Verfahren zur Herstellung eines für eine Vorrichtung zum Strahlschneiden bestimmten Fokussierrohres, sowie Fokussierrohr

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zentrierung einer in ein Fokussierrohr (1), insbesondere aus Hartwerkstoffen, eingebrachten Durchbrechung (2) für einen Hochdruckfluidstrahl. Hierzu wird das Fokussierrohr (1) zunächst zumindest abschnittsweise mit einer Hülse (8) verbunden. Anschließend wird eine Außenkontur (9) der Hülse (8) mechanisch oder elektromechanisch derart bearbeitet, dass die Außenkontur (9) der Hülse (8) konzentrisch zu der Durchbrechung (2) im Fokussierrohr (1) angeordnet ist. Bei der Herstellung des Fokussierrohres (1) auftretende Fertigungsfehler, wie beispielsweise ein Parallel- oder ein Winkelversatz der Durchbrechung (2), können hierdurch korrigiert werden. Der Ausschuss kann dadurch erheblich reduziert werden und nachträgliche Justagetätigkeiten durch Verstellschrauben sind nicht notwendig. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fokussierrohr (1) mit einer entlang einer Mittelachse (5) des Fokussierrohrs angeordneten durchgehenden Durchbrechung (2) für einen Hochdruckfluidstrahl.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für eine Vorrichtung zum Strahlschneiden bestimmten Fokussierrohres, insbesondere aus Hartwerkstoff, mit einer konzentrischen Durchbrechung für einen Hochdruckfluidstrahl. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fokussierrohr für eine Vorrichtung zum Strahlschneiden, insbesondere aus Hartwerkstoff, mit einer entlang einer Mittelachse des Fokussierrohres angeordneten Durchbrechung für einen Hochdruckfluidstrahl.

[0002] Beim Strahlschneiden wird mit Hilfe einer Düse ein Hochdruckfluidstrahl, beispielsweise ein Wasserstrahl, erzeugt. Dieser Hochdruckfluidstrahl wird durch die Düse in eine Mischkammer geleitet, in welcher Abrasivstoffe zugeführt werden. Der Mischkammer ist ein Fokussierrohr zugeordnet, welches eine als Bohrung ausgebildete Durchbrechung aufweist, die generell größer als der Hochdruckfluidstrahl ist und somit das Abrasivmittel transportieren kann. Die der Mischkammer zugeführten Abrasivstoffe werden zusammen mit dem Hochdruckfluidstrahl in dem Fokussierrohr gebündelt und die Abrasivstoffe werden dabei beschleunigt.

[0003] Das Fokussierrohr ist ein Verschleißteil und ist daher auswechselbar an einer Vorrichtung zum Strahlschneiden fixiert. Es besteht aus einem Hartmetall, welches beispielsweise durch einen Sinterprozess hergestellt wird. Die Durchbrechung wird durch den Sinterprozess oder ein elektromechanisches oder mechanisches Verfahren in das Fokussierrohr eingebracht. Bei einem fehlerfreien Einbringen der Durchbrechung liegt diese konzentrisch im Fokussierrohr. Durch Herstellungstoleranzen und Bearbeitungsungenauigkeiten sind Fertigungsfehler, insbesondere ein Parallel- oder ein Winkelversatz der Durchbrechung, allerdings unvermeidbar. Beim Strahlschneiden ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, dass die Durchbrechung im Fokussierrohr zu dem Hochdruckfluidstrahl zentriert und in einer Flucht liegt. Aufgrund dieser Fertigungsfehler bzw. -toleranzen ist diese Zentrierung oftmals nicht mehr gewährleistet. Der Hochdruckfluidstrahl tritt geringfügig außermittig in die Durchbrechung des Fokussierrohrs ein, wandert zu der Wand der Durchbrechung hin und schlägt auf diese auf. Dies führt insbesondere in Verbindung mit den zugeführten Abrasivstoffen zu einem verstärkten ungleichmäßigen Verschleiß des Fokussierrohres und zu einer Verformung des Strahlprofils, was wiederum zu einer Verschlechterung des Bearbeitungsergebnisses führt.

