EP3126094B1 - Wasser-abrasiv-suspensions-schneidanlage - Google Patents

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EP3126094B1
EP3126094B1 EP14727715.6A EP14727715A EP3126094B1 EP 3126094 B1 EP3126094 B1 EP 3126094B1 EP 14727715 A EP14727715 A EP 14727715A EP 3126094 B1 EP3126094 B1 EP 3126094B1
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EP
European Patent Office
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pressure
lock chamber
abrasive
water
piston
Prior art date
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EP14727715.6A
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English (en)
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EP3126094A1 (de
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Marco Linde
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ANT Applied New Technologies AG
Original Assignee
ANT Applied New Technologies AG
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Publication date
Application filed by ANT Applied New Technologies AG filed Critical ANT Applied New Technologies AG
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    • 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
    • B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
    • B24C3/08—Abrasive blasting machines or devices; Plants essentially adapted for abrasive blasting of travelling stock or travelling workpieces
    • B24C3/10—Abrasive blasting machines or devices; Plants essentially adapted for abrasive blasting of travelling stock or travelling workpieces for treating external surfaces
    • B24C3/12—Apparatus using nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
    • B24C7/0007—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
    • B24C7/0007—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier
    • B24C7/0015—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier with control of feed parameters, e.g. feed rate of abrasive material or carrier
    • B24C7/0023—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier with control of feed parameters, e.g. feed rate of abrasive material or carrier of feed pressure

Definitions

  • the invention relates to a water-abrasive suspension cutting system with the features specified in the preamble of claim 1.
  • a water-abrasive suspension cutting system which has a lock with a lock chamber, which makes it possible to introduce abrasive during operation in the high-pressure region of the cutting system.
  • the water-abrasive suspension cutting system has, in a known manner, at least one high-pressure source which provides a carrier liquid, in particular water under high pressure.
  • a carrier liquid in particular water under high pressure.
  • This is for example a high-pressure pump.
  • Water may also find other suitable carrier fluids use.
  • at least one outlet nozzle is provided from which the high-pressure suspension of carrier liquid, d. H. preferably water, and an abrasive can be applied.
  • the exit gland may be formed in a known manner for cutting or for the surface treatment of materials.
  • the discharge nozzle is connected to the high-pressure source via a high-pressure line or a high-pressure flow path in which an abrasive is mixed under high pressure with the water provided by the high-pressure source.
  • the high pressure source provides carrier liquid under a very high pressure, preferably a pressure of up to 2500 bar or higher.
  • the high pressure line can run at least in a partial flow through a pressure vessel in which abrasive is, so that the abrasive from the pressure vessel is taken from the carrier liquid and a suspension is formed.
  • an abrasive-supply lock which has an inlet-side shut-off device and an outlet-side shut-off device with one between them Lock chamber has.
  • the input-side obturator be closed and an increase in pressure in the lock chamber are made, whereupon the second obturator can be opened and the contents of the lock chamber under high pressure in the high pressure line into, for example, a pressure vessel can empty into it.
  • the shut-off devices may be formed, for example, as ball valves.
  • the lock chamber according to the invention is connected to a suction device, which, when the first obturator is opened, can be activated to generate a negative pressure in the lock chamber , By such a negative pressure generated by the suction device, the abrasive is sucked through the open inlet-side obturator in the lock chamber, d. H. an inflow of the abrasive in the lock chamber is supported by at least a negative pressure in the lock chamber.
  • an abrasive accumulator is arranged, from which the abrasive is moved by gravity into the lock chamber, said movement is at least supported by said negative pressure.
  • the abrasive storage can be used as a hopper, d. H. be designed as a hopper, wherein in the abrasive storage, the abrasive preferably with carrier liquid, d. H. In particular, water is kept mixed, so that the abrasive can be introduced without air inclusions from the outside into the lock chamber.
  • the suction device is preferably formed as a cylinder in which a piston is movable, wherein one end of the cylinder to the Lock chamber is opened towards or connected to this.
  • a piston is movable, wherein one end of the cylinder to the Lock chamber is opened towards or connected to this.
  • the volume in the cylinder increases, whereby liquid is sucked from the lock chamber connected to this end of the cylinder and so in the lock chamber a negative pressure or a suction is generated, by which Input side obturator abrasive can be sucked into the lock chamber.
  • the piston is preferably movable via an electric, pneumatic or hydraulic drive.
  • the drive is controlled by a control device such that, when the first obturator is opened, the piston is moved away from the first end of the cylinder, which is connected to the lock chamber, to generate a negative pressure in the lock chamber.
  • the piston and the cylinder are formed such that the piston in the cylinder is linearly movable.
  • the piston is suitably sealed against the inner wall of the cylinder.
  • the piston is hydraulically movable, ie it has a hydraulic drive, wherein the piston is connected to a drive piston in a drive cylinder and the drive piston in the interior of the drive cylinder for movement of the piston with carrier liquid from the high-pressure line can be acted upon. So can be dispensed with a separate hydraulic to drive the piston. Instead, the pressure of the carrier liquid in the high-pressure region or in the high-pressure line can be used to move the piston in the suction device.
  • the drive piston may be arranged with the piston of the suction device in a common cylinder. However, it can also be provided separate cylinder.
  • the drive piston and the piston of the suction device preferably move along the same axis and are suitably, preferably firmly, connected to one another for the transmission of force and movement. It is also possible to arrange the piston of the suction device and the drive piston in a different manner relative to each other, for example, side by side, and to couple together for common movement in a suitable manner.
  • the application of carrier fluid from the high-pressure line to the drive cylinder is preferably effected by valves actuated by a control device, i. H. in particular causes electrically or pneumatically actuated valves.
  • the drive cylinder is further preferably connected to the high-pressure line via at least one valve on at least one side of the drive piston.
  • the valve is opened, so the cylinder is filled with carrier liquid from the high-pressure line and the drive piston is pressurized on one side, so that the drive piston can be moved in a side facing away from this side in the drive cylinder.
  • the piston of the suction device is correspondingly moved in order to generate the negative pressure in the lock chamber.
  • the lock chamber opens via its outlet-side obturator in a pressure vessel, which is located in the high pressure line or a branch of the high pressure line.
  • the lock chamber is arranged vertically above the pressure vessel, so that the contents of the lock chamber can be emptied by gravity in the pressure vessel with open outlet-side obturator.
  • the pressure vessel may be the area in which, as described above, the high-pressure carrier liquid mixed with the abrasive to form a suspension. Ie. by the flow of the carrier liquid, the abrasive is rinsed out of the pressure vessel. The slurry flow downstream of the pressure vessel then enters the exit nozzle and is applied by this. In this case, only a partial flow or one of a plurality of parallel flow paths of the high-pressure line is preferably guided through such a pressure vessel.
  • a main branch of the high-pressure line extends past the pressure vessel and the pressure vessel is located in a side branch parallel to the main branch, the main branch and the secondary branch merging upstream of the outlet nozzle.
  • the main branch forms a bypass, which is not guided by the pressure vessel.
  • Only the flow in the secondary branch is used in this embodiment to promote the abrasive from the pressure vessel. Ie. in the pressure vessel, first the flow from the side branch mixes with abrasive and promotes the abrasive to a mixing point at which merge branch and main branch. There, the suspension from the side branch is then further diluted by the flow in the main branch and it forms the suspension, which then further downstream of the outlet nozzle exits.
  • the lock chamber is connected via a pressure line to the high pressure line, wherein in the pressure line, a first pressure compensation valve is arranged in the form of a shut-off valve and wherein by opening this first pressure compensation valve, the lock chamber is pressurized.
