EP3615273A1 - Wasser-abrasiv-suspensions-schneidanlage - Google Patents

Wasser-abrasiv-suspensions-schneidanlage

Info

Publication number
EP3615273A1
EP3615273A1 EP17721606.6A EP17721606A EP3615273A1 EP 3615273 A1 EP3615273 A1 EP 3615273A1 EP 17721606 A EP17721606 A EP 17721606A EP 3615273 A1 EP3615273 A1 EP 3615273A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
abrasive
water
pressure vessel
pressure
suspension
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Withdrawn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
EP17721606.6A
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 EP3615273A1 publication Critical patent/EP3615273A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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

Definitions

  • the present disclosure relates to a water-abrasive suspension cutting machine with the features specified in the preamble of claim 1.
  • 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 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-to-water ratio can be made higher and a higher cutting force can be achieved because the water under high pressure is controlled upstream of the exit gland without air entrainment with the abrasive. is mixed.
  • a part of the water flow can be guided through an abrasive container, which is designed as a pressure vessel.
  • abrasive container which is designed as a pressure vessel.
  • Such a system is z. B. from EP 1 199 136 known.
  • a technical challenge in these systems is the setting of a constant desired Abrasivschentddlingaufoms from the pressure vessel to set a desired mixing ratio of water and abrasive in the cutting jet and to keep constant during cutting.
  • the water-abrasive-suspension cutting apparatus disclosed herein has the advantage over the above solutions that a desired abrasive bleed stream can be adjusted and maintained from the pressure vessel to adjust a desired mixing ratio between water and abrasive in the cutting jet and cutting constant.
  • Advantageous embodiments of the disclosure are set forth in the subclaims, the following description and the drawings.
  • the Water Abrasive Suspension Cutting Machine disclosed herein comprises a high pressure source for supplying high pressure water, a high pressure fluid line connected to the high pressure source having an upstream portion and a downstream portion,
  • a discharge nozzle fluidly connected to the downstream portion of the high pressure line for generating a cutting jet
  • a pressure vessel for providing a pressurized water abrasive slurry, the pressure vessel fluidly connected to the upstream portion of the high pressure line and the discharge side thereof downstream section of the high pressure line is fluidly connected.
  • a pumping or conveying device On the output side of the pressure vessel, a pumping or conveying device is arranged, wherein the pumping or conveying device is set up to convey the water-abrasive suspension from the pressure vessel and to supply it to the downstream section of the high-pressure line.
  • Abrasive fluid can be removed from the pressure vessel by the pumping or conveying device on the outlet side in a controlled and defined manner in order to set a desired mixing ratio between water and abrasive in the cutting jet and to keep it constant during cutting.
  • the dependence of the abrasive removal flow on the pressure difference between the pressure vessel inlet and outlet is thus reduced or completely prevented, so that the Abrasivstoffentddlingstrom not with the level and / or the Abrasivffenverotti in the pressure vessel varies, but can be specified by the pumping or conveyor.
  • upstream section of the high-pressure line is meant a section of the high-pressure line which purportedly carries only water and no abrasive Meant high-pressure line, the intended purpose of a water-abrasive suspension leads.
  • the pumping or conveying device can be a jet pump with which water-abrasive suspension from the pressure vessel can be sucked by means of a water flow through a taper in the downstream section of the high-pressure line.
  • the jet pump immediately mixes the abrasive into the water flow and thus supplies it to the downstream section of the high-pressure line.
  • the jet pump manages without moving parts, which are generally exposed to severe wear because of the water-abrasive suspension and the high pressures of 1 .000 to 4,000 bar.
  • the pumping or conveying device may be a screw conveyor with which water-abrasive suspension can be fed to the downstream section of the high-pressure line by means of a motor.
  • the screw conveyor project at least partially into the pressure vessel.
  • the abrasive removal flow with a screw conveyor is as good as independent of the pressure difference between the pressure vessel inlet and outlet. This can possibly be dispensed with an input-side inflow control in the pressure vessel.
  • the conveyor check it is also possible to use a paddle wheel or a similar mechanical abrasive removal device in order to deliver abrasive particles portion-wise or continuously from the pressure vessel.
  • the pumping or conveying device can be set up to convey the water-abrasive agent suspension as a function of at least one controlled variable out of the pressure vessel and to supply it to the downstream section of the high-pressure line.
  • the at least one controlled variable may have a sensor signal and / or an operating parameter of the high-pressure source.
  • the controlled variable can have several parameters, combinations of parameters or calculations from one or more parameters. "Hommel" means in this sense that the at least one controlled variable depends on the sensor signal or the parameter, or the sensor signal or the parameter is included in the controlled variable.
  • the at least one controlled variable has an abrasive flow from the pressure vessel or a parameter characteristic of an abrasive flow from the pressure vessel.
  • the system may include a first level sensor for signaling at least a first level of abrasive in the pressure vessel. The at least one controlled variable may then have a temporal change of the first fill level.
  • the system may include a first level sensor for signaling at least a first level of abrasive in the pressure vessel and a second level sensor for signaling at least a second level of abrasive in the pressure vessel, wherein the at least one controlled variable is a time difference between the first level and may have the second level.
  • the level sensors may be ultrasonic sensors or optical sensors, which are arranged at different vertical positions on the pressure vessel and can signal a certain level. With known geometry of the pressure vessel and known vertical distance between the first and the second level sensor, the time difference is characteristic of an Abrasivffenentddling raw raw material, after which the pumping or conveying device can be regulated.
  • the screw conveyor can be driven by a motor, in particular a speed-controlled electric servomotor, wherein the motor is regulated depending on the at least one controlled variable.
  • the plant may include an abrasive agent flow sensor disposed at the downstream portion of the high pressure line for signaling an abrasive withdrawal flow, after which the pumping or delivery means may be controlled.
  • the abrasive flow sensor may, for example, count abrasive particles passing through the downstream portion of the high pressure line or otherwise measure the abrasive flow. This can e.g. by means of ultrasound, optically, inductively via ferromagnetic markers in the abrasive or via a structure-borne noise measurement.
  • the controlled variable speed and / or tent position. Have current consumption of the high pressure source.
  • About the speed and / or power or current consumption of the high pressure source can be closed to the flow of water through the high pressure line, which can co-determine the mixing ratio in the cutting jet. Therefore, these or other operating parameters of the high-pressure line can preferably be included in the at least one controlled variable.
  • a flow sensor can measure or signal a flow of water through the high-pressure line, so that it can enter into the at least one controlled variable.
  • a water abrasive slurry cutting method comprising the steps of:
  • the water-abrasive suspension from the pressure vessel can be conveyed by suction from the pressure vessel by means of a jet pump, by means of a water flow through a taper in the downstream portion of the high-pressure line water-abrasive suspension can be sucked from the pressure vessel , Sucking can also have a supporting effect on an already existing or additionally generated pressure difference between the pressure vessel inlet and outlet.
  • the water-abrasive suspension can be conveyed out of the pressure vessel by means of a screw conveyor.
