DE19849814A1 - Nozzle to form jet of water in water jet cutting heads has wear-resistant nozzle inserts fitted one behind other in point of body's central bore and forming nozzle segments of different shapes which form jet pipe - Google Patents

Nozzle to form jet of water in water jet cutting heads has wear-resistant nozzle inserts fitted one behind other in point of body's central bore and forming nozzle segments of different shapes which form jet pipe

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Lutz Lemmin
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Abstract

Wear-resistant nozzle inserts(5-7) are fitted one behind the other in the point(3) of the body's central bore(2) which widens out into a housing(4). The bore is an extension of the collimation pipe of a high pressure water line. The nozzle inserts form nozzle segments(8-10) of different shapes which form a jet pipe with sections of varying form. The nozzle inserts are made from different wear-resistant material pieces. The segments of the outer inserts widen out in funnel form to produce a favourable inlet and outlet geometry.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserstrahldüse zur Formung des Wasserstrahles in Wasserstrahlschneidköpfen.The invention relates to a water jet nozzle for shaping the water jet in Water jet cutting heads.

Wasserstrahlschneidköpfe zur Erzeugung von mit Abrasivmittel befrachteten Wasserschneidstrahlen bestehen im wesentlichen aus einer an das Kollimationsrohr anschließenden Wasserstrahldüse, einer daran anschließenden Mischkammer zur Befrachtung des Wasserstrahles mit Abrasivmittel und einer die Mischkammer abschließenden, axial zur Wasserstrahldüse ausgerichteten Fokussierdüse (US- P 48 72 293 Yasukawa). Die Wasserstrahldüse ist meist ein Düsenstein mit einer runden, glatten zentralen Bohrung. Ein von einer Seite her durch Senken vergrößertes Düsenrohrende und ein durch Fräsen oder Schleifen zum Kegelstumpf aufgeweiteter Düsenrohreingang sind auch bekannt. Bei großen Düsen ist die Herstellung solcher Aufweitungen kein technologisches Problem. Je kleiner die Düsen werden, um so problematischer wird die Fertigung solcher Aufweitungen bei harten, verschleißfesten Düsenkörpern. Hier wird eine glatte zentrale Bohrung unter Inkaufnahme von Kantenausbrüchen und von Energieverlusten an den plötzlichen Verengungen bevorzugt.Water jet cutting heads for generating water cutting jets loaded with abrasive agents consist essentially of a water jet nozzle connected to the collimation tube, one adjoining mixing chamber for loading the water jet with abrasive and one the focusing chamber that closes the mixing chamber and is oriented axially to the water jet nozzle (US P 48 72 293 Yasukawa). The water jet nozzle is usually a nozzle block with a round, smooth one central bore. A nozzle tube end enlarged from one side by lowering and one through Milling or grinding nozzle tube inlet widened to form a truncated cone are also known. At large nozzles, the production of such expansions is not a technological problem. The smaller the Nozzles become the more problematic is the production of such widenings in hard, wear-resistant nozzle bodies. Here a smooth central bore is accepted Edge breaks and loss of energy at the sudden constrictions preferred.

Aus dem US-P 51 70 946 RANKIN ist eine mehrteilige Wasserdüse mit unrundem Düsenquerschnitt bekannt, die aus mehreren gleichen Längssegmenten zusammengesetzt ist. Das Düsenrohr hat eine Einlaßkammer von der Form eines dreiseitigen Pyramidenstumpfes, an dessen Spitze sich ein Düsenhals anschließt, der an einem Absatz zum Auslaßrohr hin endet. Durch die Längsteilung der Wasserdüse ist die Formung eines Düsenrohres mit mehreren hintereinander liegenden Abschnitten von verschiedener Gestalt und die Bildung eines Düsenrohrs für einen Wasserstrahl mit unrunden Querschnitt in einfacher Weise möglich.US-P 51 70 946 RANKIN is a multi-part water nozzle with a non-circular nozzle cross-section known, which is composed of several identical longitudinal segments. The nozzle tube has one Inlet chamber in the shape of a three-sided truncated pyramid, at the top of which Connects nozzle neck, which ends at a shoulder towards the outlet pipe. By dividing the Water nozzle is the formation of a nozzle tube with several sections lying one behind the other of different shape and the formation of a nozzle tube for a water jet with non-circular Cross-section possible in a simple manner.

