EP3600768A1 - Wasser-abrasiv-suspensions-schneidanlage und verfahren zum wasser-abrasiv-suspensions-schneiden - Google Patents

Wasser-abrasiv-suspensions-schneidanlage und verfahren zum wasser-abrasiv-suspensions-schneiden

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Publication number
EP3600768A1
EP3600768A1 EP17717103.0A EP17717103A EP3600768A1 EP 3600768 A1 EP3600768 A1 EP 3600768A1 EP 17717103 A EP17717103 A EP 17717103A EP 3600768 A1 EP3600768 A1 EP 3600768A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
abrasive
valve
water
lock chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17717103.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Linde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ANT Applied New Technologies AG
Original Assignee
ANT Applied New Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ANT Applied New Technologies AG filed Critical ANT Applied New Technologies AG
Publication of EP3600768A1 publication Critical patent/EP3600768A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/06—Impeller wheels; Rotor blades therefor

Definitions

  • the present disclosure relates to a water abrasive slurry slicer having the features set forth in the preamble of claim 1 and a method for water abrasive slurry slitting.
  • Water-abrasive suspension cutters are used to cut materials by means of a high-pressure water jet to which an abrasive is added.
  • Water-abrasive suspension cutting systems are to be differentiated from water-abrasive injection-cutting systems, in which the abrasive is introduced only in or at an outlet nozzle in the already very much accelerated water.
  • the high-pressure water is first mixed with the abrasive and then the water-abrasive slurry is accelerated in the outlet nozzle.
  • the abrasive-water ratio can be higher and a higher cutting force can be selected be achieved because the water is mixed under high pressure upstream of the outlet gland without air inclusions controlled with the abrasive.
  • a portion of the water flow can be performed by an abrasive container, which as a pressure vessel
  • a technical challenge with these systems is the refilling of the abrasive, since the plant must be taken out of service, the abrasive container must be brought to a depressurized state and only then can be filled. In industrial applications, however, continuous cutting is often desirable in which the equipment for filling the abrasive need not be taken out of service.
  • EP 2 755 802 Bl and WO 2015/149867 Al describe lock solutions to ensure continuous operation of the system. Due to the particularly high pressures, in some cases over 2,000 bar, however, the cyclical loading and unloading of a lock chamber is a technical challenge. The refilling of the pressure vessel leads namely in the previously known systems and in the previously known methods to blockages and time-consuming refill cycles.
  • a water abrasive slurry cutter is provided with
  • a high pressure source for supplying water
  • a pressure vessel for providing a high-pressure abrasive suspension
  • a lock chamber which is designed to be temporarily under high pressure and temporarily under low pressure
  • a refill valve for refilling the pressure vessel from the lock chamber characterized in that a conveying aid is on the suction side fluidly connected to the pressure vessel, that the conveying aid at high pressure in the lock chamber is able to suck a Abrasivstoffsuspension by the refill valve from the lock chamber in the pressure vessel ,
  • high pressure means a pressure above 100 bar and "low pressure” means a pressure below 100 bar.
  • the low pressure is the ambient air pressure.
  • the conveying aid is exposed to high pressure and is therefore preferably designed for high pressure.
  • the conveying aid is fluid-connected to a region of the pressure vessel in which there is less abrasive, for example a lateral upper region of the pressure vessel, the pumped water may contain abrasive, which promotes wear of the conveying aid.
  • a fraud Büabsperrventil is disposed between the conveying aid and the lock chamber, which is preferably a needle valve.
  • the needle valve can be shut off pneumatically via a Anpressteller.
  • the needle can be arranged coaxially with a high pressure input connected to the pressure vessel and this opposite to press sealingly on a valve seat at the high pressure inlet.
  • the delivery aid can optionally be fluid-connected to an upper area of the lock chamber on the pressure side.
  • the conveying aid is fluidly connected to the suction side with an upper region of the pressure vessel, where there is as little abrasive as possible, so that it is not sucked by the conveying aid, but as pure as possible water.
  • the lock chamber is preferably arranged vertically above the refill valve and the pressure vessel vertically below the refill valve, so that when the refill valve is open, gravity assisted by the refill valve can sink from the lock chamber into the pressure vessel.
  • the conveying aid can push, support and / or accelerate this vertical abrasive flow through a pressure difference generated by it at least temporarily between the pressure vessel and the lock chamber.
  • the displaced by the abrasive and extracted from the delivery aid from the pressure vessel water can be fed back to the lock chamber via the circuit.
  • the delivery aid can generate with the output-side pressure at least temporarily a corresponding pressure difference between the pressure vessel and the lock chamber and thus accelerate the flow through the refill valve.
  • the conveying aid has a low-pressure part and a high-pressure part, wherein the low-pressure part is in a region with low pressure, preferably with ambient air pressure, and the high-pressure part in a region with high pressure.
  • the high-pressure part can optionally have an impeller, which can be driven by means of the low-pressure part inductively or via a shaft which extends from the low-pressure part to the high-pressure part.
  • the high-pressure part may have a piston which can be driven by means of the low-pressure part.
  • the filling, printing and refilling process sequentially and cyclically during cutting to ensure continuous cutting operation.
  • the conveying aid from the lock chamber is shut off temporarily by a specially Büabsperrventil in the form of a needle valve. This is preferably done after refilling the pressure vessel and before filling the lock chamber under low pressure, since after a refill passage, the lock chamber is depressurized for the next Behell begang.
  • the bainettisbsperrventil is preferably closed when the lock chamber is under low pressure, and opened when the lock chamber is under high pressure.
  • Fig. 1 is a schematic circuit diagram of a first embodiment of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine
  • Fig. 2 is a schematic circuit diagram of a second embodiment of the herein disclosed water-abrasive suspension cutting machine
  • Fig. 3 is a schematic circuit diagram of a third embodiment of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine
  • Fig. 4 is a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine
  • Fig. 5 is a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine
  • 6a-c are schematic partial circuit diagrams of three different embodiments of a conveying aid of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine;
  • Figures 7a-c are schematic partial circuit diagrams of three different embodiments of an abrasive agent flow control of the herein disclosed water abrasive slurry cutting machine;
  • FIG. 8-12 are schematic diagrams of five different embodiments of an abrasive delivery means of the herein disclosed Water Abrasive Suspension Cutting Machine;
  • FIG. 13 is a schematic flow diagram of one embodiment of the water-abrasive-suspension cutting method disclosed herein.
  • Fig. 14 pressure-Zeif diagrams in a lock chamber, in an accumulator and in a high-pressure line according to an embodiment of hierein disclosed water-abrasive suspension cutter;
  • 15a-b show cross-sections in an xz-plane through a refill valve in two different open positions according to an embodiment of the disclosed herein water-abrasive suspension Schneidanla- ge;
  • FIG. 16a-b show cross-sections in an xz plane through a refill valve in two different closed positions according to an embodiment of the water-abrasive suspension cutting system disclosed herein;
  • 17a-b are cross-sections in a yz plane through a refill valve in the closed position according to two different embodiments of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine;
  • 18a-b are perspective views of a refill valve according to an embodiment of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine.
  • 19a-b are cross-sections through a shut-off valve in the form of a needle valve according to two different embodiments of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine in an open position.
  • I has a high pressure source 3, the water in a high pressure line 5 under a high pressure po of about 1 .500 to 4,000 bar available.
  • the high-pressure line 5 is connected to an outlet nozzle 7 from which the high-pressure water emerges at a very high speed in a jet 9. So that the jet 9 can be used effectively as a cutting jet for cutting material, the high-pressure line 5 is branched such that at least part of the flow through the high-pressure line 5 through a pressure vessel
  • I I is guided, in which a water-abrasive suspension 13 is located.
  • a shut-off valve 15 the feeding of the water abrasive suspension 13 to the outlet nozzle can be switched on and off.
  • the proportion of water-abrasive suspension 13 in the jet 9 can be adjusted via a throttle 17 by the flow rate in the guided through the pressure vessel 1 1 side of the high-pressure line 5 is throttled.
  • the throttle 17 may be configured statically, for example in the form of a pinhole or adjustable or adjustable.
  • the throttle 17 is adjustable, so that the throttle 17 may possibly also completely shut off the inflow into the pressure vessel 1 1, so that it is possible to dispense with the shut-off valve 15.
  • the throttle 17 is preferably controllable, a signal which is characteristic for the abrasive average flow and which can be obtained from a sensor or an available operating parameter being used as a control variable for regulating the opening of the throttle 17 (see FIGS. 7a-c). ,
  • a refill valve 19 in the form of a ball valve is located above the pressure vessel 11. assigns.
  • the refill valve 19 connects a lock chamber 21 arranged above the refill valve 19 with the pressure vessel 11.
  • a filling valve 23 is arranged, which connects a arranged above the lock chamber 21 Vietnamese Stahlstofftrichter 25 with the lock chamber 21.
  • the filling valve 23 may be configured substantially identical to the refill valve 19 in the form of a ball valve.
  • the refilling funnel 25 is not under pressure, so dry, moist or wet abrasive or a water-abrasive suspension can be poured from above (see Figures 8-12).
  • This can be, at least in part, an abrasive agent which has been reprocessed from the cutting jet 9 and which can be filled into the refilling funnel 25 from above via a conveying device (see FIGS. 8-12) in dry, wet, frozen, pelletized or suspended form.
  • the lock chamber 21 may be temporarily depressurized.
  • a pressure in the lock chamber 21 can be discharged via a pressure relief valve 27 in the form of a needle valve into a drain 29.
  • the filling valve 23 may be open, so that abrasive falls from the refilling hopper 25 into the lock chamber 21.
  • This gravitational filling of the lock chamber 21 with abrasive can be supported and accelerated by a pump 31st
  • the pump 31 may be connected on the suction side with the lock chamber 21 and the pressure side with the refilling funnel 25.
  • the pump 31 sucking abrasive into the lock chamber 21. This is particularly useful especially when abrasive in the tapered lower portion of the refilling funnel 25 and the filling valve 23 clogged.
  • the pump 31 does not have to be designed for high pressure, it is advantageous if the pump 31 is pumped by means of a pump.
  • penabsperrventils 33 in the form of a needle valve from the lock chamber 21 can be shut off.
  • the Pumpenabsperrventil 33 can be designed flushable to flush the valve seat and the valve body, for example in the form of a valve needle, of abrasive (see Figures 19a-b). This ensures on the one hand a tight closing of the Pumpenabsperrventils 33 and reduces the wear of material in the valve.
  • the pump 31 can be largely protected from abrasives by means of an upstream filter and / or separator (both not shown).
  • a first embodiment of the needle valve of Fig. 19a may be used, in which a side scavenging inlet and an opposite side scavenging outlet are provided.
  • the second embodiment of the needle valve according to FIG. 19b is more advantageous, in which a check valve is provided at the scavenging inlet. Since the pressure release valve 27 is opened at high pressure, the check valve prevents a pressure release in the direction of the scavenging inlet.
  • the Spülauslass can open into the drain 29, so that both the pressure relief and the Spülstoffablass takes place only to the drain 29 out and not to Rinse inlet.
  • the lock chamber 21 has a printing input 35 in a lower region, via which the lock chamber 21 can be printed.
  • the printing input 35 is in the embodiment of FIG. 1 via a pressure relief valve 37 in the form of a needle valve shut off with a pressure accumulator 39 and via throttles 41, 42 connected to the high pressure line 5.
  • the pressure accumulator 39 has two accumulator units in the form of spring accumulators, which are connected in parallel with the inlet of Bevikungsventils 37.
  • the pressure accumulator 39 is connected via the throttle 41 to the high-pressure line 5.
  • the throttles 41, 42 may be configured statically, for example in the form of pinhole diaphragms, or adjustable or controllable. If the throttles 41, 42 can be adjusted to a degree at which the connection between the high-pressure line 5 and the pressure input 35 can be shut off completely, the pressurization valve 37 can possibly be dispensed with.
  • the accumulator 39 is fully pressurized before the lock chamber 21 is printed. As soon as the pressure valve 37 is opened, the pressure accumulator 39 discharges into the lock chamber 21 and thus quickly imprints it to approximately 40% of the high pressure po which is provided in the high-pressure line 5 as a nominal high-pressure source 3. By this rapid Operabedruckung a pressure pulse is introduced from below into the lock chamber 21, which loosens the abrasive.
  • the pressure accumulator 39 is immediately loaded again from the moment in which he has discharged pressure.
  • the high-pressure line 5 prints both the lock chamber 21 with the residual pressure and the pressure accumulator 39. This is particularly advantageous if the Pressure loading of the accumulator 39 is so time-consuming that the Nach Scholl begangrate of the pressure charging time of the accumulator 39 depends.
  • the pressure accumulator 39 can be shut off with a pressure accumulator valve 43 in the form of a needle valve.
  • the accumulator valve 43 can be shut off in order not to burden the high pressure line 5 during the printing of the lock chamber 21 in addition to the pressure loading of the accumulator 39.
  • Such a load could cause a pressure drop in the high-pressure line 5, which could have a negative influence on the cutting performance at the outlet nozzle 7. It is therefore advantageous to open the pressure accumulator valve 43 only when the lock chamber 21 is completely printed and the pressure valve 37 is closed, so that the pressure accumulator 39 can be pressure-loaded via the throttle 41 from the high-pressure line 5.
  • the filling of the lock chamber 21 and the refilling of the pressure vessel 1 1 can usually take longer than the pressure loading of the accumulator 39.
  • the throttle 41 may be set so that the printing of the accumulator 39 runs as slowly as possible, but still fast enough so that before the next Passage for printing the lock chamber 21 of the pressure accumulator 39 is completely loaded with pressure.
  • the pressure accumulator 39 is entirely dispensed with and the lock chamber 21 is printed exclusively via the throttle 41 from the high-pressure line 5.
  • the high-pressure source 3 for example via a servo-pump control, so quickly to an initial pressure drop react and adjust the pump power accordingly fast that it does not even come to a large amplitude of pressure drop.
  • the high-pressure source 3 can be informed of an initial pressure drop, so that the high-pressure source 3 can quickly counteract a further pressure drop with an increase in output or speed increase.
