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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen
zur Materialabtragung mittels Fliessmedien. Insbesondere betrifft
die Erfindung ein verbessertes Rohr zum Vermischen und zum Fokussieren
in einer Vorrichtung zum Schneiden mittels eines abrasiven Flüssigkeitsstrahls
mit hoher Geschwindigkeit.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Schneiden
mit Hilfe von Wasser ist eine bekannte Technologie, die sich seit
den 70er Jahren durchgesetzt hat. Das Schneiden mittels Wasserstrahlen
ist eine von mehreren Technologien, die als Energiestrahltechniken
bekannt sind. Diese Techniken sind beispielsweise das Schneiden
mittels Laserstrahlen, mittels Plasmabögen und auch mit Hilfe von Sauerstoff-Acetylen-Schneidbrennern.
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Durch
die Verwendung einer Hochdruckpumpe, um Wasser auf ultrahohe Drücke zu bringen und
dann das Wasser durch eine feine Öffnung zu pressen, kann man
Wasserstrahlen erzeugen, deren Geschwindigkeiten bis zur dreifachen
Schallgeschwindigkeit reichen können.
Ein derart konzentrierter Wasserstrahl besitzt eine ausreichende
kinetische Energie, um die meisten schwierig zu trennenden Materialien
zu schneiden, und wenn darüber
hinaus noch Schleifteilchen mit dem Wasserstrahl gemischt werden,
um einen schleifmittel haltigen Wasserstrahl zu bilden, so ist es
möglich,
praktisch jegliche Art von Materialien zu trennen.
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Wegen
ihrer erhöhten
Schleifwirkung machen schleifmittelhaltige Wasserstrahlen fast 60% der
Wasserstrahl-Schneidsysteme
aus. Typische Anwendungen sind die Schneid- und Trennarbeiten bei der Herstellung
von Strukturen aus ausserordentlich harten Materialien wie Titan
und die Superlegierungen, und auch bei verschiedenen Anwendungen
im Bergbau und in der Bohrtechnik, bei denen harte Gesteine auszubrechen
sind. Mittlerweile werden schleifmittelfreie Wasserstrahlen in der
Industrie zur Reinigung, zur Vorbereitung von Oberflächen und zum
Abtragen von Anstrichen eingesetzt sowie zum Schneiden von Nahrungsmittelprodukten,
Papier und Kunststoffen und auch von gewebten Erzeugnissen (beispielsweise
Teppiche) und nicht gewebten Erzeugnissen (beispielsweise Filtermaterialien).
Auch sind bereits Schneidstrahlen, die mit salzhaltigem Wasser arbeiten,
in der Medizin angewendet worden.
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Die
allgemeine Installation eines typischen Schneidsystems mit Hilfe
eines abrasiven Wasserstrahls ist in 1 gezeigt.
Die Anlage besteht aus einem System zur Aufbereitung des eingespeisten Wassers,
einer Druckpumpe für
einen optimalen Betrieb der nachgeschalteten Filter, einer Verstärkerpumpe,
welche den Wasserdruck auf ultrahohe Werte erhöht, weiterhin aus Hochdruckleitungen,
welche das unter ultrahohem Druck stehende Wasser dem Schneidkopf
des Systems zuführen,
einer Zufuhr von Schleifteilchen, die anschliessend im Schneidkopf mit
dem unter ultrahohem Druck stehenden Wasser gemischt werden, sowie
einem Wasser-Auffangbehälter und
einem Aufbereitungssystem für
das aufgefangene Wasser.
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Der
typische Schneidkopf eines abrasiven Wasserstrahls ist in 2 dargestellt.
