EP2640552B1 - Water abrasive suspension jet cutting system - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl-Schneidanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a water-abrasive suspension jet cutting system according to the preamble of claim 1.
Beim Wasserstrahlschneiden wird üblicherweise ein Hochdruckwasserstrahl mit zugesetztem Abrasivmittel verwendet, um Materialien, beispielsweise Metall zu schneiden. Dabei sind grundsätzlich zwei verschiedene Systeme bekannt. Das erste System ist das Wasser-Abrasiv-Injektionsschneiden. Bei diesen Systemen wird Wasser unter hohem Druck aus einer Düse ausgetragen und direkt an der Düse wird ein Abrasivmittel dem Wasserstrahl zugesetzt. Dazu tritt das aus der Düse austretende Wasser in eine Mischkammer ein, in welcher durch Injektorwirkung das Abrasivmittel in den Flüssigkeitsstrahl eingesaugt wird. Anschließend wird das Wasser-Abrasivmittel-Luftgemisch durch ein Fokussierrohr geführt und trifft auf das Werkstück. Dieses Verfahren wird insbesondere beim Schneiden von Blechen in der Metallbearbeitung eingesetzt. Bei diesem Verfahren ist es möglich, die Abrasivmittelzufuhr an der Düse sehr präzise und schnell ein- und auszuschalten, sodass genaue Konturen geschnitten werden können. Da bei diesem Verfahren jedoch beim Zusatz des Abrasivmittels zu dem Hochdruckwasserstrahl diesem auch Luft beigemischt wird, ist die Schneidleistung jedoch insbesondere bei größeren Schneiddimensionen begrenzt.In waterjet cutting, a high pressure water jet with added abrasive is commonly used to cut materials, such as metal. In principle, two different systems are known. The first system is Water Abrasive Injection Cutting. In these systems, water is discharged from a nozzle under high pressure and an abrasive is added directly to the nozzle to the water jet. For this purpose, the water emerging from the nozzle enters a mixing chamber, in which the abrasive is sucked into the liquid jet by injector action. Subsequently, the water-abrasive-air mixture is passed through a Fokussierrohr and strikes the workpiece. This method is used in particular for cutting metal sheets in metalworking. In this process, it is possible to turn on and off the abrasive supply to the nozzle very precisely and quickly, so that accurate contours can be cut. However, since air is added to the high-pressure water jet in the process when adding the abrasive to the abrasive, the cutting performance is limited, in particular for larger cutting dimensions.
Das zweite bekannte System ist das Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahlschneiden, mittels welchem höhere Schneidleistungen erzielt werden können, d. h. insbesondere größere Materialstärken und nahezu alle Materialien durchtrennt werden können. Bei diesem System wird ebenfalls Wasser unter hohem Druck aus einer Schneiddüse ausgetragen. Allerdings wird das Abrasivmittel nicht an der Düse zugesetzt sondern das Abrasivmittel wird unter Luftausschluss unter Systemdruck, d. h. unter Hochdruck, dem Wasser weit vor Eintritt in die Düse zugemischt. D. h. es tritt ein Wasser-Abrasivmittelgemisch, d. h. eine Suspension, unter hohem Druck aus der Schneiddüse aus. Mit diesem System lassen sich zwar große Materialstärken durchtrennen, allerdings ist das Starten und Stoppen des Schneidvorganges mit einer gewissen Verzögerung verbunden, da die Abrasivmittelzufuhr nicht derart schnell einund ausgeschaltet werden kann wie beim Injektionsschneiden. Dies ist nachteilig, wenn Schnitte mit großer Präzision durchgeführt werden sollen. Eine Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage dieser Art ist z. B. aus
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl-Schneidanlage dahingehend zu verbessern, dass der Schneidvorgang möglichst ohne Verzögerung begonnen und gestoppt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl-Schneidanlage mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.It is an object of the invention to improve a water-abrasive suspension jet cutting system to the effect that the cutting process can be started and stopped as possible without delay. This object is achieved by a water-abrasive suspension jet cutting machine having the features specified in claim 1. Preferred embodiments will become apparent from the subclaims, the following description and the accompanying figures.
