EP1522391B1 - Werkzeugmaschine sowie Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Wasserstrahl - Google Patents

Werkzeugmaschine sowie Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Wasserstrahl Download PDF

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EP1522391B1
EP1522391B1 EP03405724A EP03405724A EP1522391B1 EP 1522391 B1 EP1522391 B1 EP 1522391B1 EP 03405724 A EP03405724 A EP 03405724A EP 03405724 A EP03405724 A EP 03405724A EP 1522391 B1 EP1522391 B1 EP 1522391B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
water basin
machine tool
workpieces
side wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03405724A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1522391A1 (de
Inventor
Daniel Marti
Marcel Kolb
Stefan Sanson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bystronic Laser AG
Original Assignee
Bystronic Laser AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bystronic Laser AG filed Critical Bystronic Laser AG
Priority to ES03405724T priority Critical patent/ES2282591T3/es
Priority to AT03405724T priority patent/ATE355158T1/de
Priority to EP03405724A priority patent/EP1522391B1/de
Priority to DE50306672T priority patent/DE50306672D1/de
Priority to US10/830,417 priority patent/US7121918B2/en
Publication of EP1522391A1 publication Critical patent/EP1522391A1/de
Application granted granted Critical
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
    • B24C3/18—Abrasive blasting machines or devices; Plants essentially provided with means for moving workpieces into different working positions
    • 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
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/06—Arrangements for feeding or delivering work of other than sheet, web, or filamentary form
    • B26D7/0616—Arrangements for feeding or delivering work of other than sheet, web, or filamentary form by carriages, e.g. for slicing machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • 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
    • B26F3/008—Energy dissipating devices therefor, e.g. catchers; Supporting beds therefor

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool according to the preamble of claim 1 and a method according to claim 9.
  • CNC machines with high pressure water jet machining especially water jet cutting systems with one or more nozzles, are well known.
  • a brochure (BYJET, undated) from Bystronic Laser AG, CH-3362 Niederönz shows a universal cutting system suitable for pure water jet cutting and abrasive jet cutting.
  • a CNC-controlled so-called cutting carriage which can be moved over a water basin, carries one or more cutting heads, which are fed by high-pressure pumps with a rated power of up to 4,000 bar.
  • the cutting medium pure water or abrasive water jet
  • expansion tanks are provided which allow a level control of the water bed and in particular when loading and unloading of the cutting grid or grating come into operation.
  • Water jet machining is increasingly used in mass production, this has advantages over the laser processing, but in contrast to this the processing point no structural changes.
  • Various materials, such as natural and natural materials, food, etc. also bear no or only a small thermal load, so that some benefits, such as performance and precision in laser processing, often not come into play.
  • the machine tool should not occupy any additional space despite easier loading and a simplified unloading, i. the space intended for the preparation of loading and unloading should be usable and easily accessible.
  • the workpieces to be processed should be positionable with existing and / or commercially available feed stations and the machined parts in the simplest way transportable and / or directly available for use.
  • the liftable or hinged side wall mentioned in claim 1 is advantageously an end wall with a closable rectangular opening (bulkhead). This opening is dimensioned such that a frame with workpiece support and workpieces thereon easily manually or by a known linear drive in the water basin and is pushed out.
  • the preparatory work on the workpieces are outsourced from the actual machine and can be conveniently, accessible from all sides, on a charging station, also called shuttle table done.
  • the operating method according to claim 9 is characterized by its simple and easy to control process. It is based on a known water jet processing machine, the cutting heads are horizontally controllable in the X, Y direction and comply with the workpiece in the Z direction either a constant distance or are also CNC-controlled.
  • expansion tank allows a space-saving arrangement for adjusting the water level in the pool.
  • the "expelling" of the water from an intermediate container into the water basin described in claim 10 can be operated very quickly and economically; Commercially available level switches actuate a compressor, which serves as a compressed air source. Once the compressor is switched off, the water flows back into the intermediate container; it turns there again the level N3.
  • the cleaning method according to claim 11 is very economical and environmentally friendly.
  • the rinsed and / or blown off water flows back into the water basin; as well as the possibly used solid particles, so that both components are recirculated.
  • Stacked frames possibly reaching down to the basement, can guarantee automated operation. The only important thing is that the height for retracting and extending the frame is reproducibly approached. See claim 12.
  • the loading and unloading of the workpieces per se can be done by conventional means.
  • the individual frames are stacked, the machine tool stacked outstanding, so that in each case the lowest frame is retracted into the pool.
  • the finished parts will be on the same, beyond the charging station Horizontal plane away before the next frame is lowered to the same height and retracted into the pool.
  • FIG. 1 designates a cutting system for selectively pure-water jet cutting or water abrasive cutting.
  • a charging station 2 also called a change table
  • a cooling unit 3 with not shown insulated piping is used for cooling the sensitive components of the system 1, in particular the high-pressure pumping system 4 next to it.
  • a working pressure of up to 4,000 bar prevails. These lines 6 are to a so-called cutting bridge 5, see. Fig. 2, guided and there provide cutting heads S1 and S2 with pressurized water.
  • the cutting bridge 5 is constructed in a known manner over a water basin 9, over the length of which is linearly movable. Behind the pool 9 are electrical cabinets 11, which also contain the computer for the CNC control in addition to the power supply for all control and auxiliary equipment.
