Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden und Reinigen von Gegenständen, sowie zum gezielten Materialabtrag mittels eines Wasser-Abrasivmittel-Gemisches

Abstract

 Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zum Schneiden und Reinigen von Gegenständen, sowie zum ge­zielten Materialabtrag mittels eines unter Hochdruck be­findlichen, eine Mischkammer (12) von einem Einlaß (13) zu einem Auslaß (14) durchquerenden Wasserstrahls (15), dem ein Abrasivmittel (160) in der Mischkammer (12) durch Einbringung in den Wasserstrahl (15) beigemischt wird, vorgeschlagen. Das Abrasivmittel (160) wird dabei in der Mischkammer (12) direkt und gezielt in den diese durch­querenden Wasserstrahl (15) gegeben und zwar auf kürze­stem Wege.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden und Reinigen von Gegenständen, sowie zum gezielten Material­abtrag mittels eines unter Hochdruck befindlichen, eine Mischkammer von einem Einlaß zu einem Auslaß durchque­renden Wasserstrahls, dem ein Abrasivmittel in der Mischkammer durch Einbringung in den Wasserstrahl beige­mischt wird, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

[0002] Verfahren dieser Art, bei denen Hochdruckwasserstrahlen zum Reinigen und Schneiden von Flächen bzw. Gegenständen verwendet werden, und denen Hartstoffteilchen (Abrasiv­mittel) beigefügt werden, sind bekannt. Der Vorteil der­artiger Verfahren gegenüber thermischen Verfahren zum Schneiden von Gegenständen ist der, daß die Schnittstelle praktisch kalt bleibt, was bei der Ausführung des Ver­fahrens insbesondere bei solchen Gegenständen, die ge­schnitten oder gereinigt werden müssen, von Vorteil ist, die empfindlich gegen Wärme sind. Zum anderen eignen sich die bekannten Wasser-Abrasivmittel-Gemische bzw. Verfah­ren insbesondere auch zum Schneiden und Reinigen oder zum gezielten Materialabtrag im Unterwasserbereich.

[0003] Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 4 648 215) wird in einer Mischkammer einer Vorrichtung zum Schneiden und Reinigen mittels eines Wasser-Abrasivmit­tel-Gemisches in einen die Mischkammer durchquerenden Wasserstrahl Abrasivmittel gegeben, und zwar derart, daß die Abrasivmittel unter einem spitzen Winkel relativ zum Wasserstrahl zugeführt werden. Der Mischkammerdurchmesser ist kleiner als die freie Strahllänge in der Kammer.

[0004] Aufgrund dieser bekannten Zuführtechnik ergab sich der erhebliche Nachteil, daß sich in der Mischkammer an der der Abrasivmitteldüse gegenüberliegenden Seite nach kur­zer Benutzungszeit Vertiefungen in der Mischkammerwand ausbildeten, die sehr schnell größer wurden. Die Ausbil­dung dieser nachteiligen Vertiefung hatte zur Folge, daß die Vorrichtung nach verhältnismäßig kurzer Benutzungs­zeit nicht mehr bestimmungsgemäß funktionierte.

[0005] Gemäß der bekannten Vorrichtung (US-PS 4 648 215) wurde versucht, dieser Erscheinung dadurch Einhalt zu gebieten, daß wenigstens der zum Auslaß weisende untere Bereich der Mischkammer mit einer Hartmetallauskleidung versehen wurde, was wiederum einerseits mit dem Nachteil erheblich höherer Kosten für die Herstellung derartiger Vorrich­tungen verbunden war und zum anderen auch aufgrund von rückgestreutem Abrasivmittel zu Erosionswirkungen in der in die Mischkammer gerichteten Abrasivmitteleinleitungs­düse führte. Durch dieses Phänomen bedingt wurde ein er­heblicher Düsenverschleiß festgestellt, so daß sich, un­ter tatsächlichen Einsatzbedingungen erprobt, gezeigt hat, daß auch die bekannte Vorrichtung und das mittels ihr ausgeführte Verfahren den in sie gesetzten Erwar­tungen nicht entsprach.