  • the initial pressure drop can already be mitigated, so there is no time to a pressure drop, which significantly affects the cutting performance.
  • the refill valve 19 can be opened, so that gravity-based or -unterectiv abrasive can flow from the lock chamber 21 through the refill valve 19 into the pressure vessel 1 1 to refill this.
  • a conveying aid 45 for example in the form of a pump, is provided, which is connected on the suction side with the pressure vessel 1 1 and the pressure side with the lock chamber 21.
  • the conveying aid 45 supports or generates the abrasive flow from the lock chamber 21 down into the pressure vessel 1 1. It can prevent or dissolve clogging of abrasive and accelerate the gravity-assisted refill process.
  • the conveying aid 45 operates on the pressure vessel 1 1 with water under the nominal high pressure po. It must therefore be designed for high-pressure operation. For example, as shown in Fig. 6b, it may only have an inductively driven paddle wheel in the high pressure, so that the number of moving parts under high pressure is minimized.
  • a truly Büabsperrventil 47 is disposed between the conveying aid 45 and the lock chamber 21, wherein the clarffleabsperrventil 47 in the form of a needle valve, the pump 47 against the lock chamber 21 shut off when the lock chamber 21 is not or not completely printed.
  • the auxiliary conveying shut-off valve 47 is a êtba Res needle valve according to FIG. 19b with a check valve on Spülle- lass, since it is operated under high pressure.
  • FIGS. 6a-c show various alternative embodiments for the conveying aid 45.
  • the conveying aid 45 may have, for example, an impeller driven by a shaft from the outside (see FIG. 6a) or an inductively driven impeller (see FIG. 6b).
  • the conveying aid 45 can also support the refilling of abrasive in the pressure vessel 1 1 via a piston stroke (see FIG. 6c).
  • the conveying aid 45 can continuously pump or convey or temporally limited or pulsed. It may possibly be sufficient if the Abrasivstoffschpound is only initially supported in the pressure vessel 1 1 and then gravity-assisted alone continues fast enough. Alternatively or additionally, the abrasive flow into the pressure vessel 1 1 can be continuously supported or generated.
  • the refill valve 19 In addition to an upper valve inlet 49 and a lower valve outlet 51, the refill valve 19 also has a lateral pressure inlet 53. Via the pressure inlet 53, a valve chamber, in which there is a movable valve body, can be printed. Namely, without printing on the valve space, it may be that when the system is started up, the very high pressures on the valve inlet 49 and the valve outlet 51 press the valve body so strongly into the valve seat that the valve body can no longer be moved. Via the lateral pressure inlet 53, a pressure compensation in the refill valve 19 can be made, so that the valve body is movable after commissioning.
  • a purge for the refill valve 19 is provided.
  • a flushing source 55 can be shut-off connected to the pressure inlet 53 (see FIG. 4).
  • three flushing valves 57, 59, 61 are provided for this purpose. seen, the flushing on and off to be able to disconnect from the high pressure.
  • a first purge valve 57 in the form of a needle valve is arranged between the conveying aid 45 and the pressure inlet 53.
  • a second flushing valve 59, also referred to herein as Spülauslassventil 59 is arranged in the form of a needle valve between a side Spülauslass 63 and a drain 65.
  • a third purge valve 61 in the form of a needle valve is disposed between the purge source 55 and the pressure inlet 53.
  • the refill valve 19 is preferably closed.
  • the first purge valve 57 is also closed so that pressure can be released from the pressure inlet 53 without relieving the pressure at the delivery aid 45.
  • the second flushing valve 59 is opened to the drain 65, so that the possibly existing high pressure can be discharged from the valve chamber.
  • the third flush valve 61 is opened, water or a water-detergent mixture flows through the valve chamber to the drain 65 and thus rinses this free from Abrosivstoffresten.
  • the rinsing of the refill valve 19 is carried out at completely pressureless system 1 as a service procedure in order to completely rinse the valve chamber and possibly to be able to move the valve body thereby.
  • a rinse inlet 66 may be provided separately from the pressure inlet 53 (see also FIGS. 15a-b and 17a-b).
  • the pressure inlet 53 may be coaxial with and juxtaposed with a servomotor shaft 86, wherein the scavenging inlet 66 and scavenging outlet 63 may be disposed transversely of the servomotor shaft 86 coaxially with one another and on opposite sides, respectively.
  • the purging is terminated by closing the three flushing valves 57, 59, 61 in the reverse order, that is, the third flushing valve 61 is first closed, so that the flushing flow is stopped.
  • the second purge valve 59 is closed to complete the valve space opposite to the drain 65.
  • the first purge valve 57 can be opened so that the valve space is printed at high pressure.
  • the printing of the valve chamber is advantageous because a valve body in the refill valve 19 can be pressed so strongly into a valve seat by the high pressure difference between the valve outlet 51 or valve inlet 49 and the valve chamber that this can no longer be moved.
  • the printing of the valve space creates a pressure equalization, so that the valve body 19 remains movable in the refill valve.
  • the Abrasiveffen Downstream of the pressure vessel 1 1, the Abrasivesch Arthur before the outlet nozzle 7 is again merged with the high-pressure line 5, so that the cutting jet, for example, in a mixing ratio of 1: 9 abrasive suspension and water.
  • the mixing ratio is regulated via the input side to the pressure vessel 1 1 connected throttle or control valve 17.
  • the Abrasivstoffentddling strain At maximum open position of the control valve 17, the Abrasivstoffent Spotify Let the Abra- sivmi ⁇ elen ⁇ flow was minimal or zero and the mixing ratio correspondingly low or contains the cutting jet 9 then only water.
  • the maximum level cone Fmax is defined by the fact that with further refilling with abrasive in the pressure vessel 1 1, a backflow into the refill valve 19 would result.
  • the minimum level cone Fmin is defined by the fact that the abrasive agent content of the abrasive agent suspension in the output-side abrasive medium line 70 would decrease on further removal of the abrasive agent.
  • fill level sensors 72, 74, 76 can be arranged on the pressure vessel 11 in order to achieve the achievement of a filling level. signal state cones.
  • the fill level sensors 72, 74, 76 may be, for example, ultrasonic sensors, optical sensors or barriers, electromagnetic sensors or sensors of another type.
  • the level sensors 72, 74, 76 ultrasonic sensors that can signal a reaching a level cone on a change in structure-borne noise.
  • an upper level sensor 72 may signal the reaching of the level cone Fi and start a timer or define a time ti.
  • a lower level sensor 74 may signal the reaching of the level cone F2 and stop a timer at At or define a time h.
  • a mean Abr- sivstoffentddlingl can be determined as AV / At and AV / (t2-ti).
  • the third lowermost level sensor 76 can signal the minimum level cone Fmin and immediately cause a shut-off of the shut-off valve 15 in order to prevent empty suction of the pressure vessel 1 1.
  • other operating parameters such as the pump speed of the high-pressure source 3 for determining the abrasive fluid removal flow and its regulation can also be used as the controlled variable for the control valve 17.
  • the abrasive medium flow or the mixing ratio can also be determined by means of a corresponding sensor 79 on the abrasive medium line 70 or in front of the outlet nozzle 7 and used as a control variable for the control valve 17.
  • the level sensors 72, 74 can also be used to control or clock the refill cycles.
  • a filling of the lock chamber 21 can fit above the upper level sensor 72 between the level cone Fi and the maximum level cone Fmax. If the level cone falls below Fi, the upper level sensor 72 can trigger a filling of the lock chamber 21, so that it is completely filled when the lower level sensor 74, the filling level signal level F2 signaled and thus a refill from the filled lock chamber 21 in the pressure vessel 1 1 can trigger. This prevents the level cone from falling to the minimum level cone Fmin. Between the minimum fill level cone Fmin and the fill level cone F2, at least one fill of the lock chamber 21 can likewise be used as a buffer.
  • the lock chamber 21 can be automatically filled again immediately as soon as the refilling of the pressure vessel 1 1 is completed. Then only with the level cone F2 refilling from the lock chamber 21 needs to be triggered.
  • the vertical distance between the upper level sensor 72 and the lower level sensor 74 may be chosen to be relatively short, for example, so short that a decrease between Fi and F2 lasts shorter than a filling operation of the lock chamber 21. With a shorter vertical distance, the average abrasive take-off flow AV / ⁇ ⁇ and AV / ( ⁇ 2- ⁇ i), respectively, can be more frequently determined and thus more accurately reflect the current abrasive take-off flow dV / dt.
  • FIGS. 8 to 12 show various possibilities of adding abrasive agents in dry, wet, moist, suspended, frozen, pelletized or other form into the refilling funnel 25 or directly into the filling valve 23.
  • a precharge container 78 is provided, from which by means of a pump 80 abrasive suspension is conveyed into the refilling funnel 25.
  • a pump 80 Via an overflow 82 at the refilling funnel, water can drain during loading of the refilling funnel 25, which is displaced by the sinking abrasive.
  • a precharge container 78 is provided from which dry pulverulent or moist lumpy abrasive agent is conveyed into the refilling funnel 25 by means of a conveyor screw 84 and / or a conveyor belt 85.
  • About the overflow 82 at the refilling funnel 25 can Here, too, drain water during the loading of the refilling funnel, which is displaced by the sinking abrasive.
  • the abrasive can be recovered and processed, for example, after a cutting process from the waste water of the cutting jet 9, so that it can be used for a further cutting process.
  • the advantage of this plant compared to known water abrasive injection cutting machines is that such a recycled abrasive does not have to be dried and can be filled into the plant in wet-lumpy or any form.
  • a screw conveyor 84 may be arranged on the input side to Nach Scholltrichter 25 to promote abrasive in the refilling funnel 25. This is particularly advantageous if no Abrasivstoffsuspension in Vorlade authorer 78, but abrasive as a dry powder or in moist-lumpy form.
  • the replenishment of the abrasive in the pressure vessel 1 1 is carried out portioned and cyclically while a workpiece to be machined can be continuously cut with the cutting jet 9 according to an embodiment of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting.
  • 13 illustrates the method steps in terms of time.
  • a first step 301 water is provided under high pressure in the high-pressure line 5 by means of the high-pressure source 3.
  • a pressurized Abrasivstoffsuspension in the pressure vessel 1 1 is then provided 303.
  • the steps 307 to 31 1 serve the portioned and cyclic refilling of the pressure vessel 1 1 with abrasive during the continuous separation 305.
  • the unprinted lock chamber 21 is filled with abrasive or Abrasivstoffsuspension 307.
  • the conveying aid 45 is by the winning Anlagenabsperrventil 47 of the unprinted Lock chamber 21 shut off.
  • the pump 31 is shut off from the lock chamber 21 308.
  • the lock chamber is at least partially printed by pressure discharge of the accumulator 39 309, and finally the pressure vessel 1 1 with abrasive or an abrasive suspension via the refill valve 19 from the printed lock chamber 21 refilled 31 1.
  • the conveying aid 45 via the opened cooked Anlagenabsperrventil 47 fluidly connected to the printed lock chamber 21.
  • the pressure valve 37 and the refill valve 19 shut off in order to relieve the lock chamber 21 via the pressure relief valve 27 into the outlet 29 for the next filling step.
  • the accumulator can be pressure loaded via the throttle 41 from the high pressure line 5 313.
  • the Sluice chamber 21 can be printed 315 from the high pressure line 5 at least partially via the throttle 41. This slow throttled printing 315 from the high pressure line 5 can last longer than the rapid printing 309 by the pressure discharge of the pressure accumulator 39.
  • the printing 309 of the lock chamber 21 by pressure discharge of the accumulator can be done so quickly that in the lock chamber 21 befindliches abrasive is loosened by a pressure surge.
  • the printing 309 of the lock chamber is effected by pressure discharge of the pressure accumulator 39, preferably in a lower region of the lock chamber 21, since any blockages of abrasive in a lower region are more probable than in an upper region.
  • the printing input 35 of the lock chamber 21 from the accumulator 39 and / or the high-pressure line 5 during filling 307 and the refilling 31 1 is shut off.
  • the pressure The 313 of the pressure accumulator 39 can thus be carried out during filling 307 and / or the refilling 31 1.
  • energy can be stored in the pressure accumulator 39 via a spring or fluid compression, which can be designed, for example, as a spring or bladder accumulator.
  • the filling 307, the printing 309 and the refilling 31 1 can run cyclically while the cutting 305 can be carried out continuously.
  • the pressure accumulator 39 can be shut off by the pressure-accumulator valve 43 by discharging the pressure accumulator 39 from the high-pressure line 5.
  • the pressure accumulator valve 43 may preferably be opened again for pressure loading of the pressure accumulator 39 only when the lock chamber 21 has been printed on the throttle 41 from the high-pressure line 5.
  • Fig. 14 illustrates an exemplary course of the pressure p over the time t in the lock chamber 21 (top), in the pressure accumulator 39 (center) and in the high-pressure line 5 (bottom).
  • the pressure in the unprinted lock chamber 21 is initially the ambient pressure, which here lies on the zero line.
  • the lock chamber 21 can be filled 307 in this unprinted phase before the start of printing 309 at time to.
  • the refilling 31 1 can begin and the pressure vessel 39 can be simultaneously reloaded with pressure 313.
  • the lock chamber 21 is completely printed via the throttle 41 over the time window B away from the high-pressure line 5.
  • the refill valve 19 is opened so that abrasive can flow into the pressure vessel 11.
  • the abrasive has completely flowed out of the lock chamber 21 in the pressure vessel 1 1 and the refilling step 31 1 completed.
  • the pressure from the lock chamber 21 can be discharged relatively quickly via the pressure relief valve 27 into the drain 29 until at again low pressure in the lock chamber 21 prevails. Then, a new refill cycle starting with the filling 307 of the lock chamber 21 can start.
  • the accumulator 39 is preferably as slow as possible and throttled from h to pressure from the high pressure line 5 again to be fully loaded at to printing again 309 for to.
  • the lower graph shows the pressure drop in the high-pressure line 5 when opening the Bescherungsventils 37 at to or the accumulator valve 43 at h.
