WO2018114270A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines fluidstrahls - Google Patents

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WO2018114270A1
WO2018114270A1 PCT/EP2017/081008 EP2017081008W WO2018114270A1 WO 2018114270 A1 WO2018114270 A1 WO 2018114270A1 EP 2017081008 W EP2017081008 W EP 2017081008W WO 2018114270 A1 WO2018114270 A1 WO 2018114270A1
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WO
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nozzle
pressure
fluid
valve
interrupter unit
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Application number
PCT/EP2017/081008
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English (en)
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Inventor
Bernd Stuke
Malte Bickelhaupt
Thomas Eh Walter
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/08—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
    • F04B9/10—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid
    • F04B9/103—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid having only one pumping chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
    • B26F2003/006—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet having a shutter or water jet deflector

Definitions

  • the invention relates to a device for generating a fluid jet, as used, for example, to cut materials or to machine their surface.
  • an injector for generating a pulsed fluid jet requires a relatively large amount of space, since the injector is combined with the electromagnetic valve in a structural unit and requires a corresponding free space in the device.
  • the injector in case of a
  • the device according to the invention for generating a fluid jet has the advantage over the opposite that less space is required and moreover freedom in the design of the device are given.
  • the device has a high-pressure pump, which is a compressed fluid for
  • the nozzle has a nozzle opening through which the compressed fluid can escape, forming a high-pressure fluid jet.
  • an interrupter unit is arranged, which can interrupt and release the fluid jet to the nozzle alternately. In this case, the interrupter unit and the
  • Nozzle designed structurally separated.
  • the interrupter unit and the nozzle By dividing the interrupter unit and the nozzle into two separate assemblies, it is possible to arrange the interrupter unit spatially separated from the nozzle. As a result, for example, only the nozzle needs by means of a corresponding device can be moved relative to the workpiece, while the interrupter unit can remain stationary with all other components that generate the fluid high pressure. Since the nozzle itself requires only little space, this results in more freedom in the construction of the device for generating the fluid jet. Thus, it is also possible to swap without great effort only the nozzle, the cutting is exposed to the high pressure fluid jet cutting wear, while the other components of the fluid jet cutting system, which also come into contact with the high pressure fluid, can continue to operate, which minimizes the need for spare parts and thus the costs can be reduced.
  • a high-pressure accumulator is arranged between the high-pressure pump and the interrupter unit, is held in the compressed fluid, wherein the nozzle with the high-pressure accumulator via the interrupter unit is connectable.
  • the interrupter unit is designed as an electro-mechanical valve.
  • the electromechanical valve can be designed as an electromagnetic valve or piezoelectric valve. These proven electromechanical valves can be used advantageously to precisely interrupt the fluid jet periodically, so that optimum cutting performance can be achieved.
  • the interrupter unit comprises a pressure booster unit.
  • the fluid supplied to the interruption unit which has already been compressed, can continue to rise to a higher level
  • the pressure intensifier unit is preferably supplied with fluid by a 3/2 valve, which is designed as an electromechanical valve.
  • the nozzle is equipped with a movable nozzle element which cooperates with a nozzle seat for opening and closing the nozzle opening.
  • the nozzle element is biased in an advantageous manner against the nozzle seat, in particular by a biasing spring, wherein the nozzle member is movable in an advantageous manner by the pressure of the fluid supplied in the nozzle against the biasing force.
  • the nozzle element is moved counter to the biasing force and releases the nozzle opening.
  • the nozzle element closes the nozzle opening as a result of the prestressing force, so that the slowing pressure drop of the fluid between the interrupter unit and the nozzle does not lead to a long run-off of the fluid from the nozzle opening ,
  • Figure 1 shows the schematic structure of a device according to the invention for
  • FIG 2 shows a part of the device shown in Figure 1 with more detailed
  • FIG. 3 shows a further device according to the invention, in which case the interrupter unit comprises a pressure booster unit, in a schematic block diagram, a device for generating a fluid jet, as known from the prior art, as a block diagram of the device according to the invention, as shown in Figure 1 or Figure 2, another variant of the device according to the invention as a block diagram and another variant the apparatus according to the invention as a block diagram with a pressure booster unit.
  • the interrupter unit comprises a pressure booster unit, in a schematic block diagram, a device for generating a fluid jet, as known from the prior art, as a block diagram of the device according to the invention, as shown in Figure 1 or Figure 2, another variant of the device according to the invention as a block diagram and another variant the apparatus according to the invention as a block diagram with a pressure booster unit.
  • the device comprises a fluid tank 1, in which the fluid is stored, which is used to generate a high-pressure fluid jet.
  • the fluid is supplied via a line 2 to a high-pressure pump 3, from where the now compressed fluid is fed to a high-pressure accumulator 7 via a high-pressure line 5 a.