  • the conveying can act in an already existing or additionally generated pressure difference supportive between pressure vessel inlet and outlet.
  • the water-abrasive suspension is conveyed regulated from the pressure vessel depending on at least one controlled variable.
  • the at least one controlled variable may optionally have a sensor signal and / or an operating parameter of the high-pressure source.
  • the at least one controlled variable may be a change of an abrasive agent level in the pressure vessel or a change of an abrasive fluid level in the pressure vessel. have characteristic parameters.
  • the method may optionally include signaling a first level of abrasive in the pressure vessel by means of a first level sensor, wherein the at least one controlled variable may have a temporal change of the first level.
  • the method may include signaling a first level of abrasive in the pressure vessel by means of a first level sensor and signaling a second level of abrasive in the pressure vessel by a second level sensor, wherein the at least one controlled variable is a time difference between the first level and the second level Has level.
  • the method may include signaling an abrasive flow by means of an abrasive flow sensor arranged at the downstream section of the high-pressure line, wherein the at least one control variable comprises the abrasive flow signaled by the abrasive flow sensor.
  • the at least one controlled variable may have a rotational speed and / or power or current consumption of the high-pressure source.
  • Fig. 1 is a schematic circuit diagram of a first embodiment of the disclosed herein water-abrasive suspension cutting machine
  • FIGS. 2a-c show schematic partial circuit diagrams with different arrangements of the first exemplary embodiment of the water-abrasive suspension cutting system disclosed herein;
  • FIGS. 3 to 5 are schematic circuit diagrams of different embodiments of a second embodiment of the water-abrasive suspension cutting system disclosed herein; 6a-c show schematic partial circuit diagrams with different arrangements of the second exemplary embodiment of the water-abrasive suspension cutting system disclosed herein; and
  • Fig. 7 is a schematic flow diagram of an embodiment of the method disclosed herein for water-abrasive-suspension cutting.
  • the Water Abrasive Suspension Cutting Machine shown in FIG. 7 is a schematic flow diagram of an embodiment of the method disclosed herein for water-abrasive-suspension cutting.
  • I has a high pressure source 3, the water in a high pressure line 5 under a high pressure po of about 1 .000 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
  • a jet pump 16 arranged on the output side of the pressure vessel 1 1 defines a taper in a downstream section 70 of the high-pressure line 5, which is connected to a removal point 68 via a lateral opening and utilizes the water-abrasive suspension 13 from the Pressure vessel 1 1 sucks and the downstream section 70 of the high-pressure line 5 admixed.
  • the proportion of the water-abrasive suspension 13 in the jet 9 can be adjusted via a throttle 1 7, 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 static, for example in the form of a pinhole or adjustable or regulated be designed.
  • 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, wherein a signal characteristic of the excessive drive current which can be obtained from a sensor or an available operating parameter is used as a controlled variable for controlling the opening of the throttle 17 (see FIGS. 2a-c).
  • the present disclosure is applicable to both systems in which a cutting process can only last until the emptying of the pressure vessel and the pressure vessel must be refilled with non-pressurized system, as well as for those systems in which the pressure vessel 1 1 in printed plant can be refilled sequentially during cutting.
  • the pressure vessel 11 is replenished sequentially during the cutting operation when the system 1 is printed.
  • a refill valve 19 is arranged in the form of a ball valve above the pressure vessel 1 1.
  • the refill valve 19 connects a lock chamber 21 arranged above the refill valve 19 with the pressure vessel 11.
  • 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 that dry, moist or wet abrasive or a water-abrasive suspension can be filled from above.
  • This can be, at least in part, an abrasive agent which has been reprocessed from the cutting jet 9 and which can be introduced into the refilling funnel 25 from above via a conveying device 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 especially useful when abrasive material clogs in the tapered lower region of the refilling funnel 25 or on the filling valve 23.
  • the pump 31 does not need to be designed for high pressure, it is advantageous if the pump 31 by means of a Pumpenabsperrventils 33 in the form of a needle valve from the lock chamber 21 can be shut off.
  • the pump shut-off valve 33 can be embodied flushable in order to purge the valve seat and the valve body, for example in the form of a valve needle, of abrasive material. This ensures on the one hand a tight closing of the pump shut-off valve 33 and reduces the material wear in the valve.
  • the pump 31 can be largely protected from abrasives by means of an upstream filter and / or separator (both not shown). [25]
  • the Pumpenabsperrventil 33 is only opened when the lock chamber 21 is already depressurized.
  • a needle valve in which a side scavenging inlet and an opposite side scavenging outlet are provided can be used.
  • an embodiment of the needle valve 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 filling valve 23 can be closed.
  • the pressure relief valve 27 and the Pumpenabsperr- valve 33 are closed.
  • 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 connected via a pressure valve 37 and a throttle 41 to the high-pressure line 5. If the throttle 41 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 pressure valve 37 can possibly be dispensed with. As soon as the pressure valve 37 is opened, the high-pressure line 5 imprints the lock chamber 21.
  • the throttle 41 By the throttle 41, the amplitude of the pressure drop in the high-pressure line 5 is restricted to a minimum.
  • the high-pressure source 3 can react so quickly to an initial pressure drop via a servo pump control and adjust the pump power correspondingly quickly so that it does not even come to a large amplitude of pressure drop.
  • the high-pressure source 3 can be notified of an initial pressure drop, so that the high-pressure source 3 is supplied with an increase in power or rotational speed. Lerhöhung can counteract another pressure drop quickly.
  • 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 gravitationally or assisted 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 blockages of abrasive and accelerate the gravity-induced or assisted refilling process.
  • the conveying aid 45 operates on the pressure vessel 1 1 with water under the nominal high pressure po.
  • a naval vessel 47 is disposed between the conveying aid 45 and the lock chamber 21, wherein the originally provedabsperrventil 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 flushable needle valve with a check valve on the rinse inlet, since it is operated under high pressure.
  • 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. About the pressure inlet 53, a valve chamber, in the a movable valve body is 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.
  • the abrasive medium line in the jet pump 16 is again brought together with the high-pressure line 5 so that the cutting jet contains, for example, a defined and constant mixing ratio of 1: 9 abrasive agent suspension and water.
  • the mixing ratio is regulated via the input side connected to the pressure vessel 1 1 control valve 17.
  • the abrasive fluid removal flow is maximum and the mixing ratio is maximum.
  • the Abrasivstoffent Spotifyl is minimal or zero and the mixing ratio correspondingly low or contains the cutting jet 9 then only water.
  • a certain mixing ratio can be optimal in which only as much abrasive agent is removed as necessary to achieve the cutting performance.
  • the cutting performance can be adjusted by the mixing ratio during cutting.
  • the refilling of the pressure vessel 1 1 with abrasive can be controlled in accordance with the abrasive removal flow so that there is always sufficient abrasive suspension 13 in the pressure vessel 11 for continuous cutting.
  • Fig. 2a-c are each four different levels of the abrasive in the pressure vessel 1 1 indicated by dashed cones.
  • 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 fill level cone Fmin is defined by the fact that, on further removal of the abrasive agent, the abrasive agent content of the abrasive agent suspension in the exit-side abrasive feed line 70 would decrease.
