EP3862135A1 - Focusing tube and use of same - Google Patents

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Publication number
EP3862135A1
EP3862135A1 EP20156341.8A EP20156341A EP3862135A1 EP 3862135 A1 EP3862135 A1 EP 3862135A1 EP 20156341 A EP20156341 A EP 20156341A EP 3862135 A1 EP3862135 A1 EP 3862135A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
focusing
channel section
longitudinal axis
inlet
tube
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Withdrawn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
EP20156341.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Mathieu Schellenberger
Gabriele Pozzetti
Michael DRÖSCHEL
Michael Magin
Philippe Da Cunha Alves
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.)
Ceratizit Luxembourg SARL
Original Assignee
Ceratizit Luxembourg SARL
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 Ceratizit Luxembourg SARL filed Critical Ceratizit Luxembourg SARL
Priority to EP20156341.8A priority Critical patent/EP3862135A1/en
Priority to US17/798,636 priority patent/US20230150089A1/en
Priority to EP21701333.3A priority patent/EP4103355A1/en
Priority to CN202180012293.3A priority patent/CN115066317B/en
Priority to PCT/EP2021/051830 priority patent/WO2021160432A1/en
Priority to TW110104238A priority patent/TWI778514B/en
Publication of EP3862135A1 publication Critical patent/EP3862135A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04—Nozzles therefor
    • 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 invention relates to a focusing tube which is designed to focus a liquid jet containing abrasive particles and which is under high pressure, having a focusing channel section, an outlet opening for the free exit of the liquid jet from the focusing channel section and a longitudinal axis of the focusing channel section containing the center point of the outlet opening, the focusing channel section is bounded by a liquid-impermeable channel wall and tapers at a focusing tapering angle in the direction of the outlet opening, the legs of the focusing tapering angle being two tangents which lie in a longitudinal sectional plane containing the longitudinal axis and lie against two inner surface points of the duct wall opposite in the longitudinal sectional plane.
  • the present invention also relates to a use of such a focusing tube.
  • the present invention is in the field of jet cutting, for example water jet cutting, of workpieces.
  • the cutting process takes place with the high pressure liquid jet, in that it emerges from the outlet opening and strikes a workpiece.
  • the focusing channel section provides the required acceleration of the liquid jet and thus the abrasive particles because it narrows the high pressure liquid jet.
  • the liquid jet is accelerated to at least 400 m / s.
  • the liquid jet usually has a pressure of at least about 1000 bar when it enters the focusing channel section.
  • the abrasive particles for example garnet particles, corundum particles or quartz sand particles, considerably increase the cutting performance of the liquid jet, so that even relatively hard materials such as rocks and metals can be cut.
  • the abrasive particles lead to increased closure of the focusing tube in the area of the focusing channel section because, at the high pressures present, they impact the channel wall with high energy. as As a result, the focusing channel section expands and thus increasingly loses its focusing effect. The service life of the focusing tube is consequently reduced.
  • the WO 03/053634 A1 taught that the channel wall of the focusing tube is to be provided with a lubricating film.
  • the object of the present invention is therefore to provide a focusing tube of the type mentioned at the beginning and a use thereof which achieve an increase in service life in a structurally simple manner.
  • the focusing tube which is designed to focus a liquid jet containing abrasive particles and under high pressure, has a focusing channel section, an outlet opening for the free exit of the liquid jet from the focusing channel section and a longitudinal axis of the focusing channel section containing the center point of the outlet opening, the focusing channel section being liquid-impermeable Channel wall is limited and tapers at a focusing tapering angle in the direction of the exit opening, the legs of the focusing tapering angle are two tangents which lie in a longitudinal sectional plane containing the longitudinal axis and lie on two opposite inner surface points of the duct wall in the longitudinal sectional plane, the focusing taper in the range of 0.05 ° to 1 °.
  • high pressure means a pressure of the liquid jet upon entry into the focusing channel section of at least about 1000 bar up to about 6000 bar or more.
  • the channel wall must be designed to be stable, for example by the channel wall being sufficiently thick and made of a hard metal ( cemented carbide ) or cermet.
  • hard metal (cemented carbide) and cermet are each composite materials in which hard material particles, which make up the predominant component of the composite material, form a skeletal structure, the spaces between which are filled by a more ductile metallic binder.
  • the hard material particles can in particular be formed at least predominantly by tungsten carbide, titanium carbide and / or titanium carbonitride, with additional z.
  • other hard material particles in particular carbides of the elements of groups IV to VI of the periodic table, may be present.
  • the ductile metallic binder usually consists at least predominantly of cobalt, nickel, iron or a base alloy of at least one of these elements. However, other elements can also be dissolved in the metallic binder in smaller quantities.
  • a base alloy is understood to mean that this element forms the predominant component of the alloy.
  • hard metal cemented carbide
  • the hard material particles are at least predominantly formed by tungsten carbide and the metallic binder is a cobalt or cobalt-nickel-based alloy; the proportion by weight of the corresponding tungsten carbide particles is in particular at least 70 percent by weight, preferably at least 80 percent by weight, more preferably at least 90 percent by weight.
  • the free exit means that the liquid jet can exit the exit opening unhindered.
  • the outlet opening can be an outer outlet opening of the focusing tube or an inner outlet opening of the focusing tube.
  • An outer outlet opening is formed in that the channel wall, viewed in the flow direction of the liquid jet, ends immediately behind the outlet opening. The exit opening is then, for example, in a flat end face of the focusing tube.
  • An inner outlet opening is formed in that an overhang formed by the channel wall extends from the outlet opening when viewed in the flow direction of the liquid jet.
  • the overhang can be, for example, a chamfer or rounding of the duct wall.
  • the chamfer can, for example, be conical.
  • the liquid jet can be a water jet, but other liquid jets that are more viscous are also conceivable and possible.
  • the water jet usually also contains air, so that a mixture of water, air and the abrasive particles is formed.
  • the abrasive particles can be garnet particles, corundum particles or quartz sand particles, for example.
  • the center point is the center of gravity of a flat surface defined by an edge curve of the outlet opening.
  • the outlet opening or the edge curve can have any desired symmetrical or asymmetrical shape.
  • the center point is the center of the corresponding circle; Rectangle and, in the case of an elliptical or essentially elliptical shape, the point of intersection of the major axis with the minor axis of the corresponding ellipse.
  • essentially square and rectangular means that one or more corners are rounded.
  • the outlet opening can, however, also be egg-shaped, kidney-shaped, triangular or essentially triangular. in the Substantially triangular means, for example, that one or more corners are rounded.
  • the longitudinal axis is arranged parallel to the extent of the focusing channel section. In that it contains the center of the exit opening, it penetrates the interior of the focusing channel section. If the focusing channel section is designed to be rotationally symmetrical with respect to its longitudinal axis, the longitudinal axis can also be referred to as the central axis.
  • the focusing channel section can in particular extend from the exit opening at the focusing taper angle.
  • the liquid-impermeable channel wall means that the channel wall is impermeable to liquid entering from the outside through the channel wall and liquid exiting from the inside through the channel wall, for example by being made of a completely or almost completely sintered material, for example a hard metal (cemented carbide ) or cermet.
  • the focusing channel section tapers in the direction of the outlet opening, it and thus the liquid jet become narrower in this direction.
  • the longitudinal section plane contains the longitudinal axis and intersects an inner surface of the channel wall, so that the longitudinal section plane contains two cutting lines which are to be assigned to the inner surface and thus to the course of the focusing channel section in the longitudinal section plane.
  • the points lying opposite in the longitudinal section plane are consequently contained in the section lines.
  • One or both of the cutting lines can be straight or curved, for example as sections of a hyperbola or parabola.
  • the tangents include the focus taper angle as an inboard angle.
  • the channel wall can have a discontinuity, for example in the form of an edge. In such a case, the points at which the tangents can be applied are only those which are axially spaced from the outlet opening and the inlet opening.
  • the points lie opposite one another in the longitudinal sectional plane, they are contained in a straight line which is perpendicular to the longitudinal axis of the focusing channel section and lies in the longitudinal sectional plane.
  • the focus taper angle can be constant. This is advantageous because such an angle can be produced in a particularly simple manner, for example by means of an electrical discharge machining process, such as, for example, wire erosion. However, it is also conceivable and also possible for the focusing taper angle to vary.
  • the focusing taper angle is in the range from 0.1 ° to 0.8 °. Since the focusing taper angle is in this range, an even better reduction in wear and tear and a reduction in noise emissions are achieved.
  • the focusing channel section has a maximum diameter of 0.5 mm to 5 mm at each axial position with respect to its longitudinal axis in a cross section to this longitudinal axis. If the maximum diameter is in this range, an even further reduction in wear and noise emissions is surprisingly achieved. If the maximum diameter is in the range from 0.65 mm to 3.5 mm, wear and noise emissions are further reduced.
  • the maximum diameter is the inner diameter of the focusing channel section if it is circular in cross section. In the case of other cross-sectional shapes of the focusing channel section, the maximum diameter is determined by the longest chord that can be spanned between two opposing inner surface points of the channel wall.
  • the points are contained in a straight line that is perpendicular to the longitudinal axis of the focusing channel section.
  • the longest chord thus corresponds to the main axis of the ellipse.
  • the focusing channel section can have the shapes described for the exit opening; in particular, the shape of the exit opening is continued in the focusing channel section in cross section.
  • the focusing channel section is also circular in cross section, in the case of an elliptical exit opening it is elliptical, etc.
  • the focusing channel section is designed to be rotationally symmetrical about its longitudinal axis. This is advantageous because such a shape of the focusing channel section can be produced in a particularly simple manner, for example by means of a spark erosion method, such as, for example, wire erosion or die-sinking erosion.