  • the shut-off valve may be formed in any suitable manner for switching a high pressure, as mentioned above.
  • the shut-off valve is designed as a needle valve.
  • the shut-off valve can be actuated electrically, pneumatically, hydraulically or in another suitable manner and is preferably controlled by a control device of the overall system.
  • shut-off valve By opening the shut-off valve is a connection between the high pressure area, ie between the high pressure line and the lock chamber made so that carrier liquid can flow under high pressure into the lock chamber and so can increase the pressure in the lock chamber to the substantially same level as in the high pressure line.
  • the pressure in the lock chamber can be increased before the outlet-side shut-off element is opened.
  • a pressure equalization with the high pressure line is made before opening the output-side obturator.
  • the lock chamber is connected to a drain line, which is connected via a second pressure compensating valve in the form of a shut-off valve with a non-pressurized flow, wherein by opening the second pressure compensation valve, the drain line can be opened to the non-pressurized flow.
  • the second pressure compensation valve can be configured in a corresponding manner to the above-mentioned pressure compensation valve.
  • the second pressure compensation valve is used to reduce the pressure in the interior of the lock chamber after closing the output-side obturator and before opening the input-side obturator, in particular substantially to reduce the ambient pressure. Only when the pressure in the lock chamber has been correspondingly reduced, then the input-side obturator is opened to refill the lock chamber again with abrasive.
  • the lock chamber can be connected to a drain line which ends in a pressure chamber of a rechargeable battery.
  • a drain line which ends in a pressure chamber of a rechargeable battery.
  • This may be a separate drain line or the drain line, which additionally opens via a shut-off valve in a non-pressurized drain.
  • the discharge line which is connected to the pressure chamber of an accumulator, it is possible, the pressure in the lock chamber in the accumulator reduce, so that no or less liquid from the lock chamber must be discharged to the outside. It can thus be a pressure equalization or a pressure reduction in a closed system.
  • the accumulator is more preferably a cylinder accumulator and the discharge line is connected to a first pressure chamber of the cylinder accumulator, in which a piston, which separates the first pressure chamber from a second pressure chamber, is arranged to be movable.
  • the second pressure chamber is preferably via at least one valve pressure and pressure relieved.
  • the piston When the piston is in a first position, in which it minimizes the first pressure chamber, the second pressure chamber can be relieved of pressure via a valve, so that liquid or water can flow out of the lock chamber into the first pressure chamber via the outlet conduit, wherein the piston moves into the second pressure chamber and reduces it as the first pressure chamber increases.
  • the piston By pressurizing the second pressure chamber, the piston can be moved back to its original position.
  • a back pressure can be built up via the second pressure chamber, so that the movement speed of the piston can be controlled or reduced, so that a slow pressure reduction in the lock chamber is possible.
  • the second pressure chamber of the cylinder accumulator is further preferably connected via at least one valve switchable to the high pressure line or a non-pressurized outlet.
  • the valve can be used in any suitable Way, for example, be designed as a needle valve.
  • the valve may have, for example, an electric, pneumatic or hydraulic drive and is preferably controlled by a central control device which controls the filling process.
  • the valve communicates the second pressure chamber of the cylinder accumulator with the high-pressure line, the second pressure chamber is supplied with liquid from the high-pressure line, so that the piston in the cylinder accumulator in the first pressure chamber or in the direction of the first pressure chamber are moved can, so that it is reduced.
  • valve When the valve is switched to communicate the second pressure space with a non-pressurized outlet, simultaneously closing the connection to the high-pressure line, the piston may move toward the second pressure space so that the first pressure space increases to expel liquid to absorb the lock chamber.
  • switching operations can be realized by a suitable valve circuit of one or more valves.
  • two separate valves may be provided, with one valve opening or closing the connection to the high pressure line and a second valve opening or closing a connection to the non-pressure outlet.
  • a throttle in the drain line upstream of the accumulator, i. H. in particular of the cylinder accumulator be arranged a throttle. This ensures a slower pressure reduction of the pressure in the lock chamber by throttling the flow of liquid from the lock chamber to the accumulator.
  • At least one pressure accumulator is arranged in the high-pressure line or connected to the high-pressure line.
  • This pressure accumulator can be designed, for example, as an additional volume filled with high-pressure carrier fluid or, for example, as a bladder accumulator be.
  • the pressure accumulator serves to reduce a pressure drop in the high-pressure region, ie in the high-pressure line, when a pressure equalization takes place in the lock chamber from the high-pressure region or the high-pressure line. For example, when a first pressure compensating valve, as described above, is opened, a connection is established between the lock chamber, in which initially atmospheric pressure prevails, and the high-pressure line.
  • the lock chamber is connected via the inlet-side obturator with an outlet of Abrasivstoff Itemss, wherein in the output of a movable closure member is arranged, which is hollow and open to an upper and a lower end, wherein the closure element with its lower end closes the outlet and extends with its upper end over a maximum level for the abrasive out addition.
  • the abrasive accumulator may for example be formed as a hopper, wherein the output of the hopper is located at its lower tapered end. This outlet opens into the inlet-side obturator of the lock chamber.
  • the closure element is provided, which closes the output, for example in the form of a plug.
  • the output can be opened and closed.
  • the shutter member is preferably formed so as to have a lower opening which is opened into the exit and hollow in its interior.
  • the cavity in the interior of the closure element provides a Connection to a second opening at the upper end of the closure element ago.
  • the closure element is formed so long or has an upwardly extending axial extension, that the opening is located at the upper end above the maximum level for the abrasive in the Abrasivstoff Items.
  • the abrasive storage is preferably equipped with a level monitoring for both the abrasive and for liquid, so that it is always ensured that a liquid-abrasive mixture is present in the abrasive storage.
  • the described closure element preferably has a closure plug at its lower end, through which extends to the upper end a tubular extension which establishes the connection between the two open ends.
  • the closure element with the passage in its interior has the further advantage that it is possible to supply the abrasive by means of the Locking element to prevent, even if the input-side obturator is still open. In this state, it is then possible, in particular, for water or carrier fluid to be able to flow further through the closure element and the inlet-side obturator through the opening in the interior of the closure element, while the supply of abrasive medium is prevented, for example, by the closure stopper at the lower end of the closure element. This makes it possible to flush the input-side shut-off device with carrier liquid or water in order to make it substantially free of abrasive agent before the closing of the input-side shut-off device.
  • water-abrasive suspension cutting machine has a high pressure source in the form of a high-pressure pump 2, which is connected via a high pressure area or a high pressure line 4 with an outlet nozzle 6.
  • the high-pressure pump 2 provides water as a carrier fluid under high pressure, wherein the pressure can be up to 2500 bar or more.
  • the main line 8 runs directly from the high-pressure pump 2 to the outlet nozzle 6, while the secondary branch 10 branches off from this main branch 8 and forms a bypass, which passes through a pressure vessel 12 runs.
  • an abrasive such as a mineral abrasive such as garnet sand, corundum, olivine or river sand.
  • a mixing between the abrasive and the water occurs, so that the water entrains the abrasive, or rinses out of the pressure vessel 12.
  • the secondary stream 8 opens on the output side of the pressure vessel 12 again in the main stream 8 and thus mixes this entrained from the pressure vessel 12 abrasive, so in the mixing point 14, the final suspension is formed, which then emerges from the outlet nozzle 6 to the outside.
  • a valve not shown here, may be provided to shut off the sub-branch 10, whereby then the supply of abrasive to the water flow can be switched off.
  • an abrasive agent supply lock 16 is provided according to the invention.
  • This has a lock chamber 18, which consists of an inlet region 20 and an intermediate container 22.
