EP1541287A1 - Verfahren zum Gravieren - Google Patents
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- EP1541287A1 EP1541287A1 EP04405208A EP04405208A EP1541287A1 EP 1541287 A1 EP1541287 A1 EP 1541287A1 EP 04405208 A EP04405208 A EP 04405208A EP 04405208 A EP04405208 A EP 04405208A EP 1541287 A1 EP1541287 A1 EP 1541287A1
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- European Patent Office
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- engraving
- liquid jet
- stone
- metal
- engraving head
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B44—DECORATIVE ARTS
- B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
- B44B3/00—Artist's machines or apparatus equipped with tools or work holders moving or able to be controlled substantially two- dimensionally for carving, engraving, or guilloching shallow ornamenting or markings
- B44B3/02—Artist's machines or apparatus equipped with tools or work holders moving or able to be controlled substantially two- dimensionally for carving, engraving, or guilloching shallow ornamenting or markings wherein plane surfaces are worked
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- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B44—DECORATIVE ARTS
- B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
- B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
- B44C1/22—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching
- B44C1/225—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching by engraving
Definitions
- the invention relates to the field of stone, ceramic and metal processing. It has a method and a device for engraving stone, ceramics and Metal as well as a product that can be produced by the process.
- the invention has as its object to provide a method for engraving stone for To provide, which allows the use of technical aids and more rational than the traditional artisanal engraving, but the disadvantages of Masking technique does not have.
- the invention is based on the idea of a bundled liquid jet on the Surface of the stone, ceramic or metal body to impinge, so that on Impact point of the liquid jet on the stone Ceramic or metal body Material is removed, and the liquid jet so targeted over the surface lead the stone that the desired engraving arises, the stone but not is penetrated or severed.
- a "bundled" liquid jet in this context is a liquid jet, which has a defined diameter which is significantly smaller than that Dimensions of the stone surface to be worked.
- the diameter can, for example. between a tenth of a millimeter and a few millimeters, preferably at maximum 2 mm. Often the range is between 0.5 and 1.2 mm or between 0.5 mm and 1.1 mm ideal.
- there is a bundled liquid jet collapses in the sense that he is on a stretch of the typical engraved depth - For example, between 1 mm and 40 mm - not substantially diverges but still has a defined diameter, so it remains focused.
- the bundled liquid jet is, for example.
- a (sapphire) nozzle and a Focusing tube made.
- the nozzle diameter is for example between 0.2 mm and 0.5 mm, the diameter of the focusing tube typically einbis three times the nozzle diameter.
- the invention is based on the surprising finding that by the targeted Guiding the water jet a sufficiently defined and thus desired engraving - even with comparatively high aspect ratios - can arise, although, for example. Natural stone does not have completely definable properties. While you do that Apply water jet cutting as a brute force method to stone without further ado In the case of engraving, such is not permeable as an introduction of the stone Structures can not be expected a priori.
- the inventive method is particularly useful where conventional methods (Meissein in tomb and inscription art) only a limited selection of motifs and fonts and an inadequate Can offer economic efficiency.
- conventional methods Meissein in tomb and inscription art
- the writings in time-consuming Work by the sculptor struck in stone.
- the writing had to be in a certain Minimum size to be hewn. After working the stone became the depths painted with a color.
- Another significant advantage of the process is that it uses waterjet cutting machines with pressure generator and NC control is executable. It So already available technologies can be used, which is very fast rational use of the method.
- the method is suitable for engraving a wide variety of subjects and fonts in various natural stones, ceramics or metals in the tomb art, sculpture and in the lettering industry.
- Used stones are, for example, sandstone, granite or gneiss, shell limestone porphyry, basalt, limestone, marble, syenite, andesite, Melaphyr, slate, greywacke, Kirtschevit, and any other in the Gravestones, sculpture and inscriptions used stones, as well Ceramics and metals such as bronze, brass, aluminum, iron, copper and silver other elemental metals and alloys. If stones are to be engraved, The invention is particularly advantageous for stones that are not stacked or are fragile.
