EP3473393B1 - Sammel- und abfuhrvorrichtung für den schneidmedienstrahl einer flüssigkeitsschneidanlage und flüssigkeitsschneidanlage - Google Patents

Sammel- und abfuhrvorrichtung für den schneidmedienstrahl einer flüssigkeitsschneidanlage und flüssigkeitsschneidanlage Download PDF

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EP3473393B1
EP3473393B1 EP18201518.0A EP18201518A EP3473393B1 EP 3473393 B1 EP3473393 B1 EP 3473393B1 EP 18201518 A EP18201518 A EP 18201518A EP 3473393 B1 EP3473393 B1 EP 3473393B1
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EP
European Patent Office
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jet
cutting
suction
discharge device
collecting
Prior art date
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EP18201518.0A
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EP3473393A1 (de
Inventor
Jan GRONEBERG
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Nienstedt GmbH
Original Assignee
Nienstedt GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
    • B26F3/008—Energy dissipating devices therefor, e.g. catchers; Supporting beds therefor

Definitions

  • the invention relates to a collection and discharge device for the cutting media jet of a liquid cutting system with a cutting jet collector and a discharge for the cutting media stream collected via the cutting jet collector, which is composed of the medium of the cutting jet, entrained gas components from the ambient air and particles detached from the workpiece by the cutting jet.
  • the cutting jet collector has a jet discharge channel with an inlet area for introducing the cutting jet, which is in flow connection with an outlet area with a drain line.
  • the invention relates to a liquid cutting system with such a collection and discharge device.
  • Collection and discharge devices for the cutting media jet of a liquid cutting system of this type and an associated liquid cutting system are from the DE 35 18 166 C1 known.
  • the liquid cutting system described in connection with the functional description of the known collection and discharge device has a workpiece support over which workpieces are guided through the cutting jet by introducing a cut.
  • the cutting media jet emerging from the underside of the workpiece is collected, expanded and removed for processing via the collection and discharge device below the workpiece support.
  • the cutting media jet comprises on the one hand the actual, liquid cutting medium and on the other hand also possibly entrained gaseous components or solid particles originating from the workpiece.
  • Non-frozen foods are usually soft, which leads to the risk that solid components within the food get caught on the cutting tools and thus smear the cut.
  • a harder piece of chocolate or a fruit ingredient can make the cut edge so irregular that the product no longer meets the quality requirements.
  • fruit pulp can be smeared along the division plane, for example by a knife moved by a cake, so that an unsightly side surface results. For these reasons, cutting with a liquid jet is recommended.
  • the liquid jet is directed onto the workpiece with high pressure and emerges from the workpiece again with a slight expansion at the bottom.
  • the invention can optionally be used in connection with liquid cutting systems in which either the workpiece is moved relative to the cutting beam or, alternatively, the cutting beam is moved relative to the workpiece. A combination of both movements is also possible in the liquid cutting systems according to the invention.
  • the core of the invention is the complete collection of all components of the cutting media jet as well as their removal and processing.
  • the known liquid cutting systems already have collection and discharge devices for the emerging cutting media jet. It is known here to prepare this cutting media jet by means of different aids, for example to reduce the energy of the jet, so that the collecting and removal device is not exposed to excessive wear.
  • a disadvantage of the collection and discharge devices used hitherto is that below the workpiece, when the cutting media jet emerges from the cut, turbulence can occur which, on the one hand, can lead to portions of the fluid used for cutting or particles separated from the workpiece when cutting be released into the environment. Such particles can also settle on the underside of the workpiece.
  • moistening an open-cell foam below the cut line is usually undesirable.
  • Moisturizing is also not desirable in connection with food.
  • particles can settle in the area of the cut edges, which optically impair the look of the cut line or the food itself.
  • these can also be components in the form of powdered sugar or other constituents, which can be whirled up as a result of the dynamic movements which occur and can subsequently settle in an uncontrolled manner at undesired places.
  • the workpiece support can also be contaminated by such effects, which in turn can indirectly lead to contamination of the workpiece itself.
  • residues of the previously cut food can be deposited on the workpiece support, which then has to be cleaned in order to avoid contamination of the subsequent food.
  • this can lead to increased expenditure.
  • a liquid cutting system which has a jet discharge below the workpiece support.
  • This jet discharge is surrounded by an annular channel in which there is an increased liquid pressure provided by an external feed line, liquid being introduced into the jet discharge in the upper region from this channel.
  • a flow directed in the beam entry direction is generated within the beam discharge, into which the cutting beam enters, in order to brake and expand the cutting beam in the liquid flow in this way.
  • This device suffers from the disadvantage that contamination can occur underneath the workpiece support and effective removal of material to be cut is not possible. Furthermore, due to the water-filled inlet channel for the cutting jet, there is a risk that parts of the cutting jet or the water in the inlet channel will splash back.
  • a liquid cutting system for foodstuffs which has a lower jet discharge and an annular channel arranged around it, in which case suspended matter is extracted via the annular channel. This is achieved by connecting the duct to an external vacuum source, which in turn increases the effort.
  • the object of the invention is therefore to provide a collection and removal device for the cutting media jet of a liquid cutting system, via which the cutting media jet can be reliably removed in a structurally simple manner, the removed material preferably being able to be fed inexpensively and easily to a preparation.
  • Another object of the invention is to provide a liquid cutting system which has such a collection and removal device.
  • the cutting jet collector is designed in such a way that the jet discharge channel exits into a suction chamber which is arranged below the outlet area and which has an enlarged cross section in comparison to the cross section of the jet discharge channel in the exit area and next to the
  • the jet discharge channel is connected to the discharge line and a suction channel in terms of flow technology and is otherwise closed, the suction channel running to form a suction function to a suction opening forming a suction mouth in a suction area surrounding the inlet area of the jet discharge channel.