  • a certain amount of the compressed high-pressure fluid is kept and passes from there via a further part of the high-pressure line 5b via a breaker unit 10 and via a further part 5c of the high-pressure line 5 to a nozzle
  • the nozzle 30 has a nozzle opening 39 through which a high-pressure fluid jet 40 exits the nozzle 30 when the high-pressure accumulator 7 is connected to the nozzle 30 and the interrupter unit 10 releases the high-pressure line 5.
  • the high pressure fluid jet 40 exiting the nozzle 30 is adapted to divide a workpiece 50 by moving either the nozzle or workpiece 50 relative to the high pressure fluid jet.
  • brittle materials such as ceramics, concrete, glass or metal, can be cut in this way, wherein delamination of workpieces is also possible when the high-pressure fluid jet is metered appropriately and impinges on the workpiece 50 at a suitable angle.
  • FIG. 2 a breaker unit 10 and a nozzle 30 as part of the device, which is already shown in FIG.
  • the interrupter unit 10 is designed here as an electromechanical, in this case especially as an electromagnetic valve.
  • the electromagnetic valve 10 has for this purpose a valve housing 11, in which a high-pressure chamber 12 is formed.
  • a valve housing 11 In the valve housing 11, an inlet opening 14 is formed, into which the high-pressure line 5b opens, so that compressed fluid can flow from the high-pressure accumulator 7 via the high-pressure line 5b to the interrupter unit 10.
  • the sealing ball 16 which comes into contact with a valve seat 13 and thereby closes the inlet opening 14 serves.
  • the sealing ball 16 is fixedly connected to a magnet armature 18, which is pressed by a valve spring 20 against the valve seat 13.
  • an electromagnet 19 is energized, which exerts a force on the magnet armature 18 and moves it counter to the force of the valve spring 20, the sealing ball 16 is pulled away from the valve seat 13.
  • the inlet opening 14 is opened and compressed fluid flows into the high pressure chamber 12 and from there via an outlet opening 15 in the valve housing 11. If the inlet opening 14 are closed again, the energization of the electromagnet 19 is interrupted and the valve spring 20 presses the magnet armature 18th back to its closed position, and the sealing ball 16 closes the inlet opening 14 again.
  • the outlet opening 15 in the valve housing 11 is connected to a further section of the high-pressure line 5 c, which connects the interrupter unit 10 with the nozzle 30.
  • the nozzle 30 has a nozzle body 31, which is designed essentially as a hollow cylinder and in which a pressure chamber 32 is formed.
  • a nozzle member 34 is arranged longitudinally displaceable, wherein the nozzle member 34 has a sealing surface 35 at its one outlet opening 39 facing the end, with which the nozzle needle 34 with a nozzle seat
  • the nozzle needle 34 is acted upon by a biasing spring 37 with a closing force in the direction of the nozzle seat 38, wherein the biasing spring 37 of the nozzle opening
  • the valve element 34 has two sections with different diameters, so that at the transition of the smaller to the larger section, a pressure shoulder 36 is formed, which is acted upon by the pressure in the pressure chamber 32. Thereby, a hydraulic force is exerted on the pressure shoulder 36, which acts in the longitudinal direction of the valve element 34 and the force of the biasing spring 37 is directed against.
  • compressed fluid flows from the high pressure chamber 12 of the interrupter unit 10 via the high pressure line 5c to the nozzle 30 and there into the pressure chamber 32. If the pressure in the pressure chamber 32 exceeds a certain threshold value, the nozzle element 34 is counteracted by the hydraulic force on the pressure shoulder 36 Force of the biasing spring 37 moves in the longitudinal direction and thus releases the nozzle opening 39. Thereafter, compressed fluid flows from the pressure chamber 32 to the nozzle opening 39 and exits from there in the form of a high-pressure fluid jet 40. When the high pressure fluid jet 40 hits a workpiece 50, the high pressure fluid jet 40 breaks the workpiece 50. By suitable movement of either the nozzle or the workpiece 50, any cutting line in the workpiece 50 can be created.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention.
  • the interrupter unit 10 'here comprises a 3/2 valve 21 and a pressure booster unit 22, which makes it possible to further increase the fluid pressure stored in the high-pressure accumulator 7. Thus, much higher pressures in the nozzle 30 can be achieved than the high pressure pump 3 provides.
  • the pressure amplification in the pressure booster unit 22 by means of a pressure booster piston 26 which is formed as a stepped piston and is guided longitudinally displaceable in the housing not shown in detail. With its larger end face, the pressure intensifier piston 26 defines a pressure chamber 23 which is connected via the 3/2 valve 21 either to the high pressure line 5b or in the other Switching position of the 3/2 valve 21 via a low pressure line 24, which opens into the tank 1, can be relieved.