[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen die Effekti­vität des Mischprozesses in der Mischkammer verbessert wird, der Leistungsbereich (hydraulischer Arbeitsbereich) erhöht wird und bei der Vorrichtung die Standzeiten der Mischkammer und der Austrittsdüse vergrößert wird.

[0007] Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem erfindungsgemäßen Ver­fahren dadurch, daß das Abrasivmittel in der Mischkammer direkt und gezielt in den diese durchquerenden Wasser­strahl gegeben wird.

[0008] Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß im Gegen­satz zum genannten Stand der Technik, bei dem nur ein kleiner Teil des Abrasivmittels direkt in den Wasser­strahl eindringt und der größte Teil in den konischen unteren Teil der Mischkammer gelangt, in dem erst eine Orientierung der Flugbahn der einzelnen Partikel des Ab­rasivmittels in Richtung der Wasserstrahlachse erfolgen soll, bevor die Teilchen des Abrasivmittels vom Sprühan­teil des Wasserstrahls in den direkt anschließenden Dü­sentrichter der Austrittsdüse eingespült werden, die Teilchen des Abrasivmittels lange bevor sie in den Aus­laß, d. h. in die Eintrittsöffnung der Austrittsdüse ge­langen, beschleunigt werden, d. h die freie Strahllänge des Wasserstrahls in der Mischkammer voll zur Energie­übertragung genutzt werden kann, da die Teilchen des Abrasivmittels auf kürzestem Wege in den die Mischkammer durchquerenden Wasserstrahl eingeschossen werden.

[0009] Als weiterer Vorteil des Verfahrens ist die Realisier­barkeit kleiner freier Strahllängen in der Mischkammer. Die daraus resultierenden geringen Strahldivergenzen beim Eintritt des Wasser- Abrasivgemisches in die Eintrittsöffnung der Abrasivdüse bewirken geringeren Ab­rieb in einer Austrittsdüse und kleinere Leistungsver­luste bei der Fokussierung des Abrasivstrahles in der Austrittsdüse.

[0010] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Abrasivmittel derart in die Mischkammer gegeben, daß sich dieses auch um den Auslaß herum unter Bildung eines Abrasivmittelkanals ansammelt, wobei die Ausbildung des Abrasivmittelkanals in dem sich unmittelbar nach Inbe­triebnahme um den Auslaß herum ablagernden Gemisch aus dem Sprühanteil des Wasserstrahls und dem zugeführten trocknen Abrasivmittel innerhalb der ersten Sekunden au­tomatisch erfolgt. Die Verjüngung des Abrasivmittelkanals um den Wasserstrahl in der Mischkammer herum bewirkt eine Zunahme der Luftgeschwindigkeit in diesem Bereich und damit eine zusätzliche Beschleunigung der Hartstoffteil­chen. Zum anderen ist die Mischkammerwandung vor Erosion durch das Abrasivmittel selbst - was bei der bekannten Vorrichtung sehr schnell zu einem Unbrauchbarwerden führte - geschützt.

[0011] Auch kann vorzugsweise das Abrasivmittel derart in die Mischkammer gegeben werden, daß es sich an allen Wan­dungen der Mischkammer ablagert, so daß diese zuverlässig vor Erosionsschäden geschützt werden.

[0012] Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Ver­fahrens wird das Abrasivmittel im wesentlichen orthogonal zur Wasserstrahl ebene in den Wasserstrahl gegeben, so daß eine optimale Zuführung des Abrasivmittels zum Wasser­strahl gegeben ist, d. h. der kürzeste mögliche Weg von der Mündung des Abrasivmitteleinlasses zum Wasserstrahl.

[0013] Es hat sich gezeigt, daß das Abrasivmittel grundsätzlich bei der Wahl beliebigen geeigneten Drucks in die Misch­kammer gegeben werden kann. Bei Anwendungen in normaler Umgebung wird jedoch das Abrasivmittel vorzugsweise in einem Druckbereich von 1 bar relativ zum Innendruck der Mischkammer in diese gegeben. Abrasivmitteldrücke von 1 bis 120 bar sind jedoch möglich.