  • the basin 9 is preceded by an operating station 16 which is mounted on a height-adjustable stand 15 and also has a screen.
  • Fig. 1 can be seen also a base frame 2 'of the charging station 2 and lifting devices 14b and a discharge neck 7 for solid particles used.
  • the plan view Fig. 2 additionally shows a mobile sand bunker 12, which contains the clean solid particles necessary for AbrasivMB.
  • a fixed high pressure line is designated 18 and electrical channels are designated 19 and 20.
  • a collecting container 8 for the sludge containing the solid particles Aligned on the front side and to the central axis of the water basin 9 is a collecting container 8 for the sludge containing the solid particles, which is fed via a known scraping conveyor and via the discharge neck 7.
  • the water basin itself is bordered by a base frame 9 '.
  • Above the water surface - designated H 2 O - is a support 10 for workpieces W1.
  • a hinged side wall 22 is indicated with associated lifting pivot cylinders.
  • the charging station 2 has, adjacent to the cutting unit 1 a chain drive 21 (geared motor with sprockets).
  • the same to the cutting unit 1 supports 10 extend - as in this - over the entire surface and are in the form of itself also known Rost slats. Placed on these grate slats are intended for processing provided workpieces W0 and depending on the subject also clamped.
  • the actual changing table of the charging station 2 opposite each three lifting devices 14a and 14b are mounted, which in turn are coupled by three mechanical connection 14 'with each other.- This is symbolized by a dashed line.
  • the cylinders of the lifting devices 14a and 14b are hydraulically coupled, so that the frames of the supports 10 are height-adjustable in absolute parallel.
  • FIG. 3 shows the interior of the water basin 9 of the machine 1 with its associated equalizing tanks 34, which are separated from them by walls 33; Plotted are three water levels N1 to N3.
  • the cutting bridge 5 Mounted on the base frame 9 'is the cutting bridge 5 with its known components such as compensating cylinder 26, individually controllable cutting heads S1 and S2 a conduit 28 for power and signal supply of the cutting bridge 5 and a likewise conventional bellows 27.
  • the compensating cylinder 26 serve, as well is known, the weight balance in the Z direction.
  • Slide rails 100 are indicated in the water basin 9, above its highest level N1, on the edge side on mutually opposite fixed side walls 35. Also marked are cutting nozzles 29 with notorious knownnaturenabtastitch 30, shown here in working position.
  • a compressed air source a commercial so-called side channel blower 101 is set up (Ernstrelymann & Co. AG, CH-8010 Zurich: Two-flow side channel blower type DORA SAP 300).
  • Arranged by arrows are outgoing feed lines N and R.
  • the line N is led to a connection 31 of an air feed 31 '.
  • the compressed air emerging from the feed 31 ' increases the air cushion present in the expansion tank, as a result of which the water present here flows via riser pipes 32 in the direction of the arrow over the cover 32' into the water basin 9. This makes it easy to set the water level to the preselected level N1 with the interposition of throttle valves.
  • the cover 32 ' serves as mud protection and has only lower slots for the flow of water; see arrows.
  • the pressure source 101 is turned off, whereby the water flows back and finally adjust the levels N2 and N3. During this time, the pressure source can be switched and guided via the second line R to a later to be discussed cleaning station.
  • FIG. 4 shows in the center the charging station 2, which feeds the workpieces W0 to be processed via vacuum bells 62 through a pivoting lifter 60 with gripper 61. Obvious here are the chain drive 21, the base frame 2 ', guide rollers 43 and side cheeks 48. Also visible are bottom plates 17, which allow an adjustment of the working height of the machine tool 1.
  • rollers 43 are rotatably supported by a roller support 45 on the base frame 2.
  • a roller support 45 On the rollers 43 engages a profiled.Gleitschiene 46 which carries a first side cheeks 47 a frame 42, 42 ', are mounted in which grate bars, which serve as a support 10.
  • the support 10 the grate slats, consists of a frame 38 with hinged wings 36 and projecting cams 37.
  • the actual support is a reinforced rubber lip 39, which is replaceably inserted into the frame 38.
  • FIG. 6 shows, in simplified form, the end region of the water basin 9: Here again, rollers 43 and the frame 42 running thereon are shown, as well as lower guide rails 44. Above the water basin 9, a cleaning station 40 is installed at the end, which contains water nozzles 41 and air nozzles 50.
  • the water nozzles 41 are connected to the fresh water; they are actuated during the retraction of the frame 42 and rinse abrasive material and / or Maschinen Industriesabtragonne from the finished parts.
  • the air nozzles 50 are fed by the pressure source 101 and additionally dry the parts.
  • the effluent from the parts of water falls into the pool 9 back.
  • Figures 7a to 7c show details for extending and retracting the frame 42 with its supports. Visible here is the first side cheek 47 with rollers 43 and an angled push rod 51, which acts according to FIGS. 7b and 7c via a recess 52 on a driving pin 54.
  • This driving pin 54 is mounted on a chain link 55, which in turn runs over sprockets 53.
  • the chain links 55 form an endless chain, is guided over the drive 21, see. Fig. 2.
