EP0873220A1 - Modularer abrasivmittelwasserstrahl-schneidkopf - Google Patents

Modularer abrasivmittelwasserstrahl-schneidkopf

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EP0873220A1
EP0873220A1 EP97910259A EP97910259A EP0873220A1 EP 0873220 A1 EP0873220 A1 EP 0873220A1 EP 97910259 A EP97910259 A EP 97910259A EP 97910259 A EP97910259 A EP 97910259A EP 0873220 A1 EP0873220 A1 EP 0873220A1
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EP
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water jet
cutting head
abrasive
modular
speed water
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EP97910259A
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EP0873220B1 (de
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Ulrich Günther
Lutz Lemmin
Rainer Strehle
Harry Thonig
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Trumpf Sachsen GmbH
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Sachsische Werkzeug und Sondermaschinen GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/005—Vibratory devices, e.g. for generating abrasive blasts by ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04—Nozzles therefor

Definitions

  • the invention relates to a modular abrasive water jet cutting head with targeted addition of abrasive.
  • the cutting jet is covered with a water jacket (DE-OS 4005691).
  • a water jacket DE-OS 4005691
  • a cutting beam evenly loaded with abrasive particles is a requirement for a clean, even cut.
  • the one-sided uneven distribution of the particles in the mixing chamber and the thus untargeted supply of particles to the circumference of the water jet flowing through the mixing chamber centrally of the cutting heads described above there is no uniform particle jet as is desired.
  • An asymmetrically loaded mixed jet can cause an uneven cut and wear on one side of the focusing nozzle.
  • the purpose and object of the invention is to apply abrasive particles to the surface of the cutting beam in the respective cutting direction in order to increase the cutting performance while reducing the use of abrasive.
  • the knowledge that only the abrasive particles located on the surface of the cutting beam in the cutting direction take effect means that the previously known mixing chamber is filled with a metering insert, the bore of which is the passage of the cutting beam, to which a line nestles laterally . From this widening, at a ratio of the diameter of the abrasive particles to that of the cutting jet of approximately 1: 4, abrasive particles are applied to the surface of the cutting jet in a track from 30 ° to 60 ° wide. By rotating the cutting head or the dosing insert about the axis of the cutting beam according to the cutting parameters, the track covered with abrasive agent emerges from the focusing nozzle on the side of the cutting beam facing the cutting direction.
  • the angle of rotation for the cutting head can be reduced or the Cutting head can be rigidly attached.
  • the modular abrasive water jet cutting head there is an adjustment element with which an adjustment of these parts is carried out individually and / or completely to ensure the alignment of the jet-guiding elements and thus to ensure collimation of the jet-forming head components.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a modular cutting head in principle
  • Fig. 2 shows a metering insert in longitudinal section
  • Fig. 3 shows a metering insert in cross section
  • a modular cutting head 1 is connected to a collimation tube 2 with a high-pressure connection 3.
  • a nozzle block 4 stands in front of the end of the collimation tube 2. Starting from the nozzle block 4, the entire modular cutting head 1 runs through a central channel 6 along its central axis 5.
  • the modular cutting head 1 is encased by a housing 7, which is closed off by a focusing nozzle holder 8 is.
  • the modular cutting head 1 is held by screws 9.
  • a mixing chamber 10 which contains a metering insert 12 provided with an expansion 11.
  • the dosing insert 12 is positioned in the mixing chamber 10 with a spacer 13.
  • An abrasive feed line 14 opens laterally into the mixing chamber 10.
  • the widening 11 is located in front of the abrasive feed line 14.
  • the focusing chamber 15 is followed by a focusing nozzle 15 held by the focusing nozzle holder 8 in the axial direction of the modular cutting head 1.
  • a high-speed water jet 16 generated by the nozzle stone 4 flows in the axial direction along the central axis 5 through the modular cutting head 1 in the central channel 6.
  • a trace of abrasive is applied to a jacket section of the high-speed water jet 16.
  • the bore 18 in the middle of the dosing insert 12, which is fixed by means of a groove 17.
  • the bore 18 has a diameter approximately equal to the strength of the high speed water jet 16.
  • the wall of the bore 18 is cut open by the widening 11.
  • the abrasive is only applied to the jacket section of the high-speed water jet 16 located in front of the expansion 11.
  • the modular cutting head 1 is rotated so that at the exit of the Focusing nozzle 15 always leaves the trace of the abrasive on the side of the high-speed water jet 16 located in the cutting direction.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Description