Diese Längsteilung des Düsenrohrs ist bei normal bearbeitbaren Werkstoffen wie Stahl anwendbar. Die die Innenwand des Düsenrohrs bildenden Flächen können zusätzlich mit einem verschleißfesten Werkstoff beschichtet werden. Eine Düse aus einem Stück eines verschleißfesten Werkstoff wie Diamant oder Saphir auf diese Weise herzustellen, bedeutet erhöhten Aufwand, da der kompakte Werkstoffkörper erst gespalten werden muß. Es ist einfacher und billiger, das Düsenrohr in diese Körper zu bohren und ihm durch Schleifen die gewünschte Form zu geben.This longitudinal division of the nozzle tube can be used with normally machinable materials such as steel. The surfaces forming the inner wall of the nozzle tube can also be wear-resistant Material to be coated. A nozzle made from a piece of a wear-resistant material like To produce diamond or sapphire in this way means increased effort, since the compact Material body must first be split. It is easier and cheaper to put the nozzle tube in this Drill body and give it the desired shape by grinding.

Aus der Offenlegungsschrift DE 38 44 344 A1 ist bekannt, das Düsenrohr der Fokussierdüse für den aus der Mischkammer austretenden, mit Abrasivmittel beladenen Schneidwasserstrahl mehrteilig auszubilden. Das Düsenrohr besteht aus mindestens zwei hintereinander gereihten Düsenrohrstücken. Da hier besonders das Austrittsstück der Fokussierdüse verschleißt, kann nun das Endstück als Verschleißteil gewechselt werden. Auf den Fertigungsprozeß und auf die Formgebung für den Abrasivwasserschneidstrahl hat diese Teilung der Fokussierdüse keinen Einfluß. From the published patent application DE 38 44 344 A1 it is known that the nozzle tube of the focusing nozzle for the Multi-part cutting water jet emerging from the mixing chamber and loaded with abrasive to train. The nozzle pipe consists of at least two pieces of nozzle pipe arranged in series. Since here the exit piece of the focusing nozzle wears out, the end piece can now be used as Wear part to be changed. On the manufacturing process and on the shape for the Abrasive water cutting jet has no influence on this division of the focusing nozzle.  

Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wasserstrahldüse zur Formung des Wasserstrahls in Wasserstrahlschneidköpfen mit einem einem geringen Einlaufverlust und einer hohen Strahlstabilität entsprechend geformten Düsenrohr zu finden, die aus mehren Düseneinsätzen aufgebaut einfach herstellbar ist.The aim and object of the invention is to provide a water jet nozzle for shaping the water jet Water jet cutting heads with a low inlet loss and high jet stability to find appropriately shaped nozzle tube that is made up of several nozzle inserts can be produced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe wie im ersten Anspruch beschrieben gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, this object is achieved as described in the first claim. More beneficial Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Am Ausgang eines Kollimationsrohres ist eine Wasserstrahldüse zur Formung des Wasserstrahles in Wasserstrahlschneidköpfen mit einem mit seiner zentralen Bohrung an das Kollimationsrohr anschließenden Düsenkörper angebracht, in dessen Spitze in die zu einer Aufnahme aufgeweiteten zentralen Bohrung Düseneinsätze aus verschleißfesten Material hintereinander mit unterschiedlich geformten Düsenrohrsegmenten ein Düsenrohr mit Abschnitten von verschiedener Gestalt bildend eingefügt sind. Die Düseneinsätze können aus unterschiedlichen, verschleißfesten Materialstücken gefertigt sein. Die Düsenrohrsegmente der äußeren Düseneinsätze sind zu Trichtern mit günstiger Ein- und Auslaufgeometrie aufgeweitet. Sie können auch unrunden Querschnitt haben. An mindestens einem Düseneinsatz kann mindesten ein seitlicher Kanal zur Abrasivmittelheranführung in pastöser oder fester, drahtartiger Form an das Düsenrohr vorgesehen sein.At the exit of a collimation tube is a water jet nozzle for shaping the water jet in Water jet cutting heads with one with its central bore on the collimation tube adjoining nozzle body attached, in the tip of which expanded into a receptacle central bore nozzle inserts made of wear-resistant material in a row with different shaped nozzle tube segments forming a nozzle tube with sections of different shapes are inserted. The nozzle inserts can be made from different, wear-resistant pieces of material be made. The nozzle tube segments of the outer nozzle inserts are funnels with inexpensive and widened outlet geometry. They can also have a non-circular cross-section. At least There can be at least one side channel for the introduction of abrasive in a pasty insert or a solid, wire-like shape can be provided on the nozzle tube.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine Wasserstrahldüse mit Düseneinsätzen.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a section through a water jet nozzle with nozzle inserts.