  • the lock chamber 18 is arranged vertically above the pressure vessel 12 and separated therefrom by an outlet-side obturator in the form of an outlet-side ball valve 24.
  • At the upper end the lock chamber 18 has an input-side ball valve 26, which forms an inlet-side obturator.
  • a hopper 28 is arranged, which is based on FIGS. 4 and 5 will be described in more detail.
  • a suction device 30 which here has a cylinder 32 with a linearly movable piston 34 in this.
  • the piston 34 is fixedly connected to a drive piston 36 which is linearly movable in an axially adjoining the cylinder 32 drive cylinder 38.
  • a pressure line 40 which branches off from the high-pressure line 4, in this case the secondary branch 10, opens into the lock chamber 18.
  • a first pressure compensation valve 42 is arranged in the pressure line 40.
  • the lock chamber 18 is connected to a drain line 44, in which a second pressure compensation valve 46 is arranged and which downstream of the second pressure compensation valve 46 opens into a non-pressurized drain 48.
  • a first pressure transducer 50 and at the lock chamber 18, a second pressure transducer 52 is arranged. Furthermore, the pressure line 4 still has an accumulator in the form of a pressure accumulator 54.
  • a hydraulic drive is provided for the piston 34 of the suction device 30, which is formed by the drive cylinder and the drive piston 36.
  • the drive cylinder 38 is connected at a first, the piston 34 facing side of the drive piston 36 via a valve 56 to the high pressure line 4.
  • the drive cylinder 38 is connected to a second side of the drive piston 36, which faces away from the piston 34, via a further valve 58 also connected to the high-pressure line 4.
  • a drain valve 60 is arranged.
  • a drain valve 62 is arranged at the connection of the valve 58 to the drive cylinder 38.
  • a check valve 64, 66 is also arranged in each case.
  • valve 56 In order to move the piston 34 back in the direction of the lock chamber 18, the valve 56 is closed. Also, the drain valve 62 is closed. Conversely, then the drain valve 60 and the valve 58 are opened, so that the piston 34 remote from the side of the drive piston 36 is pressurized and so the drive piston 36 and the piston 34 are moved back in the opposite direction.
  • the filling of the pressure vessel 12 with abrasive is now as follows. First, by short-term Opening the second pressure compensation valve 46, the interior of the lock chamber 18 relieved of existing residual pressure, wherein liquid flows from the inlet region 20 via the drain line 44 into the drain 48. Thereafter, the pressure compensating valve 46 is closed again. Further, the piston 34 is moved by the drive described above in a first end position in which it is located at the end facing the lock chamber 18 end, ie the drive cylinder 38 facing away from the end of the cylinder 32. Ie. in this state, the volume of the cylinder 32 facing the lock chamber 18 and connected thereto is minimal. During this movement of the piston 34, the input-side ball valve 26 is open when the pressure compensation valve 46 is closed.
  • the drive cylinder is pressurized so that the drive piston 36 is moved forward together with the piston 34, that is, moved toward the lock chamber 18, so that the volume of the lock chamber 18 in the cylinder 32 decreases.
  • the piston 34 contributes to the pressure build-up in the interior of the lock chamber 18.
  • the first pressure compensation valve 42 is opened, whereby the lock chamber 18 is acted upon by the pressure in the high-pressure line 4 or in the high-pressure region. Ie. There is a substantially complete pressure equalization between the high pressure line 4 and the lock chamber 18 instead. This is monitored by the pressure transducer 50 and 52. In order to minimize the pressure drop in the high pressure line 4 at this pressure equalization, a pressure accumulator 54 is present at this.
  • the outlet-side ball valve 24 of the lock chamber 18 is opened, whereby the abrasive from the lock chamber 18, ie the intermediate container of the lock chamber 18 due to gravity in the pressure vessel 12 passes.
  • the pressure compensation valve 42 preferably remains open to allow drainage of the buffer memory 22 during its emptying. That is, via the pressure compensation valve 42 and the pressure line 40 can flow carrier liquid or water into the lock chamber 18, while the abrasive from the buffer 22 passes through the open ball valve 24 into the pressure vessel 12.
  • the output-side ball valve 24 is closed again. In this case, the pressure compensation valve 42 is closed.
  • a pressure equalization between the lock chamber 18 and the atmosphere by the valve 56 is opened when the valve is closed, whereby the drive piston 36 together with the piston 34 backwards, that is moved away from the lock chamber 18.
  • the lock chamber 18 facing volume of the cylinder 32 is increased and the pressure in the lock chamber 18 is reduced.
  • the second pressure compensating valve 46 is opened to the outlet 48 for complete pressure equalization.
  • the drive piston 36 is pressurized so that the piston 34 is moved in the cylinder 32 again in its lock chamber 18 facing the end position, while the liquid from the cylinder 32 back into the Lock chamber 18 is pressed and out of this through the open input-side ball valve 26 into the hopper 28, as shown in the FIGS. 4 and 5 will be explained.
  • the outlet of the hopper 28 is opened again and the filling of the lock chamber 18 begins again.
  • FIG. 2 shows a second variant of a water-abrasive suspension cutting system according to the invention, which is identical in essential parts to the system according to FIG. 1 is constructed.
  • the drain valves 60 and 62 and the check valves 64 and 66 may be arranged.
  • the drain line 44 is connected via a throttle 68th additionally an accumulator in the form of a cylinder accumulator 70 is connected.
  • the discharge line 44 is connected via the throttle 68 with a first pressure chamber 72 of the cylinder accumulator 70.
  • the first pressure chamber 72 is separated by a longitudinally displaceable piston 74 from a second pressure chamber 76 in the interior of the cylinder accumulator 70.
  • the second pressure chamber 76 is connected via a first valve 78 to the pressure line 4 and via a second valve 80 to a drain 82 which has ambient pressure or atmospheric pressure.
  • the pressure relief ie the pressure equalization of the lock chamber 18 to the ambient pressure so done in two steps.
  • the pressure equalization takes place via the cylinder accumulator 70 in that the second valve 80, which forms a drain valve, is opened to the outlet 82.
  • FIG. 3 A third embodiment of the invention is in FIG. 3 shown. This embodiment essentially corresponds to that in FIG. 2 shown Embodiment with the only difference that for the drive of the piston 34 of the suction device 30, a separate pneumatic drive via the pneumatic ports 84 and 86 is provided on the drive cylinder 38.
  • the pneumatic ports 84 and 86 are pressurized in accordance with the foregoing description of the hydraulic variant to move the drive piston 36 together with the piston 34.
  • a separate pneumatic control system is connected accordingly, which may preferably be used when other elements of the system, in particular valves, such as the pressure compensation valves 42 and 46 are pneumatically operated.
  • the function of the hopper 28 is based on the FIGS. 4 and 5 described in more detail.
  • the hopper 28 has at its lower end to an outlet 88, which as described above above the input-side ball valve 26 of the lock chamber 18 is arranged.
  • the hopper 18 is filled in operation with water 90 and abrasive 92 so that the abrasive 92 enters the lock chamber 18 in the wet state, so that the passage of air into the lock chamber 18 is prevented.
  • the inlet of the abrasive into the lock chamber 18 is controlled not only by the inlet-side ball valve 26, but additionally via a closure element 94 in the hopper 28.
  • the closure member 94 has at its lower end a closure plug 96 which is formed so that it the inside of the inlet funnel 28 can sealingly engage the outlet 88 as in FIG. 4 shown. In this state, no abrasive agent 92 can enter the exit 88.
  • the closure member 94 has a tube 98 which extends through the stopper 96 to the outlet 88 and at its lower End has a lower opening 100.