Die erfindungsgemäße Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl-Schneidanlage weist wie bekannte Suspensions-Schneidanlagen eine Hochdruckpumpe auf, welche ausgangsseitig Wasser unter hohem Druck bereitstellt. Ferner weist die Anlage eine Schneiddüse auf, welche mit der Hochdruckpumpe verbunden ist und den Hochdrucksuspensionsstrahl zum Schneiden formt. D. h. ein Hochdrucksuspensionsstrahl (Wasser-Abrasivmittel-Suspension) tritt aus dieser Schneiddüse aus und wird dann zum Schneiden verschiedenster Materialien, beispielsweise von Metall, verwendet. Die Schneiddüse ist mit der Hochdruckpumpe über einen Hauptströmungsweg und einen von diesem abzweigenden Nebenströmungsweg verbunden. Der Nebenströmungsweg führt durch einen Abrasivmittel-Druckbehälter, in welchem sich das Abrasivmittel unter dem Systemdruck der Anlage, d. h. dem von der Hochdruckpumpe erzeugten Wasserdruck befindet. Das Wasser in dem Nebenströmungsweg bzw. Bypass wird durch das Abrasivmittel in dem Druckbehälter hindurch geführt und nimmt dieses mit und fördert so das Abrasivmittel in den Hauptströmungsweg. Auf diese Weise wird unter hohem Druck eine Suspension gebildet, welche dann aus der Schneiddüse austritt.The water-abrasive suspension jet cutting device according to the invention has, like known suspension cutting systems, a high-pressure pump which provides water at high pressure on the output side. Furthermore, the system has a cutting nozzle, which is connected to the high-pressure pump and forms the high-pressure suspension jet for cutting. Ie. a high-pressure suspension jet (water-abrasive suspension) exits this cutting nozzle and is then used to cut a wide variety of materials, for example metal. The cutting nozzle is connected to the high pressure pump a main flow path and a branched off from this Nebenströmungsweg. The secondary flow path passes through an abrasive pressure vessel in which the abrasive is below the system pressure of the system, ie the water pressure generated by the high pressure pump. The water in the bypass passage is passed through and carries the abrasive in the pressure vessel, thus conveying the abrasive into the main flow path. In this way, a suspension is formed under high pressure, which then exits the cutting nozzle.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Nebenströmungsweg in den Hauptströmungsweg an einem Mischpunkt mündet, welcher in einem an die Schneiddüse angrenzenden Leitungsabschnitt gelegen ist und insbesondere unmittelbar angrenzend an die Schneiddüse oder in der Schneiddüse selber gelegen ist. Dies hat den Vorteil, dass der Teil des Hauptströmungsweges, durch welchen die Suspension strömt, möglichst kurz gehalten wird. Bei einer derartigen Suspensions-Schneidanlage wird die Abrasivmittelzufuhr bislang dadurch gestoppt, dass ein Absperrventil in dem Nebenströmungsweg bzw. Bypass geschlossen wird, sodass die durch den Abrasivmittel-Druckbehälter verlaufende Wasserströmung unterbrochen wird und somit kein Abrasivmittel mehr in den Hauptströmungsweg gefördert wird. Allerdings wird dann das sich noch im Hauptströmungsweg stromabwärts der Einmündung des Nebenströmungsweges befindende Abrasivmittel durch den weiterlaufenden Hauptstrom aus der Schneiddüse ausgetragen, sodass der Schneidprozess nicht unmittelbar beendet werden kann. Durch Verkürzung des Teiles des Hauptströmungsweges, durch welchen die Suspension gefördert wird, wird der in dem Hauptströmungsweg verbleibende Abrasivmittelteil beim Abschalten der Strömung durch den Nebenströmungsweg minimiert, sodass die Nachlaufzeit beim Abschalten der Abrasivmittelzufuhr verkürzt wird und der Schneidprozess schneller gestoppt werden kann. Insofern ist es bevorzugt, den Mischpunkt zwischen Nebenströmungsweg und Hauptströmungsweg möglichst nah an die Schneiddüse, insbesondere unmittelbar angrenzend an diese oder in diese integriert, vorzusehen. Allerdings muss die Mischung zwischen Haupt- und Nebenstrom stromaufwärts der eigentlichen Düse bzw. Austrittsöffnung erfolgen, sodass die Suspensionsbildung unter Hochdruck ohne Luftzufuhr erfolgt, um die maximale Schneidleistung erreichen zu können.According to the invention, it is now provided that the secondary flow path opens into the main flow path at a mixing point which is located in a line section adjoining the cutting nozzle and, in particular, is located directly adjacent to the cutting nozzle or in the cutting nozzle itself. This has the advantage that the part of the main flow path through which the suspension flows is kept as short as possible. In such a suspension cutting system, the abrasive agent supply is hitherto stopped by closing a shut-off valve in the bypass passage, so that the water flow passing through the abrasive fluid pressure vessel is interrupted and thus no abrasive is fed into the main flow path. However, the abrasive agent still remaining in the main flow path downstream of the junction of the bypass flow path will be discharged from the cutting nozzle by the continuing main flow, so that the cutting process can not be stopped immediately. By shortening the part of the main flow path through which the suspension is conveyed, the abrasive center part remaining in the main flow path is minimized when turning off the flow through the bypass flow path, so that the follow-up time when shutting off the abrasive supply is shortened and the cutting process can be stopped faster. In this respect, it is preferable to the mixing point between Nebenströmungsweg and main flow path as possible close to the cutting nozzle, in particular immediately adjacent to this or integrated into this, provide. However, the mixture between the main and secondary flow must be upstream of the actual nozzle or outlet, so that the suspension formation takes place under high pressure without air supply in order to achieve the maximum cutting performance.
