JP2020516467A - ウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】ウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置(1)は、圧力下にある研磨剤‐水懸濁液(13)の供給を行うための圧力容器(11)、ロック室(21)、およびロック室(21)を介して圧力容器(11)に研磨剤を補充するための補充バルブ(19)を有する。補充バルブ(19)はバルブ入口(49)、バルブ出口(51)、バルブ入口(49)とバルブ出口(51)との間に配置されたバルブ室(71)、およびバルブ室(71)内に位置するバルブ本体(67)を有し、バルブ入口(49)はロック室(21)と、バルブ出口(51)は圧力容器(11)と接続されている。補充バルブ(19)は第1の閉位置、第1の開位置および第2の開位置を有し、第1の閉位置においてロック室(21)と圧力容器(11)との間は流体が分離されていて、第1および第2の開位置においてロック室(21)は圧力容器(11)と流体接続されている。【選択図】 図1

Description

本開示は、請求項1に記載された上位概念の特徴を備えたウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置に関する。
ウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置は、研磨剤を添加した高圧ウォータジェットを用いたもので、材料の切断に用いられる。ウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置は、研磨剤が吐出ノズルのところ又はその内部で、既に非常に大きく加速された水の中に初めて送入されるウォータアブレイシブインジェクションジェット式切断装置とは区別されなければならない。ウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置においては、まず高圧下にある水が研磨剤と混合され、その後、該研磨剤‐水懸濁液が吐出ノズル内で加速される。
ウォータアブレイシブインジェクションジェット式切断装置では、研磨剤が吐出ノズルのところで初めて供給されることから、研磨剤を高圧下で水と混合するという問題は存在しないが、ウォータアブレイシブインジェクションジェット式切断装置においては、水に対する研磨剤の割合、したがって、その切断力が大いに制限されている。さらにウォータアブレイシブインジェクションジェット式切断装置においては、気泡によって、ウォータジェット内に吸い上げる際に研磨剤の粒子が効果的に加速されず、また切断噴流内の空気含有量が高いことから、切断性能の低下が引き起こされる。
それに対してウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置においては、水が高圧下で吐出ノズルの上流において気泡なく管理されて研磨剤と混合されることから、水に対する研磨剤の割合をより高く選択することができ、より高い切断力を達成することができる。例えば水流の一部を、圧力容器として形成された研磨剤容器を通して導くことができる。このような切断装置は、例えば欧州特許第1199136号明細書により知られている。この切断装置における技術上の課題は研磨剤の補充であり、それは、補充のためには切断装置の運転を停止する必要があり、研磨剤容器を無圧状態にする必要があり、そしてその後に初めて充填が可能になるからである。しかし産業上の利用においては、研磨剤の充填のために切断装置の運転を停止する必要のない連続切断が望ましい。
欧州特許第2755802号明細書および国際公開第2015/149867号パンフレットには、該切断装置の連続運転を保証するためのエアロック解消装置が記載されている。部分的に2,000バールを超える特に高い圧力のために、このようなエアロック解消装置の確実な開閉は当然のことながら技術上の課題である。その上、研磨剤によるロックバルブの閉塞および/または動作停止が引き起こされ得る。
欧州特許第1199136号明細書 欧州特許第2755802号明細書 国際公開第2015/149867号パンフレット
本明細書に開示される請求項1に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置には、上述の課題に対して、ロックバルブが閉塞または動作停止を起こさず、確実に開閉され得ることで、該切断装置の連続運転が保証されるという利点がある。本開示の有利な形態は、従属請求項、以下の説明および図面に示されている。
本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置は、圧力下にある研磨剤‐水懸濁液を供給するための圧力容器、ロック室、およびロック室を介して圧力容器に研磨剤を補充するための補充バルブを有する。補充バルブは、バルブ入口、バルブ出口、バルブ入口とバルブ出口の間に配置されたバルブ室、およびバルブ室内に位置するバルブ本体を有し、バルブ入口はロック室と、バルブ出口は圧力容器と接続されている。
そこで、補充バルブの確実な開閉が本開示の4つの態様によって保証され、該態様はそれぞれ単独で、あるいは任意に2つ、3つまたは4つ全ての態様を組み合わせることで、補充バルブの閉塞または研磨剤による動作停止の防止に役立つ。
第1の態様により、補充バルブは第1の閉位置、第1の開位置および第2の開位置をとることができ、その際、第1の閉位置においてロック室と圧力容器の間は流体が分離されていて、第1および第2の開位置においてロック室は圧力容器と流体接続されている。好ましくは、該閉位置は第1の開位置と第2の開位置の間にある。それによってバルブ本体には、バルブを第1の開位置の方向または第2の開位置の方向に開放するという2つの運動方向の可能性が存在する。したがって、一方の運動方向に閉塞または動作停止が発生した場合、もう一方の運動方向にバルブ本体を動かして、バルブをもう一方の開位置につけることができる。トルクが一定の閾値を超えない限り、バルブを一方の方向にのみ操作することも当然可能である。
第2の態様により、バルブ室はバルブ本体の閉位置において加圧可能である。バルブ室はこの目的で圧力注入口を有し、これを介してバルブ本体の閉位置においてバルブ室が加圧可能である。すなわちバルブ室は該切断装置の運転開始時において最初は無圧である。その後、圧力容器およびロック室が約2,000バールに加圧されると、高圧力によってバルブ本体がバルブ座に圧迫され、運動が非常に困難またはもはや全く不可能になり得ることが判明した。例えば、圧力容器および/またはロック室の加圧も行う圧力管路のバイパスと接続された圧力注入口を用いて運転開始時の圧力差を大幅に縮小することができ、それにより、バルブ本体は高圧力によって圧迫されない。バルブ入口とバルブ出口がそれぞれ補充バルブの上部と下部に垂直配置されている場合、圧力注入口は例えば補充バルブの側面に配置しておくことができる。
第3の態様により、バルブ室は洗浄可能である。その際、補充バルブは洗浄流入口と洗浄流出口を有し、これらを介してバルブ室が洗浄可能である。バルブ入口とバルブ出口がそれぞれ補充バルブの上部と下部に垂直配置されている場合、例えば洗浄流入口を補充バルブの第1側面に配置し、洗浄流出口を補充バルブの第1側面の径方向反対側に位置する第2側面に配置しておくことができる。それにより、補充バルブの動作停止または閉塞を引き起こす研磨剤を閉位置の間に洗い流すことができる。これは、圧力注入口という第2の態様と組み合わせると、バルブ室が無圧の際に洗浄サイクルを実施することができ、その後、バルブ本体が高圧力によって圧迫されないように、圧力注入口を介してバルブ室を再び加圧することができることから、特に有利である。圧力注入口との組み合わせにおいて、洗浄流出口が洗浄流出バルブを介して閉鎖可能であり、洗浄流出バルブが閉鎖されている際にバルブ室が洗浄流入口を介して加圧可能であれば有利である。すなわち、洗浄流入口は選択的に圧力注入口または洗浄流入口として使用することができる。したがって、その場合は圧力注入口としても洗浄流入口としても機能する入口を1つ必要とするのみである。
第4の態様により、補充バルブは入口側バルブ座と出口側バルブ座を有し、その際、両バルブ座の少なくとも1つは位置調整可能であることによって、バルブ座の相互間隔が調節可能である。したがって、補充バルブは一方では密着しつつ、他方では動作停止を起こさないように最適に調節され得る。該切断装置の運転開始時、温度変動時、研磨剤および/または材料損耗による解除困難な動作停止時に、バルブ座の相互間隔の再調整は有利であり得る。この目的で切断装置のスイッチを切って分解する必要がないように、任意選択で工具用開口部を考慮しておくことができ、該開口部を通して該少なくとも1つの位置調整可能なバルブ座を調節するために工具を中に入れることができる。例えば、該少なくとも1つの位置調整可能なバルブ座が、工具用開口部を通して挿入されたレバーまたはスパナを介して回転可能であり得ることにより、ねじを介して軸方向に位置調整可能であり得る。したがって操作者は、連続運転を保証するために手動で直ちに処置することができる。当然、好ましくはバルブ座の調節を切断装置が無圧の際に保守手順において実施することができる。代替方法または追加として、該再調整はモータを介して管理および/または制御して自動的に行うこともできる。その際、場合によっては起こり得る漏洩は、少なくとも1つの圧力センサによって確認された圧力降下を介して、また、起こり得るバルブ本体の固着は、バルブ本体の運動に必要なトルクを介して認識され得る。これに対する代替方法または追加として、パラメータによるバルブ本体の固着の通知が可能であり、その際、該パラメータはバルブ本体の運動に必要なトルク、例えば補充バルブを開閉するためにバルブ本体を駆動するサーボドライブモータの消費電力と相関している。
