DE3519616C1 - Work table for cutting planar material by means of a fluid jet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitstisch zum Schneiden von flächigem Material mittels Fluidstrahl, bestehend aus einer Anzahl übereinanderliegender, für den Fluidstrahl durchlässiger Schichten aus unterschiedlichen Materialien sowie einer unterhalb dieser Schichten angeordneten Wanne zum Auffangen des Fluids.

Aus der gattungsbildenden DE-OS 27 20 547 ist ein derartiger Arbeitstisch bekannt, der in verschiedenen Ausführungsformen aus un ­ terschiedlich kombinierten, übereinanderliegenden Schich­ ten aus verschiedenen, teilweise als selbsreparierend bezeichneten Schaumstoffen in Verbindung mit metallischen Gitter- oder Wabengebilden besteht. Vor allem in Anspruch 8 der DE-OS befindet sich der Hinweis, daß mehrere Schaum­ Stoffschichten mit in der Bewegungsrichtung des Düsen­ strahls abnehmender Dichte vorgesehen sein sollen. Die Dichte ist hier Maßstab für die Energieabnahme im Fluid­ strahl oder auch für den Widerstand, den die einzelnen Schichten dem Fluidstrahl entgegensetzen. Es wird offenbar das Ziel angestrebt, bereits in der Oberschicht einen großen Teil der Energie des Fluidstrahls zu vernichten. Dementsprechend entsteht offenbar auch nur in dieser Ober­ schicht diejenige Wärmemenge, die für eine sogenannte selbstreparierende Schicht zur Wiederherstellung notwen­ dig ist. Folglich wird in den Unterlagen der DE-OS nur die obere Schicht als selbstreparierend bezeichnet, nicht da­ gegen die unteren Schichten. Soweit das Material der selbst ­ reparierenden Oberschicht näher definiert wird, wird es als offenzelliger Schaum bezeichnet, der ein Abfließen des Fluids ermöglichen soll. Auch die tiefer liegenden Schichten müssen naturgemäß aus offenzelligem Material bestehen, damit dieses Abfließen des Fluids aus dem früh­ zeitig aufgeweiteten Fluidstrahl gestattet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Arbeits­ tisch der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der über mög­ lichst lange Zeit eine weitgehend glatte, geschlossene und dennoch verhältnismäßig trockene und ein Rückspritzen des Fluids verhindernde Auflagefläche bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Arbeitstisch der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine die Auflagefläche für das zu schneidende Material bildende Oberschicht aus einem festen, geschlossenzelligen Hart­ schaum niedriger Rohdichte besteht, daß eine unter dieser liegende Unterschicht aus einem Weichschaum hoher Rohdichte und hoher Elastizität besteht, und daß die Oberschicht und die Unterschicht miteinander verklebt sind.

Da die als Auflagefläche dienende Oberschicht ein geschlos­ senzelliger Hartschaum geringer Dichte ist, geht der Fluid­ strahl weitgehend ungehindert und dementsprechend ohne nennenswerte Aufweitung und unter Hinterlassung einer sehr schmalen Schnittlinie hindurch. Die geschlossenzelli­ ge Struktur führt dazu, daß sich die Oberschicht auch nicht schwammartig vollsaugt. Der geringe Widerstand, den die Oberschicht dem Fluidstrahl entgegensetzt, verhindert ei­ nen Rückspritzeffekt, der bei feuchtigkeitsempfindlichem Schnittgut naturgemäß unerwünscht ist.

Obgleich die Oberschicht keinen nennenswerten Selbsthei­ lungseffekt aufweist, bleibt eine geschlossene Auflage­ fläche wegen der schmalen Schnittlinien für lange Zeit erhalten. Dies gilt auch dann noch, wenn die Oberschicht durch in sich geschlossene Schnittlinien in mehr oder weniger kleine Säulen zerschnitten worden ist, die zwar untereinander keinen unmittelbaren Zusammenhalt aufweisen, jedoch durch Verklebung mit der Unterschicht und durch gegenseitige Abstützung in ihrer Position und senkrechten Stellung gehalten werden. Der sogenannte Selbstheilungs­ effekt wird in die Unterschicht verlegt, die aus einem Weichschaum hoher Dichte besteht, so daß die Energie des Fluidstrahls in dieser Unterschicht weitgehend abge­ baut wird, während andererseits die für die Selbstheilung notwendige Wärme erzeugt wird.

