[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls
zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere Schneiden, umfassend eine Hockdruckpumpe,
Mittel zum Zuführen einer Flüssigkeit in die Hochdruckpumpe, eine Strahldüse und Mittel
zum Zuführen der Flüssigkeit aus der Hochdruckpumpe in die Strahldüse.
[0002] Mit derartigen bekannten Einrichtungen wird insbesondere ein Wasserstrahl erzeugt,
mit welchem verschiedenartigste Werkstücke bearbeitet und im Speziellen geschnitten
werden können. Hierzu ist eine Hochdruckpumpe vorgesehen, mit welcher das Wasser auf
einen Druck gebracht wird, der einige Tausend bar beträgt. Dieses Wasser wird über
Hochdruckleitungen einer Strahldüse zugeführt, in welcher der Wasserschneidstrahl
gebildet wird. Eine derartige Strahldüse kann auf einer Einrichtung angeordnet sein,
mittels welcher die Strahldüse gesteuert und in der vorgegebenen Bahn das darunter
angeordnete Werkstück schneiden kann.
[0003] Derartige Strahldüsen sind ebenfalls in vielfältiger Weise bekannt, beispielsweise
sind im Dokument
EP 0 383 556 A Ausführungsformen von derartigen Strahldüsen dargestellt, mittels welchen ein Schneidstrahl
erzeugbar ist. Diesem Schneidstrahl können ebenfalls in bekannter Weise noch abrasive
Stoffe zugeführt werden, um die Schneidwirkung des Schneidstrahls für die unterschiedlichsten
Materialien optimieren zu können.
[0004] Derartige Einrichtungen zum Erzeugen von Flüssigkeitstrahlen zum Bearbeiten insbesondere
Schneiden von Werkstücken sind sehr aufwändig aufgebaut. Wie bereits oben erwähnt
wurde, ist eine Hochdruckpumpanlage erforderlich, mittels welcher das Wasser auf den
gewünschten Druck gebracht wird. Dieses unter Hochdruck stehende Wasser wird über
Hochdruckleitungen, die eine grosse Länge aufweisen können, in die Bearbeitungsmaschine
geleitet. In diesen eine grosse Länge aufweisenden Hochdruckleitungen erfolgt in bekannter
Weise ein relativ grosser Druckabfall. Zudem müssen diese unter Hochdruck stehenden
Leitungen, die einerseits an die Hochdruckpumpe und andererseits an die Bearbeitungsmaschine
angeschlossen werden müssen, gut abgesichert sein, was deren Herstellung zusätzlich
verteuert. Ein Bersten all dieser unter Hochdruck stehenden Elemente könnte gravierende
Folgen haben und grösseren Schaden anrichten.
[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Einrichtung zum
Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten insbesondere Schneiden von Werkstücken
zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist, welche einfach und
kostengünstig hergestellt werden kann und welche vielfältig und einfach einsetzbar
ist.
[0006] Erfindungsgemäss erfolgt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, dass die Einrichtung
als Werkzeugkopf ausgebildet ist, welcher mit Kupplungsmitteln zum Ankuppeln an eine
Werkzeugmaschine ausgestattet ist, in welchen Werkzeugkopf eine antreibbare Hochdruckpumpe
eingesetzt ist, mittels welcher die zugeführte Flüssigkeit in die im Werkzeugkopf
angebrachte Strahldüse pumpbar ist und aus dieser als Bearbeitungsstrahl austritt.
[0007] Diese als Werkzeugkopf ausgebildete Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls
mit integrierter Hochdruckpumpe kann sehr handlich ausgebildet sein. Über die am Werkzeugkopf
angebrachten Kupplungsmittel, die genormt sind, lässt er sich in einfacher Weise in
eine Werkzeugmaschine einsetzen, die geringfügig modifiziert werden müsste. Derartige
Werkzeugmaschinen können beispielsweise Fräsmaschinen sein, die eine Werkzeugspindel
aufweisen, in welche der Werkzeugkopf eingespannt werden kann, selbstverständlich
sind aber auch andere geeignete Werkzeugmaschinen denkbar.
