WO2018188915A1 - Fluidstrahlschneidvorrichtung - Google Patents

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WO2018188915A1
WO2018188915A1 PCT/EP2018/057101 EP2018057101W WO2018188915A1 WO 2018188915 A1 WO2018188915 A1 WO 2018188915A1 EP 2018057101 W EP2018057101 W EP 2018057101W WO 2018188915 A1 WO2018188915 A1 WO 2018188915A1
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fluid jet
fluid
air chamber
cutting device
injector
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PCT/EP2018/057101
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Stuke
Malte Bickelhaupt
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
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    • B05B1/083—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape of pulsating nature, e.g. delivering liquid in successive separate quantities ; Fluidic oscillators the pulsating mechanism comprising movable parts
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    • 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 fluid jet cutting device, as used to produce a fluid jet, with the workpieces can be cut, stripped or processed in other ways.
  • a fluid jet cutting device for generating a fluid jet by means of high pressure is known for example from DE 10 2014 225 904 AI.
  • fluid usually water
  • high pressure pump or other device and fed to an injection nozzle.
  • the compressed fluid exits, thereby forming a high-pressure fluid jet whose particles have such a high velocity that can be divided with the high-pressure fluid jet objects.
  • water is used as the fluid, it is called high-pressure water jet cutting. It can be divided up to a certain thickness and very hard objects, such as ceramics or steel.
  • the device is also suitable for stripping of components by the high-pressure fluid jet is directed with suitable pressure, distance and angle to the workpiece to be machined so that the high-pressure fluid jet does not split the workpiece, but for example, removes a lacquer layer from the surface of the workpiece, without to damage this.
  • a nozzle for generating the high-pressure fluid jet is used, which makes it possible to close or release the injection port through which the high-pressure fluid jet emerges by means of a movable element.
  • a pulsed high-pressure fluid jet can be generated.
  • the jet must have different properties.
  • the process parameters can be varied: The distance between the injection nozzle and the workpiece can be changed or the pressure adjusted.
  • the addition of an abrasive medium to the high-pressure fluid is possible, which can also significantly influence the cutting action or stripping effect.
  • the device must allow such a change in the parameters by simple means, since otherwise the fluid jet cutting device must be switched off until the new parameters are set, possibly by replacing individual components, which makes the operation of the device more expensive.
  • the fluid jet cutting device has the advantage that the permeability of the fluid jet generated thereby can be easily regulated in order to modify the fluid jet for various tasks.
  • the fluid jet cutting device for generating a fluid jet to a fluid high pressure source from the compressed via a high-pressure line fluid is fed to an injector, wherein the injector ne nozzle opening, via which the compressed fluid can flow forming a fluid jet.
  • Downstream of the injector is an adapter having a central opening through which the fluid jet can pass.
  • the central opening forms an air chamber, which forms the outlet-side end of the central opening, wherein in the adapter in the region of the air chamber an inlet chamber is formed.
  • Direction for influencing the fluid jet is provided, with which the fluid jet can be expanded.
  • the cutting action of the fluid jet can be modified so that it is less penetrating and more likely to edit the surface of the workpiece, that is, for example, to decoat. But it can also be used to increase the cutting width, which can be particularly advantageous for workpieces that are made of a relatively soft material, depending on the desired cutting performance.
  • the central opening in the section facing the injector forms a flow chamber which directs the fluid jet emerging from the nozzle opening into the air chamber.
  • the flow chamber serves to guide the flow of the fluid jet issuing from the injector or of a plurality of fluid jets, if the injector has a plurality of nozzle openings.
  • the injector has a plurality of nozzle openings, wherein the respectively emerging from the nozzle opening fluid jet is directed through the flow chamber into the air chamber.
  • an injector having a plurality of nozzle openings which may be particularly advantageous for high fluid flow rates.
  • an outlet opening is formed at the transition of the flow chamber into the air chamber, through which the fluid flows and forms a fluid jet on exiting the outlet opening, which then passes through the air chamber.
  • the shape, length and diameter of the outlet opening can also be influenced by the fluid jet.
  • the device for influencing the fluid jet is formed by at least one air inlet, which is formed in the adapter in the air chamber and via which a gas can be introduced into the air chamber, that the fluid jet is expanded.
  • INS it is particularly advantageous if compressed gas is introduced via the air inlet, in particular ambient air at a pressure which is above the ambient pressure.
  • air inlet in particular ambient air at a pressure which is above the ambient pressure.
  • the introduced gas in the air chamber meets directly on the fluid jet.
  • the device for influencing the fluid jet is a deflecting bolt, which can be introduced into the air chamber, so that the deflecting pin is at least partially immersed in the fluid jet and thereby expands it.