- the relationship between engraving depth and liquid jet diameter is, for example. always greater than 1 and can be at least 3, at least 5 or at least 10, 15, 20 etc. amount.
- the aspect ratio of the resulting Engraving ie the relationship between the depth of the structures and their width is, for example, at least 1: 1, at least 3: 2 or even at least 2: 1, 3: 1 or 4: 1.
- the liquid jet from a liquid component, for example. Water and an abrasive, for example. sharp-edged natural sand, build up.
- the front of a nozzle through which the Liquid jet is ejected, prevailing operating pressure is depending on working material significantly smaller than that for water jet cutting, For example, between 100 bar and 1000 bar or between 300 bar and 1000 bar for the Engraving of stone or between about 1000 bar and 2500 bar for the engraving of Metal.
- the operating pressure depends on the compactness of the work to be processed Materials: The brittle, grainy or "layered" the material, the smaller it is to select the operating pressure. For very compact materials such as metals theoretically, it can be up to 3000 bar or more.
- abrasives are from the technique of Water jet cutting known per se.
- the jet develops an enormous cutting force and is capable of almost all materials separate.
- abrasive water jet cutting for example, in addition to natural stone Aluminum, stainless steel, non-ferrous metals, titanium, high-alloy steel, thermo-and Thermosets, composite materials, ceramics, glass, honeycomb and hollow chamber materials and many special materials edit.
- abrasive fine-grained sand can be used.
- the minimum hardness The particle depends on the type of material to be processed and is, for example. at least 5 Mohs or at least 7 Mohs and, for example, between 7.5 and 8.5 Mohs.
- the grain size can, depending on the nozzle diameter, for example, at least 30, at least 50 or 60 mesh or at least 80 mesh and, for example, a maximum of 120 mesh (Mesh: number of stitches of a mesh screen per inch).
- the abrasives can Metal and semiconductor oxides, carbides or nitrides as essential components include.
- An example of a proven and inexpensive abrasive is Garnet sand, which quartz, iron and aluminum oxides and depending on the other Contains metal oxides.
- the apparatus of Figure 1 is used for engraving lettering, ornaments or figures in natural stone 1.
- the emerging from a focusing unit 2 of an engraving head 3 liquid jet 4 generates groove-like depressions 5 in the stone.
- the engraving head of the system is moved along the X, Y, (along the stone surface, represented by arrows in the figure) and possibly the Z axis.
- Shown schematically in the figure is a central control unit 8.
- the engraving process is comparable to a plotting operation.
- the engraving depth can be influenced by the speed of movement in the XY plane.
- the focusing unit has, for example, a nozzle and a focusing tube.
- the abrasive can be a conventional garnet or Olivinsand or another comparable agent.
- the liquid jet of water and abrasive is through the sierrohr bundles and pushes as a fine beam of about 0.5 to 1.2 mm shortly after exiting on the material.
- the result is even engraving in the surface, where the engraving depth using different machine parameters (Speed, bundling, pressure, Abrasivmitte concentration, etc.) changed can be.
- suitable control whole instead of fonts 3D relief images are created.
- a new engraving line is preferably during a piercing time (typically between 0.1 s and 1.5) with possibly reduced Piercing pressure (for example, reduced by a factor of 1.1 to 4 compared to Engraving pressure) remains stationary until the abrasive jet reaches the desired level Has deepened depth. Only then do you drive with the engraving feed and the Engraving pressure along the programmed line.
- the engraving pressure can be higher as the piercing pressure, because of the process of piercing much more delicate in terms of Chipping and uncontrolled breakouts in the material is as when engraving.
- the beam is so often parallel back and forth until the im Course of the whole engraving process by the beam machined surface the pattern to be engraved.
- the next one Parallel track is offset by more than the beam diameter, so that the Beam has resistance in its propulsion in the material from both sides.
- the next parallel track will each be around 0.07 to 0.3 mm - each according to the material to be processed - more than the beam diameter offset.
- the feed rate for stone is between 400 mm / min for very hard Stone and 2000 mm / min for softer rocks. With metals he takes, also ever according to hardness and engraving depth, values between 200 mm / min and 5000 mm / min.