任意選択で、第1の態様による、また必要に応じてその他の態様の少なくとも1つと組み合わせた補充バルブの作動原理および制御を顧慮し、バルブ本体は第1の閉位置から第1の方向における回転によって第1の開位置へ、また第2の方向における回転によって第2の開位置へ移動可能であり得る。その際好ましくは、バルブ本体は第2の閉位置を有することができ、その際、バルブ本体は第2の閉位置から第1の方向における回転によって第2の開位置へ、また第2の方向における回転によって、第1の開位置へ移動可能である。任意選択で、バルブ本体は180°の回転によって第1の開位置から第2の開位置へ移動可能であり得る。バルブ本体の入口側または出口側のどちらか一方の損耗がより大きくなる場合があり、したがって損耗を両方の側に分散させることができ、必要に応じてより損耗の少ない側を密閉するべき側に向かって回転できることからも、第2の閉位置は有利であり得る。ここでは、入口側で接続されているロック室が一時的に無加圧である一方で、出口側の圧力容器は加圧されたままであることから、入口側の損耗の方がより大きい可能性がある。
任意選択で、補充バルブはボールバルブとして形成しておくことができ、その際、バルブ本体は基本的に軸方向に貫通孔を備えた球形状であり、その際、バルブ入口とバルブ出口はバルブ本体の径方向において対向する側に配置されていて、その際、第1および第2の開位置において該軸方向の貫通孔はバルブ入口およびバルブ出口と同軸上に位置する。
任意選択で、バルブ本体は軸方向の貫通孔に対して基本的に直交する回転軸を中心に回転可能であり得る。その際、バルブ本体は好ましくはサーボモータの形態のモータを介して管理された駆動が可能である。その際、例えばモータの駆動方向および/または駆動速度および/または駆動トルクは、バルブ本体の駆動に必要なトルク、あるいは該必要トルクと相関する少なくとも1つのパラメータに応じて制御しておくことができる。例えばモータの消費電力すなわちモータ電流は、このような、該必要トルクと相関するパラメータであり得る。
任意選択で、モータはバルブ本体の駆動に必要なトルクに対する閾値、または該必要トルクと相関する少なくとも1つのパラメータに対する閾値を超過した場合に駆動方向が変更されるように制御しておくことができる。代替方法または追加として、該必要トルクは、例えばひずみゲージの形態のトルクセンサ、あるいは所定のモータ出力における回転速度を介して把握され得る。したがってこの場合は、バルブ本体の一方の駆動方向への運動に対する抵抗が大き過ぎる際に、モータを単にもう一方の駆動方向に方向転換することができる。
任意選択で、補充バルブは第2の開位置と第1の開位置の間に第2の閉位置を有することができ、その際、モータは、バルブ本体の駆動に必要なトルクに対する閾値、または該必要トルクと相関する少なくとも1つのパラメータに対する閾値を超過しなければ、駆動方向が同じ方向に留まるように制御しておくことができる。
任意選択で、損耗の認識、あるいは故障事例または保守事例の通知を目的として、バルブ本体の駆動に必要なトルク、または該必要トルクと相関する少なくとも1つのパラメータを、少なくとも1つの時間枠にわたって連続的または非連続的に監視するために形成された監視ユニットを考慮しておくことができる。該監視ユニットはモータ制御装置の一部、または独立した形態であり得る。その際監視ユニットは、トルクのピーク幅および/またはピークの頻度の通知、故障事例または保守事例としての解釈、あるいはモータ制御への使用を目的として、少なくとも1つの時間枠にわたってパラメータを保存することができる。例えば、第1の時間枠においてトルクのピーク幅および/またはピークの頻度が連続的に記録または離散値で記録され、その後例えばバルブ本体の往復運動が開始され、次に第2の時間枠において再びトルクのピーク幅および/またはピークの頻度が連続的に記録または離散値で記録され、最後に第1および第2の時間枠の値が比較され得る。バルブ本体の往復運動によってトルクのピーク幅および/またはピークの頻度が十分に減少しなかった場合は、故障事例または保守事例が通知され得る。
このような故障事例または保守事例においては、第2の態様による必要に応じたバルブ室の加圧、および/または、第3の態様による好ましくは切断装置が無圧の際の保守手順における洗浄が行われ得る。代替方法または追加として、第4の態様により、少なくとも1つのバルブ座の再調整が、好ましくは切断装置が無圧の際に保守手順において行われ得る。当然その処置は全て該切断装置の連続運転の間にも実施することができ、したがって、切断装置の連続運転を損なうことなく、補充バルブの故障事例または保守事例を排除することができる。
任意選択で、該切断装置全体の作動原理を考慮して、補充バルブの上面にはバルブ入口が、下面にはバルブ出口が配置されていて、その際、ロック室は補充バルブの上方に、圧力容器は補充バルブの下方に配置されていることによって、研磨剤は重力の補助を受け、あるいは重力に促進されて、補充バルブを通って流れることができる。圧力容器から上方のロック室に至る戻り管路を介して、流入して来る研磨剤によって圧力容器から押し出された水が、圧力容器から上方のロック室へと流れることができる。この補充の間、ロック室は圧力容器と同様に加圧されていて、研磨剤がロック室から圧力容器内に流入し、水が圧力容器からロック室へと、もはやロック室にはほぼ水しか含まれない状態になるまで押し上げられるという循環が起こっている。該補充過程を加速するために、ポンプによって、好ましくは外部駆動式のインペラを用いて、上記の循環を補助または促進することができ、その際、該ポンプは、好ましくは、研磨剤含有量がより僅かである水か、あるいは研磨剤を全く含まない水を導く戻り管路に配置しておくことができる。この充填過程の間、圧力容器が常に加圧された状態であることから、該切断装置は連続作動を続けることができる。研磨剤の濾過による除外または分離を行って、ポンプの研磨剤による損耗ができるだけ低減されるように、上記循環においてポンプの上流にフィルタまたは分離装置を備えておくことができる。
任意選択で、該切断装置は補充用ファンネルおよび充填バルブを有し、その際、充填バルブはバルブ入口、バルブ出口、バルブ入口とバルブ出口の間に配置されたバルブ室、およびバルブ室内に位置するバルブ本体を有し、その際、バルブ入口は補充用ファンネルと、バルブ出口はロック室と接続されている。したがって、補充バルブが、下部ロックバルブであり得る一方で、充填バルブは、両バルブ間にロック室が位置することによって、上部ロックバルブであり得る。その際、好ましくは該切断装置の連続運転において補充バルブと充填バルブは、決して同時に開放された状態にはならない。補充バルブは、好ましくはロック室から圧力容器への研磨剤の補充過程においてロック室が加圧されている際に開放しておくことができ、一方で、充填バルブは、補充用ファンネルからロック室への研磨剤の再充填過程においてロック室が無加圧の際に開放しておくことができる。補充バルブのみが高圧下で操作される必要があることにより、動作停止および閉塞の問題は、補充バルブに対して起こりやすいのであるが、補充バルブと充填バルブとを基本的に同一構造にしておくことができる。当然、代替方法として、充填バルブをより単純な構造、例えば圧力注入口なし、洗浄流入口および洗浄流出口なし、および/または、調節可能なバルブ座なしで形成しておくこともできる。