  • the tube 98 extends from the stopper 96 upwards over the water level 102 to a arranged at the top of the hopper 28 pneumatic cylinder 104.
  • the tube 58 is vertically movable, so that it, as in FIG. 5 shown, can be moved together with the closure plug 96 in a vertically upper position in which the sealing plug 96 is removed from the inner wall of the hopper 28, so that an annular gap 106 is released, through which the abrasive 92 can flow into the outlet 88.
  • any other suitable linear drive could be used to move the tube 98 with the stopper 96, ie, to move the stopper 94 in the vertical direction.
  • the tube 98 has an upper opening 108, which opens at the outer periphery of the tube 98.
  • the upper opening 108 is located above the level, ie the maximum level 110 for the abrasive 92. This prevents in the in FIG. 4 shown closed state of the hopper 28 abrasive 92 can pass through the upper opening 108 in the output 88.
  • the exit 88 is closed in the state and can only be opened by lifting the closure element 94 vertically.
  • it is open for water, which flows from below from the lock chamber 18 upon return movement of the piston 34 through the input-side ball valve 26. Ie. this water, which is displaced upon return movement of the piston 34 and optionally the piston 74 from the lock chamber 18, can enter the lower opening 100 of the tube 98 and exit through the upper opening 108 above the abrasive 92 into the hopper 28.
  • the tube 98 has a further function, namely, that before the closing of the input-side ball valve 26, this can be rinsed to remove abrasive from the ball valve 26.
  • the abrasive agent supply is interrupted by lowering the closure element 94 before the end of the suction movement of the piston 34. Due to the further suction movement of the piston 34 but then in the lock chamber 18 is still a negative pressure, so that water from the hopper via the upper opening 108, is sucked through the tube 98 from the lower opening 100 and flows through the still open ball valve 26 , Only after this flushing the ball valve 26 is then closed, as described with reference to Figures 1 - 3 for the filling.
  • sensors not shown here for monitoring the water level 102 and the level 110 of the abrasive 92 may be arranged to automatically refill water and abrasive can.
  • These can be eg photoelectric barriers.
  • Other level sensors, for example in the form of light barriers can be arranged on the intermediate container 22 and the pressure vessel 12.
  • About level sensors on the pressure vessel 12 can be detected when it must be filled.
  • About level sensors on the intermediate container 22 can be detected when it is completely emptied, so that the lower ball valve 24 can be closed again. It can also be detected when the intermediate container 22 is sufficiently filled with abrasive before the Abrasivffenzuzen is interrupted from the hopper 28.
  • the entire filling process can be automated via a control device.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Aus WO 2013/037405 ist eine Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage bekannt, die eine Schleuse mit einer Schleusenkammer aufweist, welche es ermöglicht, Abrasivmittel im laufenden Betrieb in dem Hochdruckbereich der Schneidanlage einzubringen. Bei einer solchen Anlage besteht die Schwierigkeit, die Schleusenkammer ausreichend schnell mit Abrasivmittel zu füllen und wieder zu entleeren, um eine ausreichend große Abrasismittelmenge pro Zeiteinheit in den Hochdruckbereich der Anlage einbringen zu können.
  • Im Hinblick auf dieses Problem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage dahingehend zu verbessern, dass im laufenden Betrieb eine größere Abrasivmittelmenge pro Zeiteinheit in den Hochdruckbereich eingebracht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. Dabei ist zu verstehen, dass die nachfolgend beschriebenen Merkmale jeweils einzeln oder in Kombination miteinander verwirklicht werden können.
  • Die erfindungsgemäße Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage weist in bekannter Weise zumindest eine Hochdruckquelle auf, welche eine Trägerflüssigkeit, wie insbesondere Wasser unter hohem Druck bereitstellt. Dies ist beispielsweise eine Hochdruckpumpe. Anstelle von z.B. Wasser können auch andere geeignete Trägerflüssigkeiten Verwendung finden. Ferner ist zumindest eine Austrittsdüse vorgesehen, aus welcher die unter Hochdruck stehende Suspension aus Trägerflüssigkeit, d. h. vorzugsweise Wasser, und einem Abrasivmittel ausgebracht werden kann. Die Austrittsdrüse kann in bekannter Weise zum Schneiden oder auch zur Oberflächenbearbeitung von Materialien ausgebildet sein. Die Austrittsdüse ist mit der Hochdruckquelle über eine Hochdruckleitung bzw. einen Hochdruckströmungsweg verbunden, in welchem dem von der Hochdruckquelle bereitgestellten Wasser unter hohem Druck ein Abrasivmittel zugemischt wird. Die Hochdruckquelle stellt Trägerflüssigkeit unter einen sehr hohen Druck, vorzugsweise einen Druck bis 2500 bar oder höher, bereit. Beim Zumischen des Abrasivmittels kann die Hochdruckleitung zumindest in einem Teilstrom durch einen Druckbehälter verlaufen, in welchem sich Abrasivmittel befindet, sodass das Abrasivmittel aus dem Druckbehälter von der Trägerflüssigkeit mitgenommen wird und eine Suspension gebildet wird.
  • Um im laufenden Betrieb der Schneidanlage Abrasivmittel aus einem Bereich mit Umgebungsdruck in den Hochdruckbereich zwischen der Hochdruckquelle und der Austrittsdüse, d. h. in die Hochdruckleitung einbringen zu können, ist eine Abrasivmittel-Zufuhrschleuse vorhanden, welche ein eingangsseitiges Absperrorgan und ein ausgangsseitiges Absperrorgan mit einer zwischen diesen angeordneten Schleusenkammer aufweist. Durch Öffnen des eingangsseitigen Absperrorgans kann die Zufuhrschleuse zur Umgebung hin geöffnet werden, während gleichzeitig das ausgangsseitige Absperrorgan zum Hochdruckbereich geschlossen ist. So kann die Schleusenkammer bei Umgebungsdruck gefüllt werden. Anschließend kann das eingangsseitige Absperrorgan geschlossen werden und eine Druckerhöhung in der Schleusenkammer vorgenommen werden, worauf dann das zweite Absperrorgan geöffnet werden kann und sich der Inhalt der Schleusenkammer unter Hochdruck in die Hochdruckleitung hinein, beispielsweise einen Druckbehälter hinein entleeren kann. So kann durch abwechselndes Öffnen der Absperrorgane mit entsprechender Druckentlastung und Druckbeaufschlagung der Schleusenkammer im laufenden Betrieb Abrasivmittel aus der Umgebung in den Hochdruckbereich eingebracht werden. Die Absperrorgane können beispielsweise als Kugelhähne ausgebildet sein.
  • Um das Abrasivmittel möglichst schnell in die Schleusenkammer einbringen zu können, wenn das eingangsseitige Absperrorgan geöffnet ist, ist erfindungsgemäß die Schleusenkammer mit einer Saugeinrichtung verbunden, welche dann, wenn das erste Absperrorgan geöffnet ist, aktiviert werden kann, um in der Schleusenkammer einen Unterdruck zu erzeugen. Durch einen solchen von der Saugeinrichtung erzeugten Unterdruck, wird das Abrasivmittel durch das geöffnete eingangsseitige Absperrorgan in die Schleusenkammer eingesaugt, d. h. ein Einfließen des Abrasivmittels in die Schleusenkammer wird zumindest durch einen Unterdruck in der Schleusenkammer unterstützt. Vorzugsweise ist oberhalb der Schleusenkammer ein Abrasivmittelspeicher angeordnet, aus welchem das Abrasivmittel durch Schwerkraft in die Schleusenkammer bewegt wird, wobei diese Bewegung durch den genannten Unterdruck zumindest unterstützt wird. Der Abrasivmittelspeicher kann als Fülltrichter, d. h. als Hopper ausgebildet sein, wobei in dem Abrasivmittelspeicher das Abrasivmittel vorzugsweise mit Trägerflüssigkeit, d. h. insbesondere Wasser gemischt vorgehalten wird, sodass das Abrasivmittel ohne Lufteinschlüsse von außen in die Schleusenkammer eingebracht werden kann.