  • level sensors 72, 74, 76 can be arranged on the pressure vessel 11 in order to signal the reaching of a filling cone.
  • 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 are ultrasonic sensors that reach a level cone can signal via 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 and / or the power consumption of the high-pressure source 3 for determining the abrasive fluid removal flow and its control can also be used as control 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 at the downstream section 70 of the high-pressure line 5 or in front of the outlet nozzle 7 and used as a controlled 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 signals the level cone F2 and thus can trigger refilling from the filled lock chamber 21 into the pressure vessel 1 1. This prevents the level cone from reaching the minimum filling level. Fm sinks. 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 / At or AV / ( ⁇ 2- ⁇ i) can be determined more frequently and thus more accurately reflect the current abrasive take-off flow dV / dt.
  • a screw conveyor 80 is shown, which is driven by a servo motor 81.
  • the auger 80 can convey abrasive material upward via a rotation about its longitudinal axis and thus supply it to the downstream section 70 of the high-pressure line 5 in a defined manner.
  • the servomotor 81 can be regulated via at least one controlled variable.
  • the screw conveyor 80 can also be arranged on a lower-side abrasive outlet of the pressure vessel 11, and convey abrasives in a defined manner downwards through the lower-side abrasive outlet of the pressure vessel 11.
  • the Abrasivstoffitzaustrag is gravity assisted.
  • a mixing chamber 82 is arranged, in which a main stream of water from the upstream section of the high pressure line 5 is mixed with the abrasive fed from the pressure vessel 11 and the downstream section 70 the high-pressure line 5 is supplied.
  • the screw conveyor 80 is preferably driven by a controlled servo motor 81, wherein a drive shaft guided through the mixing chamber 82 transmits the torque of the servomotor 81 to the screw conveyor 80.
  • a pressure relief line 83 may also be provided on the pressure vessel 11. About a shut-off or control valve 84, the pressure relief line 83 can be opened to relieve the pressure in the pressure vessel 1 1 when needed.
  • the shut-off or control valve 84 may be an adjustable or fixed throttle or a combination of a shut-off valve and a throttle or only a shut-off valve.
  • the pressure relief line 83 as shown in Figure 5, also be performed directly without shut-off or control valve 84 in the downstream portion 70 of the high-pressure line 5.
  • the conveying screw 80 protrudes at least partially into the pressure vessel 11 in order to actively convey abrasive material out of the pressure vessel 11.
  • abrasive agent falls through a lower-side abrasive outlet of the pressure vessel 11 onto a conveyor screw 80 arranged horizontally below the pressure vessel 11, which is located in a mixing chamber 82.
  • the flow through the high-pressure line 5 assists in conveying the abrasive through the screw conveyor 80.
  • the screw conveyor 80 also assists in the mixing of the upstream water flow through the high-pressure line 5 with the abrasive conveyed from the pressure vessel 11.
  • FIG. 6 a shows, analogously to FIG. 2 a, how the servomotor 81 is regulated by the control signals of the fill level sensors 72, 74.
  • An input-side control valve 1 7 is not required here, since with the screw conveyor 80 the abrasive agent outflow only slightly depends on the pressure difference between the pressure vessel inlet and outlet.
  • the speed and / or the power consumption of the high pressure source 3 with enter see Figure 6b.
  • the servomotor 81 can be regulated by a signal from an abrasive medium flow sensor 79 at the downstream section 70 of the high-pressure line 5 (see FIG. 6c).
  • FIG. 7 illustrates the process steps of the water-abrasive-suspension-cutting process disclosed herein in terms of time, with some or all process steps preferably occurring simultaneously.
  • a first step 701 high pressure water is provided in the high pressure line 5 by the high pressure source 3.
  • a high-pressure abrasive suspension is provided 703 in the pressure vessel 1 1.
  • the water-abrasive suspension is fed 707 into the downstream section 70 of the high-pressure line 5 by means of the pumping or conveying device 16, 80.
  • a workpiece or material is removed from the high-pressure jet 9 by removing the abrasive suspension downstream section 70 of the high pressure line 5 cut 709.
  • the step of conveying 705 may optionally include suction from the pressure vessel 1 1 by means of a jet pump 16, by means of a water flow through a taper in the downstream section 70 of the high-pressure line 5 water-abrasive suspension from the pressure vessel 1 1 can be sucked , Alternatively, the water-abrasive suspension can be promoted by means of a screw conveyor 80 from the pressure vessel 1 1.
  • the water-abrasive agent suspension is preferably conveyed in a controlled manner from the pressure vessel 11 depending on at least one controlled variable.
  • the mini- at least one controlled variable optionally have a sensor signal and / or an operating parameter of the high-pressure source.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)

Abstract

Die hierin offenbarte Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1) weist eine Hochdruckquelle (3) zum Bereitstellen (701) von Wasser unter Hochdruck, eine mit der Hochdruckquelle (3) fluidverbundene Hochdruckleitung (5), die einen stromaufwärtigen Abschnitt und einen stromabwärtigen Abschnitt aufweist, eine mit dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) fluidverbundene Austrittsdüse (7) zur Erzeugung eines Schneidstrahls (9), und einen Druckbehälter (11) zum Bereitstellen (703) einer unter Druck stehenden Wasser-Abrasivmittel-Suspension (13) auf, wobei der Druckbehälter (11) eingangsseitig mit dem stromaufwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) fluidverbunden ist und ausgangsseitig mit dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) fluidverbunden ist. Dabei ist ausgangsseitig vom Druckbehälter (11) eine Pump- oder Fördereinrichtung ( 16, 80) angeordnet, wobei die Pump- oder Fördereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Wasser-Abrasivmittel-Suspension (13) aus dem Druckbehälter (11) zu fördern und dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) zuzuführen.

Description

Anmelder: ANT Applied New Technologies AG
Titel: Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage
Unser Zeichen: ANTP 3158 WO
Beschreibung
[01 ] Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wasser-Abrasiv- Suspensions-Schneidanlage mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
[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 ge- mischt wird. So kann beispielsweise ein Teil des Wasserstroms durch einen Abrasivmittelbehälter geführt werden, welcher als Druckbehälter ausgebildet ist. Eine solche Anlage ist z. B. aus der EP 1 199 136 bekannt. Eine technische Herausforderung bei diesen Anlagen ist die Einstellung eines konstanten gewünschten Abrasivmittelentnahmestroms aus dem Druckbehälter, um ein gewünschtes Mischungsverhältnis zwischen Wasser und Abrasivmittel im Schneidstrahl einzustellen und während des Schneidens konstant zu halten.
[03] Die EP 2 755 802 B l und WO 2015/149867 AI beschreiben Schleusenlösungen, um einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage sicherzustellen. Der Abrasivmittelentnahmestrom hängt allerdings in den dort beschriebenen Anlagen vom Druckunterschied zwischen Druckbehältereingang und -ausgang ab, wobei der Druckunterschied je nach Füllstand und Abrasivmittelverteilung im Druckbehälter variieren kann und schwierig zu kontrollieren ist.
