EP0159977A2 - Flüssigstrahlschneideinrichtung - Google Patents

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EP0159977A2
EP0159977A2 EP85890097A EP85890097A EP0159977A2 EP 0159977 A2 EP0159977 A2 EP 0159977A2 EP 85890097 A EP85890097 A EP 85890097A EP 85890097 A EP85890097 A EP 85890097A EP 0159977 A2 EP0159977 A2 EP 0159977A2
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jet
medium
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liquid
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Franz Windisch
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Boehler GmbH
Schoeller Bleckmann GmbH
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
Boehler GmbH
Schoeller Bleckmann GmbH
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    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/08—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
    • B05B12/085—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to flow or pressure of liquid or other fluent material to be discharged
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T83/04—Processes
    • Y10T83/0591—Cutting by direct application of fluent pressure to work
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    • Y10T83/00—Cutting
    • Y10T83/364—By fluid blast and/or suction

Definitions

  • the invention relates to a liquid jet cutting device with a cutting head which can be supplied by means of a high pressure device via feeds with liquid medium at high pressure, with a housing and jet outlet opening and at least one organ for regulating the supply of the liquid medium to the outlet opening.
  • Such cutting devices have been in use in various designs for cutting a wide variety of materials for a long time.
  • the aim is to automate the cutting process, e.g. program-controlled coordinate guidance of the nozzle can take place over a good arranged on a cutting table.
  • Such automatic devices are 'of interest not only for objects with a complicated contour, but in particular also when e.g. a large number of similar elements, e.g. Smaller ring-shaped elements or the like are to be cut sequentially from a sheet of material.
  • the task was to create a facility that is as simple and safe as possible, in which the slightest changes in the cutting beam automatically result in a warning for the maintenance personnel and / or an interruption of the medium delivery to the cutting head.
  • the invention thus relates to a liquid jet cutting device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that a gas space, preferably surrounded by a wall of a channel which is not touched by the medium jet, is arranged immediately downstream of the outlet opening and is penetrated by the medium jet, preferably via a pressure transmission line ,
  • a pressure sensor is connected to an encoder that can be set to a desired pressure threshold value, which in turn is connected to a warning device that can be actuated when the set pressure threshold value is reached or fallen below or exceeded, and / or actuating device for actuating the organ for regulating to block or switch off the
  • the supply of the medium to the jet outlet opening is operatively connected, mostly from the gas, preferably defined by a channel wall, through which the medium jet passes Airspace, for example a line, which in a simple embodiment can be connected, for example, to a mercury U-tube manometer, the poles of a circuit having a power supply being arranged, for example, in the leg with negative pressure, the
  • the pressure measurement sensor connected to the gas chamber close to the jet is arranged in the wall of the jet outlet channel itself.
  • Piezocrystals, membranes, strain gauges or the like may be mentioned as examples.
  • the advantage of such an embodiment is that practically only flexible electrical lines leave the cutting head which practically do not interfere.
  • the gas space traversed by the medium jet is preferably connected via an opening in the wall of the channel and via a pressure transmission line to a pressure sensor with a membrane-controlled switch.
  • the measuring tool is a membrane, the reaction of which to a specific setpoint can be set. If the setpoint is reached when the pressure changes, for example by falling below or exceeding it, the membrane will act connected microswitch opened and closed and thus a circuit for an actuator of a shut-off element in the medium supply system or a shut-off element of the high pressure apparatus, the switching point being changeable with an adjusting screw on the sensor. In this way, commercially available pressure switches can be set to the respective outlet opening cross-section, medium pressure and the medium composition used in each case.
  • the cutting head needs as little space as possible and a commercially available pressure switch is still used, it is convenient to place the transfer line inside the head, e.g. the nozzle holder is angled, i.e. as is preferred in the simplest case, at first approximately perpendicular to the beam direction, and then still inside the head, housing or the like, essentially parallel to it. This can be an advantage e.g. then be when the outlet end of the cutting head has its own drive device for exact traversing of contours.
  • liquid medium is brought to a pressure of up to several kbar and via line 87, 71 with flow control element 7, for example by means of a not shown, e.g. program-controlled servomotors supplied with cutting contours that can be guided by the cutting contour, the area of which has the outlet opening for the bundled cutting beam 21 is shown enlarged in the figure.
