Einrichtung für Wasserstrahl- oder Abrasivwasserstrahl-Schneidanlagen

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung der Beaufschlagung des Werkstückes durch einen Wasserstrahl, oder einen Wasserabrasivstrahl in einer dergleichen Schneidanlage.
Um eine gezielt wirtschaftliche und auch anlagentechnisch vorteilhafte Umschaltung von Anschießdruck auf Arbeitsdruck der Schneidanlage zu erreichen, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Steuereinrichtung (1) zwischen einem Hochdruckwasserbereitstellungsmittel (H), z.B. einer Hochdruckpumpe oder dergleichen, und einer Strahldüse (S) der Anlage positioniert ist, eine Zuführung (11) und mindestens zwei parallel geführte Durchflussbereiche (2,3) aufweist, die letztlich wieder in einer Beaufschlagungsleitung (12) der Düse zusammengeführt sind, wobei mindestens einer der Durchflussbereiche (2,3) als Hochdruckbereich (2) mit mindestens einem schaltbaren Ventil (21) ausgebildet ist und mindestens ein weiterer druckreduzierender Bereich (3) ein Druckminderungsmittel (31) aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Beaufschlagung des Werkstückes durch einen Wasserstrahl oder einen Wasserabrasivstrahl in einer dergleichen Schneidanlage.

[0002] Anlagen, in welchen ein dünner Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit und Energie auf ein Werkstück trifft und dieses bei einer Relativbewegung durchtrennt, also als Schneidmittel wirkt, sind bekannt und stellen den Stand der Technik dar. Dabei können Wasser alleine oder Wasser und darin mitgeführte Partikel, welche abrasiv wirksam sind, als Schneidmittel verwendet werden.

[0003] Wasserstrahl- oder Wasserabrasivstrahl-Einrichtungen dienen im Wesentlichen dazu, aus gegebenenfalls harten und/oder spröden flächigen Werkstücken gewünschte Formen herauszuschneiden. Mit Vorteil werden z.B. mittels Wasserabrasiv-Schneidanlagen genaue Konturen von Glasflächen, beispielsweise Scheiben, erstellt.

[0004] Erfolgt nun in derartigen Schneidanlagen eine Schnitterstellung durch relative Führung des Schneidstrahles von außen in das flächige Werkstück, so kann dieser mit einem für eine hohe Schneidleistung erforderlichen großen Druck und hoher Geschwindigkeit bzw. Energie ausgebildet sein.

[0005] Vielfach sind auch Werkstücke aus einem mit Übermaß gefertigten flächigem Vormaterial mittels eines Wasserstrahl- oder Wasserabrasivstrahl-Verfahrens herauszuarbeiten, wobei entweder eine Schnitterstellung vom Rand aus erfolgen kann oder vorerst ein durchgehendes Loch in die Materialfläche bzw. -wand eingebracht wird, von welchem ausgehend der durchdringende Strahl bei Relativbewegung schnitterzeugend wirksam ist.

[0006] Bei spröden Werkstoffen, wie beispielsweise Glas oder dergleichen, ist eine Erstellung eines Loches durch die Vormaterialwand oft schwierig, weil der Wasserabrasivstrahl durch dessen hohe Geschwindigkeit bzw. Energie einen hohen Auftreffdruck aufweist, welcher zur Zerstörung oder zum Brechen des Vormaterials führen kann.

[0007] Um diese Gefahr auszuschalten, wird zumeist bei einem Einbringen eines Durchgangsloches, was in Fachkreisen auch als Anschießen bezeichnet wird, der auf die Fläche gerichtete Schneidstrahl bis zum Durchschlag durch die Materialwand mit verringerter Energie bzw. verringertem Druck ausgebildet, wonach für eine eigentliche Schnitterstellung eine wesentliche Druckerhöhung erfolgt.

[0008] Die Technologie, nach welcher in eine Vormaterialwand mit verminderter Druckbeaufschlagung ein durchgehendes Loch eingebracht wird, wonach eine Druckerhöhung des Strahlmediums und eine Schnitterstellung durch gezielte Relativbewegung zwischen Vormaterial und Strahldüse erfolgen, stellt eine praktizierte Vorgangsweise dar, die jeweils einen Umschaltvorgang der Düsenbeaufschlagung beinhaltet. Ein derartiger Einschalt- und Umschaltvorgang bei Drücken im Medium von bis 450 MPa kann jedoch zeitaufwendig sein und/oder die Anlagenteile hoch verschleißend beanspruchen.