  • the compression space 28 refills with fluid via the high-pressure line 5b 'until the output tension is restored.
  • the achievable fluid pressure in the nozzle 30 is ultimately determined by the area ratio of the two end faces of the pressure booster piston 26, so that in this way a significant increase in pressure against the fluid pressure can be achieved, which is generated by the high-pressure pump 3.
  • Figure 4 again shows the already known apparatus for fluid jet cutting as a block diagram. It is the high-pressure pump 3, the high-pressure accumulator 7 and the interrupter unit 10 and the nozzle 30 is shown, wherein the interrupter unit 10 and the nozzle 30 are housed in a common housing 42.
  • This structure corresponds to the use of a fuel injector for fluid jet cutting, in which the electromagnetic actuator or the piezoelectric actuator together with the nozzle are combined in a brewing assembly.
  • FIG. 5 shows a block diagram of the device according to the invention, in which case the interrupter unit 10 and the nozzle 30 are designed as separate components which are connected to one another via the high-pressure line 5c.
  • the high pressure line 5c between the interrupter unit 10 and the nozzle 30 may not be short, as Figure 4 may suggest, but the components may also be widely spaced from each other.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment in a block diagram of a further device according to the invention.
  • the interrupter unit 10 and the nozzle 30 are structurally separated, but the interrupter unit 10 is arranged here in a common housing 45 together with the high pressure accumulator 7 and the high pressure pump 3.
  • these three components can be summarized in a compact assembly, which may be located elsewhere than the nozzle 30 and is connected by a more or less long high-pressure line 5c to the nozzle 30.
  • FIG. 7 schematically shows the exemplary embodiment with a pressure amplifier in the form of a block diagram.
  • the interrupter unit 10 'and the nozzle 30 are also structurally separated here, the interrupter unit 10' lifting a valve, here designed as a 3/2 valve 21, also comprising the pressure intensifier unit.

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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls zum Zerteilen eines Werkstücks (50), mit einer Hochdruckpumpe (3), die ein verdichtetes Fluid zur Verfügung stellt, und mit einer Hochdruckleitung (5a, 5b, 5c), durch die das durch die Hochdruckpumpe (3) verdichtete Fluid einer Düse (30) zuführbar ist. Hierbei weist die Düse (30) eine Düsenöffnung (39) auf, durch die das verdichtete Fluid austreten kann und dabei einen Hochdruckfluidstrahl (40) bildet. In der Hochdruckleitung (5a, 5b, 5c) ist eine Unterbrechereinheit (10) angeordnet, die den Fluidstrom zur Düse (30) abwechselnd unterbrechen und freigeben kann, wobei die Unterbrechereinheit (10) und die Düse (30) baulich getrennt ausgebildet sind.

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls, wie sie beispielsweise Verwendung findet, um Werkstoffe zu zerschneiden oder deren Oberfläche zu bearbeiten.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist seit längerer Zeit bekannt, mittels eines Hoch- druckfluidstrahls insbesondere eines Hochdruckwasserstrahls, Werkstoffe zu zerschneiden oder auch zu entschichten. Dazu wird mittels einer Hochdruckpumpe ein Fluid, insbesondere Wasser, stark verdichtet auf einen Druck von bis zu mehreren tausend bar (einige hundert MPa) und dann einer Düse zugeführt, durch die ein konzentrierter Fluid- bzw. Wasserstrahl erzeugt wird. Dieser Fluid- strahl ist bei genügend hohem Druck und entsprechend konzentriertem Strahl in der Lage, auch sehr harte Werkstoffe wie beispielsweise Beton, Keramik oder Metalle (z.B. Stahl) zu zerteilen, wobei ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens darin besteht, dass der Fluidstrahl keine thermische Schädigung abseits der Schneidkerbe im Werkstück erzeugt. Damit lassen sich auch wärmeempfindliche und spröde Werkstoffe - wie beispielsweise Glas oder Kohlefaserverbund- Werkstoffe - zerteilen, die sich nur schwer mit anderen Methoden schneiden lassen.
Bei den bekannten Hochdruckvorrichtungen tritt ein kontinuierlicher Fluidstrahl aus der Düse aus. Dieser fordert einen hohen Energieeinsatz, da ständig Fluid unter hohem Druck nachgeführt werden muss. Um den Energiebedarf zu verringern, ist aus der DE 10 2013 201 797 AI bekannt, statt eines kontinuierlichen Fluidstrahls einen gepulsten Fluidstrahl zu erzeugen. Dazu wird ein Injektor ver- wendet, der eine bewegliche Düsennadel aufweist, die mit einem Düsensitz zum Öffnen und Schließen der Düsenöffnung zusammenwirkt. Mittels eines elektro- mechanischen Aktuators, insbesondere eines Elektromagneten, lässt sich die Düsennadel in ihrer Längsrichtung bewegen und damit periodisch die Eindüsöff- nung öffnen und schließen. Der gepulste Fluidstrahl benötigt deutlich weniger hochverdichtetes Fluid, was den Energiebedarf der Vorrichtung deutlich senkt. Der Injektor, mit dem das gepulste Fluidstrahlschneiden ermöglicht wird, ist als Kraftstoffinjektor aus dem Bereich der Dieseleinspritztechnik bereits bekannt und lässt sich mit nur geringen Modifikationen für das Fluidstrahlschneiden verwen- den.