  • the object is achieved by a liquid cutting device according to claim 9.
  • a cutting jet collector which, essentially in the manner of a Venturi nozzle or a jet pump, is able to provide a suction function which removes the portions of the cutting media jet which do not find their way directly into the entry area of the suction channel or which exit from this entry area due to fluid dynamics , can suction and preferably feed the draining material in the drain line.
  • the above-mentioned suction function is preferably implemented by the flow speed of the cutting media jet.
  • the entry of the cutting media jet into a suction chamber downstream of the jet discharge channel, which can also be integrated into the jet discharge channel, is used to generate a suction vacuum.
  • the jet outflow channel is arranged in the central region of the cutting jet collector.
  • a possible embodiment has, for example, an upper, funnel-shaped inlet area, a straight channel course and an entry into the suction chamber arranged below the suction channel. The cutting medium flow entering the suction channel from above then enters the suction chamber in the form of a jet, with a negative pressure then arising in the suction chamber around the free jet of the cutting medium flow.
  • the suction chamber in turn is connected via the suction channel to a suction area which lies below the processing point at which the cutting media jet passes through the workpiece. It can be arranged, for example, above the entry area for the cutting media jet into the jet discharge channel, but it is also possible to arrange it next to the entry area or around the entry area or further down. In one of these possible configurations, there is, for example, a small space between the underside of the workpiece support and the top of the cutting jet collector, which forms the suction area. This space is sucked off by a suction mouth that is in flow connection with the suction channel.
  • the suction mouth is either ring-shaped or two or more preferably individual suction channels are provided that extend over the circumference of the entrance area of the jet discharge channel are distributed on its sides.
  • the cross sections of the suction channels can be round or oval or in the form of circular ring segments.
  • a nozzle can also be integrated directly into the jet discharge channel.
  • the through opening which penetrates the cutting beam collector has this nozzle in an upper region which, starting from a first cross section, has a second cross section which is reduced in the further beam path compared to the first cross section. Subsequent to this second cross-section, the diameter then increases again, the enlarged area then being able to form the suction chamber.
  • the suction channels or the suction channel are directly connected to the bore in the region of the third diameter with an enlarged cross section.
  • the negative pressure resulting in this area can also be made available via other lines of a separate suction chamber, into which the suction channels or the suction channel then open.
  • the essence of the invention is the fact that the flow dynamics are used to generate a vacuum or to reinforce a vacuum provided.
  • the invention can be used in connection with an explicit suction system, either to increase the vacuum used for suction or to expand the area in which a suction effect is effective. With the support of a suction pump, its performance can be reduced and energy saved.
  • the flow dynamics alone can provide the vacuum necessary for suction without additional, vacuum-generating devices.
  • This negative pressure is then used to pass through one or more suction mouths that are adjacent to or around the entry area of the cutting media jet are arranged in the jet discharge channel to suck off fluid components, particles or gases.
  • These undesirable components cannot precipitate on the workpiece or contaminate the environment, but are suctioned off and subsequently preferably fed back into the outflowing cutting medium stream in the discharge line, which flows out of the suction channel.
  • the liquid cutting system in addition to the actual processing station for the workpiece, in which a moving or stationary cutting jet emerges from a cutting jet nozzle and cuts the workpiece moved relative to the cutting jet nozzle, the liquid cutting system according to the invention also has the collecting and removal device described above. Furthermore, a preparation or at least one separation station for the individual components of the media contained in the cutting jet is preferably provided.
  • the way in which the workpiece is cut via the liquid jet or how the workpiece support is designed is not significant for the invention.
  • the present invention can basically be used with all possible configurations in this area.
  • the invention can in principle be used with all types of workpieces and cutting media, in particular water, oil or similar liquids.
  • the drain line feeds the material of the cutting media jet collected by the collecting and discharge device to a preparation or a separating device.
  • the media stream can basically also entrained particles of the workpiece itself, be it that they were loosened by the cutting process or fall off the workpiece during processing, and include gaseous components.
  • Gaseous components are usually air components that are entrained in the cutting media jet due to the flow dynamics, but other components, for example in the form of protective gas, can also occur here.
  • the gaseous components are preferably separated from the heavier particles and fluid components in a separator.
  • This separator is preferably a cyclone separator, which uses the different inertial forces in a rotating chamber or in a rotating media flow to separate the gases from the heavier components.
  • the gas components are then sucked off via a gas discharge, whereby they can additionally be filtered in order to filter out the last solid components or atomized liquid components. Electrostatic filters can also be used.
  • the heavier particles in turn can either be separated from one another either by the cyclone separator, a further cyclone separator or also by means of filters or sieves. Ultimately, this depends on the intended use, which determines which types of particles are in the cutting media flow.
  • the liquid can be discharged via a liquid discharge, possibly also with further filtering, or can be fed back into the liquid supply of the liquid cutting system. If this is necessary, the liquid can be further processed or disinfected, for example either by heating or by other known measures.
  • FIG. 1 a liquid cutting system according to the invention with a cutting jet collector 5 is shown schematically.
  • the cutting beam collector 5 is provided below the workpiece support 1 on which the workpiece 2 rests.
  • the workpiece support 1 is designed to be movable, for example, so that the workpiece 2 passes the cutting jet 4 emerging from the cutting jet nozzle 3, which thus makes a cut in the workpiece 2.
  • the cutting beam 4 passes through a gap (not visible here) in the workpiece support 1, through it and into the cutting beam collector 5. So that the gap does not have to extend through the entire length of the workpiece support 1, the workpiece 2 is preferably transported via a workpiece carrier along the top of the workpiece support 1. Due to the dynamics of the high-pressure cutting used here with pressures of the cutting medium of up to 6000 bar, the cutting medium jet emerges at high speed below the cut. This cutting media jet is composed of the actual cutting jet 4 as well as particles originating from the workpiece 2 and entrained air components.