  • the amplitude of the pressure drop is reduced in each case via the throttle 41 to a level at which the cutting performance of the cutting jet 9 is not significantly impaired.
  • FIGS. 15a and 15b the refill valve 19 is shown in a more detailed cross-section in respectively different open positions. Since the refill valve 19 must be actuated at high pressure on the valve inlet 49 and the valve outlet 51, the trouble-free operation of the refill valve 19 is a technical challenge. The Reliable opening and closing of the refill valve 19 is now ensured by four unrestraps, each of which, either alone or in any combination of two, three, or all four sub-aspirations, assert that the refill valve 1 9 is not obstructed or blocked by the abradable medication.
  • the Nach Schoglallvenfil 19 which is preferably designed as a ball valve, has a vertical flow direction D from top to bottom and has a centrally disposed and about a perpendicular to the flow direction D rotation axis R rotatable Venfilianu 67 with spherical outer surfaces.
  • the Venfil body 67 has a central opening 69, which runs parallel to the flow direction D and perpendicular to the axis of rotation R in the open positions shown in FIGS. 15 a and 15 b.
  • the first open position according to FIG. 15 a differs from the second open position according to FIG. 15 b in that the valve body 67 is rotated through 180 ° with respect to the axis of rotation R.
  • the Venfilianu 67 sits in a valve chamber 71 between an upper valve seat 73 and a lower valve seat 75.
  • the upper valve seat 73 forms the Venfileingang 49 and the lower valve seat 75, the valve outlet 51st
  • the upper valve seat 73 and the lower valve seat 75 are arranged coaxially with each other and to the vertical flow direction D.
  • the valve chamber 71 can be purged via the lateral flushing inlet 66 and via the flushing outlet 63 located diametrically opposite the flushing inlet 66, preferably in the case of a completely pressureless refilling valve 19.
  • the refill film 19 is capable of assuming a first closing position (FIG. 16a), a first opening position (FIG. 15a) and a second opening position (FIG. 15b), in the first closing position (FIG. Fig. 16a) the lock chamber 21 is fluid-free from the pressure vessel 1 1 and in the first and the second open position (Fig. 15a-b) the lock chamber 21 with the pressure vessel 1 1 is fluidly connected.
  • the first opening position and the second opening position are substantially indistinguishable because of the symmetry of the valve body 67.
  • the valve body 67 can be rotated arbitrarily far in one direction about the axis of rotation R, so that a reversal of the direction of rotation is in principle not necessary and the valve body 67 can be actuated exclusively in one direction of rotation, provided that the torque required for this does not exceed a certain threshold.
  • the first closed position of FIG. 16a is here at 90 ° between the first open position and the second open position. In this case, there is also a second closed position (see FIG. 16b), which is rotated 180 ° relative to the first closed position about the axis of rotation R.
  • the opening 69 extends in the closed positions shown in FIGS.
  • valve 16a and 16b both perpendicular to the flow direction D and perpendicular to the rotation axis R, so that the valve body 67 seals the valve inlet 49 at the upper valve seat 73 and the valve outlet 51 at the lower valve seat 75.
  • the optional purge inlet 66 and purge outlet 63 are not shown, but may be provided.
  • valve body 67 can be moved in the other direction of movement and the valve 19 can be brought into the other open position / closed position.
  • the obstruction or blockage can be resolved by the reversal as a positive side effect, so that at the next operation, the previously blocked movement direction is free again.
  • the refill valve 19 can be freed even by repeated back and forth turning, for example, if the valve body 67 is difficult to operate in both directions of movement.
  • the valve space 71 can be printed in a closed position of the valve body 67. According to FIG.
  • the valve chamber 71 has the pressure inlet 53, via which the valve chamber 71 can be printed in a closed position of the valve body 67.
  • the pressure inlet 53 is here in the yz plane coaxially with a servomotor shaft 86 arranged opposite to this. Alternatively, the pressure inlet 53 can also lie in the xz plane perpendicular to it and if necessary be used as flushing inlet 66 as required. Via the servomotor shaft 86, the valve body 67 is rotated about the rotation axis R. When commissioning or recommissioning the initially pressureless system 1, the valve chamber 71 is initially depressurized.
  • the valve body 67 can be clamped by the valve seats 73, 75 because of the input-side and output-side high pressure with simultaneous low pressure in the valve chamber 71 and be difficult or impossible to move.
  • the pressure inlet 53 By means of the pressure inlet 53, the pressure difference between the valve chamber 71 and the valve inlet 49 and the valve outlet 51 during commissioning can be largely reduced, so that the valve body 67 is not clamped by the high pressure.
  • the upper valve seat 73 is shown adjustable according to the fourth sub-aspect via an adjusting device.
  • the upper valve seat 73 can be positioned via an external thread by means of a rotation about the flow direction D in the z-direction. The rotation can be performed manually or motor driven by attacking from the outside in attack surfaces 77 lever 88.
  • the valve space is flushable as shown, for example, in FIGS. 15a-b.
  • the pressure inlet 53 can optionally serve as flushing inlet 66. This is particularly advantageous in combination with the second sub-aspect of a pressure inlet 53, as a rinsing passage at unpressurized valve chamber 71 or completely pressureless system 1 can be performed and then when restarting the system 1, the valve chamber 71 can be printed on the pressure inlet 53 again, so that the valve body 67 is not clamped by the high pressure.
  • the refill valve on the input-side upper valve seat 73 and the output-side lower valve seat 75 wherein at least one of the valve seats 73, 75 is adjustable, so that the distance of the valve seats 73, 75 is adjustable to each other.
  • the refill valve 19 can be optimally adjusted to be both tight and on the other hand not to block. It may be advantageous to readjust the distance of the valve seats 73, 75 to each other during commissioning of the system, in case of temperature fluctuations, a persistent blockage by abrasive and / or due to material wear. In order not to switch off the system and disassemble it, as shown in Fig.
  • a tool opening 90 may be provided through which a tool in the form of a lever 88 can engage to adjust the at least one adjustable valve seat 73.
  • the adjustment of the valve seat 73 is performed in a service procedure at unpressurized system 1.
  • the upper input-side valve seat 73 via an external thread axially along the flow direction D is adjustable.
  • Levers 88 can be attached from the outside to circumferentially arranged engagement surfaces 77 (see Fig. 18b) to rotate the valve seat 73.
  • the refill valve 19 does not need to be disconnected from the system 1 or dismantled. The operator can thus manually intervene immediately to ensure continuous operation, or turn off the system 1 and de-pressure to perform the adjustment of the valve seat 73 as a service procedure.
  • the readjustment can also be controlled automatically and / or controlled by a motor.
  • the valve body 67 is preferably controlled by a servo motor, not shown, rotated about the rotation axis R.
  • the possibly measured torque or the power consumption of the engine can be monitored so that when a threshold value is exceeded, the direction of rotation can be changed over to the other open position or closed position.
  • torque or power spikes may be recorded over a period of time and an error or maintenance case signaled based on this record. For example, the need for readjusting the valve seat 73 may be indicated.
  • FIGS. 19a-b show two embodiments of flushable needle valves which may be used, for example, as one or more of the shut-off valves 15, 27, 33, 37, 47 or elsewhere in the plant 1.
  • the needle valve according to FIG. 19 a is preferably used where the needle valve does not have to open or close under high pressure, for example as a pump shut-off valve 33 in the circuit to support the filling of the lock chamber 21.
  • the Pumpenabsperrventil 33 in this case has a high-pressure inlet 92 which is shut off with respect to a high-pressure inlet 92 coaxially disposed and axially positionable needle 94 with respect to a low-pressure outlet 95.
  • the needle 94 has at a high pressure input 92 end facing a conical closing surface 96 which can be pressed against a valve seat 98 to shut off. As soon as the high pressure input 92 is shut off, high pressure can be applied to the high pressure input 92 without it escaping via the low pressure outlet 95. When there is no high pressure at high pressure inlet 92, pump shutoff valve 33 may be opened to allow low pressure flow from high pressure input 92 to low pressure output 95.
  • the needle valve according to FIG. 19a-b also has a rinsing inlet 100, through which the opened needle valve can be flushed through, wherein rinsing liquid, ie water or water with cleaning additives, can flow out via the low-pressure outlet 95.
  • Fig. 19b shows a needle valve with a check valve 102 on the rinse inlet 100.
  • the check valve 102 prevents backflow into the rinse inlet 100 and allows only a flow of rinsing liquid in the direction of the needle valve. This is useful if the needle valve, for example, as one or more of the shut-off valves 15, 27, 37, 47 is used, since there the valve is opened when the high pressure input 92 high pressure prevails.
  • the low-pressure outlet 95 can also be a high-pressure outlet 95 in this case.
  • the low-pressure outlet 95 is connected to a drain 29.
  • the high-pressure outlet 95 is connected to the pressure input 35 of the lock chamber 21 in order to pressurize it with high pressure.
  • the needle valves are pneumatically operated by a presser (not shown).
  • a presser to counteract the pressure acting on the needle tip in the form of the conical closing surface 96 high pressure, an air pressure can be given to the much larger Anpressteller, so with a few bar air pressure, the needle valve closed and held against a high pressure of 1 .500 bar and more tight.

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Abstract

Die hierin offenbarte Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1) weist eine Hochdruckquelle (3) zum Bereitstellen (301) von Wasser unter Hochdruck, eine mit der Hochdruckquelle (3) verbundene Hochdruckleitung (5), einen Druckbehälter (11) zum Bereitstellen (303) einer unter Hochdruck stehenden Abrasivmittelsuspension (13), eine Schleusenkammer (21), die dazu ausgestaltet ist, zeitweise unter Hochdruck und zeitweise unter Niederdruck zu stehen, und ein Nachfüllventil (19) zum Nachfüllen (311) des Druckbehälters (11) aus der Schleusenkammer (21) auf. Dabei ist eine Förderhilfe (45) saugseitig mit dem Druckbehälter (11) derart fluidverbunden, dass die Förderhilfe (45) bei Hochdruck in der Schleusenkammer (21) in der Lage ist, eine Abrasivmittelsuspension durch das Nachfüllventil (19) aus der Schleusenkammer (21) in den Druckbehälter (11) zu saugen.

Description

Titel: Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage und Verfahren zum Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneiden
Beschreibung
[01 ] Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wasser-Abrasiv- Suspensions-Schneidanlage mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren zum Wasser-Abrasiv- Suspensions-Schneiden.
[02] Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlagen werden zum Schneiden von Materialien mittels eines Hochdruck-Wasserstrahls verwendet, welchem ein Abrasivmittel zugesetzt ist. Wasser-Abrasiv- Suspensions-Schneidanlagen sind zu unterscheiden von Wasser-Abrasiv- Injektions-Schneidanlagen, bei denen das Abrasivmittel erst in oder an einer Austrittsdüse in das bereits sehr stark beschleunigte Wasser eingeführt wird. Bei Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlagen wird zunächst das unter Hochdruck stehende Wasser mit dem Abrasivmittel gemischt und dann die Wasser-Abrasivmittel-Suspension in der Austrittsdüse beschleunigt. Bei Wasser-Abrasiv-Injektions-Schneidanlagen besteht zwar nicht das Problem, das Abrasivmittel unter Hochdruck mit dem Wasser zu mischen, da das Abrasivmittel erst an der Austrittsdüse zugeführt wird, allerdings ist das Abrasivmittel-Wasser-Verhältnis bei Wasser-Abrasiv-Injektions-Schneidanlagen stark beschränkt und damit dessen Schneidkraft. Außerdem führen Lufteinschlüsse bei Wasser- Abrasiv-Injektions-Schneidanlagen zur Schneidleistungsminderung durch uneffektives Beschleunigen der Abrasivmittel partikel beim Einsaugen in den Wasserstrahl sowie hohe Luftanteile im Schneidstrahl. Bei Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlagen hingegen kann das Abra- sivmittel-Wasser-Verhältnis höher gewählt und eine höhere Schneidkraft erzielt werden, da das Wasser unter Hochdruck stromaufwärts der Austrittsdrüse ohne Lufteinschlüsse mit dem Abrasivmittel gesteuert gemischt wird. So kann beispielsweise ein Teil des Wasserstroms durch einen Abrasivmittel behälter geführt werden, welcher als Druckbehälter
5 ausgebildet ist. Eine solche Anlage ist z. B. aus der EP 1 199 136 bekannt.
Eine technische Herausforderung bei diesen Anlagen ist das Nachfüllen des Abrasivmittels, da dazu die Anlage außer Betrieb genommen werden muss, der Abrasivmittel behälter in einen drucklosen Zustand gebracht werden muss und erst dann befüllt werden kann. Bei industriellen l o Anwendungen ist jedoch oft ein kontinuierliches Schneiden erwünscht, bei dem die Anlage für das Befüllen des Abrasivmittels nicht außer Betrieb genommen werden muss.
[03] Die EP 2 755 802 Bl und WO 2015/149867 AI beschreiben Schleusenlösungen, um einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage sicherzustellen. Wegen der besonders hohen Drücke von teilweise über 2.000 bar ist das zyklische Be- und Entdrucken einer Schleusenkammer allerdings eine technische Herausforderung. Das Nachfüllen des Druckbehälters führt nämlich in den bisher bekannten Anlagen und bei den bisher bekannten Verfahren zu Verstopfungen und zeitintensiven Nachfüllzyklen.
[04] Die hierin offenbarte Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage und das hierin offenbarte Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidverfahren hat gegenüber den vorgenannten Lösungen den Vorteil, dass das Nachfüllen des Druckbehälters schneller abläuft und das Risiko von Verstopfungen minimiert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Offenbarung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
[05] Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung wird eine Wasser- Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage bereitgestellt mit
einer Hochdruckquelle zum Bereitstellen von Wasser unter
Hochdruck, einer mit der Hochdruckquelle verbundenen Hochdruckleitung,
einem Druckbehälter zum Bereitstellen einer unter Hochdruck stehenden Abrasivmittelsuspension,
einer Schleusenkammer, die dazu ausgestaltet ist, zeitweise unter Hochdruck und zeitweise unter Niederdruck zu stehen, und
einem Nachfüllventil zum Nachfüllen des Druckbehälters aus der Schleusenkammer, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderhilfe saugseitig mit dem Druckbehälter derart fluidverbunden ist, dass die Förderhilfe bei Hochdruck in der Schleusenkammer in der Lage ist, eine Abrasivmittelsuspension durch das Nachfüllventil aus der Schleusenkammer in den Druckbehälter zu saugen.