Modularer Abrasivmittel asserstrahl-Schneidkopf
Die Erfindung betrifft einen modularen Abrasivmittelwasser- strahl -Schneidkopf mit gezielter Abrasivmittelzugabe .
Es ist bekannt, m den Schneidwasserstrahl ein Abrasivmittel wie Granate oder Korunde zu mischen, um die Schneidwirkung des Schneidwasserstrahls zu vergrößern. Dazu wird das Abrasivmittel in einer Mischkammer, die von dem Wasserstrahl senkrecht durchströmt wird, dem Wasserstrahl von der Seite möglichst auf den gesamten Umfang gleichmäßig zugeführt (EP 221236) .
Um Auskolkungen in der Mischkammer durch das Abrasivmittel zu vermeiden, ist es bekannt, diese durch abgelagertes Abrasivmittel zu schützen (DEOS 3844344) , so daß das Abrasivmiutel durch Spritzwasser m den Wasserstrahl gezielt und direkt hmemgewa- schen wird. Um dies zu verstärken, wird das Abrasivmittel beschleunigt unter einem spitzen Winkel (GM 9402936.9; und unter Druck (DE-OS 4005691) in die Mischkammer gegeben.
Um die Fokussierdüse vor der Wirkung des Abrasivmitteis zu schützen, wird der Schneidstrahl mit einem Wassermantel umhüllt (DE-OS 4005691) . Zur besseren Einmischung des Abrasivmittels in den Wasserstrahl ist es bekannt, die Fokussierdüse trichterförmig an der Einlaßseite zu erweitern (EP 110529) .
Nach der OS-DE 3516103 ist ein gleichmäßig mit abrasiven Partikeln befrachteter Schneidstrahl Bedingung für einen sauberen, gleichmäßigen Schnitt. Bei der einseitig ungleichmäßigen Verteilung der Partikel in der Mischkammer und der somit ungezielten Partikelzufuhr zum Umfang des die Mischkammer zentral durchströmenden Wasserstrahls der vorher beschriebenen Schneidköpfe ergibt sich kein gleichförmiger Partikelstrahl, wie er erwünscht ist. Ein asymmetrisch befrachteter Mischstrahl kann einen ungleichmäßigen Schnitt und einen einseitigen Verschleiß der Fokussierdüse bewirken.
Genaue Untersuchungen haben ergeben, daß nur die an der Oberfläche m Schnittrichtung des Mischstrahles befindlichen Abrasivpartikel eine Schmttleistung bringen. Die im Inneren des Schneidstrahles oder an der der Schnittrichtung abgekehrten Seite des Strahles befindlichen Abrasivpartikel bringen keine Schnittleistun . Zweck und Aufgabe der Erfindung ist es, auf die Oberfläche des Schneidstrahles in der jeweiligen Schnittrichtung Abrasivpartikel aufzubringen, um damit die Schnittleistung bei Verringerung des Abrasivmitteleinsatzes zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches gelöst . Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erkenntnis, daß nur die an der Oberfläche des Schneidstrahls in der Schnittrichtung befindlichen abrasiven Partikel wirksam werden, führt dazu, daß die bisher bekannte Mischkammer mit einem Dosiereinsatz gefüllt ist, dessen Bohrung der Durchlauf des Schneidstrahls ist, an den sich eine Auf eitung seitlich anschmiegt . Von dieser Aufweitung aus werden bei einem Verhältnis des Durchmessers der Abrasivpartikel zu dem des Schneidstrahl von etwa 1 : 4 auf die Oberfläche des Schneidstrahles in einer Spur von 30° bis 60° Breite Abrasivpartikel aufgebracht. Durch eine entsprechend den Schneidparametern gesteuerte Drehung des Schneidkopfes oder des Dosiereinsatzes um die Achse des Schneidstrahles erfolgt der Austritt der mit Abrasivmittel belegten Spur aus der Fokussierdüse an der zur Schnittrichtung stehenden Seite des Schneidstrahls. Durch Verwendung eines Dosiereinsatzes mit mehreren gleichmäßig um den Schneidstrahl verteilten Auf- weitungen zur Zuführung der Abrasivpartikel, von denen jeweils nur die ungefähr in Schnittrichtung befindliche/n Aufweitung/en mit Abrasivpartikeln beschickt ist/sind, kann der Drehwinkel für den Schneidkopf verringert bzw. der Schneidkopf starr befestigt werden. In dem modularen Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf befindet sich ein Justierelement, mit dem einzeln und/oder komplett zur Sicherung der Fluchtung der strahlführenden Elemente und damit zur Sicherung einer Kollimination der strahlbildenden Kopfkomponenten eine Justage dieser Teile erfolgt .
Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbei- spiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen modularen Schneidkopf im Prinzip
Fig. 2 einen Dosiereinsatz im Längsschnitt
Fig. 3 einen Dosiereinsatz im Querschnitt
Ein modularer Schneidkopf 1 ist an einem Kollimationsrohr 2 mit einem Hochdruckanschluß 3 angeschlossen. Vor dem Ende des Kolli- mationsrohrs 2 steht ein Düsenstein 4. Von Düsenstein 4 ausgehend durchläuft den gesamten modularen Schneidkopf 1 entlang dessen Mittelachse 5 ein Zentralkanal 6. Der modulare Schneidkopf 1 wird von einem Gehäuse 7 ummantelt, das mit einem Fokus- sierdüsenhalter 8 abgeschlossen ist . Durch Schrauben 9 wird der modulare Schneidkopf 1 gehaltert .
Im Innenraum des Gehäuses 7 befindet sich eine Mischkammer 10, die einen mit einer Aufweitung 11 versehenen Dosiereinsatz 12 enthält. Mit einer Distanzscheibe 13 wird der Dosiereinsatz 12 in der Mischkammer 10 positioniert. In die Mischkammer 10 mündet seitlich eine Abrasivmittelzuleitung 14. Vor der Abrasivmittel - Zuleitung 14 befindet sich die Aufweitung 11. An die Mischkammer 10 schließt sich in Achsrichtung des modularen Schneidkopfs 1 eine von dem Fokussierdüsenhalter 8 gehaltene Fokussierdüse 15 an. Ein von dem Düsenstein 4 erzeugter Hochgeschwindigkeitswasserstrahl 16 durchströmt in Achsrichtung entlang der Mittelachse 5 den modularen Schneidkopf 1 im Zentralkanal 6. Im Dosiereinsatz 12 wird auf einen Mantelausschnitt des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls 16 eine Spur Abrasivmittel aufgebracht. Dazu befindet sich eine Bohrung 18 in der Mitte des Dosiereinsatz 12, der mittels einer Nut 17 fixiert ist. Die Bohrung 18 hat einen ungefähr der Stärke des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls 16 entsprechendem Durchmesser. Die Wandung der Bohrung 18 ist durch die Aufweitung 11 aufgeschnitten. Das Abrasivmittel wird nur auf dem vor der Aufweitung 11 befindlichen Mantelausschnitts des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls 16 aufgebracht. Der modulare Schneidkopf 1 wird beim Schneiden so gedreht, daß am Ausgang der Fokussierdüse 15 die Spur des Abrasivmittels stets auf der in Schnittrichtung befindlichen Seite des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls 16 austritt.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:
1 Schneidkopf
2 Kollimationsrohr
3 Hochdruckanschluß
4 Düsenstein
5 Mittelachse
6 Zentralkanal
7 Gehäuse
8 Fokussierdüsenhalter
9 Schraube
10 Mischkammer
11 Aufweitung
12 Dosiereinsatz
13 Distanzscheibe
14 Abrasivmittelzuleitung
15 Fokussierdüse
16 Hochgeschindigkeitswasserstrahl
17 Nut
18 Bohrung