  • the cutting media jet in turn enters the entry region of the jet discharge channel 6, not shown here, in the cutting jet collector 5.
  • the cutting beam 4 widens slightly.
  • the reflections from the beam discharge channel 6 and other effects it can additionally happen that particles are thrown out of the entrance area again in the opposite or a lateral direction.
  • the area below the workpiece support 1 can have both atomized liquid components, workpiece particles or liquid drops which, depending on the design of the workpiece support 1, either precipitate on the workpiece support 1 or on the workpiece 2 or can emerge from the liquid cutting system.
  • the suction function is provided according to the invention, which is in the area between the workpiece support 1 and the collection and discharge device provides a suction area 7.
  • Figure 2 shows the collection and discharge device in a schematic sectional view.
  • the cutting jet 4 emerging from the cutting jet nozzle 3 cuts the workpiece 2 and enters the collection and removal device through the opening in the workpiece support 1.
  • a jet discharge channel 6 is provided in the middle. In the upper area, this jet discharge channel 6 is widened like a funnel, in order to form an effective collector for the cutting media jet.
  • the jet discharge channel 6 emerges from the core of the collection and discharge device, a space being provided below this lower area, into which the cutting media jet then flows as a free jet.
  • This space which serves as a suction chamber, is enlarged in diameter compared to the outlet opening of the jet discharge channel 6; in the exemplary embodiment shown, the diameter is approximately twice as large as that of the jet discharge channel 6.
  • a suction channel 8 is arranged in a ring around the core of the collection and discharge device, so that the negative pressure is able to suction the area above the collection and discharge device, so that the area can function as a suction area 7.
  • particles and ambient air are sucked into the suction channel 8 and then together with the cutting media jet of the drain line 10 (cf. Figure 1 ) fed.
  • suction channel 8 shown here is only an example; here, instead of one annular channel, a plurality of suction channels 8 distributed over the circumference can of course also be provided.
  • the particular advantage of the invention is that the cutting media jet emerging from the jet discharge channel 6 itself generates the negative pressure, which allows the area above the collection and discharge device to become the suction area 7.
  • the media stream collected in this way is fed to a schematically illustrated preparation.
  • This consists of a separator 11, which separates gaseous components and the heavier solid or liquid components from one another.
  • This separator 11 preferably comprises a cyclone separator which, using the centrifugal forces, is able to separate gaseous components from the heavier other components, which are then removed by gas 13 flowing in a suction direction of the gas S G , if it is harmless to the environment, for example to the environment.
  • This separation via the cyclone separator is already known, for example, from the principle of bagless vacuum cleaners.
  • the remaining components are then discharged through the liquid discharge 12 in the direction of flow of the liquid S F and, if necessary, separated and disposed of via further cyclone separators or filter means or reused in the case of the fluid.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage mit einem Schneidstrahlkollektor und einer Abfuhr für den über den Schneidstrahlkollektor gesammelten Schneidmedienstrom, der sich aus dem Medium des Schneidstrahls, mitgerissenen Gasanteilen aus der Umgebungsluft und durch den Schneidstrahl vom Werkstück gelösten Partikeln zusammensetzt. Der Schneidstrahlkollektor weist dabei einen Strahlabflusskanal mit einem Eintrittsbereich zur Einleitung des Schneidstrahls auf, der mit einem Austrittsbereich mit einer Abflussleitung in Strömungsverbindung steht.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Flüssigkeitsschneidanlage mit einer solchen Sammel- und Abfuhrvorrichtung.
  • Sammel- und Abfuhrvorrichtungen für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage dieser Art sowie eine zugehörige Flüssigkeitsschneidanlage sind aus der DE 35 18 166 C1 bekannt.
  • Die in Verbindung mit der Funktionsbeschreibung der bekannten Sammel- und Abfuhrvorrichtung beschriebene Flüssigkeitsschneidanlage weist eine Werkstückauflage auf, über die Werkstücken unter Einbringen eines Schnitts durch den Schneidstrahl geführt werden. Der an der Unterseite des Werkstücks austretende Schneidmedienstrahl wird über die Sammel- und Abfuhrvorrichtung unterhalb der Werkstückauflage aufgefangen, aufgeweitet und zur Aufbereitung abgeführt. Der Schneidmedienstrahl umfasst dabei zum einen das eigentliche, flüssige Schneidmedium als zum anderen auch eventuell mitgerissene, gasförmige Bestandteile oder feste, vom Werkstück stammende Partikel.
  • Mit den bekannten Flüssigkeitsschneidanlagen können Werkstücke aller Art geschnitten werden. Das Schneiden mittels Flüssigkeitsstrahl hat den Vorteil, dass so gut wie keine Kräfte in Vorschubrichtung auftreten, genaue Schnittgeometrien realisierbar sind und mit vergleichsweise hoher Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet werden kann. Eine mögliche Anwendung für solche Flüssigkeitsschneidanlagen ist neben dem Schneiden von Kunststoff, Schaumstoff oder Metall das Schneiden von Lebensmitteln.
  • Das Schneiden von Lebensmitteln ist mit herkömmlichen Schneidvorrichtungen, beispielsweise Ultraschallmessern oder Sägen, oft nicht ganz einfach zu beherrschen. Nicht tiefgefrorene Lebensmittel sind üblicherweise weich, was zu dem Risiko führt, dass feste Bestandteile innerhalb des Lebensmittels an den Schneidwerkzeugen hängen bleiben und so den Schnitt verschmieren.