  • the focusing channel section is designed in the shape of a truncated cone. This is advantageous because such a shape of the focusing channel section can be produced in a particularly simple manner, for example by means of a spark erosion method, such as, for example, wire erosion. Such a production becomes even easier if the focusing channel section formed in this way is frustoconical and a circular cone axis defined thereby is aligned with the longitudinal axis of the focusing channel section.
  • the focusing channel section extends over at least 50% of a length of the focusing tube measured parallel to its longitudinal axis.
  • the focusing channel section then essentially makes up the focusing tube in its axial direction, which is advantageous for the wear-reduced focusing of the liquid jet.
  • the wear-reduced focusing is improved even further if the focusing channel section extends over at least 70%, even more preferably over at least 90% of the length of the focusing tube.
  • the focusing tube has an inlet channel section, the inlet channel section extending from an inlet opening for the entry of the liquid jet into the focusing tube to a transfer opening formed jointly with the focusing channel section, having a longitudinal axis containing the center point of the inlet opening and outside of the transfer opening each axial position with respect to its longitudinal axis in a cross section to this longitudinal axis has a maximum diameter which is greater than the maximum diameter of the focusing channel section.
  • the longitudinal axis of the inlet channel section extends analogously to the longitudinal axis of the focusing channel section.
  • the inlet opening can have one of the shapes described for the outlet opening, in particular it can be circular.
  • the maximum diameter of the inlet channel section is defined as an inner diameter or as the longest chord between two opposite points on an inner surface of the channel wall.
  • the transfer opening is an outlet opening of the inlet channel section and at the same time an inlet opening of the focusing channel section.
  • the transfer opening is therefore assigned to the focusing channel section and at the same time to the inlet channel section.
  • a discontinuity in the channel wall can be formed at the transfer opening and the inlet opening, for example in the form of an edge. In such a case, the points at which the tangents can be applied are only those that are axially spaced from the transfer and the inlet opening.
  • the inlet channel section can be designed analogously to the focusing channel section to be frustoconical, in particular frustoconical. However, it is also conceivable and also possible for the inlet channel section to be cylindrical, in particular circular cylindrical.
  • the longitudinal axis of the focusing channel section and the longitudinal axis of the inlet channel section are arranged coaxially to one another. Due to this coaxial arrangement, the liquid jet can enter the focusing channel section via the transfer opening without deflection. The wear otherwise associated with a deflection is therefore avoided.
  • the inlet channel section is delimited by the liquid-impermeable channel wall, tapers in the direction of the transfer opening and extends at an inlet taper angle, the legs of the inlet taper angle being two tangents which lie in a longitudinal sectional plane containing the longitudinal axis of the inlet channel section and at two in this longitudinal sectional plane lying opposite inner surface points of the duct wall, wherein the inlet taper angle outside the Transfer opening is larger than the focus taper angle.
  • the inlet taper angle is defined analogously to the focusing taper angle.
  • the inlet taper angle is in the range from 10 ° to 90 °. This leads to an even better flow calming of the liquid jet.
  • the inlet taper angle is in the range from 27 ° to 37 °, which further improves the flow calming.
  • the inlet channel section merges step-free into the transfer opening. This reduces the closure in the area of the transfer opening because the impact energy of the abrasive particles is reduced compared to a step-shaped transition from the inlet channel section to the focusing channel section.
  • a length of the focusing channel section measured parallel to the longitudinal axis of the focusing channel section is at least a factor of five, preferably at least a factor of ten, even more preferably at least a factor of twenty, greater than a length of the inlet channel section measured parallel to the longitudinal axis of the inlet channel section.
  • the focusing tube according to one of Claims 1 to 14 is used for cutting a workpiece by the liquid jet containing abrasive particles flowing through the focusing channel section.
  • the jet of liquid can be a jet of water.
  • the abrasive particles can be, for example, garnet particles, corundum particles or quartz sand particles.
  • the pressure of the liquid jet on entry into the focusing channel section can be in the range from 1000 bar to 6000 bar or more.
  • the jet of liquid can be a jet of water.
  • the water jet usually also contains air, so that a mixture of water, air and the abrasive particles is formed.
  • the focusing tube can be formed from a hard metal (cemented carbide) or cermet.
  • the workpiece can be formed from a metal.
  • FIGS. 1 and 2 show schematically a focusing tube 1 according to a first embodiment. Based on the longitudinal section Fig. 1 it becomes clear how the focusing taper angle is to be determined in the sense of the present disclosure.
  • the focusing taper angle 2 has two legs that are in Fig. 1 are provided with the reference numerals 3 and 4.
  • the focusing taper angle 2 is in the range from 0.05 ° to 1 ° and was only shown in FIG Fig. 1 drawn larger.
  • the legs 3 and 4 lie in a longitudinal section plane 5, which corresponds to the plane of the drawing Fig. 1 coincides.
  • the longitudinal sectional plane 5 contains a longitudinal axis 6.
  • the longitudinal axis 6 contains a center point 7 of an outlet opening 8, like that from a synopsis of FIG FIGS. 1 and 2 can be seen. Since the outlet opening 8 is circular, the center point 7 is the center of a corresponding circle.
  • the longitudinal axis 6 extends in the direction of a focusing channel section 9, which is delimited by a channel wall 11 and extends from the outlet opening 8 into the interior of the focusing tube 1, as in this case Fig. 1 indicates.
  • the focusing channel section 9 tapers towards the outlet opening 8, so that a water jet, which contains abrasive particles and is under high pressure of at least 1000 bar, is focused on the diameter of the outlet opening 8 when it flows through the focusing channel section 9 in the direction of the outlet opening 8 and is thus focused emerges freely from the outlet opening 8.
  • the longitudinal sectional plane 5 also contains two points 3a and 4a, which are to be assigned to an inner surface 10 of the duct wall 11 and are connected in the longitudinal sectional plane 5 by a straight line 12 which is perpendicular to the longitudinal axis 6.
  • the legs 3 and 4 are tangents which lie at the points 3a and 4a.
  • the focusing channel section 9 is designed in the shape of a truncated circular cone.
  • the cutting lines belonging to the inner surface 10 are therefore straight and coincide with the legs or tangents 3 and 4.
  • the focusing channel section 9 it is also conceivable and also possible for the focusing channel section 9 to have a different shape, so that the cutting lines would be curved convex inwardly, for example.
  • FIGS 3 to 5 show a focusing tube 1 'according to a second embodiment.
  • the focusing tube 1 ' is constructed analogously to the focusing tube 1.
  • the focusing tube 1 ' has a focusing channel section 9' which extends from an exit opening 8 'into the interior of the focusing tube 1' parallel to a Longitudinal axis 6 'extends, tapers in the direction of the outlet opening 8' and is delimited by a channel wall 11 '.
  • the channel wall 11 ' consists of a sintered hard metal (cemented carbide). The channel wall 11 'is therefore impermeable to liquids.
  • the longitudinal axis 6 ' contains the center point 8a' of the outlet opening 8 '.
  • the longitudinal axis 6 'and thus the center 8' are contained in a longitudinal sectional plane 5 'which, with respect to the Figs. 1 and 2 described longitudinal sectional plane 5 is positioned analogously.
  • the focusing tube 1 Compared to the focusing tube 1, the focusing tube 1 'additionally has an inlet channel section 13' which extends from an inlet opening 14 'into the interior of the focusing tube 1' and tapers in the direction of a transfer opening 15 '.
  • the transfer opening 15 ' is an inner opening of the focusing tube 1' which is formed jointly with the focusing channel section 9 '.
  • the transfer opening 15 ' can be referred to as an outlet opening 15' of the inlet channel section 13 'and at the same time as an inlet opening 15' of the focusing channel section 9 '.
  • the focusing channel section 9 ' has a focusing taper angle 2'.
  • the focusing taper angle 2 ' is 0.18 ° by way of example. But others are also conceivable and possible Focusing taper angle 2 'from the range from 0.05 ° to 1 °.
  • the focusing taper angle 2 ' has two legs 3' and 4 '.
  • the legs 3 'and 4' are tangents which lie in the longitudinal sectional plane 5 '.
  • the two legs 3 'and 4' or the tangents 3 'and 4' rest on two opposite points 3a 'and 4a' of an inner surface 10 'of the duct wall 11' in the longitudinal sectional plane 5 '.
  • the focusing taper angle 2 ' is constant because the focusing channel section 9' is designed to be frustoconical and rotationally symmetrical about the longitudinal axis 6 '.
  • the inlet channel section 13 ' has an inlet taper angle 16' that is defined analogously to the focusing taper angles 2 and 2 '.
  • the inlet taper angle 16 ' has two legs 17' and 18 'which lie in the longitudinal sectional plane 5' because the focusing channel section 9 'and the inlet channel section 13' are arranged coaxially to one another.
  • the legs 17 'and 18' or the tangents 17 'and 18' lie in two opposite points 17a 'and 18a' in the longitudinal sectional plane 5 'on an inner surface 19' of the duct wall 11 '.
  • the inlet channel section 13 ' has a longitudinal axis 6' which coincides with the longitudinal axis 6 'of the focusing channel section 9'.
  • the inlet taper angle is 35 °. However, other inlet taper angles from the range from 10 ° to 90 ° are also conceivable and also possible.
  • FIG. 6 shows the percentage increase in the diameter of an outlet opening, denoted as r, of a focusing tube Exp. and a focusing tube Ref. used as a reference, each as a function of the operating hours h.
  • the focusing tube Exp. And the focusing tube Ref. Were both flowed through in the area of their focusing channel section with a water jet containing abrasive particles at 6000 bar with constant jet parameters.
  • the focusing channel section was designed to be tapered analogously to the focusing channel section 9 'at a focusing taper angle of 0.18 ° in the direction of the exit opening.
  • the focus channel section had a constant one Inner diameter, i.e. no tapering in the direction of the outlet opening.
  • the focusing tubes Exp. And Ref. Do not differ from one another.
  • the focussing taper angle of 0.18 ° selected as an example for the range from 0.05 ° to 1 ° ensures that the wear on the focusing tube Exp. is significantly less than the wear on the focusing tube Ref after an operating time of 40 h
  • the diameter of the outlet opening of the focusing tube Exp. Has increased by about 16% after 100 operating hours, whereas the diameter of the outlet opening of the focusing tube Ref. Has increased by about 26% after 100 operating hours.