[0008] Üblicherweise wird bei einer derartigen Fräsmaschine über das Zentrum der Spindel
dem Werkzeugkopf Kühl- und Schmiermittel zugeführt, wozu in der Werkzeugmaschine eine
Pumpe vorgesehen ist, die diese Flüssigkeit mit einem Druck von etwa 70 bis 150 bar
in den Werkzeugkopf zuliefert. Über diese Pumpe könnte dem erfindungsgemässen Werkzeugkopf
das Wasser für den Bearbeitungsstrahl zugeführt werden. Selbstverständlich ist auch
denkbar, dass die Flüssigkeitzuführung in den Werkzeugkopf über eine separate Leitung
erfolgt.
[0009] In vorteilhafter Weise ist der Werkzeugkopf aus einem ersten Teil und einem zweiten
Teil gebildet, welcher erste Teil im zweiten Teil um eine Drehachse drehbar angeordnet
ist, und über das Drehen des ersten Teils bezüglich des zweiten Teils die Hochdruckpumpe
antreibbar ist. Dadurch kann dieser Werkzeugkopf einfach aufgebaut werden, es ist
kein zusätzlicher Antrieb für die Hochdruckpumpe erforderlich.
[0010] In vorteilhafter Weise ist der erste Teil mit ersten Kupplungsmitteln an einer um
eine Spindelachse drehbaren Spindel der Werkzeugmaschine ankuppelbar und ist der zweite
Teil mit zweiten Kupplungsmitteln an einem feststehenden Teil der Werkzeugmaschine
ankuppelbar. Dadurch lässt sich die Hochdruckpumpe im Werkzeugkopf über die drehbare
Spindel der Werkzeugmaschine antreiben, wodurch ein einfacher Aufbau des Werkzeugkopfs
erreichbar ist.
[0011] In vorteilhafter Weise besteht der zweite Teil aus einem Tragteil, welcher um die
Drehachse drehbar mit dem ersten Teil verbunden ist, und aus einem hülsenförmigen
Teil, der in Drehachsenrichtung längsverschiebbar und drehfest mit dem Tragteil verbunden
ist, wobei die zweiten Kupplungsmittel am hülsenförmigen Teil angebracht sind und
dadurch in einfacher Weise an die Werkzeugmaschine ankuppelbar sind.
[0012] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Hochdruckpumpe
aus im ersten Teil angeordneten Zylindereinheiten gebildet ist, in welchen Kolben
verschiebbar eingesetzt sind, deren Hubachsen parallel zur Drehachse ausgerichtet
sind und welche Zylindereinheiten konzentrisch und gleichmässig über den Umfang verteilt
zur Drehachse angeordnet sind. Dadurch lässt sich die Hochdruckpumpe in optimaler
Weise im Werkzeugkopf unterbringen.
[0013] In vorteilhafter Weise sind die aus den Zylindereinheiten vorstehenden Endbereiche
der Kolben auf einer Platte abgestützt, die am Tragteil des zweiten Teils befestigt
ist und deren gegen die Endbereiche der Kolben gerichtete ebene Oberfläche bezüglich
der Drehachse geneigt ist, wodurch ein einfacher Antrieb der Kolben erreicht wird.
[0014] In vorteilhafter Weise sind zwischen den Endbereichen der Kolben und der Oberfläche
der Platte Lagerelemente eingesetzt, wodurch die Reibung reduziert werden kann.
[0015] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Flüssigkeit
über eine zentral im ersten Teil angebrachte Zuführleitung in den Werkzeugkopf gelangt
und in die Hochdruckpumpe leitbar ist. Dies ergibt einen einfachen Aufbau der Zuführleitung
und der Ankupplung an die Zuführleitung aus der Werkzeugmaschine.
[0016] In vorteilhafter Weise gelangt die Flüssigkeit von der Hochdruckpumpe in eine Umlenkdüse
und von dort in die zentral angeordnete Strahldüse. Der Weg der auf Hochdruck gebrachten
Flüssigkeit bis zur Umlenkdüse ist äusserst klein, es erfolgt praktisch kein Druckabfall,
durch die Umlenkdüse wird eine optimale Einleitung der unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit
in die Strahldüse erreicht, was einen optimalen Flüssigkeitstrahl ergibt.
