DE19618523A1 - Einrichtung zum Abfangen des Schneidstrahls von Wasserstrahl - Bearbeitungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Abfangen des Schneidstrahls von Wasserstrahl­ bearbeitungsanlagen, wie zum Beispiel Wasserstrahlschneidanlagen und Wasserstrahldrehbänke Wasserstrahlschneidanlagen werden beispielsweise zum Schneiden von plattenförmigen Materialien aus den unterschiedlichsten Werkstoffen verwendet. Es gibt Schneidanlagen, die mit reinem Wasser schneiden, als auch Anlagen, die mit einem Abrasivwasserstrahl arbeiten, wobei dabei dem Wasserstrahl noch ein scharfkantiges Abrasiv beigemischt wird.

Bei den bekannten Schneidanlagen weist der Wasserstrahl einen Durchmesser von 0,2 bis 0,4 mm auf und besitzt vor der Strahlaustrittsdüse einen Druck von ca. 4 _* 10⁸ Pa (4000 bar). Durch die Strahldüse wird die kinetische Energie des Wasserstrahls erhöht. Beim Abrasivschneiden wird in einer speziellen Mischkammer vor dem Strahl ein Abrasiv angesaugt und tritt dann über eine Hartmetalldüse als Wasser-Abrasiv-Gemisch aus dieser Düse (Fig. 1) aus, der Durchmesser dieses Wasser-Abrasiv-Strahls beträgt 0,6 bis 1 mm.

Der hinter dem Schnitt austretende, auch nach der geleisteten Schneidarbeit noch immer relativ energiereiche Wasser- bzw. Wasser-Abrasiv-Strahl, wird aus Sicherheitsgründen abgefangen.

Zum Abfangen des Strahls ist es bekannt, den Wasserstrahl in einen mit Wasser gefüllten Behälter zu leiten. Gewöhnlicherweise werden alle zu bearbeitenden Teile direkt über entsprechende Haltevorrichtungen auf den Wasserbehältern montiert. Diese Technik erlaubt allerdings nur das Bearbeiten von plattenförmigen bzw. näherungsweise ebenen Werkstücken.

Bei gekrümmten Werkstücken oder Hohlkörpern ist ein Auffangen des Strahls mit der oben beschriebenen Technik nicht möglich. Wird die Wasserstrahlschneidanlage mit reinem Wasser ohne Zugabe eines Abrasivs betrieben, so läßt sich zum Abfangen eine Vorrichtung wie sie z. B. in DE 35 18 166 C1 beschrieben ist, verwenden. Diese Einrichtung besteht aus einem Käfig mit einer Kugel, ist bei einem Abrasivwasserstrahl jedoch nicht einsetzbar, da sich das Abrasiv zwischen der Kugel und der Wand anlagert und dabei die Kugel am Bewegen hindert. Als Folge davon wird die Kugel durch den Abrasivwasserstrahl durchbohrt und die Vorrichtung damit unbrauchbar.

Speziell bei Hohlkörpern muß der Wasserstrahl auf kürzest möglichen Wege nach erfolgtem Schneidvorgang abgefangen werden, wobei darauf zu achten ist, daß die verwendeten Abrasivmaterialien nicht an der Abfangvorrichtung abprallen und den zu schneidenden Körper an der Rückseite beschädigen. Aus diesem Grunde scheiden Prallplatten zum Abfangen des Abrasivwasserstrahls, wie sie in der DE 28 13 498 A1 beschrieben sind, aus.

Aufgabe ist es eine Einrichtung zum Abfangen eines Wasserstrahls mit Abrasiv derart auszugestalten, daß die Energie des Wasser-Abrasiv-Strahles innerhalb eines kleinen (gegenüber den Abmessungen des Werkstücks) Raumes vernichtet wird.

Die gestellte Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der Schneidstelle am Werkstück nachgeordnete Abfangeinrichtung einen Strahlabfangkäfig mit drehbar gelagerten, vom Schneidstrahl beaufschlagten und antreibbaren Auffangkörpern aufweist. Durch diese ausgebildete Abfangeinrichtung wird einerseits durch die Rotation der Abfangkörper und durch den möglichen Ortswechsel der Abfangkörper innerhalb des Strahlabfangkörpers ein ständiger Wechsel der Auftreffstelle an der Oberfläche des Abfangkörpers durch den Schneidstrahl erzielt, andererseits ist die Austrittsstelle des Wasser-Abrasiv-Strahls nach dem Schneidvorgang nicht immer an der selben Stelle, so daß während des Schneidens unterschiedliche Strahlabfangkörper mit dem Strahl beaufschlagt werden. Damit werden die Strahlabfangkörper gleichmäßig abgenutzt, was gegenüber bisher bekannten Maßnahmen zu einer erheblich längeren Standzeit führt.