Eine Bohrung in einem Saphir, einem Diamanten oder einem Rubin wird
als Ausströmöffnung eingesetzt,
um einen Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Der
typische Durchmesser derartiger Bohrungen beträgt 0,07 bis 0,7 mm. Ein trockenes
Schleifmittel, beispielsweise Granat, Kieselsäure oder Aluminiumoxyd (mit
typischen Teilchengrössen
im Bereich von 125 bis 180 Mikron), wird in die Mischkammer eingesaugt
und in dieser mitgenommen, und zwar durch das Vakuum, welches vom
Wasserstrahl erzeugt wird. Das Schleifmittel vermischt sich mit
dem Wasserstrahl, und der Strahl in Form einer Suspension nach dem
Aufschlämmen
wird dann in einem Mischrohr (welches auch Fokussierrohr genannt
wird) konzentriert, bevor er den Schneidkopf durch die Ausgangsöffnung des
Mischrohres verlässt.
Die Durchmesser der Durchgänge
durch das Mischrohr betragen 0,5 bis 3 mm bei Rohrlängen von
50 bis 150 mm.
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Ein ähnlicher
Schneidkopf ist im Dokument US-4'648'215 gezeigt, welches
als der nächstliegende
Stand der Technik bezüglich
des Patentanspruches 1 angesehen wird.
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Die
weitaus grösste
Schwierigkeit, die bei den abrasiven Wasserstrahlen auftritt und
die gegenwärtig
deren Anwendungen begrenzt, ist die Abtragung und die Abnutzung
der Wandungen des Mischrohres. Da die Geschwindigkeit des Wasserstrahls Werte
zwischen 100 und 500 m/s annimmt und die Schleifteilchen eine Grösse haben,
die bis zu 40% des Durchmessers des Mischrohres betragen können, müssen die
Mischrohre oft ausgewechselt werden, manchmal sogar schon nach einigen
Stunden.
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Zusätzlich führt die
Abnutzung der Wandungen des Mischrohres dazu, dass der Strahl unregelmässig wird,
wo durch die Breite des Schnittes (der Einkerbung) am Werkstück, das
vom Strahl zu bearbeiten ist, zunimmt; weiterhin tritt eine Abnahme
der Qualität
der Schneidoberfläche
sowie ein Verlust an Schneidpräzision
ein. Daher erfordert die Abnutzung der Wandungen des Mischrohres
eine dauernde Wartung und Überwachung,
was wiederum zum Stillsetzen der Maschine und zur Erhöhung der
Betriebskosten solcher Systeme führt.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung der Vorgänge, die bei der Abnutzung
eines Mischrohres auftreten. Im Anfangsbereich des Mischrohres wird
als vorherrschender Vorgang eine Erosion durch schlagartiges Auftreffen
der Schleifteilchen angesehen, da die Schleifteilchen mit unterschiedlichen Prallwinkeln
auf die Wandungen des Mischrohres auftreffen. Weiter stromabwärts haben
die Schleifteilchen die Tendenz, sich parallel zu den Rohrwandungen
zu bewegen, und die Art der Abnutzung wechselt von einer Aufschlagerosion
zu einer schleifenden, abrasiven Erosion.
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Gegenwärtige Versuche,
das Problem der Abnutzung zu lösen,
können
wie folgt aufgezählt
werden: (a) Verwendung von Mischrohren, die aus extrem harten Werkstoffen
bestehen (beispielsweise aus Verbundwerkstoffen mit Wolframkarbid);
(b) Modifizierung der Strömungsstruktur
unter Verwendung eines ringförmigen
Wasserstrahls und Einführung
der Schleifteilchen durch ein zentrales Rohr, wobei versucht wird,
die Schleifteilchen im Abstand von den Wandungen des Mischrohres
zu halten; (c) Modifizieren der Struktur der Strahlströmung durch
Zufuhr der Schleifteilchen durch ein zentrales Rohr und Einleiten
des Druckwassers durch radial nach innen gerichtete Kanäle, wobei
sich die Einzelströmungen
zu einer Strahlsuspension vereinigen, die dann im Mischrohr konzentriert
wird; (d) Verwendung eines zentral angeordneten Ablenkkörpers vor
dem Mischrohr zur Bildung eines Nachlauf-Wirbelstroms in Stromabwärtsrichtung,
der dazu beiträgt,
die Schleifteilchen im Kern des Wasserstrahls zu bewegen; (e) Verwendung
von Schleifteilchen, die weicher als die Wandungen des Mischrohres
sind; und (f) Versuche, die allgemeine Gestalt des Mischrohres so
auszulegen, dass seine Abnutzung auf einen Mindestwert gebracht
wird.