  • the chain drive 21 moves the frame 42 with its supports in the water basin 9, Fig. 2 and can lead out by switching the direction of rotation of the drive 21 again, in the position shown in Fig. 7a and 7b.
  • FIG. 8 shows the closing mechanism of the hinged side wall 22 and is constructed in the manner of a "bulkhead".
  • the water basin 9 is frontally closed by the side wall 22 (Pos. 1), which has a bearing point 22a in its upper region and the part 22 '- a flap - can tilt by 90 °.
  • the drive is a hydraulic cylinder 57 which is rotatably supported at the end at a lower hinge point 58 and with its push rod (via a hinge pin) at an angle 22 "of the flap 22 'engages.
  • the subject invention is also suitable for multi-axis and other machining operations.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach Anspruch 9.
  • CNC-Maschinen mit Hochdruck-Wassertrahlbearbeitung, insbesondere Wasserstrahl-Schneidsysteme mit einer oder mehreren Düsen sind allgemein bekannt. So zeigt beispielsweise ein Prospekt (BYJET, undatiert) der Firma Bystronic Laser AG, CH-3362 Niederönz eine universelle Schneidanlage, geeignet zum Reinwasserstrahlschneiden und zum Abrasivstrahlschneiden. Ein über einem Wasserbecken verfahrbarer, CNCgesteuerter sogenannter Schneidwagen trägt eine oder mehrere Schneidköpfe, welche durch Hochdruckpumpen mit bis zu 4000 bar Nennleistung gespeist sind. Je nach Schneidmittel (Reinwasser- oder Abrasiv-Wasserstrahl) wird über der Wasseroberfläche oder unter der Wasseroberfläche geschnitten. Hierzu sind Ausgleichsbehälter vorgesehen, welche eine Niveauregulierung des Wasserbettes erlauben und insbesondere beim Be- und Entladen des Schneidrostes oder -Gitters in Funktion treten.
  • Nachteilig an dieser bekannten Maschine ist vor allem, dass während des Be- und Entladens beträchtliche Stillstandszeiten entstehen, welche die Gesamtleistung des Systems massiv beeinträchtigen.
  • Wasserstrahlbearbeitung wird in zunehmendem Masse auch in der Massenfertigung eingesetzt, hat diese gegenüber der Laserbearbeitung Vorteile, treten doch im Gegensatz hierzu an der Bearbeitungsstelle keine Gefügeveränderungen auf. Diverse Materialien, wie Kunst- und Naturstoffe, Nahrungsmittel etc. ertragen zudem keine oder nur eine geringe thermische Belastung, so dass einige Vorteile, wie Leistungsfähigkeit und Präzision bei der Laserbearbeitung, oft gar nicht zum Tragen kommen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine universelle Werkzeugmaschine zur Wasserstrahlbearbeitung zu schaffen, welche eine Leistungssteigerung gegenüber den bisher eingesetzten Maschinen erlaubt. Von besonderer Bedeutung ist es dabei die Stillstandszeiten der Maschine zu reduzieren. Die Werkzeugmaschine soll trotz erleichterter Beschickung und eines vereinfachten Entladens keinen zusätzlichen Raum beanspruchen d.h. der für die Vorbereitung des Be- und Entladens vorgesehene Raum soll nutzbar und leicht zugänglich sein. Die zu bearbeitenden Werkstücke sollen mit bestehenden und/oder handelsüblichen Zuführstationen positionierbar sein und die bearbeiteten Teile in einfachster Weise transportierbar und/oder direkt einsetzbar zur Verfügung stehen.
  • Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Das entsprechende Verfahren ist in Anspruch 9 charakterisiert.
  • Die im Anspruch 1 genannte abhebbare oder abklappbare Seitenwand ist vorteilhafterweise eine Stirnwand mit einer verschliessbaren reckteckförmigen Öffnung (Schott). Diese Öffnung ist derart dimensioniert, dass ein Rahmen mit Werkstück-Auflager und darauf befindlichen Werkstücken problemlos manuell oder durch einen an sich bekannten Linearantrieb in das Wasserbecken ein- und ausschiebbar ist.
  • Dadurch können ganze bearbeitete Chargen (Bearbeitungseinheiten) in weniger als zwei Minuten entnommen und unbearbeitete Chargen wieder in die Maschine geladen werden. Die Stillstandszeiten der Werkzeugmaschine sind somit um ein Vielfaches kürzer als beispielsweise bei einem Beladen und Entladen vor Ort oder bei einem Einsatz von Hebezeug zum Abheben und Auflegen des Rahmens im Wasserbecken. Ein weiterer Vorteil besteht im geringen Raumbedarf des Ganzen und in der guten Zugänglichkeit bei der Beschickung und Positionierung der Werkstücke.
  • Die Vorbereitungsarbeiten an den Werkstücken, wie Plazieren und Justieren auf den Auflagern sind aus der eigentlichen Maschine ausgelagert und können bequem, von allen Seiten zugänglich, auf einer Ladestation, auch Wechseltisch genannt, erfolgen.