[06] Hierin soll „Hochdruck" ein Druck über 100 bar bedeuten und „Niederdruck" ein Druck unterhalb von 100 bar. Vorzugsweise ist der Niederdruck der Umgebungsluftdruck. Die Förderhilfe ist dem Hochdruck ausgesetzt und ist daher vorzugsweise für Hochdruck ausgelegt. Wenngleich die Förderhilfe möglichst mit einem Bereich des Druckbehälters fluidverbunden ist, in dem sich weniger Abrasivmittel befindet, beispielsweise einem seitlichen oberen Bereich des Druckbehälters, kann das gepumpte Wasser Abrasivmittel enthalten, was den Verschleiß der Förderhilfe fördert.
[07] Optional ist zwischen der Förderhilfe und der Schleusenkammer ein Förderhilfeabsperrventil angeordnet, das vorzugsweise ein Nadelventil ist. Das Nadelventil kann pneumatisch über einen Anpressteller absperrbar sein. Die Nadel kann dabei koaxial zu einem mit dem Druckbehälter verbundenen Hochdruckeingang und diesem gegenüberliegend angeordnet sein, um auf einen Ventilsitz am Hochdruckeingang dichtend zu drücken. [08] Um einen Kreislauf herzustellen, kann die Förderhilfe optional druckseitig mit einem oberen Bereich der Schleusenkammer fluidver- bunden sein. Bevorzugt ist die Förderhilfe saugseitig mit einem oberen Bereich des Druckbehälters fluidverbunden, wo sich möglichst wenig Abrasivmittel befindet, damit dieses nicht von der Förderhilfe angesaugt wird, sondern möglichst reines Wasser. Die Schleusenkammer ist vorzugsweise vertikal über dem Nachfüllventil und der Druckbehälter vertikal unter dem Nachfüllventil angeordnet, sodass bei geöffnetem Nachfüllventil Abrasivmittel schwerkraftunterstützt durch das Nachfüllventil aus der Schleusenkammer in den Druckbehälter sinken kann. Die Förderhilfe kann diesen vertikalen Abrasivmittelfluss durch eine von ihr zumindest zeitweise zwischen dem Druckbehälter und der Schleusenkammer erzeugte Druckdifferenz anschieben, unterstützen und/oder beschleunigen. Das durch das Abrasivmittel verdrängte und von der Förderhilfe aus dem Druckbehälter abgesaugte Wasser kann über den Kreislauf wieder der Schleusenkammer zugeführt werden. Die Förderhilfe kann mit dem ausgangsseitigen Druck zumindest zeitweise eine entsprechende Druckdifferenz zwischen dem Druckbehälter und der Schleusenkammer erzeugen und so den Durchfluss durch das Nachfüllventil beschleunigen.
[09] Optional weist die Förderhilfe einen Niederdruckteil und einen Hochdruckteil auf, wobei sich der Niederdruckteil in einem Bereich mit Niederdruck befindet, vorzugsweise mit Umgebungsluftdruck, und der Hochdruckteil in einem Bereich mit Hochdruck. Dabei kann der Hochdruckteil optional einen Impeller aufweisen, der mittels des Niederdruckteils induktiv oder über eine Welle antreibbar sein kann, die vom Niederdruckteil zum Hochdruckteil verläuft. Alternativ zu einem Impeller kann der Hochdruckteil einen Kolben aufweisen, der mittels des Niederdruckteils antreibbar sein kann. [10] Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneiden bereitgestellt mit den Schritten:
Bereitstellen von Wasser unter Hochdruck in einer Hochdruckleitung mittels einer Hochdruckquelle,
Bereitstellen einer unter Hochdruck stehenden Abrasivmittelsu- spension in einem Druckbehälter,
Schneiden eines Materials mittels eines Hochdruckstrahls, der zumindest teilweise die Abrasivmittelsuspension enthält, unter Entnahme der Abrasivmittelsuspension aus dem Druckbehälter,
Befüllen einer unter Niederdruck stehenden Schleusenkammer mit Abrasivmittel,
Bedrucken der Schleusenkammer auf Hochdruck, und Nachfüllen des Druckbehälters mit Abrasivmittel aus der unter Hochdruck stehenden Schleusenkammer in den Druckbehälter unter zumindest zeitweisem Ansaugen einer Abrasivmittelsuspension mittels einer Förderhilfe in den Druckbehälter.
[1 1 ] Optional laufen das Befüllen, Bedrucken und Nachfüllen nacheinander und zyklisch während des Schneidens ab, um einen kontinuierlichen Schneidbetrieb zu gewährleisten.
[12] Optional wird die Förderhilfe von der Schleusenkammer durch ein Förderhilfeabsperrventil in Form eines Nadelventils zeitweise abgesperrt. Dies geschieht vorzugsweise nach dem Nachfüllen des Druckbehälters und vor dem Befüllen der unter Niederdruck stehenden Schleusenkammer, da nach einem Nachfülldurchgang die Schleusenkammer für den nächsten Befülldurchgang druckentlastet wird. Das Förderhilfeabsperrventil ist vorzugsweise geschlossen, wenn die Schleusenkammer unter Niederdruck steht, und geöffnet, wenn die Schleusenkammer unter Hochdruck steht. [13] Die Offenbarung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 6a-c schematische Teilschaltbilder dreier unterschiedlicher Ausführungsformen einer Förderhilfe der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv- Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 7a-c schematische Teilschaltbilder dreier unterschiedlicher Ausführungsformen einer Abrasivmittelstromsteuerung der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 8-12 schematische Schaltbilder fünf unterschiedlicher Ausführungsformen einer Abrasivmittelnachfuhreinrichtung der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage; Fig. 13 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hierein offenbarten Verfahrens zum Wasser-Abrasiv-Suspensions- Schneiden;
Fig. 14 Druck-Zeif-Diagramme in einer Schleusenkammer, in einem Druckspeicher und in einer Hochdruckleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions- Schneidanlage;
Fig. 15a-b Querschnitte in einer xz-Ebene durch ein Nachfüllventil in zwei verschiedenen Öffnungsstellungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanla- ge;
Fig. 1 6a-b Querschnitte in einer xz-Ebene durch ein Nachfüllventil in zwei verschiedenen Schließstellungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanla- ge;
Fig. 17a-b Querschnitte in einer yz-Ebene durch ein Nachfüllventil in Schließstellung gemäß zweier unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 18a-b perspektivische Ansichten auf ein Nachfüllventil gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv- Suspensions-Schneidanlage; und
Fig. 19a-b Querschnitte durch ein Absperrventil in Form eines Nadelventils gemäß zwei verschiedener Ausführungsbeispiele der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage in einer Öffnungsstellung. [14] Die in Fig. 1 gezeigte Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage
I weist eine Hochdruckquelle 3 auf, die in einer Hochdruckleitung 5 Wasser unter einem Hochdruck po von etwa 1 .500 bis 4.000 bar zur Verfügung stellt. Die Hochdruckleitung 5 ist mit einer Austrittsdüse 7 verbunden, aus der das unter Hochdruck stehende Wasser mit sehr hoher Geschwindigkeit in einem Strahl 9 austritt. Damit der Strahl 9 effektiv als Schneidstrahl zum Schneiden von Material verwendet werden kann, ist die Hochdruckleitung 5 derart verzweigt, dass zumindest ein Teil des Durchflusses durch die Hochdruckleitung 5 durch einen Druckbehälter
I I geführt wird, in dem sich eine Wasser-Abrasivmittel-Suspension 13 befindet. Über ein Absperrventil 15 kann das Zuführen der Wasser- Abrasivmittel-Suspension 13 zur Austrittsdüse ein- und ausgeschaltet werden. Der Anteil der Wasser-Abrasivmittel-Suspension 13 im Strahl 9 kann über eine Drossel 17 eingestellt werden, indem die Durchflussmenge in dem durch den Druckbehälter 1 1 geführten Nebenstrang der Hochdruckleitung 5 gedrosselt wird. Die Drossel 17 kann statisch beispielsweise in Form einer Lochblende oder einstellbar bzw. regelbar ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist die Drossel 17 einstellbar, sodass die Drossel 17 ggf. auch vollständig den Zufluss in den Druckbehälter 1 1 absperren kann, sodass auf das Absperrventil 15 verzichtet werden kann. Die Drossel 17 ist vorzugsweise regelbar, wobei ein für den Abra- sivmittelentnahmestrom charakteristisches Signal, das aus einem Sensor oder einem zur Verfügung stehenden Betriebsparameter gewonnen werden kann, als Regelgröße zur Regelung der Öffnung der Drossel 17 verwendet wird (siehe Fig. 7a-c).
[15] Beim Schneiden wird dem Druckbehälter 1 1 Wasser- Abrasivmittel-Suspension 13 entnommen und Wasser unter Hochdruck zugeführt, wobei also das im Druckbehälter 1 1 befindliche Abrasivmittel verbraucht wird. Es muss daher der Druckbehälter 1 1 kontinuierlich oder sequenziell mit Abrasivmittel nachgefüllt werden. Dazu ist oberhalb des Druckbehälters 1 1 ein Nachfüllventil 19 in Form eines Kugelhahns ange- ordnet. Das Nachfüllventil 19 verbindet eine über dem Nachfüllventil 19 angeordnete Schleusenkammer 21 mit dem Druckbehälter 1 1 . Über der Schleusenkammer 21 ist wiederum ein Befüllventil 23 angeordnet, das einen über der Schleusenkammer 21 angeordneten Nachfülltrichter 25 mit der Schleusenkammer 21 verbindet. Das Befüllventil 23 kann im Wesentlichen baugleich zum Nachfüllventil 19 in Form eines Kugelhahns ausgestaltet sein.
[1 6] Der Nachfülltrichter 25 steht nicht unter Druck, sodass von oben trockenes, feuchtes oder nasses Abrasivmittel oder eine Wasser- Abrasivmittel-Suspension eingefüllt werden kann (siehe Figuren 8-12). Dies kann zumindest teilweise ein aus dem Schneidstrahl 9 wiederaufbereitetes Abrasivmittel sein, das über eine Fördereinrichtung (siehe Figuren 8-12) in trockener, nasser, gefrorener, pelletierter oder suspendierter Form von oben in den Nachfülltrichter 25 eingefüllt werden kann. Wenn das Nachfüllventil 19 geschlossen ist, kann die Schleusenkammer 21 zeitweise drucklos sein. Beispielsweise kann ein Druck in der Schleusenkammer 21 über ein Druckablassventil 27 in Form eines Nadelventils in einen Ablauf 29 abgelassen werden. Bei druckloser Schleusenkammer 21 kann das Befüllventil 23 geöffnet sein, sodass Abrasivmittel aus dem Nachfülltrichter 25 in die Schleusenkammer 21 fällt. Dieses schwerkraftbedingte Füllen der Schleusenkammer 21 mit Abrasivmittel kann unterstützt und beschleunigt werden durch eine Pumpe 31 . Die Pumpe 31 kann saugseitig mit der Schleusenkammer 21 verbunden sein und druckseitig mit dem Nachfülltrichter 25. Damit kann die Pumpe 31 Abrasivmittel in die Schleusenkammer 21 saugen. Dies ist vor allem dann besonders sinnvoll, wenn Abrasivmittel im verjüngten unteren Bereich des Nachfülltrichters 25 bzw. am Befüllventil 23 verstopft. Durch ein Absaugen des Abrasivmittels nach unten durch die Pumpe 31 kann eine Verstopfung aufgelöst oder das Entstehen einer Verstopfung verhindert werden. Damit die Pumpe 31 nicht für Hochdruck ausgelegt werden muss, ist es vorteilhaft, wenn die Pumpe 31 mittels eines Pum- penabsperrventils 33 in Form eines Nadelventils von der Schleusenkammer 21 absperrbar ist. Das Pumpenabsperrventil 33 kann dabei durchspülbar ausgestaltet sein, um den Ventilsitz und den Ventilkörper, z.B. in Form einer Ventilnadel, von Abrasivmittel freizuspülen (siehe Figuren 19a-b). Dadurch wird zum einen ein dichtes Schließen des Pumpenabsperrventils 33 gewährleistet und der Materialverschleiß im Ventil verringert. Die Pumpe 31 kann mittels eines vorgelagerten Filters und/oder Abscheiders (beides nicht gezeigt) vor Abrasivmittel weitestgehend geschützt werden.
[1 7] Das Pumpenabsperrventil 33 wird lediglich dann geöffnet, wenn die Schleusenkammer 21 bereits drucklos ist. Daher kann für das Pumpenabsperrventil 33 eine erste Ausführungsform des Nadelventils gemäß Fig. 19a verwendet werden, bei der ein seitlicher Spüleinlass und ein gegenüberliegender seitlicher Spülauslass vorgesehen ist. Für das Druckablassventil 27 hingegen ist die zweite Ausführungsform des Nadelventils gemäß Fig. 19b vorteilhafter, bei der ein Rückschlagventil am Spüleinlass vorgesehen ist. Da das Druckablassventil 27 bei Hochdruck geöffnet wird, verhindert das Rückschlagventil einen Druckablass in Richtung des Spüleinlasses. Der Spülauslass kann in den Ablauf 29 münden, sodass sowohl der Druckablass als auch der Spülmittelablass ausschließlich zum Ablauf 29 hin stattfindet und nicht zum Spüleinlass.