- a programming or data processing can be done, for example. With the help of a CAD program.
- a data processing device 14 is schematically drawn, via which the central control unit can be supplied with data.
- an inscription is to be generated, for example, a vector font is used as the basic data record.
- the typeface can be adapted to technological features or necessities of the process.
- the font may be designed so that no islands form inside the letters, similar to a stencil font cf. FIG. 2.
- a product which can be produced by the process according to the invention is characterized characterized by having a natural stone or comparable material on the surface non-continuous depressions are taught that a lettering, a (relief) Make picture or an ornament.
- Lettering and ornaments have, for example. Wells with an aspect ratio of at least 1: 1, 3: 2, 2: 1, 3: 1, 4: 1 or 5: 1 up.
- the method for engraving fonts, images and Ornaments in stone becomes a bundled jet of liquid on a surface of the stone Steines directed, and by the action of the liquid jet at the point of impact Material removed.
- An engraving is created when an engraving head with a Fluid jet ejecting nozzle, for example, electronically controlled via the Surface is moved.
- the liquid jet consists of a liquid component and an abrasive, for example, with the already above specified properties.
- the inventive method and the inventive device can be supplemented by an additional control of the engraving depth.
- the engraving depth can be specified by the data processing device 14 exactly.
- Cooperating with the engraving head is then a means of controlling the current depth (eg the z-position of the current beam impact point) intended.
- Suitable facilities are known per se; they can optical methods (triangulation method, interference propagation time measurement or Stereoscopic based etc.) or other procedures (sonar etc.).
- control suspends the engraving process as soon as a predefined depth is reached is reached.
- Embodiment of the inventive method is not the only possible Embodiment is.
- a programming using CAD software no need.
- Water jet cutting machines can also use other devices be, for example, specially designed engraving machines. These can, for example, provide that by means of a user interface directly selected fonts, graphics can be designed or read and texts written or loaded.
- a manual control is possible, for example by means of suitable control lever or - directly at the computer - using a computer mouse, keyboard, 'touch screen', Joystick or similar.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Abstract
Gemäss dem Verfahren zum Gravieren von Schriften, Bildern und Ornamenten in Stein, Keramik oder Metall wird ein gebündelter Flüssigkeitsstrahl (4) auf eine Oberfläche des Steines, Keramikelementes oder Metallstücks (1) gerichtet, und durch die Einwirkung des Flüssigkeitsstrahls am Auftreffpunkt Material abgetragen. Eine Gravur entsteht, wenn ein Gravierkopf (3) mit einer den Flüssigkeitsstrahl ausstossenden Düse elektronisch gesteuert über die Oberfläche bewegt wird. Vorzugsweise besteht der Flüssigkeitsstrahl aus einer flüssigen Komponente und einem Abrasivmittel, bspw. Sand. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Bearbeitung von Stein, Keramik und Metall.
Sie hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gravieren von Stein, Keramik und
Metall sowie ein mit dem Verfahren herstellbares Produkt zum Inhalt.
Die herkömmliche Bearbeitung von Stein, z.B. in der Grabmalkunst, erfolgt durch
Meissel und Hammer. Schriften und Ornamente werden mittels Handarbeit in den
Stein graviert. Diese traditionelle Bearbeitungsmethode ist sehr zeitaufwändig.
Zudem können nur Schriften mit einer bestimmten Grösse in den Stein gehauen
werden. Die Grösse der Gravuren mit herkömmlicher Technik ist durch die Grösse
der Werkzeuge nach unten limitiert. Ausserdem ist nur eine beschränkte Tiefe der
eingravierten Schriften und Ornamente möglich. Um die fehlende Tiefenwirkung zu
kompensieren, werden eingravierte Schriftzüge oft noch mit Farben ausgemalt.
Bekannt sind ausserdem Verfahren, die die Verwendung einer Maske und das Ab-Erodieren
von nicht durch die Maske bedeckten Flächen beinhalten. Das Erodieren
kann bspw. durch meist chemische, abrasiv wirkende Mittel geschehen. Nachteilig
sind der Aufwand zum Herstellen einer Maske und zum Aberodieren von Stein, die
nur geringe erreichbare Tiefe sowie in vielen Fällen die fehlende
Umweltverträglichkeit. Diese Verfahren haben sich daher nicht durchgesetzt.