本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の第1の実施例の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の第2の実施例の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の第3の実施例の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の第4の実施例の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の第5の実施例の回路図である。 (a)〜(c)は、本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の搬送補助装置の3つの異なる実施形態の部分回路図である。 (a)〜(c)は、本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の研磨剤流制御装置の3つの異なる実施形態の部分回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の研磨剤供給装置の異なる実施形態の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の研磨剤供給装置の異なる実施形態の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の研磨剤供給装置の異なる実施形態の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の研磨剤供給装置の異なる実施形態の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の研磨剤供給装置の異なる実施形態の回路図である。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断方法の実施例の1つのフローチャートである。 本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の実施例の1つによるロック室、アキュムレータおよび高圧管路における圧力‐時間線図である。 (a)〜(b)は、本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の実施例の1つによる2つの異なる開位置における補充バルブのxz平面による横断面図である。 (a)〜(b)は、本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の実施例の1つによる2つの異なる閉位置における補充バルブのxz平面による横断面図である。 (a)〜(b)は、本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の2つの異なる実施例による閉位置における補充バルブのyz平面による横断面図である。 (a)〜(b)は、本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の実施例の1つによる補充バルブの斜視図である。 (a)〜(b)は、本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置の開位置における2つの異なる実施例によるニードルバルブの形態の遮断バルブの横断面図である。
本開示は、図示した実施例に基づき、以下により詳細に説明される。
図1に示したウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置1は、高圧管路5において約1,500バールから4,000バールまでの高圧力p下で水を供給する高圧力源3を有する。高圧管路5は吐出ノズル7と接続されていて、該ノズルから高圧下にある水が非常に速い速度で噴流9として噴出する。噴流9が材料切断用の切断噴流として有効に用いられ得るように、高圧管路5は、該高圧管路5を通る貫流の少なくとも一部が、研磨剤‐水懸濁液13の入った圧力容器11を通って導かれるように分岐している。遮断バルブ15を介して、吐出ノズルへの研磨剤‐水懸濁液13の供給が開始および停止され得る。噴流9における研磨剤‐水懸濁液13の割合はチョーク17を介して、圧力容器11を通って導かれる高圧管路5の側管の流量を絞ることによって調節され得る。チョーク17は、例えばオリフィスの形態で静的に、あるいは調節可能または制御可能に構成しておくことができる。好ましくは、チョーク17は調節可能であり、したがって、チョーク17は必要に応じて圧力容器11への流入を完全に遮断することもできることから、遮断バルブ15なしで済ませることができる。チョーク17は、好ましくは制御可能であり、その際、センサまたは利用可能な作動パラメータから得ることのできる研磨剤取出流の特性を示す信号が、チョーク17の開放を制御するための制御変数として用いられる(図7(a)〜(c)を参照)。
切断の際に、圧力容器11から研磨剤‐水懸濁液13が取り出されて、高圧下で水が供給され、したがってその際、圧力容器11に入っている研磨剤が消費される。そのため圧力容器11には連続的に、または順次、研磨剤が補充される必要がある。この目的で圧力容器11の上方にはボールバルブの形態の補充バルブ19が配置されている。補充バルブ19は、該補充バルブ19の上方に配置されたロック室21を圧力容器11と接続する。一方、ロック室21の上方には充填バルブ23が配置されていて、該充填バルブはロック室21の上方に配置された補充用ファンネル25をロック室21と接続する。充填バルブ23は、基本的にボールバルブの形態の補充バルブ19と同一構造で形成することができる。
補充用ファンネル25は、圧力下に置かれていないため、乾燥した、湿った、または濡れた状態の研磨剤、あるいは研磨剤‐水懸濁液を上から充填することができる(図8〜図12を参照)。この少なくとも一部は、切断噴流9から再利用された研磨剤であり得る。また、搬送装置を介して(図8〜図12を参照)、乾燥した、濡れた、凍った、ペレット状の、または懸濁した形態で、上から補充用ファンネル25に充填することができる。補充バルブ19が閉鎖されている場合、ロック室21は一時的に無圧であり得る。例えば、ロック室21内の圧力は、ニードルバルブの形態の圧力リリーフバルブ27を介して排出口29に排出することができる。ロック室21が無圧の際に充填バルブ23を開放しておくことができ、その結果、研磨剤が補充用ファンネル25からロック室21へと落下する。この重力に依存した研磨剤のロック室21への充填は、ポンプ31によって補助され加速され得る。ポンプ31の吸引側はロック室21と、加圧側は補充用ファンネル25と接続しておくことができる。これによってポンプ31は研磨剤をロック室21に吸引することができる。これはとりわけ、補充用ファンネル25の先細の下部領域で、または充填バルブ23のところで、研磨剤の閉塞が起こる場合に特に有意義である。ポンプ31による下方への研磨剤の吸引によって、閉塞を解消し、または閉塞の発生を防止することができる。ポンプ31を高圧力用に設計する必要がないように、ポンプ31が、ニードルバルブの形態のポンプ遮断バルブ33を用いてロック室21から遮断可能であると有利である。その際、ポンプ遮断バルブ33は、バルブ座および例えばバルブニードルの形態のバルブ本体から研磨剤を洗い流すために、洗浄可能に形成することができる(図19(a)〜(b)を参照)。これによって、ポンプ遮断バルブ33の密閉が保証される一方で、バルブ内の材料の損耗が減少する。ポンプ31は上流側に配置されたフィルタおよび/または分離装置(どちらも図示せず)を用いて研磨剤から最大限保護され得る。
ポンプ遮断バルブ33は、ロック室21が既に無圧である場合のみ開放される。したがって、ポンプ遮断バルブ33には、側面の1つに洗浄流入口、およびその反対側の側面に洗浄流出口が考慮された、図19(a)によるニードルバルブの第1の実施形態が用いられ得る。それに対して、圧力リリーフバルブ27には、チェックバルブが洗浄流入口に考慮された、図19(b)によるニードルバルブの第2の実施形態がより有利である。圧力リリーフバルブ27は、高圧力の際に開放されることから、チェックバルブは洗浄流入口の方向への圧力放出を防止する。洗浄流出口は排出口29に達し得ることから、圧力放出も洗剤排出も専ら排出口29に向かって行われ、洗浄流入口の方向には行われない。
そこで、ロック室21に例えば1kgの研磨剤が充填され次第、充填バルブ23を閉鎖することができる。そこで、さらに圧力リリーフバルブ27およびポンプ遮断バルブ33が閉鎖される。ロック室21は、下部領域に加圧口35を有し、これを介して該ロック室21が加圧可能である。加圧口35は、図1の実施例においては、ニードルバルブの形態の加圧バルブ37を介して遮断可能にアキュムレータ39と、また、チョーク41、42を介して高圧管路5と接続されている。アキュムレータ39は、加圧バルブ37の入口と並列接続された、スプリングアキュムレータの形態のアキュムレータユニットを2つ有する。アキュムレータ39は、チョーク41を介して高圧管路5と接続されている。チョーク41、42は、例えばオリフィスの形態で静的に、あるいは調節可能または制御可能に構成しておくことができる。チョーク41、42が高圧管路5と加圧口35との間の接続を完全に遮断できるレベルまで調節可能であれば、必要に応じて加圧バルブ37なしで済ませることができる。アキュムレータ39は、ロック室21が加圧される前に、完全に圧力が蓄積されている。加圧バルブ37が開放され次第、アキュムレータ39はロック室21に圧力を放出し、それによって、高圧力源3が公称高圧力として高圧管路5内において供給する高圧力pの約40%に至るまでロック室を迅速に加圧する。上記の迅速な部分加圧によって圧力パルスが下からロック室21内に伝えられ、これによって研磨剤がほぐされる。これはその後の研磨剤の圧力容器11への放出に有利である。高圧管路5もチョーク41を介してロック室21と接続されていることから、加圧バルブ37の開放と同時に平行して、流量が絞られた、すなわちより速度の遅い加圧も高圧管路5を通して行われる。アキュムレータ39の圧力放出が完了し次第、ロック室21において必要な残りの、公称高圧力pの約60%の圧力が、専ら高圧管路5からの流量が絞られた、すなわちより速度の遅い加圧によって高められる。したがって、高圧管路5における圧力降下幅は最小限に抑えられる。