[18] Sobald die Schleusenkammer 21 nun beispielsweise mit 1 kg Abrasivmittel gefüllt ist, kann das Befüllventil 23 geschlossen werden. Außerdem werden nun das Druckablassventil 27 und das Pumpenabsperrventil 33 geschlossen. Die Schleusenkammer 21 weist in einem unteren Bereich einen Bedruckungseingang 35 auf, über den die Schleusenkammer 21 bedruckbar ist. Der Bedruckungseingang 35 ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 über ein Bedruckungsventil 37 in Form eines Nadelventils absperrbar mit einem Druckspeicher 39 und über Drosseln 41 , 42 mit der Hochdruckleitung 5 verbunden. Der Druckspeicher 39 weist zwei Druckspeichereinheiten in Form von Federspeichern auf, die parallel mit dem Eingang des Bedruckungsventils 37 verbunden sind. Der Druckspeicher 39 ist über die Drossel 41 mit der Hochdruckleitung 5 verbunden. Die Drosseln 41 , 42 können statisch, beispielsweise in Form von Lochblenden, oder einstellbar bzw. regelbar ausgestaltet sein. Sind die Drosseln 41 , 42 einstellbar bis zu einem Grad, bei dem die Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 5 und dem Bedruckungseingang 35 vollständig abgesperrt werden kann, kann ggf. auf das Bedruck- ungsventil 37 verzichtet werden. Der Druckspeicher 39 ist voll druckbeladen, bevor die Schleusenkammer 21 bedruckt wird. Sobald das Be- druckungsventil 37 geöffnet wird, druckentlädt sich der Druckspeicher 39 in die Schleusenkammer 21 und bedruckt diese somit schnell auf etwa 40% des Hochdrucks po, der in der Hochdruckleitung 5 als nomineller Hochdruck von der Hochdruckquelle 3 bereitgestellt wird. Durch diese schnelle Teilbedruckung wird ein Druckimpuls von unten in die Schleusenkammer 21 eingeleitet, der das Abrasivmittel auflockert. Dies ist für das spätere Ablassen des Abrasivmittels in den Druckbehälter 1 1 vorteilhaft. Da auch die Hochdruckleitung 5 über die Drossel 41 mit der Schleusenkammer 21 verbunden ist, findet mit der Öffnung des Bedruckungsventils 37 parallel auch eine gedrosselte, d.h. langsamere, Bedruckung durch die Hochdruckleitung 5 statt. Sobald der Druckspeicher 39 druckentladen ist, wird der restliche benötigte Druck in der Schleusenkammer 21 von etwa 60% des nominellen Hochdrucks po ausschließlich über die gedrosselte, d.h. langsamere, Bedruckung aus der Hochdruckleitung 5 aufgebaut. Damit wird die Amplitude des Druckabfalls in der Hochdruckleitung 5 auf ein Minimum beschränkt.
[19] In der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform wird der Druckspeicher 39 sofort ab dem Moment wieder druckbeladen, in dem er sich druckentladen hat. In diesem Fall bedruckt die Hochdruckleitung 5 sowohl die Schleusenkammer 21 mit dem Restdruck als auch den Druckspeicher 39. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Druckbeladen des Druckspeichers 39 so zeitintensiv ist, dass die Nachfülldurchgangrate von der Druckladezeit des Druckspeichers 39 abhängt.
[20] In der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist der Druckspeicher 39 mit einem Druckspeicherventil 43 in Form eines Nadelventils absperrbar. In dem Moment, in dem sich der Druckspeicher 39 druckentladen hat, kann das Druckspeicherventil 43 abgesperrt werden, um die Hochdruckleitung 5 während der Bedruckung der Schleusenkammer 21 nicht zusätzlich mit dem Druckbeladen des Druckspeichers 39 zu belasten. Eine solche Belastung könnte einen Druckabfall in der Hochdruckleitung 5 verursachen, der negativen Einfluss auf die Schneidleistung an der Austrittsdüse 7 haben könnte. Es ist daher vorteilhaft, das Druckspeicherventil 43 erst dann zu öffnen, wenn die Schleusenkammer 21 vollständig bedruckt ist und das Bedruckungsventil 37 geschlossen, damit der Druckspeicher 39 über die Drossel 41 aus der Hochdruckleitung 5 druckbeladen werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Druckbeladen des Druckspeichers 39 nicht so zeitintensiv ist, dass die Nachfülldurchgangrate von der Druckladezeit des Druckspeichers 39 abhängt. Das Befüllen der Schleusenkammer 21 und das Nachfüllen des Druckbehälters 1 1 können zumeist länger dauern als das Druckbeladen des Druckspeichers 39. Die Drossel 41 kann so eingestellt sein, dass das Bedrucken des Druckspeichers 39 möglichst langsam abläuft, aber noch schnell genug, damit vor dem nächsten Durchgang zur Bedruckung der Schleusenkammer 21 der Druckspeicher 39 vollständig druckbeladen ist.
[21 ] In einer dritten Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird ganz auf den Druckspeicher 39 verzichtet und die Schleusenkammer 21 ausschließlich über die Drossel 41 aus der Hochdruckleitung 5 bedruckt. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Hochdruckquelle 3 beispielsweise über eine Ser- vopumpensteuerung so schnell auf einen anfänglichen Druckabfall reagieren und die Pumpenleistung entsprechend schnell anpassen kann, dass es gar nicht erst zu einer großen Amplitude eines Druckabfalls kommt. Über Drucksensoren kann der Hochdruckquelle 3 ein anfänglicher Druckabfall mitgeteilt werden, sodass die Hochdruckquelle 3 mit einer Leistungssteigerung bzw. Drehzahlerhöhung einem weiteren Druckabfall schnell gegensteuern kann. Über die Drossel 41 kann bereits der anfängliche Druckabfall abgemildert werden, sodass es zu keinem Zeitpunkt zu einem Druckabfall kommt, der die Schneidleistung signifikant beeinträchtigt.
[22] Sobald nun die Schleusenkammer 21 vollständig bedruckt ist, kann das Nachfüllventil 19 geöffnet werden, damit schwerkraftbedingt oder -unterstützt Abrasivmittel aus der Schleusenkammer 21 durch das Nachfüllventil 19 in den Druckbehälter 1 1 strömen kann, um diesen nachzufüllen. Vorzugsweise ist eine Förderhilfe 45, beispielsweise in Form einer Pumpe, vorgesehen, die saugseitig mit dem Druckbehälter 1 1 und druckseitig mit der Schleusenkammer 21 verbunden ist. Die Förderhilfe 45 unterstützt bzw. erzeugt den Abrasivmittelstrom aus der Schleusenkammer 21 nach unten in den Druckbehälter 1 1 . Sie kann Verstopfungen von Abrasivmittel verhindern oder lösen und den schwerkraftbedingten bzw. -unterstützten Nachfüllvorgang beschleunigen. Im Unterschied zur Pumpe 31 am Nachfülltrichter 25 arbeitet die Förderhilfe 45 am Druckbehälter 1 1 mit Wasser unter dem nominellen Hochdruck po. Sie muss daher für den Hochdruckbetrieb ausgelegt sein. Beispielsweise kann sie, wie in Fig. 6b gezeigt, lediglich ein induktiv angetriebenes Schaufelrad im Hochdruck aufweisen, sodass die Anzahl der beweglichen Teile, die unter Hochdruck stehen, minimiert ist. Ein Förderhilfeabsperrventil 47 ist zwischen der Förderhilfe 45 und der Schleusenkammer 21 angeordnet, wobei das Förderhilfeabsperrventil 47 in Form eines Nadelventils die Pumpe 47 gegenüber der Schleusenkammer 21 absperren kann, wenn die Schleusenkammer 21 nicht oder nicht vollständig bedruckt ist. Vorzugsweise ist das Förderhilfeabsperrventil 47 ein spülba- res Nadelventil gemäß Fig. 19b mit einem Rückschlagventil am Spülein- lass, da es unter Hochdruck betätigt wird.
[23] Fig. 6a-c zeigen verschiedene alternative Ausführungsformen für die Förderhilfe 45. Die Förderhilfe 45 kann beispielsweise einen über eine Welle von außen angetriebenen Impeller aufweisen (siehe Fig. 6a) oder einen induktiv angetriebenen Impeller (siehe Fig. 6b). Die Förderhilfe 45 kann auch über einen Kolbenhub das Nachfüllen von Abrasivmittel in den Druckbehälter 1 1 unterstützen (siehe Fig. 6c). Die Förderhilfe 45 kann kontinuierlich pumpen bzw. fördern oder zeitlich begrenzt bzw. gepulst. Es kann ggf. ausreichen, wenn der Abrasivmittelfluss in den Druckbehälter 1 1 nur anfänglich unterstützt wird und dann schwerkraftunterstützt allein schnell genug weiterläuft. Alternativ oder zusätzlich kann der Abrasivmittelfluss in den Druckbehälter 1 1 kontinuierlich unterstützt bzw. erzeugt werden.
[24] Das Nachfüllventil 19 weist neben einem oberen Ventileingang 49 und einem unteren Ventilausgang 51 auch einen seitlichen Druck- einlass 53 auf. Über den Druckeinlass 53 kann ein Ventilraum, in dem sich ein beweglicher Ventilkörper befindet, bedruckt werden. Ohne Bedruckung des Ventilraums kann es nämlich sein, dass bei Inbetriebnahme der Anlage die sehr hohen Drücke auf den Ventileingang 49 und den Ventilausgang 51 den Ventilkörper so stark in den Ventilsitz pressen, dass sich der Ventilkörper nicht mehr bewegen lässt. Über den seitlichen Druckeinlass 53 kann ein Druckausgleich im Nachfüllventil 19 hergestellt werden, sodass der Ventilkörper nach Inbetriebnahme beweglich ist.
[25] In dem in Fig. 4 und 5 gezeigten vierten bzw. fünften Ausführungsbeispiel ist eine Spülung für das Nachfüllventil 19 vorgesehen. Dazu kann eine Spülquelle 55 absperrbar mit dem Druckeinlass 53 verbunden sein (siehe Fig. 4). Vorzugsweise sind drei Spülventile 57, 59, 61 dazu vor- gesehen, die Spülung ein- und ausschalten zu können bzw. vom Hochdruck zu trennen. Ein erstes Spülventil 57 in Form eines Nadelventils ist zwischen der Förderhilfe 45 und dem Druckeinlass 53 angeordnet. Ein zweites Spülventil 59, hier auch als Spülauslassventil 59 bezeichnet, ist in Form eines Nadelventils zwischen einem seitlichen Spülauslass 63 und einem Ablauf 65 angeordnet. Ein drittes Spülventil 61 in Form eines Nadelventils ist zwischen der Spülquelle 55 und dem Druckeinlass 53 angeordnet.
[26] Um nun das Nachfüllventil 19 mit Wasser oder einer Wasser- Spülmittel-Mischung durchzuspülen, damit ein Ventilraum des Nachfüllventils 19 von Abrosivmittelresten befreit werden kann, ist das Nachfüllventil 19 vorzugsweise geschlossen. Das erste Spülventil 57 wird ebenfalls geschlossen, damit vom Druckeinlass 53 Druck abgelassen werden kann, ohne den Druck an der Förderhilfe 45 abzulassen. Das zweite Spülventil 59 wird zum Ablauf 65 hin geöffnet, sodass der ggf. bestehende Hochdruck aus dem Ventilraum abgelassen werden kann. Wird nun das dritte Spülventil 61 geöffnet, so fließt Wasser bzw. eine Wasser- Spülmittel-Mischung durch den Ventilraum zum Ablauf 65 und spült diesen somit von Abrosivmittelresten frei. Vorzugsweise wird das Spülen des Nachfüllventils 19 bei vollständig druckloser Anlage 1 als Serviceprozedur durchgeführt, um den Ventilraum vollständig ausspülen zu können und ggf. den Ventilkörper dabei bewegen zu können.
[27] Alternativ zur vierten Ausführungsform gemäß Fig. 4 kann in einer fünften Ausführungsform nach Fig. 5 ein Spüleinlass 66 separat vom Druckeinlass 53 vorgesehen (siehe auch Fig. 15a-b und 17a-b). Der Druckeinlass 53 kann koaxial zu einer Servomotorwelle 86 und dieser gegenüberliegend angeordnet sein, wobei der Spüleinlass 66 und der Spülauslass 63 quer zur Servomotorwelle 86 koaxial zueinander und an sich jeweils gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein können. [28] Das Spülen wird durch Schließen der drei Spülventile 57, 59, 61 in umgekehrter Reihenfolge wieder beendet, d.h. das dritte Spülventil 61 wird zunächst geschlossen, sodass der Spülfluss gestoppt wird. Dann wird das zweite Spülventil 59 geschlossen, um den Ventilraum gegenüber dem Ablauf 65 abzuschließen. Schließlich kann das erste Spülventil 57 geöffnet werden, damit der Ventilraum mit Hochdruck bedruckt wird. Das Bedrucken des Ventilraums ist vorteilhaft, da ein Ventilkörper im Nachfüllventil 19 durch die hohe Druckdifferenz zwischen dem Ventilausgang 51 oder Ventileingang 49 und dem Ventilraum so stark in einen Ventilsitz gepresst werden kann, dass sich dieser nicht mehr bewegen lässt. Das Bedrucken des Ventilraums schafft dagegen einen Druckausgleich, sodass der Ventilkörper im Nachfüllventil 19 beweglich bleibt.
[29] In den Teilschaltbildern gemäß Fig. 7a-c wird eine bevorzugte Regelung des Abrasivmittelentnahmeflusses verdeutlicht. Zur Beimengung von Abrasivmittel in den Schneidstrahl 9 ist eine Abzweigung der Hochdruckleitung 5 durch den mit Abrasivmittelsuspension 13 gefüllten Druckbehälter 1 1 geführt. Eine im unteren Bereich des Druckbehälters 1 1 angeordnete Entnahmestelle 68 ist über eine Abrasivmittelleitung 70 mit der Austrittsdüse 7 verbunden, und eine Abzweigung der Hochdruckleitung 5 ist über ein Regelventil bzw. regelbare Drossel 1 7 in einen oberen Bereich des Druckbehälters 1 1 geführt. Stromabwärts vom Druckbehälter 1 1 wird die Abrasivmittelleitung vor der Austrittsdüse 7 wieder mit der Hochdruckleitung 5 zusammengeführt, sodass der Schneidstrahl beispielsweise in einem Mischungsverhältnis von 1 :9 Abrasivmittelsuspension und Wasser enthält. Das Mischungsverhältnis ist dabei über das eingangsseitig mit dem Druckbehälter 1 1 verbundene Drossel bzw. Regelventil 17 regelbar. Bei maximaler Öffnungsstellung des Regelventils 17 ist der Abrasivmittelentnahmefluss maximal und das Mischungsverhältnis maximal. Bei minimaler Öffnungsstellung bzw. Schließstellung (siehe Fig. 7b oder 7c) des Regelventils 17 ist der Abra- sivmi††elen†nahmefluss minimal bzw. null und das Mischungsverhältnis entsprechend gering bzw. enthält der Schneidstrahl 9 dann ausschließlich Wasser.