Im Gegensatz zum Gravieren werden für die Herstellung von Intarsien in Stein auch
moderne technische Hilfsmittel verwendet. Man bedient sich bspw. des bekannten
Wasserstrahl-Schneideverfahrens (,water jet cutting'), um aus einer Steinplatte
gezielt Muster scherenschnittartig auszuschneiden. In die entstandenen
Aussparungen werden Elemente eines zweiten Materials eingelegt, welche bspw.
ebenfalls mit dem Wasserstrahl-Schneideverfahren hergestellt wurden. Beim
Wasserstrahl-Schneidverfahren ist das wesentliche zu lösende Problem, dass der
Wasserstrahl für dicke durchzuschneidende Körper genügend kollimiert ist. Am
besten können die sich stellenden Aufgaben bei Betriebsdrücken von mindestens
1500 bar, am besten 4000 bar und mehr gelöst werden.
Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Gravieren von Stein zur
Verfügung zu stellen, welches den Einsatz von technischen Hilfsmitteln erlaubt und
rationeller als das traditionelle handwerkliche Gravieren, dabei aber die Nachteile der
Maskentechnik nicht aufweist.
Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, einen gebündelten Flüssigkeitsstrahl auf die
Oberfläche des Steins, Keramik- oder Metallkörpers auftreffen zu lassen, so dass am
Auftreffpunkt des Flüssigkeitsstrahles auf den Stein Keramik- oder Metallkörper
Material abgetragen wird, und den Flüssigkeitsstrahl so gezielt über die Oberfläche
des Steines zu führen, dass die gewünschte Gravur entsteht, der Stein aber nicht
durchdrungen oder zertrennt wird.
Ein "gebündelter" Flüssigkeitsstrahl ist in diesem Kontext ein Flüssigkeitsstrahl,
welcher einen definierten Durchmesser hat, der deutlich kleiner ist als die
Abmessungen der zu bearbeitenden Steinoberfläche. Der Durchmesser kann bspw.
zwischen einem Zehntelmillimeter und einigen Millimetern, vorzugsweise bei
maximal 2 mm liegen. Häufig ist der Bereich zwischen 0,5 und 1,2 mm oder
zwischen 0,5 mm und 1,1 mm ideal. Ausserdem ist ein gebündelter Flüssigkeitsstrahl
kollimiert in dem Sinn, dass er auf einer Strecke von der typischen Eingraviertiefe ―
bspw. zwischen 1 mm und 40 mm ― nicht substantiell auseinanderläuft sondern
immer noch einen definierten Durchmesser aufweist, also fokussiert bleibt.
Der gebündelte Flüssigkeitsstrahl wird bspw. mittels einer (Saphir-) Düse und einem
Fokussierrohr hergestellt. Der Düsendurchmesser beträgt beispielsweise zwischen
0.2 mm und 0.5 mm, der Durchmesser des Fokussierrohrs typischerweise das zweibis
dreifache des Düsendurchmessers.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass durch das gezielten
Führen des Wasserstrahls eine genügend definierte und damit gewünschte Gravur -
auch mit vergleichsweise hohen Aspektverhältnissen ― entstehen kann, obwohl bspw.
Naturstein nicht vollständig definierbare Eigenschaften hat. Während man das
Wasserstrahlschneiden als "brute force"-Methode ohne Weiteres auf Stein anwenden
kann, ist solches beim Gravieren als Einbringen von den Stein nicht durchdringenden
Strukturen nicht a priori zu erwarten.
Das erfindungsgemässe Verfahren bewährt sich insbesondere dort, wo
konventionelle Verfahren (Meissein in der Grabmal- und Beschriftungskunst) nur
eine eingeschränkte Auswahl an Motiven und Schriften und eine unzureichende
Wirtschaftlichkeit bieten kann. Bis anhin wurden die Schriften in zeitaufwändiger
Arbeit vom Bildhauer in Stein geschlagen. Die Schrift musste in einer bestimmten
Mindestgrösse gehauen werden. Nach der Bearbeitung des Steins wurden die Tiefen
mit einer Farbe ausgemalt.