  • Die Saugeinrichtung ist vorzugsweise als Zylinder ausgebildet, in welchem ein Kolben bewegbar ist, wobei ein Ende des Zylinders zu der Schleusenkammer hin geöffnet bzw. mit dieser verbunden ist. Wenn der Kolben von diesem Ende des Zylinders wegbewegt wird, vergrößert sich das Volumen in dem Zylinder, wodurch Flüssigkeit aus der mit diesem Ende des Zylinders verbundenen Schleusenkammer angesaugt wird und so in der Schleusenkammer ein Unterdruck bzw. ein Sog erzeugt wird, durch welchen bei geöffnetem eingangsseitigen Absperrorgan Abrasivmittel in die Schleusenkammer eingesaugt werden kann.
  • Der Kolben ist bevorzugt über einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb bewegbar. Dabei wird der Antrieb von einer Steuereinrichtung derart gesteuert, dass der Kolben dann, wenn das erste Absperrorgan geöffnet wird, von dem ersten Ende des Zylinders, welches mit der Schleusenkammer verbunden ist, wegbewegt wird, um einen Unterdruck in der Schleusenkammer zu erzeugen. Bevorzugt sind der Kolben und der Zylinder derart ausgebildet, dass der Kolben in dem Zylinder linear beweglich ist. Dabei ist der Kolben in geeigneter Weise gegenüber der Innenwandung des Zylinders abgedichtet.
  • Besonders bevorzugt ist der Kolben hydraulisch bewegbar, d. h. er weist einen hydraulischen Antrieb auf, wobei der Kolben mit einem Antriebskolben in einem Antriebszylinder verbunden ist und der Antriebskolben im Inneren des Antriebszylinders zur Bewegung des Kolbens mit Trägerflüssigkeit aus der Hochdruckleitung beaufschlagbar ist. So kann auf eine separate Hydraulik zum Antrieb des Kolbens verzichtet werden. Stattdessen kann der Druck der Trägerflüssigkeit im Hochdruckbereich bzw. in der Hochdruckleitung zur Bewegung des Kolbens in der Saugeinrichtung genutzt werden. Der Antriebskolben kann mit dem Kolben der Saugeinrichtung in einem gemeinsamen Zylinder angeordnet sein. Es können jedoch auch separate Zylinder vorgesehen sein. Der Antriebskolben und der Kolben der Saugeinrichtung bewegen sich bevorzugt entlang derselben Achse und sind zur Kraft- und Bewegungsübertragung in geeigneter Weise, bevorzugt fest, miteinander verbunden. Es ist jedoch auch möglich, den Kolben der Saugeinrichtung und den Antriebskolben in anderer Weise relativ zueinander anzuordnen, beispielsweise nebeneinander, und in geeigneter Weise zur gemeinsamen Bewegung miteinander zu koppeln.
  • Die Beaufschlagung des Antriebszylinders mit Trägerflüssigkeit aus der Hochdruckleitung wird bevorzugt über von einer Steuereinrichtung angesteuerte Ventile, d. h. insbesondere elektrisch oder pneumatisch betätigte Ventile bewirkt.
  • Dazu ist der Antriebszylinder weiter bevorzugt an zumindest einer Seite des Antriebskolbens über zumindest ein Ventil mit der Hochdruckleitung verbunden. Wenn das Ventil geöffnet wird, wird so der Zylinder mit Trägerflüssigkeit aus der Hochdruckleitung gefüllt und der Antriebskolben an einer Seite mit Druck beaufschlagt, sodass der Antriebskolben in eine dieser Seite abgewandte Richtung in dem Antriebszylinder bewegt werden kann. Durch die beschriebene Bewegungskopplung wird der Kolben der Saugeinrichtung entsprechend mitbewegt, um den Unterdruck in der Schleusenkammer zu erzeugen.
  • Besonders bevorzugt mündet die Schleusenkammer über ihr ausgangsseitiges Absperrorgan in einen Druckbehälter, welcher in der Hochdruckleitung oder einem Zweig der Hochdruckleitung gelegen ist. Bevorzugt ist die Schleusenkammer vertikal oberhalb des Druckbehälters angeordnet, sodass der Inhalt der Schleusenkammer sich bei geöffnetem ausgangsseitigen Absperrorgan allein durch Schwerkraft in den Druckbehälter hinein entleeren kann. Der Druckbehälter kann dabei der Bereich sein, in welchem sich, wie oben beschrieben, die unter Hochdruck stehende Trägerflüssigkeit mit dem Abrasivmittel zu einer Suspension vermischt. D. h. durch die Strömung der Trägerflüssigkeit wird das Abrasivmittel aus dem Druckbehälter herausgespült. Die Suspensionsströmung stromabwärts des Druckbehälters tritt dann in die Austrittsdüse ein und wird durch diese ausgebracht. Dabei ist bevorzugt lediglich ein Teilstrom bzw. einer von mehreren parallelen Strömungswegen der Hochdruckleitung durch einen solchen Druckbehälter geführt.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich jedoch ausgehend von der Hochdruckquelle ein Hauptzweig der Hochdruckleitung an dem Druckbehälter vorbei und der Druckbehälter ist in einem zu dem Hauptzweig parallelen Nebenzweig gelegen, wobei sich der Hauptzweig und der Nebenzweig stromaufwärts der Austrittsdüse vereinigen. So bildet der Hauptzweig einen Bypass, welcher nicht durch den Druckbehälter geführt ist. Nur die Strömung in dem Nebenzweig wird bei dieser Ausgestaltung dazu genutzt, das Abrasivmittel aus dem Druckbehälter zu fördern. D. h. in dem Druckbehälter mischt sich zunächst die Strömung aus dem Nebenzweig mit Abrasivmittel und fördert das Abrasivmittel zu einem Mischpunkt, an welchem sich Nebenzweig und Hauptzweig vereinigen. Dort wird die Suspension aus dem Nebenzweig dann durch die Strömung in dem Hauptzweig weiter verdünnt und es bildet sich diejenige Suspension, welche dann weiter stromabwärts aus der Austrittsdüse austritt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schleusenkammer über eine Druckleitung mit der Hochdruckleitung verbunden, wobei in der Druckleitung ein erstes Druckausgleichsventil in Form eines Absperrventils angeordnet ist und wobei durch Öffnen dieses ersten Druckausgleichsventils die Schleusenkammer mit Druck beaufschlagbar ist. Das Absperrventil kann in jeder geeigneten Weise zum Schalten eines hohen Druckes, wie er oben genannt ist, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Absperrventil als Nadelventil ausgebildet. Das Absperrventil kann elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder in anderer geeigneter Weise betätigt werden und wird vorzugsweise von einer Steuereinrichtung des Gesamtsystems angesteuert. Durch Öffnen des Absperrventils wird eine Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich, d. h. zwischen der Hochdruckleitung und der Schleusenkammer hergestellt, sodass Trägerflüssigkeit unter hohem Druck in die Schleusenkammer einströmen kann und so den Druck in der Schleusenkammer auf das im Wesentlichen selbe Niveau wie in der Hochdruckleitung erhöhen kann. So kann nach dem Schließen des eingangsseitigen Absperrorgans der Schleusenkammer der Druck in der Schleusenkammer erhöht werden, bevor das ausgangsseitige Absperrorgan geöffnet wird. In der Schleusenkammer wird somit vor dem Öffnen des ausgangsseitigen Absperrorgans ein Druckausgleich mit der Hochdruckleitung hergestellt.