[0009] Eine gezielt wirtschaftliche und auch anlagentechnisch vorteilhafte, insbesondere die Einrichtung schonende Umstellung bzw. Umschaltung einer Schneidanlage vom Anschießdruck auf Arbeitsdruck eines Wasserstrahles oder Wasserabrasivstrahles ist ein technisch-wirtschaftliches Problem, das durch die Erfindung gelöst werden soll.

[0010] Es ist also Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche einen wesentlich geringeren Wartungs- oder Reparaturaufwand erfordert und mittels welcher eine Mediumbeaufschlagung einer Düse unmittelbar nach Erstellung eines Durchgangsloches in einem flächigen Vormaterial möglichst ohne Zeitverlust auf einen hohen Druck und zwar den Schneiddruck umschaltbar ist.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung zwischen einem Hochdruckwasserbereitstellungsmittel, z.B. einer Hochdruckpumpe oder dergleichen, und einer Strahldüse der Anlage positioniert ist, eine Zuführung und mindestens zwei parallel geführte Durchflussbereiche aufweist, die letztlich wieder in einer Beaufschlagungsleitung der Düse zusammengeführt sind, wobei mindestens einer der Durchflussbereiche als Hochdruckbereich mit mindestens einem schaltbaren Ventil ausgebildet ist und mindestens ein weiterer druckreduzierender Bereich ein Druckminderungsmittel aufweist.

[0012] Die Vorteile der Erfindung sind im Wesentlichen dadurch begründet, dass bei Zufuhr des Hochdruckwassers in die Steuereinrichtung der Hochdruckbereich bis zum schaltbaren Ventil und der druckreduzierende Bereich bis zum Druckminderungsmittel beaufschlagt werden. Das Druckminderungsmittel ist sodann in Richtung zur Beaufschlagungsleitung zur Düse mit dem Differenzdruck und zwar Hoch- oder Schneiddruck minus dem durch die Strömung im Druckminderungsmittel geminderten Anschießdruck belastet. Ist nun ein Durchbruch durch die Werkstück- oder Vormaterialwand erstellt, kann durch das Ventil im Hochdruckbereich in diesem der Durchfluss freigegeben werden, wobei die Beaufschlagung der Düse somit mit hohem Druck erfolgt. Gleichzeitig wirkt der Schneiddruck zurück auf das Druckminderungsmittel, welches dadurch entlastet ist. Diese schwellende und nur in einer Richtung wirkende Belastung auf das Druckminderungsmittel trägt wesentlich zu dessen Lebensdauer bzw. Haltbarkeit im aussetzenden Betrieb bei.

[0013] Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann im druckreduzierenden Bereich der Einrichtung ein schaltbares Ventil angeordnet sein, welches mit dem schaltbaren Ventil im Hochdruckbereich steuertechnisch in Wirkverbindung steht.

[0014] Erfindungsgemäß wird bei einem Anschießen des flächigen Vormaterialkörpers das Ventil im druckreduzierenden Bereich geöffnet und dadurch ein mit verringerter Energie bohrender Strahl gebildet. Nach dem Durchbruch erfolgt ein Offenstellen des Ventils im Hochdruckbereich, wodurch ein hochenergetischer Schneidstrahl gebildet wird. Die steuertechnische Wirkverbindung zwischen den schaltbaren Ventilen ist dabei derart, dass das Ventil im druckreduzierenden Bereich immer nach demjenigen im Hochdruckbereich geschaltet wird.

[0015] Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn in Flussrichtung des Druckwassers im druckreduzierenden Bereich das Druckminderungsmittel vor dem schaltbaren Ventil angeordnet ist. Derart kann eine besonders günstige Beanspruchung bzw. lange Lebensdauer des Druckminderungsmittels erreicht werden.

[0016] Nach einer weiteren efindungsgemäßen Variante ist das Druckminderungsmittel als Drossel ausgebildet. Derart kann eine Blende in der Drossel besonders stabil ausgebildet und im Teil verankert werden.

[0017] Insbesondere wirtschaftlich ist von Vorteil, wenn zumindest das schaltbare Ventil im Hochdruckbereich durch mindestens einen Sensor steuerbar ist.

[0018] Die damit erreichten Vorteile bestehen darin, dass unmittelbar nach dem Anschießen, also wenn der Strahl mit verminderter Energie den Durchbruch durch die Werkstückwand erstellt hat, ohne Zeitverzögerung, durch den Sensor gesteuert, das Hochdruckventil geöffnet wird und der Schneidvorgang beginnen kann. Dies stellt nicht nur eine Zeiteinsparung dar, sondern ist auch ein wesentlicher Schritt zur Automatisierung der Schneidanlage. Als Sensoren können Schallsensoren, optische Sensoren oder dergleichen eingesetzt werden.