  • the fluid jet is more or less influenced and widened accordingly.
  • the deflection bolt is advantageously introduced through a lateral opening in the adapter in the air chamber. This allows, on the one hand, to introduce the deflecting bolt continuously into the fluid jet and, on the other hand, if the fluid jet has removed parts of it, the deflecting bolt can be tracked in order to restore the deflection by the deflecting bolt.
  • the injector of the fluid jet cutting device is provided with an interrupter unit through which the nozzle opening can be opened or closed and the fluid jet can thus be interrupted.
  • an interrupter unit through which the nozzle opening can be opened or closed and the fluid jet can thus be interrupted.
  • FIG. 1 shows a fluid jet cutting device according to the invention in a schematic representation together with the supply device of the fluid
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the fluid jet cutting device according to the invention, wherein essentially only the adapter of a further exemplary embodiment is shown here,
  • FIG. 3 shows another embodiment in the same illustration as
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment, likewise in the same illustration as FIG. 2.
  • FIG. 1 schematically shows a fluid jet cutting device according to the invention.
  • the fluid which is to be used for fluid jet cutting is held in a fluid tank 1 and conveyed from there via a line 2 to a high-pressure pump 3, which serves as a high-pressure source for the fluid.
  • the compressed fluid is fed via a high pressure line 5 to an injector 4, which has a nozzle body 6, in which a piston-shaped nozzle needle 7 is arranged to be longitudinally displaceable.
  • the nozzle needle 7 is surrounded at its lower end in the drawing by a pressure chamber 20, in which the compressed fluid is introduced, so that the nozzle needle 7 is surrounded by high-pressure fluid.
  • a nozzle seat 8 is formed, with which the nozzle needle 7 cooperates so that when the nozzle needle 7 on the nozzle seat 8 a plurality of nozzle openings 13 which are formed at the end of the nozzle body 6, opposite the pressure chamber 20 are closed. If the nozzle needle 7 moves away from the nozzle seat 8, a connection is established between the pressure chamber 20 and the nozzle openings 13 so that compressed fluid is forced out of the pressure chamber 20 through the nozzle openings 13 and forms fluid jets 27 there. The nozzle needle 7 thus forms an interrupter unit which makes it possible to produce a non-continuous fluid jet 27. To move the nozzle needle 7 within the nozzle body 6, the alternating pressure in a control chamber 10.
  • the control chamber 10 is bounded by a guide body 9 and the nozzle seat 8 facing away from the end of the nozzle needle 7, wherein the nozzle needle 7 leads within the guide body 9 is. Due to the pressure within the control chamber 10, a closing force acting in the direction of the nozzle seat 8 is generated on the nozzle needle 7, wherein in the control chamber 10 due to the inlet throttle 11, which is connected to the high pressure line 5, the same high fluid pressure is present as in the pressure chamber 20th To regulate the pressure in the control chamber 10 is a control valve 15, via the fluid from the control chamber 10 via an outlet throttle 12 and a return line 23 back into the tank 1 can be passed.
  • control valve 15 If the control valve 15 is opened, more fluid flows out of the control chamber 10 via the outlet throttle 12 than flows through the inlet throttle 11 over the same period, so that the pressure in the control chamber 10 decreases. As a result of the fluid pressure in the pressure chamber 20, the nozzle needle 7 is pushed away from the nozzle seat 8 and opens the connection between the pressure chamber 20 and the nozzle openings 13. If the control valve 15 is closed again, the previous high fluid pressure in the control chamber 10 again sets in Nozzle needle 7 slides back into its closed position to the nozzle seat. 8
  • the end of the nozzle body 6, in which the nozzle openings 13 are located, has a frusto-conical outer surface.
  • an adapter 16 sealingly, which has a substantially conical outer contour and forms a matching receptacle 24 for the nozzle body 6.
  • a central opening 17 is formed, which immediately adjacent to the nozzle body 6 forms a flow chamber 18, which merges into an outlet opening 25 and which eventually widens into an air chamber 28. If fluid exits from the nozzle openings 13, as shown in FIG. 1, the fluid jets are deflected by the shape of the flow chamber 18 and are bundled into a single fluid jet that passes through the outlet opening 25.
  • the fluid jet 27 thus formed traverses the air chamber 28 and finally strikes the workpiece 26, which is indicated in the lower region of FIG.
  • the workpiece 26 is divided, the cutting line being produced by the movement of the injector 4 or of the workpiece 26.
  • the fluid jet 27 can also be used for other processing of the workpiece 26, for example, for stripping.
  • one or more air inlets 35 are provided in the region of the air chamber 28. Gas can be introduced via these air inlets 35, which is compressed by a compressor 36 and conducted via a pressure line 37 to the air inlets, ambient air preferably being used as the gas.