  • Weiter bevorzugt ist die Schleusenkammer mit einer Ablassleitung verbunden, welche über ein zweites Druckausgleichsventil in Form eines Absperrventils mit einem drucklosen Ablauf verbunden ist, wobei durch Öffnen des zweiten Druckausgleichsventils die Ablassleitung zu dem drucklosen Ablauf geöffnet werden kann. Das zweite Druckausgleichsventil kann in entsprechender Weise zu dem oben genannten Druckausgleichsventil ausgestaltet sein. Das zweite Druckausgleichsventil wird dazu genutzt, nach dem Schließen des ausgangsseitigen Absperrorgans und vor dem Öffnen des eingangsseitigen Absperrorgans den Druck im Inneren der Schleusenkammer zu verringern, insbesondere im Wesentlichen auf den Umgebungsdruck zu verringern. Erst wenn der Druck in der Schleusenkammer entsprechend abgebaut ist, wird dann das eingangsseitige Absperrorgan geöffnet, um die Schleusenkammer wieder neu mit Abrasivmittel zu befüllen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Schleusenkammer mit einer Ablassleitung verbunden sein, welche in einem Druckraum eines Akkumulators endet. Dies kann eine separate Ablassleitung sein oder auch die Ablassleitung sein, welche zusätzlich über ein Absperrventil in einen drucklosen Ablauf mündet. Über die Ablassleitung, welche mit dem Druckraum eines Akkumulators verbunden ist, ist es möglich, den Druck in der Schleusenkammer in den Akkumulator abzubauen, sodass keine oder weniger Flüssigkeit aus der Schleusenkammer nach außen abgelassen werden muss. Es kann somit ein Druckausgleich bzw. ein Druckabbau in einem geschlossenen System erfolgen. Dabei ist auch eine Kombination der Verwendung eines Akkumulators mit einem drucklosen Ablauf möglich, in der Weise, dass zunächst der Druck um ein gewisses Maß durch Überführen von Flüssigkeit in den Akkumulator abgebaut wird und anschließend der Restdruck durch Öffnen des Absperrventils zu dem drucklosen Ablauf hin abgebaut wird.
  • Der Akkumulator ist weiter bevorzugt ein Zylinder-Akkumulator und die Ablassleitung ist mit einem ersten Druckraum des Zylinder-Akkumulators verbunden, in welchem ein Kolben, welcher den ersten Druckraum von einem zweiten Druckraum trennt, beweglich angeordnet ist. Der zweite Druckraum ist dabei bevorzugt über zumindest ein Ventil druckbeaufschlag- und druckentlastbar. Wenn sich der Kolben in einer ersten Stellung befindet, in welche er den ersten Druckraum auf ein Minimum verkleinert, kann über ein Ventil der zweite Druckraum druckentlastet werden, sodass über die Ablassleitung Flüssigkeit bzw. Wasser aus der Schleusenkammer in den ersten Druckraum strömen kann, wobei sich der Kolben in den zweiten Druckraum hinein bewegt und diesen verkleinert, während sich der erste Druckraum vergrößert. Durch Druckbeaufschlagung des zweiten Druckraumes kann der Kolben wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt werden. Über den zweiten Druckraum kann zusätzlich ein Gegendruck aufgebaut werden, sodass die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens gesteuert bzw. verringert werden kann, sodass ein langsamer Druckabbau in der Schleusenkammer möglich wird.
  • Der zweite Druckraum des Zylinder-Akkumulators ist weiter bevorzugt über zumindest ein Ventil schaltbar mit der Hochdruckleitung oder einem drucklosen Auslass verbunden. Das Ventil kann in beliebiger geeigneter Weise, beispielsweise als Nadelventil ausgebildet sein. Das Ventil kann beispielsweise einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb aufweisen und wird bevorzugt von einer zentralen Steuereinrichtung, welche den Befüllvorgang steuert, angesteuert. Wenn das Ventil den zweiten Druckraum des Zylinder-Akkumulators mit der Hochdruckleitung in Verbindung bringt, wird der zweite Druckraum mit Flüssigkeit aus der Hochdruckleitung beaufschlagt, sodass der Kolben in dem Zylinder-Akkumulator in den ersten Druckraum hinein bzw. in Richtung des ersten Druckraums bewegt werden kann, sodass dieser verkleinert wird. Wird das Ventil so geschaltet, dass der zweite Druckraum mit einem drucklosen Auslass in Verbindung gebracht wird, wobei gleichzeitig die Verbindung zu der Hochdruckleitung geschlossen wird, kann sich der Kolben in Richtung des zweiten Druckraums bewegen, sodass sich der erste Druckraum vergrößert, um Flüssigkeit aus der Schleusenkammer aufzunehmen. Diese Schaltvorgänge können durch eine geeignete Ventilschaltung aus einem oder mehreren Ventilen realisiert werden. Z.B. können zwei getrennte Ventile vorgesehen sein, wobei ein Ventil die Verbindung zu der Hochdruckleitung öffnet oder schließt und ein zweites Ventil eine Verbindung zu dem drucklosen Auslass öffnet oder schließt.