  • So kann beispielsweise beim Schneiden von Kuchenstücken ein härteres Schokoladenstückchen oder ein Fruchtbestandteil die Schnittkante derart unregelmäßig machen, dass das Produkt nicht mehr die Qualitätsanforderungen erfüllt. Ferner kann beispielsweise durch ein durch einen Kuchen bewegtes Messer Fruchtmark längs der Teilungsebene verschmieren, so dass sich eine unschöne Seitenfläche ergibt. Aus diesen Gründen bietet sich das Schneiden mittels eines Flüssigkeitsstrahls an.
  • Der Flüssigkeitsstrahl wird mit hohem Druck auf das Werkstück gerichtet und tritt unter geringfügiger Aufweitung unten aus dem Werkstück wieder aus. Die Erfindung lässt sich wahlweise in Verbindung mit Flüssigkeitsschneidanlagen verwenden, bei denen entweder das Werkstück relativ zum Schneidstrahl oder alternativ der Schneidstrahl relativ zum Werkstück bewegt wird. Auch eine Kombination beider Bewegungen ist bei den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsschneidanlagen möglich. Kern der Erfindung ist dabei das möglichst vollständige Auffangen aller Komponenten des Schneidmedienstrahls sowie deren Abfuhr und Aufbereitung.
  • Die bekannten Flüssigkeitsschneidanlagen weisen bereits Sammel- und Abfuhrvorrichtungen für den austretenden Schneidmedienstrahl auf. Hierbei ist es bekannt, diesen Schneidmedienstrahl mittels unterschiedlicher Hilfsmittel aufzubereiten, um beispielsweise die Energie des Strahls abzubauen, so dass die Sammel- und Abfuhrvorrichtung keinem zu hohen Verschleiß ausgesetzt ist.
  • Ein Nachteil der bisher verwendeten Sammel- und Abfuhrvorrichtungen besteht darin, dass unterhalb des Werkstücks, beim Austritt des Schneidmedienstrahls aus dem Schnitt, Verwirbelungen auftreten können, die zum einen dazu führen können, dass Anteile des zum Schneiden verwendeten Fluids oder beim Schneiden vom Werkstück getrennte Partikel in die Umgebung abgegeben werden. Auch können sich solche Partikel auf der Unterseite des Werkstücks absetzen.
  • Während die Verunreinigung der Unterseite des Werkstücks beim Schneiden von industriell genutzten Zwischenprodukten aus Kunststoff oder Metall oft nur lästig ist, da diese Produkte anschließend wieder gereinigt werden müssen, kann es in Verbindung mit dem Schneiden von Schaumstoffen oder gar Lebensmitteln zu größeren Problemen kommen. Hier muss zum Beispiel die Verunreinigung des Produktes vermieden werden, da sie nicht wieder rückgängig gemacht werden kann.
  • So ist beispielsweise das Durchfeuchten eines offenporigen Schaumstoffes unterhalb der Schnittlinie meist unerwünscht. In Verbindung mit Lebensmitteln ist ebenfalls das Durchfeuchten nicht erwünscht. Ferner können sich Partikel im Bereich der Schnittränder absetzen, die die Optik der Schnittlinie oder das Lebensmittel selbst optisch beeinträchtigen. Neben den durch das Schneiden entstehenden, durch den Schneidstrahl abgetragenen Partikeln, können dies zum Beispiel auch Komponenten in Form von Puderzucker oder sonstigen Bestandteilen sein, die infolge der auftretenden dynamischen Bewegungen aufgewirbelt werden können und sich nachfolgend unkontrolliert an unerwünschten Stellen absetzen können.
  • Auch die Werkstückauflage kann durch solche Effekte verunreinigt werden, was dann wiederum mittelbar zur Verunreinigung des Werkstücks selbst führen kann. In Verbindung mit Lebensmitteln besteht hier das weitere Problem, dass sich Reste des zuvor geschnittenen Lebensmittels an der Werkstückauflage ablagern können, die zur Vermeidung einer Kontamination des nachfolgenden Lebensmittels dann aufwendig gereinigt werden muss. Insbesondere in Verbindung mit ei-, geflügel- oder fischhaltigen Lebensmitteln kann dies zu einem erhöhten Aufwand führen.
  • Aus der DE 100 51 942 B4 ist eine Flüssigkeitsschneidanlage bekannt, die unterhalb der Werkstückauflage eine Strahlabfuhr aufweist. Diese Strahlabfuhr ist von einem ringförmigen Kanal umgeben, in dem ein von einer externen Zuleitung bereitgestellter, erhöhter Flüssigkeitsdruck anliegt, wobei von diesem Kanal im oberen Bereich Flüssigkeit in die Strahlabfuhr eingeleitet wird. Hierdurch wird eine in Strahleintrittsrichtung gerichtete Strömung innerhalb der Strahlabfuhr, in die der Schneidstrahl eintritt, erzeugt, um den Schneidstrahl auf diese Weise in der Flüssigkeitsströmung abzubremsen und aufzuweiten.
  • Diese Vorrichtung leidet unter dem Nachteil, dass unterhalb der Werkstückauflage Verunreinigungen auftreten können und eine effektive Absaugung von Schneidgutresten nicht möglich ist. Ferner besteht aufgrund des wassergefüllten Eintrittskanals für den Schneidstrahl das Risiko, dass Teile des Schneidstrahls oder des im Eintrittskanal befindlichen Wassers zurückspritzen.
