WO2020126420A1 - Verfahren und vorrichtung zur erosiven bearbeitung eines werkstücks oder einer werkstückoberfläche mit hilfe eines hochdruck-fluidstrahls - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erosiven bearbeitung eines werkstücks oder einer werkstückoberfläche mit hilfe eines hochdruck-fluidstrahls Download PDF

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WO2020126420A1
WO2020126420A1 PCT/EP2019/083231 EP2019083231W WO2020126420A1 WO 2020126420 A1 WO2020126420 A1 WO 2020126420A1 EP 2019083231 W EP2019083231 W EP 2019083231W WO 2020126420 A1 WO2020126420 A1 WO 2020126420A1
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fluid
pressure
nozzle
workpiece
tank
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PCT/EP2019/083231
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Bernd Stuke
Bernardo Ballesteros Katemann
Hans-Arndt Freudigmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • B24C9/00—Appurtenances of abrasive blasting machines or devices, e.g. working chambers, arrangements for handling used abrasive material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
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    • B26F1/26—Perforating by non-mechanical means, e.g. by fluid jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
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    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts

Definitions

  • the invention relates to a method for the erosive machining of a workpiece or a workpiece surface using a high-pressure fluid jet according to the Oberbe handle of claim 1. Furthermore, the invention relates to an apparatus for erosive machining of a workpiece or a workpiece surface using a high-pressure fluid jet according to the The device is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • a device for water jet cutting materials such as steel, stone, glass or ceramic, which comprises a high pressure pump and a nozzle.
  • the high-pressure pump is used to generate a high-pressure fluid jet to be dispensed via the nozzle, in particular a high-pressure water jet.
  • the device furthermore has a device for generating fluid pulses emerging through the nozzle, the fluid pulses for this purpose are designed to remove a predetermined amount of particles from the material.
  • the device for generating the fluid pulses comprises at least one valve, preferably an electromagnetically or piezoelectrically actuatable valve, which is also preferably designed in the manner of an injection valve of an internal combustion engine and can be controlled by means of a control and / or regulating device.
  • Such valves allow an almost constant system pressure up to 3000 bar.
  • the object of the present invention is to reduce the risk of component failure due to corrosion.
  • a fluid is applied with high pressure by means of a fluid pump and fed to a nozzle for forming a high-pressure fluid jet.
  • a partial amount of the high-pressure fluid and / or the fluid supplied to the nozzle is fed as a return amount via a return line to a degassing device and used to degas the fluid stored in a tank. That is, the fluid before it Nozzle is supplied, is degassed with the aid of the degassing device.
  • the degassing reduces the oxygen content in the fluid, so that the corrosion attack on components of the nozzle which are at risk of corrosion is reduced. This significantly reduces the risk of component failure due to corrosion. As a result, the robustness of the nozzle is increased.
  • Another advantage of the invention is that the degassing of the fluid is carried out using the otherwise unused return flow.
  • the return amount is composed in particular of a tax amount to be returned. Due to the function, a high control or return flow volume is generated, especially at high system pressures, which is not required for the erosive machining of the workpiece or the workpiece surface. This return quantity is usually disposed of.
  • the fluid for generating the high-pressure fluid jet is preferably water, so that the water consumption can be reduced with the aid of the method according to the invention.
  • the return line arranged on the pressure side of the fluid pump preferably branches off downstream of a pressure-maintaining valve from a pressure line which binds the fluid pump to the nozzle for generating or shaping a high-pressure fluid jet.
  • the return line can also be connected directly to the nozzle.
  • the return line is preferably connected to a control valve which serves to control the lifting movements of a nozzle needle which is movably received in the nozzle or in a nozzle body of the nozzle for releasing and closing an injection opening for generating the pulsating fluid jet.
  • the nozzle can be designed and operated in the manner of a nozzle of a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. This means that correspondingly large return quantities occur when the control valve is actuated, which are now used according to the proposed method.
  • the return quantity is preferably introduced into the fluid via a throttle cross section, so that gas bubbles are generated in the fluid.
  • the generation of gas bubbles leads to degassing of the fluid, since the gas bubbles rise up to the fluid surface due to buoyancy, disintegrate on the fluid surface and thereby release the gas into the ambient air.
  • the return quantity introduced into the tank for degassing or into the fluid stored in the tank is thus itself again available as a fluid. The fluid or Wasserver consumption can thus be further reduced.
  • a throttle or an orifice plate is preferably used to form the throttle cross section.