[04] Die hierin offenbarte Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage gemäß Anspruch 1 hat gegenüber den vorgenannten Lösungen den Vorteil, dass ein gewünschter Abrasivmittelentnahmestrom aus dem Druckbehälter eingestellt und beibehalten werden kann, um ein gewünschtes Mischungsverhältnis zwischen Wasser und Abrasivmittel im Schneidstrahl einzustellen und während des Schneidens konstant zu halten. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Offenbarung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
[05] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist die hierin offenbarte Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage - eine Hochdruckquelle zum Bereitstellen von Wasser unter Hochdruck, eine mit der Hochdruckquelle fluidverbundene Hochdruckleitung, die einen stromaufwärtigen Abschnitt und einen stromabwärtigen Abschnitt aufweist,
eine mit dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung flu- idverbundene Austrittsdüse zur Erzeugung eines Schneidstrahls, und einen Druckbehälter zum Bereitstellen einer unter Druck stehenden Wasser-Abrasivmittel-Suspension auf, wobei der Druckbehälter ein- gangsseitig mit dem stromaufwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung fluidverbunden ist und ausgangsseitig mit dem stromabwärti- gen Abschnitt der Hochdruckleitung fluidverbunden ist.
Ausgangsseitig vom Druckbehälter ist dabei eine Pump- oder Fördereinrichtung angeordnet, wobei die Pump- oder Fördereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter zu fördern und dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruck- leitung zuzuführen.
[06] Durch die ausgangsseitige Pump- oder Fördereinrichtung kann dem Druckbehälter in kontrollierter und definierter Weise Abrasivmittel entnommen werden, um ein gewünschtes Mischungsverhältnis zwi- sehen Wasser und Abrasivmittel im Schneidstrahl einzustellen und während des Schneidens konstant zu halten. Die Abhängigkeit des Abra- sivmittelentnahmestroms vom Druckunterschied zwischen Druckbehältereingang und -ausgang wird damit reduziert oder gänzlich verhindert, sodass der Abrasivmittelentnahmestrom nicht mit dem Füllstand und/oder der Abrasivmittelverteilung im Druckbehälter variiert, sondern von der Pump- oder Fördereinrichtung vorgegeben werden kann.
[07] Mit dem„stromaufwärtigen Abschnitt" der Hochdruckleitung sei hier ein Abschnitt der Hochdruckleitung gemeint, der bestimmungsge- mäß ausschließlich Wasser führt und kein Abrasivmittel. Mit dem„stromabwärtigen Abschnitt" der Hochdruckleitung sei hier ein Abschnitt der Hochdruckleitung gemeint, der bestimmungsgemäß eine Wasser- Abrasivmittel-Suspension führt.
[08] In einer ersten Ausführungsform kann die Pump- oder Förderein- richtung eine Strahlpumpe sein, mit der mittels eines Wasserdurchflusses durch eine Verjüngung im stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter saugbar ist. Dies ist von Vorteil, da die Strahlpumpe gleich das Abrasivmittel in den Wasserdurchfluss einmischt und so dem stromabwärtigen Ab- schnitt der Hochdruckleitung zuführt. Außerdem kommt die Strahlpumpe ohne bewegliche Teile aus, die wegen der Wasser-Abrasivmittel- Suspension und der hohen Drücke von 1 .000 bis 4.000 bar grundsätzlich einer starken Abnutzung ausgesetzt sind. [09] In einer zweiten Ausführungsform kann die Pump- oder Fördereinrichtung eine Förderschnecke sein, mit der mittels eines Motors Wasser- Abrasivmittel-Suspension dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung zuführbar ist. Optional kann die Förderschnecke zumindest teilweise in den Druckbehälter ragen. Im Gegensatz zur Ausführungs- form mit einer Strahlpumpe, die über einen definierten Druckunterschied Abrasivmittel aus dem Druckbehälter saugt, ist der Abrasivmit- telentnahmestrom mit einer Förderschnecke so gut wie unabhängig vom Druckunterschied zwischen Druckbehältereingang und -ausgang. Damit kann auf eine eingangsseitige Zuflusssteuerung in den Druckbe- hälter ggf. verzichtet werden. Alternativ zur Förderschecke kann auch ein Schaufelrad oder eine ähnliche mechanische Abrasivmittelent- nahmeeinrichtung verwendet werden, um Abrasivmittel portioniert oder kontinuierlich aus dem Druckbehälter zu fördern. [10] Optional kann die Pump- oder Fördereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Wasser-Abrasivmittel-Suspension abhängig von mindestens einer Regelgröße geregelt aus dem Druckbehälter zu fördern und dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung zuzuführen. Optional kann die mindestens eine Regelgröße ein Sensorsignal und/oder einen Betriebsparameter der Hochdruckquelle aufweisen. Die Regelgröße kann mehrere Parameter, Kombinationen von Parametern bzw. Berechnungen aus einem oder mehreren Parametern aufweisen. „Auf- weisen" heißt in diesem Sinne, dass die mindestens eine Regelgröße von dem Sensorsignal bzw. dem Parameter abhängt oder das Sensorsignal bzw. der Parameter in die Regelgröße mit eingeht.
[1 1 ] Optional weist die mindestens eine Regelgröße einen Abrasivmit- telstrom aus dem Druckbehälter oder einen für einen Abrasivmittelstrom aus dem Druckbehälter charakteristischen Parameter auf. Beispielsweise kann die Anlage einen ersten Füllstandssensor zur Signalisierung mindestens eines ersten Füllstands von Abrasivmittel im Druckbehälter aufweisen. Die mindestens eine Regelgröße kann dann eine zeitliche Ver- änderung des ersten Füllstands aufweisen.
[12] Optional kann die Anlage einen ersten Füllstandssensor zur Signalisierung mindestens eines ersten Füllstands von Abrasivmittel im Druckbehälter und einen zweiten Füllstandssensor zur Signalisierung mindes- tens eines zweiten Füllstands von Abrasivmittel im Druckbehälter aufweisen, wobei die mindestens eine Regelgröße eine Zeitdifferenz zwischen dem ersten Füllstand und dem zweiten Füllstand aufweisen kann. Beispielsweise können die Füllstandssensoren Ultraschallsensoren oder optische Sensoren sein, die an unterschiedlichen vertikalen Positionen am Druckbehälter angeordnet sind und einen bestimmten Füllstand signalisieren können. Bei bekannter Geometrie des Druckbehälters und bekanntem vertikalen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Füllstandssensor ist die Zeitdifferenz für einen Abrasivmittelentnahmefluss charakteristisch, nach welchem die Pump- oder Fördereinrichtung ge- regelt werden kann.
[13] Im Ausführungsbeispiel mit Strahlpumpe kann eine eingangsseitig vom Druckbehälter angeordnete regelbare Drossel abhängig von der mindestens einen Regelgröße den Zufluss in den Druckbehälter aus der Hochdruckleitung und somit den Saugeffekt der Strahlpumpe regeln. Im Ausführungsbeispiel mit Förderschnecke kann die Förderschnecke über einen Motor angetrieben sein, insbesondere einen drehzahlgesteuerten elektrischen Servomotor, wobei der Motor abhängig von der mindestens einen Regelgröße geregelt ist.