[0014] Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Abrasivmitteleinlasses in der Mischkammer im wesentlichen orthogonal zur Was­serstrahlachse in der Mischkammer verläuft.

[0015] Der Vorteil dieser Anordnung liegt im wesentlichen darin, daß die über den Abrasivmitteleinlaß eingeschossenen Teilchen des Abrasivmittels auf kürzestem Wege in den Wasserstrahl gegeben werden, so daß, wie erfindungsgemäß angestrebt, eine optimale Zuführgeometrie für das Abra­sivmittel erreicht wird.

[0016] Grundsätzlich kann die Mischkammer einen beliebigen ge­eigneten Aufbau haben, es hat sich jedoch gezeigt, daß es vorteilhaft ist, die Mischkammer mit einem im wesentli­chen zylindrischen Querschnitt mit der Wasserstrahlachse als Zylinderachse auszubilden, wobei deren Durchmesser größer als die freie Weglänge des Wasserstrahls durch die Mischkammer ist. Mischkammern dieser Art sind verhält­nismäßig leicht herstellbar und bieten aufgrund ihres symmetrischen Aufbaus zu allen Seiten gleichen radialen Abstand um die Wasserstrahlachse herum, so daß sich bei der Inbetriebnahme um den Auslaß herum bestimmungsgemäß ansammelndes befeuchtetes Abrasivmittel gleichmäßig an­häufen kann.

[0017] Die Mischkammer kann um den Auslaß herum vorzugsweise trichterförmig bzw. im Querschnitt konisch ausgebildet sein, so daß sich insbesondere dann, wenn vorzugsweise die Austrittsdüse zum Austritt des Wasser-Abrasivmittel-­Gemisches aus der Vorrichtung wenigstens teilweise in die Mischkammer hineinsteht, ein Totvolumen bilden kann, daß zum Ausgangspunkt für die Ablagerung des befeuchteten Abrasivmittels am Boden der Mischkammer ist. Grundsätz­lich wird die Austrittsdüse vorteilhafterweise im Zentrum der zylindrisch ausgebildeten Mischkammer angeordnet sein, es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Austrittsdüse nicht zentrisch zur Achse der Mischkammer angeordnet ist beispielsweise beim Vorhan­densein von einstellbaren Zentrierhilfen.

[0018] Gemäß der Erfindung ist es nicht zwingend erforderlich, die Austrittsdüse aus Hartstoff auszubilden. Die Aus­trittsdüse kann vorteilhafterweise neben der einteiligen Ausbildung mehrteilig ausgebildet sein. Vorteilhafter­weise ist jedoch die Austrittsdüse aus Hartmetall wie Wolframkarbid oder dergl. ausgebildet. Bei dieser Ausge­staltung wird dem Umstand Rechnung getragen, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich die Austrittsdüse durch das durch diese hindurchtretende Wasser-Abrasi­vmittel-Gemisch einer starken Belastung unterworfen ist, die vorangeschaltete Mischkammer jedoch nicht, da sich in dieser um den Auslaß herum bestimmungsgemäß das feuchte Abrasivmittelgemisch anlagert. Insofern kann die erfin­dungsgemäße Mischkammer aus Werkstoffen gebildet werden, die im Vergleich zur Austrittsdüse aus Hartmetall kostengünstig bereitstellbar und einfach und damit ko­stengünstig bearbeitbar sind.

[0019] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Einlaufdüse an ihrer zur Mischkammer gewandten Seite trichterförmig und sich zur Mischkammer vergrößernd ausgebildet. Diese Ausgestaltung der Aus­trittsdüse ist deshalb vorteilhaft, weil der die Misch­kammer durchquerende Wasserstrahl sich zwischen Eintritt in die Mischkammer und dem Verlassen der Mischkammer über den Auslaß verbreitert. Durch die trichterförmige Aus­bildung des Auslasses bzw. der Austrittsdüse wird der das Abrasivmittel nun schon enthaltende Wasserstrahl wieder zusammengeführt.