図1に示した第1の実施形態においては、アキュムレータ39が圧力放出を完了した瞬間から、直ちにアキュムレータへの圧力の再蓄積が行われる。この場合、高圧管路5はロック室21の残圧の加圧も、アキュムレータ39の加圧も行う。これは特に、アキュムレータ39の圧力蓄積に非常に時間がかかることによって、補充進捗率がアキュムレータ39の圧力蓄積時間に左右される場合に有利である。
図2に示した第2の実施形態においては、アキュムレータ39はニードルバルブの形態のアキュムレータバルブ43を用いて遮断可能である。アキュムレータ39が圧力放出を完了した時点でアキュムレータバルブ43を遮断することができ、高圧管路5に対してロック室21の加圧中にさらにアキュムレータ39への圧力蓄積による負荷をかけないようにする。このような負荷は高圧管路5における圧力降下を引き起こす可能性があり、これは吐出ノズル7における切断性能にマイナスの影響を及ぼし得る。したがって、ロック室21が完全に加圧されて加圧バルブ37が閉鎖された際に初めて、高圧管路5からチョーク41を介してアキュムレータ39に圧力を蓄積できるように、アキュムレータバルブ43を開放することが有利である。これは特に、アキュムレータ39の圧力蓄積にそれほど時間がかからないことによって、補充進捗率がアキュムレータ39の圧力蓄積時間に左右されない場合に有利である。ロック室21の充填および圧力容器11の補充は、通常、アキュムレータ39の圧力蓄積より時間が長くかかり得る。チョーク41は、アキュムレータ39の加圧ができるだけゆっくり進行するが、ロック室21の次回の加圧サイクルの前にはアキュムレータ39に完全に圧力を蓄積しておくのに十分な速さで進行するように、調節しておくことができる。
図3による第3の実施形態においては、アキュムレータ39は全く使用されず、ロック室21は専ら高圧管路5からチョーク41を介して加圧される。これは、高圧力源3が例えばサーボポンプ制御システムを介して最初の圧力降下に非常に迅速に反応し、ポンプ出力が相応に迅速に適合できることによって、そもそも大幅な圧力降下に至らない場合に有利である。圧力センサを介して高圧力源3に最初の圧力降下を伝達できることにより、高圧力源3は出力を上昇つまり回転数を増加させて、さらなる圧力降下を迅速に阻止することができる。チョーク41を介して既に最初の圧力降下を緩和できることによって、いかなる時点においても、切断性能を著しく損なう圧力降下に至ることはない。
そこで、ロック室21が完全に加圧され次第、研磨剤が重力に依存して、あるいは重力の補助を受けてロック室21から補充バルブ19を通って圧力容器11内に流れ得るように、補充バルブ19を開放することができ、圧力容器11に研磨剤が補充され得る。好ましくは、例えばポンプの形態の搬送補助装置45が考慮されていて、その吸引側は圧力容器11と、加圧側はロック室21と接続されている。搬送補助装置45は、ロック室21から下方の圧力容器11への研磨剤流を補助または生成する。該装置は、研磨剤の閉塞を防止または解除し、重力に依存した、あるいは重力に補助された補充過程を加速することができる。補充用ファンネル25におけるポンプ31とは異なり、圧力容器11における搬送補助装置45は、公称高圧力p下の水を用いて作動する。したがって、該装置は、高圧操作用に設計されている必要がある。例えば該装置は、図6(b)に示したように、誘導方式で駆動される羽根車のみを高圧内に有することができ、したがって、高圧下にある可動部品の数が最小限に抑えられている。搬送補助装置遮断バルブ47は、搬送補助装置45とロック室21との間に配置されていて、その際、ニードルバルブの形態の搬送補助装置遮断バルブ47は、ロック室21が未だ、あるいは完全には加圧されていない場合に、ポンプ47をロック室21に対して遮断することができる。好ましくは、搬送補助装置遮断バルブ47は、高圧下で操作されることから、洗浄流入口にチェックバルブを備えた図19(b)による洗浄可能なニードルバルブである。
図6(a)〜(c)は、搬送補助装置45に対する様々な代替実施形態を示す。搬送補助装置45は、例えば回転軸を介して外側から駆動されるインペラ(図6(a)を参照)、あるいは誘導方式で駆動されるインペラ(図6(b)を参照)を有し得る。搬送補助装置45は、ピストン行程を介して研磨剤の圧力容器11への補充を補助することもできる(図6(c)を参照)。搬送補助装置45は、ポンプ輸送すなわち搬送を連続的に、あるいは一時的すなわちパルス状に行うことができる。圧力容器11への研磨剤流が最初のみ補助されて、その後は重力による補助のみで十分迅速に続行される場合は、必要に応じてこれで十分であり得る。代替方法または追加として、圧力容器11への研磨剤流は連続的に補助または生成され得る。
補充バルブ19は、上部にバルブ入口49と、下部にバルブ出口51を有する以外に、側面には圧力注入口53も有する。圧力注入口53を介して、可動のバルブ本体を内部に備えたバルブ室が加圧され得る。つまり、バルブ室の加圧なしでは、該切断装置の運転開始時にバルブ入口49とバルブ出口51にかかる非常に高い圧力によってバルブ本体がバルブ座に非常に強く押圧され、その結果バルブ本体がもはや動作不能になる可能性がある。側面の圧力注入口53を介して補充バルブ19内で均一な圧力を確立することができ、その結果、バルブ本体は運転開始後に動作可能である。
図4および図5にそれぞれ示した第4および第5の実施例においては、補充バルブ19に対する洗浄が考慮されている。この目的で、洗浄供給源55を圧力注入口53と遮断可能に接続しておくことができる(図4を参照)。好ましくは、3つの洗浄バルブ57、59、61が、洗浄の開始と停止を可能にするため、すなわち高圧力から分離するために考慮されている。ニードルバルブの形態の第1の洗浄バルブ57は、搬送補助装置45と圧力注入口53との間に配置されている。第2の洗浄バルブ59は、ここでは洗浄流出バルブ59とも呼ばれ、ニードルバルブの形態で、側面の洗浄流出口63と排出口65との間に配置されている。ニードルバルブの形態の第3の洗浄バルブ61は、洗浄供給源55と圧力注入口53との間に配置されている。
そこで、補充バルブ19のバルブ室から残留研磨剤を取り除くことができるように、補充バルブ19を水または水と洗剤との混合物を用いて洗浄する目的で、該補充バルブ19は、好ましくは閉鎖されている。搬送補助装置45のところで圧力を放出せずに、圧力注入口53から圧力を放出することができるように、第1の洗浄バルブ57も同様に閉鎖される。第2の洗浄バルブ59は、排出口65の方に開放され、それによって場合によっては存在する高圧力がバルブ室から放出され得る。そこで、第3の洗浄バルブ61が開放されると、水または水と洗剤との混合物がバルブ室を通って排出口65へと流れ、これによって該バルブ室から残留研磨剤を洗い流す。好ましくは、補充バルブ19の洗浄は、バルブ室を完全に洗浄することができ、その際、必要に応じてバルブ本体を動かすことができるように、該切断装置1が完全に無圧の際に保守手順として実施される。
図4に示す第4の実施形態に対する代替形態として、図5に示す第5の実施形態において、圧力注入口53とは別に洗浄流入口66が考慮される(図15(a)〜(b)および図17(a)〜(b)も参照)。圧力注入口53はサーボモータシャフト86と同軸上で、同シャフトに対向する側に配置しておくことができ、その際、洗浄流入口66と洗浄流出口63はサーボモータシャフト86に対して直交し、相互に同軸上で、それぞれ反対側に配置しておくことができる。
洗浄は、3つの洗浄バルブ57、59、61を逆の順序で閉鎖することによって再び終了される。すなわち、最初に第3の洗浄バルブ61を閉鎖することによって洗浄流が停止される。その後、第2の洗浄バルブ59を閉鎖して、バルブ室を排出口65に対して閉鎖する。最後に、バルブ室に高圧力を印加するために、第1の洗浄バルブ57を開放することができる。バルブ室の加圧が有利であるのは、バルブ出口51またはバルブ入口49とバルブ室との間の圧力差が大きいことによって、補充バルブ19内においてバルブ本体がバルブ座に非常に強く押圧される場合があり、その結果、バルブ本体がもはや動作不能になるからである。これに対して、バルブ室の加圧によって圧力の均一化が行われることにより、バルブ本体が補充バルブ19内で可動性を維持する。
図7(a)〜(c)による部分回路図において、研磨剤取出流のより好ましい制御方式が明示される。研磨剤を切断噴流9に混合する目的で、高圧管路5の分岐管路が研磨剤懸濁液13を充填した圧力容器11を通って導かれている。圧力容器11の下部領域に配置された取出箇所68は、研磨剤輸送管70を介して吐出ノズル7と接続されていて、高圧管路5の分岐管路は、制御バルブまたは制御可能なチョーク17を介して圧力容器11の上部領域に導かれている。圧力容器11の下流において、研磨剤輸送管が吐出ノズル7の前で再び高圧管路5と合流することによって、切断噴流には研磨剤懸濁液と水が例えば1:9の混合比で含まれる。その場合、該混合比は入口側で圧力容器11と接続されている制御バルブまたはチョーク17を介して制御可能である。制御バルブ17が最大開位置にある場合、研磨剤取出流は最大であり、その混合比は最大である。制御バルブ17が最小開位置または閉位置にある場合(図7(b)または図7(c)を参照)、研磨剤取出流はそれぞれ最小またはゼロであり、前者ではその混合比は相応に僅かであり、後者の場合は切断噴流9には水しか含まれない。