[0017] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass innerhalb
der zentral angeordneten Zuführleitung eine Leitung zur Zuführung von abrasivem Material
vorgesehen ist, die in die Umlenkdüse mündet und und welches abrasive Material der
Flüssigkeit beimischbar ist. Dadurch kann das abrasive Material in effizienter Weise
der Flüssigkeit beigemischt werden, ohne den Strahl zu zerreissen bzw. zu beeinträchtigen.
[0018] In vorteilhafter Weise ist zwischen dem Tragteil und dem hülsenförmigen Teil ein
Ringraum vorgesehen, in welchen die durch die Zuführleitung zugeleitete Flüssigkeit
gelangt und der hülsenförmige Teil in eine obere, eingekuppelte Position gedrückt
wird. Dadurch kann in einfacher Weise ein automatisches Ankuppeln des hülsenförmigen
Teils an die Werkzeugsmaschine erreicht werden, sobald die Flüssigkeit zugeführt wird.
[0019] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Flüssigkeit
aus dem Ringraum in die Hochdruckpumpe leitbar ist. Dadurch ist gewährleistet, dass
die Flüssigkeit erst dann in die Hochdruckpumpe gelangt, wenn der hülsenförmige Teil
in der eingekuppelten Position mit der Werkzeugmaschine ist, die Hochdruckpumpe beginnt
dadurch erst dann zu arbeiten, wenn der Werkzeugkopf in der entsprechenden Position
ist und die Flüssigkeit zugeführt wird.
[0020] In vorteilhafter Weise ist der hülsenförmige Teil von der oberen eingekuppelten Position
über Federmittel in eine untere ausgekuppelte Position drückbar. Mit dieser Ausgestaltung
wird bewirkt, dass bei Ausbleiben der Zuführung der Flüssigkeit in den Werkzeugkopf
der hülsenförmige Teil sofort von der Werkzeugmaschine entkoppelt wird, die Hochdruckpumpe
wird dadurch still gesetzt.
[0021] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Strahldüse
um deren Längsachse, die koaxial zur Drehachse angeordnet ist, im ersten Tragteil
drehbar gelagert ist. Dadurch kann sich die Form des Strahls optimal einstellen, ein
auftretender Verschleiss der Strahldüsenbohrung erfolgt gleichmässig.
[0022] Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung
beispielhaft näher erläutert.
[0023] Es zeigt:
Figur 1: eine schematische Darstellung der Anordnung der Zylindereinheiten und der
Leitungen für die Flüssigkeit in den unterschiedlichen Ebenen;
Figur 2: eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemässen Einrichtung entlang Linie
II-II gemäss Figur 1 im an die Werkzeugmaschine angekuppelten Zustand;
Figur 3: eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemässen Einrichtung entlang Linie
III-III gemäss Figur 1 im an die Werkzeugmaschine angekuppelten Zustand;
Figur 4: eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemässen Einrichtung entlang Linie
IV-IV gemäss Figur 1 im an die Werkzeugmaschine angekuppelten Zustand;
Figur 5: eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemässen Einrichtung entlang Linie
V-V gemäss Figur 1 im an die Werkzeugmaschine angekuppelten Zustand;
Figur 6: eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemässen Einrichtung entlang Linie
IV-IV gemäss Figur 1, wobei der zweite Teil des Werkzeugkopfs nicht an die Werkzeugmaschine
angekuppelt ist; und
Figur 7: eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemässen Einrichtung entlang Linie
V-V gemäss Figur 1, wobei der zweite Teil des Werkzeugkopfs nicht an die Werkzeugmaschine
angekuppelt ist.