Claims

Patentansprüche :
1) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf (1) mit einen Hochgeschwindigkeitswasserstrahl (16) abgebender Düse (4) , vom Hochgeschwindigkeitswasserstrahl (16) durchlaufener Mischkammer (10) , Abrasivmittelzuleitung (14) und den Ausgang der Mischkammer (10) bildender Fokussierdüse (15) , dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Mischkammer (10) ein Dosiereinsatz (12) mit einer Bohrung (18) zur Aufnahme des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) befindet, dessen Bohrung (18) seitlich eine Aufweitung (11) hat, die sich an den
Durchlauf des Hochgeschwindigkeitswasserstrahl (16) anschmiegt und von der aus eine an der Fokussierdüse (15) auf der in Schnittrichtung befindlichen Seite des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) austretende Spur von Abrasivmittel auf die Mantelfläche des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) gegeben wird.
2) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AufWeitung (11) zu einem Schlitz verengt ist, der nur wenig breiter als der Durchmesser der stärksten Abrasivmittelpartikel ist.
3) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkopf (1) um die Achse des Hochgeschwindigkeitswasserstrahles (16) drehbar ist .
4) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiereinsatz (12) um die Achse des Hochgeschwindigkeitswasserstrahles (16) drehbar ist.
5) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiereinsatz (12) um den Durchlauf des Hochgeschwindigkeitswasserstrahls (16) verteilt mehrere AufWeitungen (11) hat, von denen nur jeweils eine gesteuert mit Abrasivmittel beschickt ist. 6) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dosiereinsatz (12) alternativ nur eine ungefähr in schnittrich- tung befindliche Aufweitung (11) gesteuert geöffnet ist.
7) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dosiereinsatz (12) mehrere ungefähr in Schnittrichtung befindliche AufWeitungen einzeln in Folge oder gleichzeitig geöffnet sind.
8) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Dosiereinsatz (12) eine Vibrationsquelle angeschlossen ist.
9) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Fokussierdüse (15) eine mit der AufWeitung (11) in dem Dosiereinsatz
(12) korespondierende Führungsnut befindet.
10) Modularer Abrasivmittelwasserstrahl -Schneidkopf (1) nach An- spuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Justierelement zur Fluchtung der strahlführenden Elemente enthält.
EP97910259A 1996-10-04 1997-10-04 Modularer abrasivmittelwasserstrahl-schneidkopf Expired - Lifetime EP0873220B1 (de)

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DE19640921A DE19640921C1 (de) 1996-10-04 1996-10-04 Modularer Abrasivmittelwasserstrahl-Schneidkopf
DE19640921 1996-10-04
PCT/DE1997/002290 WO1998015385A1 (de) 1996-10-04 1997-10-04 Modularer abrasivmittelwasserstrahl-schneidkopf

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EP0873220A1 true EP0873220A1 (de) 1998-10-28
EP0873220B1 EP0873220B1 (de) 2002-03-27

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US (1) US6012653A (de)
EP (1) EP0873220B1 (de)
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