EP0873220B1 - Modularer abrasivmittelwasserstrahl-schneidkopf - Google Patents

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EP0873220B1
EP0873220B1 EP97910259A EP97910259A EP0873220B1 EP 0873220 B1 EP0873220 B1 EP 0873220B1 EP 97910259 A EP97910259 A EP 97910259A EP 97910259 A EP97910259 A EP 97910259A EP 0873220 B1 EP0873220 B1 EP 0873220B1
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water jet
cutting head
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modular
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Ulrich Günther
Lutz Lemmin
Rainer Strehle
Harry Thonig
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Trumpf Sachsen GmbH
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TRUMPH Sachsen GmbH
Trumpf Sachsen GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/005—Vibratory devices, e.g. for generating abrasive blasts by ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04—Nozzles therefor

Definitions

  • the invention relates to a modular abrasive water jet cutting head with targeted addition of abrasive (see e.g. DE-A-4 313 704).
  • the cutting jet is covered with a water jacket (DE-OS 4005691).
  • the focusing nozzle is funnel-shaped to expand on the inlet side (EP 110529).
  • OS-DE 3516103 is a uniform with abrasive particles loaded cutting beam condition for a clean, uniform cut.
  • An asymmetrically loaded mixed jet can be an uneven one Cut and one-sided wear of the focusing nozzle cause.
  • Purpose and object of the invention is to the surface of the Cutting jet in the respective cutting direction abrasive particles to reduce cutting performance increase the use of abrasives.
  • the object is characterized by the characteristic features of the 1st claim solved.
  • Advantageous designs the invention are the subject of the dependent claims.
  • the angle of rotation for the cutting head is reduced or the cutting head is rigidly fastened become.
  • the modular abrasive water jet cutting head there is an adjustment element with which individually and / or completely to ensure the alignment of the beam guiding elements and thus to ensure a collimation of the beam-forming Head components an adjustment of these parts takes place.
  • a modular cutting head 1 is attached to a collimation tube 2 a high pressure connection 3 connected. Before the end of the collimation tube 2 is a nozzle block 4. Starting from nozzle block 4 runs through the entire modular cutting head 1 whose central axis 5 is a central channel 6. The modular cutting head 1 is encased by a housing 7, which with a focusing nozzle holder 8 is completed. The 9 screws modular cutting head 1 supported.
  • the one with a widening 11 metering insert 12th contains.
  • the dosing insert 12 positioned in the mixing chamber 10. Opens into the mixing chamber 10 an abrasive feed line on the side 14. Before the abrasive feed line 14 is the widening 11.
  • To the mixing chamber 10 closes in the axial direction of the modular cutting head 1 a focusing nozzle 15 held by the focusing nozzle holder 8 on.
  • a high-speed water jet generated by the nozzle block 4 16 flows in the axial direction along the central axis 5 the modular cutting head 1 in the central channel 6.
  • the dosing insert 12 is on a jacket section of the high-speed water jet 16 applied a trace of abrasive.
  • the modular Cutting head 1 is rotated during cutting so that the Focusing nozzle 15 always the trace of the abrasive on the in Cutting direction of the side of the high-speed water jet 16 exits.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen modularen Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf mit gezielter Abrasivmittelzugabe (siehe z.B. DE-A-4 313 704).
Es ist bekannt, in den Schneidwasserstrahl ein Abrasivmittel wie Granate oder Korunde zu mischen, um die Schneidwirkung des Schneidwasserstrahls zu vergrößern. Dazu wird das Abrasivmittel in einer Mischkammer, die von dem Wasserstrahl senkrecht durchströmt wird, dem Wasserstrahl von der Seite möglichst auf den gesamten Umfang gleichmäßig zugeführt (EP 221236).
Um Auskolkungen in der Mischkammer durch das Abrasivmittel zu vermeiden, ist es bekannt, diese durch abgelagertes Abrasivmittel zu schützen (DEOS 3844344), so daß das Abrasivmittel durch Spritzwasser in den Wasserstrahl gezielt und direkt hineingewaschen wird. Um dies zu verstärken, wird das Abrasivmittel beschleunigt unter einem spitzen Winkel (GM 9402936.9) und unter Druck (DE-OS 4005691) in die Mischkammer gegeben.
Um die Fokussierdüse vor der Wirkung des Abrasivmittels zu schützen, wird der Schneidstrahl mit einem Wassermantel umhüllt (DE-OS 4005691). Zur besseren Einmischung des Abrasivmittels in den Wasserstrahl ist es bekannt, die Fokussierdüse trichterförmig an der Einlaßseite zu erweitern (EP 110529).