  • the liquid medium 2 under high pressure enters the. Interior 11 of a housing 10, which is closed at the bottom by means of a nut 12 which is screwed to housing 10 and a holder 12 held by it and having the nozzle outlet opening 13.
  • a nozzle-coaxial jet discharge channel 15 is arranged in the holder 12, with the wall 151 of which the cutting jet 21 pressed through the opening 13 does not come into contact and leaves an annular gas space 18 free.
  • a transfer line 16 branches off from the channel 15 from the opening 152, preferably approximately at a right angle. This line 16 then runs outwards through a sleeve 17 and further via a preferably flexible guide, e.g. through a pressure-resistant hose 19 and opens into a vacuum sensor 3 with membrane 31 and pressure threshold value adjustment screw 32.
  • the membrane 31 of sensor 3 is connected to a switch 4 as a transmitter.
  • Actuator supplying, a current source 51 circuit 5 current flow switched on and thus the actuator 6 controlled to actuate the shut-off element 7, which e.g. can be a three-way valve, so that the pressure medium can then be circulated via an interrupted return line 78 until the nozzle or the like has been replaced.
  • a current source 51 circuit 5 current flow switched on and thus the actuator 6 controlled to actuate the shut-off element 7, which e.g. can be a three-way valve, so that the pressure medium can then be circulated via an interrupted return line 78 until the nozzle or the like has been replaced.
  • a broken line indicates in the figure how line 5 'is led to a switch 81 of the high-pressure apparatus, with which the switch itself is switched off in order to interrupt the cutting beam in the event of its change, and furthermore an angular guidance of the transfer line with a branch parallel to the beam 16 'indicated in the holder 12 of the cutting head 1, which can simplify manipulation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigstrahlschneideinrichtung mit mittels Hochdruckeinrichtung über Zuführungen mit flüssigem Medium (2) hohen Drucks versorgbarem Schneidkopf (1) mit Gehäuse (10) und Strahl-Austrittsöffnung (13) und mindestens einem Organ zur Regelung der Zufuhr des flüssigen Mediums (2) zur Austrittsöffnung (13), wobei mit einem von einer vorzugsweise vom Mediumsstrahl (21) nicht berührten Wandung (151) eines Kanals (15) umschlossenen, vorzugsweise unmittelbar, stromabwärts der Austrittsöffnung (13) angeordneten, vom Mediumsstrahl (21) durchsetzten Gasraum (18), vorzugsweise über eine Druckübertragungsleitung (16), ein Drucksensor (3) mit auf einen gewünschten Druckschwellenwert einstellbarem Geber (4) in Verbindung steht, der seinerseits mit einer bei Erreichen bzw. Unter- oder Überschreiten des eingestellten Druckschwellenwertes betätigbaren Warneinrichtung und/oder Stelleinrichtung (6) zur Betätigung des Organes (7, 81) zur Regelung, vorzugsweise zum Sperren bzw. Abschalten der Zufuhr des Mediums (2) zur Strahlaustrittsöffnung (13) wirkverbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flüssigstrahlschneideinrichtung mit mittels Hochdruckeinrichtung über Zuführungen mit flüssigem Medium hohen Drucks versorgbarem Schneidkopf mit Gehäuse und Strahl-Austrittsöffnung und mindestens einem Organ zur Regelung der Zufuhr des flüssigen Mediums zur Austrittsöffnung.
  • Derartige Schneideinrichtungen sind seit längerer Zeit in verschiedenen Ausführungen zum Schneiden verschiedenster Materialien in Gebrauch. Um ihre hohe Arbeitsgeschwindigkeit optimal zu nutzen, besteht das Bestreben, den Schneidvorgang zu automatisieren, wobei z.B. programmgesteuerte Koordinatenführung der Düse über einem auf einem Schneidtisch angeordneten Gut erfolgen kann. Derartige automatische Einrichtungen sind 'nicht nur für Gegenstände mit komplizierter Kontur, sondern insbesondere auch dann von Interesse, wenn z.B. eine große Zahl gleichartiger Elemente, wie z.B. kleinere ringförmige Elemente od. dgl., sequentiell aus einem Materialblatt zu schneiden sind.