Die Verwendung eines Injektors zur Erzeugung einer gepulsten Fluidstrahls erfordert jedoch relativ viel Bauraum, da der Injektor mit dem elektromagnetischen Ventil in einer Baueinheit zusammengefasst ist und einen entsprechenden Frei- räum in der Vorrichtung benötigt. Darüber hinaus wird der Injektor im Falle einer
Fehlfunktion oder bei entsprechendem Verschleiß komplett getauscht, da der Austausch einzelner Teile des Injektors zu aufwendig wäre und zu einem langen Stillstand der Schneidvorrichtung führen würde. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass weniger Bauraum benötigt wird und darüber hinaus mehr Freiheiten bei der Konstruktion der Vorrichtung gegeben sind. Dazu weist die Vorrichtung eine Hochdruckpumpe auf, die ein verdichtetes Fluid zur
Verfügung stellt, welches über eine Hochdruckleitung einer Düse zuführbar ist. Die Düse weist eine Düsenöffnung auf, durch die das verdichtete Fluid austreten kann und dabei einen Hochdruckfluidstrahl bildet. In der Hochdruckleitung ist eine Unterbrechereinheit angeordnet, die den Fluidstrahl zur Düse abwechselnd unterbrechen und freigeben kann. Dabei sind die Unterbrechereinheit und die
Düse baulich getrennt ausgebildet.
Durch die Aufteilung der Unterbrechereinheit und der Düse in zwei getrennten Baugruppen ist es möglich, die Unterbrechereinheit räumlich getrennt von der Düse anzuordnen. Dadurch braucht beispielsweise nur die Düse mittels einer entsprechenden Vorrichtung gegenüber dem Werkstück bewegt werden, während die Unterbrechereinheit zusammen mit allen anderen Komponenten, die den Fluidhochdruck erzeugen, ortsfest verbleiben können. Da die Düse selbst nur wenig Bauraum benötigt, ergeben sich so mehr Freiheiten bei der Konstrukti- on der Vorrichtung zur Erzeugung des Fluidstrahls. Damit ist es auch möglich, ohne großen Aufwand nur die Düse zu tauschen, die beim Hochdruckfluidstrahl- schneiden besonderem Verschleiß ausgesetzt ist, während die übrigen Komponenten des Fluidstrahlschneidsystems, die ebenfalls mit dem Hochdruckfluid in Berührung kommen, weiter betrieben werden können, womit der Ersatzteilbedarf minimiert und damit die Kosten gesenkt werden können.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Hochdruckpumpe und der Unterbrechereinheit ein Hochdruckspeicher angeordnet, in dem verdichtetes Fluid vorgehalten wird, wobei die Düse mit dem Hochdruckspeicher über die Unterbrechereinheit verbindbar ist. Durch die Zwischenspeicherung des Hochdruckfluids zwischen der Hochdruckpumpe und der Düse können Druckschwankungen innerhalb des Hochdrucksystems ausgeglichen werden, was eine kontinuierliche Versorgung der Düse mit Hochdruckfluid unter gleichbleibendem Druck erleichtert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Unterbrechereinheit als elekt- romechanisches Ventil ausgebildet. Insbesondere kann dabei das elektromecha- nische Ventil als elektromagnetisches Ventil oder piezoelektrisches Ventil ausgebildet sein. Diese bewährten elektromechanischen Ventile lassen sich in vorteilhafter Weise einsetzen, um präzise den Fluidstrahl periodisch zu unterbrechen, so dass eine optimale Schneidleistung erreichbar ist.
