DE10051942A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von Werkstoffplatten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von WerkstoffplattenInfo
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Abstract
Ein Verfahren zum Schneiden von Werkstoffplatten mittels eines Hochdruckwasserstrahls, das mit einer besonders geringen Entwicklung von Lärm und Wasserstaub verbunden ist, zeichnet sich dadurch aus, daß im Bereich der Austrittstelle des HD-Wasserstrahls aus der Werkstoffplatte zur Absorption der Restenergie des HD-Wasserstrahls eine wassergefüllte Kammer mit einer Eintrittsöffnung für den HD-Wasserstrahl angeordnet wird. Zur Durchführung eignet sich ein Vorrichtung, die eine im Bereich der Austrittstelle des HD-Wasserstrahls aus der Werkstoffplatte (1) angeordnete, an einen Wasserkreislauf angeschlossene Kammer mit einer Eintrittsöffnung für den HD-Wasserstrahl hat.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur und eine Vorrich
tung zum Schneiden von Werkstoffplatten mittels eines Hoch
druckwasserstrahls.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt. Der Hochdruckwasser
strahl, nachfolgend kurz HD-Strahl, wird mittels einer Düse
mit einem Durchmesser von gewöhnlich unter 1 mm unter einem
Druck von 200 bis 400 MPa auf die liegend angeordnete Werk
stoffplatte, z. B. eine Kunststoff- oder eine Glasplatte,
gerichtet. Dem Wasser können abrasive Partikel beigemischt
sein. Die über der Werkstoffplatte angeordnete Düse fährt
die vorgegebene Schnittkontur ab und ist hierzu beispiels
weise auf einem in zwei zueinander orthogonalen Richtungen
verschiebbaren Schlitten montiert. Die Werkstoffplatte ruht
auf Auflagern über einer wassergefüllten Wanne. Der auf der
Unterseite der Werkstoffplatte im Bereich des geschnittenen
Spaltes austretende HD-Strahl prallt mit hoher Restenergie
auf die Wasseroberfläche, im Bereich der Auflager der Werk
stoffplatte jedoch auf erstere auf. Dadurch entstehen unter
beträchtlicher Lärmentwicklung große Mengen an Wasserstaub.
Soweit die Auflager von dem HD-Strahl getroffen werden, sind
sie einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt. Vor allem wenn
der HD-Strahl abrasive Partikel mitführt, kann die unter
seitige Oberfläche der Werkstoffplatte infolge von Rück
pralleffekten in Mitleidenschaft gezogen, insbesondere
mattiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, das
bzw. die mit einer erheblich geringeren Entwicklung von Lärm
und Wasserstaub verbunden sind.
Verfahrensmäßig ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im
Bereich der Austrittstelle des HD-Strahls aus der Werkstoff
platte zur Absorption der Restenergie des HD-Strahls eine
wassergefüllte Kammer mit einer Eintrittsöffnung für den HD-
Strahl angeordnet wird.
Statt also wie nach dem Stand der Technik den auf der Unter-
oder Rückseite der Werkstoffplatte austretenden HD-Strahl
auf eine freie Wasseroberfläche in einer wassergefüllten
Wanne aufprallen zu lassen, läßt man den HD-Strahl in eine
wassergefüllte Kammer eintreten. Die Abschirmwirkung der
Kammer mindert sowohl die Lärmentwicklung als auch die
Entstehung von freiem Wasserstaub beträchtlich. Damit ist
gleichzeitig die Ursache für die Entstehung mattierter
Stellen auf der rückseitigen Oberfläche der Werkstoffplatte
beseitigt.
Gleichzeitig ist erstmalig die Möglichkeit geschaffen, die
Werkstoffplatte etwa lotrecht stehend zu schneiden (Anspruch
2). Diese Arbeitsweise ist erheblich platzsparender als das
Arbeiten mit liegender Werkstoffplatte.
Zum Schneiden wird, wie an sich bekannt, eine Relativbewe
gung zwischen der Werkstoffplatte und dem HD-Strahl ent
sprechend einer vorgegebenen Schnittkontur erzeugt (Anspruch
3). Dabei kann längs einer Richtung mit stillstehender Werk
stoffplatte und Verfahren der Düse, in der dazu orthogonalen
Richtung mit stillstehender Düse und Verfahren der Platte
gearbeitet werden. Die wassergefüllte Kammer bleibt jedoch
stets der Düse zugeordnet, verfährt also synchron mit die
ser. Insbesondere kann eine ortsfeste, durchgehende Aufla
gefläche, also ein Tisch bei liegender Werkstoffplatte oder
eine Stützwand bei stehender Werkstoffplatte, die lediglich
einen Schlitz längs der Bewegungsrichtung der Düse aufweist,
verwendet werden.