  • the air introduced through the air inlets 35 with a suitable pressure influences the fluid jet 27 so that it is widened.
  • the penetration effect of the fluid jet 27 is reduced because the fluid particles now impinge on a larger area of the workpiece 26.
  • the workpiece 26 is not to be cut, but, for example, stripped by a lacquer or a ceramic layer is removed from the workpiece 26, for which generally lower energies are necessary than for cutting the workpiece 26.
  • the expanded fluid jet 27 can also be used to obtain a larger cutting width.
  • the injected air into the air chamber 28 is compressed via the compressor 36 to a pressure above the atmospheric pressure, preferably 2 to 10 bar, wherein on the amount of injected air or the injected gas and the pressure, the effect on the fluid jet 27 can be adjusted can.
  • a pressure above the atmospheric pressure preferably 2 to 10 bar
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the injector according to the invention is shown, in which case essentially only the adapter is shown. additionally
  • an abrasive medium in the air chamber 28 here.
  • an appropriate feed 32 which is indicated here as an opening in the wall of the air chamber 28
  • an abrasive medium such as a sand or ceramic particles, are introduced.
  • the abrasive particles mix within the air chamber 28 with the fluid jet 27 and meet with the fluid jet on the workpiece.
  • the air injected into the air chamber 28 can also be used to achieve better mixing of the abrasive particles with the fluid jet.
  • an additive to the high-pressure fluid can be added within the flow chamber 18, for example substances which reduce the corrosive action of the water and thereby permit the cutting of sensitive workpieces.
  • a feed 30 in the form of an opening in the wall of the adapter 16 is provided, via which the additive can be added. It is also possible to simultaneously add both abrasive particles and an additive.
  • a deflection bolt 38 can be introduced into the air chamber 28 via a lateral opening 39.
  • the deflection bolt 38 is made of a hard, resistant material, such as ceramic, and is so far introduced into the air chamber 28 until it at least partially immersed in the fluid jet 27. This results in a widening of the fluid jet 27 and thus to a similar effect as by the injection of air. As in the case of blowing in the air, the fluid jet 27 widens as a result and its cutting action decreases, which can be advantageous in particular for stripping or for deburring.
  • both air is blown into the air chamber 28, and the deflection bolt 38 is inserted, depending on how strong the desired expansion of the fluid jet 27 should be.
  • the deflecting pin 38 can be pushed in at any time or removed from the air chamber 28. Since the front portion of the deflecting pin 38 is hit by the fluid jet 27, this is worn over time and must be nachschoben accordingly to continue to achieve the desired effect.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the fluid jet cutting device according to the invention.
  • the nozzle body 6 here has only one nozzle opening 13, which is arranged centrally in the nozzle seat 8.
  • the exiting from the nozzle opening 13 fluid jet 27 is no longer diverted here in the central opening 17, but flows through unhindered the first part of the central opening 17 and thus enters the air chamber 28.
  • the fluid jet 27 through through air inlets 35 injected air or through Insertion of a deflecting pin 38 are widened in the manner already described.
  • the flow chamber 18 is omitted in this embodiment; the first part of the central opening 17 serves here only to receive an end region of the nozzle body 6.

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Abstract

Fluidstrahlschneidvorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls (27), mit einer Fluid-Hochdruckquelle (3), von der über eine Hochdruckleitung (5) verdichtetes Fluid einem Injektor (4) zuführbar ist, wobei der Injektor (4) eine Düsenöffnung (13) aufweist, über die das verdichtete Fluid einen Fluidstrahl (27) bildend ausströmen kann. Dem Injektor (4) nachgeschaltet ist ein Adapter (16), der eine zentrale Öffnung (17) aufweist, durch die der Fluidstrahl (27) hindurchtreten kann, wobei die zentrale Öffnung (17) eine Luftkammer (28) bildet, die das austrittsseitige Ende der zentralen Öffnung (17) bildet. Im Adapter (16) ist im Bereich der Luftkammer (28) eine Einrichtung (35; 38) zur Beeinflussung des Fluidstrahls (27) vorgesehen, mit der der Fluidstrahl (27) aufgeweitet werden kann.

Description

Beschreibung Titel
Fluidstrahlschneidvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Fluidstrahlschneidvorrichtung, wie sie zur Erzeugung eines Fluidstrahls verwendet wird, mit dem Werkstücke zerschnitten, entschichtet oder in anderer Weise bearbeitet werden können.
