WO2016023734A1 - Strahlschneidvorrichtung und strahlschneidverfahren - Google Patents

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WO2016023734A1
WO2016023734A1 PCT/EP2015/067038 EP2015067038W WO2016023734A1 WO 2016023734 A1 WO2016023734 A1 WO 2016023734A1 EP 2015067038 W EP2015067038 W EP 2015067038W WO 2016023734 A1 WO2016023734 A1 WO 2016023734A1
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WO
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cutting
medium
jet
abrasive
supply port
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PCT/EP2015/067038
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hassel
Hans Jürgen Maier
David ZAREMBA
Original Assignee
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
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Publication date
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    • 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
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2
    • 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 invention relates to a jet cutting device for separating materials by means of a cutting jet according to the features of claim 1 and a corresponding jet cutting method according to claim 10.
  • the invention relates to the field of material separation by means of a jet of cutting in the form of a liquid jet.
  • a jet of cutting in the form of a liquid jet.
  • water jet cutting is known.
  • an abrasive can be added to the water, for example garnet or corundum.
  • the remaining particles of Abrasivm ittels but disturbing. Although this can be counteracted by the possibility of collecting abrasive material present in the cutting jet, this increases the expense again.
  • the kinetic residual energy of the cutting jet, and in particular the abrasive still remaining after the impact on the workpiece must be absorbed in a suitable manner.
  • self-dissolving abrasive materials such as ice particles.
  • DD 298 618 A5 discloses a method of cutting with high pressure water ice crystal.
  • DE 197 56 506 A1 discloses a method for abrasive water jet cutting, in which dry ice is used as the abrasive. Again, the water used as a cutting medium is disturbing in many cases, since it must be disposed of after the cutting process.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a jet cutting device and a jet cutting method with which a residue-free jet cutting can be performed.
  • a jet cutting device for separating materials by means of a cutting jet
  • the jet cutting device comprises at least one cutting head adapted for discharging the cutting jet onto the material to be cut, the cutting head having at least a first supply port for supplying a cutting medium in liquid form and at least one second supply port for supplying a abrasive agent to be added to the cutting medium in solid form wherein the first supply port is coupled to a first supply line carrying a liquefied gas and the second supply port is coupled to a second supply line carrying as abrasive a solidified solidified gas.
  • a cutting jet a mixture of the cutting medium and the abrasive is then discharged from the cutting head.
  • the invention has the advantage that a gas is used for both the liquid cutting medium and for the abrasive, that is, a substance or mixture, which is by definition under standard conditions (temperature 20 ° C, pressure 1 bar) in gaseous state.
  • a gas is used for both the liquid cutting medium and for the abrasive, that is, a substance or mixture, which is by definition under standard conditions (temperature 20 ° C, pressure 1 bar) in gaseous state.
  • the abrasive can be supplied in the form of particles, ie as abrasive particles.
  • the invention is particularly suitable for mobile applications, for example for cutting carbon fiber compounds and for use in bio-medical technology.
  • Another advantage is that the solid abrasive particles thermal stabilization by the liquefied by cooling gas, which as
  • Cutting medium is used, experienced.
  • Such gases have the property that under certain conditions of pressure and temperature they can be in both liquid and solid form and can be mixed together accordingly.
  • the gas used to form the abrasive can be a different gas than the gas of the cutting medium.
  • the same gas is used for the cutting medium and the abrasive, that is, the cutting medium and the abrasive form the same gas in the gaseous state.
  • the use of non-combustible gases is advantageous.
  • carbon dioxide is suitable for forming the liquid cutting medium and / or the abrasive. Carbon dioxide has the advantage that it is relatively low in technical Expenditure can be made in liquid and solid form. The temperatures required for this are still in a range that is manageable with reasonable technical effort. Another advantage is that the carbon dioxide is non-flammable and also has a flame retardant effect.
  • the liquid cutting medium can be provided, for example, in a storage container, for example in a so-called riser bottle, or it can be produced locally in the area of the jet cutting device by a gas liquefying device. Accordingly, the first supply line is connected to either the reservoir or the gas liquefying device.
  • the abrasive can also be kept ready in a separate separate storage container provided for this purpose or can be produced on site in the area of the jet cutting device by a gas-solidification device. Accordingly, the second supply line is connected to the further reservoir or the gas-solidification device.
  • the first and the second supply line well insulated and optionally form temperature controlled.
  • the jet cutting device in particular its cutting head, has an expansion chamber in which the abrasive medium is admixed with the liquid cutting medium.
  • the jet cutting device has at least one with respect to the passage cross-section narrowed first transition point through which the liquid Cutting medium from the first supply port is guided in the expansion chamber. In this way, the liquid cutting medium can be supplied under high pressure via the first supply port to the cutting head and expanded to a pressure level at which mixing with the abrasive can be performed.
  • the expansion chamber is at the same time a mixing chamber in which the mixture of liquid cutting medium and abrasive is provided.
  • a liquid cutting medium which transports the abrasive particles
  • improved cutting conditions and thus a higher cutting performance can be achieved compared to a gaseous transport medium.
  • larger, sharp-edged abrasive particles can be transported and optimally accelerated by the liquid cutting medium. In this way, the abrasive particles reach the material to be separated at high impact speed.
  • the cutting performance can be further increased.
  • the abrasive particles can be provided in the reservoir or by the gas-solidification device already in the desired size and sharp-edged outer shape. It is also possible to first have the abrasive ready in larger pieces or one or a few larger blocks and then to convert it via a comminuting device into the desired particles of a specific size and sharp-edgedness.
  • a crusher for example, a crusher can be used.
  • the expansion chamber has, at an exit side for the abrasive medium mixed with the cutting medium, a second transition point which is narrowed with regard to the passage cross-section and into an outlet pipe of the cutting head.
  • Cutting beam and therefore can also be referred to as a focusing tube.
  • the cutting head has at least one temperature-controlled chamber.
  • at least the expansion chamber can be arranged within the temperature-controlled chamber. This has the advantage that it can be ensured by means of temperature control that neither the cutting medium nor the abrasive prematurely change their state of aggregation. The cutting medium is thereby kept liquid, the abrasive held in solid form.
  • the jet cutting device has at least a third supply port for supplying a gaseous medium under pressure, which is connected to a compressed gas reservoir and / or a compressed gas generator, wherein within the jet cutting device, the expansion chamber and / or the second supply line to the third Feed port is connected.
  • a desired pressure can be set and maintained in the expansion chamber.
  • the abrasive can be acted upon by the same pressure of the pressure gas.
  • a fluid flow is created by the pressure drop caused by the flow in the expansion chamber due to the exiting cutting jet and the subsequent flow medium, which entrains the supplied via the second supply line abrasive particles.
  • compressed air can be used as compressed gas.
  • the cutting head or an outlet pipe of the cutting head has a fourth supply port arranged downstream of the first and / or second supply port for supplying a gaseous medium under overpressure, which is supplied directly or via a first pressure reducer with a compressed gas supply and / or a compressed gas generator is connected.