Bevorzugt ist der Mischpunkt von der Schneiddüse stromaufwärts weniger als 100 cm, vorzugsweise weniger als 50 cm und insbesondere weniger als 30 cm beabstandet angeordnet. Auf diese Weise wird der Teil des Hauptströmungsweges, durch welchen die Suspension gefördert wird, d. h. der Strömungsweg zwischen Mischpunkt und Schneiddüse, verkürzt, wodurch die Abrasivmittelmenge, welche beim Abschalten des Nebenströmungsweges im Hauptströmungsweg verbleibt, verringert wird und somit die Nachlaufzeit beim Abschalten der Abrasivmittelzufuhr verkürzt wird.Preferably, the mixing point of the cutting nozzle upstream is arranged less than 100 cm, preferably less than 50 cm and in particular less than 30 cm apart. In this way, the part of the main flow path through which the suspension is conveyed, d. H. the flow path between the mixing point and the cutting nozzle, shortened, whereby the Abrasivmittelmenge which remains when switching off the Nebenströmungsweges in the main flow path is reduced, and thus the follow-up time when switching off the Abrasivmittelzufuhr is shortened.
Weiter bevorzugt ist der Mischpunkt gemeinsam mit der Schneiddüse bewegbar. Üblicherweise ist die Schneiddüse mit den übrigen Anlagenkomponenten, insbesondere der Hochdruck-Wasserzufuhr und der Abrasivmittelzufuhr über einen Schlauch verbunden, welcher die Beweglichkeit der Schneiddüse beim Schneidprozess ermöglicht. Bei herkömmlichen Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl-Schneidanlagen liegt der Mischpunkt, an welchen der Nebenstrom mit dem Abrasivmittel dem Hauptstrom im Hauptströmungsweg zugemischt wird, stromaufwärts dieses Schlauches, während die Schneiddüse stromabwärts des Schlauches liegt, d. h. hier kann der Abstand zwischen Mischpunkt und Schneiddüse mehrere zehn oder hundert Meter betragen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist nun vorgesehen, den Mischpunkt ebenfalls stromabwärts des Schlauches, welcher die Beweglichkeit der Schneiddüse ermöglicht, anzuordnen. D. h. bei dieser Ausführungsform werden der Hauptströmungsweg und der Nebenströmungsweg zumindest in einem Teilabschnitt jeweils als Schlauch oder bewegliche Rohrleitung zu der Schneiddüse geführt, sodass diese gegenüber dem Rest der Anlage, insbesondere dem Abrasivmittel-Druckbehälter und der Hochdruckpumpe, beweglich ist, aber dennoch der Mischpunkt zwischen Nebenströmungsweg und Hauptströmungsweg nahe der Schneiddüse angeordnet sein kann.More preferably, the mixing point is movable together with the cutting nozzle. Usually, the cutting nozzle is connected to the other plant components, in particular the high-pressure water supply and the Abrasivmittelzufuhr via a hose which allows the mobility of the cutting nozzle in the cutting process. In conventional water-abrasive suspension jet cutting machines, the mixing point at which the secondary flow with the abrasive is mixed with the main flow in the main flow path is upstream of this hose while the cutting nozzle is downstream of the hose, ie, the distance between the mixing point and the cutting nozzle may be several tens or one hundred meters. According to the preferred embodiment of the invention is now provided, the mixing point also downstream of the hose, which allows the mobility of the cutting nozzle to arrange. Ie. in this embodiment, the main flow path and the sub flow path become guided in each case as a hose or movable pipe to the cutting nozzle at least in a section so that it is compared to the rest of the system, in particular the abrasive fluid pressure vessel and the high-pressure pump, movable, but the mixing point between Nebenströmungsweg and main flow can be arranged near the cutting nozzle.
Um die Abrasivmittelzufuhr in den Hauptströmungsweg schneller ein- und ausschalten zu können, sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Mittel zum Erzeugen eines Gegendrucks an dem Mischpunkt vorhanden. Dabei erzeugen die Mittel einen derartigen Gegendruck am Austritt des ersten Nebenströmungsweges in den Hauptströmungsweg, dass durch den Gegendruck ein Ausströmen der Suspension aus dem Nebenströmungsweg in den Hauptströmungsweg unterbunden wird. D. h. aufgrund der Druckverhältnisse wird erreicht, dass ein Übertritt der Strömung aus dem ersten Nebenströmungsweg in den Hauptströmungsweg unterbunden wird.In order to be able to switch the abrasive agent supply into the main flow path faster and more quickly, according to a preferred embodiment, means for generating a back pressure are present at the mixing point. In this case, the means generate such a back pressure at the outlet of the first bypass flow path in the main flow path, that the backpressure prevents the suspension from flowing out of the secondary flow path into the main flow path. Ie. due to the pressure conditions is achieved that a passage of the flow is prevented from the first Nebenströmungsweg in the main flow path.