[0024] Aus der schematischen Darstellung in Figur 1 ist der Werkzeugkopf 1 ersichtlich,
der, wie später noch im Detail beschrieben wird, aus einem ersten Teil 2 und einem
zweiten Teil 3 gebildet ist. Wie ebenfalls später noch im Detail gesehen wird, ist
der erste Teil 2 im zweiten Teil 3 um eine Drehachse 4 drehbar angeordnet, welche
Drehachse in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene steht. Im ersten Teil 2 sind Zylindereinheiten
5 angeordnet, welche Teile der Hochdruckpumpe sind. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind sechs Zylindereinheiten 5 vorgesehen, die konzentrisch zur Drehachse 4 und gleichmässig
über den Umfang verteilt angeordnet sind. Selbstverständlich wäre es denkbar, eine
andere Anzahl von Zylindereinheiten 5 vorzusehen und entsprechend anzuordnen.
[0025] In Figur 1 sind auch die Mittel 6 zum Zuführen der Flüssigkeit sehr schematisch dargestellt,
diese Mittel 6 zum Zuführen der Flüssigkeit sind im Werkzeugkopf 1 in unterschiedlichen
Ebenen angeordnet und werden nachfolgend im Detail beschrieben.
[0026] Der Schnittdarstellung des Werkzeugkopfs 1 längs der Drehachse 4 gemäss Figur 2 ist
der erste Teil 2 und der zweite Teil 3, die den Grundaufbau des Werkzeugkopfs 1 bilden,
entnehmbar. Der erste Teil 2 des Werkzeugkopfs 1 ist mit ersten Kupplungsmitteln 7
ausgestattet, mit welchen er in bekannter Weise an entsprechende Kupplungsmittel 8
einer Spindel 9 einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine ankuppelbar ist. Derartige
Kupplungsmittel sind genormt und somit bekannt, sodass unterschiedliche Werkzeugköpfe
an die entsprechende Spindel 9 einer Werkzeugmaschine ankuppelbar sind.
[0027] Der zweite Teil 3 des Werkzeugkopfs besteht einerseits aus einem Tragteil 10, welcher
in bekannter, nicht dargestellter Weise um die Drehachse 4 drehbar auf den ersten
Teil 2 des Werkzeugkopfs 1 aufgesetzt ist. In Richtung der Drehachse 4 längsverschiebbar
ist auf dem Tragteil 10 ein hülsenförmiger Teil 11 aufgesetzt, der in bekannter, ebenfalls
nicht dargestellter Weise drehfest mit dem Tragteil 10 verbunden ist. Dieser hülsenförmige
Teil 11 ist mit zweiten Kupplungsmitteln 12 ausgestattet, mit welchen er an einen
feststehenden Teil 13 der Werkzeugmaschine ankuppelbar ist. Diese zweiten Kupplungsmittel
12 können beispielsweise als Verzahnung 14 ausgebildet sein, welche Verzahnung 14
in eine entsprechende am feststehenden Teil 13 angebrachte Verzahnung eingreift.
[0028] Im in Figur 2 dargestellten Zustand ist der hülsenförmige Teil 11 an den feststehenden
Teil 13 angekuppelt, befindet sich somit in einer oberen Position. Wenn die Spindel
9 der Werkzeugmaschine in Drehung versetzt wird, dreht sich der erste Teil 2 des Werkzeugkopfs
mit dieser Spindel mit, der zweite Teil 3, bestehend aus Tragteil 10 und hülsenförmigen
Teil 11 wird festgehalten und dreht sich somit nicht.
[0029] In den ersten Teil 2 des Werkzeugkopfs 1 sind die Zylindereinheiten 5 eingesetzt,
entsprechend der Darstellung gemäss Figur 1. Hierzu sind im ersten Teil 2 zylinderförmige
Ausnehmungen 15 angebracht, in welchen die Zylindereinheiten 5 eingesetzt und befestigt
sind. Die Zylindereinheiten 5 sind hierbei derart in die zylinderförmigen Ausnehmungen
15 eingesetzt, dass ein Hohlraum 16 bestehen bleibt.
[0030] Jede der Zylindereinheiten 5 ist mit einer zentralen Bohrung 17 ausgestattet, in
welche ein Kolben 18 verschiebbar eingesetzt ist. Die Hubachse des jeweiligen Kolbens
18 ist parallel zur Drehachse 4 ausgerichtet. In die Bohrung 17 eingesetzt werden
kann noch eine Hülse 19, in welcher der Kolben verschiebbar eingesetzt ist, Kolben
18 und Hülse 19 sind aus einem hochfesten Material gefertigt, beispielsweise auf Keramikbasis.