Mit der neuen Technik können verschiedene Natursteine und auch steinähnliche
Materialien wie Keramik, und auch Metalle in einer sehr ökonomischen und
wirtschaftlichen Art und Weise mit kleinem Schriftfont oder beliebigen Bildern
graviert werden. Durch die relativ hohe Einschnitttiefe müssen keine
Nachzeichnungen vorgenommen werden. Ein idealer Schatten-Licht Effekt wird bei
einem Aspektverhältnis von bspw. mindestens 2:1 allein durch die Schnitttiefe
erreicht.
Da beim Gravieren weder Gase noch giftige Dämpfe entstehen, ist das Verfahren
sicher, sauber und umweltschonend.
Da keine Hitzeeinwirkung auftritt, entstehen beispielsweise bei der Gravur von
Metallen am Rand der Gravur weder Gefügeveränderungen, Randzonenaufhärtungen
noch Mikrorisse.
Ein weiterer, gewichtiger Vorteil des Verfahrens ist, dass es mit Wasserstrahlschneidemaschinen
mit Druckerzeuger und NC-Steuerung ausführbar ist. Es
können also bereits erhältliche Technologien verwendet werden, was sehr rasch eine
rationelle Verwendung des Verfahrens ermöglicht.
Das Verfahren eignet sich zum Gravieren unterschiedlichster Motive und Schriften
in verschiedene Natursteine, Keramik oder Metalle in der Grabmalkunst, Bildhauerei
und in der Beschriftungsindustrie. Verwendete Steine sind bspw. Sandstein, Granit
oder Gneis, Muschelkalkstein Porphyr, Basalt, Kalkstein, Marmor, Syenit, Andesit,
Melaphyr, Schiefer, Grauwacke, Kirtschevit, und jegliche weitere in der
Grabmalkunst, Bildhauerei und Beschriftungsindustrie verwendete Steine, dazu auch
Keramiken und Metalle wie Bronze, Messing, Aluminium, Eisen, Kupfer Silber und
weitere elementare Metalle und Legierungen. Wenn Steine graviert werden sollen,
wirkt die Erfindung besonders vorteilhaft bei Steinen, die nicht geschichtet aufgebaut
oder brüchig sind.
Das Verhältnis zwischen Graviertiefe und Flüssigkeitsstrahldurchmesser ist bspw.
immer grösser als 1 und kann mindestens 3, mindestens 5 oder mindestens 10, 15, 20
etc. betragen.
Beim Eingravieren von Schriften beträgt das Aspektverhältnis der entstehenden
Gravur, also das Verhältnis zwischen der Tiefe der Strukturen und deren Breite
beträgt bspw. mindestens 1:1, mindestens 3:2 oder sogar mindestens 2:1, 3:1 oder
4:1.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, den Flüssigkeitsstrahl aus einer
flüssigen Komponente, bspw. Wasser und einem Abrasivmittel, bspw.
scharfkantigen Natursand, aufzubauen. Der vor einer Düse, durch welche der
Flüssigkeitsstrahl ausgestossen wird, herrschende Betriebsdruck ist je nach zu
bearbeitendem Material markant kleiner als derjenige für das Wasserstrahlschneiden,
bspw. zwischen 100 bar und 1000 bar oder zwischen 300 bar und 1000 bar für die
Gravur von Stein oder zwischen ca. 1000 bar und 2500 bar für die Gravur von
Metall. Generell hängt der Betriebsdruck von der Kompaktheit der zu bearbeitenden
Materialien ab: Je spröder, körniger oder "schichtiger" das Material, desto kleiner ist
der Betriebsdruck zu wählen. Bei sehr kompakten Materialien wie bspw. Metallen
kann er theoretisch bis zu 3000 bar oder mehr betragen.