Weiter kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Unterbrechereinheit eine Druckverstärkereinheit umfasst. Dadurch kann das der Unterbre- chereinheit zugeführte Fluid, das bereits verdichtet ist, weiter auf einen höheren
Druck gebracht werden, mit dem das Fluid der Düse zugeführt wird. Dabei wird die Druckverstärkereinheit bevorzugt durch ein 3/2-Ventil mit Fluid versorgt, das als elektromechanisches Ventil ausgestaltet ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Düse mit einem beweglichen Düsenelement ausgestattet, das mit einem Düsensitz zum Öffnen und Schließen der Düsenöffnung zusammenwirkt. Durch das Düsenelement ist es möglich, die Düsenöffnung der Düse, aus der der Hochdruckfluidstrahl austritt, nahe der Düsenöffnung zu verschließen, so dass es zu keinem Nachtropfen des Hochdruck- fluids kommt, wenn die Unterbrechereinheit die Zufuhr von Fluid zu Düse unterbrochen hat. Dabei ist das Düsenelement in vorteilhafter Weise gegen den Düsensitz vorgespannt, insbesondere durch eine Vorspannfeder, wobei das Düsenelement in vorteilhafter Weise durch den Druck des in der Düse zugeführten Fluids entgegen der Vorspannkraft bewegbar ist. Damit wird das Düsenelement dann, wenn durch die Unterbrechereinheit der Fluidstrahl in Richtung Düse freigegeben ist, entgegen der Vorspannkraft bewegt und gibt die Düsenöffnung frei. Wird die Zufuhr von Hochdruckfluid zur Düse wieder durch die Unterbrechereinheit unterbrochen, so schließt das Düsenelement angetrieben durch die Vorspannkraft die Düsenöffnung, so dass es nicht durch den langsamen Druckabfall des Fluids zwischen der Unterbrechereinheit und der Düse zu einem langen Nachlaufen des Fluids aus der Düsenöffnung kommt.
Zeichnung
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt
Figur 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Erzeugung eines Fluidstrahls,
Figur 2 einen Teil der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung mit detaillierterer
Darstellung der Düse und der Unterbrechereinheit ebenfalls in sche- matischer Darstellung,
Figur 3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei hier die Unterbrechereinheit eine Druckverstärkereinheit umfasst, in schematischer Blockdarstellung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, als Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie auch in Figur 1 oder Figur 2 dargestellt ist, eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockschaltbild und eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockschaltbild mit einer Druckverstärkereinheit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls schematisch dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Fluidtank 1, in dem das Fluid vorgehalten wird, das zur Erzeugung eines Hochdruckfluidstrahls Verwendung findet. Das Fluid wird über eine Leitung 2 einer Hochdruckpumpe 3 zugeführt, von wo das nunmehr verdichtete Fluid über eine Hochdruckleitung 5a einem Hochdruckspeicher 7 zugeführt wird. Im Hochdruckspeicher 7 wird eine gewisse Menge des verdichteten Hochdruckfluids vorgehalten und gelangt von dort über einen weiteren Teil der Hochdruckleitung 5b über eine Unterbrecher- einheit 10 und über einen weiteren Teil 5c der Hochdruckleitung 5 zu einer Düse
30. Die Düse 30 weist eine Düsenöffnung 39 auf, durch die ein Hochdruckfluid- strahl 40 aus der Düse 30 austritt, wenn der Hochdruckspeicher 7 mit der Düse 30 verbunden ist und die Unterbrechereinheit 10 die Hochdruckleitung 5 freigibt. Der aus der Düse 30 austretende Hochdruckfluidstrahl 40 ist geeignet, ein Werk- stück 50 zu zerteilen, indem entweder die Düse oder das Werkstück 50 relativ zum Hochdruckfluidstrahl bewegt wird. Damit lassen sich insbesondere spröde Werkstoffe, wie Keramiken, Beton, Glas oder Metall, zerschneiden, wobei auch eine Entschichtung von Werkstücken möglich ist, wenn der Hochdruckfluidstrahl entsprechend dosiert und in einem geeigneten Winkel auf das Werkstück 50 trifft. In Figur 2 ist eine Unterbrechereinheit 10 und eine Düse 30 als Teil der Vorrichtung, die bereits in Figur 1 gezeigt ist, im Längsschnitt schematisch dargestellt. Die Unterbrechereinheit 10 ist hier als elektromechanisches, hier speziell als elektromagnetisches Ventil ausgebildet. Das elektromagnetische Ventil 10 weist dazu ein Ventilgehäuse 11 auf, in dem ein Hochdruckraum 12 ausgebildet ist. Im Ventilgehäuse 11 ist eine Einlassöffnung 14 ausgebildet, in die die Hochdruckleitung 5b mündet, so dass verdichtetes Fluid aus dem Hochdruckspeicher 7 über die Hochdruckleitung 5b zur Unterbrechereinheit 10 strömen kann. Zum Öffnen und Schließen der Eintrittsöffnung 14 dient die Dichtkugel 16, die an einem Ventilsitz 13 zur Anlage kommt und dabei die Einlassöffnung 14 verschließt. Die Dichtkugel 16 ist fest mit einem Magnetanker 18 verbunden, der durch eine Ventilfeder 20 gegen den Ventilsitz 13 gedrückt wird. Soll die Einlassöffnung 14 freigegeben werden, damit verdichtetes Fluid über die Hochdruckleitung 5b in den Hochdruckraum 12 strömen kann, so wird ein Elektromagnet 19 bestromt, der eine Kraft auf den Magnetanker 18 ausübt und diesen so entgegen der Kraft der Ventilfeder 20 bewegt, wobei die Dichtkugel 16 vom Ventilsitz 13 weggezogen wird. Dadurch wird die Einlassöffnung 14 geöffnet und verdichtetes Fluid strömt in den Hochdruckraum 12 und von dort weiter über eine Auslassöffnung 15 im Ventilgehäuse 11. Soll die Einlassöffnung 14 wieder verschlossen werden, so wird die Bestromung des Elektromagneten 19 unterbrochen und die Ventilfeder 20 drückt den Magnetanker 18 zurück in seine Schließstellung, und die Dichtkugel 16 verschließt die Einlassöffnung 14 erneut.