Nach der OS-DE 3516103 ist ein gleichmäßig mit abrasiven Partikeln befrachteter Schneidstrahl Bedingung für einen sauberen, gleichmäßigen Schnitt. Bei der einseitig.ungleichmäßigen Verteilung der Partikel in der Mischkammer und der somit ungezielten Partikelzufuhr zum Umfang des die Mischkammer zentral durchströmenden Wasserstrahls der vorher beschriebenen Schneidköpfe ergibt sich kein gleichförmiger Partikelstrahl, wie er erwünscht ist. Ein asymmetrisch befrachteter Mischstrahl kann einen ungleichmäßigen Schnitt und einen einseitigen Verschleiß der Fokussierdüse bewirken.
Genaue Untersuchungen haben ergeben, daß nur die an der Oberfläche in Schnittrichtung des Mischstrahles befindlichen Abrasivpartikel eine Schnittleistung bringen. Die im Inneren des Schneidstrahles oder an der der Schnittrichtung abgekehrten Seite des Strahles befindlichen Abrasivpartikel bringen keine Schnittleistung.
Zweck und Aufgabe der Erfindung ist es, auf die Oberfläche des Schneidstrahles in der jeweiligen Schnittrichtung Abrasivpartikel aufzubringen, um damit die Schnittleistung bei Verringerung des Abrasivmitteleinsatzes zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erkenntnis, daß nur die an der Oberfläche des Schneidstrahls in der Schnittrichtung befindlichen abrasiven Partikel wirksam werden, führt dazu, daß die bisher bekannte Mischkammer mit einem Dosiereinsatz gefüllt ist, dessen Bohrung der Durchlauf des Schneidstrahls ist, an den sich eine Aufweitung seitlich anschmiegt. Von dieser Aufweitung aus werden bei einem Verhältnis des Durchmessers der Abrasivpartikel zu dem des Schneidstrahl von etwa 1 : 4 auf die Oberfläche des Schneidstrahles in einer Spur von 30° bis 60° Breite Abrasivpartikel aufgebracht. Durch eine entsprechend den Schneidparametern gesteuerte Drehung des Schneidkopfes oder des Dosiereinsatzes um die Achse des Schneidstrahles erfolgt der Austritt der mit Abrasivmittel belegten Spur aus der Fokussierdüse an der zur Schnittrichtung stehenden Seite des Schneidstrahls. Durch Verwendung eines Dosiereinsatzes mit mehreren gleichmäßig um den Schneidstrahl verteilten Aufweitungen zur Zuführung der Abrasivpartikel, von denen jeweils nur die ungefähr in Schnittrichtung befindliche/n Aufweitung/en mit Abrasivpartikeln beschickt ist/sind, kann der Drehwinkel für den Schneidkopf verringert bzw. der Schneidkopf starr befestigt werden. In dem modularen Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf befindet sich ein Justierelement, mit dem einzeln und/oder komplett zur Sicherung der Fluchtung der strahlführenden Elemente und damit zur Sicherung einer Kollimination der strahlbildenden Kopfkomponenten eine Justage dieser Teile erfolgt.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in
Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen modularen Schneidkopf im Prinzip
Fig. 2
einen Dosiereinsatz im Längsschnitt
Fig. 3
einen Dosiereinsatz im Querschnitt
Ein modularer Schneidkopf 1 ist an einem Kollimationsrohr 2 mit einem Hochdruckanschluß 3 angeschlossen. Vor dem Ende des Kollimationsrohrs 2 steht ein Düsenstein 4. Von Düsenstein 4 ausgehend durchläuft den gesamten modularen Schneidkopf 1 entlang dessen Mittelachse 5 ein Zentralkanal 6. Der modulare Schneidkopf 1 wird von einem Gehäuse 7 ummantelt, das mit einem Fokussierdüsenhalter 8 abgeschlossen ist. Durch Schrauben 9 wird der modulare Schneidkopf 1 gehaltert.
Im Innenraum des Gehäuses 7 befindet sich eine Mischkammer 10, die einen mit einer Aufweitung 11 versehenen Dosiereinsatz 12 enthält. Mit einer Distanzscheibe 13 wird der Dosiereinsatz 12 in der Mischkammer 10 positioniert. In die Mischkammer 10 mündet seitlich eine Abrasivmittelzuleitung 14. Vor der Abrasivmittelzuleitung 14 befindet sich die Aufweitung 11. An die Mischkammer 10 schließt sich in Achsrichtung des modularen Schneidkopfs 1 eine von dem Fokussierdüsenhalter 8 gehaltene Fokussierdüse 15 an. Ein von dem Düsenstein 4 erzeugter Hochgeschwindigkeitswasserstrahl 16 durchströmt in Achsrichtung entlang der Mittelachse 5 den modularen Schneidkopf 1 im Zentralkanal 6. Im Dosiereinsatz 12 wird auf einen Mantelausschnitt des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls 16 eine Spur Abrasivmittel aufgebracht. Dazu befindet sich eine Bohrung 18 in der Mitte des Dosiereinsatz 12, der mittels einer Nut 17 fixiert ist. Die Bohrung 18 hat einen ungefähr der Stärke des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls 16 entsprechendem Durchmesser. Die Wandung der Bohrung 18 ist durch die Aufweitung 11 aufgeschnitten. Das Abrasivmittel wird nur auf dem vor der Aufweitung 11 befindlichen Mantelausschnitts des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls 16 aufgebracht. Der modulare Schneidkopf 1 wird beim Schneiden so gedreht, daß am Ausgang der Fokussierdüse 15 die Spur des Abrasivmittels stets auf der in Schnittrichtung befindlichen Seite des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls 16 austritt.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:
1
Schneidkopf
2
Kollimationsrohr
3
Hochdruckanschluß
4
Düsenstein
5
Mittelachse
6
Zentralkanal
7
Gehäuse
8
Fokussierdüsenhalter
9
Schraube
10
Mischkammer
11
Aufweitung
12
Dosiereinsatz
13
Distanzscheibe
14
Abrasivmittelzuleitung
15
Fokussierdüse
16
Hochgeschindigkeitswasserstrahl
17
Nut
18
Bohrung