そこで、実際の研磨剤取出流の測定および制御が、様々な理由から有利である。1つには、特定の材料、被加工物または被加工物の部分品を切断するには、特定の混合比が最適であり、その場合に切断性能を達成するのに必要な分だけ研磨剤が取り出される。被加工物が不均質である場合は、切断中に混合比により切断性能を調整することができる。もう1つには、連続切断を行うために圧力容器11の中に研磨剤懸濁液13が常に十分存在するように、研磨剤取出流に応じて圧力容器11への研磨剤の補充を管理することができる。図7(a)〜(c)において、圧力容器11における研磨剤の4つの異なる充填レベルが、それぞれ破線の円錐形によって明示されている。最大充填レベル円錐Fmaxと最小充填レベル円錐Fminとの間に、2つのさらなる充填レベル円錐FとFが示されていて、Fmax>F>F>Fminである。ここでもう一度、該切断装置1全体、そして特に圧力容器11が完全にエアレスであることを指摘しておく必要がある。すなわち、該充填レベル円錐は高圧を印加した水の中に位置する。最大充填レベル円錐Fmaxの位置は、これ以上圧力容器11に研磨剤を補充すると、補充バルブ19への逆流が発生することによって定められている。最小充填レベル円錐Fminの位置は、これ以上研磨剤を取り出すと、出口側の研磨剤輸送管70における研磨剤懸濁液の研磨剤の割合が減少することによって定められている。
図7(a)および図7(b)に示したように、充填レベル円錐への到達を通知するために、圧力容器11に充填レベルセンサ72、74、76を配置しておくことができる。充填レベルセンサ72、74、76は例えば超音波センサ、光学センサまたは光バリア、電磁センサ、あるいは他の方式のセンサであり得る。ここでは、充填レベルセンサ72、74、76は超音波センサであり、充填レベル円錐への到達を固体伝播音の変化によって通知することができる。上部の充填レベルセンサ72は、例えば充填レベル円錐Fへの到達の通知と、タイマの開始すなわち時点tの設定を行うことができる。下部の充填レベルセンサ74は、例えば充填レベル円錐Fへの到達の通知と、Δt経過後にタイマの停止すなわち時点tの設定を行うことができる。圧力容器11の周知の形状および充填レベルセンサ72、74の垂直距離によって、平均研磨剤取出流がΔV/ΔtすなわちΔV/(t−t)として算出され得る。第3の最下部の充填レベルセンサ76は、最小充填レベル円錐Fminを通知し、直ちに遮断バルブ15の遮断を実施し、圧力容器11が空になるのを防止することができる。図7(b)により、研磨剤取出流の算出およびその制御を行うために、例えば高圧力源3のポンプ回転数といった他の作動パラメータを制御バルブ17に対する制御変数として考慮に入れることもできる。図7(c)に示したように、研磨剤流つまり混合比は適切なセンサ79を用いて研磨剤輸送管70のところ、より詳しくは吐出ノズル7の前においても算出され、制御バルブ17に対する制御変数として用いられ得る。
充填レベルセンサ72、74は、補充サイクルの管理すなわち計時にも用いられ得る。例えば、上部の充填レベルセンサ72の上方の、充填レベル円錐Fと最大充填レベル円錐Fmaxとの間は、ロック室21の1回の充填量が適合し得る。充填レベル円錐がFより下に下がると、上部の充填レベルセンサ72がロック室21の充填を開始することができ、これによって、下部の充填レベルセンサ74が充填レベル円錐Fを通知する際には、ロック室が完全に充填されていることによって、充填されたロック室21から圧力容器11への補充を開始することができる。これによって、充填レベル円錐が最小充填レベル円錐Fminまで低下することが回避される。同様に最小充填レベル円錐Fminと充填レベル円錐Fとの間は、バッファとしてロック室21の少なくとも1回の充填量が適合し得る。特定の充填レベルにおけるロック室21の充填開始に対する代替方法として、圧力容器11の補充が終了し次第、自動的に常に直ちにロック室21を再充填することができる。その場合は、充填レベル円錐Fにおいてロック室21からの補充を開始する必要があるのみである。上部の充填レベルセンサ72と下部の充填レベルセンサ74との間の垂直距離は、例えばFとF間の低下時間がロック室21の充填過程にかかる時間より短くなるように、比較的短く選択され得る。垂直距離をより短くすることで、平均研磨剤取出流ΔV/ΔtすなわちΔV/(t−t)がより頻繁に算出され、したがって実際の研磨剤取出流dV/dtがより正確に示され得る。
図8から図12は、乾燥した、濡れた、湿った、懸濁した、凍った、ペレット状の形態の、または他の形態の研磨剤を補充用ファンネル25または直接充填バルブ23に供給するための、様々な可能性を示す。図8において考慮されている予充填容器78は、そこからポンプ80を用いて研磨剤懸濁液が補充用ファンネル25に搬送される。補充用ファンネルの溢水口82を介して、補充用ファンネル25の充填時に沈下する研磨剤によって押し出される水が流出し得る。
図9において考慮されている予充填容器78は、そこからスクリューコンベア84および/またはベルトコンベア85を用いて乾燥粉末状または湿った塊状の研磨剤が補充用ファンネル25に搬送される。この場合にも、補充用ファンネル25の溢水口82を介して、補充用ファンネル25の充填時に沈下する研磨剤によって押し出される水が流出し得る。研磨剤は、例えば切断工程後に切断噴流9の廃水から取り出し、処理しておくことができ、したがって、さらなる切断工程に対して使用可能である。周知のウォータアブレイシブインジェクションジェット式切断装置に対するこの切断装置の利点は、上記のような再処理された研磨剤を乾燥させる必要なく、湿った塊状または任意の形態でこの切断装置に充填できることである。
図10においては、溢水口82ではなく、補充用ファンネル25と予充填容器78との間の循環が考慮されていて、その際、ポンプ80は補充用ファンネル25の出口側で補充用ファンネル25に研磨剤を充填するための循環を作動させる。この場合、補充用ファンネル25は、好ましくは閉鎖されていて、それによってポンプ80が予充填容器78から研磨剤懸濁液を吸引することができる。この場合に有利であるのは、ポンプ80が比較的きれいな水を搬送し、図8におけるように研磨剤飽和懸濁液を搬送しないことである。それによってポンプ80内の損耗が低減する。さらに、研磨剤懸濁液の吸引は加圧より閉塞を起こしにくい。図11に示したように、研磨剤を補充用ファンネル25に搬送する目的で、スクリューコンベア84を補充用ファンネル25への入口側に配置しておくことも当然可能である。これは、予充填容器78内に存在するのが研磨剤懸濁液ではなく、乾燥粉末状または湿った塊の形態の研磨剤である場合に特に有利である。
さらに、スクリューコンベア84またはポンプ80を介した搬送が十分迅速に、かつ制御されて直接充填バルブ23へと行われる場合は、補充用ファンネル25を全く使用せずに済ませることも可能である(図12を参照)。ポンプ遮断バルブ33を介して、ロック室21の充填時に研磨剤によって押し出された水を、ロック室21から補充用ファンネル25へと運び戻すことができる。これは、研磨剤をさらに積極的にロック室21へと吸引するための、図1から図5によるポンプ31を用いても補助され得る。
圧力容器11への研磨剤の補充は、本明細書に開示されるウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断方法の実施例に従い、分割して周期的に行われるが、一方で、加工すべき被加工物は、切断噴流9を用いて連続的に切断することができる。図13により手順の段階が時系列で図解される。第1段階301において、高圧力源3を用いて高圧管路5内で高圧下で水が供給される。それによって、その後同様に圧力容器11内で圧力下にある研磨剤懸濁液が供給される(303)。それによって、その後圧力容器11から研磨剤懸濁液を取り出しつつ、少なくともその一部に研磨剤懸濁液を含む高圧ジェット9を用いて、既に被加工物を切断することができる(305)。段階307から311は、連続切断(305)の間に分割して周期的に行う圧力容器11への研磨剤の補充に用いられる。まず、無加圧のロック室21に研磨剤または研磨剤懸濁液が充填される(307)。充填中、搬送補助装置45は、搬送補助装置遮断バルブ47によって無加圧のロック室21から遮断されている。次に、ポンプ31がロック室21から遮断される(308)。その後、ロック室が少なくとも部分的にアキュムレータ39の圧力放出によって加圧され(309)、最後に、加圧されたロック室21から補充バルブ19を介して圧力容器11に研磨剤または研磨剤懸濁液が補充される(311)。補充(311)の際、搬送補助装置45は、開放された搬送補助装置遮断バルブ47を介して、加圧されたロック室21と流体接続されている。補充(311)の後、次回の充填段階に備えてロック室21の圧力を圧力リリーフバルブ27を介して排出口29に逃すことができるように、搬送補助装置遮断バルブ47並びに加圧バルブ37および補充バルブ19が遮断される。