[30] Es ist nun aus verschiedenen Gründen vorteilhaft, den tatsächlichen Abrasivmittelentnahmefluss zu messen und zu regeln. Zum einen kann für das Schneiden bestimmter Materialien, Werkstücke oder Werkstückabschnitte ein bestimmtes Mischungsverhältnis optimal sein, bei dem nur so viel Abrasivmittel zum Erzielen der Schneidleistung wie nötig entnommen wird. Bei inhomogenen Werkstücken kann die Schneidleistung über das Mischungsverhältnis während des Schneidens angepasst werden. Zum anderen kann das Nachfüllen des Druckbehälters 1 1 mit Abrasivmittel entsprechend dem Abrasivmittelentnahmefluss so gesteuert werden, dass ständig genügend Abrasivmittelsuspension 13 im Druckbehälter 1 1 für ein kontinuierliches Schneiden vorhanden ist. In Fig. 7a-c sind jeweils vier verschiedene Füllstände des Abrasivmittels im Druckbehälter 1 1 durch gestrichelte Kegel angedeutet. Zwischen einem maximalen Füllstandskegel Fmax und einem minimalen Füllstandskegel Fmin sind zwei weitere Füllstandskegel Fi und F2 gezeigt, wobei Fmax>Fi >F2>Fmin. Es sei an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass die gesamte Anlage 1 und insbesondere der Druckbehälter 1 1 vollständig luftfrei sind. Das heißt, dass sich die Füllstandskegel in hochbedrucktem Wasser befinden. Der maximale Füllstandskegel Fmax ist dadurch definiert, dass sich bei weiterer Nachfüllung mit Abrasivmittel in den Druckbehälter 1 1 ein Rückstau in das Nachfüllventil 19 ergeben würde. Der minimale Füllstandskegel Fmin ist dadurch definiert, dass sich bei weiterer Abrasivmittelentnahme der Abrasivmittelanteil der Abrasivmittelsuspension in der ausgangsseitigen Abrasivmittelleitung 70 abnehmen würde.
[31 ] Wie in Fig. 7a und 7b gezeigt, können Füllstandssensoren 72, 74, 76 am Druckbehälter 1 1 angeordnet sein, um das Erreichen eines Füll- standskegels zu signalisieren. Die Füllstandssensoren 72, 74, 76 können beispielsweise Ultraschallsensoren, optische Sensoren bzw. Schranken, elektro-magnetische Sensoren oder Sensoren anderer Art sein. Hier sind die Füllstandssensoren 72, 74, 76 Ultraschallsensoren, die ein Erreichen eines Füllstandskegels über eine Veränderung des Körperschalls signalisieren können. Ein oberer Füllstandssensor 72 kann beispielsweise das Erreichen des Füllstandskegels Fi signalisieren und einen Zeitnehmer starten bzw. einen Zeitpunkt ti definieren. Ein unterer Füllstandssensor 74 kann beispielsweise das Erreichen des Füllstandskegels F2 signalisieren und einen Zeitnehmer nach At stoppen bzw. einen Zeitpunkt h definieren. Über die bekannte Geometrie des Druckbehälters 1 1 und den vertikalen Abstand der Füllstandssensoren 72, 74 kann ein mittlerer Abra- sivmittelentnahmefluss ermittelt werden als AV/At bzw. AV/(t2-ti ) . Der dritte unterste Füllstandssensor 76 kann den minimalen Füllstandskegel Fmin signalisieren und sofort eine Absperrung des Absperrventils 15 bewirken, um ein Leersaugen des Druckbehälters 1 1 zu verhindern. Gemäß Fig. 7b können auch andere Betriebsparameter wie etwa die Pumpendrehzahl der Hochdruckquelle 3 zur Bestimmung des Abrasiv- mittelentnahmeflusses und dessen Regelung als Regelgröße für das Regelventil 1 7 herangezogen werden. Wie in Fig. 7c gezeigt, kann der Ab- rasivmitteldurchfluss bzw. das Mischungsverhältnis mittels eines entsprechenden Sensors 79 auch an der Abrasivmittelleitung 70 bzw. vor der Austrittsdüse 7 bestimmt und als Regelgröße für das Regelventil 17 benutzt werden.
[32] Die Füllstandssensoren 72, 74 können auch dazu genutzt werden, die Nachfüllzyklen zu steuern bzw. zu takten. Beispielsweise kann über dem oberen Füllstandssensor 72 zwischen dem Füllstandskegel Fi und dem maximalen Füllstandskegel Fmax eine Füllung der Schleusenkammer 21 passen. Sinkt der Füllstandskegel unter Fi , kann der obere Füllstandssensor 72 ein Befüllen der Schleusenkammer 21 auslösen, damit diese vollständig befüllt ist, wenn der untere Füllstandssensor 74 den Füll- standskegel F2 signalisiert und damit ein Nachfüllen aus der befüllten Schleusenkammer 21 in den Druckbehälter 1 1 auslösen kann. Damit wird verhindert, dass der Füllstandskegel bis auf den minimalen Füllstandskegel Fmin absinkt. Zwischen dem minimalen Füllstandskegel Fmin und dem Füllstandskegel F2 kann ebenfalls mindestens eine Füllung der Schleusenkammer 21 als Puffer passen. Alternativ zu einem Auslösen des Befüllens der Schleusenkammer 21 bei einem bestimmten Füllstand kann die Schleusenkammer 21 automatisch immer sofort wieder befüllt werden sobald das Nachfüllen des Druckbehälters 1 1 beendet ist. Dann braucht nur bei dem Füllstandskegel F2 das Nachfüllen aus der Schleusenkammer 21 ausgelöst werden. Der vertikale Abstand zwischen dem oberen Füllstandssensor 72 und dem unteren Füllstandssensor 74 kann relativ kurz gewählt werden, beispielsweise so kurz, dass ein Absinken zwischen Fi und F2 kürzer dauert als ein Befüllvorgang der Schleusenkammer 21 . Mit einem kürzeren vertikalen Abstand kann der mittlere Abrasivmittelentnahmefluss AV/Δ† bzw. AV/(†2-†i ) häufiger ermittelt werden und damit genauer den aktuellen Abrasivmittelentnahmefluss dV/dt wiedergeben.
[33] Fig. 8 bis 12 zeigen verschiedene Möglichkeiten, Abrasivmittel in trockener, nasser, feuchter, suspendierter, gefrorener, pelletierter oder anderer Form in den Nachfülltrichter 25 bzw. direkt in das Befüllventil 23 zu geben. In Fig. 8 ist ein Vorladebehälter 78 vorgesehen, aus dem mittels einer Pumpe 80 Abrasivmittelsuspension in den Nachfülltrichter 25 gefördert wird. Über einen Überlauf 82 am Nachfülltrichter kann beim Beladen des Nachfülltrichters 25 Wasser ablaufen, das durch das absinkende Abrasivmittel verdrängt wird.
[34] In Fig. 9 ist ein Vorladebehälter 78 vorgesehen, aus dem mittels einer Förderschnecke 84 und/oder eines Förderbands 85 trockenes pul- verförmiges oder feuchtes klumpiges Abrasivmittel in den Nachfülltrichter 25 gefördert wird. Über den Überlauf 82 am Nachfülltrichter 25 kann auch hier beim Beladen des Nachfülltrichters 25 Wasser ablaufen, das durch das absinkende Abrasivmittel verdrängt wird. Das Abrasivmittel kann beispielsweise nach einem Schneidprozess aus dem Abwasser des Schneidstrahls 9 wiedergewonnen und aufbereitet sein, sodass es für einen weiteren Schneidprozess benutzbar ist. Der Vorteil dieser Anlage gegenüber bekannten Wasser-Abrasiv-Injektions-Schneidanlagen ist, dass solch ein wiederaufbereitetes Abrasivmittel nicht getrocknet werden muss und in feucht-klumpiger oder beliebiger Form in die Anlage gefüllt werden kann.
[35] In Fig. 10 ist kein Überlauf 82 vorgesehen, sondern ein Kreislauf zwischen dem Nachfülltrichter 25 und dem Vorladebehälter 78, wobei die Pumpe 80 ausgangsseitig vom Nachfülltrichter 25 den Kreislauf zur Befüllung des Nachfülltrichter 25 mit Abrasivmittel antreibt. Der Nachfülltrichter 25 ist in diesem Fall vorzugsweise geschlossen, sodass die Pumpe 80 Abrasivmittelsuspension aus dem Vorladebehälter 78 saugen kann. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Pumpe 80 relativ sauberes Wasser fördert und keine gesättigte Abrasivmittelsuspension wie in Fig. 8. Dadurch wird der Verschleiß in der Pumpe 80 reduziert. Außerdem ist ein Ansaugen der Abrasivmittelsuspension weniger verstopfungsanfällig als ein Drücken. Wie in Fig. 1 1 gezeigt, kann allerdings auch eine Förderschnecke 84 eingangsseitig zum Nachfülltrichter 25 angeordnet sein, um Abrasivmittel in den Nachfülltrichter 25 zu fördern. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn keine Abrasivmittelsuspension im Vorladebehälter 78 ist, sondern Abrasivmittel als trockenes Pulver oder in feucht-klumpiger Form.
[36] Es kann sogar vollständig auf den Nachfülltrichter 25 verzichtet werden (siehe Fig. 12), wenn das Fördern über eine Förderschnecke 84 oder eine Pumpe 80 schnell genug und kontrolliert direkt in das Befüll- ventil 23 stattfindet. Über das Pumpenabsperrventil 33 kann das beim Befüllen der Schleusenkammer 21 durch das Abrasivmittel verdrängte Wasser aus der Schleusenkammer 21 in den Nachfülltrichter 25 zurückgeführt werden. Dies kann auch mit einer Pumpe 31 gemäß Fig. 1 bis 5 unterstützt werden, um Abrasivmittel zusätzlich aktiv in die Schleusenkammer 21 zu saugen.
[37] Das Nachfüllen des Abrasivmittels in den Druckbehälter 1 1 erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel des hierin offenbarten Verfahrens zum Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneiden portioniert und zyklisch während ein zu bearbeitendes Werkstück kontinuierlich mit dem Schneidstrahl 9 geschnitten werden kann. Fig. 13 illustriert die Verfahrensschritte im zeitlichen Ablauf. In einem ersten Schritt 301 wird Wasser unter hohem Druck in der Hochdruckleitung 5 mittels der Hochdruckquelle 3 bereitgestellt. Damit wird dann auch eine unter Druck stehende Abrasivmittelsuspension in dem Druckbehälter 1 1 bereitgestellt 303. Damit kann dann bereits ein Werkstück mittels des Hochdruckstrahls 9, der zumindest teilweise die Abrasivmittelsuspension enthält, unter Entnahme der Abrasivmittelsuspension aus dem Druckbehälter 1 1 geschnitten werden 305. Die Schritte 307 bis 31 1 dienen dem portionierten und zyklischen Nachfüllen des Druckbehälters 1 1 mit Abrasivmittel während des kontinuierlichen Scheidens 305. Zunächst wird die unbedruckte Schleusenkammer 21 mit Abrasivmittel oder einer Abrasivmittelsuspension befüllt 307. Während des Befüllens ist die Förderhilfe 45 durch das Förderhilfeabsperrventil 47 von der unbedruckten Schleusenkammer 21 abgesperrt. Sodann wird die Pumpe 31 von der Schleusenkammer 21 abgesperrt 308. Danach wird die Schleusenkammer zumindest teilweise durch Druckentladen des Druckspeichers 39 bedruckt 309, und schließlich der Druckbehälter 1 1 mit Abrasivmittel oder einer Abrasivmittelsuspension über das Nachfüllventil 19 aus der bedruckten Schleusenkammer 21 nachgefüllt 31 1 . Beim Nachfüllen 31 1 ist die Förderhilfe 45 über das geöffnete Förderhilfeabsperrventil 47 mit der bedruckten Schleusenkammer 21 fluidverbunden. Nach dem Nachfüllen 31 1 werden das Förderhilfeabsperrventil 47 sowie das Bedruckungsventil 37 und das Nachfüllventil 19 abgesperrt, um die Schleusenkammer 21 über das Druckablassventil 27 in den Ablauf 29 für den nächsten Befüll- schritt druckentlasten zu können.
[38] Während des Befüllens 307 der Schleusenkammer 21 oder während des Nachfüllens 31 1 des Druckbehälters 1 1 kann der Druckspeicher über die Drossel 41 aus der Hochdruckleitung 5 druckbeladen werden 313. Zeitgleich startend mit dem Bedrucken 309 der Schleusenkammer 21 aus dem Druckspeicher 39 kann die Schleusenkammer 21 zumindest teilweise über die Drossel 41 aus der Hochdruckleitung 5 bedruckt werden 315. Dieses langsame gedrosselte Bedrucken 315 aus der Hochdruckleitung 5 kann länger andauern als das schnelle Bedrucken 309 durch das Druckentladen des Druckspeichers 39. Mit anderen Worten kann das Bedrucken 309 der Schleusenkammer 21 durch Druckentladen eines Druckspeichers 39 während eines ersten Zeitfensters A und das Bedrucken 315 der Schleusenkammer 21 der Hochdruckleitung 5 während eines zweiten Zeitfensters B erfolgen, wobei sich das erste Zeitfenster A und das zweite Zeitfenster B zumindest teilweise überschneiden, vorzugsweise an ihrem Beginn.