[0020] Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung kann, mit ähnlicher Wirkung, wie vorangehend beschrieben, die Aus­trittsdüse an ihrer zur Mischkammer hingewandten Seite eine die Düsenöffnung vergrößernde Eintrittsbohrung auf­weisen. Es sei aber darauf hingewiesen, daß die trichter­förmige Ausbildung der zur Mischkammer hin gerichteten Öffnung der Austrittsdüse weder in trichterförmiger Form noch in Form der zylindrischen Bohrung in jedem Falle zwingend erforderlich ist.

[0021] Beim Einsatz kleiner Wasserdüsendurchmesser, d.h. bei kleiner hydraulischer Leistung, wie sie z.B. für die Er­reichung von dünnen Präzisionsschnitten vorteilhaft ver­wendet werden können, ist die Strahlaufweitung wegen der hier möglichen kurzen freien Strahllänge so klein, daß keine zusätzliche Aufweitung im Einlaßbereich der Abr­asivdüsenbohrung erforderlich ist.

[0022] Um die Effektivität der Vorrichtung insgesamt für jeden vorbestimmten Einsatzzweck optimieren zu können, ist es vorteilhaft, die freie Strahllänge des Wasserstrahls in­nerhalb der Mischkammer zu wählen. Es ist dabei vorteil­haft, den Abstand (freie Weglänge) zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Wasserstrahls in der Mischkammer ein­stellbar auszubilden, wobei der Abstand vorteilhafter­weise durch Verschiebung z.B. der Austrittsdüse in Strahlachsenrichtung erfolgt. So können beispielsweise freie Weglängen des Wasserstrahls innerhalb der Misch­kammer auch zwischen 2 und 80 mm eingestellt werden.

[0023] Zur Anpassung an die gewählte freie Weglänge des Wasser­strahls zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Mischkam­mer kann ebenfalls der Querschnitt des Abrasivmittelein­lasses veränderbar ausgebildet sein, wobei dieses vorteilhafterweise durch Einbringen einer Buchse mit ei­nem geeignet gewählten Durchgangslochquerschnitt in den Abrasivmitteleinlaß erfolgt.

[0024] Für bestimmte Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, an­stelle lediglich eines Abrasivmitteleinlasses eine Mehr­zahl in die Mischkammer weisende Abrasivmitteleinlässe vorzusehen, die in ihrer Gesamtheit im wesentlichen mit ihren jeweiligen Achsen orthogonal zur Wasserstrahlachse ausgerichtet sind. Je nach Anwendungsfall können die Abrasivmitteleinlässe auf beliebige geeignete Weise um die Wasserstrahlachse herum in der Mischkammer ausgebil­det sein und zwar auch in verschiedenen Höhen zwischen Einlaß und Auslaß der Mischkammer.

[0025] Schließlich ist es vorteilhaft eine Zentrierung der Abr­asivdüsenbohrung zur Wasserstrahlachse durch Präzisions­zylinder- oder Konuspassungen zu erreichen.

[0026] Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfol­genden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausfüh­rungsbeispieles beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 im Schnitt eine Vorrichtung mit einer Misch­kammer sowie in die Vorrichtung eingesetzter Austrittsdüse und einem die Mischkammer durch­querenden Wasserstrahl,

Fig. 2 in gegenüber der Darstellung von Fig. 1 ver­größertem Maßstab einen Düseneinsatz, der die Austrittsdüse des Wasserstrahls zum Eintritt in die Mischkammer umfaßt,

Fig. 3 in einem vergrößerten schematischen Schnitt den Bereich der Mischkammer mit in die Mischkammer eingeschossenem Abrasivmittel , wobei ein Teil der Mischkammer noch einmal vergrößert darge­stellt ist,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Mischkammer von Fig. 3 entlang der Linie A-B, wobei ein Teil der Mischkammer nochmals vergrößert dargestellt ist, und

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung im Halbschnitt.