Die Kammer liegt zweckmäßig in einem Wasserkreislauf (An
spruch 4), hat also mindestens eine Wassereintritts- und
eine Wasseraustrittsöffnung, um einerseits die Kammer, ins
besondere beim Schneiden in stehender Lage der Werkstoff
platte, gefüllt zu erhalten und andererseits überschüssiges
Wasser abzuführen.
Für diesen Fall empfiehlt es sich, daß der Wasserkreislauf
zumindest annähernd synchron zu dem HD-Strahl ein- und
ausgeschaltet wird (Anspruch 5).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Kammer eine
gleichsinnig zu dem HD-Strahl gerichtete Wasserströmung
erzeugt wird (Anspruch 6), denn hierdurch wird die Lärm
entwicklung und die Bildung von Wasserstaub nochmals be
trächtlich gemindert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist vorrich
tungsmäßig gelöst durch eine im Bereich der Austrittstelle
des HD-Strahles aus der Werkstoffplatte angeordnete, an
einen Wasserkreislauf angeschlossene Kammer mit einer Ein
trittsbohrung für den HD-Strahl (Anspruch 7).
Zweckmäßig hat die Kammer eine in der Verlängerung der Achse
der Düse liegende Wasserauslaßöffnung (Anspruch 8). Dabei
kann es sich um die einzige oder um eine zusätzliche Wasser
auslaßöffnung handeln. In der Kammer entsteht dadurch eine
mit dem HD-Strahl gleichgerichtete Strömung. Diese Strömung
trägt zur lärmarmen Absorption der Restenergie des HD-Strah
les bei und hält die Bildung von Wasserstaub, insbesondere
von auf die rückseitige Oberfläche der Werkstoffplatte
zurückschlagendem Wasserstaub, gering.
Bevorzugt umfaßt die Kammer ein Rohr, dessen Achse zumindest
annähernd mit der Achse der Düse zusammenfällt, wobei das
Rohr düsenseitig eine Stirnplatte mit der Eintrittsbohrung
für den HD-Strahl hat (Anspruch 9).
Das Rohr kann von einer mindestens einen Wasserzufuhran
schluß aufweisenden Ringkammer umschlossen sein, die in das
Rohr über eine nahe dem Eintritt des HD-Strahles ausgebil
dete Ringdüse mündet, die in dem Rohr eine ringförmige,
annähernd gleichsinnig zu dem HD-Strahl gerichtete Wasser
strömung erzeugt (Anspruch 10). Die ringförmige Wasserströ
mung, der zusätzlich durch Leitflächen in der Ringdüse oder
in dem Rohr eine Drallbewegung aufgeprägt werden kann, führt
bei ausreichender Strömungsgeschwindigkeit zu einer trich
terförmigen Luft/Wasser-Grenzfläche im Anschluß an die
Eintrittsbohrung, weil die Strömungsgeschwindigkeit des
Wassers in dem Rohr längs dessen Achse am größten ist. Der
eintretende HD-Strahl trifft erst im tiefsten Punkt dieses
Trichters auf das Wasser in dem Rohr. Die kinetische Energie
des HD-Strahles wird dadurch besonders lärm- und spritzarm
vernichtet.
Dieser Effekt wird noch weiter unterstützt, wenn die Ring
kammer über Bohrungen mit einer hinter der Stirnplatte in
der Kammer ausgebildeten, scheibenförmigen Ringspaltdüse
verbunden ist, die in einen Kammervorraum mündet, dessen
Durchmesser größer als der Durchmesser der Eintrittsbohrung
ist (Anspruch 11). Zugleich hat diese Ausführungsform den
Vorteil, daß bei Aktivierung des Wasserkreislaufes durch die
Kammer jedoch noch nicht aktiviertem HD-Strahl aus der Ein
trittsbohrung der Kammer wenig oder kein Wasser austritt.
Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung
erläutert, in der beispielsweise gewählte Vorrichtungen zur
Durchführung des Verfahrens in schematisch vereinfachter
Form dargestellt sind. Es zeigt:
Fig. 1 Eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durch
führung des Verfahren nach der Erfindung mit
einer ersten Ausführungsform der den Hochdruck
wasserstrahl aufnehmenden Kammer,
Fig. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung,
Fig. 3 eine zweite, verbesserte Ausführungsform der was
sergefüllten Kammer im Längsschnitt, und
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Kammer gemäß
Fig. 3.