[39] Das Bedrucken 309 der Schleusenkammer 21 durch Druckentladen des Druckspeichers kann derart schnell erfolgen, dass in der Schleusenkammer 21 befindliches Abrasivmittel durch einen Druckstoß aufgelockert wird. Dabei erfolgt das Bedrucken 309 der Schleusenkammer durch Druckentladen des Druckspeichers 39 vorzugsweise in einen unteren Bereich der Schleusenkammer 21 , da etwaige Verstopfungen von Abrasivmittel in einem unteren Bereich wahrscheinlicher sind als in einem oberen Bereich.
[40] Optional ist der Bedruckungseingang 35 der Schleusenkammer 21 vom Druckspeicher 39 und/oder der Hochdruckleitung 5 während des Befüllens 307 und des Nachfüllens 31 1 abgesperrt. Das Druckbela- den 313 der Druckspeicher 39 kann somit während des Befüllens 307 und/oder des Nachfüllens 31 1 erfolgen. Dabei kann Energie über eine Feder- oder Fluidkompression im Druckspeicher 39 gespeichert werden, der beispielsweise als Feder- oder Blasenspeicher ausgestaltet sein kann. Das Befüllen 307, das Bedrucken 309 und das Nachfüllen 31 1 können zyklisch ablaufen während das Schneiden 305 kontinuierlich durchgeführt werden kann.
[41 ] Optional kann der Druckspeicher 39 nach dem Bedrucken 309 der Schleusenkammer 21 durch Druckentladen des Druckspeichers 39 von der Hochdruckleitung 5 zunächst mittels des Druckspeicherventils 43 abgesperrt werden. Das Druckspeicherventil 43 kann vorzugsweise erst dann zum Druckbeladen des Druckspeichers 39 wieder geöffnet werden, wenn die Schleusenkammer 21 über die Drossel 41 aus der Hochdruckleitung 5 bedruckt wurde.
[42] Fig. 14 verdeutlicht einen beispielhaften Verlauf des Drucks p über die Zeit t in der Schleusenkammer 21 (oben), im Druckspeicher 39 (mittig) und in der Hochdruckleitung 5 (unten). Der Druck in der unbedruckten Schleusenkammer 21 ist zunächst der Umgebungsdruck, der hier auf der Nulllinie liegt. Die Schleusenkammer 21 kann in dieser unbedruckten Phase vor dem Start des Bedruckens 309 zum Zeitpunkt to befüllt werden 307.
[43] Das Bedrucken 309, 315 beginnt zum Zeitpunkt to. Während des ersten kurzen Zeitfensters wird nun die Schleusenkammer 21 auf bis zu 40% des nominellen Hochdrucks po aus der Druckentladung des Druckspeichers 39 bedruckt 309. Der Druckspeicher 39 ist dann bei ti bis auf ein Minimum entladen und wird danach über das Druckspeicherventil 43 gemäß dem zweitem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 abgesperrt. Die Schleusenkammer 21 wird allerdings langsam innerhalb des zweiten längeren Zeitfensters B=†2-†o weiter über die Drossel 41 aus der Hochdruckleitung 5 bedruckt 315 bis der nominelle Hochdruck po bei h erreicht ist. Das Bedrucken 309, 315 der Schleusenkammer 21 kann 5 bis 10 Sekunden dauern. Sobald der nominelle Hochdruck po in der Schleusenkammer 21 bei h erreicht ist, kann das Nachfüllen 31 1 beginnen und der Druckbehälter 39 gleichzeitig wieder druckbeladen 313 werden. In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ohne Druckspeicher 39 wird die Schleusenkammer 21 komplett über die Drossel 41 über das Zeitfenster B hinweg aus der Hochdruckleitung 5 bedruckt.
[44] Zwischen h und †3 ist das Nachfüllventil 19 geöffnet, sodass Abra- sivmittel in den Druckbehälter 1 1 strömen kann. Zum Zeitpunkt †3 ist das Abrasivmittel vollständig aus der Schleusenkammer 21 in den Druckbehälter 1 1 geströmt und der Nachfüllschritt 31 1 abgeschlossen. Zum Befüllen 307 kann der Druck aus der Schleusenkammer 21 relativ schnell über das Druckablassventil 27 in den Ablauf 29 abgelassen werden bis bei wieder Niederdruck in der Schleusenkammer 21 herrscht. Dann kann ein neuer Nachfüllzyklus beginnend mit dem Befüllen 307 der Schleusenkammer 21 starten. Der Druckspeicher 39 wird vorzugsweise möglichst langsam und gedrosselt von h an aus der Hochdruckleitung 5 wieder druckbeladen, um bei to wieder für das Bedrucken 309 voll druckgeladen zu sein. Der untere Graph zeigt den Druckabfall in der Hochdruckleitung 5 beim Öffnen des Bedruckungsventils 37 bei to bzw. des Druckspeicherventils 43 bei h. Die Amplitude des Druckabfalls ist jeweils über die Drossel 41 auf ein Maß reduziert, bei dem die Schneidleistung des Schneidstrahls 9 nicht signifikant beeinträchtigt ist.
[45] In Figuren 15a und 15b ist das Nachfüllventil 19 im Querschnitt detaillierter in jeweils unterschiedlichen Öffnungsstellungen gezeigt. Da das Nachfüllventil 19 unter Hochdruck auf dem Ventileingang 49 und dem Ventilausgang 51 betätigt werden muss, ist das störungsfreie Betätigen des Nachfüllventils 19 eine technische Herausforderung. Das zu- verlässige Offnen und Schließen des Nachfüllvenfils 19 wird nun durch vier Unferaspekfe gewährleistet, die jeder für sich allein oder in beliebiger Kombination von zwei, drei oder allen vier Unteraspekfen dazu beifragen, dass das Nachfüllvenfil 1 9 nicht verstopft oder durch das Abra- sivmiftel blockiert.
[46] Das Nachfüllvenfil 19, das vorzugsweise als Kugelhahn ausgebildet ist, hat eine vertikale Durchflussrichfung D von oben nach unten und weist einen zentral angeordneten und um eine zur Durchflussrichfung D senkrechte Drehachse R drehbaren Venfilkörper 67 mit sphärischen Außenflächen auf. Der Venfilkörper 67 weist eine zentrische Durchbrechung 69 auf, die in den in Fig. 15a und Fig. 15b gezeigten Offnungsstellungen parallel zur Durchflussrichfung D und senkrecht zur Drehachse R verläuft. Die erste Offnungsstellung gemäß Fig. 15a unterscheidet sich von der zweiten Offnungsstellung gemäß Fig. 15b dadurch, dass der Ventilkörper 67 um 180° bezüglich der Drehachse R gedreht ist. Der Venfilkörper 67 sitzt in einem Ventilraum 71 zwischen einem oberen Ventilsitz 73 und einem unteren Ventilsitz 75. Der obere Ventilsitz 73 bildet den Venfileingang 49 und der untere Ventilsitz 75 den Ventilausgang 51 . Der obere Ventilsitz 73 und der untere Ventilsitz 75 sind koaxial zueinander und zur vertikalen Durchflussrichfung D angeordnet. Der Ventilraum 71 ist über den lateralen Spüleinlass 66 und über den diametral dem Spüleinlass 66 gegenüberliegenden Spülauslass 63, vorzugsweise bei vollständig drucklosem Nachfüllvenfil 19, durchspülbar.
[47] Gemäß dem ersten Unferaspekt ist das Nachfüllvenfil 19 dazu in der Lage, eine erste Schließsfellung (Fig. 16a), eine erste Offnungsstellung (Fig. 15a) und eine zweite Offnungsstellung (Fig. 15b) einzunehmen, wobei in der ersten Schließsfellung (Fig. 16a) die Schleusenkammer 21 vom Druckbehälter 1 1 fluidgefrennt ist und in der ersten sowie der zweiten Offnungsstellung (Fig. 15a-b) die Schleusenkammer 21 mit dem Druckbehälter 1 1 fluidverbunden ist. Die erste Offnungsstellung und die zweite Öffnungsstellung sind wegen der Symmetrie des Ventilkörpers 67 im Wesentlichen kaum unterscheidbar. Der Ventilkörper 67 kann beliebig weit in eine Richtung um die Drehachse R gedreht werden, sodass eine Umkehr der Drehrichtung prinzipiell nicht nötig ist und der Ventilkörper 67 ausschließlich in eine Drehrichtung betätigt werden kann, sofern das dafür benötigte Drehmoment einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet. Die erste Schließstellung aus Fig. 16a liegt hier bei 90° zwischen der ersten Öffnungsstellung und der zweiten Öffnungsstellung. In diesem Fall gibt es auch eine zweite Schließstellung (siehe Fig. 16b), die gegenüber der ersten Schließstellung um 180° um die Drehachse R gedreht ist. Die Durchbrechung 69 verläuft in den in Fig. 1 6a und Fig. 16b gezeigten Schließstellungen sowohl senkrecht zur Durchflussrichtung D als auch senkrecht zur Drehachse R, sodass der Ventilkörper 67 den Ventileingang 49 am oberen Ventilsitz 73 abdichtet und den Ventilausgang 51 am unteren Ventilsitz 75. Hier sind der optionale Spüleinlass 66 und Spülauslass 63 nicht gezeigt, können aber vorgesehen sein. Damit bestehen also für den Ventilkörper 67 immer zwei Möglichkeiten zur Bewegungsrichtung, das Nachfüllventil 19 entweder zur ersten Öffnungsstellung/Schließstellung oder zur zweiten Öffnungsstellung/Schließstellung hin zu öffnen bzw. zu schließen, falls eine Bewegungsrichtung momentan ein zu hohes Drehmoment erfordert. Ist also eine Bewegungsrichtung verstopft oder blockiert, so kann der Ventilkörper 67 in die andere Bewegungsrichtung bewegt werden und das Ventil 19 in die andere Öffnungsstellung/Schließstellung gebracht werden. Dabei kann durch die Umkehrung als positiver Nebeneffekt die Verstopfung bzw. Blockade aufgelöst werden, sodass bei der nächsten Betätigung die zuvor blockierte Bewegungsrichtung wieder frei ist. Das Nachfüllventil 19 kann auch durch mehrmaliges Hin- und Herdrehen freigerüttelt werden, beispielsweise falls der Ventil körper 67 in beide Bewegungsrichtungen nur schwer zu betätigen ist. [48] Gemäß dem zweiten Unteraspekt ist der Ventilraum 71 in einer Schließstellung des Ventilkörpers 67 bedruckbar. Gemäß Fig. 17a-b weist der Ventilraum 71 dazu den Druckeinlass 53 auf, über den der Ventilraum 71 in einer Schließstellung des Ventilkörpers 67 bedruckbar ist. Der Druckeinlass 53 ist hier in der yz-Ebene koaxial zu einer Servomotorwelle 86 dieser gegenüberliegend angeordnet. Alternativ dazu kann der Druckeinlass 53 auch in der dazu senkrechten xz-Ebene liegen und ggf. je nach Bedarf als Spüleinlass 66 verwendet werden. Über die Servomotorwelle 86 wird der Ventilkörper 67 um die Drehachse R gedreht. Bei Inbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme der zunächst drucklosen Anlage 1 ist der Ventilraum 71 anfänglich drucklos. Wird der Druckbehälter 1 1 und die Schleusenkammer 21 dann auf etwa 2.000 bar bedruckt, kann der Ventilkörper 67 von den Ventilsitzen 73, 75 wegen des eingangsseitigen sowie ausgangsseitigen Hochdrucks bei gleichzeitigem Niederdruck im Ventilraum 71 eingeklemmt werden und nur schwer oder gar nicht mehr beweglich sein. Mittels des Druckeinlasses 53 kann die Druckdifferenz zwischen dem Ventilraum 71 und dem Ventileingang 49 bzw. dem Ventilausgang 51 bei Inbetriebnahme weitgehend reduziert werden, sodass der Ventil körper 67 nicht durch den hohen Druck eingeklemmt wird. In Fig. 17b ist der obere Ventilsitz 73 gemäß dem vierten Unteraspekt über eine Einstellvorrichtung einstellbar gezeigt. Der obere Ventilsitz 73 ist dabei über ein Außengewinde mittels einer Drehung um die Durchflussrichtung D in z-Richtung positionierbar. Die Drehung kann durch von außen in Angriffsflächen 77 angreifende Hebel 88 manuell oder motorgetrieben durchgeführt werden.
[49] Gemäß dem dritten Unteraspekt ist der Ventilraum wie beispielsweise in Fig. 15a-b gezeigt durchspülbar. Dabei weist das Nachfüllventil den Spüleinlass 66 und den Spülauslass 63 auf, über welche der Ventilraum 71 durchspülbar ist. Der Druckeinlass 53 kann dabei wahlweise als Spüleinlass 66 dienen. Dies ist besonders vorteilhaft in Kombination mit dem zweiten Unteraspekt eines Druckeinlasses 53, da ein Spüldurchgang bei drucklosem Ventilraum 71 bzw. vollständig druckloser Anlage 1 durchgeführt werden kann und danach bei Wiederinbetriebnahme der Anlage 1 der Ventilraum 71 über den Druckeinlass 53 wieder bedruckt werden kann, damit der Ventilkörper 67 vom hohem Druck nicht eingeklemmt wird.