Stand der Technik
Eine Fluidstrahlschneidvorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls mittels Hochdruck ist beispielsweise aus der DE 10 2014 225 904 AI bekannt. Bei einer solchen Vorrichtung wird Fluid, meist Wasser, mittels einer Hochdruckpumpe oder einer anderen Vorrichtung hochverdichtet und einer Einspritzdüse zugeführt. Durch diese Einspritzdüse tritt das verdichtete Fluid aus und bildet dabei einen Hochdruckfluidstrahl, dessen Partikel eine so hohe Geschwindigkeit haben, dass mit dem Hochdruckfluidstrahl Gegenstände zerteilt werden können. Wird als Fluid Wasser verwendet, so spricht man von Hochdruckwasserstrahlschneiden. Dabei können bis zu einer gewissen Dicke auch sehr harte Gegenstände zerteilt werden, beispielsweise Keramiken oder Stahl. Die Vorrichtung eignet sich aber auch zum Entschichten von Bauteilen, indem der Hochdruckfluidstrahl mit geeignetem Druck, Abstand und Winkel auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet wird, so dass der Hochdruckfluidstrahl das Werkstück nicht zerteilt, sondern beispielsweise eine Lackschicht von der Oberfläche des Werkstücks abträgt, ohne dieses zu beschädigen.
Bei der bekannten Fluidstrahlschneidvorrichtung wird eine Düse zur Erzeugung des Hochdruckfluidstrahls verwendet, die es erlaubt, die Eindüsöffnung, durch die der Hochdruckfluidstrahl austritt, mittels eines beweglichen Elements zu verschließen oder freizugeben. Dadurch kann ein gepulster Hochdruckfluidstrahl er- zeugt werden, dessen Schneidwirkung mit der eines kontinuierlichen Fluidstrahls vergleichbar ist, der aber mit deutlich niedrigerem Druck auskommt und darüber hinaus sehr viel weniger Fluid benötigt. Da das Fluid mit hohem Druck durch den Injektor ausgespritzt wird, muss dieses zuvor beispielsweise mittels einer Hoch- druckpumpe verdichtet werden. Je niedriger der Bedarf an Hochdruckfluid ist, desto niedriger ist entsprechend der Energieverbrauch der gesamten Anlage und desto wirtschaftlicher arbeitet sie.
Soll die Fluidstrahlschneidvorrichtung für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise zum Zerteilen von Werkstücken und zum Entschichten oder Entgraten von Werkstücken, so muss der Strahl unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dazu können die Prozessparameter variiert werden: Es kann der Abstand zwischen der Einspritzdüse und dem Werkstück geändert oder der Druck angepasst werden. Darüber hinaus ist die Zugabe eines abrasiven Mediums zum Hochdruckfluid möglich, was die Schneidwirkung bzw. Entschichtungswirkung ebenfalls deutlich beeinflussen kann. Die Vorrichtung muss eine solche Änderung der Parameter mit einfachen Mitteln erlauben, da sonst die Fluidstrahlschneidvorrichtung solange abgeschaltet werden muss, bis die neuen Parameter eingestellt sind, eventuell auch durch Tausch einzelner Komponenten, was den Betrieb der Vorrichtung verteuert.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Fluidstrahlschneidvorrichtung weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Durchdringungsvermögen des dadurch erzeugten Fluidstrahls einfach reguliert werden kann, um den Fluidstrahl für verschiedene Aufgaben zu modifizieren. Dazu weist die Fluidstrahlschneidvorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls eine Fluidhochdruckquelle auf, von der über eine Hochdruckleitung verdichtetes Fluid einem Injektor zuführbar ist, wobei der Injektor ei- ne Düsenöffnung aufweist, über die das verdichtete Fluid einen Fluidstrahl bildend ausströmen kann. Dem Injektor nachgeschaltet ist ein Adapter, der eine zentrale Öffnung aufweist, durch die der Fluidstrahl hindurchtreten kann. Dabei bildet die zentrale Öffnung eine Luftkammer, die das austrittsseitige Ende der zentralen Öffnung bildet, wobei im Adapter im Bereich der Luftkammer eine Ein- richtung zur Beeinflussung des Fluidstrahls vorgesehen ist, mit der der Fluidstrahl aufgeweitet werden kann.