Auch die Verwendung von Abrasivmitteln ist aus der Technik des
Wasserstrahlschneidens an sich bekannt. Durch die Beigabe von Abrasivmitteln
entwickelt der Strahl eine enorme Schneidkraft und vermag fast alle Materialien zu
trennen. Mittels abrasivem Wasserstrahlschneiden lassen sich bspw. nebst Naturstein
Aluminium, CrNi-Stahl, Buntmetalle, Titan, hochlegierter Stahl, Thermo- und
Duroplaste, Verbundmaterialien, Keramik, Glas, Waben- und Hohlkammer-Materialien
und viele Sonder-Werkstoffe bearbeiten.
Als Abrasivmittel kann feinkörniger Sand verwendet werden. Die minimale Härte
der Partikel hängt von der Art des zu bearbeitenden Materials ab und beträgt bspw.
mindestens 5 Mohs oder mindestens 7 Mohs und bspw. zwischen 7,5 und 8,5 Mohs.
Die Körnung kann je nach Düsendurchmesser bspw. mindestens 30, mindestens 50
oder 60 Mesh oder mindestens 80 Mesh und bspw. maximal 120 Mesh betragen
(Mesh: Anzahl Maschen eines Maschensiebs pro Zoll). Die Abrasivmittel können
Metall- und Halbleiteroxide, -karbide oder -nitride als wesentliche Bestandteile
beinhalten. Ein Beispiel für ein bewährtes und günstiges Abrasivmittel ist
Granatsand, welcher Quarz, Eisen- und Aluminiumoxide sowie je nach dem weitere
Metalloxide enthält.
Im Folgenden werden Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens
anhand von Figuren beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zum Gravieren von Naturstein
- Fig. 2 die Oberfläche eines Natursteins mit einem eingravierten Schriftzug.
Die Vorrichtung von Figur 1 dient dem Eingravieren von Schriftzügen, Ornamenten
oder Figuren in Naturstein 1. Der aus einer Fokussiereinheit 2 eines Gravierkopfes 3
austretende Flüssigkeitsstrahl 4 erzeugt rillenartige Vertiefungen 5 im Stein. Mittels
NC-Steuerung und Servomotoren oder anderen Mitteln wird der Gravierkopf der
Anlage entlang der X-, Y-, (entlang der Steinoberfläche; in der Figur dargestellt
durch Pfeile) und ggf. der Z-Achse bewegt. In der Figur schematisch dargestellt ist
eine zentrale Steuerungseinheit 8. Der Graviervorgang ist vergleichbar mit einem
Plottvorgang. Die Graviertiefe kann durch die Geschwindigkeit der Bewegung in der
X-Y-Ebene beeinflusst werden.
Die Fokussiereinheit besitzt bspw. eine Düse und ein Fokussierrohr.
Mit Hilfe einer Hochdruckpumpe 9 wird Wasser auf 300-2500 bar aufbereitet. Über
einen flexiblen Hochdruckschlauch 10 wird das Druckwasser zum Gravierkopf 3
geleitet. Es können auch mehrere, bspw. synchron bewegte Gravierköpfe verwendet
werden (nicht gezeichnet).
Im Gravierkopf 3 wir dem Wasserstrahl Abrasivmittel aus einem Abrasivmittel-Reservoir
11 zugeführt. Das Abrasivmittel kann ein konventioneller Granat- oder
Olivinsand oder ein anderes, vergleichbares Mittel sein.
Der Flüssigkeitsstrahl aus Wasser und Abrasivmittel wird über das Fokussierrohr
gebündelt und stösst als feiner Strahl von ca. 0,5 bis 1,2 mm kurz nach dem Austritt
auf den Werkstoff. Die Folge ist ein gleichmässiges Gravieren in die Oberfläche,
wobei die Graviertiefe mittels unterschiedlichen Maschinenparametern
(Geschwindigkeit, Bündelung, Druck, Abrasivmitte-Konzentration etc.) verändert
werden kann. Bei geeigneter Steuerung können anstelle von Schriften auch ganze
3D-Reliefbilder entstehen.