  • a defined, preferably low pressure gradient in the cutting head or the outlet pipe can be set in the region in which the liquid cutting medium with the abrasive agent is to be accelerated in as homogeneous a movement as possible.
  • the cutting head or an outlet pipe of the cutting head has a fifth supply connection arranged downstream of the fourth supply connection for supplying a gaseous medium under overpressure which is supplied directly or via a second pressure reducer with a compressed gas supply and / or a pressure gas generator is connected.
  • This has the advantage that the cutting medium held in the liquid state up to the fourth supply port can be converted into the gaseous phase in a defined manner at a location between the fourth and the fifth supply port by selecting a suitable pressure difference between the fourth and the fifth supply port.
  • a jet cutting method for separating materials by means of a cutting jet wherein a abrasive medium in solids form are fed to a liquid cutting medium, wherein the cutting medium is a liquefied gas and the abrasive consists of a gas solidified in solid form.
  • the method is carried out by means of a jet cutting device of the type described above.
  • the liquid cutting medium is guided under high pressure through a feed tube to a nozzle of a cutting head, in particular the cutting head of A jet cutting device of the type described above.
  • a liquid cutting jet is produced, which is guided for lowering the pressure in an expansion can, in which the abrasive medium is added to the liquid cutting medium.
  • the expansion chamber with a pressurized gaseous medium for example, with compressed air, are acted upon.
  • At least the expansion chamber is temperature-controlled such that the liquid
  • Cutting medium and the solid abrasive, at least in the expansion chamber does not immediately change the state of matter.
  • a relative negative pressure relative to the pressure in the expansion chamber is generated, through which the liquid cutting medium is accelerated with the admixed abrasive without changing the phase state.
  • Figure 1 - a schematic representation of a jet cutting device
  • FIG. 2 shows details of the jet cutting device according to FIG. rich of the cutting head
  • Figure 3 - a phase transition diagram for carbon dioxide.
  • FIG. 1 shows a jet cutting device 1 with a cutting head 3, from which a cutting jet 2 is delivered to a workpiece 4 to be separated.
  • the cutting jet 2 exits at an exit point 10 from a focusing tube 9 of the cutting head 3.
  • the focusing tube 9 serves to guide and focus the output cutting beam. 2
  • the cutting head 3 has a first supply port 31 for supplying a liquid cutting medium to the cutting head 3, a second supply port 32 for supplying an abrasive medium to be added to the cutting medium and a third supply port 33 for supplying a gaseous medium under pressure, hereinafter referred to as compressed gas becomes.
  • the first supply port 31 is connected to a device 21 via a supply line 11.
  • the second supply port 32 is connected to a device 22 via a second supply line 12.
  • the third supply port 33 is connected to a device 23 via a third supply line 13.
  • the device 21 can be designed as a storage container, for example as a riser, for the liquid cutting medium, or as a gas liquefying device for the gas to be liquefied into the liquid cutting medium.
  • the device 21 may additionally have a reservoir, for example for the intermediate storage of liquefied gas.
  • a reservoir for example for the intermediate storage of liquefied gas.
  • the liquefied gas as Cutting medium supplied to the cutting head 3.
  • the device 21 may comprise a high-pressure pump, for example a high-pressure pump of conventional design, with which the liquid cutting medium is compressed to the operating pressure.
  • the device 22 may be formed as a storage container for the abrasive or as a gas solidification device for converting the gas from which the Abrasiv-agent is formed in solid form. If the device 22 is designed as a gas solidification device, it may additionally have a reservoir for the generated abrasive, for example as a buffer. Via the second supply line 12, the solidified gas is fed as an abrasive to the cutting head 3.
  • the device 23 may be formed as a reservoir for the compressed gas or as a pressure gas generator, for example as a compressor.
  • the pressurized gas may in particular be compressed air. If the device 23 is designed as a compressed gas generator, it may additionally have a reservoir, for example, for temporary storage of the generated compressed gas.
  • the supply lines 1 1, 12, 13 shown in the figure 1 in the form of individual lines can be shorter or longer depending on the design of the jet cutting device. In particular, they may be so short that one or more of the devices 21, 22, 23 are wholly or partially integrated in the cutting head 3 or flanged thereto. In particular, in the case of longer design of the supply lines 1 1, 12, it is advantageous to thermally isolate them well and / or provided with a cooling device, in particular a temperature-controlled cooling device.
  • the cutting head 3 a handle 34th at which it is held at the jet cutting.
  • the cutting head 3 shows the cutting head 3 with the first, the second and the third supply line 1 1, 12, 13 and the device 22 in an enlarged, detailed sectional view. It can be seen that the jet cutting device can be operated with three different temperature levels ⁇ , T2 and T3 as well as two different pressure levels P1, P2.
  • the cutting head 3 has an expansion chamber 7, to which the liquid cutting medium is supplied via the first supply line 11 and the first supply port 31.
  • the supply to the expansion chamber 7 takes place via a first transition point 6 narrowed in the passage cross-section, e.g. in the form of a nozzle. Through the first transition point 6, the pressure is reduced from the value P1 to the value P2.
  • the expansion chamber 7 particles of the abrasive medium are supplied to the cutting medium via the second supply line 12 and the second supply port 32. Furthermore, the expansion chamber 7 is supplied with the compressed gas from the device 23 via the third supply line 13 and the third supply port 33.
  • the expansion chamber 7 is at the same pressure level P2 as the areas that carry the abrasive, that is, the device 22 and the second supply line 12th
  • the abrasive mixed with the cutting medium passes through a nozzle 8 in the focusing tube 9 and emerges as a cutting jet 2 at the exit point 10 thereof.
  • FIG. 3 shows a phase transition diagram for carbon dioxide.
  • the temperature is plotted along the linearly scaled abscissa in degrees Celsius, along the logarithmically scaled ordinate the pressure in cash.
  • the line 40 is the sublimation line, the line 41 the
  • Melting line and line 42 the saturation line.
  • the carbon dioxide is in the region above the melting line and the sublimation line in the solid state, between the melting line and the saturation line in the liquid state and below the saturation line and the sublimation line in the gaseous state.
  • the reference numeral 43 denotes the triple point of the diagram, the reference numeral 44 the critical point.
  • the jet cutting device 1, as explained above, can be operated as a cutting medium with a high-pressure liquid temperature-controlled CO2 medium.
  • This may be provided, for example, at 0 ° C at 3000 bar (corresponding to point 37 in Figure 3), or at 20 ° C at 4000 bar (corresponding to point 38 in Figure 3).
  • the CO2 medium provided in this way is guided through the first supply line 11 into the first supply port 31 through first transition point 6, in which a liquid jet of the cutting medium is produced at a lower pressure level.
  • the state of the cutting medium after emerging from the first transition point 6 is shown in the figure 3 by the point 39. There is thus a transition from point 37 to 39 or from point 38 to point 39.