Ein Düsenkörper 1 einer Wasserstrahldüse hat eine zentrale Bohrung 2 als Fortsetzung eines nicht dargestellten Kollimationsrohres einer Hochdruckwasserleitung. Diese Bohrung 2 ist an der dem Kollimationsrohr abgewandten Spitze 3 des Düsenkörpers 1 zu einer Aufnahme 4 aufgeweitet. In diese Aufnahme 4 sind Düseneinsätze 5, 6 und 7 eingefügt. Jeder Düseneinsatz 5, 6 oder 7 ist aus einem verschleißfesten Materialstück wie Diamant, Saphir, Hartmetall oder Preßlingen aus Sintermetall hergestellt. per Düseneinsatz 5 umschließt ein konisches Düsenrohrsegment 8, das sich von der Weite des Kollimationsrohres auf die Düsenweite der Wasserstrahldüse verringert. Der daran anschließende Düseneinsatz 6, der den Wasserstrahl formt, enthält ein zylindrisches zentrales Düsenrohrsegment 9. An diesen Düseneinsatz 6 schließt sich mit der Spitze 3 des Düsenkörpers 1 abschließend der Düseneinsatz 7 an, dessen Düsenrohrsegment 10 vom Düsenrohrsegment 9 sich aufweitend verläuft. Die Düsenrohrsegmente 8, 9 und 10 ergeben zusammen das Düsenrohr der Wasserstrahldüse.A nozzle body 1 of a water jet nozzle has a central bore 2 as a continuation of a collimation tube, not shown, of a high-pressure water line. This bore 2 is widened to a receptacle 4 at the tip 3 of the nozzle body 1 facing away from the collimation tube. Nozzle inserts 5 , 6 and 7 are inserted into this receptacle 4 . Each nozzle insert 5 , 6 or 7 is made of a wear-resistant piece of material such as diamond, sapphire, hard metal or compacts made of sintered metal. per nozzle insert 5 encloses a conical nozzle tube segment 8 , which decreases from the width of the collimation tube to the nozzle width of the water jet nozzle. The adjoining nozzle insert 6 , which forms the water jet, contains a cylindrical central nozzle tube segment 9 . This nozzle insert 6 is followed by the tip 3 of the nozzle body 1 , followed by the nozzle insert 7 , the nozzle tube segment 10 of which extends from the nozzle tube segment 9 . The nozzle tube segments 8 , 9 and 10 together form the nozzle tube of the water jet nozzle.