  • Aus der WO 2017/071697 A1 ist eine Flüssigkeitsschneidanlage für Lebensmittel bekannt, die eine untere Strahlabfuhr und einen darum herum angeordneten ringförmigen Kanal aufweist, wobei hier über den ringförmigen Kanal eine Absaugung von Schwebstoffen erfolgt. Dies wird durch einen Anschluss des Kanals an eine externe Unterdruckquelle realisiert, was wiederum den Aufwand vergrößert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage zu schaffen, über die der Schneidmedienstrahl auf konstruktiv einfache Weise zuverlässig abgeführt werden kann, wobei bevorzugt das abgeführte Material günstig und einfach einer Aufbereitung zugeführt werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsschneidanlage zu schaffen, die eine solche Sammel- und Abfuhrvorrichtung aufweist.
  • Bezüglich der Sammel- und Abfuhrvorrichtung wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Schneidstrahlkollektor derart ausgebildet ist, dass der Strahlabflusskanal in eine unterhalb des Austrittsbereichs angeordnete Saugkammer austritt, die einen im Vergleich zum Querschnitt des Strahlabflusskanals im Austrittsbereich vergrößerten Querschnitt aufweist und neben dem Strahlabflusskanal mit der Abflussleitung sowie einem Absaugkanal strömungstechnisch verbunden und ansonsten geschlossen ist, wobei der Absaugkanal zur Bildung einer Saugfunktion zu einer einen Saugmund bildenden Ansaugöffnung in einem den Eintrittsbereich des Strahlabflusskanals umgebenden Saugbereich verläuft.
  • Bezüglich der Flüssigkeitsschneidvorrichtung wird die Aufgabe durch eine Flüssigkeitsschneidvorrichtung nach Anspruch 9 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird nun ein Schneidstrahlkollektor verwendet, der im Wesentlichen nach der Art einer Venturidüse oder einer Strahlpumpe eine Absaugfunktion bereitzustellen vermag, die die Anteile des Schneidmedienstrahls, die nicht den unmittelbaren Weg in den Eintrittsbereich des Saugkanals finden oder aufgrund von strömungstechnischer Dynamik aus diesem Eintrittsbereich wieder austreten, abzusaugen und bevorzugt dem abfließenden Material in der Abflussleitung zuzuführen vermag.
  • Die oben genannte Absaugfunktion wird bevorzugt durch die Fließgeschwindigkeit des Schneidmedienstrahls realisiert. Hierzu wird der Eintritt des Schneidmedienstrahls in eine dem Strahlabflusskanal nachgeschaltete Saugkammer, die auch in den Strahlabflusskanal integriert sein kann, zur Erzeugung eines saugenden Unterdrucks genutzt.
  • Im Falle einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist im zentralen Bereich des Schneidstrahlkollektors der Strahlabflusskanal angeordnet. Eine mögliche Ausgestaltung weist zum Beispiel einen oberen, trichterförmigen Einlaufbereich, einen geradlinigen Kanalverlauf und einen Eintritt in die unterhalb des Absaugkanals angeordnete Saugkammer auf. Der von oben in den Absaugkanal eintretende Schneidmedienstrom tritt dann strahlförmig in die Saugkammer ein, wobei sich rund um den freien Strahl des Schneidmedienstroms dann ein Unterdruck in der Saugkammer ergibt.
  • Die Saugkammer wiederum ist über den Absaugkanal mit einem Saugbereich verbunden, der unterhalb der Bearbeitungsstelle, an der der Schneidmedienstrahl durch das Werkstück durchtritt liegt. Er kann beispielsweise oberhalb des Eintrittsbereichs für den Schneidmedienstrahl in den Strahlabflusskanal angeordnet sein, wobei aber auch eine Anordnung neben den Eintrittsbereich oder rund um den Eintrittsbereich oder auch weiter unten möglich ist. Bei einer dieser möglichen Ausgestaltungen ist zum Beispiel zwischen der Unterseite der Werkstückauflage und der Oberseite des Schneidstrahlkollektors ein kleiner Zwischenraum vorgesehen, der den Saugbereich bildet. Dieser Zwischenraum wird von einem mit dem Absaugkanal in Strömungsverbindung stehenden Saugmund abgesaugt.
  • Bevorzugt ist, da sich die Anteile oder die Partikel, die sich vom Schneidmedienstrahl separieren, in alle Richtungen von der Strahlausbreitungsrichtung des Schneidmedienstrahls wegbewegen können, der Saugmund entweder ringförmig ausgebildet oder es sind zwei oder weiter bevorzugt noch mehr einzelne Absaugkanäle vorgesehen, die über den Umfang des Eintrittsbereiches des Strahlabflusskanals an dessen Seiten verteilt sind. Die Querschnitte der Absaugkanäle können rund oder auch oval oder in Form von Kreisringsegmenten ausgebildet sein.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung kann statt eines röhrenförmigen Strahlabflusskanals mit konstantem Querschnitt auch eine Düse unmittelbar in den Strahlabflusskanal integriert werden. Hierzu weist dann die den Schneidstrahlkollektor durchsetzende Durchgangsöffnung in einem oberen Bereich diese Düse auf, die ausgehend von einem ersten Querschnitt einen im weiteren Strahlengang im Vergleich zum ersten Querschnitt verringerten zweiten Querschnitt aufweist. Im Nachgang zu diesem zweiten Querschnitt vergrößert sich dann der Durchmesser wieder, wobei der vergrößerte Bereich dann die Saugkammer bilden kann.
  • Hier sind also die Absaugkanäle bzw. der Absaugkanal unmittelbar mit der Bohrung im Bereich des dritten Durchmessers mit vergrößertem Querschnitt verbunden. Natürlich kann der sich in diesem Bereich ergebende Unterdruck auch über andere Leitungen einer separaten Saugkammer zur Verfügung gestellt werden, in die dann die Absaugkanäle bzw. der Absaugkanal münden.