  • the solid CO 2 particles are supplied to this liquid cutting medium as an abrasive. These already have an output that is suitable for jet cutting. The effect may occur that the abrasive particles increase on the way through the focusing tube 9 due to the attachment of freezing liquid cutting medium.
  • an operating point at -57 ° C and 7 bar pressure can be set, corresponding to the point 39 in Figure 3.
  • the cooling chamber may, for example, have cooling coils through which a liquid cooling medium, for example glycol or R134a, is conveyed.
  • a liquid cooling medium for example glycol or R134a
  • the flow of liquid and solid CO 2 is passed through a second transition point 8 into the focusing tube 9, in which due to the leaving of the cooled environment and the positive pressure difference between the expansion chamber 7 and the environment, a nozzle effect set so that at the end of the focusing tube 9, the flow of liquid and solid CO2 and the compressed air escapes accelerated.
  • the solid CO2 particles undergo thermal stabilization by the liquid CO2 cutting medium.
  • the effect is utilized that the carbon dioxide has a triple point as a function of pressure and temperature, that is, the carbon dioxide in the solid state and in the liquid state at the same temperature and pressure next to each other.
  • the phase transition (liquid to gaseous or solid to gaseous) takes place after completion of the cutting process after separation and cooling of the cutting region of the workpiece 4.
  • only gaseous carbon dioxide remains over from the cutting jet 2.
  • a residue-free jet cutting is possible.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the jet cutting device, wherein a detailed representation similar to FIG. 2 is used.
  • the cutting head 3 has, in the region of the outlet pipe 9, a fourth feed circuit 56 and as a further option a fifth supply port 57 on.
  • the fourth supply port 56 is connected via a first pressure reducer 54 via lines 51, 52 with a pressurized gas supply, for example with the pressurized device 22 or the compressed gas supply 23.
  • the fifth supply port 57 is connected via a second pressure reducer 55 via lines 51, 53 with a Compressed gas supply connected, for example, with the device under pressure 22 or the compressed gas supply 23rd
  • a pressure gradient is to be created with respect to the second supply port 32 or the expansion chamber 7.
  • the pressure present at the fourth supply port 34 should be slightly lower than the pressure present at the second transfer port 8.
  • a pressure reduction is required if both bodies are fed from the same pressure reservoir, as shown in FIG.
  • the first pressure reducer 54 with respect to the fourth supply port 56 and the second pressure reducer 55 with respect to the second supply port 57 serve for this purpose.
  • the pressure reducers 54, 55 can be designed as a throttle or diaphragm with a fixed or adjustable cross section.
  • the fourth supply port 56 Via the fourth supply port 56, only a slightly lower pressure than at the transition point 8 is generated. Due to this slight pressure difference, eg in the range of 0.1 bar, the liquid cutting medium mixed with the abrasive can be accelerated up to the fourth supply port 56 without a phase transition taking place, ie the liquid cutting medium remains in the liquid phase. Only after the fourth supply connection 56 can a transition of the liquid cutting medium into the gaseous phase take place. If the fifth supply port 57 is not provided, this can be done simply by increasing the pressure downstream of the fourth supply port 56 to the atmospheric level in the region of the exit point 10.
  • the fifth supply port 57 If the fifth supply port 57 is present, it can be fed there by feeding Further, in this case considerably lower pressure value than at the fourth supply port 56, the transition into the gaseous phase can be controlled even more precisely. Thus, for example, if a pressure of 15 bar is present at the transition point 8, a pressure of 5 bar can be fed via the fifth supply port 57.
  • the fourth supply port 56 is advantageously, in relation to the longitudinal extent L of the outlet tube 9 between the transition point 8 and the exit point 10, arranged in the lower half of the longitudinal extent L, e.g. at the transition to the lower third. In this way, a relatively long acceleration distance for the liquid cutting medium is provided in combination with the abrasive, in which this can be accelerated in a defined manner without gaseous turbulence.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strahlschneidvorrichtung zum Trennen von Materialien mittels eines Schneidstrahls, wobei die Strahlschneidvorrichtung wenigstens einen Schneidkopf aufweist, der zum Auslass des Schneidstrahls auf das zu trennende Material eingerichtet ist, wobei der Schneidkopf wenigstens einen ersten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines Schneidmediums in flüssiger Form und wenigstens einen zweiten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines dem Schneidmedium zuzusetzenden Abrasivmittels in Feststoffform aufweist, wobei der erste Zufuhranschluss mit einer ersten Zufuhrleitung die ein verflüssigtes Gas führt, und der zweite Zufuhranschluss mit einer zweiten Zufuhrleitung, die als Abrasivmittel ein in Feststoffform verfestigtes Gas führt, gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Strahlschneidverfahren.

Description

Strahlschneidvorrichtung und Strahlschneidverfahren
Die Erfindung betrifft eine Strahlschneidvorrichtung zum Trennen von Materialien mittels eines Schneidstrahls gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Strahlschneidverfahren gemäß Anspruch 10.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet des Trennens von Materialien mittels eines Schneidstrahls in Form eines Flüssigkeitsstrahls. Bekannt ist zum Beispiel das Wasserstrahlschneiden. Zur Erhöhung der Schneidleistung kann dem Wasser ein Abrasivmittel zugesetzt werden, zum Beispiel Granat oder Korund. In vielen Fällen sind die verbleibenden Partikel des Abrasivm ittels aber störend. Dem kann man zwar durch eine Auffangmöglichkeit für im Schneidstrahl vorhandene Abrasivmittel entgegenwirken, dies erhöht den Aufwand aber wieder. Zudem muss auf geeignete Weise die nach dem Aufprall auf das Werkstück noch vorhandene kinetische Restenergie des Schneidstrahls und insbesondere des Abrasivmittels absorbiert werden. Es gibt daher bereits Vorschläge, sich selbst auflösende Abrasivmaterialien zu verwenden, wie zum Beispiel Eispartikel. So offenbart die DD 298 618 A5 ein Verfahren zum Schneiden mit Hochdruckwasser-Eiskristallstrahl. Die DE 197 56 506 A1 offenbart ein Verfahren zum Abrasiv-Wasserstrahlschneiden, bei dem als Abrasivmittel Trockeneis verwendet wird. Auch hier ist das als Schneidmedium verwendete Wasser in vielen Fällen störend, da es nach dem Schneidvorgang entsorgt werden muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlschneidvorrichtung und ein Strahlschneidverfahren anzugeben, mit denen ein rückstandsloses Strahlschneiden durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Strahlschneidvorrichtung zum Trennen von Materialien mittels eines Schneidstrahls, wobei die Strahlschneidvorrichtung wenigstens einen Schneidkopf aufweist, der zum Auslass des Schneidstrahls auf das zu trennende Material eingerichtet ist, wobei der Schneidkopf wenigstens einen ersten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines Schneidmediums in flüssiger Form und wenigstens einen zweiten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines dem Schneidmedium zuzusetzenden Abrasivmittels in Feststoffform aufweist, wobei der erste Zufuhranschluss mit einer ersten Zufuhrleitung die ein verflüssigtes Gas führt, und der zweite Zufuhranschluss mit einer zweiten Zufuhrleitung, die als Abrasivmittel ein in Feststoffform verfestigtes Gas führt, gekoppelt ist. Als Schneidstrahl wird dann eine Mischung aus dem Schneidmedium und dem Abrasivmittel vom Schneidkopf abgegeben. Die Erfindung hat den Vorteil, dass sowohl für das flüssige Schneidmedium als auch für das Abrasivmittel ein Gas verwendet wird, das heißt ein Stoff oder Stoffgemisch, das definitionsgemäß bei Standardbedingungen (Temperatur 20°C, Druck 1 bar) in gasförmigem Aggregatzustand vorliegt. Somit kann mittels der Strahlschneidvorrichtung mit großer Schneidleistung geschnitten werden, ohne dass Rückstände des Schneidmediums oder des Abrasivmittels verbleiben. Diese verflüchtigen sich nach dem Schneidvorgang in die gasförmige Phase und müssen daher nicht mit technischem Aufwand entsorgt werden. Das Abrasivmittel kann in Form von Partikeln zugeführt werden, d.h. als Abrasivpartikel.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Verwendung gasförmiger Medien sowohl für das Abrasivmittel als auch für das Schneidmedium eine besonders ausgeprägte Kühlwirkung an der
Schneidstelle entsteht. Hierdurch kann unerwünschten Erwärmungen der zu trennenden Materialien besonders effektiv entgegengewirkt werden.