Abstract

Um ein Fokussierrohr (1, 1'), welches zum Fokussieren eines abrasive Partikel enthaltenden und unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitsstrahls ausgebildet ist, aufweisend einen Fokussierkanalabschnitt (9, 9'), eine Austrittsöffnung (8, 8') zum freien Austritt des Flüssigkeitsstrahls aus dem Fokussierkanalabschnitt (9, 9') und eine den Mittelpunkt (7, 8a') der Austrittsöffnung (8, 8') enthaltende Längsachse (6, 6') des Fokussierkanalabschnitts (9, 9'), wobei der Fokussierkanalabschnitt (9, 9') von einer flüssigkeitsundurchlässigen Kanalwandung (11, 11') begrenzt ist, sich von der Austrittsöffnung (8, 8') unter einem Fokussierverjüngungswinkel (2, 2') erstreckt und sich in Richtung der Austrittsöffnung (8, 8') verjüngt, bereitzustellen, bei dem in konstruktiv einfacher Weise eine Erhöhung der Standzeit erzielt wird, wird vorgeschlagen, dass der Fokussierverjüngungswinkel (2, 2') im Bereich von 0,05° bis 1° liegt.Around a focusing tube (1, 1 '), which is designed to focus a liquid jet containing abrasive particles and which is under high pressure, comprising a focusing channel section (9, 9'), an outlet opening (8, 8 ') for the free exit of the liquid jet from the Focusing channel section (9, 9 ') and a longitudinal axis (6, 6') of the focusing channel section (9, 9 ') containing the center point (7, 8a') of the outlet opening (8, 8 '), the focusing channel section (9, 9') ) is delimited by a liquid-impermeable channel wall (11, 11 '), extends from the outlet opening (8, 8') at a focusing taper angle (2, 2 ') and tapers in the direction of the outlet opening (8, 8'), to provide, in which an increase in the service life is achieved in a structurally simple manner, it is proposed that the focusing taper angle (2, 2 ') be in the range from 0.05 ° to 1 °.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fokussierrohr, welches zum Fokussieren eines abrasive Partikel enthaltenden und unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitsstrahls ausgebildet ist, aufweisend einen Fokussierkanalabschnitt, eine Austrittsöffnung zum freien Austritt des Flüssigkeitsstrahls aus dem Fokussierkanalabschnitt und eine den Mittelpunkt der Austrittsöffnung enthaltende Längsachse des Fokussierkanalabschnitts, wobei der Fokussierkanalabschnitt von einer flüssigkeitsundurchlässigen Kanalwandung begrenzt ist und sich unter einem Fokussierverjüngungswinkel in Richtung der Austrittsöffnung verjüngt, wobei die Schenkel des Fokussierverjüngungswinkels zwei Tangenten sind, die in einer die Längsachse enthaltenden Längsschnittebene liegen und an zwei in der Längsschnittebene gegenüberliegenden Innenoberflächenpunkten von der Kanalwandung anliegen.The present invention relates to a focusing tube which is designed to focus a liquid jet containing abrasive particles and which is under high pressure, having a focusing channel section, an outlet opening for the free exit of the liquid jet from the focusing channel section and a longitudinal axis of the focusing channel section containing the center point of the outlet opening, the focusing channel section is bounded by a liquid-impermeable channel wall and tapers at a focusing tapering angle in the direction of the outlet opening, the legs of the focusing tapering angle being two tangents which lie in a longitudinal sectional plane containing the longitudinal axis and lie against two inner surface points of the duct wall opposite in the longitudinal sectional plane.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines solchen Fokussierrohrs.The present invention also relates to a use of such a focusing tube.

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Strahlschneidens, zum Beispiel Wasserstrahlschneidens, von Werkstücken. Der Schneidprozess erfolgt dabei mit dem unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitsstrahl, indem dieser aus der Austrittsöffnung austritt und auf ein Werkstück auftrifft. Der Fokussierkanalabschnitt sorgt für die benötigte Beschleunigung des Flüssigkeitsstrahls und damit der abrasiven Partikel, weil er den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitsstrahl verengt. Üblicherweise wird der Flüssigkeitsstrahl auf mindestens 400 m/s beschleunigt. Der Flüssigkeitsstrahl hat beim Eintritt in den Fokussierkanalabschnitt üblicherweise einen Druck von mindestens etwa 1000 Bar. Die abrasiven Partikel, zum Beispiel Granat-Partikel, Korund-Partikel oder Quarzsand-Partikel, verstärken die Schneidleistung des Flüssigkeitsstrahls erheblich, so dass auch relativ harte Materialien wie Gesteine und Metalle geschnitten werden können.The present invention is in the field of jet cutting, for example water jet cutting, of workpieces. The cutting process takes place with the high pressure liquid jet, in that it emerges from the outlet opening and strikes a workpiece. The focusing channel section provides the required acceleration of the liquid jet and thus the abrasive particles because it narrows the high pressure liquid jet. Usually the liquid jet is accelerated to at least 400 m / s. The liquid jet usually has a pressure of at least about 1000 bar when it enters the focusing channel section. The abrasive particles, for example garnet particles, corundum particles or quartz sand particles, considerably increase the cutting performance of the liquid jet, so that even relatively hard materials such as rocks and metals can be cut.

Die abrasiven Partikel führen aber zu einem erhöhten Verschließ des Fokussierrohrs im Bereich des Fokussierkanalabschnitts, weil sie bei den vorliegenden hohen Drücken energiereich auf die Kanalwandung aufprallen. Als Folge davon erweitert sich der Fokussierkanalabschnitt und verliert damit zunehmend seine Fokussierwirkung. Die Standzeit des Fokussierrohrs nimmt folglich ab.However, the abrasive particles lead to increased closure of the focusing tube in the area of the focusing channel section because, at the high pressures present, they impact the channel wall with high energy. as As a result, the focusing channel section expands and thus increasingly loses its focusing effect. The service life of the focusing tube is consequently reduced.

Um einen solchen Verschleiß zu reduzieren, wird in der WO 03/053634 A1 gelehrt, dass die Kanalwandung des Fokussierrohrs mit einem Schmierfilm zu versehen ist.In order to reduce such wear, the WO 03/053634 A1 taught that the channel wall of the focusing tube is to be provided with a lubricating film.

Eine solche Maßnahme zur Verschleißreduktion ist jedoch konstruktiv aufwendig, weil der Schmierfilm durch Infiltration der Kanalwandung von außen mit einem entsprechenden Schmiermittel gebildet wird. Dafür ist eine Druckkammer erforderlich, in der sich das Fokussierrohr befindet. Außerdem besteht die Gefahr, dass bei einem Ausfall der Druckkammer das Fokussierrohr schnell verschlissen wird, weil seine für die Infiltration benötigte poröse Struktur nicht hinreichend stabil ist.Such a measure to reduce wear is, however, structurally complex because the lubricating film is formed by infiltrating the duct wall from the outside with a corresponding lubricant. This requires a pressure chamber in which the focusing tube is located. In addition, there is a risk that if the pressure chamber fails, the focusing tube will be quickly worn out because its porous structure, which is required for the infiltration, is not sufficiently stable.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Fokussierrohr der eingangs genannten Art sowie eine Verwendung davon bereitzustellen, die in konstruktiv einfacher Weise eine Erhöhung der Standzeit erzielen.The object of the present invention is therefore to provide a focusing tube of the type mentioned at the beginning and a use thereof which achieve an increase in service life in a structurally simple manner.

Die Aufgabe wird durch ein Fokussierrohr nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen davon sind den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The object is achieved by a focusing tube according to claim 1. Advantageous further developments thereof can be found in the claims dependent on claim 1.

Das Fokussierrohr, welches zum Fokussieren eines abrasive Partikel enthaltenden und unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitsstrahls ausgebildet ist, weist einen Fokussierkanalabschnitt, eine Austrittsöffnung zum freien Austritt des Flüssigkeitsstrahls aus dem Fokussierkanalabschnitt und eine den Mittelpunkt der Austrittsöffnung enthaltende Längsachse des Fokussierkanalabschnitts auf, wobei der Fokussierkanalabschnitt von einer flüssigkeitsundurchlässigen Kanalwandung begrenzt ist und sich unter einem Fokussierverjüngungswinkel in Richtung der Austrittsöffnung verjüngt, wobei die Schenkel des Fokussierverjüngungswinkels zwei Tangenten sind, die in einer die Längsachse enthaltenden Längsschnittebene liegen und an zwei in der Längsschnittebene gegenüberliegenden Innenoberflächenpunkten von der Kanalwandung anliegen, wobei der Fokussierverjüngungswinkel im Bereich von 0,05° bis 1° liegt. Es hat sich gezeigt, dass durch den solchermaßen gewählten Fokussierverjüngungswinkel der Verschleiß überraschenderweise erheblich reduziert wird. Die Standzeit wird dementsprechend erhöht. Überraschender Weise wird zusätzlich die Geräuschemission beim Betrieb des Fokussierrohrs reduziert. Außerhalb des Bereichs von 0,05° bis 1° treten diese beiden positiven Effekte nicht mehr auf.The focusing tube, which is designed to focus a liquid jet containing abrasive particles and under high pressure, has a focusing channel section, an outlet opening for the free exit of the liquid jet from the focusing channel section and a longitudinal axis of the focusing channel section containing the center point of the outlet opening, the focusing channel section being liquid-impermeable Channel wall is limited and tapers at a focusing tapering angle in the direction of the exit opening, the legs of the focusing tapering angle are two tangents which lie in a longitudinal sectional plane containing the longitudinal axis and lie on two opposite inner surface points of the duct wall in the longitudinal sectional plane, the focusing taper in the range of 0.05 ° to 1 °. It has been shown that, surprisingly, wear is considerably reduced by the focusing taper angle selected in this way. The service life is increased accordingly. Surprisingly, the noise emission during operation of the focusing tube is also reduced. Outside the range from 0.05 ° to 1 °, these two positive effects no longer occur.

Mit Hochdruck ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung ein Druck des Flüssigkeitsstrahls beim Eintritt in den Fokussierkanalabschnitt von mindestens etwa 1000 Bar bis zu etwa 6000 Bar oder mehr gemeint. Dementsprechend muss die Kanalwandung stabil ausgebildet sein, zum Beispiel indem die Kanalwandung hinreichend dick ist und aus einem Hartmetall (cemented carbide) oder Cermet gebildet ist.In the context of the present disclosure, high pressure means a pressure of the liquid jet upon entry into the focusing channel section of at least about 1000 bar up to about 6000 bar or more. Accordingly, the channel wall must be designed to be stable, for example by the channel wall being sufficiently thick and made of a hard metal ( cemented carbide ) or cermet.

Hartmetall (cemented carbide) und Cermet sind im Sinne der vorliegenden Offenbarung jeweils Verbundwerkstoffe, bei denen Hartstoffpartikel, die den überwiegenden Bestandteil des Verbundwerkstoffs ausmachen, eine Skelettstruktur bilden, deren Zwischenräume durch einen demgegenüber duktileren metallischen Binder gefüllt sind. Die Hartstoffpartikel können dabei insbesondere zumindest überwiegend durch Wolframkarbid, Titankarbid und/oder Titankarbonitrid gebildet sein, wobei in geringeren Mengen zusätzlich z. B. auch andere Hartstoffpartikel, insbesondere Karbide der Elemente der Gruppen IV bis VI des Periodensystems, vorhanden sein können. Der duktile metallische Binder besteht üblicherweise zumindest überwiegend aus Cobalt, Nickel, Eisen oder einer Basislegierung von zumindest einem dieser Elemente. Es können allerdings in geringeren Mengen auch noch andere Elemente in dem metallischen Binder gelöst sein. Unter einer Basislegierung ist dabei zu verstehen, dass dieses Element den überwiegenden Bestandteil der Legierung bildet. Am häufigsten kommt Hartmetall (cemented carbide) zum Einsatz, bei dem die Hartstoffpartikel zumindest überwiegend durch Wolframkarbid gebildet sind und der metallische Binder eine Cobalt- oder Cobalt-Nickel-Basislegierung ist; der Gewichtsanteil der entsprechenden Wolframkarbid-Partikel ist dabei insbesondere mindestens 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens 80 Gewichtsprozent, noch bevorzugter mindestens 90 Gewichtsprozent.In the context of the present disclosure, hard metal (cemented carbide) and cermet are each composite materials in which hard material particles, which make up the predominant component of the composite material, form a skeletal structure, the spaces between which are filled by a more ductile metallic binder. The hard material particles can in particular be formed at least predominantly by tungsten carbide, titanium carbide and / or titanium carbonitride, with additional z. B. other hard material particles, in particular carbides of the elements of groups IV to VI of the periodic table, may be present. The ductile metallic binder usually consists at least predominantly of cobalt, nickel, iron or a base alloy of at least one of these elements. However, other elements can also be dissolved in the metallic binder in smaller quantities. A base alloy is understood to mean that this element forms the predominant component of the alloy. Most frequently, hard metal (cemented carbide) is used, in which the hard material particles are at least predominantly formed by tungsten carbide and the metallic binder is a cobalt or cobalt-nickel-based alloy; the proportion by weight of the corresponding tungsten carbide particles is in particular at least 70 percent by weight, preferably at least 80 percent by weight, more preferably at least 90 percent by weight.