Die aus Hartschaum bestehende Oberschicht nimmt den Fluid­ strahl im Zustand höchster Energie auf und wird, da sie im übrigen weitgehend unelastisch ist, nur in äußerst schmalen Schnittlinien sauber durchtrennt, so daß eine weitgehend glatte Auflagefläche trotz dieser Schnittlinien erhalten bleibt. Obwohl diese Schnittlinien vorhanden sind, wird der Zusammenhalt durch Verklebung der Oberschicht mit der Unterschicht gewährleistet. Die Oberschicht besteht beispiels­ weise aus einem Hartschaum mit einer Rohdichte von 25 bis 45 kg/m³. Es eignet sich besonders gut ein extrudierter, geschlossenzelliger Polystyrol-Hartschaum oder ein entspre­ chender Polyurethan-Schaum. Derartige Materialien bieten dem energiereichen, kohärenten Wasserstrahl einen sehr ge­ ringen Widerstand und werden leicht und scharfkantig durch­ trennt. Der Hartschaum ist darüber hinaus wasserabweisend (hydrophob) und besitzt eine glatte, ebene, sehr feinporöse Oberfläche. Im Extrudierverfahren entstehen kleine Waben aus dünnen Polystyrolhäuten, die räumlich miteinander ver­ schmolzen sind und Luft und Treibgase enthalten. Die Eigen ­ schaften des Materials bedingen, daß ein Splash-Back-Effekt, also ein Zurückspritzen des Fluids in Richtung des Schneid­ guts ausbleibt und der Fluidstrahl-Rückstau vernachlässigbar klein ist. Schäume dieser Art befinden sich beispielsweise unter den Markenbezeichnungen "Roofmate" oder "Styrofoam" auf dem Markt.

Die Unterschicht besteht aus einem geschlossenzelligen Weich­ schaum mit hoher Rohdichte von beispielsweise 60 bis 150 kg/m³ und hoher Elastizität. Als Materialien kommen Polyolefine, beispielsweise extrudierter, nicht vernetzter Polyäthylen­ schaum in Betracht. Die Zellstruktur dieses Parafinkohlen­ wasserstoffs ist unregelmäßig im Extrudierverfahren gewachsen und daher geeignet, den in der Unterschicht nicht mehr voll­ ständig kohärenten Wasserstrahl weiter aufzuweiten und diffus zu verteilen. Das Wasser sucht sich gewissermaßen im Laby­ rinth der Wabenstruktur den Weg des geringsten Widerstands und verteilt sich auf diese Weise im Mittel auf ein größeres Raumvolumen. Folglich wird bereits nach beispielsweise 100 mm Wegstrecke, die in den letzten 50 mm durch den Weichschaum der Unterschicht gebildet wird, ein hoher Prozentsatz der Gesamtenergie des Wasserstrahls in Wärme umgesetzt. Versuche haben gezeigt, daß eine Weichschaum- Unterschicht dieser Art mit einer Stärke von 50 mm selbst durch einen Fluidstrahl mit einem Ausgangsdruck von 4000 bar nicht vollständig durchtrennt wird.

Die Umwandlung der Wasserstrahlenergie in Wärme führt zu einem wichtigen Nebeneffekt. Die Erwärmung auf über 70°C im Schnittbereich reicht aus, die Polymerfasern zu "ver­ kleben", also eine gewisse Selbstheilung in der Weichschaum­ schicht zu bewirken. Darüber hinaus ist Polyäthylen im Be­ reich von -40 bis +70°C verhältnismäßig elastisch. Diese Elastizität wird verstärkt durch die Struktur der waben­ förmigen Zellen und durch ihren Luft- bzw. Treibgaseinschluß. Die elastischen Eigenschaften führen dazu, daß das Material im Bereich des Schnittspaltes gegenüber dem Fluidstrahl elastisch nachgibt und sich automatisch wieder schließt. Auch dadurch ergibt sich ein Selbstheilungseffekt der Unterschicht, der die Lebensdauer der gesamten Material­ auflage wesentlich erhöht. Durch geeignete Auswahl des Raumgewichts und der Stärke der Unterschicht können wie geschildert Diffuserwirkung, die Erwärmung, die Schnitt­ tiefe und die Stabilität der Unterschicht beeinflußt werden.

Die Verwendung einer Oberschicht aus einem Hartschaum nie­ driger Rohdichte und einer Unterschicht aus einem Weich­ schaum hoher Rohdichte stellt einen Grundgedanken der Er­ findung dar, der naturgemäß zahlreiche Abwandlungen zuläßt. So können sowohl die Oberschicht als auch die Unterschicht ihrerseits in mehrere Schichten unterteilt sein, deren Roh­ dichte von oben nach unten, also mit der Bewegungsrichtung des Fluidstrahls zunimmt. Ggf. kann auch eine kontinuier­ liche Zunahme der Rohdichte innerhalb der beiden Schichten vorgesehen sein.