Die Auslassöffnung 15 im Ventilgehäuse 11 ist mit einem weiteren Abschnitt der Hochdruckleitung 5c verbunden, die die Unterbrechereinheit 10 mit der Düse 30 verbindet. Die Düse 30 weist dabei einen Düsenkörper 31 auf, der im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet ist und in dem ein Druckraum 32 ausgebildet ist. Im Druckraum 32 ist ein Düsenelement 34 längsverschiebbar angeordnet, wobei das Düsenelement 34 eine Dichtfläche 35 an seinem einer Auslassöffnung 39 zugewandten Ende aufweist, mit der die Düsennadel 34 mit einem Düsensitz
38 zum Öffnen und Schließen der Düsenöffnung 39 zusammenwirkt. Die Düsennadel 34 wird von einer Vorspannfeder 37 mit einer Schließkraft in Richtung auf den Düsensitz 38 beaufschlagt, wobei die Vorspannfeder 37 der Düsenöffnung
39 abgewandt im Düsenkörper 31 angeordnet ist, wobei der Bereich, in dem sich die Vorspannfeder 37 befindet, durch einen nicht gezeigten Rücklauf auf einem niedrigeren Druck gehalten wird als im Druckraum 32.
Das Ventilelement 34 weist zwei Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser auf, so dass am Übergang des kleineren zum größeren Abschnitt eine Druckschulter 36 ausgebildet ist, die vom Druck im Druckraum 32 beaufschlagt wird. Dadurch wird auf die Druckschulter 36 eine hydraulische Kraft ausgeübt, die in Längsrichtung des Ventilelements 34 wirkt und der Kraft der Vorspannfeder 37 entgegen gerichtet ist.
Soll ein Hochruckfluidstrahl aus der Düse 30 austreten, so wird die Unterbrechereinheit 10 bestromt, so dass sich der Magnetanker 18 entgegen der Kraft der Ventilfeder 20 bewegt und die Dichtkugel 16 die Einlassöffnung 14 freigibt.
Dadurch strömt verdichtetes Fluid aus dem Hochdruckraum 12 der Unterbrechereinheit 10 über die Hochdruckleitung 5c zur Düse 30 und dort in den Druckraum 32. Übersteigt der Druck im Druckraum 32 einen bestimmten Schwellwert, so wird das Düsenelement 34 durch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 36 entgegen der Kraft der Vorspannfeder 37 in Längsrichtung bewegt und gibt damit die Düsenöffnung 39 frei. Daraufhin strömt verdichtetes Fluid aus dem Druckraum 32 zur Düsenöffnung 39 und tritt von dort in Form eines Hochdruck- fluidstrahls 40 aus. Trifft der Hochdruckfluidstrahl 40 auf ein Werkstück 50, so zerteilt der Hochdruckfluidstrahl 40 das Werkstück 50. Durch eine geeignete Bewegung entweder der Düse oder des Werkstücks 50 lässt sich eine beliebige Schnittlinie im Werkstücks 50 erzeugen.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Unterbrechereinheit 10' umfasst hier ein 3/2-Ventil 21 und eine Druckverstärkereinheit 22, die es erlaubt, den im Hochdruckspeicher 7 vorgehaltenen Fluiddruck weiter zu verstärken. Damit können wesentlich höhere Drücke in der Düse 30 erreicht werden, als die Hochdruckpumpe 3 zur Verfügung stellt. Die Druckverstärkung in der Druckverstärkereinheit 22 erfolgt mit Hilfe eines Druckverstärkerkolbens 26, der als gestufter Kolben ausgebildet ist und der längsverschiebbar im nicht näher gezeigten Gehäuse geführt ist. Mit seiner größeren Stirnfläche begrenzt der Druckverstärkerkolben 26 eine Druckkammer 23, die über das 3/2- Ventil 21 entweder mit der Hochdruckleitung 5b verbunden oder in der anderen Schaltstellung des 3/2-Ventils 21 über eine Niederdruckleitung 24, die in den Tank 1 mündet, entlastet werden kann.