[0027] Die Vorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem Mischkammerkörper 120 sowie einem sogenannten Anschluß­stück 121, das an seiner freien Seite mit einer Druck­leitung auf bekannte Weise verbunden wird. Das Anschluß­stück 121 weist ein im wesentlichen zentral hindurchlau­fendes Durchgangsloch auf, durch das das über die nicht dargestellte Druckleitung herangeführte Wasser 15 hin­durchgeht. Am unteren, der Mischkammer 12 zugewandten Ende des Anschlußstücks 121 ist ein Düseneinsatz 24 vor­gesehen, der beispielsweise die aus einem Hartwerkstoff wie Saphir oder dergleichen hergestellte Hochdruck-Was­serdüse 140 umfaßt. Der Düseneinsatz 24 weist ein durch diesen im wesentlichen zentral hindurchgehendes Durch­gangsloch auf, wobei das eine Ende des Durchgangsloches, das zur Mischkammer 12 hinweist, einen Einlaß 13 des Wassers bzw. Wasserstrahls 15 in die Mischkammer 12 bil­det. Der Düseneinsatz 24 kann bei Verschleiß, Beschädi­gung oder bei einem beabsichtigten Wechsel des Durchmes­sers des Wasserstrahls 15 sehr schnell ausgewechselt werden, da er zwischen Anschlußstück 121 und einem Auf­nahmekörper 122 mittels eines zwischen beiden Teilen wirkenden Gewindes in einen Zentrierkonus eingeklemmt ist.

[0028] Der Mischkammerkörper 120 ist im wesentlichen rotations­symmetrisch ausgebildet, vgl. insbesondere Fig. 1 und 5.

[0029] Im Inneren des Mischkammerkörpers 120 ist eine im we­sentlichen zylindrisch ausgebildete Mischkammer 12 vor­handen, in die das Abrasivmittel 160, was im einzelnen noch weiter unten beschrieben wird, in den von dem Einlaß 13 zu einen Auslaß 14 die Mischkammer 12 durchquerenden Wasserstrahl 15 eingeschossen wird.

[0030] Die Mischkammer 12 ist an ihrem zum Auslaß 14 weisenden Ende nach unten, bezogen auf die Darstellung von Fig. 1, trichterförmig verjüngt ausgebildet. Sie kann aber auch wie in Fig. 5 dargestellt plan ausgeführt sein.

[0031] Die Achse 18 des Wasserstrahls 15 ist bei dem hier dar­gestellten Ausführungsbeispiel identisch mit der Achse der zylindrisch ausgebildeten Mischkammer 12. Am unteren Ende, d. h. im trichterförmig ausgebildeten Bereich der Mischkammer 12, ist in Verlängerung der Wasserstrahlachse 18 eine Austrittsdüse 21 angeordnet, die aus einem Hart­werkstoff besteht und ein zentrales Durchgangsloch zum Durchtritt des Wasser-Abrasivmittel-Gemisches 11 auf­weist. Zudem kann die Austrittsdüse 21 einen Ansatz 26 aufweisen, der an einen entsprechenden Ansatz oder Steg im Mischkammerkörper 120 zu liegen kommen kann. Auf diese Weise können in bezug auf die Eintrittstiefe der Aus­trittsdüse 21 in die Mischkammer 12 und in bezug auf den Innendurchmesser für den Durchtritt des Wasser-Abrasiv­mittel-Gemisches 11 unterschiedlich ausgebildete Aus­trittsdüsen 21 verwendet werden, die den entsprechenden gewünschten Schneid- bzw. Reinigungsparametern entspre­chend dem gewünschten Einsatz angepaßt werden können. Der Grad des Hineinstehens der Austrittsdüse 21 in die Misch­kammer 12 bestimmt die freie Weglänge bzw. den Abstand 20 des Wasserstrahls 15 zwischen dem Einlaß 13 und dem Aus­laß 14, der bei dieser Ausgestaltung durch die trichter­förmig 22 ausgebildete Düsenöffnung 23 gebildet wird.