Zum Verkleben der Oberschicht mit der Unterschicht können verschiedene Materialien verwendet werden. Als besonders günstig hat sich eine doppelseitige Klebefolie erwiesen, die vorzugsweise mit einer Textileinlage ausgestattet ist. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Textileinlage durch den Fluidstrahl in der Regel nicht vollständig durchtrennt wird, also zum Zusammenhalten der Schnittspalte beiträgt. Daneben kommen aber auch verschiedene andere Materialien mit Klebwirkung, etwa Silikonkautschuk, Kleber mit zwei Reaktionskomponenten, die durch eine Folie getrennt sind, ein offenzelliger Polyurethan-Hartschaum, der mit einem bituminösen Material getränkt wird, oder dergleichen in Betracht. Ein geeigneter Kleber kann unter anderem unter dem Gesichtspunkt selbstheilender Eigenschaften ausgewählt werden.

Auf der oberen Auflagefläche der Oberschicht befindet sich vorzugsweise eine Deckschicht aus rutschhemmendem Material, etwa eine Gummischicht, die verhindert, daß das Schneidgut unter der Einwirkung des Fluidstrahls verrutscht. Geeignet ist auch eine dünne Klebstoffschicht von beispielsweise 10 bis 200 µm Stärke, die auf die Oberschicht direkt aufge­ tragen wird. Diese Klebstoffschicht ist so auszuwählen, daß die Adhäsionskräfte zum Schneidgut geringer als zur Ober­ schicht sind. Weiterhin kommt eine Wachsschicht in Betracht, die durch Erwärmen auf 50 bis 60°C verflüssigt und damit repariert werden kann.

Die Unterschicht liegt vorzugsweise auf einem Gitterrost oder dergleichen, unter dem sich ein Kiesbett befindet. Es hat sich gezeigt, daß ein Kiesbett aus einer heterogenen, kleine und große Steine enthaltenden Kiesmischung ein ein­ faches Mittel zum Abbau der Restenergie des Fluidstrahls darstellt. Fluidschwaden, die sich beim Auftreffen auf das Kiesbett ergeben, werden aus der Wanne abgesaugt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt, in waagerechter Richtung verkürzt, einen Schnitt durch einen Arbeitstisch.

Der Arbeitstisch weist zunächst einen rechteckigen, umlaufen­ den Rahmen 10 auf, der eine übereinander liegende Anordnung aus einer Oberschicht 12 und einer Unterschicht 14 aufnimmt, die sich auf einem Gitterrost 16 abstützt, das auf unteren, nach innen vorspringenden Flanschen 18 des Rahmens 10 auf­ liegt. Oberhalb des Arbeitstisches ist eine Düse 20 ange­ deutet, die einen Fluidstrahl 22 senkrecht nach unten ab­ gibt. Angaben wie "oben" und "unten" beziehen sich dement­ sprechend im vorliegenden Zusammenhang auf einen senkrecht nach unten gerichteten Fluidstrahl und eine waagerechte Auflagefläche des Arbeitstisches, jedoch kommt auch eine andere räumliche Orientierung in Betracht.

Die Oberschicht besteht aus einem Hartschaum niedriger Roh­ dichte von beispielsweise 25 bis 45 kg/m³ und kann aus Polystyrol oder Polyurethan bestehen, wie es zuvor bereits erläutert wurde. Die Unterschicht 14 ist eine Weichschaum­ schicht hoher Rohdichte von beispielsweise 60 bis 150 kg/m³ aus einem Polyolefin-Material oder dergleichen. Auch inso­ weit kann auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genom­ men werden. Zwischen der Oberschicht und der Unterschicht befindet sich eine Verbindungsschicht 24, die die Oberschicht 12 und die Unterschicht 14 klebend verbindet. Es handelt sich beispielsweise um eine doppelseitige Klebefolie oder einen Klebstoff der zuvor erwähnten Art. Schließlich ist auf der Oberschicht 12 zur Bildung der eigentlichen Auflage­ fläche eine Deckschicht 26 vorgesehen. Es kann sich um eine aufgeklebte Gummifolie oder auch um einen unmittelbaren Auf­ trag einer geeigneten Klebeschicht handeln.