Erfindungsgemäß ist zum Aufbau des Gegendrucks am Mischpunkt ein zweiter Nebenströmungsweg vorgesehen, welcher von dem Hauptströmungsweg, vorzusgweise stromaufwärts des Abzweigpunktes zu dem ersten Nebenströmungsweg abzweigt. In diesem zweiten Nebenströmungsweg ist ein Absperrventil angeordnet und der zweite Nebenströmungsweg mündet an dem Mischpunkt, an welchem der erste Nebenströmungsweg in den Hauptströmungsweg mündet, ebenfalls in den Hauptströmungsweg. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein sehr schnelles Abschalten der Abrasivmittelzufuhr in der Weise, dass nicht die Strömung durch den ersten Nebenströmungsweg mittels eines stromaufwärts des Abrasivmittel-Druckbehälters gelegenen Absperrventils unterbrochen wird, sondern dadurch, dass im Bereich des Mischpunktes ein Gegendruck aufgebaut wird, welcher den Austritt der Abrasivmittel-Suspension aus dem ersten Nebenströmungsweg in den Hauptströmungsweg unterbindet. D. h. zum Stoppen des Schneidvorganges wird das Absperrventil in dem zweiten Nebenströmungsweg geöffnet, sodass über diesen am Mischpunkt ein Gegendruck aufgebaut wird, welcher verhindert, dass die Strömung aus dem ersten Nebenströmungsweg in den Hauptströmungsweg eintreten kann.According to the invention, a second secondary flow path is provided for establishing the counter-pressure at the mixing point, which branches off from the main flow path, preferably upstream of the branch point, to the first secondary flow path. In this second bypass flow path, a check valve is disposed and the second bypass flow path also opens into the main flow path at the mixing point at which the first bypass flow path opens into the main flow path. This embodiment allows a very rapid shutdown of Abrasivmittelzufuhr in such a way that not the flow through the first Nebenströmungsweg is interrupted by means of a downstream of Abrasivmittel-pressure vessel located shut-off valve, but in that in the region of the mixing point, a back pressure is built up, which the outlet of the Abrasive agent suspension from the first Nebenströmungsweg in the main flow path in derogation. Ie. to stop the cutting operation, the shut-off valve is opened in the second Nebenströmungsweg so that it is built up at the mixing point a back pressure, which prevents the flow from the first Nebenströmungsweg can enter the main flow path.
Auf diese Weise wird die Abschaltzeit der Abrasivmittelzufuhr verkürzt. Bei herkömmlichen Anlagen, bei welchen ein Absperrventil stromaufwärts des Abrasivmittel-Druckbehälters geschlossen wird, findet immer noch ein Druckabbau in dem Abrasivmittel-Druckbehälter statt, durch welchen noch ein Nachlaufen der Abrasivmittelzufuhr zu dem Hauptströmungsweg bedingt wird. Ein solches Nachlaufen wird bei Stoppen der Abrasivmittelzufuhr durch Aufbau eines Gegendruckes am Austrittspunkt des ersten Nebenströmungsweges verhindert.In this way, the shutdown time of the abrasive supply is shortened. In conventional systems in which a shut-off valve is closed upstream of the abrasive pressure vessel, there is still a pressure reduction in the abrasive pressure vessel, which still causes the abrasive supply to run to the main flow path. Such overrun is prevented by stopping the abrasive supply by establishing a back pressure at the exit point of the first bypass flow path.
Ferner mündet der zweite Nebenströmungsweg an dem Mischkanal gegenüber dem ersten Nebenströmungsweg in den Hauptströmungsweg, sodass ein schneller Aufbau des Gegendruckes am Austritt des ersten Strömungsweges zur Unterbindung des weiteren Strömungsaustrittes aus dem ersten Strömungsweg stattfinden kann.Further, the second Nebenströmungsweg opens at the mixing channel relative to the first Nebenströmungsweg in the main flow path, so that a rapid build-up of the back pressure at the outlet of the first flow path to prevent the further flow outlet can take place from the first flow path.
Ferner ist die Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl-Schneidanlage vorzugsweise derart eingestellt oder einstellbar, dass in dem ersten Nebenströmungsweg im Wesentlichen derselbe oder ein geringerer Druck herrscht als in dem zweiten Nebenströmungsweg bei geöffnetem Absperrventil. Dadurch wird sichergestellt, dass dann, wenn das Absperrventil in dem zweiten Nebenströmungsweg zum Stoppen der Abrasivmittelzufuhr geöffnet wird, durch die Strömung im zweiten Nebenströmungsweg am Mischpunkt ein solcher Druck aufgebaut wird, welcher den Austritt der Suspension aus dem ersten Nebenströmungsweg in den Hauptströmungsweg unterbindet.Furthermore, the water-abrasive suspension jet cutting system is preferably set or adjustable such that substantially the same or a lower pressure prevails in the first secondary flow path than in the second secondary flow path when the shut-off valve is open. This ensures that, when the shut-off valve in the second bypass flow path is opened to stop the abrasive supply, the flow in the second bypass flow path at the mixing point builds up such a pressure which inhibits the exit of the suspension from the first bypass flow path into the main flow path.