Mit dem freien Austritt ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung gemeint, dass der Flüssigkeitsstrahl aus der Austrittsöffnung ungehindert austreten kann. Die Austrittsöffnung kann dabei eine äußere Austrittsöffnung des Fokussierrohrs sein oder eine innere Austrittsöffnung des Fokussierrohrs sein. Eine äußere Austrittsöffnung wird dadurch gebildet, dass die Kanalwandung in Strömungsrichtung des Flüssigkeitsstrahls betrachtet unmittelbar hinter der Austrittsöffnung endet. Die Austrittsöffnung liegt dann zum Beispiel in einer ebenen Stirnseitenfläche des Fokussierrohrs. Eine innere Austrittsöffnung wird dadurch gebildet, dass sich ein durch die Kanalwandung gebildeter Überhang in Strömungsrichtung des Flüssigkeitsstrahls betrachtet von der Austrittsöffnung aus erstreckt. Bei dem Überhang kann es sich zum Beispiel um eine Anfasung oder Rundung der Kanalwandung handeln. Die Anfasung kann zum Beispiel konisch ausgebildet sein.In the context of the present disclosure, the free exit means that the liquid jet can exit the exit opening unhindered. The outlet opening can be an outer outlet opening of the focusing tube or an inner outlet opening of the focusing tube. An outer outlet opening is formed in that the channel wall, viewed in the flow direction of the liquid jet, ends immediately behind the outlet opening. The exit opening is then, for example, in a flat end face of the focusing tube. An inner outlet opening is formed in that an overhang formed by the channel wall extends from the outlet opening when viewed in the flow direction of the liquid jet. The overhang can be, for example, a chamfer or rounding of the duct wall. The chamfer can, for example, be conical.

Der Flüssigkeitsstrahl kann ein Wasserstrahl sein, denkbar und auch möglich sind aber auch andere Flüssigkeitsstrahlen, die zähflüssiger sind. Üblicherweise enthält der Wasserstrahl auch Luft, so dass eine Mischung aus Wasser, Luft und den abrasiven Partikeln gebildet wird.The liquid jet can be a water jet, but other liquid jets that are more viscous are also conceivable and possible. The water jet usually also contains air, so that a mixture of water, air and the abrasive particles is formed.

Bei den abrasiven Partikel kann es sich zum Beispiel um Granat-Partikel, Korund-Partikel oder Quarzsand-Partikel handeln.The abrasive particles can be garnet particles, corundum particles or quartz sand particles, for example.

Der Mittelpunkt ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung der Flächenschwerpunkt einer durch eine Randkurve der Austrittsöffnung definierten ebenen Fläche. Die Austrittsöffnung bzw. die Randkurve kann eine beliebige symmetrische oder unsymmetrische Form aufweisen. Bei einer Kreisform und einer im wesentlichen Kreisform der Austrittsöffnung ist der Mittelpunkt das Zentrum des entsprechenden Kreises, bei einer quadratischen, im Wesentlichen quadratischen, einer rechteckigen (nichtquadratischen) Form und einer im Wesentlichen rechteckigen (nichtquadratischen) Form der Schnittpunkt der Diagonalen des entsprechenden Quadrats bzw. Rechtecks und bei einer elliptischen oder im Wesentlichen elliptischen Form der Schnittpunkt der Hauptachse mit der Nebenachse der entsprechenden Ellipse. Im Wesentlichen quadratisch und rechteckig bedeutet zum Beispiel, dass eine oder mehrere Ecken abgerundet sind. Die Austrittsöffnung kann aber auch eiförmig, nierenförmig, dreieckig oder im Wesentlichen dreieckig sein. Im Wesentlichen dreieckig bedeutet zum Beispiel, dass eine oder mehrere Ecken abgerundet sind.In the context of the present disclosure, the center point is the center of gravity of a flat surface defined by an edge curve of the outlet opening. The outlet opening or the edge curve can have any desired symmetrical or asymmetrical shape. In the case of a circular shape and an essentially circular shape of the outlet opening, the center point is the center of the corresponding circle; Rectangle and, in the case of an elliptical or essentially elliptical shape, the point of intersection of the major axis with the minor axis of the corresponding ellipse. For example, essentially square and rectangular means that one or more corners are rounded. The outlet opening can, however, also be egg-shaped, kidney-shaped, triangular or essentially triangular. in the Substantially triangular means, for example, that one or more corners are rounded.

Die Längsachse ist parallel zur Erstreckung des Fokussierkanalabschnitts angeordnet. Indem sie den Mittelpunkt der Austrittsöffnung enthält, durchstößt sie das Innere des Fokussierkanalabschnitts. Wenn der Fokussierkanalabschnitt bezüglich seiner Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann die Längsachse auch als Mittelachse bezeichnet werden.The longitudinal axis is arranged parallel to the extent of the focusing channel section. In that it contains the center of the exit opening, it penetrates the interior of the focusing channel section. If the focusing channel section is designed to be rotationally symmetrical with respect to its longitudinal axis, the longitudinal axis can also be referred to as the central axis.

Der Fokussierkanalabschnitt kann sich insbesondere von der Austrittsöffnung aus unter dem Fokussierverjüngungswinkel erstrecken.The focusing channel section can in particular extend from the exit opening at the focusing taper angle.

Mit der flüssigkeitsundurchlässigen Kanalwandung ist gemeint, dass die Kanalwandung gegenüber einem Flüssigkeitseintritt von außen durch die Kanalwandung und einem Flüssigkeitsaustritt von innen durch die Kanalwandung undurchlässig ist, zum Beispiel indem sie aus einem vollständig oder nahezu vollständig gesinterten Material besteht, zum Beispiel einem Hartmetall (cemented carbide) oder Cermet.The liquid-impermeable channel wall means that the channel wall is impermeable to liquid entering from the outside through the channel wall and liquid exiting from the inside through the channel wall, for example by being made of a completely or almost completely sintered material, for example a hard metal (cemented carbide ) or cermet.

Indem sich der Fokussierkanalabschnitt in Richtung der Austrittsöffnung verjüngt, wird er und damit der Flüssigkeitsstrahl in diese Richtung enger.Since the focusing channel section tapers in the direction of the outlet opening, it and thus the liquid jet become narrower in this direction.

Die Längsschnittebene enthält die Längsachse und schneidet eine Innenoberfläche der Kanalwandung, so dass die Längsschnittebene zwei Schnittlinien enthält, die der Innenoberfläche und damit dem Verlauf des Fokussierkanalabschnitts in der Längsschnittebene zuzuordnen sind. Die in der Längsschnittebene gegenüberliegenden Punkte sind folglich in den Schnittlinien enthalten. Eine oder beide der Schnittlinien können gerade oder gekrümmt, zum Beispiel als Abschnitte einer Hyperbel oder Parabel, sein. Die Tangenten schließen den Fokussierverjüngungswinkel als einen innenliegenden Winkel ein. An der Austrittsöffnung oder an einer Eintrittsöffnung zum Eintritt des Schneidflüssigkeitsstrahls in den Fokussierkanalabschnitt kann die Kanalwandung eine Unstetigkeit aufweisen, zum Beispiel in Form einer Kante. In einem solchen Fall sind die Punkte, an denen die Tangenten angelegt werden können, nur solche, die der Austrittsöffnung und der Eintrittsöffnung axial beabstandet sind.The longitudinal section plane contains the longitudinal axis and intersects an inner surface of the channel wall, so that the longitudinal section plane contains two cutting lines which are to be assigned to the inner surface and thus to the course of the focusing channel section in the longitudinal section plane. The points lying opposite in the longitudinal section plane are consequently contained in the section lines. One or both of the cutting lines can be straight or curved, for example as sections of a hyperbola or parabola. The tangents include the focus taper angle as an inboard angle. At the outlet opening or at an inlet opening for the jet of cutting fluid to enter the focusing channel section, the channel wall can have a discontinuity, for example in the form of an edge. In such a case, the points at which the tangents can be applied are only those which are axially spaced from the outlet opening and the inlet opening.

Indem die Punkte in der Längsschnittebene gegenüberliegen, sind sie in einer geraden Linie enthalten, die senkrecht zu der Längsachse des Fokussierkanalabschnitts steht und in der Längsschnittebene liegt.Since the points lie opposite one another in the longitudinal sectional plane, they are contained in a straight line which is perpendicular to the longitudinal axis of the focusing channel section and lies in the longitudinal sectional plane.