Eine zusätzliche Steigerung der Schneidleistung wird im Vergleich zu klassischen Wasserabrasivstrahlschneidverfahren bei der Erfindung noch dadurch erreicht, dass die im Schneidstrahl enthaltenen Substanzen sich beim Austritt aus dem Schneidkopf auf einem niedrigen Temperaturniveau befinden und zusätzliche Kühlung durch den Wechsel in den gasförmigen Aggregatzustand bewirken. Auf diese Weise kann durch eine Temperaturdifferenz zwischen den Medien des Schneidstrahls und den zu trennenden Materialien bei bestimmten Werkstoffen eine Versprödung oder thermische Spannung hervorgerufen werden, die zusätzlich abtragsbegünstigend genutzt werden kann.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für mobile Einsatzfälle, zum Beispiel zum Schneiden von CFK-Verbindungen und für den Einsatz in der Bio-Medizintechnik.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die festen Abrasivpartikel eine thermische Stabilisierung durch das durch Kühlung verflüssigte Gas, das als
Schneidmedium verwendet wird, erfahren.
Es ist insbesondere vorteilhaft, ein Gas mit einem sogenannten Tripel- punkt zu verwenden. Solche Gase haben die Eigenschaft, dass sie bei bestimmten Bedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur sowohl in flüssiger als auch in fester Form vorliegen können und entsprechend miteinander gemischt werden können.
Vorteilhaft ist es hierbei, ein solches Gas oder solche Gase zu verwenden, die für Mensch und Umwelt unschädlich sind, zum Beispiel ohnehin in der Umgebungsluft vorhandene Gasbestandteile. Das zur Bildung des Abra- sivmittels verwendete Gas kann ein anderes Gas sein, als das Gas des Schneidmediums. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für das Schneidmedium und das Abrasivmittel dasselbe Gas verwendet, das heißt das Schneidmedium und das Abrasivmittel bilden im gasförmigen Zustand dasselbe Gas. Vorteilhaft ist insbesondere die Verwendung nicht brennbarer Gase. Insbesondere eignet sich Kohlenstoffdioxid zur Bildung des flüssigen Schneidmediums und/oder des Abrasivmittels. Kohlenstoffdioxid hat den Vorteil, dass es mit relativ geringem technischen Aufwand in flüssiger und in fester Form hergestellt werden kann. Die hierfür erforderlichen Temperaturen liegen noch in einem Bereich, der mit vertretbarem technischen Aufwand beherrschbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Kohlenstoffdioxid nicht brennbar ist und zudem flammenhemmend wirkt.
Das flüssige Schneidmedium kann zum Beispiel in einem Vorratsbehälter bereitgestellt werden, zum Beispiel in einer sogenannten Steigflasche, oder es kann vor Ort im Bereich der Strahlschneidvorrichtung durch eine Gasverflüssigungseinrichtung hergestellt werden. Dementsprechend ist die erste Zufuhrleitung entweder mit dem Vorratsbehälter oder der Gasverflüssigungseinrichtung verbunden.
Das Abrasivmittel kann ebenfalls in einem dafür vorgesehenen getrennten weiteren Vorratsbehälter bereitgehalten werden oder vor Ort im Bereich der Strahlschneidvorrichtung durch eine Gasverfestigungseinrichtung hergestellt werden. Dementsprechend ist die zweite Zufuhrleitung mit dem weiteren Vorratsbehälter oder der Gasverfestigungseinrichtung verbunden.
Es ist dabei vorteilhaft, die erste und die zweite Zufuhrleitung gut wärmeisoliert und gegebenenfalls temperaturgeregelt auszubilden. Das Gleiche gilt für die Vorratsbehälter für das Schneidmedium und das Abrasivmittel beziehungsweise die Gasverfestigungseinrichtung und die Gasverflüssigungseinrichtung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Strahlschneidvorrichtung, insbesondere deren Schneidkopf, eine Expansionskammer auf, in der dem flüssigen Schneidmedium das Abrasivmittel zugemischt wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Strahlschneidvorrichtung wenigstens eine hinsichtlich des Durchtrittquerschnitts verengte erste Übergangsstelle auf, durch den das flüssige Schneidmedium vom ersten Zufuhranschluss in die Expansionskammer geführt ist. Auf diese Weise kann das flüssige Schneidmedium unter Hochdruck stehend über den ersten Zufuhranschluss zum Schneidkopf zugeführt werden und auf ein Druckniveau expandiert werden, bei dem ein Mischen mit dem Abrasivmittel durchgeführt werden kann. In diesem Sinne ist die Expansionskammer zugleich eine Mischkammer, in der die Mischung aus flüssigem Schneidmedium und Abrasivmittel bereitgestellt wird.
Durch die Verwendung eines flüssigen Schneidmediums, das die Abrasiv- partikel transportiert, können im Vergleich zu einem gasförmigen Transportmedium verbesserte Schneidbedingungen und damit eine höhere Schneidleistung erreicht werden. Insbesondere können durch das flüssige Schneidmedium auch größere, scharfkantige Abrasivpartikel transportiert werden und optimal beschleunigt werden. Auf diese Weise gelangen die Abrasivpartikel mit hoher Aufprallgeschwindigkeit auf die zu trennenden Materialien. Durch die Möglichkeit des Einsatzes größerer, scharfkantiger Abrasivpartikel kann die Schneidleistung weiter gesteigert werden.