Durch die Aufteilung der Wasserstrahldüse in mehrere aufeinandergefügte Düseneinsätze 5, 6 und 7 ist das Düsenrohr in einfache geometrische Formen aufgelöst, die in unkomplizierten Arbeitsgängen auch bei den sehr geringen Abmaßen der Rohlinge hergestellt werden. Damit ist eine Ein- und Auslaufgeometrie mit günstigen Winkeln für die Wasserstrahldüse problemlos herzustellen. Unsymmetrische und unrunde Düsenrohrquerschnitte lassen sich so auch einfach herstellen. Dabei kann ein empirisch ermitteltes optimales Längen-Durchmesser-Verhältnis abhängig vom Düsenrohrquerschnitt und vom Düsenwerkstoff realisiert werden. Es können auch Wasserstrahldüsen mit Düseneinsätzen 5, 6 und 7 aus verschiedenen Werkstoffen aufgebaut werden. By dividing the water jet nozzle into several nozzle inserts 5 , 6 and 7 , one on top of the other, the nozzle tube is broken down into simple geometric shapes which are produced in uncomplicated work steps even with the very small dimensions of the blanks. This makes it easy to produce an inlet and outlet geometry with favorable angles for the water jet nozzle. Unsymmetrical and non-circular nozzle tube cross-sections can also be easily manufactured. An empirically determined optimal length-diameter ratio can be realized depending on the nozzle tube cross-section and the nozzle material. Water jet nozzles with nozzle inserts 5 , 6 and 7 can also be constructed from different materials.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

11

Düsenkörper
Nozzle body

22nd

Bohrung
drilling

33rd

Spitze
top

44th

Aufnahme
admission

55

Düseneinsatz
Nozzle insert

66

Düseneinsatz
Nozzle insert

77

Düseneinsatz
Nozzle insert

88th

Düsenrohrsegment
Nozzle tube segment

99

Düsenrohrsegment
Nozzle tube segment

1010th

Düsenrohrsegment
Nozzle tube segment

Claims (5)

1. Wasserstrahldüse zur Formung des Wasserstrahles in Wasserstrahlschneidköpfen am Ausgang eines Kollimationsrohres, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit seiner zentralen Bohrung (2) an das Kollimationsrohr anschließenden Düsenkörper (1) in dessen Spitze (3) in die zu einer Auf­ nahme (4) aufgeweiteten zentralen Bohrung (2) Düseneinsätze (5, 6 und 7) aus verschleißfesten Material hintereinander mit unterschiedlich geformten Düsenrohrsegmenten (8, 9 und 10) ein Düsenrohr mit Abschnitten von verschiedener Gestalt bildend eingefügt sind.1. Water jet nozzle for shaping the water jet in water jet cutting heads at the exit of a collimation tube, characterized in that in one with its central bore ( 2 ) adjoining the collimation tube nozzle body ( 1 ) in its tip ( 3 ) in which to take on ( 4 ) widened central bore ( 2 ) nozzle inserts ( 5 , 6 and 7 ) made of wear-resistant material are inserted one behind the other with differently shaped nozzle tube segments ( 8 , 9 and 10 ) forming a nozzle tube with sections of different shapes. 2. Wasserstrahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinsätze (5, 6 und 7) aus unterschiedlichen, verschleißfesten Materialstücken gefertigt sind.2. Water jet nozzle according to claim 1, characterized in that the nozzle inserts ( 5 , 6 and 7 ) are made of different, wear-resistant pieces of material. 3. Wasserstrahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenrohrsegmente (8 und 10) der äußeren Düseneinsätze (5 und 7) zu Trichtern mit günstiger Ein- und Auslaufgeometrie aufgeweitet sind.3. Water jet nozzle according to claim 1, characterized in that the nozzle tube segments ( 8 and 10 ) of the outer nozzle inserts ( 5 and 7 ) are expanded to funnels with a favorable inlet and outlet geometry. 4. Wasserstrahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenrohrsegmente (8, 9 und 10) unrunden Querschnitt haben.4. Water jet nozzle according to claim 1, characterized in that the nozzle tube segments ( 8 , 9 and 10 ) have non-circular cross-section. 5. Wasserstrahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein seitlicher Kanal zur Abrasivmittelheranführung in pastöser oder fester drahtartiger Form an das Düsenrohr an einem der Düseneinsätze (5, 6, oder 7) vorgesehen ist.5. Water jet nozzle according to claim 1, characterized in that at least one side channel for the introduction of abrasive in pasty or solid wire-like form to the nozzle tube one of the nozzle inserts (5, 6, or 7) is provided.
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