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Ein
weiterer Versuch ist im Dokument US-5'921'846
beschrieben, welches den nächstliegenden
Stand der Technik bezüglich
des Patentanspruches 8 darstellt.
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Sämtliche
zur Zeit zugänglichen
Techniken, die Abnutzung des Mischrohres zu vermindern, weisen grössere Nachteile
auf. Die ultraharten Materialien, welche für Mischrohre verwendet werden,
sind kostspielig. Eine Veränderung
der Struktur der Strahlströmung
durch Einstellen sekundärer
Strömungen
ist nur bei relativ langsamen Strömungen und mit kleinen Schleifteilchen
von Vorteil, wobei derartige Änderungen
ebenfalls eine Ausdehnung des Strahls und sekundäre Strömungserscheinungen erzeugen,
wodurch die Möglichkeiten
begrenzt werden, das Schneidverfahren steuern zu können. Die Verwendung
von Schleifteilchen, die weicher sind als die Wandungen des Mischrohres,
vermindert die Schneideffizienz.
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Demgemäss besteht
trotz eingehender Anstrengungen, die Abnutzung im Mischrohr eines Schneidsystems
mit Flüssigkeitsstrahlen
zu vermindern, immer noch ein dauernder Bedarf an weiteren Verbesserungen
auf diesem Gebiet. Die vorliegende Erfindung schafft eine derartige
Verbesserung.
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3. AUFGABEN
UND VORTEILE
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Im
Vorstehenden wurde ganz allgemein der Stand der Technik besprochen,
auf den sich die vorliegende Erfindung stützt, damit der Kontext der
vorliegenden Erfindung besser verstanden und gewürdigt werden kann. In dieser
Beziehung ist es lehrreich, die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden
Erfindung zu betrachten.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Fluidstrahl-Schneidsystems
und des zugehörigen
Verfahrens zur Verminderung der Abnutzung und der Abtragung im Mischrohr
des Schneidstrahls.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen und der Zusammenfassung
hervor, wodurch die vorliegende Erfindung besser verständlich wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
Berücksichtigung
des Bedarfs bezüglich
der Entwicklung eines verbesserten Mischrohres, welches eine grössere Widerstandsfähigkeit
gegen eine Abnutzung durch die Mischungen der abrasiven Suspensionen
aufweist, die durch das Rohr strömen, richtet
sich die vorliegende Erfindung allgemein auf eine Befriedigung dieses
oben genannten Bedarfs und auf die Überwindung der Nachteile, die
bei den Vorrichtungen des Standes der Technik auftreten.
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Erfindungsgemäss kann
die vorstehend besprochene Aufgabe dadurch erfüllt werden, dass ein System
zum Schneiden mittels eines abrasiven Flüssigkeitsstrahls und ein entsprechendes
Verfahren gemäss
den Ansprüchen
1 und 8 zur Verfügung
gestellt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist in der oben stehenden Beschreibung eher
allgemein zusammengefasst worden, und aufbauend auf dieser Zusammenfassung
kann die Einzelbeschreibung, die nun folgt, besser verstanden und
gewürdigt
werden. Es sind natürlich
zusätzliche
Merkmale der Erfindung gegeben, die im Nachstehenden beschrieben
werden und die zum Gegenstand eventueller Patentansprüche dieser
Erfindung gemacht werden können.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung der einzelnen Bauelemente eines typischen
Systems zum Schneiden mit einem abrasiven Wasserstrahl.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht eines typischen Schneidkopfes eines solchen
abrasiven Flüssigkeitsstrahl-Schneidsystems.
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3 zeigt
schematisch die Vorgänge,
die sich bei einer Abnutzung und Erosion an den Wandungen eines
Mischrohres abspielen.