Die hier geschilderte Einrichtung würde allerdings bei einen- Abrasivwasserstrahl sehr schnell mit Abrasiv aufgefüllt, was dazu führt, daß die Drehung der Abfangkörper verhindert wird und die Abfangkörper sehr schnell durch den Abrasivwasserstrahl zerstört werden. Dies wird bei der Einrichtung erfindungsgemäß dadurch verhindert, daß der Strahlabfangkäfig mit einem Fluid (Flüssigkeit oder Gas) durchströmt wird und die Abfangkörper um strömt werden, wodurch das Abrasivmaterial laufend zwischen den Abfangkörpern herausgespült und damit die einwandfreie Funktion der Abfangkörper gewährleistet wird. Dies kann auch dadurch geschehen, daß die Abfangkörper in einem nach unten hin offenen Strahlabfangkäfig auf Wellen gelagert oder durch eine andere Einrichtung derart geführt werden, daß sich die Abfangkörper innerhalb des Strahlabfangkäfigs bewegen können.

Die Einrichtung verhindert das Zurückprallen der Abrasivmaterialien nach dem Abfangen indem das Spülwasser so einreguliert wird, daß es die Abfangkörper gut bedeckt und damit ein Zurückprallen der Abrasivmaterialien von den Abfangkörpern verhindert.

Die Größe der Einrichtung zum Abfangen richtet sich nach Länge und Durchmesser bzw. Länge, Breite und Höhe der zu bearbeitenden Werkstücke.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt, in der folgenden Beschreibung wird die Funktionsweise am Beispiel des Fluids Wasser diskutiert.

Es zeigt Fig. 2 eine nach unten offene Einrichtung zum Abfangen von Abrasivwasserstrahlen (Strahlfänger). Dieser Strahlfänger weist einen Stahlkäfig (2) auf, der 4 Seitenwände aber keinen Deckel oder Boden hat. Zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden sind Achsen (11) angeordnet, auf denen die Abfangkörper (3) gelagert sind. Die beiden übereinander liegenden Achslagen sind gegeneinander auf Lücke angeordnet, so daß der Strahl nie ungehindert durch die Strahlabfangeinrichtung fließen kann. Die Strahlabfangeinrichtung wird über die Befestigungsstange (6) an der Wasserstrahlanlage befestigt und über eine, hier nicht dargestellte Nachführeinrichtung so geführt, daß der Strahlfänger immer an der Austrittsstelle des Strahls nach der Bearbeitungsaufgabe plaziert ist.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Strahlfänger aus einem Stahlkäfig (2) der aus vier Seiten und einem Boden besteht. In diesem Käfig sind zur Energieaufnahme die beweglichen Körper (3) (z. B. rotationssymmetrische Kugeln oder Zylinder), die hier als Zylinder dargestellt sind, eingelegt. Während des Betriebes dieser Einrichtung bewegen sich die Zylinder sehr stark, sie rotieren und wechseln unter Umständen ihre Position im Käfig. Sie werden deshalb von der Kante (4) am Herausspringen gehindert. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird das zur Spülung erforderliche Fluid durch die Befestigungsstange (6) zugeführt und kann durch die gelochten Wände des Stahlkäfigs (2) wieder abgeleitet werden. Die Löcher in den Wänden des Stahlkäfigs (2) sind in dem Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß eine vollständige Umspülung der beweglichen Körper (3) gewährleistet ist. Das zum Spülen erforderliche Fluid wird durch eine Förderpumpe, die in dem Ausfürungsbeispiel nicht dargestellt ist, durch die Zuleitung (6) zum Käfig (2) geleitet. Nach dem Spülen läuft das Spülfluid durch die Bohrungen des Käfigs (2) und fließt in einen Auffangbehälter, der hier nicht dargestellt ist. Dieser Auffangbehälter kann auch die beim Wasserstrahlschneiden übliche Auffangwanne, die gewöhnlicherweise zum Abfangen der Energie des Wasserstrahls dient, sein.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Bei diesem Beispiel ist der Strahlkäfig (2), der hier aus 4 Seiten und einem Boden besteht, aus teilweise gelochten Blech gefertigt. In diesem Käfig sind zur Energieaufnahme die beweglichen Köper (3) eingelegt die hier zur zeichnerischen Darstellung als rotationssymmetrische Zylinder ausgebildet sind. Der Stahlkäfig (2) mit den beweglichen Körpern (3) ist bei diesem Ausführungsbeispiel in ein Rohr (5) eingebaut, und wird über die Stange (6) an der richtigen Stelle fixiert. Um die beweglichen Körper, z. B. Zylinder, die sich während des Betriebs der Einrichtung sehr stark bewegen, am Herausspringen zu hindern, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Öffnung (11) in dem Rohr etwas kürzer ausgeführt als die Länge der beweglichen Körper (3). Das Spülfluid wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch das Rohr (8) unter dem Strahlabfangkäfig hindurchgeleitet und fließt über die Kammer (12) an den beweglichen Körpern (3) vorbei. Das Spülfluid wird über die im Rohr eingebaute Blende (10) durch den Strahlabfangkäfig geleitet und über die Blende (9) der Ablauf so eingestellt, daß die beweglichen Körper (3) vollständig mit Spülflüssigkeit bedeckt sind. Die Abdeckung der beweglichen Körper (3) mit dem Fluid bewirkt, daß das Abrasiv beim Auftreffen auf die beweglichen Körper (3) nicht zurückprallen und das zu bearbeitende Werkstück beschädigen kann. Das aus der Blende (9) austretende Spülwasser kann in die übliche Auffangwanne abfließen oder auch über eine Pumpe abgepumpt werden. Im letzteren Fall kann die Einrichtung auch weitgehend lageunabhängig für den Einsatz in Robotern bzw. zum Einsatz außerhalb der üblichen Auffangwanne eingesetzt werden. Dies ist besonders beim Schneiden langer Gegenstände erforderlich und ist auch beim Drehen von Körpern nützlich.

