zugeführt wird. In diesem Falle ver
läuft dann die Abströmrichtung durch das innere Rohr 24 in
Richtung des Pfeils 28. Dem ringförmigen Spaltraum 26 wird das
Kühlmittel mittels einer Pumpe 29 zugeführt. Diese saugt es aus
einem Behälter 30 an. Das innere Rohr 24 ist über eine Leitung
31 mit einer Flüsigkeitsabsaugvorrichtung 32 verbunden, wel
che den raschen Rücktransport des Kühlmittels gewährleistet und
in den Behälter 30 fördert.
Das werkstückseitige freie Ende des äußeren Rohrs 25 übergreift
mit einem Innenbund 33 das werkstückseitige freie Ende des
inneren Rohres 24. Dabei sind die Innendurchmesser des Innen
bunds 33 und des inneren Rohres 24, wie Fig. 2 der Zeichnung
zeigt, etwa gleich groß. Außerdem verläuft gemäß der Zeichnung
die Innenkontur des äußeren Rohres 25 mit seinem Innenbund 33
an seinem werkstückseitigen freien Ende in einem Bogen 34. Da
durch erfährt das ankommende Kühlwasser eine Umlenkung um
zumindest annähernd etwa 180°. Beim Ausführungsbeispiel ist auch das
werkstückseitige freie Ende des inneren Rohres 24 mit einem
bogenförmigen Querschnitt 35 versehen. Dadurch entsteht ein
strömungsgünstiger Umlenkspalt 36. Das Einströmen in das innere
Rohr 24 kann dadurch noch etwas verbessert werden, daß man das
werkstückseitige freie Ende des inneren Rohres 24 gemäß dem
Ausführungsbeispiel trichterförmig etwas aufweitet. Wenn man
gemäß dem Doppelpfeil 37 das innere Rohr 24 verstellbar aus
bildet, so kann man den Querschnitt des Umlenkspalts 36 verän
dern und damit Einfluß auf die Verhältnisse beim Überströmen
vom ringförmigen Spaltraum 26 ins innere Rohr 24 nehmen.
Die Stirnseite 38 des äußeren Rohres 25 verläuft senkrecht zur
Rohrachse 39 und bildet wenigstens einen Teil der Abstützfläche
für das Werkstück 3.
Das äußere Rohr 25 ist konzentrisch von einem rinnenartigen,
durch das Werkstück 3 abdeckbaren Flüssigkeitskanal 40 umgeben.
Diesem wird Flüssigkeit in geeigneter Weise zugeführt und bei
spielsweise über eine odermehrere, beim Ausführungsbeispiel zur Rohrachse
39 parallele Bohrungen 41, wieder abgeführt. Dieser Flüssig
keitskanal ist vollständig gefüllt, so daß die Flüssigkeit bis
an die Unterseite 20 des Werkstücks 3 heranreicht. Damit sie
nicht in radialer Richtung abströmen, ist die äußere Rinnenwan
dung 42 teilweise durch einen Dichtring 43 gebildet, der einen
dichten Abschluß zur Unterseite 20 des Werkstücks 3 herstellt.
Die Flüssigkeit im rinnenförmigen Flüssigkeitskanal 40 bildet
eine gute Schalldämmung, so daß der beim Brennschneiden und
auch beim Eintritt des Schneidstrahls in das Kühlmittel 23 ent
stehende Lärm nicht oder allenfalls in gedämpfter Form austre
ten kann. Wenn man keine separate Zuführungsleitung zum Flüs
sigkeitskanal 40 vorsehen will, so kann man ihn
mit der Zuführungsleitung der Kühlvorrichtung 21 hydrau
lisch verbinden. Im Falle einer Zuführung des Kühlmittels über
den ringförmigen Spaltraum 26 bietet sich eine hydraulische
Verbindung zwischen diesem Spaltraum 26 und dem Flüssigkeits
kanal 40 an. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß das äußere
Rohr 25 der Kühlvorrichtung 21 konzentrisch von einem dritten
Rohr 44 umgeben ist. Durch letzteres und das äußere Rohr 25
wird ein Ringraum 45 geschaffen, dem das Kühlmittel über meh
rere, gleichmäßig am Umfang verteilte Kanäle 46,
zuströmt. Der Ringraum 45 steht über einen ringförmigen Spalt
raum 47 mit dem Flüssigkeitskanal 40 in hydraulischer Verbin
dung. Wenn man das dritte Rohr 44 im Sinne des Doppelpfeils 48
verschiebbar ausbildet, so kann man die Größe des ringförmigen
Spaltraums 47 variiert. Im übrigen überströmt das aus dem
ringförmigen Spaltraum 47 austretende flüssige Medium die
Stirnkante 49 des dritten Rohres 44. Nach oben hin erfolgt die
Abgrenzung durch die Unterseite 20 des Werkstücks 3. Eine
gemeinsame Zuführung der Flüssigkeit zur Kühlvorrichtung 21 und
zum Flüssigkeitskanal 40 hat den Vorteil, daß man eine Leitung
einsparen kann. Andererseits kann aber eine separate
Zuführungsleitung für den Flüssigkeitskanal 40 durchaus zweck
mäßig sein, wenn man sehr unterschiedliche Strömungsmengen im
Flüssigkeitskanal 40 und im inneren Rohr 24 wünscht. In glei
cher Weise wie beim inneren Rohr 24 kann man die Flüssigkeit
auch aus der oder den Bohrungen 41 mittels einer Pumpe od. dgl.
absaugen, jedoch ist es dann zweckmäßig, wenn man bei mehreren
Bohrungen diese zuvor in einen nicht gezeigten Ringkanal münden
läßt, von dem auis eine Saugleitung zu dieser Pumpe führt.
Im seitlichen Abstand von der
thermischen Schneideinrichtung 17 ist noch eine Stanz- oder Nibbel
vorrichtung 50 vorgesehen sein, mit der man das Werkstück 3 zu
sätzlich oder alternativ stanzen oder nibbeln kann. Eine derar
tige Stanz- oder Nibbelmaschine kann von herkömmlicher Kon
struktion sein, so daß sich weitere Beschreibungen und auch die
Darstellung erübrigt. Die Korrdinatenführung 2 wird natür
lich auch beim Stanzen und Nibbeln benutzt werden, und im Falle
einer automatischen Steuerung müßte die Automatik den seitli
chen Abstand der Rohrachse 39 von der Längsmittelachse des
Stanz- oder Nibbelwerkzeugs berücksichtigen.