Der Fokussierverjüngungswinkel kann konstant sein. Dies ist vorteilhaft, weil ein solcher Winkel zum Beispiel durch ein funkenerosives Verfahren, wie zum Beispiel Drahterosion, besonders einfach hergestellt werden kann. Denkbar und auch möglich ist es aber auch, dass der Fokussierverjüngungswinkel variiert.The focus taper angle can be constant. This is advantageous because such an angle can be produced in a particularly simple manner, for example by means of an electrical discharge machining process, such as, for example, wire erosion. However, it is also conceivable and also possible for the focusing taper angle to vary.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs liegt der Fokussierverjüngungswinkel im Bereich von 0,1° bis 0,8°. Indem der Fokussierverjüngungswinkel in diesem Bereich liegt, wird eine noch bessere Verschleißreduktion sowie Reduktion der Geräuschemission erzielt.According to a further development of the focusing tube, the focusing taper angle is in the range from 0.1 ° to 0.8 °. Since the focusing taper angle is in this range, an even better reduction in wear and tear and a reduction in noise emissions are achieved.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs hat der Fokussierkanalabschnitt an jeder axialen Position bezüglich seiner Längsachse in einem Querschnitt zu dieser Längsachse einen maximalen Durchmesser von 0,5 mm bis 5 mm. Wenn der maximale Durchmesser in diesem Bereich liegt, wird überraschenderweise eine noch weitere Reduktion des Verschleißes und der Geräuschemission erreicht. Wenn der maximale Durchmesser im Bereich von 0,65 mm bis 3,5 mm liegt, werden der Verschleiß und die Geräuschemission darüber hinaus noch weiter reduziert. Bei dem maximalen Durchmesser handelt es sich um den Innendurchmesser des Fokussierkanalabschnitts, wenn dieser im Querschnitt kreisförmig ist. Im Falle anderer Querschnittsformen des Fokussierkanalabschnitts wird der maximale Durchmesser durch die längste Sehne bestimmt, die zwischen zwei gegenüberliegenden Innenoberflächenpunkten der Kanalwandung aufgespannt werden kann. Die Punkte sind dabei in einer geraden Linie enthalten, die senkrecht zu der Längsachse des Fokussierkanalabschnitts steht. Im Falle einer Ellipsenform des Fokussierkanalabschnitts im Querschnitt entspricht die längste Sehne also der Hauptachse der Ellipse. Der Fokussierkanalabschnitt kann in dem Querschnitt zu seiner Längsachse die für die Austrittsöffnung beschriebenen Formen aufweisen, insbesondere setzt sich die Form der Austrittsöffnung in dem Fokussierkanalabschnitt im Querschnitt fort. Somit ist im Falle einer kreisförmigen Austrittsöffnung der Fokussierkanalabschnitt im Querschnitt ebenfalls kreisförmig, im Falle einer elliptischen Austrittsöffnung elliptisch usw.According to a further development of the focusing tube, the focusing channel section has a maximum diameter of 0.5 mm to 5 mm at each axial position with respect to its longitudinal axis in a cross section to this longitudinal axis. If the maximum diameter is in this range, an even further reduction in wear and noise emissions is surprisingly achieved. If the maximum diameter is in the range from 0.65 mm to 3.5 mm, wear and noise emissions are further reduced. The maximum diameter is the inner diameter of the focusing channel section if it is circular in cross section. In the case of other cross-sectional shapes of the focusing channel section, the maximum diameter is determined by the longest chord that can be spanned between two opposing inner surface points of the channel wall. The points are contained in a straight line that is perpendicular to the longitudinal axis of the focusing channel section. In the case of an elliptical shape of the focusing channel section in cross section, the longest chord thus corresponds to the main axis of the ellipse. In the cross section to its longitudinal axis, the focusing channel section can have the shapes described for the exit opening; in particular, the shape of the exit opening is continued in the focusing channel section in cross section. Thus, in the case of a circular exit opening, the focusing channel section is also circular in cross section, in the case of an elliptical exit opening it is elliptical, etc.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs ist der Fokussierkanalabschnitt rotationssymmetrisch um seine Längsachse ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, weil eine solche Form des Fokussierkanalabschnitts zum Beispiel durch ein funkenerosives Verfahren, wie zum Beispiel Drahterosion oder Senkerosion, besonders einfach hergestellt werden kann.According to a further development of the focusing tube, the focusing channel section is designed to be rotationally symmetrical about its longitudinal axis. This is advantageous because such a shape of the focusing channel section can be produced in a particularly simple manner, for example by means of a spark erosion method, such as, for example, wire erosion or die-sinking erosion.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs ist der Fokussierkanalabschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, weil eine solche Form des Fokussierkanalabschnitts zum Beispiel durch ein funkenerosives Verfahren, wie zum Beispiel Drahterosion, besonders einfach hergestellt werden kann. Eine solche Herstellung wird noch einfacher, wenn der solchermaßen ausgebildete Fokussierkanalabschnitt kreiskegelstumpfförmig ist und eine dadurch definierte Kreiskegelachse mit der Längsachse des Fokussierkanalabschnitts fluchtet.According to a further development of the focusing tube, the focusing channel section is designed in the shape of a truncated cone. This is advantageous because such a shape of the focusing channel section can be produced in a particularly simple manner, for example by means of a spark erosion method, such as, for example, wire erosion. Such a production becomes even easier if the focusing channel section formed in this way is frustoconical and a circular cone axis defined thereby is aligned with the longitudinal axis of the focusing channel section.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs erstreckt sich der Fokussierkanalabschnitt über mindestens 50 % einer parallel zu seiner Längsachse bemessenen Länge des Fokussierrohrs. Der Fokussierkanalabschnitt macht danach das Fokussierrohr in dessen axialer Richtung im Wesentlichen aus, was für die verschleißreduzierte Fokussierung des Flüssigkeitsstrahls von Vorteil ist.According to a further development of the focusing tube, the focusing channel section extends over at least 50% of a length of the focusing tube measured parallel to its longitudinal axis. The focusing channel section then essentially makes up the focusing tube in its axial direction, which is advantageous for the wear-reduced focusing of the liquid jet.

Die verschleißreduzierte Fokussierung wird noch weiter verbessert, wenn sich der Fokussierkanalabschnitt über mindestens 70 %, noch mehr bevorzugt über mindestens 90°% der Länge des Fokussierrohrs erstreckt.The wear-reduced focusing is improved even further if the focusing channel section extends over at least 70%, even more preferably over at least 90% of the length of the focusing tube.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs weist es einen Einlasskanalabschnitt auf, wobei sich der Einlasskanalabschnitt von einer Eintrittsöffnung zum Eintritt des Flüssigkeitsstrahls in das Fokussierrohr hin zu einer mit dem Fokussierkanalabschnitt gemeinsam gebildeten Übergabeöffnung erstreckt, eine den Mittelpunkt der Eintrittsöffnung enthaltende Längsachse hat und außerhalb von der Übergabeöffnung an jeder axialen Position bezüglich seiner Längsachse in einem Querschnitt zu dieser Längsachse einen maximalen Durchmesser hat, der größer ist als der maximale Durchmesser des Fokussierkanalabschnitts. Dies ist vorteilhaft, weil der Einlasskanalabschnitt aufgrund des größeren maximalen Durchmessers dafür sorgt, dass der Flüssigkeitsstrahl in den Fokussierkanalabschnitt strömungsberuhigter eintreten kann. Die Längsachse des Einlasskanalabschnitts erstreckt sich analog zu der Längsachse des Fokussierkanalabschnitts. Die Eintrittsöffnung kann eine der für die Austrittsöffnung beschriebenen Formen aufweisen, insbesondere also kreisförmig sein. Der maximale Durchmesser des Einlasskanalabschnitts ist analog zu dem Durchmesser des Fokussierkanalabschnitts ein Innendurchmesser bzw. als längste Sehne zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten einer Innenoberfläche der Kanalwandung definiert. Die Übergabeöffnung ist eine Austrittsöffnung des Einlasskanalabschnitts und zugleich eine Eintrittsöffnung des Fokussierkanalabschnitts. Die Übergabeöffnung ist also dem Fokussierkanalabschnitt und zugleich dem Einlasskanalabschnitt zugeordnet. An der Übergabeöffnung und der Eintrittsöffnung kann eine Unstetigkeit der Kanalwandung ausgebildet sein, zum Beispiel in Form einer Kante. In einem solchen Fall sind die Punkte, an denen die Tangenten angelegt werden können, nur solche, die der Übergabe und der Eintrittsöffnung axial beabstandet sind. Der Einlasskanalabschnitt kann dem Fokussierkanalabschnitt analog kegelstumpfförmig, insbesondere kreiskegelstumpfförmig, ausgebildet sein. Denkbar und auch möglich ist aber auch, dass der Einlasskanalabschnitt zylindrisch, insbesondere kreiszylindrische, ausgebildet ist.According to a further development of the focusing tube, it has an inlet channel section, the inlet channel section extending from an inlet opening for the entry of the liquid jet into the focusing tube to a transfer opening formed jointly with the focusing channel section, having a longitudinal axis containing the center point of the inlet opening and outside of the transfer opening each axial position with respect to its longitudinal axis in a cross section to this longitudinal axis has a maximum diameter which is greater than the maximum diameter of the focusing channel section. This is advantageous because the inlet channel section, due to the larger maximum diameter, ensures that the liquid jet enters the focusing channel section in a flow-calmed manner can. The longitudinal axis of the inlet channel section extends analogously to the longitudinal axis of the focusing channel section. The inlet opening can have one of the shapes described for the outlet opening, in particular it can be circular. Analogously to the diameter of the focusing channel section, the maximum diameter of the inlet channel section is defined as an inner diameter or as the longest chord between two opposite points on an inner surface of the channel wall. The transfer opening is an outlet opening of the inlet channel section and at the same time an inlet opening of the focusing channel section. The transfer opening is therefore assigned to the focusing channel section and at the same time to the inlet channel section. A discontinuity in the channel wall can be formed at the transfer opening and the inlet opening, for example in the form of an edge. In such a case, the points at which the tangents can be applied are only those that are axially spaced from the transfer and the inlet opening. The inlet channel section can be designed analogously to the focusing channel section to be frustoconical, in particular frustoconical. However, it is also conceivable and also possible for the inlet channel section to be cylindrical, in particular circular cylindrical.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs sind die Längsachse des Fokussierkanalabschnitts und die Längsachse des Einlasskanalabschnitts koaxial zueinander angeordnet. Der Flüssigkeitsstrahl kann aufgrund dieser koaxialen Anordnung umlenkungsfrei in den Fokussierkanalabschnitt über die Übergabeöffnung eintreten. Der mit einer Umlenkung ansonsten verbundene Verschleiß wird daher vermieden.According to a development of the focusing tube, the longitudinal axis of the focusing channel section and the longitudinal axis of the inlet channel section are arranged coaxially to one another. Due to this coaxial arrangement, the liquid jet can enter the focusing channel section via the transfer opening without deflection. The wear otherwise associated with a deflection is therefore avoided.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs ist der Einlasskanalabschnitt von der flüssigkeitsundurchlässigen Kanalwandung begrenzt, verjüngt sich in Richtung der Übergabeöffnung und erstreckt sich unter einem Einlassverjüngungswinkel, wobei die Schenkel des Einlassverjüngungswinkels zwei Tangenten sind, die in einer die Längsachse des Einlasskanalabschnitts enthaltenden Längsschnittebene liegen und an zwei in dieser Längsschnittebene gegenüberliegenden Innenoberflächenpunkten der Kanalwandung anliegen, wobei der Einlassverjüngungswinkel außerhalb der Übergabeöffnung größer ist als der Fokussierverjüngungswinkel. Dies ist vorteilhaft, weil der Einlasskanalabschnitt aufgrund einer solchermaßen gebildeten Verjüngung den Flüssigkeitsstrahls vorfokussiert, was zu einer noch besseren Strömungsberuhigung führt. Der Einlassverjüngungswinkel ist analog zum Fokussierverjüngungswinkel definiert.According to a further development of the focusing tube, the inlet channel section is delimited by the liquid-impermeable channel wall, tapers in the direction of the transfer opening and extends at an inlet taper angle, the legs of the inlet taper angle being two tangents which lie in a longitudinal sectional plane containing the longitudinal axis of the inlet channel section and at two in this longitudinal sectional plane lying opposite inner surface points of the duct wall, wherein the inlet taper angle outside the Transfer opening is larger than the focus taper angle. This is advantageous because the inlet channel section prefocuses the liquid jet due to a tapering formed in this way, which leads to an even better flow calming. The inlet taper angle is defined analogously to the focusing taper angle.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs liegt der Einlassverjüngungswinkel im Bereich von 10° und bis 90°. Dies führt zu einer noch besseren Strömungsberuhigung des Flüssigkeitsstrahls.According to a further development of the focusing tube, the inlet taper angle is in the range from 10 ° to 90 °. This leads to an even better flow calming of the liquid jet.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs liegt der Einlassverjüngungswinkel im Bereich von 27° bis 37°, was die Strömungsberuhigung noch weiter verbessert.According to a further development of the focusing tube, the inlet taper angle is in the range from 27 ° to 37 °, which further improves the flow calming.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs geht der Einlasskanalabschnitt in die Übergabeöffnung stufenfrei über. Dies reduziert den Verschließ im Bereich der Übergabeöffnung, weil die Aufprallenergie der abrasiven Partikel gegenüber einem stufenförmigen Übergang von dem Einlasskanalabschnitt auf den Fokussierkanalabschnitt reduziert wird.According to a further development of the focusing tube, the inlet channel section merges step-free into the transfer opening. This reduces the closure in the area of the transfer opening because the impact energy of the abrasive particles is reduced compared to a step-shaped transition from the inlet channel section to the focusing channel section.