[0019] Durch schematische Darstellungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: Eine Steuereinrichtung mit einem schaltbaren Ventil im Hochdruckbereich;

Fig. 2: Eine Steuereinrichtung mit einem einem Druckminderungsmittel vorgeschalteten schaltbaren Ventil;

Fig. 3: Eine Steuereinrichtung mit einem einem Druckminderungsmittel nachgeschalteten steuerbaren Ventil.

[0020] Aus Fig. 1 ist schematisch eine Steuereinrichtung 1 ersichtlich, welcher Hochdruckwasser H von einem Bereitstellungsmittel, z.B. mit einem Druck von 420 MPa, zuführbar ist. In einer Zuführungsleitung 11 befindet sich ein schaltbares Ventil 13, mittels welchen die Einrichtung 1 gesteuert beaufschlagt werden kann. Eine weitergeführte Zuführungsleitung 11 ist in mindestens zwei parallele Durchflussbereiche eingeteilt, welche letztlich wieder zusammengeführt sind und eine Beaufschlagungsleitung 12 für eine Düse (nicht dargestellt) bilden.

[0021] Bei einer Offenstellung eines Ventils 13 in der Zuführungsleitung 11 strömt Druckwasser in die parallelen Durchflussbereiche 2,3; einerseits in einen Hochdruckbereich 2 bis zu einem geschlossenen Ventil 21, andererseits in einen druckreduzierenden Bereich 3 durch ein Druckminderungsmittel 31 in eine Beaufschlagungsleitung 12 für eine Düse, in welcher mit vermindertem Druck von z.B. 40 bis 150 MPa ein Strahl für ein Anschießen von flächigem Material gebildet wird. Erfolgt nun ein Durchbruch eines Anschießstrahles durch die Materialwand und ein Durchtreten des Strahles durch das gebildete Loch, wird ein schaltbares Ventil 21 im Hochdruckbereich 2 offengestellt, wodurch Hochdruckwasser mit einem Druck von beispielsweise 420 MPa in der Beaufschlagungsleitung 12 zur Düse geführt wird und bei einer gezielten Verschiebung des flächigen Materials relativ zum Hochdruckschneidstrahl dieser schnitterzeugend wirkt. Durch den hohen Duck in der Beaufschlagungsleitung 12 erfolgen zwangsläufig ein Druckanstieg im druckreduzierenden Bereich 3 und eine Abnahme einer Strömung in diesem gegen null.

[0022] Fig. 2 zeigt bei gleich gestaltetem Hochdruckbereich 2 einer Steuereinrichtung 1 einen druckreduzierenden Bereich 3 mit einem steuerbaren Ventil 32 und in Flussrichtung nachgeschaltet ein Druckminderungsmittel 31.

[0023] Mittels Steuergerätes 4 und über Verbindungsleitungen 41 sind die Ventile 21 und 32 verfahrensgemäß steuerbar, wobei das Steuergerät mit einem Lochdurchschlagsensor verbunden sein kann.

[0024] In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung 1 dargestellt, wobei im druckreduzierenden Bereich 3 in Flussrichtung ein Druckminderungsmittel 31 einem steuerbaren Ventil 32 vorgeschaltet ist.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Steuerung der Beaufschlagung des Werkstückes durch einen Wasserstrahl oder einen Wasserabrasivstrahl in einer dergleichen Schneidanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) zwischen einem Hochdruckwasserbereitstellungsmittel (H), z.B. einer Hochdruckpumpe oder dergleichen, und einer Strahldüse (S) der Anlage positioniert ist, eine Zuführung (11) und mindestens zwei parallel geführte Durchflussbereiche (2,3) aufweist, die letztlich wieder in einer Beaufschlagungsleitung (12) der Düse zusammengeführt sind, wobei mindestens einer der Durchflussbereiche (2,3) als Hochdruckbereich (2) mit mindestens einem schaltbaren Ventil (21) ausgebildet ist und mindestens ein weiterer druckreduzierender Bereich (3) ein Druckminderungsmittel (31) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im druckreduzierenden Bereich (3) ein schaltbares Ventil (32) angeordnet ist, welches mit dem schaltbaren Ventil (21) im Hochdruckbereich steuerungstechnisch in Wirkverbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Flussrichtung im druckreduzierenden Bereich (3) das Druckminderungsmittel (31) vor dem schaltbaren Ventil (32) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckminderungsmittel (31) als Drossel ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das schaltbare Ventil (21) im Hochdruckbereich (2) durch mindestens einen Lochdurchschlagsensor (5) steuerbar ist.

Zeichnung