  • Wesen der Erfindung ist dabei die Tatsache, dass die Strömungsdynamik genutzt wird, um einen Unterdruck zu erzeugen oder einen bereitgestellten Unterdruck zu verstärken. Grundsätzlich kann die Erfindung in Verbindung mit einer expliziten Absauganlage eingesetzt werden, um entweder den zum Absaugen eingesetzten Unterdruck zu vergrößern oder um den Bereich zu erweitern, in dem ein Absaugeffekt wirksam ist. So kann durch die Unterstützung einer Absaugpumpe diese in der Leistung reduziert und damit Energie gespart werden.
  • Im Falle einer Ausgestaltung kann ohne zusätzliche, unterdruckerzeugende Vorrichtungen alleine die Strömungsdynamik den zum Absaugen notwendigen Unterdruck bereitstellen. Dieser Unterdruck wird dann ausgenutzt, um über einen oder mehrere Saugmünder, die neben dem oder rund um den Eintrittsbereich des Schneidmedienstrahls in den Strahlabflusskanal angeordnet sind, Fluidbestandteile, Partikel oder Gase abzusaugen. So können sich diese unerwünschten Komponenten nicht am Werkstück niederschlagen oder die Umgebung kontaminieren, sondern werden abgesaugt und nachfolgend bevorzugt wieder dem aus dem Absaugkanal austretenden, abfließenden Schneidmedienstrom in der Abflussleitung zugeführt.
  • Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsschneidanlage weist neben der eigentlichen Bearbeitungsstation für das Werkstück, in der ein bewegter oder feststehender Schneidstrahl aus einer Schneidstrahldüse austritt und das relativ zur Schneidstrahldüse bewegte Werkstück schneidet, die oben beschriebene Sammel- und Abfuhrvorrichtung auf. Ferner ist bevorzugt eine Aufbereitung oder zumindest eine Trennstation für die Einzelkomponenten der im Schneidstrahl enthaltenen Medien vorgesehen.
  • Die Art und Weise, wie über den Flüssigkeitsstrahl das Werkstück geschnitten wird oder wie auch die Werkstückauflage ausgebildet ist, ist für die Erfindung nicht erheblich. Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich mit allen möglichen Ausgestaltungen in diesem Bereich verwendbar. Ferner ist die Erfindung grundsätzlich mit allen Arten von Werkstücken und Schneidmedien, insbesondere Wasser, Öl oder ähnlichen Flüssigkeiten, einsetzbar.
  • Die Abflussleitung leitet das von der Sammel- und Abfuhrvorrichtung gesammelte Material des Schneidmedienstrahls einer Aufbereitung oder einer Trennvorrichtung zu. Diese umfasst einen Abscheider, der die einzelnen Komponenten des Medienstroms voneinander zu trennen vermag.
  • Grundsätzlich kann der Medienstrom neben der Flüssigkeit des Schneidmediums auch mitgerissene Partikel des Werkstücks selbst, sei es, dass sie durch den Schneidvorgang gelöst wurden oder vom Werkstück während der Bearbeitung herunterfallen, und gasförmige Komponenten umfassen. Gasförmige Komponenten sind üblicherweise Luftanteile, die aufgrund der Strömungsdynamik mit dem Schneidmedienstrahl mitgerissen werden, jedoch können hier auch weitere Komponenten, beispielsweise in Form von Schutzgas, auftreten.
  • Zunächst werden bevorzugt in einem Abscheider die gasförmigen Komponenten von den schwereren Partikeln und Fluidanteilen getrennt. Dieser Abscheider ist bevorzugt ein Zyklonabscheider, der durch Ausnutzung der unterschiedlichen Trägheitskräfte in einer rotierenden Kammer oder in einem rotierenden Medienstrom die Gase von den schwereren Anteilen trennt. Die Gasanteile werden dann über eine Gasabfuhr abgesaugt, wobei sie dabei zusätzlich gefiltert werden können, um letzte Feststoffanteile oder vernebelte Flüssigkeitsanteile herauszufiltern. Auch elektrostatische Filter können eingesetzt werden.
  • Die schwereren Partikel wiederum können entweder wiederum durch den Zyklonabscheider, einen weiteren Zyklonabscheider oder auch über Filtermittel bzw. Siebe voneinander getrennt werden. Letztlich hängt dies vom Einsatzzweck ab, der bestimmt, welche Arten von Partikeln sich im Schneidmedienstrom befinden.
  • Nach Trennung der Feststoffe von den flüssigen Bestandteilen kann die Flüssigkeit, gegebenenfalls ebenfalls unter weiterer Filterung, über eine Flüssigkeitsabfuhr abgeführt werden oder auch dem Flüssigkeitsvorrat der Flüssigkeitsschneidanlage wieder zugeführt werden. Sofern dies erforderlich ist, kann die Flüssigkeit weiter aufbereitet oder desinfiziert werden, zum Beispiel entweder durch Erhitzen oder durch sonstige bekannte Maßnahmen.
  • Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
  • In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Schneidanlage und
    Fig. 2
    den Bereich der Schneidmedienabfuhr in einer Schnittansicht.
  • In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsschneidanlage mit einem Schneidstrahlkollektor 5 schematisch dargestellt. Der Schneidstrahlkollektor 5 ist unterhalb der Werkstückauflage 1 vorgesehen, auf der das Werkstück 2 aufliegt.
  • Hier ist die Werkstückauflage 1 beispielhaft beweglich ausgebildet, so dass das Werkstück 2 den aus der Schneidstrahldüse 3 austretenden Schneidstrahl 4 passiert, der so einen Schnitt in das Werkstück 2 einbringt.