ロック室21の充填(307)の間、あるいは圧力容器11の補充(311)の間に、高圧管路5からチョーク41を介してアキュムレータに圧力が蓄積され得る(313)。アキュムレータ39からのロック室21の加圧(309)と同時に、高圧管路5からチョーク41を介したロック室21の少なくとも部分的な加圧が開始され得る(315)。この速度の遅い、流量を絞った高圧管路5からの加圧(315)は、アキュムレータ39の圧力放出による迅速な加圧(309)より長く持続し得る。換言すれば、第1の時間枠Aの間に、アキュムレータ39の圧力放出によるロック室21の加圧(309)を、そして第2の時間枠Bの間に、高圧管路5によるロック室21の加圧(315)を行うことができ、その際、第1の時間枠Aと第2の時間枠Bは少なくとも部分的に、好ましくはその開始時において重なり合う。
アキュムレータの圧力放出によるロック室21の加圧(309)は、ロック室21内にある研磨剤が圧力サージによってほぐされるように、迅速に行われ得る。その際、アキュムレータ39の圧力放出によるロック室の加圧(309)は、場合によっては起こり得る研磨剤の閉塞が上部領域より下部領域において発生しやすいことから、好ましくはロック室21の下部領域において行われる。
任意選択で、充填(307)および補充(311)の間、ロック室21の加圧口35は、アキュムレータ39および/または高圧管路5から遮断されている。したがって、充填(307)および/または補充(311)の間にアキュムレータ39の圧力蓄積(313)を行うことができる。その際、エネルギーはスプリングまたは流体の圧縮を介して、例えばスプリング式またはブラダ型アキュムレータとして形成しておくことのできるアキュムレータ39に蓄積され得る。充填(307)、加圧(309)および補充(311)は周期的に進行し得るが、一方で切断(305)は連続的に実施することができる。
任意選択で、アキュムレータ39の圧力放出によるロック室21の加圧(309)の後に、まずアキュムレータバルブ43を用いてアキュムレータ39を高圧管路5から遮断することができる。アキュムレータバルブ43は好ましくは、ロック室21が高圧管路5からチョーク41を介して加圧された場合に初めて、アキュムレータ39の蓄圧のために再び開放され得る。
図14は、ロック室21(上)、アキュムレータ39(中央)、および高圧管路5(下)における圧力pの典型的な経時的推移を明らかにする。無加圧のロック室21内の圧力は、最初は大気圧であり、ここではゼロ線上にある。ロック室21は加圧(309)開始前のこの無加圧段階において、時点tで充填される(307)。
加圧(309)、(315)は時点tで開始する。そこで、第1の短い時間枠A=t−tの間に、ロック室21はアキュムレータ39の圧力放出から公称高圧力pの40%にまで加圧される(309)。その後アキュムレータ39は、時点tで最小値にまで圧力が放出されていて、その後、図2の第2の実施例によるアキュムレータバルブ43を介して遮断される。ロック室21は当然、第2のより長い時間枠B=t−tの間にゆっくりと高圧管路5からチョーク41を介してさらに加圧され(315)、時点tで公称高圧力pに到達した状態になる。ロック室21の加圧(309)、(315)にかかる時間は5秒から10秒である。時点tでロック室21において公称高圧力pに到達し次第、補充(311)を開始して、同時にアキュムレータ39に圧力を再び蓄積する(313)ことができる。アキュムレータ39なしの図3による実施形態において、ロック室21は高圧管路5から時間枠Bに渡ってチョーク41を介して完全に加圧される。
時点tとtの間で補充バルブ19は開放されていて、したがって研磨剤が圧力容器11に流入し得る。時点tで、研磨剤はロック室21から圧力容器11に完全に流入していて、補充段階311は完了している。充填(307)のために、圧力をロック室21から圧力リリーフバルブ27を介して排出口29へと比較的迅速に排出することができ、時点tでロック室21内は再び低圧力になる。その後、ロック室21の充填(307)から始まる新たな補充サイクルを開始することができる。アキュムレータ39には、好ましくはできるだけゆっくりと、流量を絞って、時点tより高圧管路5から再び圧力が蓄積され、時点tで加圧(309)のために再び完全に圧力が蓄積された状態になる。下のグラフは、時点tにおける加圧バルブ37の開放時と、時点tにおけるアキュムレータバルブ43の開放時の高圧管路5におけるそれぞれの圧力降下を示す。圧力降下幅は、チョーク41を介してそれぞれ、切断噴流9の切断性能を著しく損なうことのない程度に低減されている。
図15(a)および図15(b)は、それぞれ補充バルブ19の異なる開位置を示す横断面詳細図である。補充バルブ19は、バルブ入口49およびバルブ出口51に高圧力のかかった状態で操作する必要があることから、補充バルブ19の操作が支障のないものであるのは技術上の課題である。そこで、補充バルブ19の確実な開閉が4つの下位態様によって保証され、該下位態様はそれぞれ単独で、あるいは任意に2つ、3つまたは4つ全ての下位態様を組み合わせることで、補充バルブ19の閉塞または研磨剤による動作停止の防止に役立つ。
好ましくは、ボールバルブとして形成された補充バルブ19は、上から下への垂直の流方向Dを持ち、中央に配置され流方向Dに対して直交する回転軸Rで回転可能な、表面が球状のバルブ本体67を有する。バルブ本体67は、中央に貫通孔69を有し、これは図15(a)および図15(b)に示した開位置においては、流方向Dに対して平行かつ回転軸Rに対して直角に延びる。図15(a)による第1の開位置は、図15(b)による第2の開位置とは、バルブ本体67が回転軸Rに対して180°回転しているという点で区別される。バルブ本体67は、バルブ室71内において上部バルブ座73と下部バルブ座75の間に位置する。上部バルブ座73はバルブ入口49を、下部バルブ座75はバルブ出口51を形成する。上部バルブ座73と下部バルブ座75は相互に同軸配置、かつ垂直な流方向Dとも同軸上に配置されている。バルブ室71は、側面の洗浄流入口66、および洗浄流入口66の径方向反対側に位置する洗浄流出口63を介して、好ましくは補充バルブ19が完全に無圧の際に洗浄可能である。
第1の下位態様により、補充バルブ19は、第1の閉位置(図16(a))、第1の開位置(図15(a))および第2の開位置(図15(b))につくことができ、その際、第1の閉位置(図16(a))においてはロック室21と圧力容器11の間で流体が分離されていて、第1および第2の開位置(図15(a)〜(b))においてはロック室21と圧力容器11は流体接続されている。第1の開位置および第2の開位置は、バルブ本体67が左右対称であることから、基本的にほとんど区別不可能である。バルブ本体67は、回転軸Rで1つの方向に任意の程度回転され得ることから、回転方向の転換は原則として不要であり、回転に必要なトルクが一定の閾値を超えない限り、バルブ本体67は1つの回転方向にのみ操作され得る。図16(a)の第1の閉位置は、ここでは第1の開位置と第2の開位置の間で90°の位置にある。この場合、第1の閉位置に対して回転軸Rで180°回転されている第2の閉位置(図16(b)を参照)も存在する。貫通孔69は、図16(a)および図16(b)に示した閉位置において、流方向Dに対しても回転軸Rに対しても直角に延びることによって、バルブ本体67が上部バルブ座73のバルブ入口49および下部バルブ座75のバルブ出口51を密閉する。ここでは、任意の洗浄流入口66および洗浄流出口63は図示していないが、考慮しておくことはできる。したがって、これにより、1つの運動方向が一時的に極度に高いトルクを必要とする場合に、第1の開位置/閉位置の方向または第2の開位置/閉位置の方向に補充バルブ19を開放または閉鎖するという2つの運動方向の可能性が、バルブ本体67に対して常に存在する。したがって、1つの運動方向において閉塞または動作停止が発生した場合、バルブ本体67をもう一方の運動方向に動かすことができ、バルブ19をもう一方の開位置/閉位置に移動させることができる。その際、プラスの副次的効果として、方向転換によって閉塞または動作停止が解除される場合があり、その結果として、次の操作時にはその前に動作停止を起こしていた運動方向が再び解放される。補充バルブ19は、例えばバルブ本体67の両方の運動方向への操作が非常に困難である場合に、何度も方向転換することによる振動によっても解放され得る。