Durch die mögliche Steigerung der Größe der Abrasivpartikel im Vergleich zum Stand der Technik erreichen diese Abrasivpartikel eine größere kinetische Energie beim Austritt des Schneidstrahls, wodurch die Schneidleistung zusätzlich gesteigert werden kann.
Es ist möglich, relativ scharfkantige und dennoch große Partikel des Abra- sivmittels einzusetzen, da mögliche entstehende Turbulenzen vom flüssigen Strom des Schneidmediums nahezu egalisiert werden und hierdurch die Schneidleistung gesteigert werden kann. So kann bei Verwendung von Trockeneis als Abrasivmittel eine Mohs-Härte von 3 erreicht werden, was eine hohe Schneidleistung der Strahlschneidvorrichtung ermöglicht. Auf diese Weise kann auch für Einsatzfälle, in denen konstruktionsbedingt keine Fluid- oder Partikelentsorgung vorgenommen werden kann, mit der erfindungsgemäßen Strahlschneidvorrichtung ein Schneidvorgang auch an schwer zu schneidenden Materialien mit hoher Schneidleistung durchgeführt werden.
Die Abrasivmittel-Partikel können in dem Vorratsbehälter oder durch die Gasverfestigungseinrichtung bereits in der gewünschten Größe und scharfkantigen äußeren Form bereitgestellt werden. Es ist auch möglich, das Abrasivmittel zunächst in größeren Stücken oder einem oder wenigen größeren Blöcken bereitzuhalten und dann über eine Zerkleinerungseinrichtung in die gewünschten Partikel einer bestimmten Größe und Scharfkantigkeit umzuwandeln. Als Zerkleinerungseinrichtung kann zum Beispiel ein Crusher verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Expansionskammer an einer Austrittsseite für das mit dem Schneidmedium gemischte Abrasivmittel eine hinsichtlich des Durchtrittsquerschnitts verengte zweite Übergangsstelle in ein Austrittsrohr des Schneidkopfes auf. Dies hat den Vorteil, dass sich durch das Verlassen der gekühlten Umgebung und der positiven Druckdifferenz zwischen der Expansionskammer und der Umgebung ein zusätzlicher Düseneffekt einstellt, so dass am Ende des Austrittsrohrs der Strom von flüssigem und festem Schneidmaterial, gegebenenfalls mit einem Druckgas, beschleunigt austritt. Das Austrittsrohr dient hierbei zusätzlich zur Fokussierung des austretenden
Schneidstrahls und kann daher auch als Fokussierungsrohr bezeichnet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Schneidkopf wenigstens eine temperaturgeregelte Kammer auf. So kann zumindest die Expansionskammer innerhalb der temperaturgeregelten Kammer angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass mittels der Temperaturregelung sichergestellt werden kann, dass weder das Schneidmedium noch das Abrasivmittel vorzeitig ihren Aggregatzustand ändern. Das Schneid- medium wird hierdurch flüssig gehalten, das Abrasivmittel in Feststoffform gehalten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Strahlschneidvorrichtung wenigstens einen dritten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums auf, der mit einem Druckgasvorrat und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist, wobei innerhalb der Strahlschneidvorrichtung die Expansionskammer und/oder die zweite Zufuhrleitung mit dem dritten Zufuhranschluss verbunden ist. Durch eine solche Druckgasbeaufschlagung kann in der Expansionskammer ein gewünschter Druck eingestellt und aufrechterhalten werden. Insbesondere kann das Abrasivmittel mit dem gleichen Druck des Druckgases beaufschlagt sein. Durch die gleichen Drücke im Abrasivmittel und in der Expansionskammer wird durch die in der Expansionskammer hervorgerufene druckabfallbedingte Strömung in Folge des austretenden Schneidstrahls und des nachfließenden Schneidmediums ein Fluidstrom erzeugt, der die über die zweite Zufuhrleitung zugeführten Abrasivpartikel mitreißt. Als Druckgas kann insbesondere Druckluft verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schneidkopf oder ein Austrittsrohr des Schneidkopfs einen stromabwärts des ersten und/oder des zweiten Zufuhranschlusses angeordneten vierten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums aufweist, der direkt oder über einen ersten Druckminderer mit einem Druckgasvorrat und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist. Über einen solchen vierten Zufuhranschluss kann ein definiertes, vorzugsweise geringes Druckgefälle in dem Schneidkopf bzw. dem Austrittsrohr in dem Bereich eingestellt werden, in dem das flüssige Schneidmedium mit dem Abrasivmittel in einer möglichst homogenen Bewegung beschleunigt werden soll. Insbesondere kann durch eine relativ geringe Druckdifferenz zwischen dem ersten bzw. zweiten Zufuhranschlusses und dem vierten Zufuhranschluss sichergestellt werden, dass das flüssige Schneidmedium noch in der flüssigen Phase verbleibt, so dass das flüssige Schneidmedium zusammen mit dem Abrasivmittel in definierter Weise ohne gasblasen-bedingte Turbulenzen beschleunigt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schneidkopf oder ein Austrittsrohr des Schneidkopfs einen stromabwärts des vierten Zufuhranschlusses angeordneten fünften Zu- fuhranschluss zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums aufweist, der direkt oder über einen zweiten Druckminderer mit einem Druckgasvorrat und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass das bis zum vierten Zufuhranschluss in flüssigem Zustand gehaltene Schneidmedium durch Wahl einer geeigneten Druckdifferenz zwischen dem vierten und dem fünften Zufuhranschluss in definierter Weise an einer Stelle zwischen dem vierten und dem fünften Zufuhranschluss in die gasförmige Phase überführt werden kann.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 10 gelöst durch ein Strahlschneidverfahren zum Trennen von Materialien mittels eines Schneidstrahls, wobei einem flüssigen Schneidmedium ein Abrasivmittel in Feststoffform zugeführt werden, wobei das Schneidmedium ein verflüssigtes Gas ist und das Abrasivmittel aus einem in Feststoffform verfestigten Gas besteht. Durch ein solches Verfahren können ebenfalls die zuvor genannten Vorteile der Erfindung realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren mittels einer Strahlschneidvorrichtung der zuvor beschriebenen Art durchgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das flüssige Schneidmedium unter Hochdruck stehend durch ein Zuführrohr zu einer Düse eines Schneidkopfes geführt, insbesondere des Schneidkopfes der Strahlschneidvorrichtung der zuvor beschriebenen Art. Hier wird ein flüssiger Schneidstrahl erzeugt, der zur Druckabsenkung in eine Expansionskannnner geführt wird, in der dem flüssigen Schneidmedium das Abrasiv- mittel zugemischt wird. Hierbei kann die Expansionskammer mit einem unter Überdruck stehenden gasförmigen Medium, zum Beispiel mit Druckluft, beaufschlagt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zumindest die Expansionskammer derart temperaturgeregelt, dass das flüssige
Schneidmedium und das feste Abrasivmittel zumindest in der Expansionskammer nicht unmittelbar den Aggregatzustand wechseln.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Schneidkopf oder in einem Austrittsrohr des Schneidkopfs stromabwärts der Expansionskammer ein relativer Unterdruck gegenüber dem Druck in der Expansionskammer erzeugt wird, durch den das flüssige Schneidmedium mit dem beigemischten Abrasivmittel ohne Änderung des Phasenzustands beschleunigt wird. Dies hat den Vorteil, dass zunächst ein homogenes Beschleunigen des flüssigen Schneidmediums mit dem Abrasivmittel durchgeführt werden kann, ohne dass hierbei störende Einflüsse durch einen Phasenübergang des flüssigen Schneidmediums in die gasförmige Phase auftreten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 - eine schematische Darstellung einer Strahlschneidvorrichtung und
Figur 2 - Details der Strahlschneidvorrichtung gemäß Figur 1 im Be- reich des Schneidkopfs und
Figur 3 - ein Phasenübergangsdiagramm für Kohlenstoffdioxid.