  • the return flow can be throttled in a simple manner, which leads to the formation of the gas bubbles due to cavitation. This means that a vacuum area forms in the fluid, which leads to the formation of the gas bubbles.
  • the throttle cross section is changed depending on the operating point.
  • the throttle cross section can be adapted to a changing system pressure and / or to a changing return quantity.
  • this requires that the throttle cross-section can be changed.
  • a variable throttle cross-section can be implemented by means of a plurality of throttles or orifice plates connected in parallel, which have the same or different throttle cross-sections. If several throttles or orifice plates have the same throttle cross-section, the total throttle cross-section can be varied via the number of connected throttles or orifice plates.
  • at least one iris diaphragm can be used, the throttle cross-section of which can be changed continuously.
  • the device for erosive machining of a workpiece or a workpiece surface with the aid of a high-pressure fluid jet comprises a fluid pump for applying a high-pressure fluid and a nozzle for forming a high-pressure fluid jet from the previously subjected to high-pressure fluid .
  • the device is characterized by a degassing device for degassing the fluid stored in a tank. With the help of the degassing device, the fluid can be degassed before it is fed to the nozzle.
  • the degassing device is connected via a return line to the pressure side of the fluid pump and / or to the nozzle, so that a return quantity that can be used for degassing can be supplied to the degassing device. Since the function of the return flow due to the erosive processing is usually disposed of and thus removed from the system, the proposed return flow leads to a significant reduction in fluid consumption. Via the proposed use of the return quantity, this also remains in the system, so that it is again available as a fluid for the erosive machining of a workpiece or a workpiece surface.
  • the proposed device is particularly suitable for carrying out the previously described method according to the invention.
  • the device for carrying out the method according to the invention is therefore preferably used.
  • the degassing device of the proposed device preferably comprises a component which forms a throttle cross section, for example a throttle or an orifice plate, with the aid of which the return flow quantity can be introduced into the fluid stored in the tank.
  • a component which forms a throttle cross section for example a throttle or an orifice plate, with the aid of which the return flow quantity can be introduced into the fluid stored in the tank.
  • the return quantity is throttled when it is introduced into the tank or into the fluid stored in the tank.
  • a cavitation or vacuum region can be created in the fluid, so that gas bubbles form in the fluid. These rise due to the buoyancy in the fluid and release the gas on the surface of the fluid into the ambient air. In this way, the fluid stored in the tank is degassed.
  • the tank can be the actual storage tank or an additional tank for storing and in particular degassing the fluid.
  • the additional tank is part of the proposed device.
  • the storage tank is then filled with degassed fluid via the additional tank. This ensures that only degassed fluid is supplied to the nozzle of the device for the erosive machining of a workpiece or a workpiece surface.
  • the return quantity When the return quantity is introduced into the tank for degassing the fluid stored in the tank, the return quantity mixes with the fluid present in the tank. At the same time, the return flow is degassed.
  • the return flow rate can therefore be used as a process fluid.
  • the throttle cross section via which the return quantity is introduced into the fluid stored in the tank, is variable.
  • the throttle cross section can thus be adapted in particular to different operating points of the device for the erosive machining of a workpiece or a workpiece surface and / or different return quantities.
  • a variable throttle or a variable pinhole can be used.
  • the variable throttle cross section can be implemented by means of a plurality of throttles or perforated orifices connected in parallel, which can be switched on or off, so that different overall throttle cross sections result.
  • the plurality of throttles or orifice plates can have the same or different throttle cross sections.
  • a pinhole with a preferably continuously variable throttle cross section for example an iris diaphragm, can be used.
  • floating bodies are accommodated in the container, which form a barrier layer on the fluid surface, which enables gas to be released from the water, but prevents redeployment.
  • Hollow bodies are particularly suitable as floating bodies, for example hollow bodies made of plastic.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention for the erosive machining of a workpiece or a workpiece surface with a degassing device
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through the degassing device of the device in front of FIG. 1,
  • Fig. 3 shows a schematic longitudinal section through a modified Entgasungseinrich device
  • nozzle 4 which serves for the formation of a high-pressure fluid jet, which is directed onto the workpiece 1 or the workpiece surface.
  • the nozzle 4 is supplied with a high-pressure fluid 2 via a fluid pump 3, which has previously been degassed with the aid of a Entgasungsein device 6.
  • the degassing serves to reduce the amount of oxygen in the fluid 2 in order to minimize the risk of corrosion in the area of the nozzle 4.
