EP2536532B1 - Verfahren zur funktionsunterbrechung eines schneidstrahls sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur funktionsunterbrechung eines schneidstrahls sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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EP2536532B1
EP2536532B1 EP20110704563 EP11704563A EP2536532B1 EP 2536532 B1 EP2536532 B1 EP 2536532B1 EP 20110704563 EP20110704563 EP 20110704563 EP 11704563 A EP11704563 A EP 11704563A EP 2536532 B1 EP2536532 B1 EP 2536532B1
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INFLOTEK BV
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    • B24C7/0007—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier
    • B24C7/0015—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier with control of feed parameters, e.g. feed rate of abrasive material or carrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
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    • B05B1/08—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape of pulsating nature, e.g. delivering liquid in successive separate quantities ; Fluidic oscillators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • 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
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    • B24C7/0046—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a gaseous carrier

Definitions

  • the invention relates to a method for interrupting the operation of a cutting jet according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for carrying out the method.
  • the cutting jet is formed by a fluid which is passed under high pressure, for example 3,000 to 4,000 bar, through a nozzle to which an abrasive may be added.
  • the invention has for its object to further develop a method of the generic type so that a more economical operation of the cutting beam is possible with a constructively low cost and a device for carrying out the method.
  • the new method is characterized in particular by the fact that the use of switching valves for interrupting the function of the cutting jet in the area of the supply of high-pressure fluid can be completely dispensed with.
  • the high pressure is permanently in the supply, so that the use of a plunger pump for pressure generation without additional, complicated technology is easily possible.
  • the interfering agent may consist of a liquid or gaseous medium, such as water or air, but also of a solid, e.g. a sturgeon pin which is guided into the cutting jet.
  • the supply of the interfering means is computer-controlled to produce, for example, said pattern, wherein a gas or liquid source downstream of a source of disturbance, a shut-off valve is arranged in the form of a quick-acting valve.
  • an abrasive can be supplied to the jet emerging from the nozzle in the form of free-flowing material, such as sand or the like, or in the form of a suspension, for example a mixture of sand and water.
  • a preferably valve-controlled shutdown of the abrasive supply can take place with the switching of the interfering means, wherein both switching operations are made depending on each other synchronously.
  • the Störschzussel can form a guide for a fault pin or, in the case of the interfering means consists of a liquid or a gas, a guide channel.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention provides an arrangement of the valve for switching on and off of the Störschzuzen in the cutting head, whereby a very compact and inexpensive construction of the entire device is achieved.
  • a feed line for an abrasive which is also guided laterally into the outlet channel, if this is used, preferably discharges directly opposite the mouth of the impurity supply or is arranged slightly laterally, preferably downstream of the impurity supply.
  • the cutting head 1 has a discharge channel 5 extending in the direction of flow of the cutting jet 3 and adjoining directly to the nozzle outlet.
  • the interfering means 7 For supplying the interfering means 7 opens laterally into the outlet channel 5, closer to the nozzle 2 as the outlet of the cutting beam 3, a Störschzussel 6 through which in the embodiments of an existing liquid or a gas interference beam is guided, said interfering beam from a Störstoffmaschine 8, for example, a pump is powered.
  • the interfering jet as a liquid jet under a pressure of 1 - 3 bar.
  • the fluid forming the cutting jet 3 is supplied by means of a high-pressure pump 4 under high pressure to the nozzle 2, where the pressure energy is converted into kinetic energy, so that in operation the cutting jet 3 is ejected from the cutting head 1 at high speed, i. emerges from the outlet channel 5.
  • the supply of interfering means 7, in the examples of the Störstrahl, by an actuator in the form a valve 9 is switched on and off, for which purpose the supply is interrupted or opened by the interference source 8.
  • valve 9 may be switched computer-controlled, so that a functional interruption of the cutting beam 3 takes place at predetermined intervals.
  • an abrasive is supplied in the form of a suspension which is deposited in a suspension vessel 10 and by means of a pump 11 via a supply line 12 in the cutting head 1, which also opens into the outlet channel 5, the cutting jet 3 is supplied.
  • an abrasive is also supplied to the cutting jet 3, which here consists of sand, which is stored in a sand container 13.
  • the supply of the abrasive is in this case dependent on the supply of the interfering agent 7, including in the Abrasivstoffzussel a valve 14 is provided which opens when interrupting the supply of interfering means 7, so that the abrasive is supplied to the cutting jet 3, whereas when opening the valve 9 and the supply of the interfering agent 7 thus effected, the valve 14 closes and the Abrasivstoffzucht is interrupted.