  • Weiter bevorzugt kann in der Ablassleitung stromaufwärts des Akkumulators, d. h. insbesondere des Zylinder-Akkumulators eine Drossel angeordnet sein. Diese sorgt für einen verlangsamten Druckabbau des Drucks in der Schleusenkammer, indem die Flüssigkeitsströmung von der Schleusenkammer zu dem Akkumulator gedrosselt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Hochdruckleitung bzw. verbunden mit der Hochdruckleitung zumindest ein Druckspeicher angeordnet. Dieser Druckspeicher kann beispielsweise als ein zusätzliches mit unter Hochdruck stehender Trägerflüssigkeit gefülltes Volumen oder z.B. als Blasenspeicher ausgebildet sein. Der Druckspeicher dient dazu, einen Druckabfall im Hochdruckbereich, d. h. in der Hochdruckleitung zu verringern, wenn ein Druckausgleich in der Schleusenkammer von dem Hochdruckbereich bzw. der Hochdruckleitung aus erfolgt. Wenn beispielsweise ein erstes Druckausgleichsventil, wie es oben beschrieben wurde, geöffnet wird, wird eine Verbindung zwischen der Schleusenkammer, in welcher zunächst atmosphärischer Druck herrscht und der Hochdruckleitung hergestellt. Dadurch kommt es zu einem Anstieg des Drucks in der Schleusenkammer, d. h. einem Druckausgleich, welcher aber auf der anderen Seite zu einem Druckabfall in der Hochdruckleitung führen kann. Durch einen entsprechenden Druckspeicher kann dieser Druckabfall minimiert oder verhindert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schleusenkammer über das eingangsseitige Absperrorgan mit einem Ausgang eines Abrasivmittelspeichers verbunden, wobei in dem Ausgang eines bewegbares Verschlusselement angeordnet ist, welches hohl ausgebildet und zu einem oberen und einem unteren Ende hin geöffnet ist, wobei das Verschlusselement mit seinem unteren Ende den Ausgang verschließt und sich mit seinem oberen Ende über einen maximalen Füllstand für das Abrasivmittel hinaus erstreckt. Der Abrasivmittelspeicher kann beispielsweise als Fülltrichter ausgebildet sein, wobei der Ausgang des Fülltrichters an seinem unteren verjüngten Ende gelegen ist. Dieser Ausgang mündet in das eingangsseitige Absperrorgan der Schleusenkammer. Zusätzlich zu diesem eingangsseitigen Absperrorgan ist das Verschlusselement vorgesehen, welches den Ausgang, beispielsweise in Form eines Stopfens verschließt. Durch vertikale Bewegung des Verschlusselementes kann der Ausgang geöffnet und verschlossen werden. Gleichzeitig ist das Verschlusselement jedoch vorzugsweise so ausgebildet, dass es eine untere Öffnung aufweist, welche in den Ausgang hinein geöffnet ist, und in seinem Inneren hohl ausgebildet ist. Der Hohlraum im Inneren des Verschlusselementes stellt eine Verbindung zu einer zweiten Öffnung am oberen Ende des Verschlusselementes her. Dabei ist das Verschlusselement derart lang ausgebildet bzw. weist eine sich nach oben erstreckende axiale Verlängerung auf, dass die Öffnung am oberen Ende oberhalb des maximalen Füllstandes für das Abrasivmittel in dem Abrasivmittelspeicher gelegen ist. Dies bewirkt, dass dann, wenn das Verschlusselement den Ausgang verschließt, eine Verbindung durch den Hohlraum im Inneren zwischen dem Ausgang und dem oberen Ende bzw. der Öffnung am oberen Ende verbleibt. Durch diese Öffnung kann jedoch kein Abrasivmittel in den Ausgang strömen, da die Öffnung am oberen Ende oberhalb des maximalen Füllstandes für das Abrasivmittel gelegen ist. Allerdings gewährleistet diese Verbindung bei Verschluss des Ausganges durch das Verschlusselement, das bei geöffnetem eingangsseitigen Absperrorgan Flüssigkeit bzw. Wasser aus der Schleusenkammer durch das Verschlusselement hindurch strömen kann, wobei es dann durch die Öffnung am oberen Ende des Verschlusselementes austritt. Dies ist zweckmäßig, da beim Zurückbewegen eines Kolbens der Sauganrichtung oder gegebenenfalls eines Kolbens eines Akkumulators Flüssigkeit in die Schleusenkammer zurückgedrückt wird. Wenn dies bei geöffnetem eingangsseitigen Absperrorgan geschieht, kann die Flüssigkeit dann durch das Verschlusselement in den Abrasivmittelspeicher hinein gedrückt werden. Der Abrasivmittelspeicher ist vorzugsweise mit einer Füllstandsüberwachung sowohl für das Abrasivmittel als auch für Flüssigkeit ausgestattet, sodass stets sichergestellt ist, dass ein Flüssigkeits-Abrasivmittel-Gemisch in dem Abrasivmittelspeicher vorhanden ist. Das beschriebene Verschlusselement weist an seinem unteren Ende vorzugsweise einen Verschlussstopfen auf, durch den hindurch sich zum oberen Ende eine rohrförmige Verlängerung erstreckt, welche die Verbindung zwischen den beiden offenen Enden herstellt.
  • Das Verschlusselement mit dem Durchgang in seinem Inneren hat den weiteren Vorteil, dass es möglich ist, die Abrasivmittelzufuhr mit Hilfe des Verschlusselementes zu unterbinden, auch wenn das eingangsseitige Absperrorgan noch geöffnet ist. In diesem Zustand ist es dann insbesondere möglich, dass durch die Öffnung im Inneren des Verschlusselementes Wasser bzw. Trägerflüssigkeit weiter durch das Verschlusselement und das eingangsseitige Absperrorgan fließen kann, während die Zufuhr von Abrasivmittel beispielsweise durch den Verschlussstopfen am unteren Ende des Verschlusselementes unterbunden ist. Dies ermöglicht es, dass eingangsseitige Absperrorgan mit Trägerflüssigkeit bzw. Wasser zu spülen, um vor dem Schließen des eingangsseitigen Absperrorgans dieses im Wesentlichen frei von Abrasivmittel zu machen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch eine Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 2
    eine Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 3
    eine Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 4
    eine schematische Schnittansicht des Fülltrichters in Figuren 1 bis 3 im geschlossenen Zustand und
    Fig. 5
    eine Ansicht des Fülltrichters gemäß Fig. 4 im geöffneten Zustand.
  • Die in Figur 1 gezeigte Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage weist eine Hochdruckquelle in Form einer Hochdruckpumpe 2 auf, welche über einen Hochdruckbereich bzw. eine Hochdruckleitung 4 mit einer Austrittsdüse 6 verbunden ist. Die Hochdruckpumpe 2 stellt Wasser als Trägerflüssigkeit unter hohem Druck bereit, wobei der Druck bis zu 2500 bar oder mehr betragen kann. Die Hochdruckleitung 4 spaltet sich in zwei Teile, nämlich einen Hauptzweig 8 und einen Nebenzweig 10. Der Hauptzweig 8 verläuft direkt von der Hochdruckpumpe 2 zu der Austrittsdüse 6, während der Nebenzweig 10 von diesem Hauptzweig 8 abzweigt und einen Bypass bildet, welcher durch einen Druckbehälter 12 verläuft. In dem Druckbehälter 12 befindet sich ein Abrasivmittel, z.B. ein mineralisches Abrasivmittel wie beispielsweise Granatsand, Korund, Olivine oder Flusssand. Bei einem Durchströmen des Druckbehälters 12 kommt es zu einer Vermischung zwischen Abrasivmittel und Wasser, sodass das Wasser das Abrasivmittel mitreißt, bzw. aus dem Druckbehälter 12 herausspült. In einem Mischpunkt 14, welcher stromaufwärts der Austrittsdüse 6 gelegen ist, mündet der Nebenstrom 8 ausgangsseitig des Druckbehälters 12 wieder in den Hauptstrom 8 ein und mischt diesem somit das aus dem Druckbehälter 12 mitgenommene Abrasivmittel zu, sodass im Mischpunkt 14 die endgültige Suspension gebildet wird, welche dann aus der Austrittsdüse 6 nach außen austritt. In dem Nebenzweig 10 kann ein hier nicht gezeigtes Ventil vorgesehen sein, um den Nebenzweig 10 abzuschalten, womit dann die Zufuhr von Abrasivmittel zu der Wasserströmung abgeschaltet werden kann.
  • Da der Druckbehälter 12 nur eine bestimmte Menge von Abrasivmittel aufnehmen kann, ist es zu einem kontinuierlichen Betrieb der Anlage erforderlich, den Druckbehälter 12 im laufenden Betrieb wieder aufzufüllen. Dazu ist erfindungsgemäß eine Abrasivmittel-Zufuhrschleuse 16 vorgesehen. Diese weist eine Schleusenkammer 18 auf, welche aus einem Einlaufbereich 20 sowie einem Zwischenbehälter 22 besteht. Die Schleusenkammer 18 ist vertikal oberhalb des Druckbehälters 12 angeordnet und von diesem durch ein ausgangsseitiges Absperrorgan in Form eines ausgangsseitigen Kugelhahnes 24 getrennt. Am oberen Ende weist die Schleusenkammer 18 einen eingangsseitigen Kugelhahn 26 auf, welcher ein eingangsseitiges Absperrorgan bildet. Vertikal oberhalb des eingangsseitigen Kugelhahnes 26 ist ein Fülltrichter 28 angeordnet, welcher anhand von Figuren 4 und 5 näher beschrieben wird. An den Einlassbereich 20 der Schleusenkammer 18 schließt sich ferner eine Saugeinrichtung 30 an, welche hier einen Zylinder 32 mit einem in diesem linear beweglichen Kolben 34 aufweist. Der Kolben 34 ist fest mit einem Antriebskolben 36 verbunden, welcher in einem sich axial an den Zylinder 32 anschließenden Antriebszylinder 38 linear beweglich ist.