  • the degassing device 6 shown enlarged in FIG. 2 has a tank 7 for storing fluid 2.
  • a return quantity is thus supplied to the tank 7 via the return line 5.
  • the return flow is introduced via a throttle cross section 8 into the fluid 2 stored in the tank 7, so that a cavitation area arises in the fluid 2 behind the Dros cross section 8 and gas bubbles 9 are formed.
  • the gas bubbles 9 rise because of the buoyancy in the fluid 2 and give the gas to the air in the tank 7 from the surrounding air 23 from the fluid surface 13. In this way, the fluid 2 present in the tank 7 and the return degassed run quantity. With the aid of the fluid pump 3, degassed fluid 2 is therefore supplied from the tank 7 to the nozzle 4.
  • the throttle cross section 8 is formed in FIG. 2 by a throttle 10, which has a fixed throttle cross section 8.
  • the throttle cross section 8 is selected such that the desired cavitation in the fluid 2 is established behind the throttle 10.
  • a plurality of throttles 10.1, 10.2 and 10.3 can also be connected in parallel, the multiple throttles 10.1, 10.2 and 10.3 being able to be switched on or off individually via valves 22.1, 22.2 and 22.3 (see Fig. 3).
  • the plurality of throttles 10.1, 10.2 and 20.3 also have throttle cross sections 8.1, 8.2 and 8.3 of different sizes.
  • variable throttle cross section 8 can also be realized by means of a variable aperture plate 11.
  • An iris diaphragm is particularly suitable for this (see FIG. 4). The iris diaphragm can be continuously adjusted, as the individual operating positions in FIGS. 4a) to 4h) show.
  • water is generally used as the process fluid.
  • the oxygen content of the water used as the process fluid can be reduced. This has the advantage that the risk of corrosion of the components of the device which come into contact with the water is reduced.
  • the robustness of the nozzle 4 can be increased using the degassing device 6.
  • At least one filter 15 can also be provided for separating any particles contained in the fluid 2. hen. This is because the particles can damage the fluid pump 3 and / or the nozzle 4.
  • a filter 15 is arranged both on the suction side and on the pressure side.
  • Another filter 15 is arranged downstream of an intermediate storage 16 in a pressure line 17, which connects the fluid pump 3 to the nozzle 4.
  • the pressure line 17 there are also a pressure sensor 24 and a
  • Pressure maintaining valve 18 added.
  • the fluid pump 3 is driven by an electric motor 14, other types of drive also being possible.
  • the nozzle 4 has a connection 19 for connection to a storage container 20, in which an abrasive substance is stored.
  • Connection 19 can thus be supplied to the nozzle 4 with an abrasive substance which is carried away by the fluid 2 when the fluid 2 is discharged via the nozzle 4.
  • the erosive machining of the workpiece 1 or the workpiece surface can be reinforced in this way.
  • Fluid 2 consumed during the erosive machining of the workpiece 1 is collected and disposed of in a collecting container 21, since this is contaminated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks (1) oder einer Werkstückoberfläche mit Hilfe eines Hochdruck-Fluidstrahls. Bei dem Verfahren wird ein Fluid (2) mittels einer Fluidpumpe (3) mit Hochdruck beaufschlagt und einer Düse (4) zur Formung eines Hochdruck-Fluidstrahls zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird eine Teilmenge des mit Hochdruck beaufschlagten und/oder der Düse (4) zugeführten Fluids (2) als Rücklaufmenge über eine Rücklaufleitung (5) einer Entgasungseinrichtung (6) zugeführt und zum Entgasen des in einem Tank (7) bevorrateten Fluids (2) genutzt.