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4 stellt
eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung
zum Schneiden mittels eines abrasiven Wasserstrahls gemäss vorliegender
Erfindung dar.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bevor
nun mindestens eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Einzelnen erläutert wird, sollte darauf hingewiesen
werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung bezüglich Einzelheiten der
Konstruktion und Anordnung der in der folgenden Beschreibung oder
in den Zeich nungen dargestellten Bestandteile nicht eingeschränkt ist.
Vielmehr ist es möglich,
die Erfindung in Form anderer Ausführungsformen zu realisieren
bzw. auf verschiedene Arten auszuführen.
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Es
wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen, in welchen bevorzugte
Ausführungsformen dargestellt
sind und in denen die Bezugszeichen in allen Figuren gleiche oder ähnliche
Elemente bezeichnen. In 4 ist eine Vorrichtung 1 zum
Schneiden mittels eines abrasiven Wasserstrahls der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einer Kammer 10 mit
einer Eintrittsöffnung 12,
durch welche ein Wasserstrahl unter einem hohen Druck (50 bis 600
MPa bzw. 7,5 bis 90 kpsi) in die Kammer eintritt.
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Der
Wasserstrahl durchsetzt die Kammer 10 und reisst Schleifteilchen
mit, die unter einem niedrigen Druck durch einen Durchlass 14 in
der Seitenwandung der Kammer zugeführt werden. Die Schleifteilchen
vermischen sich mit dem Wasser und bilden einen Suspensionsstrahl,
der die Kammer durch den Auslass 16 verlässt und
durch den Einlass 18 in das Fokussier- oder Mischrohr 20 der
Vorrichtung eintritt.
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Wie
in 4 dargestellt ist, verwendet diese Ausführungsform
ein Mischrohr 20, welches aus einem porösen Stab hergestellt ist, in
den eine mittige Bohrung eingebracht worden ist oder welche beim Formen
freigelassen wurde, und das Mischrohr weist demgemäss eine
Umfangswandung 22 auf, die porös ist, sowie eine Austrittsöffnung 24,
durch welche der Suspensionsstrahl das Mischrohr 20 verlässt. Die Aussenwandung 26 des
Mischrohres ist von einem Behälter 28 für Öl oder eine
Schmierflüssigkeit
umgeben.
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Der
Behälter 28 für die Schmierflüssigkeit steht
unter Druck, so dass die Schmierflüssigkeit durch die poröse Wandung
gepresst wird und auf der Innenwandung des Mischrohres 20 einen
dünnen Film
eines Schmiermittels ausbildet, welcher dazu dient, die Wandung
vor einer Abnutzung und einer Erosion zu schützen, die durch den Durchgang
der Schleifmittelteilchen durch das Rohr verursacht werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Querschnittsform des Strahls,
der das Mischrohr verlässt, so
konfiguriert werden kann, dass eine Vielzahl von Formen gebildet
wird, indem die Querschnittsform des Mischrohres entsprechend ausgebildet
wird. Beispielsweise ergibt die Verwendung eines kreisförmigen Durchgangs
durch das Mischrohr einen Schneidstrahl mit kreisförmigem Querschnitt,
wogegen die Anwendung eines ovalen Durchgangs durch das Mischrohr
einen Schneidstrahl mit ovalem Querschnitt ergibt. Alle diese unterschiedlichen
und möglichen
Formen von Querschnitten sind im Geltungsbereich der vorliegenden
Erfindung inbegriffen.
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Beim
Betrieb ist der Druck im Behälter
für Schmierflüssigkeit
höher als
der Druck im Mischrohr 20. Da das Schmiermittel vom Schmiermittelbehälter 28 ständig erneuert
wird, werden Stellen, an denen Schleifmittelteilchen den Schutzfilm
des Schmiermittels "angeknabbert" haben, wieder "repariert", und eine Beschädigung der
Wandungen des Rohres wird vermindert oder ganz vermieden. Die Dicke
des Schmiermittelfilms wird so gewählt, dass eine Berührung durch
Aufschlagen von Teilchen im Strahl der Suspension auf die innere
Umfangswandung des Mischrohres vermieden wird und die hohen Belastungskräfte auf
die Wandung ausgeschlossen werden. Diese Kräfte würden zur Erosion der Wandung führen.