Gemäß einer Weiterbildung des Fokussierrohrs ist eine parallel zur Längsachse des Fokussierkanalabschnitts bemessene Länge des Fokussierkanalabschnitts mindestens um einen Faktor fünf, vorzugsweise mindestens einen Faktor zehn, noch mehr bevorzugt mindestens einen Faktor zwanzig, größer ist als eine parallel zur Längsachse des Einlasskanalabschnitts bemessene Länge des Einlasskanalabschnitts. Dadurch wird ein für die Strömungsberuhigung sowie Fokussierung des Schneidstrahls besonders gut geeignetes Längenverhältnis bereitgestellt.According to a further development of the focusing tube, a length of the focusing channel section measured parallel to the longitudinal axis of the focusing channel section is at least a factor of five, preferably at least a factor of ten, even more preferably at least a factor of twenty, greater than a length of the inlet channel section measured parallel to the longitudinal axis of the inlet channel section. This provides a length ratio that is particularly well suited for calming the flow and for focusing the cutting beam.

Die Aufgabe wird auch durch die Verwendung nach Anspruch 15 gelöst.The object is also achieved by the use according to claim 15.

Das Fokussierrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 14 wird zum Schneiden eines Werkstücks verwendet, indem der Fokussierkanalabschnitt mit dem abrasive Partikel enthaltenden Flüssigkeitsstrahl durchströmt wird. Dies ist vorteilhaft, weil die für das Schneiden benötigte Schneidleistung des Flüssigkeitsstrahls aufgrund des reduzierten Verschleißes im Bereich des Fokussierkanalabschnitts über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Der Flüssigkeitsstrahl kann ein Wasserstrahl sein. Die abrasiven Partikel können zum Beispiel Granat-Partikel, Korund-Partikel oder Quarzsand-Partikel sein. Der Druck des Flüssigkeitsstrahls kann beim Eintritt in den Fokussierkanalabschnitt im Bereich von 1000 Bar bis 6000 Bar oder mehr liegen. Der Flüssigkeitsstrahl kann ein Wasserstrahl sein. Üblicherweise enthält der Wasserstrahl auch Luft, so dass eine Mischung aus Wasser, Luft und den abrasiven Partikeln gebildet wird. Das Fokussierrohr kann aus einem Hartmetall (cemented carbide) oder Cermet gebildet sein. Das Werkstück kann aus einem Metall gebildet sein.The focusing tube according to one of Claims 1 to 14 is used for cutting a workpiece by the liquid jet containing abrasive particles flowing through the focusing channel section. This is advantageous because the cutting performance of the liquid jet required for cutting is maintained over a longer period of time due to the reduced wear in the area of the focusing channel section can be. The jet of liquid can be a jet of water. The abrasive particles can be, for example, garnet particles, corundum particles or quartz sand particles. The pressure of the liquid jet on entry into the focusing channel section can be in the range from 1000 bar to 6000 bar or more. The jet of liquid can be a jet of water. The water jet usually also contains air, so that a mixture of water, air and the abrasive particles is formed. The focusing tube can be formed from a hard metal (cemented carbide) or cermet. The workpiece can be formed from a metal.

Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.Further advantages and expediencies of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1:
eine schematische Längsschnittdarstellung eines Fokussierrohrs nach einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2:
eine Stirnseitenansicht des Fokussierrohrs aus Fig. 1;
Fig. 3:
eine perspektivische schematische Darstellung eines Fokussierrohrs nach einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 4:
eine schematische unterbrochene Längsschnittdarstellung des Fokussierrohrs aus Fig. 3;
Fig. 5:
eine Detailvergrößerung der Längsschnittdarstellung aus Fig. 4;
Fig. 6:
ein Diagramm, in welchem der Verschleiß von einem Fokussierrohr im Sinne der vorliegenden Offenbarung und der Verschleiß von einem als Referenz verwendeten Fokussierrohr jeweils als Funktion der Betriebsdauer aufgetragen sind.
From the figures show:
Fig. 1:
a schematic longitudinal sectional view of a focusing tube according to a first embodiment;
Fig. 2:
an end view of the focusing tube Fig. 1 ;
Fig. 3:
a perspective schematic representation of a focusing tube according to a second embodiment;
Fig. 4:
a schematic, interrupted longitudinal sectional view of the focusing tube Fig. 3 ;
Fig. 5:
an enlarged detail of the longitudinal section Fig. 4 ;
Fig. 6:
a diagram in which the wear of a focusing tube within the meaning of the present disclosure and the wear of a focusing tube used as a reference are each plotted as a function of the operating time.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen in schematischer Weise ein Fokussierrohr 1 nach einer ersten Ausführungsform. Anhand der Längsschnittdarstellung aus Fig. 1 wird deutlich, wie der Fokussierverjüngungswinkel im Sinne der vorliegenden Offenbarung zu bestimmen ist. FIGS. 1 and 2 show schematically a focusing tube 1 according to a first embodiment. Based on the longitudinal section Fig. 1 it becomes clear how the focusing taper angle is to be determined in the sense of the present disclosure.

Der Fokussierverjüngungswinkel 2 hat zwei Schenkel, die in Fig. 1 mit den Bezugszeichen 3 und 4 versehen sind. Der Fokussierverjüngungswinkel 2 liegt im Bereich von 0,05° bis 1° und wurde lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 1 größer eingezeichnet. Die Schenkel 3 und 4 liegen in einer Längsschnittebene 5, die mit der Zeichnungsebene von Fig. 1 zusammenfällt. Die Längsschnittebene 5 enthält eine Längsachse 6. Die Längsachse 6 enthält einen Mittelpunkt 7 einer Austrittsöffnung 8, wie die aus einer Zusammenschau von Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich ist. Da die Austrittsöffnung 8 kreisförmig ist, ist der Mittelpunkt 7 das Zentrum eines entsprechenden Kreises. Die Längsachse 6 erstreckt sich in Richtung eines Fokussierkanalabschnitts 9, der von einer Kanalwandung 11 begrenzt ist und sich von der Austrittsöffnung 8 ins Innere des Fokussierrohrs 1 erstreckt, wie dies Fig. 1 zeigt. Der Fokussierkanalabschnitt 9 verjüngt sich Richtung der Austrittsöffnung 8, so dass ein Wasserstrahl, der abrasive Partikel enthält und unter Hochdruck von mindestens 1000 Bar steht, bei einer Durchströmung des Fokussierkanalabschnitts 9 in Richtung der Austrittsöffnung 8 auf den Durchmesser der Austrittsöffnung 8 fokussiert wird und solchermaßen fokussiert aus der Austrittsöffnung 8 frei austritt.The focusing taper angle 2 has two legs that are in Fig. 1 are provided with the reference numerals 3 and 4. The focusing taper angle 2 is in the range from 0.05 ° to 1 ° and was only shown in FIG Fig. 1 drawn larger. The legs 3 and 4 lie in a longitudinal section plane 5, which corresponds to the plane of the drawing Fig. 1 coincides. The longitudinal sectional plane 5 contains a longitudinal axis 6. The longitudinal axis 6 contains a center point 7 of an outlet opening 8, like that from a synopsis of FIG FIGS. 1 and 2 can be seen. Since the outlet opening 8 is circular, the center point 7 is the center of a corresponding circle. The longitudinal axis 6 extends in the direction of a focusing channel section 9, which is delimited by a channel wall 11 and extends from the outlet opening 8 into the interior of the focusing tube 1, as in this case Fig. 1 indicates. The focusing channel section 9 tapers towards the outlet opening 8, so that a water jet, which contains abrasive particles and is under high pressure of at least 1000 bar, is focused on the diameter of the outlet opening 8 when it flows through the focusing channel section 9 in the direction of the outlet opening 8 and is thus focused emerges freely from the outlet opening 8.

Die Längsschnittebene 5 enthält außerdem zwei Punkte 3a und 4a, die einer Innenoberfläche 10 der Kanalwandung 11 zuzuordnen sind und in der Längsschnittebene 5 durch eine gerade Linie 12 verbunden sind, die senkrecht zur Längsachse 6 steht. Die Schenkel 3 und 4 sind Tangenten, die an den Punkten 3a und 4a anliegen.The longitudinal sectional plane 5 also contains two points 3a and 4a, which are to be assigned to an inner surface 10 of the duct wall 11 and are connected in the longitudinal sectional plane 5 by a straight line 12 which is perpendicular to the longitudinal axis 6. The legs 3 and 4 are tangents which lie at the points 3a and 4a.