[14] Optional kann die Anlage einen am stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung angeordneten Abrasivmittelflusssensor zum Sig- nalisieren eines Abrasivmittelentnahmeflusses aufweisen, nach dem die die Pump- oder Fördereinrichtung geregelt werden kann. Der Abrasivmittelflusssensor kann beispielsweise durch den stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung laufende Abrasivmittelpartikel zählen oder anderweitig den Abrasivmittelfluss messen. Dies kann z.B. mittels Ultra- schall, optisch, induktiv über ferromagnetische Marker im Abrasivmittel oder über eine Körperschallmessung stattfinden.
[15] Optional kann die Regelgröße eine Drehzahl und/oder Leistungsbzw. Stromaufnahme der Hochdruckquelle aufweisen. Über die Dreh- zahl und/oder Leistungs- bzw. Stromaufnahme der Hochdruckquelle kann auf den Wasserfluss durch die Hochdruckleitung geschlossen werden, der das Mischungsverhältnis im Schneidstrahl mitbestimmen kann. Daher können vorzugsweise diese oder andere Betriebsparameter der Hochdruckleitung in die mindestens eine Regelgröße mit eingehen. Al- ternativ oder zusätzlich kann ein Durchflusssensor einen Wasserfluss durch die Hochdruckleitung messen bzw. signalisieren, sodass dieser in die mindestens eine Regelgröße eingehen kann.
[1 6] Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden 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 Abrasivmittelsuspen- sion in einem Druckbehälter,
Fördern der Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter mittels einer ausgangsseitig vom Druckbehälter angeordneten Pump- oder Fördereinrichtung,
Zuführen der Wasser-Abrasivmittel-Suspension in einen stromabwär- tigen Abschnitt der Hochdruckleitung mittels der Pump- oder Fördereinrichtung, und
Schneiden eines Materials mittels eines Hochdruckstrahls unter Ent- nähme der Abrasivmittelsuspension aus dem ström abwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung.
[1 7] Optional kann die Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter durch ein Saugen aus dem Druckbehälter mittels einer Strahlpumpe gefördert werden, wobei mittels eines Wasserdurchflusses durch eine Verjüngung im stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter gesaugt werden kann. Das Saugen kann auch bei einer ohnehin bestehenden oder zusätzlich erzeugten Druckdifferenz zwischen Druckbehäl- tereingang und -ausgang unterstützend wirken. Alternativ dazu kann die Wasser-Abrasivmittel-Suspension mittels einer Förderschnecke aus dem Druckbehälter gefördert werden. Auch das Fördern kann bei einer ohnehin bestehenden oder zusätzlich erzeugten Druckdifferenz unterstützend zwischen Druckbehältereingang und -ausgang wirken. Vor- zugsweise wird die Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter abhängig von mindestens einer Regelgröße geregelt gefördert. Dabei kann die mindestens eine Regelgröße optional ein Sensorsignal und/oder einen Betriebsparameter der Hochdruckquelle aufweisen. [18] Optional kann dabei die mindestens eine Regelgröße eine Veränderung eines Abrasivmittelfüllstands im Druckbehälter oder einen für eine Veränderung eines Abrasivmittelfüllstands im Druckbehälter cha- rakteristischen Parameter aufweisen. Dazu kann beispielsweise das Verfahren optional ein Signalisieren eines ersten Füllstands von Abrasivmittel im Druckbehälter mittels eines ersten Füllstandssensors aufweisen, wobei die mindestens eine Regelgröße eine zeitliche Veränderung des ersten Füllstands aufweisen kann.
[19] Optional kann das Verfahren ein Signalisieren eines ersten Füllstands von Abrasivmittel im Druckbehälter mittels eines ersten Füllstandssensors und ein Signalisieren eines zweiten Füllstands von Abrasivmittel im Druckbehälter mittels eines zweiten Füllstandssensors aufweisen, wobei die mindestens eine Regelgröße eine Zeitdifferenz zwischen dem ersten Füllstand und dem zweiten Füllstand aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren ein Signalisieren eines Abrasivmittel- fluss mittels eines am stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung angeordneten Abrasivmittelflusssensors, wobei die mindestens eine Regelgröße den vom Abrasivmittelflusssensor signalisierten Abrasivmittel- fluss aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Regelgröße eine Drehzahl und/oder Leistungs- bzw. Stromaufnahme der Hochdruckquelle aufweisen.
[20] Die Offenbarung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der hierein offenbarten Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Fig. 2a-c schematische Teilschaltbilder mit unterschiedlichen Regelungen des ersten Ausführungsbeispiels der hierin offenbarten Wasser- Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage;
Figuren 3 bis 5 schematische Schaltbilder unterschiedlicher Ausgestaltungen eines zweiten Ausführungsbeispiels der hierein offenbarten Was- ser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage; Fig. 6a-c schematische Teilschaltbilder mit unterschiedlichen Regelungen des zweiten Ausführungsbeispiels der hierin offenbarten Wasser- Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage; und
Fig. 7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hierein offenbarten Verfahrens zum Wasser-Abrasiv-Suspensions- Schneiden. [21 ] 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 .000 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. Eine ausgangsseitig vom Druckbehälter 1 1 angeordnete Strahlpumpe 16 definiert eine Verjüngung in einem ström abwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5, die über eine laterale Öffnung mit einer Entnahmestelle 68 verbunden ist und unter Ausnutzung des Ven- turi-Effekts Wasser-Abrasivmittel-Suspension 13 aus dem Druckbehälter 1 1 saugt und dem stromabwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 beimischt. Der Anteil der Wasser-Abrasivmittel-Suspension 13 im Strahl 9 kann über eine Drossel 1 7 eingestellt werden, indem die Durchfluss- menge 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 Druckbehälfer 1 1 absperren kann, sodass auf das Absperrventil 15 verzichtet werden kann. Die Drossel 17 ist vorzugsweise regelbar, wobei ein für den Abra- sivmiftelenfnahmestrom 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. 2a-c).
[22] Die vorliegende Offenbarung ist sowohl für Anlagen anwendbar, bei denen ein Schneid prozess nur bis zur Leerung des Druckbehälters andauern kann und der Druckbehälter bei druckloser Anlage nachgefüllt werden muss, als auch für solche Anlagen, bei denen der Druckbehälter 1 1 bei bedruckter Anlage sequentiell während des Schneidens nachgefüllt werden kann. In den Figuren sind hier der Einfachheit hal- ber nur Anlagen gezeigt, bei denen der Druckbehälter 1 1 bei bedruckter Anlage 1 sequentiell während des Schneidens nachgefüllt wird.