[0031] Am unteren Endbereich des Tragteils 10 ist eine Platte 20 befestigt. Die gegen die
aus den Zylindereinheiten 5 vorstehenden Endbereiche 21 der Kolben 18 gerichtete ebene
Oberfläche 22 dieser Platte 20 ist bezüglich der Drehachse 4 geneigt ausgebildet.
Auf diese Oberfläche 22 der Platte 20 aufgesetzt ist eine so genannte Taumelplatte
23, die in bekannter Weise über Lagermittel 24 auf der Oberfläche 22 der Platte 20
drehbar abgestützt und radial gehalten ist. Auf die Taumelplatte 23 aufgesetzt sind
Lagerelemente 25, auf welchen sich die mit Abstützelementen 26 versehenen Endbereiche
21 der Kolben 18 abstützen. Beim Verdrehen des ersten Teils 2 mit den darin eingesetzten
Zylindereinheiten 5 um die Drehachse 4 innerhalb des feststehenden zweiten Teils 3
mit der feststehenden Platte 20 führen die Kolben 18 entsprechende Hubbewegungen aus.
[0032] In den oberen Bereich der Zylindereinheiten 5 sind Ventileinheiten 27 eingesetzt.
Beim Absenken der Kolben 18 wird die Flüssigkeit, die in den Hohlraum 16 eingeleitet
wird, was später noch im Detail beschrieben wird, über die ersten Ventile 28 angesaugt
und gelangt in den Zylinderraum 43. Das zweite Ventil 29 ist bei diesem Vorgang im
verschlossenen Zustand. Beim Hochfahren des Kolbens 18 schliessen sich die ersten
Ventile 28, die auf Hochdruck gebrachte Flüssigkeit gelangt durch das zweite Ventil
29 in die Verbindungsleitung 30.
[0033] Die Verbindungsleitungen 30 aus allen Zylindereinheiten 5 münden in eine Umlenkdüse
31. In dieser Umlenkdüse 31 wird die so geführte Flüssigkeit umgelenkt und gelangt
in eine zentrale Bohrung 32 einer Strahldüse 33. In dieser Strahldüse 33 wird der
Flüssigkeitstrahl 34 erzeugt, der aus der Öffnung 35 der Strahldüse 33 austritt.
[0034] Die Strahldüse 33 kann im ersten Teil 2 des Werkzeugkopfes 1 um Lagerelemente 44
drehbar gelagert sein. Dadurch kann sie mit einer geringeren Drehzahl drehen, als
der erste Teil 2 des Werkzeugkopfes 1 und sich an die Drehung des Flüssigkeitstrahles
anpassen. Die Drehung der Strahldüse 33 könnte auch gezielt beeinflusst werden, z.B.
durch einen integrierten Antrieb, insbesondere Zahnradgetriebe, um eine optimale Strahlform
zu erhalten.
[0035] Figur 3 zeigt den Werkzeugkopf gemäss Figur 2, wobei nur die eine Hälfte im Schnitt
dargestellt ist. Die andere Hälfte zeigt den hülsenförmigen Teil 11 mit den zweiten
Kupplungsmitteln 12 sowie den Tragteil 10 mit dem Endbereich der Strahldüse 33, die
über den Werkzeugkopf 1 vorstehend ist und aus dem der Flüssigkeitstrahl 34 austritt.
[0036] Die Schnittdarstellung gemäss Figur 4 durch den Werkzeugkopf 1 zeigt in schematischer
Darstellung die Zuführleitung 36, die zentral in der Spindel 9 der nicht dargestellten
Werkzeugmaschine angeordnet ist. Aus dieser Zuführleitung 36 gelangt die Flüssigkeit
in einen zentralen Leitungsteil 37 des Werkzeugkopfs 1, aus welchem die Flüssigkeit
über weitere Zuführleitungen 38 in einen Ringraum 39 gelangt, der durch den hülsenförmigen
Teil 11, den Tragteil 10 und den ersten Teil 2 des Werkzeugkopfs 1 gebildet wird.