[0004] Durch die DE 196 40 511 C1 ist es bereits bekannt, das Fokussierrohr justierbar anzuordnen. Geringe Herstellungstoleranzen und Maßabweichungen können durch eine axiale Ausrichtung des Fokussierrohrs zu dem Hochdruckfluidstrahl mittels manuell bedienbarer Verstellschrauben ausgeglichen werden. Dies ist jedoch mit einem zusätzlichen Arbeitsaufwand verbunden und führt zu erheblichen konstruktiven Veränderungen der Vorrichtung.

[0005] Ein ähnliche Vorrichtung ist in der DE 39 06 657 C2 und der EP 02 21 236 A1 beschrieben. Hierbei wird eine axiale Ausrichtung zwischen einem Hochdruckfluidstrahl und einem Fokussierrohr durch eine Justierung der den Hochdruckwasserstrahl bildenden Düse erreicht. Die Justierung erfolgt ebenfalls manuell mittels verstellbarer Schrauben, wodurch ebenfalls ein höherer Arbeitsaufwand verursacht wird und konstruktive Änderungen an der Vorrichtung notwendig sind.

[0006] In der DE 37 08 608 A1 wird ein Hochdruck-Wasserstrahlschneidkopf beschrieben, bei welchem eine Düse um ihre Bohrungsachse rotiert, um eine asymmetrische Deformierung der Düse durch den Wasserstrahl zu verhindern. Bestehende Asymmetrien oder ein Winkelversatz aufgrund von Fertigungsfehlern bei der Herstellung der Düse können durch eine Rotation der Düse im Betrieb allerdings nicht kompensiert werden.

[0007] Die DE 38 44 344 C2 beschreibt eine Vorrichtung bei der eine hochgenaue Zentrierung einer Düsenbohrung durch präzise aber auch extrem aufwändige Zylinder- oder Kegelpassungen erfolgt. Ein Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten bei der Herstellung der Düse, insbesondere ein Winkelversatz der Düsenbohrung, ist hierdurch allerdings nicht möglich.

[0008] Die Entwicklungstendenz beim Strahlschneiden geht derzeit in Richtung einer Miniaturisierung der gesamten Vorrichtung und damit auch zu einer Miniaturisierung des Fokussierrohres und der Durchbrechung. Hierdurch führen Abweichungen in der Lagetoleranz beim Einbringen der Durchbrechung in das Fokussierrohr unmittelbar zu einer erheblichen Verschlechterung des Arbeitsergebnisses.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Fokussierrohren zu schaffen, mit welchem eine zentrische Anordnung von Durchbrechungen vereinfacht wird. Insbesondere soll dabei der Ausschuss reduziert werden und nachträgliche Justagetätigkeiten sollen entfallen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fokussierrohr mit einer zentrisch angeordneten Durchbrechung zu schaffen.

[0010] Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.

[0011] Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei welchem eine Hülse zumindest abschnittsweise mit dem Fokussierrohr verbunden und anschließend eine Außenkontur der Hülse derart mechanisch oder elektromechanisch bearbeitet wird, dass dadurch die Außenkontur der Hülse gegenüber der Durchbrechung im Fokussierrohr zentriert wird. Durch das Verbinden des Fokussierrohrs mit einem zusätzlichen Bauteil, der Hülse, und die Nachbearbeitung der Außenkontur kann die Herstellung von Fokussierrohren mit zentrisch eingebrachten Durchbrechungen überraschender Weise wesentlich vereinfacht werden. Fertigungsfehler können vergleichsweise einfach korrigiert und der hohe Anteil von Ausschuss, insbesondere bei der Fertigung von miniaturisierten Fokussierrohren und Durchbrechungen, kann erheblich reduziert werden. Auch die Kosten für die Herstellung der Fokussierrohre sinken dadurch beträchtlich. Die nach dem Stand der Technik erforderlichen Justagetätigkeiten am Fokussierrohr oder an der den Hochdruckfluidstrahl bildenden Düse entfallen.