Durch die Einrichtung zur Aufweitung des Fluidstrahls lässt sich die Schneidwirkung des Fluidstrahls modifizieren, so dass dieser weniger durchdringend ist und eher dazu geeignet, die Oberfläche des Werkstücks zu bearbeiten, also beispielsweise zu entschichten. Es kann aber auch dazu benutzt werden, die Schnittbreite zu erhöhen, was insbesondere bei Werkstücken, die aus einem relativ weichen Material bestehen, von Vorteil sein kann, je nach gewünschter Schnittleistung.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung bildet die zentrale Öffnung in dem dem Injektor zugewandten Abschnitt eine Strömungskammer, die den aus der Düsenöffnung austretenden Fluidstrahl in die Luftkammer lenkt. Die Strömungskammer dient dabei der Strömungsführung des aus dem Injektor austretenden Fluidstrahls bzw. mehrerer Fluidstrahlen, falls der Injektor mehrere Düsenöffnungen aufweist. Durch eine entsprechende Formgebung der Strömungskammer kann Form und die Durchdringungskraft des Fluidstrahls beeinflusst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Injektor mehrere Düsenöffnungen auf, wobei der jeweils aus der Düsenöffnung austretende Fluidstrahl durch die Strömungskammer in die Luftkammer gelenkt wird. Damit ist es auch möglich, einen Injektor zu verwenden, der mehrere Düsenöffnungen aufweist, was insbesondere für hohe Fluiddurchflüsse von Vorteil sein kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist am Übergang der Strömungskammer in die Luftkammer eine Auslassöffnung gebildet, durch die das Fluid hindurchströmt und beim Austreten aus der Auslassöffnung einen Fluidstrahl bildet, der dann durch die Luftkammer hindurchtritt. Über Form, Länge und Durchmesser der Auslassöffnung lässt sich ebenfalls der Fluidstrahl beeinflussen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Beeinflussung des Fluidstrahls durch wenigstens einen Lufteinlass gebildet, der im Adapter im Bereich der Luftkammer ausgebildet ist und über den ein Gas so in die Luftkammer eingeleitet werden kann, dass der Fluidstrahl aufgeweitet wird. Ins- besondere von Vorteil ist dabei, wenn verdichteten Gas über den Lufteinlass eingeleitet wird, insbesondere Umgebungsluft mit einem Druck, der oberhalb des Umgebungsdrucks liegt. Bereits bei einem Luftdruck von wenigen bar ergibt sich bei geeigneter Ausrichtung der Lufteinlässe eine Aufweitung des Fluidstrahls und damit eine entsprechende Änderung der Wirkung auf das zu bearbeitende Werkstück. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn das eingeleitete Gas in der Luftkammer direkt auf den Fluidstrahl trifft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Beeinflussung des Fluidstrahls ein Ablenkbolzen, der in die Luftkammer einführbar ist, so dass der Ablenkbolzen zumindest teilweise in den Fluidstrahl eintaucht und diesen dadurch aufweitet. Je nachdem wie weit der Ablenkbolzen in den Fluidstrahl eingeführt wird, wird der Fluidstrahl mehr oder weniger beeinflusst und entsprechend aufgeweitet. Dabei wird der Ablenkbolzen in vorteilhafter Weise durch eine seitliche Öffnung im Adapter in die Luftkammer eingeführt. Dies erlaubt zum einen, den Ablenkbolzen kontinuierlich in den Fluidstrahl einzuführen und zum anderen kann der Ablenkbolzen, wenn der Fluidstrahl Teile davon abgetragen hat, nachgeführt werden, um die Ablenkung durch den Ablenkbolzen wieder herzustellen.
In vorteilhafter Weise ist der Injektor der Fluidstrahlschneidvorrichtung mit einer Unterbrechereinheit versehen, durch die die Düsenöffnung geöffnet oder geschlossen und der Fluidstrahl damit unterbrochen werden kann. Damit ist ein sogenanntes gepulstes Hochdruckfluidstrahlschneiden möglich, bei dem der Fluidstrahl nicht kontinuierlich, sondern in kurzen Pulsen auf das Werkstück auftrifft.
Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Fluidstrahlschneidvorrichtung dargestellt. Es zeigt
Figur 1 eine erfindungsgemäße Fluidstrahlschneidvorrichtung in schema- tischer Darstellung zusammen mit der Versorgungseinrichtung des Fluids, Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fluidstrahlschneidvorrichtung, wobei hier im Wesentlichen nur der Adapter eines weiteren Ausführungsbeispiels gezeigt ist,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellung wie
Figur 2 und
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel, ebenfalls in der gleichen Darstellung wie Figur 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Fluidstrahlschneidvorrichtung schematisch dargestellt. Das Fluid, das zum Fluidstrahlschneiden Verwendung finden soll, wird in einem Fluidtank 1 vorgehalten und von dort über eine Leitung 2 zu einer Hochdruckpumpe 3 gefördert, die als Hochdruckquelle für das Fluid dient. Das verdichtete Fluid wird über eine Hochdruckleitung 5 einem Injektor 4 zugeleitet, der einen Düsenkörper 6 aufweist, in dem eine kolbenförmige Düsennadel 7 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Düsennadel 7 ist an ihrem in der Zeichnung unteren Ende von einem Druckraum 20 umgeben, in den das verdichtete Fluid eingeleitet wird, so dass die Düsennadel 7 vom Hochdruckfluid umgeben ist. Am unteren Ende des Düsenkörpers 6 ist ein Düsensitz 8 ausgebildet, mit dem die Düsennadel 7 so zusammenwirkt, dass bei Anlage der Düsennadel 7 auf dem Düsensitz 8 mehrere Düsenöffnungen 13, die am Ende des Düsenkörpers 6 ausgebildet sind, gegenüber dem Druckraum 20 verschlossen werden. Bewegt sich die Düsennadel 7 vom Düsensitz 8 weg, so wird eine Verbindung zwischen dem Druckraum 20 und den Düsenöffnungen 13 hergestellt, so dass verdichtetes Fluid aus dem Druckraum 20 durch die Düsenöffnungen 13 nach außen gedrückt wird und dort Fluidstrahlen 27 bildet. Die Düsennadel 7 bildet so eine Unterbrechereinheit, die es ermöglicht, einen nicht-kontinuierlichen Fluid- strahl 27 zu erzeugen. Zur Bewegung der Düsenadel 7 innerhalb des Düsenkörpers 6 dient der wechselnde Druck in einem Steuerraum 10. Der Steuerraum 10 wird von einem Führungskörper 9 begrenzt und von der dem Düsensitz 8 abgewandten Stirnseite der Düsennadel 7, wobei die Düsennadel 7 innerhalb des Führungskörpers 9 ge- führt ist. Durch den Druck innerhalb des Steuerraums 10 wird eine in Richtung auf den Düsensitz 8 wirkende Schließkraft auf die Düsennadel 7 erzeugt, wobei im Steuerraum 10 bedingt durch die Zulaufdrossel 11, die mit der Hochdruckleitung 5 verbunden ist, der gleiche hohe Fluiddruck ansteht wie im Druckraum 20. Zur Regulierung des Drucks im Steuerraum 10 dient ein Steuerventil 15, über das Fluid aus dem Steuerraum 10 über eine Ablaufdrossel 12 und eine Rücklaufleitung 23 zurück in den Tank 1 geleitet werden kann. Ist das Steuerventil 15 geöffnet, so fließt über die Ablaufdrossel 12 mehr Fluid aus dem Steuerraum 10 ab als im gleichen Zeitraum über die Zulaufdrossel 11 zufließt, so dass der Druck im Steuerraum 10 abnimmt. Durch den Fluiddruck im Druckraum 20 wird die Dü- sennadel 7 vom Düsensitz 8 weggedrückt und öffnet die Verbindung zwischen dem Druckraum 20 und den Düsenöffnungen 13. Wird das Steuerventil 15 wieder verschlossen, so stellt sich wieder der vorherige hohe Fluiddruck im Steuerraum 10 ein und die Düsennadel 7 gleitet zurück in ihre Schließstellung an den Düsensitz 8.
Das Ende des Düsenkörpers 6, in dem sich die Düsenöffnungen 13 befinden, weist eine kegelstumpfförmige Außenfläche auf. An dieser kegelstumpfförmigen Außenfläche liegt ein Adapter 16 dichtend an, der im Wesentlichen eine kegelförmige Außenkontur aufweist und eine passende Aufnahme 24 für den Düsen- körper 6 bildet. Im Inneren des Adapters 16 ist eine zentrale Öffnung 17 ausgebildet, die unmittelbar angrenzend an den Düsenkörper 6 eine Strömungskammer 18 bildet, die in eine Auslassöffnung 25 übergeht und die sich schließlich in eine Luftkammer 28 erweitert. Tritt Fluid aus den Düsenöffnungen 13 aus, wie in der Figur 1 dargestellt, so werden die Fluidstrahlen durch die Form der Strö- mungskammer 18 umgelenkt und zu einem einzelnen Fluidstrahl gebündelt, der durch die Auslassöffnung 25 hindurchtritt. Der dadurch gebildete Fluidstrahl 27 durchquert die Luftkammer 28 und trifft schließlich auf das Werkstück 26, das im unteren Bereich der Figur 1 angedeutet ist. Durch die hohe Geschwindigkeit der Fluidpartikel wird das Werkstück 26 zerteilt, wobei die Schnittlinie durch die Be- wegung des Injektors 4 oder des Werkstücks 26 erzeugt wird. In gleicher Weise kann der Fluidstrahl 27 natürlich auch zur sonstigen Bearbeitung des Werkstücks 26 verwendet werden, beispielsweise zur Entschichtung.