  • Der Schneidstrahl 4 tritt durch einen Spalt (hier nicht sichtbar) in der Werkstückauflage 1 durch diese hindurch und in den Schneidstrahlkollektor 5 ein. Damit sich der Spalt nicht durch die gesamte Länge der Werkstückauflage 1 erstrecken muss, wird bevorzugt das Werkstück 2 über einen Werkstückträger längs der Oberseite der Werkstückauflage 1 transportiert. Aufgrund der Dynamik des hier verwendeten Hochdruckschneidens mit Drücken des Schneidmediums von bis zu 6000 bar tritt unterhalb des Schnittes der Schneidmedienstrahl mit hoher Geschwindigkeit aus. Dieser Schneidmedienstrahl setzt sich aus dem eigentlichen Schneidstrahl 4 sowie Partikeln, die vom Werkstück 2 stammen, und mitgerissenen Luftanteilen zusammen.
  • Der Schneidmedienstrahl wiederum tritt in den hier nicht dargestellten Eintrittsbereich des Strahlabflusskanals 6 im Schneidstrahlkollektor 5 ein. Nach Passieren des Werkstücks 2 weitet sich dabei der Schneidstrahl 4 leicht auf. Infolge dieser Strahlaufweitung, der Reflexionen aus dem Strahlabflusskanal 6 und sonstiger Effekte kann es zusätzlich passieren, dass Partikel aus dem Eintrittsbereich wieder in die entgegengesetzte oder eine seitliche Richtung geschleudert werden. Durch diesen Effekt und weitere Streueffekte kann der Bereich unterhalb der Werkstückauflage 1 sowohl vernebelte Flüssigkeitsanteile, Werkstückpartikel oder auch Flüssigkeitstropfen aufweisen, die sich je nach Ausgestaltung der Werkstückauflage 1 entweder an dieser oder auch an dem Werkstück 2 niederschlagen oder aus der Flüssigkeitsschneidanlage austreten können.
  • Um diese unerwünschten Komponenten nun ebenfalls der Abflussleitung 10, die die Sammel- und Abfuhrvorrichtung mit der weiteren Aufbereitung für das abschließende Schneidmedium verbindet, zuführen zu können, ist erfindungsgemäß die Absaugfunktion vorgesehen, die in dem Bereich zwischen der Werkstückauflage 1 und der Sammel- und Abfuhrvorrichtung einen Saugbereich 7 bereitstellt. Diese Funktion ist am besten aus Figur 2 zu erkennen, die die Sammel- und Abfuhrvorrichtung in einer schematischen Schnittansicht zeigt.
  • Der aus der Schneidstrahldüse 3 austretende Schneidstrahl 4 schneidet das Werkstück 2 und tritt durch die Öffnung in der Werkstückauflage 1 in die Sammel- und Abfuhrvorrichtung ein. Hier ist ein Strahlabflusskanal 6 mittig vorgesehen. Im oberen Bereich ist dieser Strahlabflusskanal 6 trichterartig erweitert, um so einen effektiven Kollektor für den Schneidmedienstrahl zu bilden.
  • Im unteren Bereich tritt der Strahlabflusskanal 6 aus dem Kern der Sammel- und Abfuhrvorrichtung aus, wobei unterhalb dieses unteren Bereiches ein Raum vorgesehen ist, in den der Schneidmedienstrahl dann als freier Strahl einströmt. Dieser als Saugkammer dienende Raum ist im Durchmesser im Vergleich zur Austrittsöffnung des Strahlabflusskanals 6 erweitert, im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser etwa doppelt so groß wie der des Strahlabflusskanals 6.
  • Aufgrund des mit hoher Geschwindigkeit aus dem Strahlabflusskanal 6 frei austretenden Schneidmedienstrahls entsteht nach dem Prinzip der Strahlpumpe rund um diesen Strahl ein Unterdruck. Um den Kern der Sammel- und Abfuhrvorrichtung ist ringförmig ein Absaugkanal 8 angeordnet, so dass der Unterdruck den Bereich oberhalb der Sammel- und Abfuhrvorrichtung abzusaugen vermag, so dass der Bereich als Saugbereich 7 fungieren kann. Hierdurch werden Partikel und Umgebungsluft in den Absaugkanal 8 eingesogen und dann zusammen mit dem Schneidmedienstrahl der Abflussleitung 10 (vergleiche Figur 1) zugeführt.
  • Die dargestellte Form des Absaugkanals 8 ist dabei lediglich ein Beispiel, hier können anstelle eines ringförmigen Kanals natürlich auch mehrere, über den Umfang verteilte Absaugkanäle 8 vorgesehen sein. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der von dem aus dem Strahlabflusskanal 6 austretende Schneidmedienstrahl selbst den Unterdruck erzeugt, der den Bereich oberhalb der Sammel- und Abfuhrvorrichtung zum Saugbereich 7 werden lässt.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wird der so gesammelte Medienstrom einer schematisch dargestellten Aufbereitung zugeführt. Diese besteht aus einem Abscheider 11, der gasförmige Komponenten und die schwereren festen bzw. flüssigen Komponenten voneinander trennt. Dieser Abscheider 11 umfasst bevorzugt einen Zyklonabscheider, der unter Nutzung der Zentrifugalkräfte gasförmige Komponenten von den schwereren übrigen Komponenten zu separieren vermag, die dann durch eine Gasabfuhr 13 in eine Absaugrichtung des Gases SG strömende, falls es umwelttechnisch unbedenklich ist, zum Beispiel an die Umgebung abgeführt werden. Diese Trennung über den Zyklonabscheider ist beispielsweise dem Prinzip nach von beutellosen Staubsaugern bereits bekannt.