[23] Beim Schneiden mit der Anlage 1 aus Figur 1 wird dem Druckbehälter 1 1 Wasser-Abrasivmittel-Suspension 13 entnommen und Wasser unter Hochdruck zugeführt, wobei also das im Druckbehälter 1 1 befind- liehe 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 angeordnet. Das Nachfüllventil 19 verbindet eine über dem Nachfüllventil 19 angeordnete Schleusenkammer 21 mit dem Druckbehälter 1 1 . Über der Schleusenkammer 21 ist wiederum ein Be- füllventil 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. [24] Der Nachfülltrichter 25 steht nicht unter Druck, sodass von oben trockenes, feuchtes oder nasses Abrasivmittel oder eine Wasser- Abrasivmittel-Suspension eingefüllt werden kann. Dies kann zumindest teilweise ein aus dem Schneidstrahl 9 wiederaufbereitetes Abrasivmittel sein, das über eine Fördereinrichtung 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 ver- stopft. 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 Pumpenabsperrventils 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 freizuspü- len. Dadurch wird zum einen ein dichtes Schließen des Pumpenabsperrventils 33 gewährleistet und der Materialverschleiß im Ventil verrin- gert. Die Pumpe 31 kann mittels eines vorgelagerten Filters und/oder Abscheiders (beides nicht gezeigt) vor Abrasivmittel weitestgehend geschützt werden. [25] Das Pumpenabsperrventil 33 wird lediglich dann geöffnet, wenn die Schleusenkammer 21 bereits drucklos ist. Daher kann für das Pumpenabsperrventil 33 ein Nadelventil verwendet werden, bei dem ein seitlicher Spüleinlass und ein gegenüberliegender seitlicher Spülauslass vorgesehen ist. Für das Druckablassventil 27 hingegen ist eine Ausführungsform des Nadelventils 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.
[26] Sobald die Schleusenkammer 21 nun beispielsweise mit 1 kg Ab- rasivmittel gefüllt ist, kann das Befüllventil 23 geschlossen werden. Außerdem werden nun das Druckablassventil 27 und das Pumpenabsperr- ventil 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 über ein Bedruckungsventil 37 und eine Drossel 41 mit der Hochdruckleitung 5 verbunden. Ist die Drossel 41 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 Bedruckungsventil 37 verzichtet werden. Sobald das Bedruckungsventil 37 geöffnet wird, bedruckt die Hochdruckleitung 5 die Schleusenkammer 21 . Durch die Drossel 41 wird die Amplitude des Druckabfalls in der Hochdruckleitung 5 auf ein Minimum beschränkt. Die Hochdruckquelle 3 kann beispielsweise über eine Servopumpensteuerung so schnell auf einen anfänglichen Druckabfall reagieren und die Pumpenleistung entsprechend schnell anpassen, 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. Drehzah- lerhöhung 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. [27] 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 schwerkraftbe- dingten 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 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 Schleu- senkammer 21 nicht oder nicht vollständig bedruckt ist. Vorzugsweise ist das Förderhilfeabsperrventil 47 ein spülbares Nadelventil mit einem Rückschlagventil am Spüleinlass, da es unter Hochdruck betätigt wird.
[28] 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.
[29] In den Teilschaltbildern gemäß Fig. 2a-c werden verschiedene Regelungsmöglichkeiten des Abrasivmittelentnahmeflusses verdeutlicht. Zur Beimengung von Abrasivmittel in den Schneidstrahl 9 ist eine Abzweigung der Hochdruckleitung 5 durch den mit Abrasivmittelsuspensi- on 13 gefüllten Druckbehälter 1 1 geführt. Eine im unteren Bereich des Druckbehälters 1 1 angeordnete Entnahmestelle 68 ist über einen stromabwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 mit der Austrittsdüse 7 verbunden. Eine Abzweigung der Hochdruckleitung 5 ist über ein Regelventil bzw. regelbare Drossel 17 in einen oberen Bereich des Druckbehälters 1 1 geführt. Stromabwärts vom Druckbehälter 1 1 wird die Abrasivmittelleitung in der Strahlpumpe 16 wieder mit der Hochdrucklei- tung 5 zusammengeführt, sodass der Schneidstrahl beispielsweise ein definiertes und konstantes Mischungsverhältnis von 1 :9 Abrasivmittelsus- pension und Wasser enthält. Das Mischungsverhältnis ist dabei über das eingangsseitig mit dem Druckbehälter 1 1 verbundene Regelventil 17 regelbar. Bei maximaler Öffnungsstellung des Regelventils 17 ist der Ab- rasivmittelentnahmefluss maximal und das Mischungsverhältnis maximal. Bei minimaler Öffnungsstellung bzw. Schließstellung des Regelventils 17 ist der Abrasivmittelentnahmefluss 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 ge- steuert werden, dass ständig genügend Abrasivmittelsuspension 13 im Druckbehälter 1 1 für ein kontinuierliches Schneiden vorhanden ist. In Fig. 2a-c sind jeweils vier verschiedene Füllstände des Abrasivmittels im Druckbehälter 1 1 durch gestrichelte Kegel angedeutet. Zwischen einem maximalen Füllstandskegel Fmax und einem minimalen Füllstands- kegel 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 verringern würde.
[31 ] Wie in Fig. 2a und 2b gezeigt, können Füllstandssensoren 72, 74, 76 am Druckbehälter 1 1 angeordnet sein, um das Erreichen eines Füllstandskegels 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. 2b können auch andere Betriebsparameter wie etwa die Pumpendrehzahl und/oder die Leistungsaufnahme der Hochdruckquel- le 3 zur Bestimmung des Abrasivmittelentnahmeflusses und dessen Regelung als Regelgröße für das Regelventil 17 herangezogen werden. Wie in Fig. 2c gezeigt, kann der Abrasivmitteldurchfluss bzw. das Mischungsverhältnis mittels eines entsprechenden Sensors 79 auch an dem stromabwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 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 Füllstandskegel 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 Füll- standskegel 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/At bzw. AV/(†2-†i ) häufiger ermittelt werden und damit genauer den aktuellen Abrasivmittelentnahmefluss dV/dt wiedergeben.