Aus der Zusammenschau von Fig. 1 und 2 wird deutlich, dass der Fokussierkanalabschnitt 9 kreiskegelstumpfförmig ausgebildet ist. Die zur Innenoberfläche 10 gehörenden Schnittlinien sind daher gerade und fallen mit den Schenkeln bzw. Tangenten 3 und 4 zusammen. Denkbar und auch möglich ist es aber auch, dass der Fokussierkanalabschnitt 9 eine andere Form hat, so dass die Schnittlinien zum Beispiel konvex nach innen gekrümmt wären.From the synopsis of Figs. 1 and 2 it becomes clear that the focusing channel section 9 is designed in the shape of a truncated circular cone. The cutting lines belonging to the inner surface 10 are therefore straight and coincide with the legs or tangents 3 and 4. However, it is also conceivable and also possible for the focusing channel section 9 to have a different shape, so that the cutting lines would be curved convex inwardly, for example.

Fig. 3 bis 5 zeigen ein Fokussierrohr 1' nach einer zweiten Ausführungsform. Das Fokussierrohr 1' ist dem Fokussierrohr 1 analog aufgebaut. So hat das Fokussierrohr 1' einen Fokussierkanalabschnitt 9', der sich von einer Austrittsöffnung 8' aus ins Innere des Fokussierrohrs 1' parallel zu einer Längsachse 6' erstreckt, sich in Richtung der Austrittsöffnung 8' verjüngt und von einer Kanalwandung 11' begrenzt ist. Die Kanalwandung 11' besteht aus einem gesinterten Hartmetall (cemented carbide). Die Kanalwandung 11' ist daher flüssigkeitsundurchlässig. Figures 3 to 5 show a focusing tube 1 'according to a second embodiment. The focusing tube 1 'is constructed analogously to the focusing tube 1. Thus, the focusing tube 1 'has a focusing channel section 9' which extends from an exit opening 8 'into the interior of the focusing tube 1' parallel to a Longitudinal axis 6 'extends, tapers in the direction of the outlet opening 8' and is delimited by a channel wall 11 '. The channel wall 11 'consists of a sintered hard metal (cemented carbide). The channel wall 11 'is therefore impermeable to liquids.

Die Längsachse 6' enthält den Mittelpunkt 8a' der Austrittsöffnung 8'. Die Längsachse 6' und damit der Mittelpunkt 8' sind in einer Längsschnittebene 5' enthalten, die bezüglich der Fig. 1 und 2 beschriebenen Längsschnittebene 5 analog positioniert ist.The longitudinal axis 6 'contains the center point 8a' of the outlet opening 8 '. The longitudinal axis 6 'and thus the center 8' are contained in a longitudinal sectional plane 5 'which, with respect to the Figs. 1 and 2 described longitudinal sectional plane 5 is positioned analogously.

Gegenüber dem Fokussierrohr 1 weist das Fokussierrohr 1' zusätzlich einen Einlasskanalabschnitt 13' auf, der sich von einer Eintrittsöffnung 14' aus ins Innere des Fokussierrohrs 1' erstreckt und sich in Richtung einer Übergabeöffnung 15' verjüngt. Die Übergabeöffnung 15' ist eine mit dem Fokussierkanalabschnitt 9' gemeinsam gebildete innere Öffnung des Fokussierrohrs 1'. Die Übergabeöffnung 15' kann als eine Austrittsöffnung 15' des Eintrittskanalabschnitts 13' und zugleich als Eintrittsöffnung 15' des Fokussierkanalabschnitts 9' bezeichnet werden. Wenn ein Wasserstrahl, der abrasive Partikel enthält und unter Hochdruck von mindestens 1000 Bar steht, aus einer Mischkammer, in welcher die abrasiven Partikel mit dem Wasserstrahl gemischt wurden, in die Eintrittsöffnung 14' eintritt, durchströmt der Wasserstrahl den Eintrittskanalabschnitt 13'. Weil sich der Eintrittskanalabschnitt 13' in Richtung der Übergabeöffnung 15' verjüngt und der Eintrittskanalabschnitt 13' außerhalb der Übergabeöffnung 15' einen größeren Innendurchmesser hat als der Fokussierkanalabschnitt 9', wird die Strömung des Wasserstrahls beruhigt und der Wasserstrahl vorfokussiert. Nachdem der Wasserstrahl in den Fokussierkanalabschnitt 9' durch die Übergabeöffnung 15' eingetreten ist, wird der Wasserstrahl in dem Fokussierkanalabschnitt 9' auf den Durchmesser der Austrittsöffnung 8' fokussiert. Diese Fokussierung bewirkt, dass der Wasserstrahl und damit die abrasiven Partikel auf eine Austrittsgeschwindigkeit bezüglich eines Austritts aus der Austrittsöffnung 8' von mindestens 400 m/s beschleunigt werden.Compared to the focusing tube 1, the focusing tube 1 'additionally has an inlet channel section 13' which extends from an inlet opening 14 'into the interior of the focusing tube 1' and tapers in the direction of a transfer opening 15 '. The transfer opening 15 'is an inner opening of the focusing tube 1' which is formed jointly with the focusing channel section 9 '. The transfer opening 15 'can be referred to as an outlet opening 15' of the inlet channel section 13 'and at the same time as an inlet opening 15' of the focusing channel section 9 '. When a water jet, which contains abrasive particles and is under high pressure of at least 1000 bar, from a mixing chamber in which the abrasive particles were mixed with the water jet, enters the inlet opening 14 ', the water jet flows through the inlet channel section 13'. Because the inlet channel section 13 'tapers in the direction of the transfer opening 15' and the inlet channel section 13 'outside the transfer opening 15' has a larger inner diameter than the focusing channel section 9 ', the flow of the water jet is calmed and the water jet is pre-focused. After the water jet has entered the focusing channel section 9 'through the transfer opening 15', the water jet in the focusing channel section 9 'is focused on the diameter of the outlet opening 8'. This focusing causes the water jet and thus the abrasive particles to be accelerated to an exit speed with respect to an exit from the exit opening 8 'of at least 400 m / s.

Aus Fig. 4 ist besonders gut ersichtlich, dass der Fokussierkanalabschnitt 9' einen Fokussierverjüngungswinkel 2' hat. Der Fokussierverjüngungswinkel 2' beträgt exemplarisch 0,18°. Denkbar und auch möglich sind aber auch andere Fokussierverjüngungswinkel 2' aus dem Bereich von 0,05° bis 1°. Der Fokussierverjüngungswinkel 2' hat zwei Schenkel 3' und 4'. Die Schenkel 3' und 4' sind Tangenten, die in der Längsschnittschnittebene 5' liegen. Die zwei Schenkel 3' und 4' bzw. die Tangenten 3' und 4' liegen an zwei in der Längsschnittschnittebene 5' gegenüberliegenden Punkten 3a' und 4a' einer Innenoberfläche 10' der Kanalwandung 11 ' an. Der Fokussierverjüngungswinkel 2' ist konstant, weil der Fokussierkanalabschnitt 9' kreiskegelstumpfförmig und rotationssymmetrisch um die Längsachse 6' ausgebildet ist.Out Fig. 4 it can be seen particularly clearly that the focusing channel section 9 'has a focusing taper angle 2'. The focusing taper angle 2 'is 0.18 ° by way of example. But others are also conceivable and possible Focusing taper angle 2 'from the range from 0.05 ° to 1 °. The focusing taper angle 2 'has two legs 3' and 4 '. The legs 3 'and 4' are tangents which lie in the longitudinal sectional plane 5 '. The two legs 3 'and 4' or the tangents 3 'and 4' rest on two opposite points 3a 'and 4a' of an inner surface 10 'of the duct wall 11' in the longitudinal sectional plane 5 '. The focusing taper angle 2 'is constant because the focusing channel section 9' is designed to be frustoconical and rotationally symmetrical about the longitudinal axis 6 '.

Der Einlasskanalabschnitt 13' hat einen den Fokussierverjüngungswinkeln 2 und 2' analog definierten Einlassverjüngungswinkel 16'. So hat der Einlassverjüngungswinkel 16' zwei Schenkel 17' und 18', die in der Längsschnittebene 5' liegen, weil der Fokussierkanalabschnitt 9' und der Einlasskanalabschnitt 13' koaxial zueinander angeordnet sind. Die Schenkel 17' und 18' bzw. die Tangenten 17' und 18' liegen in zwei in der Längsschnittebene 5' gegenüberliegenden Punkten 17a' und 18a' einer Innenoberfläche 19' der Kanalwandung 11' an. Der Einlasskanalabschnitt 13' hat eine Längsachse 6', die mit der Längsachse 6' des Fokussierkanalabschnitts 9' zusammenfällt. Die Längsachse 6' des Einlasskanalabschnitts 13' bzw. des Fokussierkanalabschnitts 9' enthält den Mittelpunkt 20' der kreisförmigen Eintrittsöffnung 14'. Der Einlassverjüngungswinkel beträgt 35°. Denkbar und auch möglich sind aber auch andere Einlassverjüngungswinkel aus dem Bereich von 10° bis 90°.The inlet channel section 13 'has an inlet taper angle 16' that is defined analogously to the focusing taper angles 2 and 2 '. The inlet taper angle 16 'has two legs 17' and 18 'which lie in the longitudinal sectional plane 5' because the focusing channel section 9 'and the inlet channel section 13' are arranged coaxially to one another. The legs 17 'and 18' or the tangents 17 'and 18' lie in two opposite points 17a 'and 18a' in the longitudinal sectional plane 5 'on an inner surface 19' of the duct wall 11 '. The inlet channel section 13 'has a longitudinal axis 6' which coincides with the longitudinal axis 6 'of the focusing channel section 9'. The longitudinal axis 6 'of the inlet channel section 13' or of the focusing channel section 9 'contains the center point 20' of the circular inlet opening 14 '. The inlet taper angle is 35 °. However, other inlet taper angles from the range from 10 ° to 90 ° are also conceivable and also possible.