  • the two valves 9, 14 are suitably coupled depending on each other.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines Schneidstrahls nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Das Schneiden von Materialien unterschiedlichster Art mittels eines Schneidstrahls ist hinlänglich bekannt.
  • Dabei wird der Schneidstrahl durch ein Fluid gebildet, das unter hohem Druck, beispielsweise 3.000 bis 4.000 bar, durch eine Düse geführt wird, dem ein Abrasivmittel zugesetzt sein kann.
  • Zur Unterbrechung des Schneidstrahls, beispielsweise um ein Loch- oder Schlitzmuster in eine Metallplatte einbringen zu können, kommen bislang Schaltventile zum Einsatz, mit denen die Zufuhr des unter dem genannten Druck stehenden Fluids vor dem Schneidkopf bzw. vor Eintritt in die Düse unterbrochen wird.
  • Hieraus ergeben sich naturgemäß erhebliche Probleme, insbesondere bei einer entsprechenden Schalthäufigkeit, wie sie bei der Herstellung filigraner Muster geboten ist.
  • Durch den anstehenden hohen Druck wird das Ventil außerordentlich beansprucht, so dass dessen Standzeit sehr gering ist.
  • Die sich daraus ergebenden Kosten aufgrund der Stillstandszeiten zum Auswechseln des Ventils sowie dessen Beschaffung, stehen einem optimierten Betrieb entgegen.
  • Wird zur Druckerzeugung eine Plungerpumpe eingesetzt, die systembedingt einen ständig gleichbleibenden Druck erzeugt und nur mit einer installierten Überströmtechnik betreibbar ist, ist ebenfalls eine außerordentlich hohe Beanspruchung zu beklagen, die einen befriedigenden Betrieb nicht zulässt, so dass insgesamt das bekannte Verfahren den gestellten Forderungen nach minimierten Fertigungsund/oder Betriebskosten nicht gerecht wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass mit konstruktiv geringem Aufwand ein wirtschaftlicherer Betrieb des Schneidstrahlens möglich ist sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
  • Das neue Verfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass auf den Einsatz von Schaltventilen zur Funktionsunterbrechung des Schneidstrahles im Bereich der Zufuhr des Hochdruck-Fluids gänzlich verzichtet werden kann.
  • D.h., der Hochdruck steht permanent in der Zuführleitung an, so dass auch der Einsatz einer Plungerpumpe zur Druckerzeugung ohne zusätzliche, aufwändige Technik problemlos möglich ist.
  • Wie sich überraschend gezeigt hat, wird durch das Zuführen des Störmittels die gerichtete Geschwindigkeit, mit der der Schneidstrahl aus dem Schneidkopf austritt bzw. die Beschleunigung eines ggf. zugeführten Abrasivmittels, so weit reduziert, dass keine Schneidwirkung eintritt, wobei bei relativer Weiterführung des Schneidkopfes in den nicht beaufschlagten Bereich des zu bearbeitenden Materials kein erkennbarer Abtrag entsteht.
  • Bei Unterbrechung des Störstrahls, d.h., in Funktion des Schneidstrahls, erfolgt die unmittelbare Freisetzung der Schneidenergie, so dass bei einer kontinuierlichen Relativbewegung des Schneidkopfes in Schneidrichtung eine scharfe Schneidkante entsteht.
  • Das Störmittel kann aus einem flüssigen oder gasförmigen Medium bestehen, wie Wasser bzw. Luft, aber auch aus einem Festkörper, z.B. einem Störstift, der in den Schneidstrahl geführt wird.
  • Die Zufuhr des Störmittels erfolgt rechnergesteuert, um beispielsweise das genannte Muster zu erzeugen, wobei einer Gas- oder Flüssigkeitsquelle als Störquelle nachgeschaltet ein Absperrventil in Form eines Schnellschaltventils angeordnet ist.
  • In an sich bekannter Weise kann dem aus der Düse austretenden Strahl ein Abrasivmittel zugeführt werden in Form von rieselfähigem Stoff, wie Sand oder dergleichen, oder in Form einer Suspension, beispielsweise einer Mischung aus Sand und Wasser.