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Eine
ungefähre
Analyse zur Bestimmung der erforderlichen Dicke der Schmiermittelschicht
zeigt, dass bei spielsweise eine Ölschicht
mit einer Dicke von etwa 10 bis 20 Mikron ausreicht, um eine Berührung zwischen
den Schleifmittelteilchen und der Rohrwandung zu verhindern, wobei
der Strahl der Suspension einen Durchmesser von 500 Mikron und eine
Geschwindigkeit von 200 m/s aufweist und die Schleifmittelteilchen
einen Durchmesser von 150 Mikron und ein spezifisches Gewicht von
4 haben, und wobei die Flüssigkeit
im Strahl Wasser ist. In diesem Beispiel sollte die kinetische Viskosität des Schmiermittels
etwa das 1000fache derjenigen von Wasser (bei 25°C) betragen. Im allgemeinen
hängt die
erforderliche Dicke des Schmiermittelfilms von den Strömungsbedingungen
einschliesslich der Geschwindigkeit der Suspension, der Geometrie
des Mischrohres, des spezifischen Gewichtes der Schleifmittelteilchen,
deren Form und deren Schüttvolumen
ab, sowie von der Viskosität
der Schmiermittelflüssigkeit.
In den meisten Fällen
braucht die Dicke des Schmiermittelfilms nur wenige Prozent (etwa
0,5 bis 6%) des Durchmessers des Mischrohres ausmachen.
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Auf
Grund der Unterschiede der Viskositäten der Strömungsflüssigkeit und des Schmiermittels
sowie der geringen Dicke des Schmiermittelfilms kann die Durchflussmenge
an Schmierflüssigkeit
auf sehr niedrigen Werten gehalten werden (üblicherweise unter 1 bis 5%
des Durchsatzes der Trägerflüssigkeit, und
in manchen Fällen
sogar nur 0,01). Daher ist der Verbrauch an Schmiermittel relativ
minimal.
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Das
Schmiermittel kann eine beliebige gewünschte Zusammensetzung aufweisen,
solange das Schmiermittel einen schützenden Film auf der Innenwand
des Mischrohres 20 aufbaut. Die Verwendung von flüssigen Polymeren
schafft dort einen zusätzlichen
Vorteil, wo hohe Scherbelastungen (grösser als 107) auftreten, beispielsweise
diejenigen im Mischrohr 20, da flüssige Polymere die Neigung
haben, unter sol chen Bedingungen zu "härten" (d.h. sie verlieren
die Eigenschaften einer viskosen Substanz und nehmen diejenigen
eines plastischen Festkörpers
an). Daher können
flüssige
Polymere viel mehr Energie und Belastungen von Schleifmittelteilchen aufnehmen,
die sich seitlich bewegen. Synthetische, leichte Schmiermittel (beispielsweise
Poly-alpha-Olefine),
welche leicht durch ein poröses
Medium gesaugt oder gedrückt
werden können, üben bei niedrigen
Strömungsbedingungen
eine gewisse Schutzwirkung auf die Wandungen des Mischrohres 20 aus.
Im allgemeinen steigt der Schutz gegen Abnutzung und Abtragung im
Mischrohr 20 mit steigender Viskosität des Schmiermittels und mit
steigenden Durchtrittsmengen an Schmierflüssigkeit.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
erhalten der Schmiermittelbehälter 28 und
die Flüssigkeit des
Schneidstrahles ihren Druck aus derselben Quelle. Auf Grund der
hohen Strömungsgeschwindigkeit
der Suspension durch das Mischrohr 20 und das fast unveränderliche
Niveau der Flüssigkeit
im Schmiermittelbehälter 28 entsteht
eine Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Aussenseite der
porösen
Wandung des Mischrohres 20, die im allgemeinen zum Durchdrücken der
Schmierflüssigkeit durch
die poröse
Wandung ausreicht. Es kann aber auch der Schmiermittelbehälter 28 über eine
getrennte Pumpe mit Druck beaufschlagt werden, wenn es erforderlich
ist, höhere
Durchflussmengen zu erhalten.