Im Adapter 16 sind im Bereich der Luftkammer 28 eine oder mehrere Lufteinlässe 35 vorgesehen. Über diese Lufteinlässe 35 kann Gas eingeleitet werden, das durch einen Kompressor 36 verdichtet und über eine Druckleitung 37 zu den Luf- teinlässen geleitet wird, wobei als Gas vorzugsweise Umgebungsluft verwendet wird. Dabei beeinflusst die durch die Lufteinlässe 35 mit einem geeigneten Druck eingeleitete Luft den Fluidstrahl 27 so, dass dieser aufgeweitet wird. Dadurch wird Durchdringungswirkung des Fluidstrahls 27 herabgesetzt, da die Fluidpartikel jetzt auf einen größeren Bereich des Werkstücks 26 auftreffen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit dem Fluidstrahl 27 das Werkstück 26 nicht zerteilt werden soll, sondern beispielsweise entschichtet, indem eine Lack- oder eine Keramikschicht vom Werkstück 26 abgetragen wird, wofür in der Regel geringere Energien notwendig sind als zum Zerschneiden des Werkstücks 26. Statt den Druck des Fluids in der Düse zu reduzieren kann so durch die Aufweitung des Fluidstrahls 27 mit gleichbleibendem Fluiddruck gearbeitet werden, da der Fluidstrahl 27 auf eine größere Fläche des Werkstücks 26 auftrifft, was darüber hinaus den Vorteil hat, dass eine größere Fläche in einem Arbeitsgang bearbeitet werden kann. Der aufgeweitete Fluidstrahl 27 kann aber natürlich auch verwendet werden, um eine größere Schnittbreite zu erhalten.
Die eingeblasene Luft in die Luftkammer 28 wird dabei über den Kompressor 36 auf einen Druck oberhalb des Atmosphärendrucks, vorzugsweise 2 bis 10 bar verdichtet, wobei über die Menge der eingeblasenen Luft bzw. des eingeblasenen Gases und den Druck die Wirkung auf den Fluidstrahl 27 eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise ohne Unterbrechung zuerst ein Schnitt im Werkstück 26 durchgeführt werden und anschließend durch das Einlasen von Luft in die Luitkammer 28 ein Wechsel hin zum Entgraten eines anderen Bereichs des Werkstücks, ohne dass die sonstigen Prozessparameter, also insbesondere der Abstand des Injektors 4 zum Werkstück 26 und der Fluiddruck, geändert werden müssen.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors dargestellt, wobei hier im Wesentlichen nur der Adapter dargestellt ist. Zusätzlich zu den Lufteinlässen 35 in die Luftkammer 28 kann hier ein abrasives Medium in die Luftkammer 28 gegeben werden. Durch eine entsprechende Zuführung 32, die hier als Öffnung in der Wandung der Luftkammer 28 angedeutet ist, kann ein abrasives Medium, beispielsweise ein Sand oder Keramikpartikel, eingeführt werden. Die abrasiven Partikel vermischen sich innerhalb der Luftkammer 28 mit dem Fluidstrahl 27 und treffen zusammen mit dem Fluidstrahl auf das Werkstück. Dadurch kann die Schneidwirkung bzw. die Entschichtungswirkung des Flu- idstrahls deutlich verbessert werden. Die in die Luftkammer 28 eingedüste Luft kann hierbei auch dazu verwendet werden, eine bessere Durchmischung der Ab- rasivpartikel mit dem Fluidstrahl zu erreichen.