  • Bei einer Funktionsunterbrechung des Schneidstrahls kann mit Zuschaltung des Störmittels eine vorzugsweise ventilgesteuerte Abschaltung der Abrasivmittel-Zufuhr erfolgen, wobei beide Schaltvorgänge abhängig voneinander synchron getätigt werden.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der der Schneidkopf einen der Düse in Strömungsrichtung nachgeordneten Austrittskanal aufweist, ist so ausgebildet, dass seitlich in den Austrittskanal eine Störmittelzufuhr mündet, in der ein durch ein Betätigungsorgan rechnergesteuert schaltbares Störmittel getaktet gerührt ist.
  • Dabei kann die Störmittelzufuhr eine Führung für einen Störstift bilden oder, im Fall das Störmittel besteht aus einer Flüssigkeit oder einem Gas, einen Führungskanal.
  • Zwar ist aus der WO 91/12930 A1 eine Vorrichtung zum Schneiden von Materialien mit einem Schneidkopf bekannt, in dessen Austrittskanal ein Fluidkanal mündet, allerdings dient diese Vorrichtung ausschließlich dem Einsatz bei hohem Umgebungsdruck, wobei mittels des im Betrieb konstant seitlich zugeführten Fluids ein Abrieb des Austrittskanals vermindert werden soll sowie die Strahlgeometrie des Schneidstrahles beeinflusst. Eine Funktionsunterbrechung des Schneidstrahles ist mit dieser Konstruktion nicht möglich.
  • Dies trifft gleichermaßen auf eine Vorrichtung zu, die in der WO 2000/056466 geoffenbart ist. Hierbei dient der seitlich in den Austrittskanal zugeführte Fluidstrahl ausschließlich der Kohärenzveränderung des Schneidstrahles, um in ihrer Beschaffenheit, insbesondere in ihrer Härte unterschiedliche Materialien befriedigend schneiden zu können. Dokumente US 2003-0037817 und US 5927320 zeigen ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine Anordnung des Ventiles zum Ein- und Ausschalten der Störmittelzufuhr im Schneidkopf vor, wodurch eine sehr kompakte und kostengünstige Bauweise der gesamten Vorrichtung erreicht wird.
  • Eine ebenfalls seitlich in den Austrittskanal geführte Zuführleitung für ein Abrasivmittel, falls dies zum Einsatz kommt, mündet bevorzugt direkt gegenüber der Mündung der Störmittelzufuhr oder geringfügig versetzt dazu, vorzugsweise stromabwärts der Störmittelzufuhr nachgeordnet.
  • Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend nochmals anhand der beigefügten Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darstellenden Zeichnungen beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figuren 1 - 3
    jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung.
  • In den Figuren 1 - 3 ist jeweils eine Vorrichtung dargestellt, mit dem ein Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines aus einem eine Düse 2 aufweisenden Schneidkopf 1 austretenden Schneidstrahls 5 durchführbar ist, wobei erfindungsgemäß dem Schneidstrahl 5 nach dem Austritt aus der Düse 2 seitlich bedarfsweise, d.h., regelmäßig oder unregelmäßig getaktet, ein die Geschwindigkeit und Energiedichte des Schneidstrahls 5 reduzierendes Störmittel 7 zugeführt wird.
  • Der Schneidkopf 1 weist einen sich in Strömungsrichtung des Schneidstrahles 3 erstreckenden, sich unmittelbar an den Düsenaustritt anschließenden Austrittskanal 5 auf.
  • Zur Zuführung des Störmittels 7 mündet seitlich in den Austrittskanal 5, näher zur Düse 2 als zum Austritt des Schneidstrahls 3, eine Störmittelzufuhr 6, durch die bei den Ausführungsbeispielen ein aus einer Flüssigkeit oder einem Gas bestehender Störstrahl geführt wird, wobei dieser Störstrahl aus einer Störmittelquelle 8, beispielsweise einer Pumpe gespeist wird. Dabei kann der Störstrahl als Flüssigkeitsstrahl unter einem Druck von 1 - 3 bar stehen.
  • Das den Schneidstrahl 3 bildende Fluid wird mittels einer Hochdruckpumpe 4 unter hohem Druck der Düse 2 zugeführt, wo die Druckenergie in kinetische Energie umgewandelt wird, so dass in Funktion der Schneidstrahl 3 mit hoher Geschwindigkeit aus dem Schneidkopf 1, d.h. aus dem Austrittskanal 5 austritt.
  • Zur Funktionsunterbrechung des Schneidstrahles 3, zu der die Austrittsgeschwindigkeit und Energiedichte des Schneidstrahles 3 so weit reduziert wird, dass keine Energie zum Abtrag des zu schneidenden Materials vorhanden ist, wird die Zufuhr des Störmittels 7, in den Beispielen der Störstrahl, durch ein Betätigungsorgan in Form eines Ventils 9 ein- und ausgeschaltet, wozu die Zufuhr von der Störquelle 8 unterbrochen bzw. geöffnet wird.