[0012] Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung des Verfahrens wird auch dadurch geschaffen, dass, das hülsenförmige Bauteil auf das Fokussierohr aufgeschrumpft wird. Hierdurch ist es möglich, das hülsenförmige Bauteil verdrehsicher und unverlierbar auf dem Fokussierrohr zu fixieren. Zusätzliche Fixierelemente zwischen dem Fokussierrohr und dem hülsenförmigen Bauteil sind nicht erforderlich.

[0013] Besonders erfolgversprechend ist dabei eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher die Außenkontur der Hülse spanend bearbeitet wird. Durch die spanende Bearbeitung der Außenkontur der Hülse wird auf besonders einfache und überaus effektive Art und Weise eine Zentrierung der Durchbrechung gegenüber der Außenkontur der Hülse erreicht.

[0014] Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass das Fokussierrohr für die mechanische Bearbeitung derart in eine Werkstückaufnahme eingespannt wird, dass eine Mittelachse der Durchbrechung einer Rotationsachse für die mechanische Bearbeitung entspricht. Hierdurch wird eine Möglichkeit geschaffen, die Außenkontur der Hülse, beispielsweise in eine Werkzeugmaschine in einer einzigen Aufspannung derart abzudrehen, dass die Mittelachse der Durchbrechung konzentrisch zur Außenkontur der Hülse angeordnet ist.

[0015] Als besonders praxisnah hat es sich erwiesen, dass das Fokussierrohr zur mechanischen Bearbeitung zwischen zwei Kegelspitzen eingespannt wird. Durch entsprechende Geometrien der Kegelspitzen wird eine einfache Möglichkeit geschaffen, die Mittelachse der Durchbrechung und die Rotationsachse für die mechanische Bearbeitung konzentrisch anzuordnen.

[0016] Eine andere besonders günstige Abwandlung des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass die Durchbrechung durch ein Erodierverfahren in das Fokussierrohr eingebracht wird. Das Erodierverfahren hat sich in der Praxis aufgrund der Länge der einzubringenden Durchbrechung durchgesetzt. Die Durchbrechung könnte jedoch auch durch den Sinterprozess oder andere elektromechanische bzw. mechanische Verfahren in das Fokussierrohr eingebracht werden.

[0017] Die zweitgenannte Aufgabe, ein Fokussierrohr mit einer zentrisch angeordneten Durchbrechung zu schaffen, wird erfindungsgemäß mit einem Fokussierrohr gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Die Unteransprüche 8 bis 11 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

[0018] Erfindungsgemäß ist also ein Fokussierrohr für einen Hochdruckfluidstrahl vorgesehen, bei welchem eine Mantelfläche des Fokussierrohres zumindest abschnittsweise mit einer Hülse derart verbindbar ist, dass eine Außenkontur der Hülse konzentrisch zu einer Mittelachse der Durchbrechung angeordnet ist. Hierdurch wird die Herstellung von zentrisch angeordneten Durchbrechungen in Fokussierrohren wesentlich vereinfacht. Weiterhin kann der Ausschuss bei der Fertigung und die Herstellungskosten der Fokussierrohre erheblich reduziert werden. Justagetätigkeiten durch Verstellschrauben nach dem Stand der Technik sind nicht erforderlich. Die Hülse weist dabei eine auf den Verlauf der Mittelachse der Durchbrechung abgestimmte Außenkontur auf, wobei diese Abstimmung der Außenkontur vor dem Verbinden mit dem Fokussierrohr, aber auch nach dem Verbinden mit dem Fokussierrohr erfolgen kann. Hierzu wird die Außenkontur der Hülse mechanisch, beispielsweise spanend, mittels einer Werkzeugmaschine bearbeitet.

[0019] Eine weitere besonders vorteilhafte Weiterbildung des Fokussierrohrs wird dadurch erreicht, dass die Hülse zumindest teilweise einen metallischen Werkstoff aufweist. Hierdurch kann die Außenkontur der Hülse mittels einer herkömmlichen Werkzeugmaschine mit der erforderlichen Präzision derart bearbeitet werden, dass die Außenkontur konzentrisch zu einer Mittelachse der Durchbrechung ist.