  • Bei derartigen automatischen Anlagen ist in wesentlich höherem Maße als bei handgeführten Geräten das Bestreben gegeben, den Schneidstrahl durch automatische Abschaltung der Flüssigkeitsförderung zur Schneiddüse zu unterbrechen, wenn z.B. infolge Veränderung der Strahlaustrittsöffnung durch Verschleiß,deren teilweise Verlegung mit im Schneidmedium enthaltenen Mikro-Teilchen od. dgl. oder durch Änderungen bei der Zudosierung von Polymer zum Medium od. dgl., eine Veränderung der Geometrie bzw. der Eigenschaften des Schneidstrahles eintritt, wodurch die Qualität der Schneidkonturen der Produkte mitten im Schneidprozeß schlagartig absinkt. Um dadurch bedingten Produktionsausfall bzw. Ausschuß möglichst geringzuhalten, war die Aufgabe gestellt, eine möglichst einfache und sicher arbeitende Einrichtung zu schaffen, bei welcher bei geringsten Veränderungen im Schneidstrahl eine Warnung für das Wartungspersonal und/oder eine Unterbrechung der Mediumsförderung zum Schneidkopf automatisch erfolgt.
  • Es wurde gefunden, daß der die Düse verlassende Schneidstrahl im ihn unmittelbar umgebenden Gasraum nach dem Ejektor-Prinzip Gas-Unterdruck bewirkt, wobei die aufgebaute Druckdifferenz zum Umgebungs-Luftdruck selbst auf kleinste Änderungen in Struktur und/oder Zusammensetzung des Schneidstrahles empfindlich und äußerst rasch reagiert.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit eine Flüssigstrahlschneideinrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mit einem, vorzugsweise von einer vom Mediumsstrahl nicht berührten Wandung eines Kanales umschlossenen, vorzugsweise unmittelbar, stromabwärts der Austrittsöffnung angeordneten, vom Mediumsstrahl durchsetzten Gasraum, vorzugsweise über eine Druckübertragungsleitung,ein Drucksensor mit auf einen gewünschten Druckschwellenwert einstellbarem Geber in Verbindung steht, der seinerseits mit einer bei Erreichen bzw. Unter- oder Überschreiten des eingestellten Druck-Schwellenwertes betätigbaren Warneinrichtung" und/ oder Stelleinrichtung zur Betätigung des Organes zur Regelung zum Sperren bzw. Abschalten der Zufuhr des Mediums zur Strahlaustrittsöffnung wirkverbunden ist. Es geht von dem, vorzugsweise durch eine Kanalwandung definierten, vom Mediumsstrahl durchsetzten Gas-, meist Luftraum, beispielsweise eine Leitung aus, die in einer einfachen Ausführungsform, z.B. mit einem Quecksilber-U-Rohr-Manometer verbunden sein kann, wobei z.B. im Schenkel mit Unterdruck die Pole eines eine Stromversorgung aufweisenden Stromkreises angeordnet sind, der mit einem Betätigungsorgan für ein Absperrorgan für das Medium verbunden ist. Ändert sich bei Änderung des Strahles der Unterdruck, steigt das Quecksilber im Schenkel höher und bei Berührung mit den Polen erfolgt Stromfluß, der die Betätigung des Sperrorganes oder einer Abschalteinrichtung der Hochdrückapparatur bewirkt.
  • Insbesondere für Schneideinrichtungen mit geringem Freiraum im Bereich des Strahlaustrittes ist es vorteilhaft, wenn der mit dem strahlnahen Gasraum in Verbindung stehende Druckmeßsensor in der Wandung des Strahlaustritts-Kanals selbst angeordnet ist. Als Beispiele seien etwa Piezokristalle, Membranen, Dehn-Meßstreifen od. dgl. genannt. Vorteil einer solchen Ausführungsform ist, daß praktisch nur flexible elektrische Leitungen den Schneidkopf verlassen, die praktisch nicht stören.
  • Gemäß einer weiteren Variante kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß der vom Mediumsstrahl durchsetzte Gasraum vorzugsweise über eine Öffnung in der Wandung des Kanals und über eine Druckübertragungsleitung mit einer Druckmeßdose mit membrangesteuertem Schalter verbunden ist.