[0032] Die Austrittsdüse kann wie in Fig. 5 dargestellt auch geteilt ausgeführt sein. Das bringt den Vorteil der ein­facheren Herstellbarkeit der Präzisionsbohrung in der Hartstoffdüse, besonders bei kleinen Durchmessern, wege der kürzeren Bauweise der Düsenteile. Darüber hinaus braucht häufig nur die untere Düsenhälfte 211 ausge­tauscht zu werden, wenn dies durch Verschleiß der Fokus­sierbohrung erforderlich wird. Das obere gebrauchte Dü­senteil 210 hat nach nicht zu großen Betriebszeiten unter Beibehaltung der Strahlparameter häufig eine geeignete Einlaufgeometrie, als eine neue Düse, da sie durch die vorangegangene Abrasivstrahlbeaufschlagung eingeschliffen ist.

[0033] Im wesentlichen orthogonal zur Wasserstrahlachse 18 ver­läuft die Achse 17 des Abrasivmitteleinlasses 16, wobei in den Abrasivmitteleinlaß 16 wahlweise Buchsen 25 ver­schieden großen Durchmessers einsetzbar und befestigbar sind. Verschieden große Innendurchmesser der Buchse 25 werden in Anpassung an die gewählte freie Weglänge (Ab­stand) 20 gewählt, um die Effektivität der Vorrichtung 10 den geeignet gewählten Reinigungs- bzw. Schneidbedingun­gen anzupassen.

[0034] Die Ausrichtung der Abrasivdüsenbohrung 212 parallel und zentrisch zur Wasserstrahlachse 18 erfolgt vorteilhaft­erweise durch präzise Zylinder - und/oder Kegelpassungen 123, 124, 124, 126. In Verbindung mit einer präzise aus­geführten Abrasivdüsenbohrung 212 wird eine symmetrische Strahlbeaufschlagung der Abrasivdüse 21 erreicht, was zu geringen Fokussierverlusten und langer Lebensdauer der Abrasivdüse 21 führt.

[0035] Die Benutzung von Bauteilen mit größeren Toleranzen, insbesondere bei Austrittsdüsen 21 mit nicht zentrischer Austrittsdüsenbohrung 212, kann die Vorrichtung 10 mit geeigneten Justiermöglichkeiten ausgestattet werden.

[0036] Die Zentrierung des Hochdruck-Düsenhalters 122 mittels Konus, vergl. Fig. 5, 125, wird vorteilhaft eingesetzt, wenn häufiges Öffnen und Schließen der Mischkammer 12 z.B. zu Inspektionszwecken gewünscht wird, daß sie sicher mögliches Fressen der Zentrierflächen durch eindringende Harstoffteilchen verhindert.

[0037] Die Verwendung der Konuszentrierung 125 in Verbindung mit der Weichstoffdichtung 127 gestattet zusätzlich die nach­trägliche Ausrichtung des Abrasivmitteleinlasses 16 an eine beliebige Stelle des Umfanges bei fertig montierter Vorrichtung 10 (Schneidkopf.