  • Das Betriebsverfahren nach Anspruch 9 zeichnet sich durch seinen einfachen und leicht zu steuernden Ablauf aus. Es geht von einer an sich bekannten Wasserstrahl-Bearbeitungsmaschine aus, deren Schneidköpfe horizontal in X,Y-Richtung steuerbar sind und zum Werkstück in Z-Richtung entweder einen konstanten Abstand einhalten oder ebenfalls CNC-gesteuert sind.
  • In abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgenstands beschrieben.
  • Weitere Rahmen mit Auflagern (Anspruch 2) erlauben ein "Bunkern" von vorbereiteten Chargen in an sich beliebiger Menge. Zum Einfahren- und Ausfahren der Rahmen ist einzig eine Hubeinrichtung vorgesehen, welche den Rahmen mit den jeweils bearbeiteten Teilen auf der richtigen Höhe aufnimmt bzw. den Rahmen mit unbearbeiteten Werkstücken bereitstellt.
  • Ein nach Anspruch 3 untergebrachter Ausgleichsbehälter ermöglicht eine platzsparende Anordnung zur Einstellung des Wasserniveaus im Becken.
  • Besonders vorteilhaft zur Einstellung des Wasserniveaus ist der in Anspruch 4 genannte Seitenkanalverdichter, sind doch dessen Volumenstrom und Druckverlauf ideal zum Austreiben von Wasser aus dem Ausgleichsbehälter und damit zur Einstellung des höheren Niveaus im Wasserbecken geeignet.
  • Sehr effizient ist das Anbringen einer Reinigungsstation oberhalb der öffnungsfähigen Seitenwand, da damit die bearbeiteten Teile abspülbar sind und/oder getrocknet werden können, vgl. Anspruch 5 und Anspruch 6.- Dies ist besonders vorteilhaft im Falle abrasiver Bearbeitungsvorgänge, da bekanntlich die bearbeiteten Teile mit Feststoffpartikeln (Granatsand: Fe3Al2 (SiO4) 3; Olivin: (Mg,Fe)2[SiO4]) verunreinigt sind. Die Reinigungsstation erlaubt deren direkte Verwendung bzw. deren Abpacken ohne weitere Reinigungsvorgänge.
  • Der Einsatz der zur Einstellung des höheren Wasserniveaus genutzten Druckluftquelle zum Abblasen und Trocknen der bearbeiteten Teile ist sehr wirtschaftlich, ist doch diese Quelle bei geöffneter Seitenwand nicht genutzt, so dass der dort generierte Luftstrom auf die in Anspruch 7 genannten Düsen umleitbar ist.
  • Neben zahlreichen Möglichkeiten zum Ein- und Ausschieben der Rahmen mit Auflagern und Werkstücken durch Linearantriebe hat sich der Einsatz eines Kettenantriebs besonders bewährt; vgl. Anspruch 8. Dieser ist platzsparend und kann über einfache Mitnehmer am Rahmen die notwendige Vor- und Rückwärtsbewegung wirtschaftlich ausführen.
  • Das in Anspruch 10 beschrieben "Austreiben" des Wassers aus einem Zwischenbehälter in das Wasserbecken lässt sich sehr rasch und ökonomisch betreiben; handelsübliche Niveauschalter betätigen einen Verdichter, der als Druckluftquelle dient. Sobald der Verdichter abgeschaltet ist, fliesst das Wasser wieder in den Zwischenbehälter zurück; es stellt sich dort wieder das Niveau N3 ein.
  • Das Reinigungsverfahren nach Anspruch 11 ist sehr wirtschaftlich und umweltfreundlich. Das abgespülte und/oder abgeblasene Wasser fliesst dabei wieder in das Wasserbecken zurück; ebenso die eventuell verwendeten Feststoffpartikel, so dass beide Komponenten rezirkuliert werden.
  • Gestapelte Rahmen, ggf. bis ins Untergeschoss reichend, können einen automatisierten Betrieb gewährleisten. Wichtig ist einzig, dass die Höhe zum Ein- und Ausfahren der Rahmen reproduzierbar angefahren wird. Siehe Anspruch 12. Das Beladen und Entladen der Werkstücke an sich kann mit konventionellen Mitteln erfolgen.
  • In einer nicht dargestellten Variante werden die einzelnen Rahmen übereinander, die Werkzeugmaschine überragend gestapelt, so dass jeweils der unterste Rahmen in das Wasserbecken eingefahren wird. Die fertig bearbeiteten Teile werden dabei, über die Ladestation hinaus, auf der gleichen Horizontalebene weggeführt, bevor der nächste Rahmen auf die gleiche Höhe abgesenkt und in das Wasserbecken eingefahren wird.
  • An Hand einer realisierten Werkzeugmaschine zum wahlweisen Abrasiv- oder Reinwasserstrahlschneiden wird nachfolgend die Erfindung beispielshaft im Einzelnen diskutiert.