[50] Gemäß dem vierten Unteraspekt weist das Nachfüllventil den eingangsseitigen oberen Ventilsitz 73 und den ausgangsseitigen unteren Ventilsitz 75 auf, wobei mindestens einer der Ventilsitze 73, 75 verstellbar ist, sodass der Abstand der Ventilsitze 73, 75 zueinander einstellbar ist. Somit kann das Nachfüllventil 19 optimal eingestellt werden, um einerseits dicht zu sein und andererseits nicht zu blockieren. Es kann bei Inbetriebnahme der Anlage, bei Temperaturschwankungen, einer hartnäckigen Blockade durch Abrasivmittel und/oder materialverschleiß- bedingt ein Nachjustieren des Abstands der Ventilsitze 73, 75 zueinander vorteilhaft sein. Um dafür die Anlage nicht abschalten und auseinander bauen zu müssen, kann wie in Fig. 18a gezeigt eine Werkzeugöffnung 90 vorgesehen sein, durch die ein Werkzeug in Form eines Hebels 88 greifen kann, um den mindestens einen verstellbaren Ventilsitz 73 einzustellen. Vorzugsweise wird allerdings das Einstellen des Ventilsitzes 73 in einer Serviceprozedur bei druckloser Anlage 1 durchgeführt. In diesem Beispiel ist der obere eingangsseitige Ventilsitz 73 über ein Außengewinde axial entlang der Durchflussrichtung D verstellbar. Hebel 88 können von außen an umfangseitig angeordnete Angriffsflächen 77 (siehe Fig. 18b) angesetzt werden, um den Ventilsitz 73 zu drehen. Das Nachfüllventil 19 muss also nicht von der Anlage 1 getrennt oder abgebaut werden. Die bedienende Person kann somit manuell sofort eingreifen, um einen kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen, oder die Anlage 1 abschalten und entdrucken, um das Einstellen des Ventilsitzes 73 als Serviceprozedur durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann das Nachjustieren auch automatisch gesteuert und/oder geregelt über einen Motor erfolgen. [51 ] Der Ventilkörper 67 wird vorzugsweise über einen nicht gezeigten Servomotor kontrolliert um die Drehachse R gedreht. Dabei kann das ggf. gemessene Drehmoment oder die Leistungsaufnahme des Motors überwacht werden, sodass bei Überschreitung eines Schwellenwertes die Drehrichtung zur anderen Öffnungsstellung oder Schließstellung hin umgestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können Drehmoment- oder Leistungsspitzen über einen bestimmten Zeitraum aufgezeichnet werden und basierend auf dieser Aufzeichnung ein Fehleroder Wartungsfall signalisiert werden. Beispielsweise kann der Bedarf für ein Nachjustieren des Ventilsitzes 73 angezeigt werden.
[52] Fig. 19a-b zeigen zwei Ausführungsformen von spülbaren Nadelventilen, die beispielsweise als eines oder mehrere der Absperrventile 15, 27, 33, 37, 47 oder an anderer Stelle in der Anlage 1 verwendet werden können. Das Nadelventil gemäß Fig. 19a wird vorzugsweise dort eingesetzt, wo das Nadelventil nicht unter Hochdruck öffnen oder schließen muss, z.B. als Pumpenabsperrventil 33 im Kreislauf zur Unterstützung der Befüllung der Schleusenkammer 21 . Das Pumpenabsperrventil 33 weist dabei einen Hochdruckeingang 92 auf, der mit einer zum Hochdruckeingang 92 koaxial angeordneten und axial positionierbaren Nadel 94 bezüglich eines Niederdruckausgangs 95 absperrbar ist. Die Nadel 94 weist an einem dem Hochdruckeingang 92 zugewandten Ende eine konische Schließfläche 96 auf, die zum Absperren gegen einen Ventilsitz 98 gedrückt werden kann. Sobald der Hochdruckeingang 92 abgesperrt ist, kann auf den Hochdruckeingang 92 Hochdruck gegeben werden, ohne dass dieser über den Niederdruckausgang 95 entweicht. Wenn kein Hochdruck am Hochdruckeingang 92 herrscht, kann das Pumpenabsperrventil 33 geöffnet werden, um einen Durch- fluss bei Niederdruck vom Hochdruckeingang 92 zum Niederdruckausgang 95 zuzulassen. [53] Das Nadelventil gemäß Fig. 19a-b weist auch einen Spüleinlass 100 auf, über den das geöffnete Nadelventil durchgespült werden kann, wobei Spülflüssigkeit, d.h. Wasser oder Wasser mit Reinigungszusätzen, über den Niederdruckausgang 95 ausfließen kann. Durch diesen Durchfluss von Spülflüssigkeit kann insbesondere der Ventilsitz 98 und die Schließfläche 96 von Abrasivmittelresten befreit werden, um ein sauberes Schließen unter möglichst wenig Materialverschleiß zu gewährleisten. Vorzugsweise kann das Nadelventil kurz vor einem Schließvorgang des Nachfüllventils 19 gespült werden. Fig. 19b zeigt ein Nadelventil mit einem Rückschlagventil 102 am Spüleinlass 100. Das Rückschlagventil 102 verhindert einen Rückfluss in den Spüleinlass 100 und lässt nur einen Durchfluss von Spülflüssigkeit in Richtung des Nadelventils zu. Dies ist dann sinnvoll, wenn das Nadelventil beispielsweise als eines oder mehrere der Absperrventile 15, 27, 37, 47 verwendet wird, da dort das Ventil geöffnet wird, wenn am Hochdruckeingang 92 Hochdruck herrscht. Dieser Hochdruck würde sich ohne das Rückschlagventil 102 zumindest teilweise in den Spüleinlass 100 entladen und zu einem Rückfluss in den Spüleinlass 100 führen. Dies verhindert das Rückschlagventil 102 und ermöglicht somit einen sauberen Druckablass über den Niederdruckausgang 95. Der Niederdruckausgang 95 kann in diesem Fall auch ein Hochdruckausgang 95 sein. Beispielsweise ist der Niederdruckausgang 95 im Falle des Druckablassventils 27 mit einem Ablauf 29 verbunden. Im Falle des Bedruckungsventils 37 ist der Hochdruckausgang 95 jedoch mit dem Bedruckungseingang 35 der Schleusenkammer 21 verbunden, um diese mit Hochdruck zu beaufschlagen.
[54] Vorzugsweise sind die Nadelventile pneumatisch über einen Anpressteller (nicht gezeigt) betrieben. Um dem auf die Nadelspitze in Form der konischen Schließfläche 96 wirkenden Hochdruck entgegenzuwirken, kann ein Luftdruck auf den sehr viel größeren Anpressteller gegeben werden, sodass mit wenigen bar Luftdruck das Nadelventil geschlossen und gegen einen Hochdruck von 1 .500 bar und mehr dicht gehalten werden kann.
[55] Die nummerierten Bezeichnungen der Bauteile oder Bewegungsrichtungen als„erste",„zweite",„dritte" usw. sind hierin rein willkürlich zur Unterscheidung der Bauteile oder Bewegungsrichtungen untereinander gewählt und können beliebig anders gewählt werden. Es ist damit kein Bedeutungsrang verbunden.
[56] Äquivalente Ausführungsformen der hierin beschriebenen Parameter, Bauteile oder Funktionen, die in Anbetracht dieser Beschreibung einer fachlich versierten Person als offensichtlich erscheinen, seien hierin so erfasst als wären sie explizit beschrieben. Entsprechend soll der Schutzbereich der Ansprüche solche äquivalente Ausführungsformen umfassen. Als optional, vorteilhaft, bevorzugt, erwünscht oder ähnlich bezeichnete„kann"-Merkmale sind als optional zu verstehen und nicht als schutzbereichsbeschränkend.
[57] Die beschriebenen Ausführungsformen sind als illustrative Beispiele zu verstehen und stellen keine abschließende Liste von möglichen Ausführungsformen dar. Jedes Merkmal, das im Rahmen einer Ausführungsform offenbart wurde, kann allein oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmalen verwendet werden, unabhängig davon, in welcher Ausführungsform die Merkmale jeweils beschrieben wurden. Während mindestens ein Ausführungsbeispiel hierin beschrieben und gezeigt ist, seien Abwandlungen und alternative Ausführungsformen, die einer fachmännisch versierten Person in Anbetracht dieser Beschreibung als offensichtlich erscheinen, vom Schutzbereich dieser Offenbarung mit erfasst. Im Übrigen soll hierin weder der Begriff "aufweisen" zusätzliche andere Merkmale oder Verfahrensschritte ausschließen noch soll„ein" oder„eine" eine Mehrzahl ausschließen. Bezugszeichenliste
I - Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage 3 - Hochdruckquelle
5 5 - Hochdruckleitung
7 - Austrittsdüse
9 - Schneidstrahl
I I - Druckbehälter
13 - Wasser-Abrasivmittel-Suspension
l o 15 - Absperrventil
1 7 - Drossel
19 - Nachfüllventil
21 - Schleusenkammer
23 - Befüllventil
15 25 - Nachfülltrichter
27 - Druckablassventil
29 - Ablauf
31 - Pumpe
33 - Pumpenabsperrventil
20 35 - Bedruckungseingang
37 - Bedruckungsventil
39 - Druckspeicher
41 - Drossel
42 - Drossel
25 43 - Druckspeicherventil
45 - Förderhilfe
47 - Förderhilfeabsperrventil
49 - Ventileingang
51 - Ventilausgang
30 53 - Druckeinlass
55 - Spülquelle 57 erstes Spülventil
59 zweites Spülventil bzw. Spülauslassventil
61 drittes Spülventil
63 Spülauslass
65 Ablauf
66 Spüleinlass
67 Ventilkörper
68 Entnahmestelle
69 Durchbrechung
70 Abrasivmittelleitung
71 Ventilraum
72 Füllstandssensor
73 eingangsseitiger Ventilsitz
74 Füllstandssensor
75 ausgangsseitiger Ventilsitz
76 Füllstandssensor
77 Angriffsflächen
78 Vorladebehälter
80 Pumpe
82 Überlauf
84 Förderschnecke
85 Förderband
86 Servomotorwelle
88 Hebel
90 Werkzeugöffnung
92 Hochdruckeingang
94 Nadel
95 Niederdruckausgang/Hochdruckausgang
96 konische Schließfläche
98 Ventilsitz
100 - Spüleinlass
102 - Rückschlagventil 301 - Bereitstellen von Wasser unter hohem Druck in der Hochdruckleitung
303 - Bereitstellen einer unter Druck stehenden Abrasivmittelsus- pension in dem Druckbehälter
5 305 - Schneiden eines Materials mittels eines Hochdruckstrahls
307 - Befüllen einer unbedruckten Schleusenkammer mit Abra- sivmittel oder einer Wasser-Abrasivmittel-Suspension
308 - Absperren der Pumpe von der Schleusenkammer
309 - Bedrucken der Schleusenkammer durch Druckentladen l o des Druckspeichers
31 1 - Nachfüllen des Druckbehälters mit Abrasivmittel
313 - Druckbeladen des Druckspeichers
315 - Bedrucken der Schleusenkammer über die Drossel aus der
Hochdruckleitung
15 A - erstes Zeitfenster
B - zweites Zeitfenster
R - Drehachse
D - Durchflussrichtung
Fi - Füllstandskegel
20 F2 - Füllstandskegel
rmax maximaler Füllstandskegel
rmin minimaler Füllstandskegel

Claims

Ansprüche
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) mit
einer Hochdruckquelle (3) zum Bereitstellen (301 ) von Wasser unter Hochdruck,
einer mit der Hochdruckquelle (3) verbundenen Hochdruckleitung (5),
einem Druckbehälter (1 1 ) zum Bereitstellen (303) einer unter Hochdruck stehenden Abrasivmittelsuspension (13), einer Schleusenkammer (21 ), die dazu ausgestaltet ist, zeitweise unter Hochdruck und zeitweise unter Niederdruck zu stehen, und
einem Nachfüllventil (19) zum Nachfüllen (31 1 ) des Druckbehälters (1 1 ) aus der Schleusenkammer (21 ), dadurch gekennzeichnet, dass
eine Förderhilfe (45) saugseitig mit dem Druckbehälter (1 1 ) derart fluidverbunden ist, dass die Förderhilfe (45) bei Hochdruck in der Schleusenkammer (21 ) in der Lage ist, eine Abrasivmittelsuspension durch das Nachfüllventil (19) aus der Schleusenkammer (21 ) in den Druckbehälter (1 1 ) zu saugen.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach Anspruch 1 , wobei zwischen der Förderhilfe (45) und der Schleusenkammer (21 ) ein Förderhilfeabsperrventil (47) angeordnet ist.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach Anspruch 2, wobei das Förderhilfeabsperrventil (33) ein Nadelventil ist.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderhilfe (45) druckseitig mit einem oberen Bereich der Schleusenkammer (21 ) fluidverbunden ist.
5. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderhilfe (45) saugseitig mit einem oberen Bereich des Druckbehälters (21 ) fluidverbunden ist.
5
6. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderhilfe (45) einen Niederdruckteil und einen Hochdruckteil aufweist. l o 7. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach Anspruch 6, wobei der Hochdruckteil einen Impeller aufweist.
8. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach Anspruch 7, wobei der Impeller mittels des Niederdruckteils induktiv antreibbar
15 ist.
9. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Impeller über eine Welle antreibbar ist, die vom Niederdruckteil zum Hochdruckteil verläuft.
20
10. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) nach Anspruch 6, wobei der Hochdruckteil einen Kolben aufweist, der mittels des Niederdruckteils antreibbar ist.
25 1 1 . Verfahren zum Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneiden mit den
Schritten:
Bereitstellen (301 ) von Wasser unter Hochdruck in einer Hochdruckleitung (5) mittels einer Hochdruckquelle (3), Bereitstellen (303) einer unter Hochdruck stehenden Abrasiv- 30 mittelsuspension (13) in einem Druckbehälter (1 1 ),
Schneiden (305) eines Materials mittels eines Hochdruckstrahls (9), der zumindest teilweise die Abrasivmittelsuspension enthält, unter Entnahme der Abrasivmittelsuspension (13) aus dem Druckbehälter (1 1 ), Befüllen (307) einer unter Niederdruck stehenden Schleusenkammer (21 ) mit Abrasivmiffel,
Bedrucken (309) der Schleusenkammer (21 ) auf Hochdruck, und
Nachfüllen (31 1 ) des Druckbehälfers (1 1 ) mit Abrasivmiffel aus der unter Hochdruck stehenden Schleusenkammer (21 ) in den Druckbehälter (1 1 ) unter zumindest zeifweisem Ansaugen einer Abrasivmiftelsuspension mittels einer Förderhilfe (45) in den Druckbehälfer (1 1 ).
Verfahren nach Anspruch 1 1 , ferner aufweisend ein Absperren der Förderhilfe (45) von der Schleusenkammer (21 ) durch ein Förderhilfeabsperrventil (47) in Form eines Nadelventils. 13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das Befüllen (307), Bedrucken (309) und Nachfüllen (31 1 ) nacheinander und zyklisch während des Schneidens (305) ablaufen.
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