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren und Vorrichtung zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks oder einer
Werkstückoberfläche mit Hilfe eines Hochdruck- Fluidstrahls
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks oder einer Werkstückoberfläche mit Hilfe eines Hochdruck- Fluidstrahls gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur erosiven Bear beitung eines Werkstücks oder einer Werkstückoberfläche mit Hilfe eines Hochdruck- Fluidstrahls gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Die Vorrichtung ist insbesonde re zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 201 797 Al ist eine Vorrichtung zum Wasser strahlschneiden von Werkstoffen, wie beispielsweise Stahl, Stein, Glas oder Keramik, hervor, die eine Hochdruckpumpe und eine Düse umfasst. Die Hochdruckpumpe dient der Erzeugung eines über die Düse abzugebenden Hochdruckfluidstrahls, insbesonde re eines Hochdruckwasserstrahls. Um die Antriebsleistung der Hochdruckpumpe klein zu halten und die Schaffung komplexer dreidimensionaler Strukturen innerhalb der Werkstoffe mittels des Hochdruckfluidstrahls zu ermöglichen, wird in dieser Druck schrift vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Erzeugen von durch die Düse austretenden Fluidimpulsen aufweist, wobei die Fluidimpulse dazu ausgebildet sind, eine vorgegebene Menge von Partikeln vom Werkstoff abzutragen. Über die angegebene Vorrichtung soll ein diskontinuierlicher, d. h. insbesondere ein periodisch unterbrochener Fluidstrahl, erzeugbar sein, der bei vergleichsweise niedri gem Förderdruck der Hochdruckpumpe eine hohe Abtragwirkung besitzt. Denn durch die gezielt frequentierten Pulsstöße bzw. Fluidimpulse kommt es zu einem sich selbst- verstärkenden Effekt. Zugleich ermöglichen die Fluidimpulse das Schneiden und/oder Einbringen einer dreidimensionalen Geometrie in den Werkstoff. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Einrichtung zum Erzeugen der Fluidimpulse mindestens ein Ventil, vorzugsweise ein elektromagnetisch oder piezoelektrisch betä tigbares Ventil, das weiterhin vorzugsweise nach Art eines Einspritzventils einer Brenn kraftmaschine ausgebildet und mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung ansteu erbar ist. Derartige Ventile ermöglichen einen nahezu konstanten Systemdruck bis 3000 bar. Bei der Ansteuerung des Ventils anfallende Steuer- bzw. Rücklaufmengen werden zur Verringerung des Fluidverbrauchs bevorzugt über einen Rücklauf in den Vorratsbehälter zurückgeführt.
Bei Verwendung eines nach Art eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine aus gebildeten Ventils zur Erzeugung eines Hochdruck- Fluidstrahls, insbesondere Hoch druck-Wasserstrahls, kann es im Bereich der Düse zu einem Bauteilversagen aufgrund von Korrosion kommen. Denn zur Ausbildung der Düse von Einspritzventilen werden üblicherweise Stähle verwendet, die korrodieren können.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt daher der vorlie genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gefahr eines Bauteilversagens aufgrund von Korrosion zu mindern.
Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks oder einer Werkstückoberfläche mit Hilfe eines Hochdruck- Fluidstrahls wird ein Fluid mittels einer Fluidpumpe mit Hochdruck beaufschlagt und einer Düse zur Formung eines Hochdruck- Fluidstrahls zugeführt. Erfindungsgemäß wird eine Teilmenge des mit Hochdruck beaufschlagten und/oder der Düse zugeführten Fluids als Rücklaufmenge über eine Rücklaufleitung einer Entgasungseinrichtung zugeführt und zum Entgasen des in einem Tank bevorrateten Fluids genutzt. Das heißt, dass das Fluid, bevor es der Düse zugeführt wird, mit Hilfe der Entgasungseinrichtung entgast wird. Das Entgasen reduziert den Sauerstoffanteil im Fluid, so dass der Korrosionsangriff auf korrosionsge fährdete Bauteile der Düse verringert wird. Damit sinkt die Gefahr eines Bauteilversa gens aufgrund von Korrosion deutlich. Im Ergebnis wird somit die Robustheit der Düse gesteigert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Entgasung des Fluids unter Ausnutzung der sonst ungenutzten Rücklaufmenge durchgeführt wird. Die Rücklauf menge setzt sich insbesondere aus einer rückzuführenden Steuermenge zusammen. Funktionsbedingt fällt gerade bei hohen Systemdrücken eine große Steuer- bzw. Rück laufmenge an, die für die erosive Bearbeitung des Werkstücks bzw. der Werkstück oberflache nicht benötigt wird. Üblicherweise wird diese Rücklaufmenge entsorgt.
Durch Nutzung der Rücklaufmenge zum Entgasen des Fluids kann das erfindungsge mäße Verfahren Ressourcen schonend durchgeführt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluid zur Erzeugung des Hochdruck- Fluidstrahls um Wasser, so dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens der Wasserverbrauch reduziert werden kann.