  • In sämtlichen Figuren sind gleiche Funktionsteile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    Die vollständige Werkzeugmaschine, von ihrer Bedienungsseite her betrachtet, zusammen mit einer zugeordneten Ladestation,
    Fig. 2
    die Maschine nach Fig. 1 von oben gesehen,
    Fig. 3
    einen Teilschnitt durch das Wasserbecken und die darüber angeordneten Schneideinrichtungen der Maschine nach Fig. 1 und Fig. 2,
    Fig. 4
    die Ladestation Fig. 1 und Fig. 2 mit einer zusätzlichen schwenkbaren, pneumatischen Hebevorrichtung zur Zubringung von Blechtafeln,
    Fig. 4a
    eine erste seitliche Führung mit Rollen; eine vergrösserte Darstellung zu Fig. 4,
    Fig. 4b
    eine zweite seitliche Führung; vergrössert nach Fig. 4,
    Fig. 5
    ein Auflager für Werkstücke in Form einer Rostlatte,
    Fig. 6
    das für das Be- und Entladen der Maschine vorgesehene Ende des Wasserbeckens mit eingeschobenem Rahmen und einer Reinigungsstation,
    Fig. 7a
    einen Teilschnitt durch die Landestation Fig. 1,
    Fig. 7b
    Einzelheiten zur Führung und zum Linearantrieb der Rahmen in der Ladestation Fig. 7a, in Draufsicht,
    Fig. 7c
    eine vergrösserte Darstellung zu Fig. 7b mit Kopplung des Rahmen mit dem Linearantrieb und
    Fig. 8
    eine Schnittdarstellung durch die Stirnseite des Wasserbeckens Fig. 1 mit seiner aufklappbaren Seitenwand mit ihrem Hub-Schwenkzylinder
  • In Figur 1 ist mit 1 eine Schneidanlage zum wahlweisen Reinwasserstrahlschneiden oder Wasserabrasivstrahlschneiden bezeichnet. Daran anschliessend und fluchtend ist eine Ladestation 2, auch Wechseltisch genannt, aufgestellt. Ein Kühlgerät 3, mit nicht gezeichneten isolierten Rohrleitungen dient der Kühlung der sensitiven Bauteile der Anlage 1, insbesondere der daneben aufgestellten Hochdruck-Pumpanlage 4. In dünnen, metallischen Hochdruckleitungen 6 herrscht ein Arbeitsdruck von bis zu 4000 bar. Diese Leitungen 6 sind zu einer sogenannten Schneidbrücke 5, vgl. Fig. 2, geführt und versorgen dort Schneidköpfe S1 und S2 mit Druckwasser.
  • Die Schneidbrücke 5 ist in bekannter Weise über einem Wasserbecken 9, über dessen Länge linear verfahrbar, aufgebaut. Hinter dem Wasserbecken 9 befinden sich Elektroschränke 11, die neben der Stromversorgung für alle Steuerungs- und Hilfsgerät auch den Computer für die CNC-Steuerung enthalten. Dem Becken 9 vorgelagert ist eine Bedienungsstation 16, welche auf einem höhenverstellbaren Ständer 15 gelagert ist und auch einen Bildschirm aufweist.
  • In Fig. 1 ersichtlich sind ferner ein Grundrahmen 2' der Ladestation 2 sowie Hubeinrichtungen 14b sowie ein Austraghals 7 für verwendete Feststoffpartikel.
  • Die Draufsicht Fig. 2 zeigt zusätzlich einen fahrbaren Sandbunker 12, welcher die zum Abrasivschneiden notwendigen sauberen Feststoffpartikel enthält. Eine fest verlegte Hochdruckleitung ist mit 18 und Elektrokanäle sind mit 19 und 20 bezeichnet.
  • Stirnseitig und zu Mittelachse des Wasserbeckens 9 ausgerichtet ist ein Auffangbehälter 8 für den die Feststoffpartikel enthaltenen Schlamm, welcher über einen an sich bekannten Kratzförderer und über den Austraghals 7 beschickt wird. Das Wasserbecken selbst ist von einem Grundrahmen 9' eingefasst. Über der Wasseroberfläche - mit H2O bezeichnet - befindet sich ein Auflager 10 für Werkstücke W1.
  • Auf der zur Ladestation 2 gegenüberliegenden Stirnseite des Wasserbeckens 9 ist eine abklappbare Seitenwand 22 mit zugehörigen Hub- Schwenkzylindern angedeutet.
  • Die Ladestation 2 besitzt, an die Schneidanlage 1 angrenzend einen Kettenantrieb 21 (Getriebemotor mit Kettenräder). Die zur Schneidanlage 1 gleichen Auflager 10 erstrecken sich - wie bei dieser - über die ganze Oberfläche und sind in Form von an sich ebenfalls bekannten Rostlatten ausgebildet. Auf diesen Rostlatten aufgelegt sind zur Bearbeitung vorgesehen Werkstücke W0 aufgelegt und je nach Gegenstand auch aufgespannt.
  • Dem eigentlichen Wechseltisch der Ladestation 2 gegenüberliegend sind je drei Hubeinrichtungen 14a bzw. 14b angebracht, die ihrerseits durch drei mechanische Verbindung 14' miteinander gekoppelt sind.- Dies ist durch eine strichpunktierte Linie symbolisiert. Zusätzlich sind die Zylinder der Hubeinrichtungen 14a und 14b hydraulisch gekoppelt, so dass die Rahmen der Auflager 10 absolut parallel höhenverstellbar sind.
  • Die Figur 3 zeigt das Innere des Wasserbeckens 9 der Maschine 1 mit seinen zugehörigen Ausgleichsbecken 34, welche über Wände 33 von diesem getrennt sind; eingezeichnet sind drei Wasserniveaus N1 bis N3.