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Das
Mischrohr 20 kann aus den unterschiedlichsten porösen Materialien
hergestellt werden, wobei jedoch eine Herstellung aus einem harten,
formbaren oder leicht bearbeitbaren porösen Material vorgezogen wird.
Es wurde bei der vorstehenden Anwendung gefunden, dass nominale
Porengrössen von
0,2 bis 20 Mikron gut geeignet sind. weiterhin ist es nicht erforderlich,
dass das Mischrohr 20 zur Gänze aus porösem Material besteht. Beispielsweise
ist es möglich,
stromaufwärts
einer Austrittsspitze einen porösen
Ring eines nicht porösen
Mischrohres anzuordnen, wodurch eine ausreichende Schmierung der Innenflächen des
spitzen Austrittsbereiches erzielt wird, die die Erosion wesentlich
vermindert. Bei einer anderen Ausbildung kann sich der poröse Ring stromabwärts eines
nicht porösen
Bereiches befinden, wo die Abnutzung am grössten ist. Anderenfalls kann
ein Mischrohr aus aufgeschichteten porösen und nicht porösen Ringen
bestehen. Als noch andere Alternative kann ein Mischrohr mit übereinander
liegenden mehreren porösen
Ringen aufgebaut werden, in denen unterschiedliche Durchsatzmengen
an Schmiermittel vorliegen (beispielsweise aufgrund unterschiedlicher
Porositäten
oder Dicken).
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Während ein
gleichförmig
poröses
Material für
das Mischrohr 20 bevorzugt wird, kann gemäss einer
anderen Ausführungsform
eine Anzahl sehr feiner bis äusserst
feiner Löcher
in ein Mischrohr, welches aus einem nicht porösen Material besteht, gebohrt
werden (beispielsweise mittels eines Laserbohrers), um dieses Rohr
porös zu
machen.
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Es
wurden verschiedene Versuche unternommen, um das optimale poröse Material
für diese Anwendung
zu finden. Es wurde gefunden, dass sich unter Schwerkraft gesinterte
Materialien bei der vorliegenden Anwendung besser eignen als Materialien, die
zunächst
komprimiert und anschliessend gesintert wurden. Dies beruht auf
der Tatsache, dass poröse
Materialien während
der Bearbeitung für
die vorliegende Anwendung zu einem "Zuschmieren" oder "Blockieren" der Poren neigen, selbst wenn eine
Bearbeitung durch Funkenerosion (EDM) vorgenommen wird. Wiederholte
Bearbeitungsversuche mit verschiedenen nominalen Porengrössen im
Bereich von 0,2 bis 20 Mikron haben gezeigt, dass eine EDM-Bearbeitung
des Werkstoffes, der unter Schwerkraft gesintert war, mit opti mierten
EDM-Betriebsparametern (siehe unten) ein beträchtlich geringeres Zuschmieren
ergaben als die Bearbeitung von porösen Werkstoffen, die zuvor
unter Druck verdichtet worden waren.
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Die
optimalen EDM-Betriebsparameter zur Herstellung der unter Schwerkraft
gesinterten porösen
Materialien bestanden in niedriger Schneidgeschwindigkeit, niedrigen
Energiewerten und niedrigen Funkenfrequenzen bei einer Draht-Funkenerosionsmaschine.
Beispielsweise kann die Herstellung von porösen Mischrohren aus rostfreiem
Stahl 316 mit geringem Verschmieren durch Anwendung der folgenden
EDM-Parametern ausgeführt
werden: Schneidgeschwindigkeit = 0,38 mm/min, Funkenzyklus = 30 μs, Drahtdurchmesser
(Messing) = 0,25 mm, wobei die anderen Parameter maschinenspezifische Einstellungen
waren (d.h. Funkenenergie = 20% des Höchstwertes, Drahtgeschwindigkeit
= 20% des Höchstwertes,
Drahtspannung = 80% des Höchstwertes,
sowie Leitfähigkeit
des Wassers = 67% des Höchstwertes).