Claims (10)

  1. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) mit einen Hochgeschwindigkeitswasserstrahl (16) abgebender Düse (4), vom Hochgeschwindigkeitswasserstrahl (16) durchlaufener Mischkammer (10), Abrasivmittelzuleitung (14) und den Ausgang der Mischkammer (10) bildender Fokussierdüse (15), dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Mischkammer (10) ein Dosiereinsatz (12) mit einer Bohrung (18) zur Aufnahme des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) befindet, dessen Bohrung (18) seitlich eine Aufweitung (11) hat, die sich an den Durchlauf des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) anschmiegt und von der aus eine an der Fokussierdüse (15) auf der in Schnittrichtung befindlichen Seite des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) austretende Spur von Abrasivmittel auf die Mantelfläche des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) gegeben wird.
  2. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung (11) zu einem Schlitz verengt ist, der nur wenig breiter als der Durchmesser der stärksten Abrasivmittelpartikel ist.
  3. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkopf (1) um die Achse des Hochgeschwindigkeitswasserstrahles (16) drehbar ist.
  4. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiereinsatz (12) um die Achse des Hochgeschwindigkeitswasserstrahles (16) drehbar ist.
  5. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiereinsatz (12) um den Durchlauf des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) verteilt mehrere Aufweitungen (11) hat, von denen nur jeweils eine gesteuert mit Abrasivmittel beschickt ist.
  6. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dosiereinsatz (12) alternativ nur eine ungefähr in schnittrichtung befindliche Aufweitung (11) gesteuert geöffnet ist.
  7. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf(1) nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dosiereinsatz (12) mehrere ungefähr in Schnittrichtung befindliche Aufweitungen einzeln in Folge oder gleichzeitig geöffnet sind.
  8. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Dosiereinsatz (12) eine Vibrationsquelle angeschlossen ist.
  9. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Fokussierdüse (15) eine mit der Aufweitung (11) in dem Dosiereinsatz (12) korespondierende Führungsnut befindet.
  10. Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Justierelement zur Fluchtung der strahlführenden Elemente enthält.
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