[33] In Fig. 3 ist gemäß zweitem Ausführungsbeispiel eine Förderschnecke 80 gezeigt, die über einen Servomotor 81 angetrieben wird. Die Förderschnecke 80 kann hier über eine Drehung um ihre Längsachse Abrasivmittel nach oben fördern und so dem stromabwärtigen Ab- schnitt 70 der Hochdruckleitung 5 in definierter Weise zuführen. Analog zu den in Figuren 6a-c gezeigten Regelungen kann der Servomotor 81 über mindestens eine Regelgröße geregelt werden. Gemäß Figur 4 kann die Förderschnecke 80 auch an einem unterseitigen Abrasivmit- telauslass des Druckbehälters 1 1 angeordnet sein, und Abrasivmittel in definierter Weise nach unten durch den unterseitigen Abrasivmittelaus- lass des Druckbehälters 1 1 fördern. Hierbei ist der Abrasivmittelaustrag schwerkraftunterstützt. Unterhalb des unterseitigen Abrasivmittelauslas- ses des Druckbehälters 1 1 ist eine Mischkammer 82 angeordnet, in der ein Hauptstrom von Wasser aus dem stromaufwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung 5 mit dem aus dem Druckbehälter 1 1 geförderten Abrasivmittel vermischt wird und dem stromabwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 zugeführt wird. Auch hier ist die Förderschnecke 80 vorzugsweise über einen geregelten Servomotor 81 angetrieben, wobei eine durch die Mischkammer 82 geführte Antriebswelle das Drehmoment des Servomotors 81 auf die Förderschnecke 80 überträgt. Es kann optional auch eine Druckentlastungsleitung 83 am Druckbehälter 1 1 vorgesehen sein. Über ein Absperr- oder Regelventil 84 kann die Druckentlastungsleitung 83 geöffnet werden, um den Druck im Druckbehälter 1 1 bei Bedarf zu entlasten. Das Absperr- oder Regelventil 84 kann eine einstellbare oder fixe Drossel sein oder eine Kombination aus einem Absperrventil und einer Drossel oder lediglich ein Absperrventil. Alternativ kann die Druckentlastungsleitung 83, wie in Figur 5 gezeigt, auch direkt ohne Absperr- oder Regelventil 84 in den ström abwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 geführt sein.
[34] In den in Figur 3 und 4 gezeigten Ausgestaltungen ragt die För- derschnecke 80 zumindest teilweise in den Druckbehälter 1 1 , um aktiv Abrasivmittel aus dem Druckbehälter 1 1 zu fördern. In Figur 5 fällt dagegen Abrasivmittel durch einen unterseitigen Abrasivmittelauslass des Druckbehälters 1 1 auf eine waagerecht unterhalb des Druckbehälters 1 1 angeordnete Förderschnecke 80, die sich in einer Mischkammer 82 befindet. Der Durchfluss durch die Hochdruckleitung 5 unterstützt dabei die Abrasivmittelförderung durch die Förderschnecke 80. Die Förderschnecke 80 unterstützt hierbei auch die Durchmischung des stromauf- wärtigen Wasserflusses durch die Hochdruckleitung 5 mit dem aus dem Druckbehälter 1 1 geförderten Abrasivmittel. Auch hier ist die Förder- Schnecke 80 durch einen Servomotor 81 angetrieben, der vorzugsweise gemäß dem Abrasivmittelentnahmefluss geregelt ist. In Figur 6a ist analog zur Figur 2a gezeigt, wie der Servomotor 81 durch die Steuersignale der Füllstandsensoren 72, 74 geregelt wird. Eines eingangsseitigen Regelventils 1 7 bedarf es hier nicht, da bei der Förderschnecke 80 der Ab- rasivmittelausfluss nur wenig vom Druckunterschied zwischen Druckbehältereingang und -ausgang abhängt. Alternativ oder zusätzlich kann in die Regelung des Servomotors 81 die Drehzahl und/oder die Leistungsaufnahme der Hochdruckquelle 3 mit eingehen (siehe Figur 6b). Alternativ oder zusätzlich kann der Servomotor 81 durch ein Signal eines Abrasivmittelflusssensors 79 am stromabwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 geregelt werden (siehe Figur 6c).
[35] Fig. 7 illustriert die Verfahrensschritte des hierin offenbarten Verfahrens zum Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneiden im zeitlichen Ablauf, wobei einige bzw. alle Verfahrensschritte vorzugsweise gleichzeitig ablaufen. In einem ersten Schritt 701 wird Wasser unter hohem Druck in der Hochdruckleitung 5 mittels der Hochdruckquelle 3 bereitgestellt. Sodann oder gleichzeitig dazu wird in dem Druckbehälter 1 1 eine unter Hochdruck stehende Abrasivmittelsuspension bereitgestellt 703. Ein anschließendes Fördern 705 der Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter 1 1 erfolgt mittels einer ausgangsseitig vom Druckbehälter 1 1 angeordneten Pump- oder Fördereinrichtung 16, 80. Anschließend oder gleichzeitig erfolgt ein Zuführen 707 der Wasser-Abrasivmittel- Suspension in den stromabwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 mittels der Pump- oder Fördereinrichtung 16, 80. Schließlich wird ein Werkstück bzw. Material mittels eines Hochdruckstrahls 9 unter Entnah- me der Abrasivmittelsuspension aus dem stromabwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 geschnitten 709.
[36] Der Schritt des Förderns 705 kann optional ein Saugen aus dem Druckbehälter 1 1 mittels einer Strahlpumpe 16 umfassen, wobei mittels eines Wasserdurchflusses durch eine Verjüngung im stromabwärtigen Abschnitt 70 der Hochdruckleitung 5 Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter 1 1 gesaugt werden kann. Alternativ dazu kann die Wasser-Abrasivmittel-Suspension mittels einer Förderschnecke 80 aus dem Druckbehälter 1 1 gefördert werden. Vorzugsweise wird die Was- ser-Abrasivmittel-Suspension aus dem Druckbehälter 1 1 abhängig von mindestens einer Regelgröße geregelt gefördert. Dabei kann die min- destens eine Regelgröße optional ein Sensorsignal und/oder einen Betriebsparameter der Hochdruckquelle aufweisen.
[37] 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.
[38] 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.