  • Dabei kann das Ventil 9 rechnergesteuert geschaltet sein, so dass eine Funktionsunterbrechung des Schneidstrahles 3 in vorbestimmten Abständen erfolgt.
  • Bei dem in der Figur 1 gezeigten Beispiel wird als Schneidmedium ausschließlich Wasser eingesetzt, während bei der in der Figur 2 gezeigten Variante dem Schneidstrahl 3 ein Abrasivmittel in Form einer Suspension zugeführt wird, das in einem Suspensionsbehälter 10 deponiert und mittels einer Pumpe 11 über eine Zuleitung 12 im Schneidkopf 1, die ebenfalls in den Austrittskanal 5 mündet, dem Schneidstrahl 3 zugeführt wird.
  • Dabei liegen sich die Mündungsöffnungen der Störmittelzufuhr 6 und der Zuleitung 12 in den Beispielen gegenüber.
  • Bei der Vorrichtung nach der Figur 3 wird ebenfalls dem Schneidstrahl 3 ein Abrasivmittel zugeführt, das hier aus Sand besteht, der in einem Sandbehälter 13 bevorratet ist.
  • Die Zufuhr des Abrasivmittels ist hierbei abhängig von der Zufuhr des Störmittels 7, wozu in der Abrasivmittelzufuhr ein Ventil 14 vorgesehen ist, das bei Unterbrechung der Zufuhr des Störmittels 7 öffnet, so dass das Abrasivmittel dem Schneidstrahl 3 zugeführt wird, wohingegen bei einem Öffnen des Ventils 9 und der damit erfolgten Zufuhr des Störmittels 7 das Ventil 14 schließt und die Abrasivmittelzufuhr unterbrochen ist. Steuerungstechnisch sind die beiden Ventile 9, 14 zweckmäßigerweise abhängig voneinander gekoppelt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schneidkopf
    2
    Düse
    3
    Schneidstrahl
    4
    Hochdruckpumpe
    5
    Austrittskanal
    6
    Störmittelzufuhr
    7
    Störmittelstrahl
    8
    Störmittelquelle
    9
    Ventil
    10
    Suspensionsbehälter
    11
    Pumpe
    12
    Zuleitung
    13
    Sandbehälter
    14
    Ventil

Claims (7)

  1. Verfahren zur Funktionsunterbrechung eines aus einem eine Düse (2) aufweisenden Schneidkopf (1) austretenden Schneidstrahls (3), dadurch gekennzeichnet, dass dem Schneidstrahl (3) nach dem Düsenaustritt seitlich ein die Energiedichte des Schneidstrahls (3) reduzierendes und damit die Schneidwirkung des Schneidstrahls unterbrechendes Störmittel (7) bedarfsweise getaktet zugeführt wird und dem Schneidstrahl (3) ein Abrasivmittel zugeführt wird, wobei die Abrasivmittelzufuhr abhängig von der Störmittelzufuhr erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Störmittels (7) rechnergesteuert erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Störmittel (7) ein flüssiges oder gasförmiges Medium eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Störmittel (7) ein Störstift in den Schneidstrahl (3) geführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des gasförmigen oder flüssigen Störmittels (7) mittels eines Ventils (9) unterbrochen wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , mit einem Schneidkopf (1), der eine Düse (2) aufweist, an die sich in Strömungsrichtung ein Austrittskanal (5) anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich in den Austrittskanal (5) mindestens eine Störmittelzufuhr (6) mündet, über die ein durch ein angeschlossenes Betätigungsorgan rechnergesteuert schaltbares Störmittel geführt oder führbar ist und dass die Störmittelzufuhr (6) unter Einsatz von Flüssigkeit oder Gas als Störmittel durch ein zwischen der Störmittelzufuhr (6) und einer Störmittel quelle (8) angeordnetes Ventil (9) ein und ausschaltbar ist und dass der Störmittelzufuhr (6) gegenüberliegend oder versetzt dazu eine Zuleitung (12) im Schneidkopf (1) angeordnet ist, über die ein Abrasivmittel einem Schneidstrahl (3) zuführbar ist und dass die Zuführung des Abrasivmittels über ein Ventil (14) zu und abschaltbar ist, wobei die Ventile (9, 14) wechselweise schaltbar sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (9) im Schneidkopf (1) angeordnet ist.
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