[0038] Unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 wird die Funk­tion der Vorrichtung 10 beschrieben. Ein Wasserstrahl 15, der der Vorrichtung, wie oben schon beschrieben, auf be­kannte Weise zugeführt wird, durchquert die Mischkammer 12 vom Einlaß 13 zum Auslaß 14, wobei die freie Weglänge 20 auf vorbestimmte Weise geeignet eingestellt worden ist. Durch den Abrasivmitteleinlaß 16 wird Abrasivmittel 160 direkt und gezielt und im wesentlichen orthogonal zur Wasserstrahlachse 18 eingeschossen. Dabei wird das Abra­sivmittel 160 beispielsweise von Luft mit einen Druck von 1 bar relativ zum Innendruck der Mischkammer 12 in die Mischkammer injiziert. Bei speziellen Anwendungen z.B. in hyperbaren Arbeitskammern unter Wasser kann das Abrasiv­mittel auch unter höheren Drücken relativ zum Innendruck der Mischkammer 12 zugegeben werden. Vorteilhafterweise sollten bei dieser Betriebsweise die Strahl-, Mischkam­mer-, und Abrasivzugabeparameter angepaßt werden. Unmit­telbar nach Beginn des Einschusses des Abrasivmittels 160, das beispielsweise aus allen gebräuchlichen und na­türlich oder synthetisch gewonnenen bzw. hergestellten Materialien wie Quarzsand, Granatsand, Kupferschlacke, Korund, Hartmetallpartikel oder sonstigen geeigneten Feststoffen bestehen kann, sammelt sich dieses um den Auslaß 14, der im vorliegenden Fall durch die in die Mischkammer hineinstehende Austrittsdüse 21 gebildet wird, an, und häuft sich auf und bildet zusammen mit ei­nem in der Mischkammer 12 naturgemäß auftretenden Sprüh­wasseranteil ein befeuchtetes angehäuftes Abrasivmittel 161. Gleichzeitig wird ein sich im angehäuften Abrasiv­mittel 161 um den Auslaß 14 herum ausbildender Abrasiv­mittelkanal 162 gebildet und von diesem gelenkt wird das nachfolgende Abrasivmittel , das vom Abrasivmitteleinlaß 16 kommt, in den Wasserstrahl 15 gelenkt. Durch die Ab­lagerung des angehäuften Abrasivmittels 161 sind die Wandungen der Mischkammer 12 vor Erosion durch das Abrasivmittel 160 selbst geschützt, so daß auch wenig abriebfeste Werkstoffe zur Herstellung der Mischkammer 12 verwendet werden können, beispielsweise solche, die leicht bearbeitbar sind und darüber hinaus kostengünstig bereitstellbar sind.

[0039] Durch die sich in Abhängigkeit der freien Weglänge 20 des Wasserstrahls 15 und in Abhängigkeit vom Druck des Abra­sivmittels 160 selbständig ausbildende Geometrie des Ab­rasivmittelkanals 162 kann eine geeignete Vorbeschleu­nigung des Abrasivmittels 160 erfolgen, d. h. die Effek­tivität der Energieübertragung durch den Wasserstrahl 15 auf das Abrasivmittel optimiert und den jeweilig gewün­schten Bedingungen angepaßt werden. Dabei sind die sich in der Durchgangsbohrung der Austrittsdüse 21 zur freien Düsenöffnung bewegenden Luftblasen geeignet, nochmals eine Steigerung der Energieübertragung auf das Abrasiv­mittel 160 zu bewirken. Die geeignete Dimensionierung des Öffnungsdurchmessers des Abrasivmitteleinlasses und auch der Zuführleitung des Abrasivmittels 160 zur Vorrichtung 10 selbst sind zur Erreichung einer optimalen Luftmenge deshalb ebenfalls zu beachten.

[0040] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung 10 lassen sich Mischkammern 12 mit folgenden Leistungs­daten betreiben bzw. herstellen:
Druckbereich des Wasserstrahls : ca. 300 - 6.000 bar
hydraulische Leistung : 0,5 - 50 kw
Abrasivmenge : 0,1 - 10 kg/min
Luftmenge : 10 - 500 l/min.

[0041] Die Austrittsdüse 21 kann dabei Durchtrittsöffnungsdurch­messer von 0,5 bis 3 mm aufweisen, wobei die Länge der Austrittsdüse 21 zwischen 10 und 200 mm liegt. Die freie Weglänge (Abstand) 20 kann dabei zwischen 2 und 80 mm liegen.