Die Flüssigkeit wird in bekannter Weise über eine nicht dargestellte Pumpe die in
der Werkzeugmaschine oder ausserhalb davon angeordnet sein kann, mit einem bestimmten
Druck von beispielsweise 70 bis 150 bar in den Ringraum 39 gefördert.
[0037] Dadurch wird bewirkt, dass der hülsenförmige Teil 11 in die obere Position gedrückt
wird, in welcher sich der hülsenförmige Teil 11 mit dem feststehenden Teil 13 der
Werkzeugmaschine 1 im eingekuppelten Zustand befindet. Es ist denkbar, dass als Pumpe
zum Zuführen der Flüssigkeit in den Werkzeugkopf 1 die in den Werkzeugmaschinen vorhandenen
Kühlschmiermittelpumpen verwendet wird. Es ist denkbar, dass die Flüssigkeit aus reinem
Wasser besteht, es ist aber auch denkbar, dass diese Flüssigkeit das Kühlschmiermittel
ist, das in Werkzeugmaschinen zum Kühlen und Schmieren der zu bearbeitenden Werkstücke
verwendet wird.
[0038] Eingesetzt in die Zuführleitung 36 und in den zentralen Leitungsteil 37 ist ein Zuführrohr
40, über welches in bekannter Weise abrasives Material zentral in die Umlenkdüse 31
eingeleitet werden kann. In dieser Umlenkdüse 31 wird das abrasive Material mit dem
in dieser Umlenkdüse 31 gebildeten Flüssigkeitstrahl mitgerissen, in der Strahldüse
33 erfolgt dann die Vermischung dieses abrasiven Materials mit der Flüssigkeit, dadurch
wird die Wirkung des Flüssigkeitsstrahls, beispielsweise die Schneidleistung, erhöht.
[0039] Aus der Schnittdarstellung gemäss Figur 5 ist ersichtlich, wie die Flüssigkeit aus
dem Ringraum 39 über eine weitere Leitung 41 in den Hohlraum 16 geleitet wird, aus
welchem die Flüssigkeit, wie bereits beschrieben worden ist, in die Zylindereinheit
5 zur Erzeugung des Hochdrucks gelangt.
[0040] Aus Figur 6 ist der Werkzeugkopf 1 ersichtlich, wobei der hülsenförmige Teil 11 in
seiner unteren Position dargestellt ist, das heisst der hülsenförmige Teil 11 befindet
sich im entkuppelten Zustand vom feststehenden Teil 13 der Werkzeugmaschine. Diese
entkuppelte Position des hülsenförmigen Teils 11 wird dann eingenommen, wenn die Zufuhr
von Flüssigkeit über die weiteren Zuführleitungen 38 gestoppt wird, was dadurch erreicht
werden kann, wenn die Pumpe, die die Flüssigkeit liefert, ausgeschaltet wird. Der
Druck im Ringraum 39 fällt dann zusammen, über Federmittel 42, die in bekannter Weise
zwischen dem hülsenförmigen Teil 11 und dem Tragteil 10 angeordnet sind, wird der
hülsenförmige Teil 11 in die hier dargestellte untere Position gedrückt.
[0041] Diese Federmittel 42 können in bekannter Weise aus einer Spiralfeder gebildet sein,
denkbar wäre es auch, ringförmige Magnete vorzusehen, über deren magnetische Kräfte
in bekannter Weise die gewünschte Federwirkung erreicht werden kann. Durch das Entkuppeln
des hülsenförmigen Teils 11 vom feststehenden Teil 13 wird erreicht, dass der hülsenförmige
Teil 11 und der Tragteil 10 mit dem mit der Spindel 9 der Werkzeugmaschine mitdrehenden
ersten Teil 2 ebenfalls mitdreht, die Pumpwirkung der Kolben 18 wird dann sofort eingestellt.
[0042] Wie aus Figur 7 ersichtlich ist, wird im entkuppelten Zustand des hülsenförmigen
Teils 11 vom feststehenden Teil 13 der Werkzeugmaschine die Verbindung zwischen Ringraum
39 und Hohlraum 16 verschlossen.