  • Auf dem Grundrahmen 9' gelagert befindet sich die Schneidbrücke 5 mit ihren bekannten Komponenten wie Ausgleichszylinder 26, einzeln steuerbaren Schneidköpfen S1 und S2 einem Leitungskanal 28 zur Strom- und Signalversorgung der Schneidbrücke 5 sowie einem ebenfalls übliche Faltenbalg 27. Die Ausgleichszylinder 26 dienen, wie ebenfalls bekannt ist, dem Gewichtsausgleich in Z-Richtung.
  • Im Wasserbecken 9, oberhalb seines höchsten Niveaus N1, randseitig an einander gegenüber liegenden feststehenden Seitenwänden 35 angebracht, sind Gleitschienen 100 angedeutet. Eingezeichnet sind ebenfalls Schneiddüsen 29 mit notorisch bekannten Höhenabtastungen 30, hier in Arbeitsstellung dargestellt.
  • Auf der linken unteren Seite, neben der Anlage 1, ist eine Druckluftquelle, ein handelsüblicher sogenannter Seitenkanalverdichter 101 aufgestellt (Ernst Häusermann & Co. AG, CH-8010 Zürich: Zweiflutiger Seitenkanalverdichter Typ DORA SAP 300). Durch Pfeile angedeutet sind abgehende Speiseleitungen N und R. Die Leitung N ist zu einem Anschluss 31 einer Luftzuführung 31' geführt. Die aus der Zuführung 31' austretende Druckluft vergrössert das im Ausgleichsbehälter vorhandene Luftpolster, wodurch das hier vorhandene Wasser über Steigrohre 32 in Pfeilrichtung über die Abdeckung 32' in das Wasserbecken 9 strömt. Damit lässt sich auf einfache Weise - unter Zwischenschaltung von Drosselventilen - das Wasserniveau auf die vorgewählte Höhe N1 einstellen. Die Abdeckung 32' dient als Schlammschutz und weist nur untere Schlitze für den Wasserdurchfluss auf; siehe Pfeile.
  • Um das Wasser auf das Niveau N2 abzusenken wird die Druckquelle 101 abgeschaltet, wodurch das Wasser zurückflutet und sich schliesslich die Niveaus N2 bzw. N3 einstellen. In dieser Zeit kann die Druckquelle umgeschaltet werden und über die zweite Leitung R auf eine später zu diskutierende Reinigungsstation geführt werden.
  • Die Figur 4 zeigt im Zentrum die Ladestation 2, welche durch einen Schwenklifter 60 mit Greifer 61, über Vakuumglocken 62 die zu bearbeitenden Werkstücke W0 zuführt. Ersichtlich sind hier der Kettenantrieb 21, der Grundrahmen 2', Führungsrollen 43 und Seitenwangen 48. Ebenfalls ersichtlich sind Bodenplatten 17, die eine Angleichung der Arbeitshöhe an die Werkzeugmaschine 1 erlauben.
  • Aus Figur 4a erkennt man, dass die Rollen 43 über einen Rollen-Support 45 am Grundrahmen 2 drehbar gelagert sind. Auf den Rollen 43 greift eine profilierte.Gleitschiene 46 ein, die über erste Seitenwangen 47 einen Rahmen 42, 42' trägt, in welchem Rostlatten eingehängt sind, die als Auflager 10 dienen.
  • Auf der gegenüberliegenden Seite, siehe Fig. 4b, wurde auf die Rollen verzichtet, der Rahmen 42, 42' ist hier an zweiten Seitenwangen 48 befestigt und gleitet auf einem Profil 49.
  • Das Auflager 10, die Rostlatten besteht gemäss Fig. 5 aus einem Bügelrahmen 38 mit einhängten Flügeln 36 und herausragenden Nocken 37. Das eigentliche Auflager ist eine verstärkte Gummilippe 39, die auswechselbar in den Rahmen 38 eingesetzt ist.
  • Figur 6 stellt vereinfacht den Endbereich des Wasserbeckens 9 dar: Hier sieht man wiederum Rollen 43 sowie den darauf laufenden Rahmen 42, sowie untere Führungsschienen 44. Oberhalb des Wasserbeckens 9 ist endseitig eine Reinigungsstation 40 eingebaut, welche Wasserdüsen 41 und Luftdüsen 50 enthält.
  • Die Wasserdüsen 41 sind an das Frischwasser angeschlossen; sie werden während des Herausfahrens des Rahmens 42 betätigt und spülen Abrasivmaterial und/oder Werkstückabtragungen von den fertigen Teilen ab.
  • Die Luftdüsen 50 sind von der Druckquelle 101 gespeist und trocknen die Teile zusätzlich ab. Das von den Teilen abfliessende Wasser fällt in das Wasserbecken 9 zurück.
  • Die Figuren 7a bis 7c zeigen Einzelheiten zum Ein- und Ausfahren des Rahmens 42 mit seinen Auflagern. Ersichtlich ist hier die erste Seitenwange 47 mit Rollen 43 und einer abgewinkelten Schubstange 51, welche gemäss Fig. 7b und 7c über eine Ausnehmung 52 an einem Mitnehmerzapfen 54 angreift. Dieser Mitnehmerzapfen 54 ist an einem Kettenglied 55 aufgesetzt, welches seinerseits über Kettenräder 53 läuft.