Bezugszeichenliste

[0042] 

10 Vorrichtung

11 Wasser-Abrasivmittel-Gemisch

12 Mischkammer

120 Mischkammerkörper

121 Anschlußstück

122 Hochdruck-Düsenhalter

123 Elemente der Zentrierpassung

124 Elemente der Zentrierpassung

125 Elemente der Zentrierpassung

126 Elemente der Zentrierpassung

127 Weichstoffdichtung

13 Einlaß

14 Auslaß

15 Wasserstrahl

16 Abrasivmitteleinlaß

160 Abrasivmittel

161 angehäuftes Abrasivmittel

162 Abrasivmittelkanal

17 Achse des Abrasivmitteleinlasses

18 Wasserstrahlachse

19 Zylinderachse

20 freie Weglänge (Abstand)

21 Austrittsdüse

210 Oberteil

211 Unterteil

212 Austrittsdüsenbohrung

22 trichterförmige Ausbildung

23 Düsenöffnung

24 Hochdruck-Düseneinsatz

240 Hochdruckwasserdüse

25 Buchse

26 Ansatz

27 Mischkammerboden

Ansprüche

1. Verfahren zum Schneiden und Reinigen von Gegenständen sowie zum gezielten Materialabtrag mittels eines unter Hochdruck befindlichen, eine Mischkammer von einem Einlaß zu einem Auslaß durchquerenden Wasserstrahls, dem ein Abrasivmittel in der Mischkammer durch Einbringung in den Wasserstrahl beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrasivmittel in der Mischkammer direkt und ge­zielt in den diese durchquerenden Wasserstrahl gegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrasivmittel derart in die Mischkammer gegeben wird, daß sich dieses auch um den Auslaß herum unter Bildung eines Abrasivmittelkanals ansammelt.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrasivmittel derart in die Mischkammer gegeben wird, daß es sich an allen Wandungen der Mischkammer ablagert.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrasivmittel im wesentlichen orthogonal zur Wasserstrahlachse in den Wasserstrahl gegeben wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrasivmittel im atmosphärischen Druckbereich in die Mischkammer gegeben wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrasivmittel in einem Druckbereich von 1 bis 120 bar in die Mischkammer gegeben wird.

7. Vorrichtung zum Schneiden und Reinigen von Gegen­ständen mittels eines unter Hochdruck befindlichen Was­serstrahls, in dem ein Abrasivmittel enthalten ist, um­fassend eine Mischkammer, die von einem Einlaß zu einem Auslaß vom Wasserstrahl durchquert wird, sowie einen Einlaß in die Mischkammer für die Zufuhr von Abrasiv­mittel , zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (17) des Abrasivmitteleinlasses (16) in die Mischkammer (12) im wesentlichen orthogonal zur Wasser­strahlachse (18) in der Mischkammer (12) verläuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (12) einen im wesentlichen zylindri­schen Querschnitt mit der Wasserstrahlachse (18) als Zy­linderachse (19) aufweist, wobei deren Durchmesser größer als die freie Weglänge (20) des Wasserstrahls durch die Mischkammer ist.

9. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (12) um den Auslaß (14) herum trichterförmig ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (21) zum Austritt des Wasser-Abrasivmittel-Gemisches (11) aus der Vorrichtung (10) wenigstens teilweise in die Mischkammer (12) hineinsteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (21) im Zentrum der zylindrisch ausgebildeten Mischkammer (12) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (21) aus einem Hartstoff besteht.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (21) mehrteilig (210, 211) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (21) an ihrer zur Mischkammer (12) gewandten Seite tri­chterförmig und sich zur Mischkammer (10) hin vergrößernd ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (21) an ihrer zur Mischkammer (12) gewandten Seite eine die Düsenöffnung (23) vergrößernde Eintrittsbohrung auf­weist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (20) (­ freie Weglänge) zwischen dem Einlaß (13) und dem Auslaß (14) des Wasserstrahls (15) in der Mischkammer (12) ein­stellbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (20) durch Verschiebung der Austrittsdüse (21) und/oder eines Düsenhalters (122) einstellbar ist.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Abrasivmitteleinlasses (16) veränderbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abrasivmitteleinlaß (16) zur Querschnittsver­änderung eine Buchse (25) mit geeignet gewähltem Durch­gangslochquerschnitt einsetzbar ist.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl in die Mischkammer (12) weisende Abrasivmitteleinlässe (16) vorgesehen sind.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentrierung der Abrasivdüsenbohrung (212) zur Wasserstrahlachse (15) durch Präzisionszylinder - und/oder Konuspassungen er­reicht wird.

Zeichnung