Figur 4 - eine weitere Ausführungsform der Strahlschneidvorrichtung in
Detaildarstellung.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die Figur 1 zeigt eine Strahlschneidvorrichtung 1 mit einem Schneidkopf 3, aus dem ein Schneidstrahl 2 auf ein zu trennendes Werkstück 4 abgegeben wird. Der Schneidstrahl 2 tritt an einer Austrittsstelle 10 aus einem Fokussierrohr 9 des Schneidkopfes 3 aus. Das Fokussierrohr 9 dient zur Führung und Fokussierung des abgegebenen Schneidstrahls 2.
Der Schneidkopf 3 weist einen ersten Zufuhranschluss 31 zur Zufuhr eines flüssigen Schneidmediums zum Schneidkopf 3 auf, ferner einen zweiten Zufuhranschluss 32 zur Zufuhr eines dem Schneidmedium zuzusetzenden Abrasivm ittels und einen dritten Zufuhranschluss 33 zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums, das nachfolgend als Druckgas bezeichnet wird. Der erste Zufuhranschluss 31 ist über eine Zufuhrleitung 1 1 mit einer Einrichtung 21 verbunden. Der zweite Zufuhranschluss 32 ist über eine zweite Zufuhrleitung 12 mit einer Einrichtung 22 verbunden. Der dritte Zufuhranschluss 33 ist über eine dritte Zufuhrleitung 13 mit einer Einrichtung 23 verbunden. Die Einrichtung 21 kann als Vorratsbehälter, zum Beispiel als Steigflasche, für das flüssige Schneidmedium ausgebildet sein, oder als Gasverflüssigungseinrichtung für das zum flüssigen Schneidmedium zu verflüssigende Gas. Ist die Einrichtung 21 als Gasverflüssigungseinrichtung ausgebildet, kann sie zusätzlich einen Vorratsbehälter aufweisen, zum Beispiel zur Zwischenspeicherung verflüssigten Gases. Über die erste Zufuhrleitung 1 1 wird das verflüssigte Gas als Schneidmedium dem Schneidkopf 3 zugeführt. Zur Erzeugung des erforderlichen Hochdrucks des verflüssigten Gases kann die Einrichtung 21 eine Hochdruckpumpe, z.B. eine Hochdruckpumpe konventioneller Bauart, aufweisen, mit der das flüssige Schneidmedium auf den Betriebsdruck verdichtet wird.
Die Einrichtung 22 kann als Vorratsbehälter für das Abrasivmittel oder als Gasverfestigungseinrichtung zur Umwandlung des Gases, aus dem das Abrasiv-mittel gebildet ist, in Feststoffform ausgebildet sein. Ist die Einrichtung 22 als Gasverfestigungseinrichtung ausgebildet, kann sie zusätzlich einen Vorratsbehälter für das erzeugte Abrasivmittel aufweisen, zum Beispiel als Zwischenspeicher. Über die zweite Zufuhrleitung 12 wird das verfestigte Gas als Abrasivmittel zu dem Schneidkopf 3 geführt.
Die Einrichtung 23 kann als Vorratsbehälter für das Druckgas oder als Druckgaserzeuger, zum Beispiel als Kompressor, ausgebildet sein. Das Druckgas kann insbesondere Druckluft sein. Ist die Einrichtung 23 als Druckgaserzeuger ausgebildet, kann sie zusätzlich einen Vorratsbehälter aufweisen, zum Beispiel zur Zwischenspeicherung des erzeugten Druckgases.
Die in der Figur 1 in Form einzelner Leitungen dargestellten Zufuhrleitungen 1 1 , 12, 13 können je nach Ausgestaltung der Strahlschneidvorrichtung kürzer oder länger ausfallen. Insbesondere können Sie derart kurz sein, dass eine oder mehrere der Einrichtungen 21 , 22, 23 ganz oder teilweise in den Schneidkopf 3 integriert oder daran angeflanscht sind. Insbesondere im Falle längerer Ausführung der Zufuhrleitungen 1 1 , 12 ist es vorteilhaft, diese gut thermisch zu isolieren und/oder mit einer Kühleinrichtung zu versehen, insbesondere einer temperaturgeregelten Kühleinrichtung.
Zur besseren Handhabung kann der Schneidkopf 3 einen Handgriff 34 aufweisen, an dem er beim Strahlschneiden gehalten wird.
Die Figur 2 zeigt den Schneidkopf 3 mit der ersten, der zweiten und der dritten Zufuhrleitung 1 1 , 12, 13 sowie der Einrichtung 22 in vergrößerter, detaillierterer Schnitt-Darstellung. Erkennbar ist, dass die Strahlschneidvorrichtung mit drei unterschiedlichen Temperaturniveaus Τι, T2 und T3 sowie zwei unterschiedlichen Druckniveaus P1 , P2 betrieben werden kann. Der Schneidkopf 3 weist eine Expansionskammer 7 auf, der das flüssige Schneidmedium über die erste Zufuhrleitung 1 1 und den ersten Zufuhran- schluss 31 zugeführt wird. Die Zuführung zur Expansionskammer 7 erfolgt über eine hinsichtlich des Durchtrittquerschnitts verengte erste Übergangsstelle 6, z.B. in Form einer Düse. Durch die erste Übergangsstelle 6 erfolgt eine Verringerung des Drucks vom Wert P1 auf den Wert P2. In der Expansionskammer 7 werden dem Schneidmedium Partikel des Abrasiv- mittels über die zweite Zufuhrleitung 12 und den zweiten Zufuhranschluss 32 zugeführt. Ferner wird die Expansionskammer 7 über die dritte Zufuhrleitung 13 und den dritten Zufuhranschluss 33 mit dem Druckgas aus der Einrichtung 23 versorgt. Die Expansionskammer 7 befindet sich dabei auf dem gleichen Druckniveau P2 wie die Bereiche, die das Abrasivmittel führen, das heißt die Einrichtung 22 und die zweite Zufuhrleitung 12.