In der Vorrichtung nach Fig. 1 wird eine Werkstoffplatte,
z. B. eine Glasscheibe 1, näherungsweise lotrecht stehend
mittels eines aus einer Düse 2 austretenden Hochdruckwasser
strahles geschnitten. Die Glasscheibe steht auf einem Trans
portrollen 4 umfassenden Horizontalförderer auf und liegt
gegen eine leicht geneigte Stützwand 5 an. Die Stützwand
befindet sich in einem Maschinengestell 6. Derartige
Stützwände, die einen reibungsarmen Horizontaltransport der
Glasscheibe 1 ermöglichen, sind in Form von Rollenfeldern,
Walzenfeldern und Luftkissenwänden insbesondere als Teil von
Isolierglasfertigungslinien bekannt. Die Stützwand ist von
einem etwa lotrecht verlaufenden Schlitz 7 unterbrochen,
(vergl. Fig. 2). Etwa in Höhe des Schlitzes befindet sich
vor der Stützwand eine etwa lotrechte Führungssäule 8, die
auf einem Schlitten 9 die Düse 2 trägt, deren Achse zumin
dest annähernd rechtwinklig zu der Ebene der Glasscheibe 1
ausgerichtet ist und den Schlitz 7 durchsetzt. Die Düse 2
ist längs der Säule 8 mittels nicht dargestellter Antriebe
verfahrbar und wird über einen Anschluß 3 mit Wasser unter
hohem Druck, dem abrasive Partikel beigemischt sind, aus
einer an sich bekannten und daher nicht dargestellten Hoch
druckpumpe versorgt. Durch aufeinanderfolgendes Verfahren
der Düse 2 längs der Säule 8 oder der Glasscheibe 1 mittels
des Horizontalförderers 4 kann die Glasscheibe 1 längs
beliebiger, aufeinander rechtwinklig stehender Linien ge
schnitten werden. Durch aufeinander abgestimmtes, gleichzei
tiges Verfahren sowohl der Düse 2 als auch der Glasscheibe
1 können auch gebogene Schnittlinien abgefahren werden.
Der HD-Wasserstrahl durchquert den Schlitz 7 und trifft
hinter der Stützwand auf eine Öffnung in einer wassergefüll
ten Kammer 10. Die Kammer 10 ist an einer vertikalen Säule
11 synchron zu der Düse 2 verfahrbar. In der der Stützwand
5 zugewandten Stirnwand der Kammer 10 befindet sich in der
Verlängerung der Achse der Düse 2 eine Eintrittsöffnung 12
für den HD-Wasserstrahl. Die Eintrittsöffnung 12 ist über
einen angedeuteten Schieber 12a mit einem nicht gezeichneten
Stellantrieb verschließbar. Der Abstand der Stirnwand von
der Rückseite der Stützwand 5 und der Durchmesser des ange
deuteten Wasserstrahls sind übertrieben groß dargestellt.
Die Kammer 10 wird aus einem Tank 13 über eine Pumpe 14, ein
Filter 15 und einen Schlauch 16 über einen oberen Anschluß
10a mit Wasser versorgt. Über einen unteren Anschluß 10b
läuft das Wasser zurück in den Tank 13. Eine Überlaufleitung
17 verhindert, daß in der Kammer 10 ein Überdruck entsteht.
Bei eingeschaltete Pumpe 14 wird der Schieber 12a geöffnet,
unmittelbar bevor der HD-Wasserstrahl zu schneiden beginnt.
Der auf der Rückseite der Glasscheibe 1 austretende HD-
Strahl durchquert den Spalt in der Stützwand 5 und tritt in
die wassergefüllte Kammer 10 über die Öffnung 12 in deren
Stirnwand ein. Dadurch wird die immer noch erhebliche, rest
liche kinetische Energie des HD-Wasserstrahles lärmarm und
unter Entstehung von nur geringen Mengen an Wasserstaub
vernichtet.
Fig. 2 zeigt eine stark vereinfachte Stirnansicht der
Vorrichtung. Der Spalt 7 erstreckt sich über die gesamte
Höhe der Stützwand 5. Die Doppelpfeile A und B symbolisieren
die Bewegungsrichtung einerseits der Düse 2 längs der Füh
rungssäule 8, andererseits der Glasscheibe 1 auf den Trans
portrollen 4. Die Transportrollen können in an sich bekann
ter Weise angetrieben sein. Statt dessen kann oberhalb der
Transportrollen 4 eine angedeutete Mitnahmeeinrichtung,
bestehend z. B. aus einer Führungsschiene 20, die über eine
Zahnstange und einen Schrittmotor (nicht dargestellt) beweg
bar ist und aus einem Saugkopf 21, der gegen die Vorderseite
der Glasscheibe 1 anlegbar ist, vorgesehen sein. Derartige
Transportvorrichtungen sind dem Fachmann an sich bekannt und
bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.
Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen eine verbesserte und
bevorzugte Ausführungsform einer wassergefüllten Kammer 30,
in der im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 1 ein
zur Richtung des HD-Wasserstrahls gleichgerichteter Wasser
strom in der Kammer erzeugt wird. Hierzu umfaßt die Kammer
ein Rohr 40, das von einer Halterung 41 konzentrisch um
schlossen wird, die ihrerseits von einem Gehäuse 42 umgeben
ist, das zwei sich diametral gegenüberliegende Wasseran
schlüsse 43 und 44 hat, die in eine Ringkammer 45 münden.