Der Abrasivmittel-Druckbehälter weist eine Austrittsleitung auf, welche Teil des ersten Nebenströmungsweges ist und mit dem Mischpunkt verbunden ist. Durch diese Austrittsleitung wird die unter Hochdruck stehende Suspension zu dem Mischpunkt geführt, wo die Suspension dann in den Hauptströmungsweg eintritt.The abrasive pressure vessel has an exit line which is part of the first bypass path and is connected to the mixing point. Through this outlet line, the suspension under high pressure is led to the mixing point, where the suspension then enters the main flow path.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Austrittsleitung im Bereich ihres dem Abrasivmittel-Druckbehälter zugewandten Endes zusätzlich über ein Absperrventil mit dem Hauptströmungsweg verbunden. D. h. es gibt eine Verbindung zwischen dem ersten Nebenströmungsweg und dem Hauptströmungsweg zusätzlich zu dem beschriebenen Mischpunkt. Diese Verbindung zweigt von dem ersten Nebenströmungsweg austrittsseitig des Abrasivmittel-Druckbehälters möglichst nah angrenzend an den Austritt aus dem Abrasivmittel-Druckbehälter ab. Ferner ist in dieser Verbindung ein Absperrventil vorgesehen. Diese Verbindung mit dem darin angeordneten Absperrventil bildet eine Spülleitung bzw. ein Spülventil, welches dazu genutzt wird, den Druck im Abrasivmittel-Druckbehälter abbauen zu können. Während der Druck im Abrasivmittelbehälter durch Schließen der Wasserzufuhr im Nebenströmungsweg stromaufwärts des Abrasivmittel-Druckbehälters und Abschalten des Hauptstromes im Hauptströmungsweg abgebaut wird, wird bei herkömmlichen Anlagen Abrasivmittel in der Austrittsleitung zwischen dem Abrasivmittel-Druckbehälter und dem Mischpunkt, an welchem die Austrittsleitung bzw. der erste Nebenströmungsweg mit dem Hauptströmungsweg verbunden ist, verbleiben. Es kann dabei zu einer Anhäufung von Abrasivmittel kommen, welche dann beim erneuten Starten der Anlage zu einem Verstopfen der Schneiddüse führen kann. Um dies zu verhindern, kann beim Herunterfahren der Anlage die Verbindung zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Austrittsleitung und dem Hauptströmungsweg durch Öffnen des in dieser Verbindung gelegenen Absperrventils bzw. Spülventils geöffnet werden, sodass reines Wasser aus dem Hauptströmungsweg in das stromaufwärtige Ende des Austrittsleitung, d. h. vorzugsweise unmittelbar angrenzend an die Austrittsöffnung des Abrasivmittel-Druckbehälters eingeleitet wird und somit die Austrittsleitung durchgespült wird. Auf diese Weise wird noch in der Austrittsleitung vorhandenes Abrasivmittel ausgespült, sodass es hier nicht zu Anlagerungen bzw. Anhäufungen von Abrasivmittel kommen kann. Auch kann über diese Verbindung zwischen Austrittsleitung und Hauptströmungsweg ein Druckabbau im Druckbehälter beim Herunterfahren der Anlage erfolgen.According to a further preferred embodiment, the outlet line is additionally connected in the region of its end facing the abrasive-pressure container via a shut-off valve to the main flow path. Ie. there is a connection between the first bypass flow path and the main flow path in addition to the described mixing point. This connection branches off from the first secondary flow path on the outlet side of the abrasive pressure vessel as close as possible adjacent to the outlet from the abrasive pressure vessel. Furthermore, a shut-off valve is provided in this connection. This connection with the stop valve disposed therein forms a purge line or a purge valve, which is used to reduce the pressure in Abrasivmittel-pressure vessel can. While the pressure in the abrasive canister is reduced by closing the water supply in the bypass flowpath upstream of the abrasive fluid pressure vessel and shutting off the main flow in the main flowpath, in conventional systems, abrasive in the discharge line between the abrasive fluid pressure vessel and the mixing point at which the discharge line or the first Nebenströmungsweg is connected to the main flow path remain. This can lead to an accumulation of abrasive, which can then lead to a clogging of the cutting nozzle when restarting the system. To prevent this, when the system shuts down, the connection between the upstream end of the discharge line and the main flow path can be opened by opening the shutoff valve or purge valve located in that connection be so that pure water from the main flow path in the upstream end of the discharge line, that is preferably introduced immediately adjacent to the outlet opening of the abrasive pressure vessel and thus the outlet line is flushed. In this way, existing abrasive is rinsed in the outlet line so that it can not come to deposits or accumulations of abrasive here. Also, a pressure reduction in the pressure vessel during shutdown of the system can be done via this connection between the outlet line and main flow.