第2の下位態様により、バルブ室71は、バルブ本体67の閉位置において加圧可能である。図17(a)〜(b)により、バルブ室71は、この目的で圧力注入口53を有し、該注入口を介してバルブ室71はバルブ本体67の閉位置において加圧可能である。圧力注入口53は、ここではyz平面においてサーボモータシャフト86と同軸上で、該シャフトの反対側に配置されている。この代替方法として、圧力注入口53は、これに対して直交するxz平面に位置することもでき、場合によっては必要に応じて洗浄流入口66として用いられ得る。サーボモータシャフト86を介してバルブ本体67は、回転軸Rで回転される。最初は無圧の該切断装置1の運転開始時または運転再開時において、バルブ室71は当初無圧である。その後、圧力容器11およびロック室21が約2,000バールに加圧されると、バルブ室71の中が低圧力であるのと同時に、入口側と出口側が高圧力であることによって、バルブ本体67がバルブ座73、75に挟み込まれて、運動が非常に困難またはもはや全く不可能であり得る。圧力注入口53を用いて、運転開始時のバルブ室71とバルブ入口49またはバルブ出口51との間の圧力差を十分に縮小することができ、その結果、バルブ本体67は、高圧力によって挟み込まれることがない。図17(b)においては、第4の下位態様による上部バルブ座73が調節装置を介して調節可能に示されている。その際、上部バルブ座73は、雄ねじを介して流方向Dを中心にz方向へ回転することによって位置を定めることができる。該回転は外側から操作面77に作用するレバー88によって手動またはモータ駆動で実行され得る。
第3の下位態様により、バルブ室は、例えば図15(a)〜(b)に示したように、洗浄可能である。その際、補充バルブは洗浄流入口66および洗浄流出口63を有し、これらを介してバルブ室71が洗浄可能である。その際、圧力注入口53を選択的に洗浄流入口66として用いることができる。これは、特に圧力注入口53という第2の下位態様との組み合わせにおいて有利であり、それは、バルブ室71が無圧、すなわち切断装置1が完全に無圧の場合に洗浄サイクルを実施することができ、その後、該切断装置1の運転再開時にバルブ本体67が高圧力によって挟み込まれないように、圧力注入口53を介してバルブ室71を再度加圧することができるからである。
第4の下位態様により、補充バルブは、入口側に上部バルブ座73を、出口側に下部バルブ座75を有し、その際、バルブ座73、75の少なくとも1つが調節可能であることによって、バルブ座73、75の相互間隔が調節可能である。したがって、補充バルブ19は、一方では密着しつつ、他方では動作停止を起こさないように最適に調節され得る。該切断装置の運転開始時、温度変動時、研磨剤および/または材料損耗による解除困難な動作停止時に、バルブ座73、75の相互間隔の再調整は有利であり得る。このために該切断装置のスイッチを切って分解する必要がないように、図18(a)に示したように工具用開口部90を考慮しておくことができ、該少なくとも1つの位置調整可能なバルブ座73を調節するために、該開口部を通してレバー88の形態の工具を中に入れることができる。好ましくは、バルブ座73の調節は当然該切断装置1が無圧の際に保守手順において実施される。この例においては、上部の入口側バルブ座73が雄ねじを介して流方向Dに沿って軸方向に位置調整可能である。レバー88は、バルブ座73を回転するために、円周側に配置された操作面77(図18(b)を参照)に外側から取り付けることができる。したがって、補充バルブ19を該切断装置1から分離または解体する必要はない。したがって、操作者は、連続運転を保証するために手動で直ちに処置を行うこと、あるいはバルブ座73の調節を保守手順として実施するために該切断装置1のスイッチを切って減圧することができる。代替方法または追加として、再調整をモータを介して自動的に管理および/または制御して行うこともできる。
バルブ本体67は、好ましくは、図示されないサーボモータを介して制御されて、回転軸Rを中心に回転される。その際、必要に応じて測定されたモータのトルクまたは消費電力を監視することができることから、閾値を超えた場合に回転方向をもう一方の開位置または閉位置の方に切り替えることができる。代替方法または追加として、ピークトルクまたはピーク電力を一定時間記録し、この記録に基づいて故障事例または保守事例を通知することができる。例えば、バルブ座73の再調整の必要性が示される。
図19(a)〜(b)には、洗浄可能なニードルバルブの2つの実施形態が示され、これは、例えば遮断バルブ15、27、33、37、47の1つまたは複数として、あるいは該切断装置1の他の箇所に使用することができる。図19(a)によるニードルバルブは、好ましくは、ニードルバルブが高圧下で開閉する必要のない箇所、例えばポンプ遮断バルブ33としてロック室21の充填を補助するための循環部に装備される。ポンプ遮断バルブ33は、その際高圧入口92を有し、高圧入口92は、該入口と同軸配置され軸方向における位置が設定可能なニードル94を用いて、低圧出口95に対して遮断可能である。ニードル94は、高圧入口92の側の先端に円錐形閉鎖面96を有し、遮断するために該閉鎖面をバルブ座98に向かって押圧することができる。高圧入口92が遮断され次第、高圧力が低圧出口95を介して漏れ出ることなく、高圧入口92に高圧力が供給され得る。高圧入口92に高圧力がかかっていない場合は、低圧力で高圧入口92から低圧出口95の方に貫流させることができるように、ポンプ遮断バルブ33を開放することができる。
図19(a)〜(b)によるニードルバルブは、洗浄流入口100も有していて、これを介して開放されたニードルバルブを洗浄することができ、その際、洗浄液、すなわち水または洗浄添加剤を含む水が低圧出口95を介して流出し得る。この洗浄液の貫流によって、特にバルブ座98および閉鎖面96から残留研磨剤を取り除くことができ、材料損耗のできるだけ少ない滑らかな閉鎖が保証される。好ましくは、ニードルバルブは補充バルブ19の閉鎖過程の直前に洗浄され得る。図19(b)は、洗浄流入口100にチェックバルブ102を備えたニードルバルブを示す。チェックバルブ102は洗浄流入口100への逆流を防ぎ、洗浄液の、ニードルバルブの方向への貫流のみを可能にする。これは、ニードルバルブが、例えば遮断バルブ15、27、37、47の1つまたは複数として使用される場合に有意義であり、そこでは、高圧入口92に高圧力がかかっている場合にバルブが開放されるからである。この高圧力は、チェックバルブ102なしでは少なくともその一部が洗浄流入口100へと放出され、洗浄流入口100へと逆流することになる。これをチェックバルブ102が防ぎ、これによって低圧出口95を介して確実に圧力を逃すことができる。低圧出口95は、この場合高圧出口95でもあり得る。例えば、圧力リリーフバルブ27の場合、低圧出口95は排出口29と接続されている。しかし、加圧バルブ37の場合は、高圧出口95はロック室21に高圧力をかけるために、該ロック室の加圧口35と接続されている。
好ましくは、ニードルバルブは、圧力ディスク(図示せず)を介して空気圧で操作されている。円錐形閉鎖面96の形態のニードル先端に作用する高圧力に対向するために、それよりかなり大きい圧力ディスクに空気圧を供給できることによって、僅かなバールの空気圧でニードルバルブを閉鎖し、1,500バール以上の高圧力に対して密閉を維持することができる。
部品の番号表示や、「第1」、「第2」、「第3」などの運動方向は、ここでは部品や運動方向を各々区別するために全く任意に選択して付されたものであり、任意に別の番号を選ぶことができる。したがって、意味的重要性との関わりはない。
本明細書を考慮して技術専門家には明白と思われる、本明細書に記載のパラメータ、部品または機能と均等な実施形態は、本明細書において明示的に説明されているものと理解されている。相応に、請求項の保護範囲は、上記のような均等な実施形態を含むものとする。任意選択で、有利な、より好ましい、望ましい、または同様に示された「可能性」を示す特徴は、任意選択として理解するべきものであり、保護範囲を制限するものとして理解するべきものではない。
本明細書に記載の実施形態は、図解例として理解するべきものであり、可能な実施形態の限定的リストを示すものではない。1つの実施形態の枠内で開示された各特徴は、その特徴がそれぞれどの実施形態に記載されたかに依らず、単独または他の特徴の1つまたは複数と組み合わせて用いることができる。本明細書においては、少なくとも1つの実施例が説明され示されているが、技術専門家が本明細書を考慮して明白であると考える変形および代替実施形態は、本開示の保護範囲に共に含まれている。その他の点として、本明細書において「有する」という概念は、追加としての他の特徴または手順の段階を除外するものではなく、また、「1つ」も複数を除外するものではない。
1 ウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置
3 高圧力源
5 高圧管路
7 吐出ノズル
9 切断噴流
11 圧力容器
13 研磨剤‐水懸濁液
15 遮断バルブ
17 チョーク
19 補充バルブ
21 ロック室
23 充填バルブ
25 補充用ファンネル
27 圧力リリーフバルブ
29 排出口
31 ポンプ
33 ポンプ遮断バルブ
35 加圧口
37 加圧バルブ
39 アキュムレータ
41 チョーク
42 チョーク
43 アキュムレータバルブ
45 搬送補助装置
47 搬送補助装置遮断バルブ
49 バルブ入口
51 バルブ出口
53 圧力注入口
55 洗浄供給源
57 第1の洗浄バルブ
59 第2の洗浄バルブ(洗浄流出バルブ)