Darüber hinaus kann innerhalb der Strömungskammer 18 ein Additiv zum Hoch- druckfluid zugegeben werden, beispielsweise Stoffe, die die Korrosionswirkung des Wassers herabsetzen und dadurch das Schneiden von empfindlichen Werkstücken erlauben. Dazu ist eine Zuführung 30 in Form einer Öffnung in der Wandung des Adapters 16 vorgesehen, über die das Additiv zugegeben werden kann. Es ist auch möglich, sowohl abrasive Partikel als auch ein Additiv gleichzeitig zuzugeben.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt. Hier kann zusätzlich oder alternativ zur eingeblasenen Luft ein Ablenkbolzen 38 über eine seitliche Öffnung 39 in die Luftkammer 28 eingeführt werden. Der Ablenkbolzen 38 besteht aus einem harten, widerstandsfähigen Material, beispielsweise Keramik, und wird soweit in die Luftkammer 28 eingeführt, bis dieser zumindest teilweise in den Fluidstrahl 27 eintaucht. Dadurch kommt es zu einer Aufweitung des Fluidstrahls 27 und damit zu einer ähnlichen Wirkung wie durch das Einlasen der Luft. Ebenso wie beim Einblasen der Luft verbreitert sich dadurch der Fluidstrahl 27 und seine Schneidwirkung lässt nach, was insbesondere zum Ent- schichten oder zum Entgraten vorteilhaft sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass sowohl Luft in die Luftkammer 28 eingeblasen wird, als auch der Ablenkbolzen 38 eingeführt wird, je nachdem, wie stark die gewünschte Aufweitung des Fluidstrahls 27 sein soll. Der Ablenkbolzen 38 kann dabei jederzeit nachgeschoben werden oder auch aus der Luftkammer 28 entfernt werden. Da der vordere Bereich des Ablenkbolzens 38 vom Fluidstrahl 27 getroffen wird, wird dieser mit der Zeit abgetragen und muss entsprechend nachgeschoben werden, um weiterhin die gewünschte Wirkung zu erreichen.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fluid- Strahlschneidvorrichtung dargestellt. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen weist der Düsenkörper 6 hier nur eine Düsenöffnung 13 auf, die mittig im Düsensitz 8 angeordnet ist. Der aus der Düsenöffnung 13 austretende Fluidstrahl 27 wird hier in der zentralen Öffnung 17 nicht mehr umgeleitet, sondern durchströmt ungehindert den ersten Teil der zentrale Öffnung 17 und gelangt so in die Luftkammer 28. Dort kann der Fluidstrahl 27 durch über Lufteinlässe 35 eingeblasene Luft oder durch Einführen eines Ablenkbolzens 38 in der bereits geschilderten Weise aufgeweitet werden. Die Strömungskammer 18 entfällt bei diesem Ausführungsbeispiel; der erste Teil der zentralen Öffnung 17 dient hier nur der Aufnahme eines Endbereichs des Düsenkörpers 6.

Claims

Ansprüche
1. Fluidstrahlschneidvorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstrahls (27), mit einer Fluid-Hochdruckquelle (3), von der über eine Hochdruckleitung (5) verdichtetes Fluid einem Injektor (4) zuführbar ist, wobei der Injektor (4) eine Düsenöffnung (13) aufweist, über die das verdichtete Fluid einen Fluidstrahl (27) bildend ausströmen kann, und mit einem dem Injektor (4) nachgeschalteten Adapter (16), der eine zentrale Öffnung (17) aufweist, durch die der Fluidstrahl (27) hindurchtreten kann, dadurch gekennzeichnet dass die zentrale Öffnung (17) eine Luftkammer (28) bildet, die das austrittsseitige Ende der zentralen Öffnung (17) bildet, wobei im Adapter (16) im Bereich der Luftkammer (28) eine Einrichtung (35; 38) zur Beeinflussung des Fluidstrahls (27) vorgesehen ist, mit der der Fluidstrahl (27) aufgeweitet werden kann.
2. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Öffnung (17) in dem dem Injektor zugewandten Abschnitt eine Strömungskammer (18) bildet, die den aus der Düsenöffnung (13) austretenden Fluidstrahl (27) in die Luftkammer (28) lenkt.
3. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Injektor mehrere Düsenöffnungen (13) vorgesehen sind, wobei der jeweils aus der Düsenöffnung (13) austretende Fluidstrahl (27) durch die Strömungskammer (18) in die Luftkammer (28) gelenkt wird.
4. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Strömungskammer (18) in die Luftkammer (28) durch eine Auslassöffnung (25) gebildet wird.
5. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Beeinflussung des Fluidstrahls (27) durch wenigstens einen Lufteinlass (35) gebildet wird, der im Adapter (16) im Bereich der Luftkammer (28) ausgebildet ist und durch den ein Gas so in die Luftkammer (28) eingeleitet werden kann, dass der Fluidstrahl (27) aufgeweitet wird.
6. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lufteinlass (35) mit einem Kompressor (36) verbunden ist, über den verdichtetes Gas über den Lufteinlass (35) in die Luftkammer (28) eingebracht werden kann.
7. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingeleitete Gas innerhalb der Luftkammer (28) auf den Fluidstrahl (27) trifft.
8. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Umgebungsluft ist.
9. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Beeinflussung des Fluidstrahls (27) ein Ablenkbolzen (38) ist, der in die Luftkammer (28) einführbar ist, sodass der Ablenkbolzen (38) zumindest teilweise in den Fluidstrahl (27) eintaucht und diesen dadurch aufweitet.
10. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkbolzen (38) durch eine seitliche Öffnung (39) im Adapter (16) in die Luftkammer (28) einführbar ist.
11. Fluidstrahlschneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Injektor eine Unterbrechereinheit vorgesehen ist, durch die die Düsenöffnung (13) geöffnet oder geschlossen und der Fluidstrahl (27) damit unterbrochen werden kann.
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