Die Ringkammer 45 verengt sich in Richtung der der Düse 2
zugewandten Stirnwand der Kammer 30 zu einer Ringdüse 46,
die in den Anfang des Rohres 40 mündet und derart geformt
ist, daß eine durch die Pfeile angedeutete Wasserströmung in
dem Rohr 40 entsteht, die von der Düse 2 wegweist. Die
Stirnseite des Gehäuses 42 hat eine zur Achse des Rohres 40
symmetrische, flache Ausdrehung, die über Bohrungen 48 mit
der Ringdüse verbunden ist. Die Ausdrehung ist von einer
Stirnplatte 49 abgedeckt, in der sich die Eintrittsöffnung
50 für den HD-Strahl befindet. Die Ausdrehung bildet zusam
men mit der Stirnplatte 49 eine scheibenförmige Ringspalt
düse 51, die eine wiederm durch Pfeile in Fig. 3 angedeutete
Wasserströmung entstehen läßt, die durch Abstimmung der
beteiligten Querschnitte und bei ausreichender Geschwindig
keit der Wasserströmung in dem Rohr 40 dafür sorgt, daß aus
der Eintrittsöffnung 50 kein oder nur sehr wenig Wasser
austritt, solange der HD-Strahl nicht eingeschaltet ist.
Insbesondere kann auf diese Weise eine trichterförmige
Luft/Wasser-Grenzfläche im Anschluß an die Eintrittsöffnung
50 erzeugt werden. Nach dem Aktivieren des HD-Strahls trifft
dieser etwa in der Achse des Rohres 40 etwa im tiefsten
Punkt des Trichters auf die Wasserströmung in dem Rohr. Auf
diese Weise wird die kinetische Energie des HD-Strahles
besonders lärm- und spritzarm vernichtet.
Optional kann auch für die Eintrittsöffnung 50 ein Schieber
(nicht dargestellt) entsprechend dem Schieber 12a in Fig. 1
vorgesehen sein.
Claims (11)
1. Verfahren zum Schneiden von Werkstoffplatten mittels
eines Hochdruckwasserstrahls, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Austrittstelle des HD-Wasserstrahls
aus der Werkstoffplatte zur Absorption der Restenergie
des HD-Wasserstrahls eine wassergefüllte Kammer mit
einer Eintrittsöffnung für den HD-Wasserstrahl ange
ordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Werkstoffplatte etwa lotrecht stehend geschnitten
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß eine Relativbewegung zwischen der Werkstoff
platte und dem HD-Wasserstrahl entsprechend einer vor
gegebenen Schnittkontur erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kammer in einem Wasserkreis
lauf liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wasserkreislauf zumindest annähernd synchron zu
dem HD-Wasserstrahl ein- und ausgeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Kammer eine gleichsinnig zu
dem HD-Wasserstrahl gerichtete Wasserströmung erzeugt
wird.
7. Vorrichtung zum Schneiden einer Werkstoffplatte (1)
mittels eines Hochdruckwasserstrahls, insbesondere zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 6, gekennzeichnet durch eine im Bereich der Aus
trittstelle des HD-Wasserstrahls aus der Werkstoff
platte (1) angeordnete, an einen Wasserkreislauf ange
schlossene Kammer (10; 30) mit einer Eintrittsöffung
(50) für den HD-Wasserstrahl.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer (30) eine in der Verlängerung der Achse
der Düse (2) liegende Wasserauslaßöffnung hat.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kammer (30) ein Rohr (40) um
faßt, dessen Achse zumindest annähernd mit der Achse
der Düse (2) zusammenfällt und daß das Rohr (40) dü
senseitig eine Stirnplatte (49) mit der Eintrittsöff
nung (50) für den HD-Wasserstrahl hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (40) von einer mindestens einen Wasser
zuführanschluß (43, 44) aufweisenden Ringkammer (45)
umschlossen ist, die in das Rohr (40) über eine nahe
dem Eintritt (bei 50) des HD-Wasserstrahles ausgebil
dete Ringdüse (46) mündet, die in dem Rohr (40) eine
ringförmige, annähernd gleichsinnig zu dem HD-Wasser
strahl gerichtete Wasserströmung erzeugt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringkammer (45) über Bohrungen (48) mit einer
hinter der Stirnplatte (49) in der Kammer (30) ausge
bildeten, scheibenförmigen Ringspaltdüse (51) verbun
den ist, die in einen Vorraum (52) mündet, dessen
Durchmesser größer als der Durchmesser der Eintritts
öffnung (50) ist.
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