Das mit dem Schneidmedium vermischte Abrasivmittel gelangt über eine Düse 8 in das Fokussierrohr 9 und tritt als Schneidstrahl 2 an der Austrittsstelle 10 daraus aus.
Nachfolgend wird der Betrieb der Strahlschneidvorrichtung anhand des Gases Kohlenstoffdioxid, sowohl für das Abrasivmittel als auch für das Schneidmedium, erläutert.
Die Figur 3 zeigt ein Phasenübergangsdiagramm für Kohlenstoffdioxid. Dort ist entlang der linear skalierten Abszisse die Temperatur in Grad Celsius aufgetragen, entlang der logarithmisch skalierten Ordinate der Druck in bar. Die Linie 40 ist dabei die Sublimationslinie, die Linie 41 die
Schmelzlinie und die Linie 42 die Sättigungslinie. Das Kohlenstoffdioxid befindet sich in dem Bereich oberhalb der Schmelzlinie und der Sublimationslinie im festen Aggregatszustand, zwischen der Schmelzlinie und der Sättigungslinie im flüssigen Aggregatszustand und unterhalb der Sättigungslinie und der Sublimationslinie im gasförmigen Aggregatszustand. Das Bezugszeichen 43 kennzeichnet den Tripelpunkt des Diagramms, das Bezugszeichen 44 den kritischen Punkt.
Die Strahlschneidvorrichtung 1 , wie zuvor erläutert, kann als Schneidmedium mit einem unter Hochdruck stehenden, flüssigen temperaturgeregelten CO2 Medium betrieben werden. Dieses kann zum Beispiel bei 0°C mit 3000 bar bereitgestellt sein (entsprechend dem Punkt 37 in Figur 3), oder bei 20°C mit 4000 bar (entsprechend dem Punkt 38 in Figur 3). Das auf diese Weise bereitgestellte CO2-Medium wird durch die erste Zufuhrleitung 1 1 in den ersten Zufuhranschluss 31 durch erste Übergangsstelle 6 geführt, in der ein flüssiger Strahl des Schneidmediums auf geringerem Druckniveau erzeugt wird. Der Zustand des Schneidmediums nach Austritt aus der ersten Übergangsstelle 6 ist in der Figur 3 durch den Punkt 39 dargestellt. Es erfolgt somit ein Übergang vom Punkt 37 zum 39 oder vom Punkt 38 zum Punkt 39. In der Expansionskammer 7 werden diesem flüssigen Schneidmedium die festen CO2-Partikel als Abrasivmittel zugeführt. Diese weisen bereits eine Ausgangsgröße auf, die für ein Strahlschneiden geeignet ist. Es kann der Effekt auftreten, dass sich die Abrasivpartikel auf dem Weg durch das Fokussierungsrohr 9 in Folge der Anlagerung gefrierenden flüssigen Schneidmediums vergrößern.
In der Expansionskammer kann zum Beispiel ein Arbeitspunkt bei -57°C und 7 bar Druck eingestellt werden, entsprechend dem Punkt 39 in Figur 3.
Da sich die Drücke P1 und P2 voneinander unterscheiden, ist es erforder- lieh, in unmittelbarer Umgebung der Expansionskammer 7 eine temperaturgeregelte Kühlkammer 5 vorzusehen, so dass zum einen der flüssige CO2-Strom nicht in die gasförmige Phase übertritt und zum anderen die festen CO2-Partikel (Trockeneis) ebenfalls nicht unmittelbar den Aggregatzustand wechseln. Die Kühlkammer kann zum Beispiel Kühlwendel aufweisen, durch die ein flüssiges Kühlmedium, zum Beispiel Glykol oder R134a, gefördert wird.
Nach Durchquerung der Expansionskammer 7 wird der Strom von flüssigem und festem CO2 durch eine zweite Übergangsstelle 8 in das Fokus- sierungsrohr 9 geleitet, in dem bedingt durch das Verlassen der gekühlten Umgebung und der positiven Druckdifferenz zwischen der Expansionskammer 7 und der Umgebung sich zusätzlich ein Düseneffekt einstellt, so dass am Ende des Fokussierungsrohrs 9 der Strom von flüssigem und festem CO2 sowie der Druckluft beschleunigt austritt. Zusätzlich erfahren die festen CO2-Partikel eine thermische Stabilisierung durch das flüssige CO2-Schneidmedium.
Hierbei wird der Effekt genutzt, dass das Kohlenstoffdioxid in Abhängigkeit von Druck und Temperatur über einen Tripelpunkt verfügt, das heißt das Kohlenstoffdioxid kann in festem sowie in flüssigem Zustand bei gleicher Temperatur und gleichem Druck nebeneinander vorliegen. Der Phasenübergang (flüssig nach gasförmig beziehungsweise fest nach gasförmig) erfolgt nach Beendigung des Schneidvorgangs nach erfolgter Trennung und Kühlung des Schneidbereichs des Werkstücks 4. Letztendlich bleibt vom Schneidstrahl 2 nur gasförmiges Kohlenstoffdioxid über. Somit ist ein rückstandsfreies Strahlschneiden möglich.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Strahlschneidvorrichtung, wobei eine Detaildarstellung ähnlich der Figur 2 verwendet wird. Im Unterschied zur anhand der Figur 2 erläuterten Ausführungsform weist der Schneidkopf 3 im Bereich des Austrittsrohrs 9 einen vierten Zufuhran- schluss 56 sowie als weitere Option einen fünften Zufuhranschluss 57 auf. Der vierte Zufuhranschluss 56 ist über einen ersten Druckminderer 54 über Leitungen 51 , 52 mit einem Druckgasvorrat verbunden, z.B. mit der unter Überdruck stehenden Einrichtung 22 oder dem Druckgasvorrat 23. Der fünfte Zufuhranschluss 57 ist über einen zweiten Druckminderer 55 über Leitungen 51 , 53 mit einem Druckgasvorrat verbunden, z.B. mit der unter Überdruck stehenden Einrichtung 22 oder dem Druckgasvorrat 23.
Über die Druckgaszufuhr über den vierten und ggf. den fünften Zufuhranschluss 56, 57 soll ein Druckgefälle gegenüber dem zweiten Zufuhranschluss 32 bzw. der Expansionskammer 7 geschaffen werden. Insbesondere soll der am vierten Zufuhranschluss 34 vorliegende Druck geringfügig niedriger sein als der an der zweiten Übergangsstelle 8 vorliegende Druck. Hierzu ist eine Druckminderung erforderlich, wenn beide Stellen aus demselben Druckvorrat gespeist werden, wie in der Figur 4 dargestellt. Hierfür dienen der erste Druckminderer 54 bzgl. des vierten Zufuhranschlusses 56 und der zweite Druckminderer 55 bzgl. des zweiten Zufuhranschlusses 57. Die Druckminderer 54, 55 können als Drossel oder Blende mit festem oder einstellbarem Querschnitt ausgebildet sein.