  • Die Kettenglieder 55 bilden eine endlose Kette, über den Antrieb 21 geführt ist, vgl. Fig. 2. Der Kettenantrieb 21 bewegt den Rahmen 42 mit seinen Auflagern in das Wasserbecken 9, Fig. 2 und kann diesen durch Umschalten der Drehrichtung des Antriebs 21 wieder herausführen, in die in Fig. 7a und 7b dargestellte Position.
  • Die Darstellung Figur 8 zeigt den Verschlussmechanismus der abklappbaren Seitenwand 22 und ist nach Art eines "Schotts" aufgebaut. Das Wasserbecken 9 ist stirnseitig durch die Seitenwand 22 abgeschlossen (Pos. 1), welche in ihren oberen Bereich eine Lagerstelle 22a aufweist und das Teil 22' - eine Klappe - um 90° kippen lässt. Als Antrieb dient ein Hydraulikzylinder 57, der endseitig an einer unteren Gelenkstelle 58 drehbar gehalten ist und mit seiner Schubstange (über einen Gelenkbolzen) an einem Winkel 22" der Klappe 22' angreift.
  • Die geöffnete Lage der Klappe 22' ist dünn eingezeichnet und als Pos. 2 markiert; die entsprechenden Lagen der Schubstange sind mit 59' und des Hydraulikzylinders mit 57' bezeichnet.
  • Aus zeichnerischen Gründen wurde auf die Darstellung der notwendigen Dichtelemente verzichtet; im unteren Bereich des Wasserbeckens sieht man die sehr einfach aufgebaute Niveaueinstellung mit Justierschrauben 13 und einem justierbaren Auflager 24.
  • Selbstverständlich ist der Erfindungsgegenstand auch für mehrachsige und andere Bearbeitungsvorgänge geeignet.
    • Bezeichnungsliste
    • 1
    Wasserstrahl-Schneidanlage
    2
    Ladestation / Wechseltisch
    2'
    Rahmen zu 2
    3
    Kühlgerät
    4
    Hochdruck-Pumpanlage
    5
    Schneidbrücke
    6
    Hochdruckleitungen
    7
    Austraghals (für Kratzförderer)
    8
    Auffangbehälter für Schlamm
    9
    Wasserbecken
    9'
    Grundrahmen von 9
    10
    Auflager / Rostlatten
    11
    Elektroschränke / CNC-Steuerung
    12
    Sandbunker
    13
    Justierschrauben / Sechskant
    14a,14b
    Hubeinrichtungen / Hydr. Hubzylinder
    14'
    Mechanische Kopplung zwischen 14a und 14b
    15
    Ständer (Höhenverstellbar)
    16
    Bedienungsstation mit Bildschirm
    17
    Bodenplatten
    18
    Hochdruckdruckleitung
    19, 20
    Elektrokanäle
    21
    Kettenantrieb
    22
    "Schott" / abklappbare Seitenwand
    22'
    Klappe
    22"
    Winkel an 22'
    22a
    Lagerstelle von 22
    23
    Hub- Schwenkzylinder
    24
    Niveauausgleich (justierbare Auflager)
    25
    Dosierbehälter für Schneidsand
    26
    Ausgleichszylinder (Gewichtsausgleich)
    27
    Faltenbalg
    28
    Leitungskanal, elektrisch
    29
    Schneiddüsen
    30
    Höhenabtastung / Linearsensoren
    31
    Anschluss
    31'
    Luftzuführung
    32
    Steigrohre
    32'
    Abdeckung / Schlammschutz
    33
    Wand / Trennwand
    34
    Ausgleichsbehälter
    35
    feststehende Seitenwände von 9
    35'
    Abdeckung (seitlich)
    36
    Einhängeflügel von 10
    37
    Nocken
    38
    Bügelrahmen
    39
    Gummilippe verstärkt
    40
    Reinigungsstation
    41
    Wasserdüsen
    42
    Rahmen (für Auflager 10)
    42'
    Rahmenverbindung zu 42
    43
    Führungsrollen
    44
    Führungsschienen
    45
    Rollen-Support
    46
    Gleitschiene
    47
    erste Seitenwange (Strahlablenkung)
    48
    zweite Seitenwange (Strahlablenkung)
    49
    Gleitprofil
    50
    Luftdüsen
    51
    Schubstange (abgewinkelt)
    52
    Ausnehmung
    53
    Kettenräder
    54
    Mitnehmerzapfen
    55
    Kettenglieder / Kette
    56
    Gleitblock (Gleitstein / Abstützung)
    57
    Hydraulikzylinder (in Position 1)
    57'
    Hydraulikzylinder (in Position 2)
    58
    Gelenkstelle
    59
    Schubstange mit Gelenkbolzen (in Pos. 1)
    59'
    Schubstange (in Position 2)
    60
    Schwenklifter / Hebezeug
    61
    Greifer
    62
    Vakuumglocken
    100
    Gleitschienen in 9
    101
    Druckluftquelle / Seitenkanalverdichter
    N
    Luftzufuhr Niveaueinstellungen Wasser
    N1
    Niveau Schneiden
    N2
    Niveau Be- und Entladen
    N3
    Niveau in Ausgleichsbehälter 34
    R
    Speiseleitung zu 40
    S1, S2
    Schneidköpfe
    W0
    Werkstück (Platte / Tafel)
    W1
    bearbeitetes Werkstück (Teil, ausgeschnitten)
    X,Y,Z
    Bewegungsrichtungen von S1, S2

Claims (12)