Das Diagramm aus Fig. 6 zeigt die darin als r bezeichnete prozentuale Durchmesservergrößerung einer Austrittsöffnung von einem Fokussierrohr Exp. und einem als Referenz verwenden Fokussierrohr Ref. jeweils als Funktion der Betriebsstunden h. Das Fokussierrohr Exp. und das Fokussierrohr Ref. wurden beide im Bereich ihres Fokussierkanalabschnitts mit einem abrasive Partikel enthaltenden Wasserstrahl bei 6000 Bar bei konstanten Strahlparametern durchströmt. Bei dem Fokussierrohr Exp. war der Fokussierkanalabschnitt dem Fokussierkanalabschnitt 9' analog unter einem Fokussierverjüngungswinkel von 0,18° in Richtung der Austrittsöffnung verjüngt ausgebildet. Bei dem Fokussierrohr hatte der Fokussierkanalabschnitt hingegen einen konstanten Innendurchmesser, also keine Verjüngung in Richtung der Austrittsöffnung. Abgesehen davon unterschieden sich die Fokussierrohre Exp. und Ref. nicht voneinander. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass der für den Bereich von 0,05° bis 1° exemplarisch gewählte Fokussierverjüngungswinkel von 0,18° dafür sorgt, dass der Verschleiß des Fokussierrohrs Exp. bereits ab einer Betriebsdauer von 40 h deutlicher kleiner ist als der Verschleiß des Fokussierrohrs Ref. So hat der Durchmesser der Austrittsöffnung des Fokussierrohrs Exp. nach 100 Betriebsstunden um etwa 16 % zugenommen, wohingegen der Durchmesser der Austrittsöffnung des Fokussierrohrs Ref. nach 100 Betriebsstunden um etwa 26 % zugenommen hat.The diagram out Fig. 6 shows the percentage increase in the diameter of an outlet opening, denoted as r, of a focusing tube Exp. and a focusing tube Ref. used as a reference, each as a function of the operating hours h. The focusing tube Exp. And the focusing tube Ref. Were both flowed through in the area of their focusing channel section with a water jet containing abrasive particles at 6000 bar with constant jet parameters. In the case of the focusing tube Exp., The focusing channel section was designed to be tapered analogously to the focusing channel section 9 'at a focusing taper angle of 0.18 ° in the direction of the exit opening. In the case of the focus tube, on the other hand, the focus channel section had a constant one Inner diameter, i.e. no tapering in the direction of the outlet opening. Apart from that, the focusing tubes Exp. And Ref. Do not differ from one another. Out Fig. 6 It can be seen that the focussing taper angle of 0.18 ° selected as an example for the range from 0.05 ° to 1 ° ensures that the wear on the focusing tube Exp. is significantly less than the wear on the focusing tube Ref after an operating time of 40 h The diameter of the outlet opening of the focusing tube Exp. Has increased by about 16% after 100 operating hours, whereas the diameter of the outlet opening of the focusing tube Ref. Has increased by about 26% after 100 operating hours.

Claims (15)

Fokussierrohr (1, 1'), welches zum Fokussieren eines abrasive Partikel enthaltenden und unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitsstrahls ausgebildet ist, aufweisend einen Fokussierkanalabschnitt (9, 9'), eine Austrittsöffnung (8, 8') zum freien Austritt des Flüssigkeitsstrahls aus dem Fokussierkanalabschnitt (9, 9') und eine den Mittelpunkt (7, 8a') der Austrittsöffnung (8, 8') enthaltende Längsachse (6, 6') des Fokussierkanalabschnitts (9, 9'), wobei der Fokussierkanalabschnitt (9, 9') von einer flüssigkeitsundurchlässigen Kanalwandung (11, 11') begrenzt ist und sich unter einem Fokussierverjüngungswinkel (2, 2') in Richtung der Austrittsöffnung (8, 8') verjüngt, wobei die Schenkel (3, 4) des Fokussierverjüngungswinkels (2, 2') zwei Tangenten (3, 4) sind, die in einer die Längsachse ((6, 6') enthaltenden Längsschnittebene (5, 5') liegen und an zwei in der Längsschnittebene (5, 5') gegenüberliegenden Innenoberflächenpunkten (3a, 4a, 3a', 4a') der Kanalwandung (11, 11') anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokussierverjüngungswinkel (2, 2') im Bereich von 0,05° bis 1° liegt.Focusing tube (1, 1 '), which is designed to focus a liquid jet containing abrasive particles and is under high pressure, having a focusing channel section (9, 9'), an outlet opening (8, 8 ') for the free exit of the liquid jet from the focusing channel section ( 9, 9 ') and a longitudinal axis (6, 6') of the focusing channel section (9, 9 ') containing the center point (7, 8a') of the outlet opening (8, 8 '), the focusing channel section (9, 9') from a liquid-impermeable channel wall (11, 11 ') and tapers at a focusing taper angle (2, 2') in the direction of the outlet opening (8, 8 '), the legs (3, 4) of the focusing taper angle (2, 2') are two tangents (3, 4) which lie in a longitudinal section plane (5, 5 ') containing the longitudinal axis ((6, 6') and at two inner surface points (3a, 4a, 3a ', 4a') rest against the duct wall (11, 11 '), thereby g indicates that the focusing taper angle (2, 2 ') is in the range from 0.05 ° to 1 °. Fokussierrohr (1, 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Fokussierverjüngungswinkel (2, 2') im Bereich von 0,1° bis 0,8° liegt.Focusing tube (1, 1 ') according to Claim 1, characterized in that
that the focusing taper angle (2, 2 ') is in the range from 0.1 ° to 0.8 °. Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der
Fokussierkanalabschnitt (9, 9') an jeder axialen Position bezüglich seiner Längsachse (6, 6') in einem Querschnitt zu dieser Längsachse (6, 6') einen maximalen Durchmesser von 0,5 mm bis 5 mm hat.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the
Focusing channel section (9, 9 ') at each axial position with respect to its longitudinal axis (6, 6') in a cross section to this longitudinal axis (6, 6 ') has a maximum diameter of 0.5 mm to 5 mm. Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der
Fokussierkanalabschnitt (9, 9') rotationssymmetrisch um seine Längsachse (6, 6') ausgebildet ist.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the
Focusing channel section (9, 9 ') is designed to be rotationally symmetrical about its longitudinal axis (6, 6'). Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der
Fokussierkanalabschnitt (9, 9') kegelstumpfförmig ausgebildet.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the
Focusing channel section (9, 9 ') is frustoconical. Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der
Fokussierkanalabschnitt (9, 9') über mindestens 50 % einer parallel zu seiner Längsachse (6, 6') bemessenen Länge des Fokussierrohrs erstreckt.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the
Focusing channel section (9, 9 ') extends over at least 50% of a length of the focusing tube measured parallel to its longitudinal axis (6, 6'). Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der
Fokussierkanalabschnitt (9, 9') über mindestens 70 % der Länge des Fokussierrohrs erstreckt.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the
Focusing channel section (9, 9 ') extends over at least 70% of the length of the focusing tube. Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es einen
Einlasskanalabschnitt (13') aufweist, wobei sich der Einlasskanalabschnitt (13') von einer Eintrittsöffnung (14') zum Eintritt des Flüssigkeitsstrahls in das Fokussierrohr (1, 1') hin zu einer mit dem Fokussierkanalabschnitt (9, 9') gemeinsam gebildeten Übergabeöffnung (15') erstreckt, eine den Mittelpunkt (20) der Eintrittsöffnung (14') enthaltende Längsachse (6') hat und außerhalb von der Übergabeöffnung (15') an jeder axialen Position bezüglich seiner Längsachse (6') in einem Querschnitt zu dieser Längsachse (6') einen maximalen Durchmesser hat, der größer ist als der maximale Durchmesser des Fokussierkanalabschnitts (9, 9').Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that there is a
Inlet channel section (13 '), the inlet channel section (13') extending from an inlet opening (14 ') for the entry of the liquid jet into the focusing tube (1, 1') to a transfer opening formed jointly with the focusing channel section (9, 9 ') (15 ') has a longitudinal axis (6') containing the center point (20) of the inlet opening (14 ') and outside of the transfer opening (15') at each axial position with respect to its longitudinal axis (6 ') in a cross section to this Longitudinal axis (6 ') has a maximum diameter which is greater than the maximum diameter of the focusing channel section (9, 9'). Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (6, 6') des
Fokussierkanalabschnitts (9, 9') und die Längsachse (6') des Einlasskanalabschnitts (13') koaxial zueinander angeordnet sind.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the longitudinal axis (6, 6 ') of the
Focusing channel section (9, 9 ') and the longitudinal axis (6') of the inlet channel section (13 ') are arranged coaxially to one another. Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanalabschnitt (13') von der flüssigkeitsundurchlässigen Kanalwandung (11') begrenzt ist, sich in Richtung der Übergabeöffnung (15') verjüngt und unter einem Einlassverjüngungswinkel (16') erstreckt, wobei die Schenkel (17', 18') des Einlassverjüngungswinkels (16') zwei Tangenten (17', 18') sind, die in einer die Längsachse (6') des Einlasskanalabschnitts (15') enthaltenden Längsschnittebene (5') liegen und an zwei in dieser Längsschnittebene (5') gegenüberliegenden Innenoberflächenpunkten (17a', 18a') der Kanalwandung (11') anliegen, wobei der Einlassverjüngungswinkel (16') außerhalb der Übergabeöffnung (15) größer ist als der Fokussierverjüngungswinkel (2, 2').Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the inlet channel section (13 ') is delimited by the liquid-impermeable channel wall (11'), tapers in the direction of the transfer opening (15 ') and extends at an inlet taper angle (16'), the legs (17 ', 18') ) of the inlet taper angle (16 ') are two tangents (17', 18 ') which lie in a longitudinal section plane (5') containing the longitudinal axis (6 ') of the inlet duct section (15') and at two in this longitudinal section plane (5 ') opposite inner surface points (17a ', 18a') of the channel wall (11 '), the inlet tapering angle (16') outside the transfer opening (15) being greater than the focusing tapering angle (2, 2 '). Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der
Einlassverjüngungswinkel (16') im Bereich von 10° und bis 90° liegt.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the
Inlet taper angle (16 ') is in the range of 10 ° and up to 90 °. Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der
Einlassverjüngungswinkel (16') im Bereich von 27° und bis 37° liegt.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the
Inlet taper angle (16 ') is in the range of 27 ° and up to 37 °. Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanalabschnitt (13) in
die Übergabeöffnung (15) stufenfrei übergeht.Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that the inlet channel section (13) in
the transfer opening (15) passes over step-free. Fokussierrohr (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine parallel zur Längsachse (6, 6') des Fokussierkanalabschnitts (9, 9') bemessene Länge des Fokussierkanalabschnitts (9, 9') mindestens um einen Faktor fünf größer ist als eine parallel zur Längsachse (6') des Einlasskanalabschnitts (13') bemessene Länge des Einlasskanalabschnitts (13').Focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims,
characterized in that a length of the focusing channel section (9, 9 ') measured parallel to the longitudinal axis (6, 6') of the focusing channel section (9, 9 ') is at least a factor of five greater than that parallel to the longitudinal axis (6') of the inlet channel section (13 ') measured length of the inlet channel section (13'). Verwendung eines Fokussierrohrs (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Schneiden eines Werkstücks, indem der Fokussierkanalabschnitt (9, 9') mit dem abrasive Partikel enthaltenden Flüssigkeitsstrahl durchströmt wird.Use of a focusing tube (1, 1 ') according to one of the preceding claims for cutting a workpiece in that the focusing channel section (9, 9') is flowed through with the liquid jet containing abrasive particles.
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