Wird die Druckkammer 23 mit Fluiddruck über die von der Hochdruckleitung 5b abführenden Zweigleitung 5b" befüllt, so bewegt sich der Druckverstärkerkolben
26 in Richtung eines Verdichtungsraums 28, der von der im Durchmesser kleineren Stirnfläche des Druckverstärkerkolbens 26 begrenzt wird. Der Verdichtungsraum 28 ist über eine weitere Zweigleitung 5b', die von der Hochdruckleitung 5b abführt, bereits mit Fluid befüllt, welches durch die Bewegung des Druckverstär- kerkolbens 26 weiter verdichtet wird und schließlich in Richtung der Düse 30 fließt. Durch ein in der Zweigleitung 5b' angeordnetes Rückschlagventil 25 wird dabei verhindert, dass das Fluid wieder in Richtung des Hochdruckspeichers 7 zurückfließt. Wird das 3/2-Ventil 21 in die zweite Schaltstellung bewegt, so wird die Druckkammer 23 über die Niederdruckleitung 24 entlastet und der Druckver- Stärkerkolben 26 bewegt sich durch die Rückstellfeder 27 wieder zurück in seine
Ausgangsstellung. Der Verdichtungsraum 28 befüllt sich erneut mit Fluid über die Hochdruckleitung 5b', bis der Ausgangszugstand wieder hergestellt ist. Der so erreichbare Fluiddruck in der Düse 30 ist letztlich durch das Flächenverhältnis der beiden Stirnflächen des Druckverstärkerkolbens 26 bestimmt, so dass auf diese Weise eine erhebliche Drucksteigerung gegenüber dem Fluiddruck erreichbar ist, der durch die Hochdruckpumpe 3 erzeugt wird.
Zur Illustration des Unterschieds zum Stand der Technik zeigt Figur 4 nochmals die bereits bekannte Vorrichtung zum Fluidstrahlschneiden als Blockschaltbild. Es ist die Hochdruckpumpe 3, der Hochdruckspeicher 7 und die Unterbrechereinheit 10 und die Düse 30 dargestellt, wobei die Unterbrechereinheit 10 und die Düse 30 in einem gemeinsamen Gehäuse 42 untergebracht sind. Dieser Aufbau entspricht der Verwendung eines Kraftstoffinjektors zum Fluidstrahlschneiden, bei der der elektromagnetische Aktuator bzw. der piezoelektrische Aktuator zu- sammen mit der Düse in einer Braugruppe zusammengefasst sind.
In Figur 5 ist als Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, wobei hier die Unterbrechereinheit 10 und die Düse 30 als getrennte Bauteile ausgebildet sind, die über die Hochdruckleitung 5c miteinander verbunden sind. Hierbei muss die Hochdruckleitung 5c zwischen der Unterbrechereinheit 10 und der Düse 30 nicht kurz ausgebildet sein, wie es Figur 4 möglicherweise nahelegt, sondern die Bauteile können auch räumlich weit voneinander entfernt sein.
In Figur 6 ist als weiteres Ausführungsbeispiel in einem Blockschaltbild eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Hierbei sind ebenfalls die Unterbrechereinheit 10 und die Düse 30 baulich getrennt, jedoch ist die Unterbrechereinheit 10 hier in einem gemeinsamen Gehäuse 45 zusammen mit dem Hochdruckspeicher 7 und der Hochdruckpumpe 3 angeordnet. Damit lassen sich diese drei Bauelemente in einer kompakten Baugruppe zusammenfassen, die an anderer Stelle angeordnet sein kann als die Düse 30 und durch eine mehr oder weniger lange Hochdruckleitung 5c mit der Düse 30 verbunden ist.