  • In diesem auch als Druckwächter bezeichneten Sensor ist das Meßwerkzeug eine Membrane, deren Reaktion auf einen bestimmten Sollwert einstellbar ist. Kommt es nun bei Druckänderungen zur Erreichung des Sollwertes z.B. durch Unter- oder Überschreitung, so wird ein mit der Membran verbundener Mikroschalter geöffnet bzw. geschlossen und damit ein Stromkreis für ein Stellorgan eines Absperrorganes im Mediumszuführungssystem oder eines Abschaltorgans der Hochdruckapparatur, wobei der Schaltpunkt mit einer Einstellschraube am Sensor veränderbar ist. Auf diese Weise lassen sich handelsübliche Druckwächter auf jeweiligen Austrittsöffnungsquerschnitt, Mediumsdruck und jeweils eingesetzte Mediumszusammensetzung einstellen. Es hat sich gezeigt, daß z.B. bei etwa 0,3 mm Schneid-Strahldurchmesser und einem Mediumsdruck von 3,5 kbar am Drucksensor Druckdifferenzen von etwa 0,06 bar und bei 0,12 mm Strahldurchmesser und 1 kbar Mediumsdruck immer noch etwa 0,003 bar Druckdifferenz auftreten. Bei kleinsten Veränderungen der Düse schnellt allerdings - wie gefunden wurde - diese Druckdifferenz relativ unabhängig von der Düsengröße auf Werte von über 0,1 bar hoch, sodaß eine eindeutige und sicher wirksame Regelgröße gegeben ist.
  • Soll der Schneidkopf möglichst wenig Platzbedarf aufweisen, und dennoch ein handelsüblicher Druckwächter Einsatz finden, ist es günstig, die Überführungsleitung innerhalb des Kopfes, z.B. der Düsenhalterung abgewinkelt, d.h. wie im einfachsten Fall bevorzugt, zuerst etwa senkrecht zur Strahlrichtung, und dann noch innerhalb des Kopfes, Gehäuses od. dgl. im wesentlichen parallel zu ihr zu führen. Von Vorteil kann dies z.B. dann sein, wenn das Austritts-Ende des Schneidkopfes eine eigene Antriebseinrichtung zum exakten Abfahren von Konturen aufweist.
  • Erwähnt sei noch, daß den Arten des Druck- bzw. Unterdrucksensors, des Gebers, sowie des Stell- und Sperr- bzw. Abschaltorganes praktisch keine Grenzen gesetzt sind. Anhand der Figur, die ein Schema einer bevorzugten Flüssigstrahlschneidanlage mit vergrößertem und teilgeschnittenem Schneidkopf zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.
  • In einer Hochdruckeinrichtung 8, z.B. Hochdruckpumpe, Druckverstärker od. dgl., wird flüssiges Medium auf einen Druck von bis zu mehreren kbar gebracht und über Leitung 87, 71 mit Durchflußregelorgan 7 einem beispielsweise mittels nicht gezeigten, z.B. programmgesteuerten Stellmotoren schneidkonturmäßig führbaren Schneidkopf 1 zugeführt, dessen die Austrittsöffnung für den gebündelten Schneidstrahl 21 aufweisender Bereich in der Figur vergrößert dargestellt ist. Das unter hohem Druck stehende flüssige Medium 2 gelangt in den. Innenraum 11 eines Gehäuses 10,der nach unten hin mittels Uberwurfmutterartig mit Gehäuse 10 verschraubter Halterung 12 und einem von ihr gehaltenen, die Strahlaustrittsöffnung 13 aufweisenden Düsenstein 14 abgeschlossen ist. Stromabwärts des Düsensteines 14 ist in der Halterung 12 ein düsenkoaxialer Strahl-Ablaufkanal 15 angeordnet, mit dessen Wandung 151 der durch Öffnung 13 gepreßte Schneidstrahl 21 nicht in Berührung kommt und einen ringförmigen Gasraum 18 freiläßt. Von dem Kanal 15 zweigt von Öffnung 152 eine Überführungsleitung 16, vorzugsweise etwa rechtwinkelig ab. Diese Leitung 16 verläuft nach außen hin dann durch eine Hülse 17 und weiter über eine vorzugsweise flexible Führung, z.B. durch einen druckfesten Schlauch 19 und mündet in einen Unterdrucksensor 3 mit Membran 31 und Druck-Schwellenwert-Einstellschraube 32. Die Membran 31 von Sensor 3 ist mit einem Schalter 4 als Geber verbunden. Bei Erreichen des Schwellenwertes, z.B. wenn die Druckdifferenz infolge Geometrieänderung des Schneidstrahles stark ansteigt oder, z.B. bei Druckabfall oder Mediumszusammensetzung,abfällt, wird im ein Stellorgan 6, z.B.