61 第3の洗浄バルブ
63 洗浄流出口
65 排出口
66 洗浄流入口
67 バルブ本体
68 取出箇所
69 貫通孔
70 研磨剤輸送管
71 バルブ室
72 充填レベルセンサ
73 入口側バルブ座
74 充填レベルセンサ
75 出口側バルブ座
76 充填レベルセンサ
77 操作面
78 予充填容器
80 ポンプ
82 溢水口
84 スクリューコンベア
85 ベルトコンベア
86 サーボモータシャフト
88 レバー
90 工具用開口部
92 高圧入口
94 ニードル
95 低圧出口(高圧出口)
96 円錐形閉鎖面
98 バルブ座
100 洗浄流入口
102 チェックバルブ
301 高圧管路内における高圧下の水の供給
303 圧力容器内における圧力下にある研磨剤懸濁液の供給
305 高圧ジェットを用いた材料の切断
307 無加圧のロック室への研磨剤または研磨剤‐水懸濁液の充填
308 ロック室からのポンプの遮断
309 アキュムレータの圧力放出によるロック室の加圧
311 圧力容器への研磨剤の補充
313 アキュムレータの圧力蓄積
315 高圧管路からのチョークを介したロック室の加圧
A 第1の時間枠
B 第2の時間枠
R 回転軸
D 流方向
充填レベル円錐
充填レベル円錐
max 最大充填レベル円錐
min 最小充填レベル円錐

Claims (19)

  1. 圧力下にある研磨剤‐水懸濁液(13)の供給(301)を行うための圧力容器(11)、ロック室(21)、および前記ロック室(21)を介して前記圧力容器(11)に研磨剤を補充するための補充バルブ(19)を備えていて、前記補充バルブ(19)がバルブ入口(49)、バルブ出口(51)、前記バルブ入口(49)と前記バルブ出口(51)との間に配置されたバルブ室(71)、および前記バルブ室(71)内に位置するバルブ本体(67)を有し、前記バルブ入口(49)が前記ロック室(21)と接続されており、前記バルブ出口(51)が前記圧力容器(11)と接続されている装置であって、
    前記補充バルブ(19)が第1の閉位置、第1の開位置および第2の開位置を有し、前記第1の閉位置において前記ロック室(21)と前記圧力容器(11)との間は流体が分離されていて、前記第1および第2の開位置において前記ロック室(21)が前記圧力容器(11)と流体接続されていることを特徴とする、ウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  2. 前記バルブ本体(67)が、前記第1の閉位置から第1の方向における回転によって前記第1の開位置へ移動可能であり、また第2の方向における回転によって前記第2の開位置へ移動可能である、請求項1に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  3. 前記バルブ本体(67)が第2の閉位置を有し、該バルブ本体(67)が前記第2の閉位置から前記第1の方向における回転によって前記第2の開位置へ移動可能であり、また前記第2の方向における回転によって前記第1の開位置へ移動可能である、請求項2に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  4. 前記バルブ本体(67)が180°の回転によって前記第1の開位置から前記第2の開位置へ移動可能である、請求項2または3に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  5. 前記補充バルブ(19)がボールバルブであり、前記バルブ本体(67)が基本的に軸方向に貫通孔(69)を備えた球形状であり、前記バルブ入口(49)と前記バルブ出口(51)とが前記バルブ本体(67)の径方向にて対向する側に配置されていて、前記第1および前記第2の開位置において前記軸方向の貫通孔(69)が前記バルブ入口(49)および前記バルブ出口(51)と同軸上に位置する、前記請求項のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  6. 前記バルブ本体(67)が前記軸方向の貫通孔(69)に対して基本的に直交する回転軸(R)を中心に回転可能である、請求項5に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  7. 前記バルブ本体(67)がモータを介して管理された駆動が可能である、前記請求項のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  8. 前記モータの駆動方向および/または駆動速度および/または駆動トルクが、前記バルブ本体(67)の駆動に必要なトルク、あるいは前記駆動に必要なトルクと相関する少なくとも1つのパラメータに応じて制御される、請求項7に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  9. 前記モータの消費電力が、前記駆動に必要なトルクと相関する前記少なくとも1つのパラメータである、請求項8に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  10. 前記モータが、前記バルブ本体(67)の駆動に必要なトルクに対する閾値、または前記駆動に必要なトルクと相関する少なくとも1つのパラメータに対する閾値を超過した場合に前記駆動方向が変更されるように制御される、請求項7から9のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  11. 前記補充バルブ(19)が前記第2の開位置と前記第1の開位置との間に第2の閉位置を有し、前記モータが、前記バルブ本体(67)の駆動に必要なトルクに対する閾値、または前記駆動に必要なトルクと相関する少なくとも1つのパラメータに対する閾値を超過しなければ、前記駆動方向が同じ方向に留まるように制御される、請求項7から10のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  12. 損耗の認識または故障事例あるいは保守事例の指示を目的として、前記バルブ本体(67)の駆動に必要なトルクまたは前記駆動に必要なトルクと相関する少なくとも1つのパラメータを、少なくとも1つの時間枠にわたって連続的または非連続的に監視するために形成された監視ユニットを備えた、請求項7から11のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  13. 前記バルブ室(71)が圧力注入口(53)を有し、前記圧力注入口を介して前記バルブ室(71)が前記バルブ本体(67)の閉位置において加圧可能である、前記請求項のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  14. 前記バルブ室(71)が洗浄流入口(66)および洗浄流出口(63)を有し、これらを介して前記バルブ室(71)が洗浄可能である、前記請求項のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  15. 前記洗浄流出口(63)が洗浄流出バルブ(59)を介して閉鎖可能であり、前記洗浄流出バルブ(59)が閉鎖されている場合に前記バルブ室(71)が前記洗浄流入口(66)を介して加圧可能である、請求項14に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  16. 前記補充バルブ(19)が入口側にバルブ座(73)を、出口側にバルブ座(75)を有し、前記両バルブ座(73、75)の少なくとも1つは位置調整可能であり、それによって、前記バルブ座(73、75)の相互間隔が調節可能である、前記請求項のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  17. 前記補充バルブ(19)が工具用開口部を有し、前記工具用開口部を通して前記少なくとも1つの位置調整可能なバルブ座(73、75)を調節するために工具を中に入れることができる、請求項16に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  18. 前記少なくとも1つの位置調整可能なバルブ座(73、75)が、前記工具用開口部を通して挿入されたレバーまたはスパナによって回転可能であることにより、ねじを介して軸方向に位置調整可能である、請求項17に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
  19. 前記補充バルブ(19)の上面に前記バルブ入口(49)が、下面に前記バルブ出口(51)が配置されていて、前記ロック室(21)が前記補充バルブ(19)の上方に、前記圧力容器(11)が前記補充バルブ(19)の下方に配置されていて、これによって、研磨剤が重力の補助を受け、あるいは重力に促進されて、前記補充バルブ(19)を通って流れることができる、前記請求項のいずれか1項に記載のウォータアブレイシブサスペンションジェット式切断装置。
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