In Figur 7 ist das Ausführungsbespiel mit einem Druckverstärker in Form eines Blockschaltbilds schematisch dargestellt. Die Unterbrechereinheit 10' und die Düse 30 sind auch hier baulich getrennt, wobei die Unterbrechereinheit 10' heben einem Ventil, hier als 3/2-Ventil 21 ausgebildet, auch die Druckverstärkereinheit umfasst.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls zum Zerteilen eines Werkstücks (50), mit einer Hochdruckpumpe (3), die ein verdichtetes Fluid zur Verfügung stellt, und mit einer Hochdruckleitung (5a, 5b, 5c), durch die das durch die Hochdruckpumpe (3) verdichtete Fluid einer Düse (30) zuführbar ist, wobei die Düse (30) eine Düsenöffnung (39) aufweist, durch die das verdichtete Fluid austreten kann und dabei einen Hochdruckfluidstrahl (40) bildet, und mit einer Unterbrechereinheit (10), die in der Hochdruckleitung (5a, 5b, 5c) angeordnet ist und die den Fluidstrom zur Düse (30) abwechselnd unterbrechen und freigeben kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechereinheit (10; 10') und die Düse (30) baulich getrennt ausgebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hochdruckpumpe (3) und der Unterbrechereinheit (10) ein Hochdruckspeicher (7) angeordnet ist, in dem verdichtetes Fluid vorgehalten werden kann, wobei die Düse (30) mit dem Hochdruckspeicher (7) verbindbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechereinheit (10) als elektromechanisches Ventil ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrome- chanische Ventil (10) als elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrome- chanische Ventil (10) als piezoelektrisches Ventil ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechereinheit (10') eine Druckverstärkereinheit (22) umfasst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckverstärkereinheit (22) über ein 3/2-Ventil (21) mit Fluid versorgt wird, wobei das 3/2-Ventil (21) als elektromechanisches Ventil ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (30) ein bewegliches Düsenelement (34) aufweist, das mit einem Düsensitz (38) um Öffnen und Schließen der Düsenöffnung (39) zusammenwirkt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (34) gegen den Düsensitz (38) vorgespannt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung des Düsenelements (34) durch eine Vorspannfeder (37) erzeugt wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (34) durch den Druck des der Düse (30) zugeführten Fluids gegen die Vorspannkraft bewegbar ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018222135A1 (de) * 2018-12-18 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Düse zur Erzeugung eines Hochdruckwasserstrahls

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019219257A1 (de) * 2019-12-10 2021-06-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Implantats

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5927329A (en) * 1997-05-30 1999-07-27 Jetec Company Apparatus for generating a high-speed pulsed fluid jet
DE102008006518A1 (de) * 2007-11-21 2009-05-28 Detroit Diesel Corp., Detroit Verfahren zum Wiederherstellen eines Dieseleinspritzventilsitzes
DE102013201797A1 (de) 2013-02-05 2014-08-07 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung mit einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluids
EP2769814A1 (de) * 2013-02-21 2014-08-27 Waterjet Robotics AG Verfahren zum Bohren mindestens eines Loches in einem Werkstück
DE102014100839A1 (de) * 2014-01-24 2015-07-30 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Wasserabrasiv-Suspensionsschneideeinrichtung, Verfahren zu dessen Steuerung und Computerprogramm
DE102014225904A1 (de) * 2014-12-15 2016-06-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Flüssigkeitsstrahlschneiden
DE102015104245B3 (de) * 2015-03-20 2016-07-21 Thyssenkrupp Ag Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden eines Schneidguts mit Hilfe eines Fluids

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH570855A5 (de) * 1973-06-12 1975-12-31 Cerac Inst Sa
US4573637A (en) * 1982-12-06 1986-03-04 Dravo Corporation Accelerating slugs of liquid
DE3639988C1 (en) * 1986-11-22 1988-04-28 Messerschmitt Boelkow Blohm Method for cutting materials having a pulsating high pressure jet of liquid
DE102014225247A1 (de) * 2014-12-09 2016-06-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Flüssigkeitsstrahlschneiden

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5927329A (en) * 1997-05-30 1999-07-27 Jetec Company Apparatus for generating a high-speed pulsed fluid jet
DE102008006518A1 (de) * 2007-11-21 2009-05-28 Detroit Diesel Corp., Detroit Verfahren zum Wiederherstellen eines Dieseleinspritzventilsitzes
DE102013201797A1 (de) 2013-02-05 2014-08-07 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung mit einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluids
EP2769814A1 (de) * 2013-02-21 2014-08-27 Waterjet Robotics AG Verfahren zum Bohren mindestens eines Loches in einem Werkstück
DE102014100839A1 (de) * 2014-01-24 2015-07-30 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Wasserabrasiv-Suspensionsschneideeinrichtung, Verfahren zu dessen Steuerung und Computerprogramm
DE102014225904A1 (de) * 2014-12-15 2016-06-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Flüssigkeitsstrahlschneiden
DE102015104245B3 (de) * 2015-03-20 2016-07-21 Thyssenkrupp Ag Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden eines Schneidguts mit Hilfe eines Fluids

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOACHIM REGEL: "Werkzeugmaschinen : Aufbau, Funktion und Anwendung Von Spanenden und Abtragenden Werkzeugmaschinen, Kapitel 5: Ausgewählte abtragende Werkzeugmaschinen", 31 December 2014 (2014-12-31), pages 241 - 248, XP055455154, Retrieved from the Internet <URL:www.ebookcentral.proquest.com/lib/epo-ebooks/detail.action?docID=1030150.> [retrieved on 20180228] *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018222135A1 (de) * 2018-12-18 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Düse zur Erzeugung eines Hochdruckwasserstrahls

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