  • Die übrigen Komponenten werden dann durch die Flüssigkeitsabfuhr 12 in die Abflussrichtung der Flüssigkeit SF abgeleitet und gegebenenfalls über weitere Zyklonabscheider oder Filtermittel voneinander getrennt und entsorgt oder im Falle des Fluids wiederverwendet.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Werkstückauflage
    2
    Werkstück
    3
    Schneidstrahldüse
    4
    Schneidstrahl
    5
    Schneidstrahlkollektor
    6
    Strahlabflusskanal
    7
    Saugbereich
    8
    Absaugkanal
    9
    Partikel
    10
    Abflussleitung
    11
    Abscheidemittel
    12
    Flüssigkeitsabfuhr
    13
    Gasabfuhr
    V
    Vorschubrichtung
    SF
    Abflussrichtung der Flüssigkeit
    SG
    Absaugrichtung des Gases
    S
    Strömungsrichtung

Claims (15)

  1. Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage mit einem Schneidstrahlkollektor (5) und einer Abfuhr für den über den Schneidstrahlkollektor (5) gesammelten Schneidmedienstrom, wobei der Schneidstrahlkollektor (5) einen Strahlabflusskanal (6) mit einem Eintrittsbereich zur Einleitung des Schneidstrahls (4) aufweist, der mit einem Austrittsbereich mit einer Abflussleitung (10) in Strömungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schneidstrahlkollektor (5) derart ausgebildet ist, dass der Strahlabflusskanal (6) in eine unterhalb des Austrittsbereichs angeordnete Saugkammer austritt, die einen im Vergleich zum Querschnitt des Strahlabflusskanals (6) im Austrittsbereich vergrößerten Querschnitt aufweist und zusätzlich zur Verbindung mit dem Strahlabflusskanal (6) mit der Abflussleitung (10) und mit einem Absaugkanal (8) strömungstechnisch verbunden sowie ansonsten geschlossen ist, wobei der Absaugkanal (8) zur Bildung einer Saugfunktion zu einer, einen Saugmund bildenden Ansaugöffnung in einem, den Eintrittsbereich des Strahlabflusskanals (6) umgebenden Saugbereich (7) verläuft.
  2. Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugkammer von dem Mündungsbereich der Abflussleitung (10) gebildet ist.
  3. Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlabflusskanal (6) zumindest abschnittsweise wenigstens einen düsenförmig ausgebildeten Querschnittsverlauf mit einer Querschnittsverengung, an die sich in Strömungsrichtung gesehen nachfolgend eine Querschnittserweiterung anschließt, aufweist.
  4. Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (8) im Bereich der Querschnittserweiterung, der der Querschnittsverengung in Strömungsrichtung nachfolgt, mit dem Strahlabflusskanal (6) in Strömungsverbindung steht.
  5. Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsbereich des Strahlabflusskanals (6) trichterförmig ausgebildet ist.
  6. Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (8) einen, den Strahlabflusskanal (6) ausnehmenden Kern der Sammel- und Abfuhrvorrichtung ringförmig umgibt.
  7. Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Absaugkanäle (8) vorgesehen sind.
  8. Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl einer Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammel- und Abfuhrvorrichtung derart ausgebildet ist, dass nach dem Prinzip einer Strahlpumpe der von dem Schneidmedium und eventuell mitgerissenen Gas- oder Werkstückpartikeln zusammengesetzte Schneidmedienstrahl als freier Strahl aus dem Strahlabflusskanal (6) austritt und einen, den Strahl umgebenden Saugbereich (7) bildend, in die Saugkammer eintritt.
  9. Flüssigkeitsschneidanlage mit einer Werkstückauflage (1) für ein Werkstück (2), das über einen Schneidstrahl (4) geschnitten wird, wobei der relativ zum Werkstück (2) bewegliche Schneidstrahl (4) als Strahl eines flüssigen Schneidmediums aus einer Schneidstrahldüse (3) austritt und das Werkstück (2) schneidend in die unterhalb des Werkstücks (2), bevorzugt unterhalb der Werkstückauflage (1), angeordnete Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den aus dem Fluid des Schneidstrahls (4) und gegebenenfalls mitgerissenen Partikeln des Werkstücks (2) sowie gasförmigen Anteilen gebildeten Schneidmedienstrahl eintritt und wobei die Sammel- und Abfuhrvorrichtung über die Abflussleitung (10) mit einer Abfuhr oder Aufbereitung des Schneidmedienstrahls verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl eine Sammel- und Abfuhrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
  10. Flüssigkeitsschneidanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlabflusskanal (6) einen Durchmesser aufweist, der 1,5 bis 10 mal größer als der Innendurchmesser der Schneidstrahldüse (3) ist und/oder insbesondere derart dimensioniert ist, dass das abgebremste Medium des Schneidmedienstrahls ohne Luftanteile den Strahlabflusskanal (6) vollständig füllend und ohne sich aufzustauen kontinuierlich abzufließen vermag.
  11. Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstrahldüse (3) und die Sammel- und Abfuhrvorrichtung für den Schneidmedienstrahl synchron zueinander in die Vorschubrichtung (V) verfahrbar sind.
  12. Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflussleitung (10) zumindest abschnittsweise von einer flexiblen Schlauchleitung gebildet ist.
  13. Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitung des Schneidmedienstrahls über ein Abscheidemittel (11) zum Trennen der flüssigen, gasförmigen und/oder festen Partikel des Schneidmedienstroms gebildet ist.
  14. Flüssigkeitsschneidanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidemittel (11) einen Zyklonabscheider umfasst.
  15. Flüssigkeitsschneidanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidemittel (11) derart ausgebildet ist, dass es zunächst über den Zyklonabscheider die gasförmigen Bestandteile des Schneidmedienstroms von den übrigen Bestandteilen zu trennen vermag, wobei das Abscheidemittel (11) über eine als Gasabfuhr (13) dienende Unterdruckleitung die so separierten gasförmigen Bestandteile gefiltert oder ungefiltert auszugeben vermag und die übrigen Bestandteile über eine Flüssigkeitsabfuhr (12) gefiltert oder ungefiltert auszugeben vermag.
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