Beim Beginn einer neuen Gravurlinie wird vorzugsweise während einer Einstechzeit
(typischerweise zwischen 0,1 s und 1,5) mit einem unter Umständen reduzierten
Einstechdruck (beispielsweise um einen Faktor 1,1 bis 4 reduziert im Vergleich zum
Gravierdruck) stillstehend verharrt, bis sich der Abrasivstrahl auf die gewünschte
Tiefe eingefressen hat. Erst dann fährt man mit dem Graviervorschub und dem
Gravierdruck der programmierten Linie entlang. Der Gravierdruck kann höher sein
als der Einstechdruck, weil der Prozess des Einstechens viel heikler in Bezug auf
Abplatzer und unkontrollierte Ausbrüche beim Material ist als beim Gravieren.
Falls die Breite der zu erzeugenden Linien oder Muster grösser ist als der
Strahldurchmesser, wird der Strahl so oft parallel hin- und hergeführt, bis die im
Verlauf des ganzen Gravierverfahrens durch den Strahl bearbeitete Fläche dem
einzugravierenden Muster entspricht. Es kann aber sein, dass die jeweils nächste
Parallelbahn um mehr als den Strahldurchmesser versetzt gewählt wird, damit der
Strahl bei seinem Vortrieb im Material von beiden Seiten Widerstand hat.
Beispielsweise wird die nächste Parallelbahn jeweils um ca. 0,07 bis 0,3 mm ― je
nach zu bearbeitendem Material ― mehr als den Strahldurchmesser versetzt. Der
Vorschub beträgt beispielsweise bei Stein zwischen 400 mm/min für sehr harten
Stein und 2000 mm/min für weichere Gesteine. Bei Metallen nimmt er, ebenfalls je
nach Härte und Gravurtiefe, Werte zwischen 200 mm/min und 5000 mm/min an.
Eine Programmierung, bzw. Datenaufbereitung kann bspw. mit Hilfe eines CAD-Programmes
erfolgen. In Fig. 1 ist schematisch ein Datenverarbeitungsgerät 14
gezeichnet, über welches die zentrale Steuereinheit mit Daten versorgt werden kann.
Wenn eine Inschrift erzeugt werden soll, wird bspw. ein vektorisierter Schriftfont als
Basisdatensatz verwendet. Der Schriftfont kann an technologische Besonderheiten
oder Notwendigkeiten des Verfahrens angepasst sein. So kann bspw. bei eher
brüchigen Natursteinen der Schriftfont so ausgebildet sein, dass sich im Innern der
Buchstaben keine Inseln bilden, ähnlich einer Schablonenschrift Vgl. Fig. 2.
Ein mit dem erfindungsgemässen Verfahren herstellbares Produkt zeichnet sich
dadurch aus, dass einem Naturstein oder vergleichbaren Material an der Oberfläche
nicht durchgehende Vertiefungen beigebracht sind, die einen Schriftzug, ein (Relief-)
Bild oder ein Ornament bilden. Schriftzüge und Ornamente weisen bspw.
Vertiefungen mit einem Aspektverhältnis von mindestens 1:1, 3:2, 2:1, 3:1, 4:1 oder
5:1 auf.
Zusammenfassend wird beim Verfahren zum Gravieren von Schriften, Bildern und
Ornamenten in Stein wird ein gebündelter Flüssigkeitsstrahl auf eine Oberfläche des
Steines gerichtet, und durch die Einwirkung des Flüssigkeitsstrahls am Auftreffpunkt
Material abgetragen. Eine Gravur entsteht, wenn ein Gravierkopf mit einer den
Flüssigkeitsstrahl ausstossenden Düse bspw. elektronisch gesteuert über die
Oberfläche bewegt wird. Vorzugsweise besteht der Flüssigkeitsstrahl aus einer
flüssigen Komponente und einem Abrasivmittel, bspw. mit den bereits vorstehend
spezifizierten Eigenschaften.
Die obige Ausführungsform wurde am Beispiel ,gravieren in Naturstein' erklärt.
Anstelle von Naturstein kann aber auch Metall oder Keramik gewählt werden, wobei
der Abrasionsvorgang ähnlich abläuft. Wesentlich ist das Abtragen von
substantiellen Mengen Materials und daraus folgend das Entstehen von
Vertiefungen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung können
ergänzt werden durch eine zusätzliche Kontrolle der Gravurtiefe. Beispielsweise
kann die Gravurtiefe durch das Datenverarbeitungsgerät 14 genau vorgegeben sein.