[0020] Eine andere besonders zweckmäßige Weiterbildung des Fokussierrohrs wird auch dadurch geschaffen, dass die Durchbrechung zumindest einen trichterartigen Eingangsbereich oder/und Ausgangsbereich aufweist. Für die mechanische bzw. spanende Bearbeitung der Außenkontur der Hülse wird das Fokussierrohr in eine Werkzeugmaschine eingespannt. In diese trichterartigen Eingangsbereiche werden die Kegelspitzen einer Werkstückaufnahme einer Werkzeugmaschine eingeführt, die das Fokussierrohr derart fixieren, dass die Rotationsachse der Werkzeugmaschine konzentrisch zu der Mittelachse der Durchbrechung angeordnet ist. Hierzu weisen die Kegelspitzen geeignete Geometrien auf. Der trichterartige Eingangsbereich der Durchbrechung erweist sich insbesondere für die Zuführung der Abrasivstoffe und die anschließende Bündelung mit dem Hochdruckfluidstrahl als besonders vorteilhaft.

[0021] Besonders praxisnah ist dabei auch eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Fokussierrohres bei welchem die Außenkontur der Hülse eine Einführhilfe aufweist. Durch diese Einführhilfe wird eine exakte Einführung des Fokussierrohres in die zugeordnete Aufnahme der Vorrichtung zum Strahlschneiden realisiert. Somit kann gewährleistet werden, dass der Hochdruckfluidstrahl in einer Flucht mit der Durchbrechung im Fokussierrohr angeordnet ist.

[0022] Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die Hülse eine exzentrische Innenkontur aufweist. Hierdurch wird ein Lagefehler der Durchbrechung in dem Fokussierrohr ausschließlich durch das Aufstecken der Hülse auf das Fokussierrohr ausgeglichen. Dabei erfordert beispielsweise ein Parallelversatz der Durchbrechung unterschiedliche Hülsen mit unterschiedlichen Exzentrizitäten.

[0023] Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig.1

eine geschnittene Darstellung eines Fokussierrohrs mit einer zentrisch angeordneten Durchbrechung;

Fig.2

eine geschnittene Darstellung eines Fokussierrohrs mit einem Parallelversatz der Durchbrechung;

Fig.3

eine geschnittene Darstellung eines Fokussierrohrs mit einem Winkelversatz der Durchbrechung;

Fig.4

ein erfindungsgemäßes Fokussierrohr mit einer Hülse;

Fig. 5

eine teilweise geschnittene Darstellung eines in einer Werkzeugmaschine eingespannten Fokussierrohrs.

[0024] Figur 1 zeigt eine geschnittene Darstellung eines Fokussierrohrs 1 mit einer zentrisch angeordneten durchgehenden Durchbrechung 2. Die Durchbrechung 2 weist einen trichterartigen Eingangsbereich 3 und einen Ausgangsbereich 4 auf. Ein nicht dargestellter Hochdruckfluidstrahl und zugeführte Abrasivstoffe, beispielsweise zum Strahlschneiden, werden in einem Eingangsbereich 3 in die Durchbrechung 2 eingeleitet und treten im Ausgangsbereich 4 wieder aus der Durchbrechung 2 bzw. dem Fokussierrohr 1 aus. Die Durchbrechung 2 ist zentrisch in dem Fokussierrohr 1 angeordnet, dass heißt eine Mittelachse 5 des Fokussierrohrs 1 ist gleichzeitig auch die Mittelachse 6 der Durchbrechung 2. Durch Herstellungstoleranzen und Bearbeitungsungenauigkeiten sind Fertigungsfehler, insbesondere ein Parallel- oder Winkelversatz der Durchbrechung 2 bei der Herstellung der Fokussierrohre 1 jedoch nicht zu vermeiden.

[0025] Figur 2 zeigt eine geschnittene Darstellung eines Fokussierrohrs 1 mit einem Parallelversatz und Figur 3 mit einem Winkelversatz der Durchbrechung 2. Die Mittelachse 5 des Fokussierrohrs 1 entspricht sowohl beim Parallel- als auch beim Winkelversatz also nicht der Mittelachse 6 der Durchbrechung 2. Fokussierrohre 1 mit solchen Fertigungsfehlem mussten bisher als Ausschuss aussortiert werden.