Nach der Bearbeitung werden die Mischrohre in eine leicht verdampfbare
Flüssigkeit eingebracht,
beispielsweise Methanol, und dann unter Verwendung von Ultraschall
gereinigt, um Bearbeitungsrückstände und
Kohlenstoffteilchen zu entfernen, die bei der Bearbeitung gebildet
werden.
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Als
Alternative zur Bearbeitung eines porösen, durch Schwerkraftsinterung
erzeugten Werkstoffes kann man die Verwendung eines porösen keramischen
Materials wählen
und dieses Material derart behandeln, dass der Kanal, welcher den
Eingang mit dem Ausgang eines Mischrohres verbindet, beim ursprünglichen
Formen des Rohres gebildet wird.
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Der
Durchsatz an eingebrachtem Schmiermittel wird durch den Druckunterschied über die Wandung
des Mischrohres 20 eingestellt, weiterhin über die
Viskosität
des Schmier mittels, die Durchlässigkeit
des porösen
Mediums und die Dicke der Wandung des Mischrohres. Der Druck im
Inneren des Mischrohres 20 ist wegen der Änderung
der Viskosität
der Suspension, die auf Änderungen
der Querschnittsfläche
des Mischrohres 20 beruht, nicht konstant, wobei auch Scherbeanspruchungen
entlang der Umfangswandung der Düse
des Mischrohres 20 eine Rolle spielen. Um an jedem Punkt
eine erwünschte
Durchflussmenge an Schmiermittel zu gewährleisten, kann die Dicke der
porösen
Wandungen des Mischrohres 20 verändert werden. Die exakte Form
des Mischrohres 20 kann durch Lösen der Bewegungsgleichungen
einer Flüssigkeitsströmung im porösen Medium
mit der vorgeschriebenen Durchflussgeschwindigkeit an jedem Punkt
als Grenzbedingungen bestimmt werden. Es ist daher möglich, eine
relativ exakte Zufuhrgeschwindigkeit zu erzielen.
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Es
wurde gefunden, dass die Effizienz dieser porösen Mischrohre im Betrieb beträchtlich
verbessert werden kann, wenn man die Schmiermittelflüssigkeit
vor ihrem Eintritt in das poröse
Material filtert. Ohne eine solche Filterung ist das poröse Material
in hohem Masse gegen ein Verstopfen mit Fremdkörpern, die sich in der Schmierflüssigkeit
befinden, anfällig.
Zum Filtern der Schmiermittelflüssigkeit
wurden Teile aus dem gleichen porösen Material verwendet.
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Wenn
man die Wandungen des Mischrohres schmiert, kann der Durchmesser
des Mischrohres 20 beträchtlich
vermindert werden, auf Werte, die nur etwas oberhalb des Durchmessers
der Schleifmittelteilchen liegen. Wenn beispielsweise der grösste Teilchendurchmesser
etwa 150 Mikron beträgt,
kann der Durchmesser des Mischrohres im Prinzip auf etwa 300 Mikron
vermindert werden, den Ölfilm
eingeschlossen. Typische Rohrdurchmesser liegen in der Grössenordnung
des Dreifachen des Durchmessers der Kammereintrittsöffnung bzw.
in der Grössenordnung
von 50 bis 3000 Mikron. Ein kleinerer Durchmesser des Mischrohres
schafft schärfere
und genauere Schnitte mit weniger Materialverlust am Werkstück. Als
weitere Folge des Schmierens der Wandung des Mischrohres, die der
Suspension ausgesetzt ist, kann die Geschwindigkeit dieser Suspension
auf beträchtlich
höhere
Werte beschleunigt werden, ohne dass die Wandungen des Rohres beschädigt werden,
was wiederum die Schleifwirkung de Suspension und ausserdem die
Schneidausbeute des Systems erhöht.
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Die
vorstehende Beschreibung bezieht sich auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung; es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass diese Einzelheiten
lediglich zum Zwecke der Erklärung
aufgeführt
wurden. Der Geltungsbereich der Erfindung wird von den Patentansprüchen definiert.