Die auf der Druckseite der Fluidpumpe angeordnete Rücklaufleitung zweigt vorzugs weise stromabwärts eines Druckhalteventils von einer Druckleitung ab, welche die Flu idpumpe mit der Düse zum Erzeugen bzw. Formen eines Hochdruck- Fluidstrahls ver bindet. Die Rücklaufleitung kann ferner direkt an die Düse angeschlossen sein.
Bevorzugt ist die Rücklaufleitung mit einem Steuerventil verbunden, das der Steuerung der Hubbewegungen einer in der Düse bzw. in einem Düsenkörper der Düse hubbe weglich aufgenommenen Düsennadel zum Freigeben und Verschließen einer Ein spritzöffnung zum Erzeugen des pulsierenden Fluidstrahls dient. Die Düse kann in die sem Fall nach Art einer Düse eines Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraft stoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgestaltet sein und betrieben werden. Das heißt, dass entsprechend große Rücklaufmengen bei der Betätigung des Steuerventils anfallen, die gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren nunmehr einer Nutzung zugeführt werden.
Zum Entgasen des im Tank bevorrateten Fluids wird vorzugsweise die Rücklaufmenge über einen Drosselquerschnitt in das Fluid eingebracht, so dass durch Kavitation Gas- blasen im Fluid erzeugt werden. Das Erzeugen von Gasblasen führt zur Entgasung des Fluids, da die Gasblasen durch Auftrieb bis an die Fluidoberfläche aufsteigen, an der Fluidoberfläche zerfallen und dabei das Gas an die Umgebungsluft abgeben. Die zum Entgasen in den Tank bzw. in das im Tank bevorratete Fluid eingebrachte Rücklauf menge steht somit selbst wieder als Fluid zur Verfügung. Der Fluid- bzw. Wasserver brauch kann somit weiter reduziert werden.
Zur Ausbildung des Drosselquerschnitts wird vorzugsweise eine Drossel oder eine Lochblende verwendet. Mit Hilfe der Drossel oder der Lochblende kann in einfacher Weise eine Drosselung der Rücklaufmenge bewirkt werden, die zur Ausbildung der Gasblasen aufgrund einer sich einstellenden Kavitation führt. Das heißt, dass sich im Fluid ein Unterdruckgebiet ausbildet, das zur Entstehung der Gasblasen führt.
Bei Verwendung einer Drossel bzw. Lochblende mit einem feststehenden Drosselquer schnitt ist dieser bevorzugt an den Systemdruck angepasst. Da der Systemdruck bei einer Vorrichtung zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks oder einer Werkstück oberfläche häufig fest vorgegeben bzw. nicht veränderbar ist, muss auch der Drossel querschnitt nicht verändert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Drosselquerschnitt betriebspunktabhängig verändert. Auf diese Weise kann der Drosselquerschnitt an ei nen sich verändernden Systemdruck und/oder an eine sich verändernde Rücklaufmen ge angepasst werden. Dies setzt jedoch voraus, dass der Drosselquerschnitt verän derbar ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Drossel oder Lochblende mit ei nem variablen Drosselquerschnitt verwendet wird. Ferner kann ein veränderbarer Drosselquerschnitt durch mehrere parallel geschaltete Drosseln oder Lochblenden rea lisiert werden, die gleiche oder unterschiedliche Drosselquerschnitte aufweisen. Wei sen mehrere Drosseln oder Lochblenden den gleichen Drosselquerschnitt auf, kann über die Anzahl der zugeschalteten Drosseln bzw. Lochblenden der Gesamtdrossel querschnitt variiert werden. Darüber hinaus kann auch mindestens eine Irisblende ver wendet werden, deren Drosselquerschnitt kontinuierlich veränderbar ist.
Damit kein an die Umgebungsluft bereits abgegebenes Gas über die Umgebungsluft wieder in das Fluid eingelöst wird, wird vorgeschlagen, dass mit Hilfe von Schwimm- körpern, die auf dem Fluid schwimmen, eine Sperrschicht ausgebildet wird, die ein Auslösen von Gas aus dem Wasser ermöglicht, aber ein erneutes Einlösen verhindert.