[0026] Um diesen Ausschuss zu vermeiden, wird eine Mantelfläche 7 des Fokussierrohrs 1 zunächst mit einer Hülse 8 verbunden. Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Fokussierrohr 1 mit einer aufgeschrumpften Hülse 8. Anschließend wird eine Außenkontur 9 der Hülse 8 derart mechanisch, insbesondere spanend, bearbeitet, dass die Außenkontur 9 der Hülse 8 konzentrisch zu der Durchbrechung 2 im Fokussierrohr 1 angeordnet ist. Das Fokussierrohr 1 wird anschließend mitsamt der aufgeschrumpften Hülse 8 in eine Aufnahme einer Vorrichtung zum Strahlschneiden eingeführt und fixiert, so dass der Hochdruckfluidstrahl in einer Flucht, also konzentrisch, zu der Durchbrechung 2 des Fokussierrohrs 1 angeordnet ist. Um das Einführen des Fokussierrohres 1 in die Aufnahme der Vorrichtung zu vereinfachen, ist in die Hülse 8 eine Einführhilfe eingearbeitet.

[0027] Figur 5 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung eines in eine Werkstückaufnahme 10 einer Werkzeugmaschine eingespannten Fokussierrohrs 1. Dabei ist das Fokussierrohr 1 derart in der Werkstückaufnahme 10 eingespannt, dass eine Mittelachse 6 der Durchbrechung 2 einer Rotationsachse 11 der Werkzeugmaschine entspricht. Hierzu werden in den Eingangsbereich 3 und den Ausgangsbereich 4 der Durchbrechung 2 entsprechend geformte austauschbare Kegelspitzen 12 eingeführt. Anschließend wird die Außenkontur 9 der Hülse 8 mittels der Werkzeugmaschine derart abgedreht, dass die Mittelachse 6 der Durchbrechung 2 konzentrisch zu der Außenkontur 9 der Hülse 8 angeordnet ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines für eine Vorrichtung zum Strahlschneiden bestimmten Fokussierrohres (1), insbesondere aus Hartwerkstoff, mit einer konzentrischen Durchbrechung (2) für einen Hochdruckfluidstrahl, bei welchem eine Hülse (8) zumindest abschnittsweise mit dem Fokussierrohr (1) verbunden und anschließend eine Außenkontur (9) der Hülse (8) derart mechanisch oder elektromechanisch bearbeitet wird, dass dadurch die Außenkontur (9) der Hülse (8) gegenüber der Durchbrechung (2) im Fokussierrohr (1) zentriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) auf das Fokussierohr (1) aufgeschrumpft wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (9) der Hülse (8) spanend bearbeitet wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierrohr (1) für die mechanische Bearbeitung derart in eine Werkstückaufnahme (10) eingespannt wird, dass eine Mittelachse (6) der Durchbrechung (2) einer Rotationsachse (11) für die mechanische Bearbeitung entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierrohr (1) zur mechanischen Bearbeitung zwischen zwei Kegelspitzen (12) eingespannt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechung (2) durch ein Erodierverfahren in das Fokussierrohr (1) eingebracht wird.

7. Fokussierrohr (1) für eine Vorrichtung zum Strahlschneiden, insbesondere aus Hartwerkstoff, mit einer entlang einer Mittelachse (5) des Fokussierrohres (1) angeordneten Durchbrechung (2) für einen Hochdruckfluidstrahl, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantelfläche (7) des Fokussierrohres (1) zumindest abschnittsweise mit einer Hülse (8) derart verbindbar ist, dass eine Außenkontur (9) der Hülse (8) konzentrisch zu einer Mittelachse (6) der Durchbrechung (2) angeordnet ist.

8. Fokussierrohr (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) zumindest teilweise einen metallischen Werkstoff aufweist.

9. Fokussierrohr (1) nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechung (2) zumindest einen trichterartigen Eingangsbereich (3) oder/und Ausgangsbereich (4) aufweist.

10. Fokussierrohr (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (9) der Hülse (8) eine Einführhilfe aufweist.

11. Fokussierrohr (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) eine exzentrische Innenkontur aufweist.

Zeichnung