[0043] Im Normalfall wird zum Beenden eines Bearbeitungsvorgangs zuerst die Zuführung der
Flüssigkeit unterbunden und danach die Spindel angehalten. Danach kann der Werkzeugkopf
aus der Spindel 9 entnommen werden. Das vorgängig beschriebene Entkuppeln des hülsenförmigen
Teils 11 vom feststehenden Teil 13 der Werkzeugmaschine erfolgt bei Unterbindung der
Flüssigkeitszufuhr in den Ringraum 39. Wenn diese Flüssigkeitszufuhr während eines
Bearbeitungsvorgangs gestört ist, erfolgt das sofortige Stillsetzen der Pumpwirkung,
was sich positiv auf die Sicherheit dieses Werkzeugkopfes auswirkt und ein Auftreten
von Schäden durch Trockenlauf verhindert.
[0044] Ein derartiger Werkzeugkopf 1 lässt sich, wie vorgängig beschrieben worden ist, in
praktisch jede mit einer Spindel 9 ausgerüsteten Werkzeugmaschine einsetzen, es sind
lediglich geringfügige Modifikationen erforderlich. Somit können beispielsweise in
einer entsprechend ausgerüsteten Werkzeugmaschine, insbesondere Fräsmaschine, unterschiedliche
Werkzeugköpfe zur Bearbeitung eines Werkstückes eingesetzt werden, wobei unterschiedlichste
Fräsvorgänge und Bohrvorgänge ausgeführt werden können. Zusätzlich steht mit der vorliegenden
Erfindung ein Werkzeugkopf zur Verfügung, mit welchem ein Flüssigkeitstrahl erzeugt
werden kann, welcher das Flüssigkeitstrahlschneiden der entsprechenden Werkstücke
ermöglicht. Derartige Werkzeugmaschinen sind in bekannter Weise mit exakten Bewegungsachsen
ausgestattet, wodurch ein exaktes Schneiden mit einem derartigen Flüssigkeitstrahl
ermöglicht wird. Selbstverständlich müssen in einer derartigen Werkzeugmaschine Vorkehrungen
getroffen werden, um den Flüssigkeitstrahl unterhalb des Bearbeitungsvorgangs aufzufangen
und die Restenergie des Strahles in Wärme umzuwandeln, wozu bekannte Einrichtungen
eingesetzt werden können.
[0045] Im Kolbenbereich eines derartigen Werkzeugkopfs können Drücke von 4'000 bar und mehr
erreicht werden. Der Düsenlochdurchmesser beträgt üblicherweise etwa 0,2 bis 1 Millimeter.
Das Zufördern der Wassermenge beträgt etwa 2,5 Liter pro Minute. Die Neigung der Oberfläche
der Platte liegt im Bereich von 4 Grad bis 12 Grad. Die Drehzahl der Spindel beträgt
etwa 3'000 bis 6'000 Umdrehungen pro Minute, was jede handelsübliche Werkzeugmaschine
anbieten kann. Auch das Drehmoment der Spindel, das bei etwa 40 bis 90 Newtonmeter
liegt, kann durch handelsübliche Werkzeugmaschinen erbracht werden.
[0046] Durch diese erfindungsgemässe Ausgestaltung eines Werkzeugkopfs zum Einsetzen in
einer Werkzeugmaschine wird in einfacher Weise ermöglicht, auch ein Flüssigkeitstrahlschneiden
durch eine Werkzeugmaschine ausführen zu lassen, ohne dass komplexe und kostenaufwändige
Hochdruckerzeugungsanlagen vorgesehen werden müssen. Mit derartigen Werkzeugköpfen
können Werkzeugmaschinen und Roboteranlagen in vielfältiger Art und sehr flexibel
für viele Arten von Bearbeitungsvorgängen von Werkstücken ausgestattet werden.
1. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls (34) zum Bearbeiten von Werkstücken,
insbesondere Schneiden, umfassend eine Hochdruckpumpe, Mittel zum Zuführen einer Flüssigkeit
in die Hochdruckpumpe, eine Strahldüse (33) und Mittel zum Zuführen der Flüssigkeit
aus der Hochdruckpumpe in die Strahldüse, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als Werkzeugkopf (1) ausgebildet ist, welcher mit Kupplungsmitteln
(7, 12) zum Ankuppeln an eine Werkzeugmaschine ausgestattet ist, in welchen Werkzeugkopf
(1) eine antreibbare Hochdruckpumpe eingesetzt ist, mittels welcher die zugeführte
Flüssigkeit in die im Werkzeugkopf (1) angebrachte Strahldüse (33) pumpbar ist und
aus dieser als Bearbeitungsstrahl (34) austritt.
2. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (1) aus einem ersten Teil (2) und einem zweiten Teil (3) gebildet
ist, welcher erste Teil (2) im zweiten Teil (3) um eine Drehachse (4) drehbar angeordnet
ist, und über das Drehen des ersten Teils (2) bezüglich des zweiten Teils (3) die
Hochdruckpumpe antreibbar ist.
3. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (2) mit ersten Kupplungsmitteln (7) an einer um eine Spindelachse
drehbaren Spindel (9) der Werkzeugmaschine ankuppelbar ist und dass der zweite Teil
(3) mit zweiten Kupplungsmitteln (12) an einem feststehenden Teil (13) der Werkzeugmaschine
ankuppelbar ist.
4. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (3) aus einem Tragteil (10), welcher um die Drehachse (4) drehbar
mit dem ersten Teil (2) verbunden ist, und aus einem hülsenförmigen Teil (11) besteht,
der in Drehachsenrichtung längsverschiebbar und drehfest mit dem Tragteil (10) verbunden
ist.
5. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kupplungsmittel (12) am hülsenförmigen Teil (11) angebracht sind.
6. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe aus im ersten Teil (2) angeordneten Zylindereinheiten (5) gebildet
ist, in welchen Kolben (18) verschiebbar eingesetzt sind, deren Hubachsen parallel
zur Drehachse (4) ausgerichtet sind und die konzentrisch und gleichmässig über den
Umfang verteilt zur Drehachse (4) angeordnet sind.
7. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Zylindereinheiten (5) vorstehenden Endbereiche (21) der Kolben (18) auf
einer Platte (20) abgestützt sind, die am Tragteil (10) befestigt ist und deren gegen
die Endbereiche (21) der Kolben (18) gerichtete ebene Oberfläche (22) bezüglich der
Drehachse (4) geneigt ist.
8. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Endbereichen (21) der Kolben (18) und der Oberfläche (22) der Platte
(20) Lagerelemente (25) eingesetzt sind.
9. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit über eine zentral im ersten Teil (2) angebrachte Zuführleitung (36)
in den Werkzeugkopf (1) gelangt und in die Hochdruckpumpe leitbar ist.
10. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit von der Hochdruckpumpe in eine Umlenkdüse (31) und von dort in die
zentral angeordnete Strahldüse (33) gelangt.
11. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der zentral angeordneten Zuführleitung (36) eine Leitung (40) zur Zuführung
von abrasivem Material vorgesehen ist, die in die Umlenkdüse (31) mündet und welches
abrasive Material der Flüssigkeit beimischbar ist.
12. Einrichtung zum Erzeugen eines Fluidstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach einem
der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Tragteil (2) und dem hülsenförmigen Teil (11) ein Ringraum (39)
vorgesehen ist, in welchen die durch die Zuführleitung (38) zugeleitete Flüssigkeit
gelangt und der hülsenförmige Teil (11) in eine obere, eingekuppelte Position gedrückt
wird.
13. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus dem Ringraum (39) in die Hochdruckpumpe leitbar ist.
14. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Teil (11) von der oberen eingekuppelten Position über Federmittel
(42) in eine untere ausgekuppelte Position drückbar ist.
15. Einrichtung zum Erzeugen eines Flüssigkeitstrahls zum Bearbeiten von Werkstücken nach
einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse (33) um deren Längsachse, die koaxial zur Drehachse (4) angeordnet
ist, im Tragteil (10) drehbar gelagert ist.