Darüber hinaus kann die Verbindung auch dazu genutzt werden, beim Hochfahren der Anlage einen unkontrollierten Austrag von Abrasivmittel aus dem Abrasivmittel-Druckbehälter zu verhindern. D. h. der Druckaufbau in dem Abrasivmittel-Druckbehälter kann wenigstens zum Teil dadurch erfolgen, dass die Verbindung zwischen der Austrittsleitung und dem Hauptströmungsweg durch Öffnen des in dieser angeordneten Absperrventils geöffnet wird und auf diese Weise unter Hochdruck stehendes Wasser in die Austrittsseite des Abrasivmittel-Druckbehälters gedrückt wird und dort zum Druckaufbau beiträgt. Dabei wird gleichzeitig der Austrag von Abrasivmittel aus dem Druckbehälter verhindert. Vor Beginn des Schneidprozesses wird dann das Ventil in der Verbindung zwischen Austrittsleitung und Hauptströmungsweg geschlossen, sodass ein Übertritt von Suspension durch diese Verbindung in den Hauptströmungsweg verhindert wird und die Suspension erst an dem oben beschriebenen Mischpunkt in den Hauptströmungsweg nahe der Schneiddüse eintritt.In addition, the compound can also be used to prevent an uncontrolled discharge of abrasive from the abrasive fluid pressure vessel during startup of the system. Ie. the pressure build-up in the abrasive fluid pressure vessel may be at least partially accomplished by opening the connection between the discharge line and the main flow path by opening the shut-off valve disposed therein, thereby forcing high pressure water into the exit side of the abrasive fluid pressure vessel and there contributes to pressure build-up. At the same time the discharge of abrasive from the pressure vessel is prevented. Before the start of the cutting process, the valve is then closed in the connection between the discharge line and the main flow path, so that a transfer of suspension through this connection in the main flow path is prevented and the suspension enters the main flow path near the cutting nozzle only at the mixing point described above.
Wie vorangehend beschrieben, ist ferner bevorzugt in dem ersten Nebenströmungsweg eingangsseitig des Abrasivmittel-Druckbehälters, d. h. stromaufwärts des Abrasivmittel-Druckbehälters ein Absperrventil bzw. Bypassventil angeordnet, durch welches die Strömung in dem ersten Strömungsweg ein- und ausgeschalten werden kann. Durch Unterbrechung der Strömung kann die Abrasivmittelzufuhr in den Hauptströmungsweg und damit der Schneidvorgang unterbrochen werden, sofern hierfür nicht ein Gegendruck am Mischpunkt in der oben beschriebenen Weise genutzt wird. In einem solchen Fall kann das Absperrventil jedoch zum Hoch- und Herunterfahren der Anlage genutzt werden.As described above, it is further preferred in the first Nebenströmungsweg upstream of the Abrasivmittel-pressure vessel, that is arranged upstream of the Abrasivmittel-pressure vessel, a shut-off valve or by-pass valve, through which the flow in the first Flow path can be switched on and off. By interrupting the flow, the Abrasivmittelzufuhr can be interrupted in the main flow path and thus the cutting process, unless a back pressure at the mixing point in the manner described above is used. In such a case, however, the shut-off valve can be used to start up and shut down the system.
Die Schneiddüse ist ferner bevorzugt an einem Positioniersystem befestigt und über dieses in zumindest einer Richtung bewegbar. Das Positioniersystem kann Teil einer Schneidanlage sein, welche die Schneiddüse in verschiedenen Richtungen relativ zu einem Werkstück bewegen kann. Die Schneidanlage kann beispielsweise einen Roboter aufweisen, welcher die Schneiddüse trägt und durch entsprechende Ansteuerung in gewünschten Bahnen verfahren kann, um entlang dieser Schneidvorgänge in einem Material durchzuführen. Insbesondere kann die Düse zumindest in einer Ebene in zwei Richtungen bewegbar sein, sodass sie in einem flächigen Werkstück beliebige Schneidoperationen durchführen kann. Die Anlagenteile zur Abrasivmittelzufuhr, insbesondere der Abrasivmittel-Druckbehälter und die Hochdruckpumpe sind dabei zweckmäßigerweise feststehend angeordnet, sodass sie nicht mit der Schneiddüse bewegbar sind und die bewegbare Schneiddüse ist, wie oben beschrieben, über zwei Druckleitungen, eine für den Hauptströmungsweg und eine für den ersten Nebenströmungsweg, mit den feststehenden Anlagenteilen verbunden. In dem Fall, dass ein zweiter Nebenströmungsweg vorgesehen sein sollte, könnte noch eine dritte Druckleitung in Form eines flexiblen Schlauches vorgesehen sein. So kann der oben beschriebene Mischpunkt direkt an der beweglichen Düse angeordnet werden, um die Abrasivmittelzufuhr möglichst schnell starten und stoppen zu können. Es ist jedoch auch denkbar, den Druckbehälter gemeinsam mit der Schneiddüse zu bewegen. Dann ist eine feste Verrohrung möglich.The cutting nozzle is also preferably attached to a positioning system and movable over this in at least one direction. The positioning system may be part of a cutting system that can move the cutting nozzle in different directions relative to a workpiece. The cutting system may, for example, have a robot which carries the cutting nozzle and can move by appropriate control in desired paths to perform along these cutting operations in a material. In particular, the nozzle can be movable in at least one plane in two directions, so that it can perform any cutting operations in a flat workpiece. The plant parts for abrasive agent supply, in particular the abrasive fluid pressure vessel and the high-pressure pump are expediently arranged fixed so that they are not movable with the cutting nozzle and the movable cutting nozzle, as described above, via two pressure lines, one for the main flow and one for the first Nebenströmungsweg, connected to the fixed system parts. In the event that a second Nebenströmungsweg should be provided, could still be provided a third pressure line in the form of a flexible hose. Thus, the mixing point described above can be arranged directly on the movable nozzle in order to start and stop the supply of abrasive as quickly as possible. However, it is also conceivable to move the pressure vessel together with the cutting nozzle. Then a solid casing is possible.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
- Fig. 1
- schematisch eine Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl-Schneidanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 2
- schematisch eine Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl-Schneidanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
- Fig. 3a, 3b
- eine Detailansicht des Mischpunktes in
Fig. 2 , wobei inFig. 3a die Abrasivmittelzufuhr ein- und inFig. 3b die Abrasivmittelzufuhr ausgeschaltet ist.