Wie in der Zeichnung angedeutet ist, durchdringt der Fluid­ strahl 22 die Deckschicht 26 und die Oberschicht 12 im wesentlichen kohärent, also ohne nennenswerte Strahl­ aufweitung, so daß in diesen Schichten ein sehr schma­ ler, scharfkantiger Schnitt entsteht. Innerhalb der Unter­ schicht 14 wird dagegen gezielt eine gewisse Diffusor­ wirkung und eine Aufweitung des Fluidstrahls erzeugt, die zu einem zunehmenden Energieabbau führt. Es hat sich am Beispiel eines Fluidstrahls mit 4000 bar Ausgangsdruck, einer Oberschicht in der Form einer Polystyrol-Hartschaum­ schicht von 20 mm Stärke und einer Unterschicht 14 aus Polyäthylen-Weichschaum mit 50 mm Dicke gezeigt, daß der Fluidstrahl nicht mehr in der Lage ist, die Unterschicht 14 vollständig zu durchtrennen, so daß ein gewisser Zusammen­ halt verbleibt. Es kommt hinzu, daß durch elastisches Rück­ federn der Unterschicht und durch eine gewisse thermische Verschmelzung aufgrund der durch Energieabbau des Fluid­ strahls erzeugten Wärme eine weitgehende Selbstheilung der Unterschicht eintritt.

Der Fluidstrahl 22 tritt an der Unterseite der Unterschicht 14 trotz der erwähnten Aufweitung als Strahl mit beträcht­ licher Restenergie aus und trifft sodann auf ein Kiesbett 28 auf, das sich in einer Wanne 30 befindet, auf der sich der Rahmen 10 abstützt. Durch Zerstäubung auf dem Kiesbett kommt es zu einer Bildung von Fluidschwaden, die durch ei­ nen Rohrstutzen 32 in der Seitenwand der Wanne oberhalb des Kiesbettes in Verbindung mit einem geeigneten Absaug­ system abgesaugt werden. Das Kiesbett liegt auf einem Sieb­ boden 34, durch den das beruhigte Fluid in flüssiger Form hindurchläuft, so daß es am Boden der Wanne 30 gesammelt und durch eine Leitung 36 abgeleitet werden kann.

Die Verbindungsschicht 24 kann bei Verwendung einiger der zuvor aufgeführten Materialien zu einer Zwischenschicht mit erhöhter Selbstheilungsfunktion verstärkt werden.

Claims (12)

1. Arbeitstisch zum Schneiden von flächigem Material mittels Fluidstrahl, bestehend aus einer Anzahl über­ einanderliegender, für den Fluidstrahl durchlässiger Schichten aus unterschiedlichen Materialien sowie einer unterhalb dieser Schichten angeordneten Wanne zum Auffangen des Fluids, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine die Auflagefläche für das zu schneidende Material bildende Oberschicht (12) aus einem festen, geschlossenzelligen Hartschaum nied­ riger Rohdichte besteht, daß eine unter dieser lie­ gende Unterschicht ( 14) aus einem Weichschaum hoher Rohdichte und hoher Elastizität besteht, und daß die Oberschicht (12) und die Unterschicht (14) mit­ einander verklebt sind.

2. Arbeitstisch nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Oberschicht (12) eine rutschhemmende Deckschicht (26) angebracht ist.

3. Arbeitstisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Wanne (30) ein Kiesbett (28) vorgesehen ist.

4. Arbeitstisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (12) aus einem Hartschaum mit einer Rohdichte von 25 bis 45 kg/m³ besteht.

5. Arbeitstisch nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberschicht (12) aus einem geschlossenzelligen, extrudierten Polystyrol- oder Polyure­ than-Hartschaum besteht.

6. Arbeitstisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht (14) aus einem Weichschaum mit einer Rohdichte von 60 bis 150 kg/m³ besteht.

7. Arbeitstisch nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unterschicht (14) aus einem extrudierten, geschlossenzelligen Polyolefin, z. B. Polyäthylen-Weichschaum besteht.

8. Arbeitstisch nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (26) eine Gummifolie ist.

9. Arbeitstisch nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (26) aus Wachs besteht.

10. Arbeitstisch nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (26) eine direkt aufgetragene Klebstoffschicht ist.

11. Arbeitstisch nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (26) aus einer beidseitig mit Haftkleber beschichteten Folie besteht.

12. Arbeitstisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (12) und die Unterschicht (14) durch eine Verbindungs­ schicht (24) in der Form einer doppelseitigen Klebefolie, insbesondere mit Textileinlage verbunden sind.