Mit dem Gravierkopf zusammenwirkend ist dann eine Einrichtung zum Kontrollieren
der aktuellen Tiefe (also bspw. der z-Position des aktuellen Strahlauftreffpunktes)
vorgesehen. Dafür geeignete Einrichtungen sind an sich bekannt; sie können auf
optischen Verfahren (Triangulationsverfahren, Interferenz- Laufzeitmessungs- oder
Stereoskopiebasiert etc.) oder anderen Verfahren (Echolot etc.) beruhen. Die
Steuerung setzt bspw. den Graviervorgang aus, sobald eine vordefinierte Tiefe
erreicht ist.
Es soll auch noch erwähnt werden, dass die vorstehend beschriebene
Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens nicht die einzig mögliche
Ausführungsform ist. Bspw. kann als Flüssigkeit anstelle von Wasser auch eine
andere Flüssigkeit verwendet werden. Ausserdem ist eine Programmierung mittels
CAD-Software keine Notwendigkeit. Anstelle von an sich konventionellen
Wasserstrahschneidemaschinen können auch andere Vorrichtungen verwendet
werden, bspw. eigens konzipierte Graviermaschinen. Diese können bspw. vorsehen,
dass mittels einer Benutzeroberfläche direkt Schriften ausgewählt, Grafiken
entworfen oder eingelesen und Texte geschrieben oder geladen werden können.
Auch eine manuelle Steuerung ist möglich, bspw. mittels geeigneter Kontrollhebel
oder ― direkt am Computer ― mittels Computermaus, Tastatur, 'Touch Screen',
Joystick oder Ähnlichem.
Claims (10)
- Verfahren zum Gravieren von Schriften, Bildern oder Ornamenten in Stein Keramik oder Metall, wobei ein gebündelter Flüssigkeitsstrahl (4) auf eine Oberfläche des zu gravierenden Elementes (1) gerichtet und durch die Einwirkung des Flüssigkeitsstrahls (4) am Auftreffpunkt Material abgetragen wird, so dass eine Gravur mit den Stein, die Keramik oder das Metall nicht durchdringenden Strukturen entsteht.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrahl Festkörper der Körnung Mesh 50 oder feiner als Abrasivmittel enthält, wobei die Festkörper vorzugsweise scharfkantig sind.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörper Sandpartikel sind.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Flüssigkeitsstrahl aus einer Fokussiereinheit mit einer Düse ausgestossen wird, wobei vor der Düse ein Betriebsdruck zwischen 100 bar und 1500 bar herrscht.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrahl einen Durchmesser von maximal 2 mm, vorzugsweise maximal 1.2 mm, und bspw. mindestens 0.5 mm hat.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Flüssigkeitsstrahl erzeugender Gravierkopf (3) automatisch und elektronisch gesteuert so über der Oberfläche verschoben wird, dass ein Schriftzug, Bild oder Ornament entsteht.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis der eingravierten Vertiefungen mindestens 1:1 beträgt.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anfang einer Gravurlinie der Flüssigkeitsstrahl zum Einstechen mit einem reduzierten Druck stationär gehalten wird, bis sich eine genügend tiefe Vertiefung gebildet hat.
- Vorrichtung zum Gravieren Schriften, Bildern und Ornamenten in Stein, Keramik oder Metall, aufweisend einen Gravierkopf (3) mit einer Fokussiereinheit aus welcher ein Flüssigkeitsstrahl (4) ausstossbar ist, und eine Einrichtung zum Bewegen des Gravierkopfes über einer Oberfläche und programmierte Steuerungsmittel (8, 14) zum Steuern der Bewegung des Gravierkopfes (3), wobei die Steuerungsmittel so programmiert sind, dass sie nach Auslösung durch einen Benutzer den Gravierkopf das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführen lassen.
- Stein, Keramikelement oder Metallelement, aufweisend eine Gravur, herstellbar mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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