Die zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ferner vorgeschlagene Vorrichtung zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks oder einer Werkstückoberfläche mit Hilfe eines Hochdruck- Fluidstrahls umfasst eine Fluidpumpe zur Beaufschlagung eines Flu ids mit Hochdruck sowie eine Düse zur Formung eines Hochdruck- Fluidstrahls aus dem zuvor mit Hochdruck beaufschlagten Fluid. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung durch eine Entgasungseinrichtung zum Entgasen des in einem Tank be vorrateten Fluids aus. Mit Hilfe der Entgasungseinrichtung kann das Fluid entgast wer den, bevor es der Düse zugeführt wird. Die Entgasungseinrichtung ist hierzu über eine Rücklaufleitung mit der Druckseite der Fluidpumpe und/oder mit der Düse verbunden, so dass der Entgasungseinrichtung eine zum Entgasen nutzbare Rücklaufmenge zu- führbar ist. Da die funktionsbedingt bei der erosiven Bearbeitung anfallende Rücklauf menge üblicherweise entsorgt und damit aus dem System entfernt wird, führt die vor geschlagene Nutzung der Rücklaufmenge zu einer deutlichen Verringerung des Fluid verbrauchs. Über die vorgeschlagene Nutzung der Rücklaufmenge bleibt diese zudem im System, so dass sie erneut als Fluid zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks oder einer Werkstückoberfläche zur Verfügung steht.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des zuvor be schriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Vorzugsweise wird daher die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet.
Bevorzugt umfasst die Entgasungseinrichtung der vorgeschlagenen Vorrichtung eine einen Drosselquerschnitt ausbildende Komponente, beispielsweise eine Drossel oder eine Lochblende, mit deren Hilfe die Rücklaufmenge in das im Tank bevorratete Fluid einbringbar ist. Das heißt, dass die Rücklaufmenge beim Einbringen in den Tank bzw. in das im Tank bevorratete Fluid gedrosselt wird. Über die Drosselung der Rücklauf menge beim Einbringen in das Fluid kann ein Kavitations- bzw. Unterdruckgebiet im Fluid erzeugt werden, so dass Gasblasen im Fluid entstehen. Diese steigen aufgrund des Auftriebs im Fluid nach oben und geben das Gas an der Fluidoberfläche an die Umgebungsluft ab. Auf diese Weise wird das im Tank bevorratete Fluid entgast. Bei dem Tank kann es sich um den eigentlichen Vorratstank oder einen zusätzlichen Tank zur Bevorratung und insbesondere Entgasung des Fluids handeln. Im letztge nannten Fall ist der zusätzliche Tank Bestandteil der vorgeschlagenen Vorrichtung. Über den zusätzlichen Tank wird dann der Vorratstank mit entgastem Fluid befüllt. Dadurch ist sichergestellt, dass der Düse der Vorrichtung zur erosiven Bearbeitung ei nes Werkstücks bzw. einer Werkstückoberfläche nur entgastes Fluid zugeführt wird.
Beim Einbringen der Rücklaufmenge in den Tank zum Entgasen des im Tank bevorra teten Fluids vermischt sich die Rücklaufmenge mit dem im Tank vorhandenen Fluid. Zugleich wird auch die Rücklaufmenge entgast. Die Rücklaufmenge ist demnach wie der als Prozessfluid einsetzbar.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Drosselquerschnitt, über den die Rücklaufmenge in das im Tank bevorratete Fluid eingebracht wird, variabel ist. Der Drosselquerschnitt kann somit insbesondere an unterschiedliche Betriebspunkte der Vorrichtung zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks oder einer Werkstückober fläche und/oder unterschiedliche Rücklaufmengen angepasst werden. Zur Ausbildung des variablen Drosselquerschnitts kann beispielsweise eine variable Drossel oder eine variable Lochblende verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann der variable Drosselquerschnitt durch mehrere parallel geschaltete Drosseln oder Lochblenden rea lisiert werden, die zu- oder abschaltbar sind, so dass sich unterschiedliche Gesamt drosselquerschnitte ergeben. Die mehreren Drosseln oder Lochblenden können dabei gleiche oder unterschiedliche Drosselquerschnitte aufweisen. Darüber hinaus kann ei ne Lochblende mit einem vorzugsweise kontinuierlich veränderbaren Drosselquer schnitt, beispielsweise eine Irisblende, verwendet werden.