[39] 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. 21
Bezugszeichenliste
I - Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage 3 - Hochdruckquelle
5 - Hochdruckleitung
7 - Austrittsdüse
9 - Schneidstrahl
I I - Druckbehälter
13 - Wasser-Abrasivmittel-Suspension
15 - Absperrventil
1 6 - Strahlpumpe
1 7 - Drossel
19 - Nachfüllventil
21 - Schleusenkammer
23 - Befüllventil
25 - Nachfülltrichter
27 - Druckablassventil
29 - Ablauf
31 - Pumpe
33 - Pumpenabsperrventil
35 - Bedruckungseingang
37 - Bedruckungsventil
41 - Drossel
45 - Förderhilfe
47 - Förderhilfeabsperrventil
49 - Ventileingang
51 - Ventilausgang
53 - Druckeinlass
68 - Entnahmestelle
70 - stromabwärtiger Abschnitt der Hochdruckleitung
72 - Füllstandssensor 74 - Füllstandssensor
76 - Füllstandssensor
80 - Förderschnecke
81 - Servomotor
82 - Mischkammer
83 - Druckentlastungsleitung
84 - Absperr- oder Regelventil
701 - Bereitstellen von Wasser unter hohem Druck in der Hochdruckleitung
703 - Bereitstellen einer unter Druck stehenden Abrasivmittelsus- pension in dem Druckbehälter
705 - Fördern der Wasser-Abrasivmittel-Suspension aus dem
Druckbehälter
707 - Zuführen der Wasser-Abrasivmittel-Suspension in einen stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung
709 - Schneiden eines Materials mittels eines Hochdruckstrahls
Fi - Füllstandskegel
F2 - Füllstandskegel
rmax maximaler Füllstandskegel
rmin minimaler Füllstandskegel

Claims

Ansprüche
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1 ) mit
einer Hochdruckquelle (3) zum Bereitstellen (701 ) von Wasser unter Hochdruck,
einer mit der Hochdruckquelle (3) fluidverbundenen Hochdruckleitung (5), die einen stromaufwärtigen Abschnitt und einen stromabwärtigen Abschnitt aufweist,
einer mit dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) fluidverbundenen Austrittsdüse (7) zur Erzeugung eines Schneidstrahls (9),
einem Druckbehälter ( 1 1 ) zum Bereitstellen (703) einer unter Druck stehenden Wasser-Abrasivmittel-Suspension ( 13), wobei der Druckbehälter ( 1 1 ) eingangsseitig mit dem stromaufwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) fluidverbunden ist und ausgangsseitig mit dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) fluidverbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ausgangsseitig vom Druckbehälter (1 1 ) eine Pump- oder Fördereinrichtung ( 16, 80) angeordnet ist, wobei die Pump- oder Fördereinrichtung ( 16, 80) dazu eingerichtet ist, die Wasser-Abrasivmittel- Suspension ( 13) aus dem Druckbehälter (1 1 ) zu fördern und dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) zuzuführen.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage ( 1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Pump- oder Fördereinrichtung eine Strahlpumpe ( 16) ist, mit der mittels eines Wasserdurchflusses durch eine Verjüngung im stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) Wasser- Abrasivmittel-Suspension ( 13) aus dem Druckbehälter ( 1 1 ) saugbar ist. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1) nach Anspruch 1, wobei die Pump- oder Fördereinrichtung eine Förderschnecke (80) ist, mit der mittels eines Motors Wasser-Abrasivmittel-Suspension (13) dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) zuführbar ist.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1) nach Anspruch 3, wobei die Förderschnecke (80) zumindest teilweise in den Druckbehälter (11) ragt.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pump- oder Fördereinrichtung (16, 80) dazu eingerichtet ist, die Wasser-Abrasivmittel- Suspension (13) abhängig von mindestens einer Regelgröße geregelt aus dem Druckbehälter (11) zu fördern und dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) zuzuführen.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1) nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Regelgröße ein Sensorsignal und/oder einen Betriebsparameter der Hochdruckquelle (3) aufweist.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die mindestens eine Regelgröße eine Veränderung eines Abrasivmittelfüllstands im Druckbehälter (11) oder einen für eine Veränderung eines Abrasivmittelfüllstands im Druckbehälter (11) charakteristischen Parameter aufweist.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, mit einem ersten Füllstandssensor (72) zur Signalisierung mindestens eines ersten Füllstands (Fi) von Abrasivmittel im Druckbehälter (11), wobei die mindestens eine Regelgröße eine zeitliche Veränderung des ersten Füllstands (Fi) aufweist. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage ( 1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einem ersten Füllstandssensor (72) zur Signalisierung mindestens eines ersten Füllstands (Fi ) von Abrasivmittel im Druckbehälter ( 1 1 ) und mit einem zweiten Füllstandssensor (74) zur Signalisierung mindestens eines zweiten Füllstands (F2) von Abrasivmittel im Druckbehälter ( 1 1 ), wobei die mindestens eine Regelgröße eine Zeitdifferenz zwischen dem ersten Füllstand (Fi ) und dem zweiten Füllstand ( F2) aufweist.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage ( 1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, mit einem am stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) angeordneten Abrasivmittelflusssensor (79), wobei die mindestens eine Regelgröße einen vom Abrasivmittelflusssensor (79) signalisierten Abrasivmittelfluss aufweist.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage ( 1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die mindestens eine Regelgröße eine Drehzahl und/oder Leistungs- bzw. Stromaufnahme der Hochdruckquelle (3) aufweist.
Verfahren zum Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneiden mit den Schritten:
Bereitstellen (701 ) von Wasser unter Hochdruck in einer Hochdruckleitung (5) mittels einer Hochdruckquelle (3),
Bereitstellen (703) einer unter Hochdruck stehenden Abrasiv- mittelsuspension ( 13) in einem Druckbehälter ( 1 1 ),
Fördern (705) der Wasser-Abrasivmittel-Suspension ( 13) aus dem Druckbehälter ( 1 1 ) mittels einer ausgangsseitig vom Druckbehälter ( 1 1 ) angeordneten Pump- oder Fördereinrichtung ( 1 6, 80), und
Zuführen (707) der Wasser-Abrasivmittel-Suspension ( 13) in einen stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) mittels der Pump- oder Fördereinrichtung ( 16, 80), und Schneiden (709) eines Materials mittels eines Hochdruckstrahls (9) unter Entnahme der Abrasivmittelsuspension (13) aus dem stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Fördern (705) der Wasser- Abrasivmittel-Suspension (13) aus dem Druckbehälter (11) ein Saugen der Wasser-Abrasivmittel-Suspension (13) aus dem Druckbehälter (11) mittels einer Strahlpumpe (16) aufweist, mit der mittels eines Wasserdurchflusses durch eine Verjüngung im stromabwärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) Wasser-Abrasivmittel- Suspension (13) aus dem Druckbehälter (11) gesaugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Fördern der Wasser- Abrasivmittel-Suspension (13) aus dem Druckbehälter (11) ein För- dem der Wasser-Abrasivmittel-Suspension (13) aus dem Druckbehälter (11) mittels einer Förderschnecke (80) aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Wasser- Abrasivmittel-Suspension (13) aus dem Druckbehälter (11) abhän- gig von mindestens einer Regelgröße geregelt gefördert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die mindestens eine Regelgröße ein Sensorsignal und/oder einen Betriebsparameter der Hochdruckquelle (3) aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die mindestens eine Regelgröße eine Veränderung eines Abrasivmittelfüllstands im Druckbehälter (11) oder einen für eine Veränderung eines Abrasivmittelfüllstands im Druckbehälter (11) charakteristischen Para- meter aufweist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, ferner aufweisend ein Signalisieren eines ersten Füllstands (Fi) von Abrasivmittel im Druckbehälter (11) mittels eines ersten Füllstandssensors (72), wo- bei die mindestens eine Regelgröße eine zeitliche Veränderung des ersten Füllstands ( Fi ) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, ferner aufweisend ein Signalisieren eines ersten Füllstands (Fi ) von Abrasivmittel im Druckbehälter ( 1 1 ) mittels eines ersten Füllstandssensors (72) und ein Signalisieren eines zweiten Füllstands (F2) von Abrasivmittel im Druckbehälter ( 1 1 ) mittels eines zweiten Füllstandssensors (74), wobei die mindestens eine Regelgröße eine Zeitdifferenz zwischen dem ersten Füllstand ( Fi ) und dem zweiten Füllstand ( F2) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, ferner aufweisend ein Signalisieren eines Abrasivmittelfluss mittels eines am stromab- wärtigen Abschnitt der Hochdruckleitung (5) angeordneten Abra- sivmittelflusssensors (79), wobei die mindestens eine Regelgröße den vom Abrasivmittelflusssensor (79) signalisierten Abrasivmittelfluss aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die mindestens eine Regelgröße eine Drehzahl und/oder Leistungs- bzw. Stromaufnahme der Hochdruckquelle (3) aufweist.
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