  1. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Hochdruckwasserstrahls, wobei das zu bearbeitende Werkstück auf einem rost- oder gitterartigen Auflager über oder in einem zumindest im oberen Bereich quaderförmigen Wasserbecken gelagert ist und durch wenigstens einen aus wenigstens einer Düse austretenden Wasserstrahl beaufschlagt wird, wobei diese Düse zumindest in einer Horizontalebene (X,Y) numerisch in ihrer Lage gesteuert wird und der Abstand zwischen dem Werkstück und der Düse zumindest annähernd konstant gehalten oder in der Vertikalrichtung (Z) gesteuert wird und wobei im Bereich des Wasserbeckens ein Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, über welchen das Niveau im Wasserbecken eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Wasserbecken (9) wenigstens eine Seitenwand (22,22') partiell abhebbar oder abklappbar ausgestaltet ist und dass zumindest an den zu dieser Seitenwand (22,22') angrenzenden, feststehenden Seitenwänden (35) Gleitorgane (100) angeordnet sind, welche das Ein- und Ausfahren eines Rahmens (42,42') mit auf dessen Werkstück-Auflagern (10) positionierten Werkstücken (WO, W1) erlaubt.
  2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb der abhebbaren oder abklappbaren Seitenwand (22a), dem Wasserbecken (9) vorgelagert, zumindest ein Rahmen (42,42') mit Werkstück-Auflagern (10) vorgesehen ist, der über eine Hubeinrichtung (14a,14b) in seiner Höhenlage einstellbar und durch eine Horizontalverschiebung über die Gleitorgane (43,49) in das Wasserbecken (9) einschiebbar ist.
  3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im oder unterhalb des Wasserbeckens (9) ein mit diesem kommunizierender Ausgleichsbehälter (34) angeordnet ist, der durch eine Druckluftquelle (101) beaufschlagbar ist.
  4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftquelle (101) ein Seitenkanalverdichter ist.
  5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der abhebbaren oder abklappbaren Seitenwand (22,22') eine Reinigungsstation (40) angeordnet ist.
  6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsstation (40) Wasserdüsen (41) und/oder Druckluftdüsen (42) enthält.
  7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftdüsen (42) an die an den Ausgleichsbehälter (34) angeschlossene Druckluftquelle.(101) angeschlossen sind.
  8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (42,42') mit den Werkstück-Auflagern (10) durch einen Kettenantrieb (21) in das Wasserbecken (9) einschieb- und ausziehbar ist.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Hochdruckwasserstrahls nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das zu bearbeitende Werkstück auf einem rost- oder gitterartigen Auflager über oder in einem zumindest im oberen Bereich quaderförmigen Wasserbecken gelagert und durch wenigstens einen aus wenigstens einer Düse austretenden Wasserstrahl beaufschlagt wird, wobei diese Düse zumindest in einer Horizontalebene (X,Y) numerisch in ihrer Lage gesteuert wird und der Abstand zwischen dem Werkstück und der Düse zumindest annähernd konstant gehalten oder in der Vertikalrichtung (Z) gesteuert wird und wobei im Bereich des Wasserbeckens ein Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, über welchen das Niveau im Wasserbecken eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt das Wasserbecken auf ein unteres Niveau (N2) gefüllt wird, dass bei geöffneter Seitenwand (22, 22') in einem zweiten Schritt ein mit Werkstücken bestückter Rahmen horizontal eingefahren wird, dass in einem dritten Schritt die Seitenwand (22, 22') dicht geschlossen wird und das Wasser in das Wasserbecken eingelassen wird, bis sich ein höheres Niveau (N1) einstellt, dass in einem vierten Schritt die Wasserstrahlbearbeitung erfolgt, dass in einem fünften Schritt das Wasser auf das tiefere Niveau (N2) abgelassen und anschliessend die Seitenwand (22, 22') geöffnet wird, bis sie sich in horizontaler Stellung befindet, das in einem sechsten Schritt der Rahmen horizontal aus dem Wasserbecken herausgefahren wird und dass in einem siebten Schritt ein weiterer, mit Werkstücken bestückter Rahmen horizontal in das Wasserbecken eingefahren wird und die Seitenwand (22, 22') erneut dicht geschlossen wird.
  10. Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Wasserbehälter das oberer Niveau (N1) durch eine an einen geschlossenen Ausgleichsbehälter angeschlossene Druckluftquelle eingestellt wird und dass das untere Niveau (N2) durch Abschalten dieser Quelle eingestellt wird.
  11. Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bearbeiteten Werkstücke beim Herausfahren des Rahmens unter einer Reinigungsstation hindurchgeführt werden und mit Wasser und/oder Druckluft gereinigt und/oder getrocknet werden.
  12. Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bearbeitung der Werkstücke vorbereiteten Rahmen untereinander oder übereinander höhenverschieblich gestapelt werden.
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