Vorzugsweise hat die Öffnung (11) eine Größe von 2/3 der Länge der verwendeten Abfangkörper (3) werden Zylinder als Abfangkörper verwendet, sind sie ca. 60 mm lang und haben einen Durchmesser von 8 mm. Besonders geeignet sind gebrauchte Düsen der Schneidanlage. Die gesamte Einrichtung zum Abfangen hat einen Durchmesser von 50 mm und eine Länge von 80 bis 100 mm, der Strahlabfangkäfig hat eine Abmessung von vorzugsweise 40 × 40 × 65 mm.

Die den Wasserdurchfluß regulierende Blende (9) hat vom Führungsrohr (5) einen Abstand von 0.5 bis 2 mm.

Die Blende (10), die bewirkt, daß das Fluid durch den Strahlabfangkäfig hindurch und nicht daran vorbei fließt, steht im Abstand von 5 bis 10 mm vom Ende des Führungsrohrs (5) und unmittelbar am Strahlabfangkäfig. Das Strömungsverhalten des Fluids wird selbstverständlich durch den Druck des Fluids beim Einströmen in den Strahlabfangbehälter und der Menge des Fluids bestimmt. Diese Größen richten sich nach den Abmessungen des Strahlfängers und auch denen der zu bearbeitenden Werkstücke. Die Strahldüsen sind handelsüblich ebenso wie das Abrasiv, z. B. haben die Düsen einen Außendurchmesser von ca. 6 bis 10 mm und das Abrasiv hat eine Körnung von z. B. 80 mesh.

Claims (28)

1. Einrichtung zum Abfangen des Schneidstrahls von Wasserstrahl-Bearbeitungsanlagen (Strahlfänger) mit einem Strahlabfangkäfig (2) in den viele durch den auftreffenden Strahl bewegbare Körper (3) zur Energieaufnahme eingebracht sind.

2. Einrichtung zum Abfangen des Schneidstrahls von Wasserstrahlschneidanlagen mit einem Strahlabfangkäfig (2), in den viele durch den Strahl bewegbare Körper (3) zur Energieaufnahme eingebracht sind.

3. Einrichtung zum Abfängen des Schneidstrahls von Wasserstrahldrehbänken mit einem Strahlabfangkäfig (2), in den viele durch den Strahl bewegbare Körper (3) zur Energieaufnahme eingebracht sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstrahl ein Abrasiv enthält.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlabfangkäfig (2) gelochte Wände aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlabfangkäfig von einem Fluid durchströmt wird.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beweglichen Körper (3) im Raum des Strahlabfangkäfigs bewegen können.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper rotieren können.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (3) rotationssymmetrisch sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper Zylinder sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (3) eine mittlere Größe von ⌀ 8 mm × 60 mm haben.

12. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid eine Flüssigkeit ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Wasser ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Gas ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Luft ist.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Körper lose eingelegt sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (3) durch eine Kante (4) am Strahlabfangkäfig vor dem Herausspringen gesichert sind.

18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlabfangkäfig (2) nur aus einem Rahmen mit 4 Seitenwänden ohne Deck- und Bodenwand besteht.

19. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Körper (3) auf Achsen gelagert sind, die an zwei gegenüberliegenden Wänden befestigt sind.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Reihen von parallelen Achsen auf Lücke angeordnet sind.

21. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Reihen von Körpern (3) nicht parallel angeordnet sind.

22. Einrichtung nach Anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen Drähte sind.

23. Einrichtung nach Anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgefädelten Körper Kugeln sind.

24. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden ein Lochblech oder teilweise durchbrochen ist.

25. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (3) verbrauchte Hartmetalldüsen (20) von Wasserstrahlbearbeitungsanlagen sind.

26. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (3) Keramikröhrchen sind.

27. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlabfangkäfig (2) in ein Rohr (5) eingebaut ist, über die Haltestange (6) unter die Strahleintrittsöffnung (7) geschoben und fixiert wird, mittels des Rohres (8) das Spülfluid zugeführt wird, über die Blende (9) der Abfluß des Spülfluids geregelt wird, über die Blende (10) der Zulauf des Spülfluids durch den Strahlabfangkäfig (2) geleitet wird und mittels der Rohrkante (4) die Körper am Herausspringen gesichert sind.

28. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlabfangkäfig (2) an der Haltestange (6) befestigt ist, wobei die Haltestange als Rohr ausgebildet ist, das die Zuführung des Spülfluids ermöglicht, über die gelochten Wände des Strahlabfangkäfigs der Zulauf und Ablauf des Fluids erfolgt und die beweglichen Körper (3) mittels der Kante (4) am Herausspringen gesichert sind.