- Fig. 1
- FIG. 2 schematically shows a water-abrasive suspension jet cutting system according to a first embodiment of the invention, FIG.
- Fig. 2
- schematically a water-abrasive suspension jet cutting machine according to a second embodiment of the invention and
- Fig. 3a, 3b
- a detailed view of the mixing point in
Fig. 2 , where inFig. 3a the abrasive supply on and inFig. 3b the abrasive supply is switched off.
Der Aufbau der Schneidanlagen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform, welche in
Die Schneidanlage weist eine Druckquelle in Form einer Hochdruckpumpe 2 auf, welche Wasser unter hohem Druck für die Anlage bereitstellt. In Strömungsrichtung schließt sich an die Hochdruckpumpe ein Rückschlagventil 4 an. Stromabwärts des Rückschlagventils 4 verzweigt der Strömungsweg in einen Hauptströmungsweg 6 und einen ersten Nebenströmungsweg bzw. Bypass 8. Der Hauptströmungsweg verläuft weiter durch einen Hochdruckschlauch bzw. Schlauch 10 zu einer Mischkammer 12, welche angrenzend an die Schneiddüse 14 angeordnet ist. Anstelle eines Schlauches 10 könnte auch eine Rohrleitung Verwendung finden. Durch den Hauptströmungsweg 6 wird lediglich Wasser geleitet. Der Nebenströmungsweg 8 läuft über ein Absperrventil bzw. Bypassventil 16 zu dem Abrasivmittel-Druckbehälter. Durch das Absperrventil 16 kann der Nebenströmungsweg 8 zu dem Abrasivmittel-Druckbehälter 18 geöffnet und geschlossen werden. In dem Abrasivmittel-Druckbehälter 18 befindet sich das Abrasivmittel und die Strömung durch den Nebenströmungsweg 8 wird bei geöffnetem Absperrventil 16 durch das Abrasivmittel geleitet und tritt ausgangseitig durch die Austrittsleitung 20 dann gemeinsam mit dem Abrasivmittel als Suspension aus dem Abrasivmittel-Druckbehälter 18 aus. Der erste Nebenströmungsweg 8 verläuft dann stromabwärts des Druckbehälters 18 weiter durch einen Hochdruckschlauch bzw. Schlauch 22 ebenfalls zu der Mischkammer 12, in welcher dann an einem Mischpunkt 24 die Strömung aus dem ersten Nebenströmungsweg 8 in die Strömung in den Hauptströmungsweg 6 mündet, sodass dort eine verdünnte Suspension gebildet wird, welche dann weiter zu der Schneiddüse 14 strömt. Aus der Schneiddüse 14 tritt dann ein Hochdruckwasserstrahl mit Abrasivmittel aus, welcher zum Schneiden eines Werkstückes 26 genutzt wird.The cutting system has a pressure source in the form of a high-
Die Schneiddüse 14 ist relativ zu dem Werkstück 26 über ein Positioniersystem 28, welcher hier nur durch die Bewegungsrichtungen angedeutet ist, bewegbar, um die gewünschten Schneidbewegungen zum Ausbilden von Schnitten in dem Werkstück 26 auszuführen. Um die Beweglichkeit der Schneiddüse 14 zu gewährleisten, sind die feststehenden Anlagenteile über die Hochdruckschläuche 10 und 22 mit der Mischkammer 12 und der Schneiddüse 14 verbunden. Die Mischkammer 12 und die Schneiddüse 14 sind im gezeigten Beispiel fest zueinander angeordnet, insbesondere fest miteinander verbunden oder auch gegebenenfalls in ein Bauteil integriert.The cutting
Dadurch, dass das Abrasivmittel durch den ersten Nebenströmungsweg 8 über einen separaten Schlauch 22 zu der Mischkammer 12 geleitet wird, wird erreicht, dass der Mischpunkt 24 in der Mischkammer 12 möglichst nah an der Schneiddüse 14, bevorzugt direkt an diese angrenzend oder lediglich minimal beabstandet angeordnet werden kann. Auf diese Weise wird der Leitungsabschnitt zwischen dem Mischpunkt 24 und der Austrittsöffnung der Schneiddüse 14 verkürzt. Das hat den Vorteil, dass beim Schließen des Absperrventils 16, wenn die Strömung durch den ersten Nebenströmungsweg 8 und damit die Zufuhr von Abrasivmittel in den Hauptströmungsweg 6 unterbunden wird, nur noch wenig Abrasivmittel durch die weiterlaufende Strömung durch den Hauptströmungsweg 6 ausgetragen wird, nämlich im Wesentlichen nur noch das Abrasivmittel, welches sich beim Abschalten der Strömung in dem ersten Nebenströmungsweg 8 zwischen dem Mischpunkt 24 und der Austrittsöffnung der Schneiddüse 14 befindet. Auf diese Weise kann ein schnelleres Abschalten des Schneidvorganges durch Unterbrechung der Abrasivmittelzufuhr erreicht werden.Characterized in that the abrasive is passed through the