Als weiterbildende Maßnahme wird ferner vorgeschlagen, dass im Behälter Schwimm körper aufgenommen sind, die auf der Fluidoberfläche eine Sperrschicht ausbilden, die ein Auslösen von Gas aus dem Wasser ermöglicht, aber ein erneutes Einlösen verhin dert. Als Schwimmkörper eignen sich insbesondere Hohlkörper, beispielsweise Hohl körper aus Kunststoff.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beige fügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur ero- siven Bearbeitung eines Werkstücks oder einer Werkstückoberfläche mit einer Entga sungseinrichtung,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Entgasungseinrichtung der Vor richtung der Fig. 1,
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine modifizierte Entgasungseinrich tung, und
Fig. 4 a)-h) jeweils eine Draufsicht auf eine Irisblende mit unterschiedlichen Drossel querschnitten.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Darstellung der Fig. 1 beschränkt sich auf die wesentlichen Komponenten einer er findungsgemäßen Vorrichtung zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks 1 bzw. einer Werkstückoberfläche. Hierbei handelt es sich zunächst um eine Düse 4, die der For mung eines Hochdruck- Fluidstrahls dient, der auf das Werkstück 1 bzw. die Werk stückoberfläche gerichtet wird. Der Düse 4 wird hierzu über eine Fluidpumpe 3 ein mit Hochdruck beaufschlagtes Fluid 2 zugeführt, das zuvor mit Hilfe einer Entgasungsein richtung 6 entgast worden ist. Die Entgasung dient der Reduzierung des Sauerstoffan teils im Fluid 2, um die Korrosionsgefahr im Bereich der Düse 4 zu minimieren.
Die in der Fig. 2 vergrößert dargestellte Entgasungseinrichtung 6 weist einen Tank 7 zur Bevorratung von Fluid 2 auf. In den Tank 7 mündet eine Rücklaufleitung 5, die an- dernends mit der Düse 4 verbunden ist. Über die Rücklaufleitung 5 wird somit dem Tank 7 eine Rücklaufmenge zugeführt. Die Rücklaufmenge wird über einen Drossel querschnitt 8 in das im Tank 7 bevorratete Fluid 2 eingeleitet, so dass hinter dem Dros selquerschnitt 8 im Fluid 2 ein Kavitationsgebiet entsteht und es zur Ausbildung von Gasblasen 9 kommt. Die Gasblasen 9 steigen wegen des Auftriebs im Fluid 2 auf und geben an der Fluidoberfläche 13 das Gas an die im Tank 7 vorhandene Umgebungs luft 23 ab. Auf diese Weise werden das im Tank 7 vorhandene Fluid 2 und die Rück- laufmenge entgast. Mit Hilfe der Fluidpumpe 3 wird der Düse 4 daher entgastes Fluid 2 aus dem Tank 7 zugeführt.
Der Drosselquerschnitt 8 wird in der Fig. 2 durch eine Drossel 10 gebildet, die einen feststehenden Drosselquerschnitt 8 aufweist. Der Drosselquerschnitt 8 ist derart ge wählt, dass sich hinter der Drossel 10 die gewünschte Kavitation im Fluid 2 einstellt.
Zur Anpassung des Drosselquerschnitts 8 an verschiedene Betriebspunkte der Vorrich tung können auch mehrere Drosseln 10.1, 10.2 und 10.3 parallel geschaltet werden, wobei die mehreren Drosseln 10.1, 10.2 und 10.3 über Ventile 22.1, 22.2 und 22.3 je weils einzeln zu- oder abschaltbar sind (siehe Fig. 3). Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 weisen die mehreren Drosseln 10.1, 10.2 und 20.3 zudem unterschiedlich große Drosselquerschnitte 8.1, 8.2 und 8.3 auf.
Alternativ kann ein variabler Drosselquerschnitt 8 auch mittels einer variablen Loch blende 11 realisiert werden. Hierzu eignet sich insbesondere eine Irisblende (siehe Fig. 4). Die Irisblende kann kontinuierlich verstellt werden, wie die einzelnen Betriebsstel lungen der Figuren 4a) bis 4h) zeigen.
Um ein erneutes Einlösen von bereits an die Umgebungsluft 23 abgegebenem Gas in das Fluid 2 über die Fluidoberfläche 13 zu verhindern, können im Tank 7 Schwimmkör per 12 aufgenommen sein, die auf der Fluidoberfläche 13 eine Sperrschicht ausbilden. Diese Ausführungsform ist beispielhaft in der Fig. 2 (rechte Seite) dargestellt.
Bei der erosiven Bearbeitung eines Werkstücks 1 oder einer Werkstückoberfläche wird in der Regel Wasser als Prozessfluid eingesetzt. Mit Hilfe der Entgasungseinrichtung 6 kann insbesondere der Sauerstoffanteil des als Prozessfluid eingesetzten Wassers re duziert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Korrosionsgefahr der mit dem Wasser in Kontakt gelangenden Komponenten der Vorrichtung verringert wird. Insbesondere kann mit Hilfe der Entgasungseinrichtung 6 die Robustheit der Düse 4 gesteigert wer den.