Über den vierten Zufuhranschluss 56 wird ein nur minimal niedrigerer Druck als an der Übergangsstelle 8 erzeugt. Durch diese geringfügige Druckdifferenz, z.B. im Bereich von 0,1 bar, kann das mit dem Abrasivmit- tel gemischte flüssige Schneidmedium bis zu dem vierten Zufuhranschluss 56 beschleunigt werden, ohne dass ein Phasenübergang stattfindet, d.h. das flüssige Schneidmedium bleibt in der flüssigen Phase. Erst hinter dem vierten Zufuhranschluss 56 kann ein Übergang des flüssigen Schneidmediums in die gasförmige Phase erfolgen. Dies kann, wenn der fünfte Zufuhranschluss 57 nicht vorgesehen ist, einfach durch den stromabwärts des vierten Zufuhranschlusses 56 erfolgenden Druckanstieg auf das Atmosphärenniveau im Bereich der Austrittsstelle 10 erfolgen. Wenn der fünfte Zufuhranschluss 57 vorhanden ist, kann dort durch Einspeisen ei- nes weiteren, in diesem Fall erheblich niedrigeren Druckwerts als am vierten Zufuhranschluss 56 der Übergang in die gasförmige Phase noch präziser gesteuert werden. So kann z.B., wenn an der Übergangsstelle 8 einen Druck von 15 bar anliegt, über den fünften Zufuhranschluss 57 ein Druck von 5 bar eingespeist werden.
Der vierte Zufuhranschluss 56 ist vorteilhafterweise, bezogen auf die Längserstreckung L des Austrittsrohrs 9 zwischen der Übergangsstelle 8 und der Austrittsstelle 10, in der unteren Hälfte der Längserstreckung L angeordnet, z.B. am Übergang in das untere Drittel. Auf diese Weise wird eine relativ lange Beschleunigungsstrecke für das flüssige Schneidmedium in Kombination mit dem Abrasivmittel bereitgestellt, in dem dieses in definierter Weise ohne gasförmige Turbulenzen beschleunigt werden kann.

Claims

Patentansprüche:
1 . Strahlschneidvornchtung (1 ) zum Trennen von Materialien (4) mittels eines Schneidstrahls (2), wobei die Strahlschneidvorrichtung (1 ) wenigstens einen Schneidkopf (3) aufweist, der zum Auslass des Schneidstrahls (2) auf das zu trennende Material (4) eingerichtet ist, wobei der Schneidkopf (3) wenigstens einen ersten Zufuhranschluss (31 ) zur Zufuhr eines Schneidmediums in flüssiger Form und wenigstens einen zweiten Zufuhranschluss (32) zur Zufuhr eines dem Schneidmedium zuzusetzenden Abrasivmittels in Feststoffform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zufuhranschluss (31 ) mit einer ersten Zufuhrleitung (1 1 ), die ein verflüssigtes Gas führt, und der zweite Zufuhranschluss mit einer zweiten Zufuhrleitung (12), die als Abrasivmittel ein in Feststoffform verfestigtes Gas führt, gekoppelt ist.
2. Strahlschneidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidmedium und das Abrasivmittel im gasförmigen Zustand dasselbe Gas bilden.
3. Strahlschneidvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlschneidvorrichtung (1 ), insbesondere deren Schneidkopf (3), eine Expansionskammer (7) aufweist, in der dem flüssigen Schneidmedium das Abrasivmittel zugemischt wird.
4. Strahlschneidvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlschneidvorrichtung (1 ) wenigstens eine hinsichtlich des Durchtrittquerschnitts verengte erste Übergangsstelle (6) aufweist, durch den das flüssige Schneidmedium vom ersten Zufuhranschluss (1 1 ) in die Expansionskammer (7) geführt ist. Strahlschneidvornchtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammer (7) an einer Austrittsseite für das mit dem Schneidmedium gemischten Abrasivmittel eine hinsichtlich des Durchtrittquerschnitts verengte zweite Übergangsstelle (8) in ein Austrittsrohr (9) des Schneidkopfes (3) aufweist.
Strahlschneidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (3) wenigstens eine temperaturgeregelte Kammer (5) aufweist.
Strahlschneidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlschneidvorrichtung (1 ) wenigstens einen dritten Zufuhranschluss (33) zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums aufweist, der mit einem Druckgasvorrat (23) und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist, wobei innerhalb der Strahlschneidvorrichtung (1 ) die Expansionskammer (7) und/oder die zweite Zufuhrleitung (12) mit dem dritten Zufuhranschluss (33) verbunden ist.
Strahlschneidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (3) oder ein Austrittsrohr (9) des Schneidkopfs (3) einen stromabwärts des ersten und/oder des zweiten Zufuhranschlusses (31 , 32) angeordneten vierten Zufuhranschluss (56) zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums aufweist, der direkt oder über einen ersten Druckminderer (54) mit einem Druckgasvorrat (23) und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist.
Strahlschneidvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (3) oder ein Austritts- rohr (9) des Schneidkopfs (3) einen stromabwärts des vierten Zufuhranschlusses (56) angeordneten fünften Zufuhranschluss (57) zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums aufweist, der direkt oder über einen zweiten Druckminderer (55) mit ei- nem Druckgasvorrat (23) und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist.
Strahlschneidverfahren zum Trennen von Materialien (4) mittels eines Schneidstrahls (2), wobei einem flüssigen Schneidmedium ein Abrasivmittel in Feststoffform zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidmedium ein verflüssigtes Gas ist und das Abrasivmittel aus einem in Feststoffform verfestigten Gas besteht.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Durchführung des Verfahrens mittels einer Strahlschneidvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Schneidmedium unter Hochdruck ste- hend durch ein Zuführrohr (1 1 ) zu einer Düse (6) eines Schneidkopfes (3) geführt wird, in der ein flüssiger Schneidstrahl erzeugt wird, der zur Druckabsenkung in eine Expansionskammer (7) geführt wird, in der dem flüssigen Schneidmedium das Abrasivmittel zugemischt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammer (7) mit einem unter Überdruck stehenden gasförmigen Medium beaufschlagt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Expansionskammer (7) derart temperaturgeregelt wird, dass das flüssige Schneidmedium und das feste Ab- rasivmittel zumindest in der Expansionskammer (7) nicht unmittelbar den Aggregatzustand wechseln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schneidkopf (3) oder in einem Austrittsrohr (9) des Schneidkopfs (3) stromabwärts der Expansionskammer (7) ein relativer Unterdruck gegenüber dem Druck in der Expansionskammer erzeugt wird, durch den das flüssige Schneidmedium mit dem beigemischten Abrasivmittel ohne Änderung des Phasenzustands beschleunigt wird.
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