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ｐ０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ｐ０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ｐ０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ｐ０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Ｆ１とＦ２が示されていて、Ｆｍａｘ＞Ｆ１＞Ｆ２＞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Ｆ１への到達の通知と、タイマの開始すなわち時点ｔ１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Ｆ２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ｔ２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／（ｔ２−ｔ１）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Ｆ１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Ｆ１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Ｆ２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Ｆ２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Ｆ２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Ｆ１とＦ２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／（ｔ２−ｔ１）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ｔ０で充填される（３０７）。
加圧（３０９）、（３１５）は時点ｔ０で開始する。そこで、第１の短い時間枠Ａ＝ｔ１−ｔ０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ｐ０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ｔ１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＝ｔ２−ｔ０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ｔ２で公称高圧力ｐ０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ｔ２でロック室２１において公称高圧力ｐ０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ｔ２とｔ３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ｔ３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ｔ４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ｔ２より高圧管路５から再び圧力が蓄積され、時点ｔ０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ｔ０における加圧バルブ３７の開放時と、時点ｔ２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
Ｆ１ 充填レベル円錐
Ｆ２ 充填レベル円錐
Ｆｍａｘ 最大充填レベル円錐
Ｆｍｉｎ 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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