Ein noch schnelleres Abschalten kann bei der Ausführungsform gemäß
Dies ist in der schematischen Darstellung der Mischkammer 12 in den
Ein weiteres Detail ist bei beiden Ausführungsformen gemäß
- 22
- - Hochdruckpumpe- High pressure pump
- 44
- - Rückschlagventil- Check valve
- 66
- - Hauptströmungsweg- Main flow path
- 88th
- - erster Nebenströmungsweg- first secondary flow path
- 1010
- - Schlauch- Tube
- 1212
- - Mischkammer- mixing chamber
- 1414
- - Schneiddüse- Cutting nozzle
- 1616
- - Absperrventil- shut-off valve
- 1818
- - Abrasivmittel-Druckbehälter- abrasive pressure vessel
- 2020
- - Austrittsleitung- outlet pipe
- 2222
- - Schlauch- Tube
- 2424
- - Mischpunkt- Mixture point
- 2626
- - Werkstück- Workpiece
- 2828
- - Positioniersystem- Positioning system
- 3030
- - zweiter Nebenströmungsweg- Second bypass flow path
- 3232
- - Absperrventil- shut-off valve
- 3434
- - Schlauch- Tube
- 3636
- - Einmündung- confluence
- 3838
- - Verbindung- Connection
- 4040
- - Spülventil- Purge valve
Claims (8)
- A water abrasive suspension jet cutting installation with a high-pressure pump (2), a cutting nozzle (14), a main flow path (6) which connects the high-pressure pump (2) to the cutting nozzle (14) and with a first auxiliary flow path (8) which branches from the main flow path (6) and which leads through an abrasive means pressure container (18), wherein
the first auxiliary flow path (8) runs out into the main flow path (6) at a mixing point (24) which is situated on a conduit section (12) adjacent the cutting nozzle (14),
characterised in that a second auxiliary flow path (30) branches from the main flow path (6), in which second auxiliary flow path at least one shut-off valve (32) is arranged and which at the mixing point (24) runs out into the main flow path (6) in a manner lying opposite to the first auxiliary flow path (8). - A water abrasive suspension jet cutting installation according to claim 1, characterised in that the mixing point (24) is distanced by less than 100 cm, preferably less than 50 cm from the cutting nozzle (14) in the flow direction.
- A water abrasive suspension jet cutting installation according to claim 1 or 2, characterised in that the mixing point (24) is movable together with the cutting nozzle (14).
- A water abrasive suspension jet cutting installation according to one of the preceding claims, characterised in that means are present for building up such a counter-pressure at the mixing point (24), that this counter-pressure prevents an exit of the flow out of the first auxiliary flow path into the main flow path (6).
- A water abrasive suspension jet cutting installation according to one of the preceding claims, characterised in that the cutting installation is set or can be set, in a manner such that essentially the same or a lower pressure prevails in the first auxiliary flow path (8) than in the second auxiliary flow path (30), given an opened shut-off valve (32).
- A water abrasive suspension jet cutting installation according to one of the preceding claims, characterised in that the abrasive means pressure container (18) comprises an exit conduit (20) which is part of the first auxiliary flow path (6) and is connected to the mixing point (24), wherein the exit conduit (20) in the region of its end facing the abrasive means pressure container (18) is connected to the main flow path (6) via a shut-off valve (40).
- A water abrasive suspension jet cutting installation according to one of the preceding claims, characterised in that a shut-off valve (16) is arranged in the first auxiliary flow path (8) at the entry side of the abrasive means pressure container (18).
- A water abrasive suspension jet cutting installation according to one of the preceding claims, characterised in that the cutting nozzle (14) is fastened on a positioning system (28) and via this can be moved in at least one direction.
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