Um die Robustheit der Düse 4 sowie der Fluidpumpe 3 zu steigern, kann ferner min destens ein Filter 15 zur Abscheidung etwaiger im Fluid 2 enthaltener Partikel vorgese- hen sein. Denn die Partikel können die Fluidpumpe 3 und/oder die Düse 4 beschädi gen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist sowohl saugseitig als auch druckseitig je weils ein Filter 15 angeordnet. Ein weiterer Filter 15 ist stromabwärts eines Zwischen speichers 16 in einer Druckleitung 17 angeordnet, welche die Fluidpumpe 3 mit der Düse 4 verbindet. In der Druckleitung 17 sind ferner ein Drucksensor 24 und ein
Druckhalteventil 18 aufgenommen. Die Fluidpumpe 3 wird vorliegend durch einen Elektromotor 14 angetrieben, wobei auch andere Antriebsarten möglich sind.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist die Düse 4 einen Anschluss 19 zur Verbindung mit einem Vorratsbehälter 20 auf, in dem ein abrasiver Stoff bevorratet ist. Über den
Anschluss 19 kann somit der Düse 4 ein abrasiver Stoff zugeführt werden, der beim Austragen des Fluids 2 über die Düse 4 von dem Fluid 2 mitgerissen wird. Die erosive Bearbeitung des Werkstücks 1 bzw. der Werkstückoberfläche kann auf diese Weise verstärkt werden.
Bei der erosiven Bearbeitung des Werkstücks 1 verbrauchtes Fluid 2 wird in einem Auffangbehälter 21 gesammelt und entsorgt, da dieses verunreinigt ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks (1) oder einer Werkstück oberfläche mit Hilfe eines Hochdruck- Fluidstrahls, bei dem ein Fluid (2) mittels einer Fluidpumpe (3) mit Hochdruck beaufschlagt und einer Düse (4) zur Formung eines Hochdruck- Fluidstrahls zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge des mit Hochdruck beaufschlagten und/oder der Düse (4) zugeführten Fluids (2) als Rücklaufmenge über eine Rücklauflei tung (5) einer Entgasungseinrichtung (6) zugeführt und zum Entgasen des in einem Tank (7) bevorrateten Fluids (2) genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufmenge über einen Drosselquerschnitt (8) in das im Tank (7) bevorratete Fluid (2) eingebracht wird, so dass durch Kavitation Gasblasen (9) im Fluid (2) erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Drosselquerschnitts (8) eine Drossel (10) oder Lochblende (11) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselquerschnitt (8) betriebspunktabhängig verändert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von Schwimmkörpern (12), die auf dem Flu id (2) schwimmen, eine Sperrschicht ausgebildet wird, die ein Auslösen von Gas aus dem Wasser ermöglicht, aber ein erneutes Einlösen verhindert.
6. Vorrichtung zur erosiven Bearbeitung eines Werkstücks (1) oder einer Werk stückoberfläche mit Hilfe eines Hochdruck- Fluidstrahls, umfassend eine Fluidpum pe (3) zur Beaufschlagung eines Fluids (2) mit Hochdruck sowie eine Düse (4) zur Formung eines Hochdruck- Fluidstrahls aus dem zuvor mit Hochdruck beaufschlagten
Fluid (2),
gekennzeichnet durch eine Entgasungseinrichtung (6) zum Entgasen des in einem Tank (7) bevorrateten Fluids (2), wobei die Entgasungseinrichtung (6) über eine Rück laufleitung (5) mit der Druckseite der Fluidpumpe (3) und/oder der Düse (4) verbunden ist, so dass der Entgasungseinrichtung eine zum Entgasen nutzbare Rücklaufmenge zuführbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinrichtung (6) eine einen Drossel- querschnitt (8) ausbildende Komponente, beispielsweise eine Drossel (10) oder eine
Lochblende (11), zum Einbringen der Rücklaufmenge in das im Tank (7) bevorratete Fluid (2) umfasst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselquerschnitt (8) variabel ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass im Tank (7) Schwimmkörper (12) aufgenommen sind, die auf der Fluidoberfläche (13) eine Sperrschicht ausbilden, die ein Auslösen von Gas aus dem Wasser ermöglicht, aber ein erneutes Einlösen verhindert.
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