  • Stellmotor versorgenden, eine Stromquelle 51 aufweisenden Stromkreis 5 Stromfluß eingeschaltet und damit das Stellorgan 6 zur Betätigung des Absperrorganes 7 gesteuert, das z.B. ein Dreiwegventil sein kann, sodaß dann das Druckmedium solange über eine unterbrochen angedeutete Rückführleitung 78 im Kreislauf geführt werden kann, bis Auswechseln der Düse od. dgl. erfolgt ist.
  • In unterbrochener Linie angedeutet ist in der Figur, wie Leitung 5'zu einem Schalter 81 der Hochdruck-Apparatur geführt ist, mit welchem diese selbst zum Unterbrechen des Schneidstrahles im Falle von dessen Veränderung abgeschaltet wird und weiters ist eine winkelige Führung der Uberführungsleitung mit strahlparallelem Ast 16' in der Halterung 12 des Schneidkopfes 1 angedeutet, die Manipulationsvereinfachungen mit sich bringen kann.
  • Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen, einfach gebauten Einrichtung ein hohes Maß an Fertigungssicherheit und Ausschußminimierung bei Flüssigstrahlschneidanlagen zu erreichen ist.

Claims (5)

1. Flüssigstrahlschneideinrichtung mit mittels Hochdruckeinrichtung über Zuführungen mit flüssigem Medium (2) hohen Drucks versorgbare-m-Schneidkopf (1) mit Gehäuse (10) und Strahl- Austrittsöffnung (13) und mindestens einem Organ zur Regelung der Zufuhr des flüssigen Mediums (2) zur Austrittsöffnung (13) dadurch gekennzeichnet, daß mit einem von einer vorzugsweise vom Mediumsstrahl (21) nicht berührten Wandung (151) eines Kanales (15) umschlossenen, vorzugsweise unmittelbar, stromabwärts der Austrittsöffnung (13) angeordneten, vom Mediumsstrahl (21) durchsetzten Gasraum (18), vorzugsweise über eine Druckübertragungsleitung (16) ein Drucksensor (3) mit auf einen gewünschten Druckschwellenwert einstellbarem Geber (4) in Verbindung steht, der seinerseits mit einer bei Erreichen bzw. Unter- oder Überschreiten des eingestellten Druckschwellenwertes betätigbaren Warneinrichtung und/oder Stelleinrichtung (6) zur Betätigung des Organes (7,81) zur Regelung, vorzugsweise zum Sperren bzw. Abschalten der Zufuhr des Mediums (2) zur Strahlaustrittsöffnung (13) wirkverbunden ist.
2. Flüssigstrahlschneideinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der bzw. im Bereich der Wandung (151) des stromabwärts der Austrittsöffnung (13) angeordneten Kanals (15) ein Drucksensor angeordnet ist.
3. Flüssigstrahlschneideinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung (151) des Kanales (15) eine Öffnung (152) angeordnet ist, die über eine im Schneidkopf (1) quer, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht, zur Mediumsstrahlrichtung verlaufende Leitung (16, 17, 19) mit einem Drucksensor (3) verbunden ist.
4. Flüssigstrahlschneideinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübertragungsleitung (16) im Schneidkopf (1) gewinkelt, mit im wesentlichen strahlrichtungsparallelem Ast (16') geführt ist.
5. Flüssigstrahlschneideinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Mediumsstrahl (21) durchsetzte Gasraum vorzugsweise über eine Öffnung (152) in der Wandung (151) des Kanals (15) und über eine Druckübertragungsleitung (16, 17, 19) mit einer Druckmeßdose (3) mit membrangesteuertem Schalter (4) verbunden ist.
EP85890097A 1984-04-25 1985-04-18 Flüssigstrahlschneideinrichtung Expired - Lifetime EP0159977B1 (de)

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EP0159977A3 EP0159977A3 (en) 1988-06-01
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