  • In die Schleusenkammer 18 mündet darüber hinaus eine Druckleitung 40, welche von der Hochdruckleitung 4, in diesem Fall dem Nebenzweig 10 abzweigt. In der Druckleitung 40 ist ein erstes Druckausgleichsventil 42 angeordnet. Ferner ist die Schleusenkammer 18 mit einer Ablassleitung 44 verbunden, in welcher ein zweites Druckausgleichsventil 46 angeordnet ist und welche stromabwärts des zweiten Druckausgleichsventils 46 in einen drucklosen Ablauf 48 mündet.
  • An dem Nebenzweig 10 ist ein erster Druckaufnehmer 50 und an der Schleusenkammer 18 ein zweiter Druckaufnehmer 52 angeordnet. Ferner weist die Druckleitung 4 noch einen Akkumulator in Form eines Druckspeichers 54 auf.
  • In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ist ein hydraulischer Antrieb für den Kolben 34 der Saugeinrichtung 30 vorgesehen, welcher von dem Antriebszylinder und dem Antriebskolben 36 gebildet wird. Hierzu ist der Antriebszylinder 38 an einer ersten, dem Kolben 34 zugewandten Seite des Antriebskolbens 36 über ein Ventil 56 mit der Hochdruckleitung 4 verbunden. Entsprechend ist der Antriebszylinder 38 an einer zweiten Seite des Antriebskolbens 36, welche dem Kolben 34 abgewandt ist, über ein weiteres Ventil 58 ebenfalls mit der Hochdruckleitung 4 verbunden. An der Verbindung des Ventils 56 mit dem Antriebszylinder 38 ist darüber hinaus ein Ablassventil 60 angeordnet. Entsprechend ist an der Verbindung des Ventils 58 mit dem Antriebszylinder 38 ein Ablassventil 62 angeordnet. Ausgangsseitig der Ventile 56, 58 ist darüber hinaus jeweils ein Rückschlagventil 64, 66 angeordnet.
  • Wenn der Kolben 34 in dem Zylinder 32 von der Schleusenkammer 18 weg bewegt, d. h. zu dem Antriebszylinder 38 hin bewegt wird, kann in der Schleusenkammer 18 ein Unterdruck erzeugt werden. Dieser Unterdruck bewirkt, dass bei geöffnetem eingangsseitigen Kugelhahn 26 Abrasivmittel aus dem Fülltrichter 28 zusätzlich zu der wirkenden Schwerkraft durch einen Unterdruck in den Einlaufbereich 20 in der Schleusenkammer 18 gesaugt wird. Um hierzu den Kolben 34 entsprechend bewegen zu können, wird das Ablassventil 62 geöffnet und gleichzeitig das Ventil 56 geöffnet, sodass der Antriebskolben 36 an seiner dem Kolben 34 zugewandten Seite mit Druck beaufschlagt wird und so in eine Richtung bewegt wird, in welcher er sich gemeinsam mit dem Kolben 34 von der Schleusenkammer 18 weg bewegt. Dadurch, dass der der Schleusenkammer 18, d. h. deren Einlaufbereich 20, zugewandte Bereich des Zylinders 32 mit diesem Einlaufbereich 20 verbunden ist, wird auf diese Weise Wasser aus der Schleusenkammer 18 angesaugt und es entsteht in der Schleusenkammer 18 ein Unterdruck.
  • Um den Kolben 34 zurück in Richtung der Schleusenkammer 18 bewegen zu können, wird das Ventil 56 geschlossen. Ebenfalls wird das Ablassventil 62 geschlossen. Umgekehrt werden dann das Ablassventil 60 und das Ventil 58 geöffnet, sodass die dem Kolben 34 abgewandte Seite des Antriebskolbens 36 mit Druck beaufschlagt wird und so der Antriebskolben 36 und der Kolben 34 in entgegengesetzter Richtung zurückbewegt werden.
  • Insgesamt erfolgt der Befüllvorgang des Druckbehälters 12 mit Abrasivmittel erfindungsgemäß nun wie folgt. Zunächst wird durch kurzzeitiges Öffnen des zweiten Druckausgleichsventils 46 der Innenraum der Schleusenkammer 18 von vorhandenem Restdruck entlastet, wobei Flüssigkeit aus dem Einlaufbereich 20 über die Ablassleitung 44 in den Ablauf 48 strömt. Danach wird das Druckausgleichsventil 46 wieder geschlossen. Ferner wird der Kolben 34 durch den zuvor beschriebenen Antrieb in eine erste Endlage bewegt, in welcher er an dem der Schleusenkammer 18 zugewandten Ende, d. h. dem dem Antriebszylinder 38 abgewandten Ende des Zylinders 32 gelegen ist. D. h. in diesem Zustand ist das der Schleusenkammer 18 zugewandte und mit dieser verbundene Volumen des Zylinders 32 minimal. Bei dieser Bewegung des Kolbens 34 ist bei geschlossenem Druckausgleichsventil 46 der eingangsseitige Kugelhahn 26 geöffnet. Dabei wird überschüssiges Wasser aus der Schleusenkammer 18 durch den eingangsseitigen Kugelhahn 26, wie unten anhand von Figuren 4 und 5 beschrieben wird, in den Fülltrichter gedrückt. Anschließend wird, wie anhand von Figuren 4 und 5 erläutert wird, der Ausgang des Fülltrichters 28 geöffnet, sodass Abrasivmittel aus dem Fülltrichter 28 in den Einlaufbereich 20 der Schleusenkammer 18 schwerkraftbedingt eintreten kann. Um dieses Eintreten von Abrasivmittel zu unterstützen, bzw. zu beschleunigen, wird durch Öffnen des Ablassventils 62 und des Ventils 56 der Antriebskolben 36 zu dem dem Zylinder 32 abgewandten Ende des Antriebszylinders 38 bewegt. Dabei bewegt sich der Kolben 34 mit, sodass sich das Volumen des Zylinders 32, welches dem Einlaufbereich 20 der Schleusenkammer 18 zugewandt und mit diesem verbunden ist, vergrößert. Dadurch wird in der Schleusenkammer 18 ein Unterdruck erzeugt, durch welchen das Abrasivmittel aus dem Fülltrichter 28 zusätzlich angesaugt wird. Wenn die Schleusenkammer 18 ausreichend mit Abrasivmittel gefüllt, wird die Bewegung des Antriebskolbens 36 sowie des Kolbens 34 durch Schließen des Ventiles 56 und des Ablassventiles 62 gestoppt und es wird der eingangsseitige Kugelhahn 26 der Schleusenkammer 18 geschlossen.
  • Anschließend wird durch Öffnen des Ventils 58 der Antriebszylinder so mit druckbeaufschlagt, dass der Antriebskolben 36 gemeinsam mit dem Kolben 34 vorwärts bewegt wird, das heißt zu der Schleusenkammer 18 hinbewegt wird, so dass sich das der Schleusenkammer 18 zugewandte Volumen in dem Zylinder 32 verkleinert. So trägt der Kolben 34 zum Druckaufbau im Inneren der Schleusenkammer 18 bei. Ferner wird das erste Druckausgleichsventil 42 geöffnet, wodurch die Schleusenkammer 18 mit dem Druck in der Hochdruckleitung 4 bzw. im Hochdruckbereich beaufschlagt wird. D. h. es findet ein im Wesentlichen vollständiger Druckausgleich zwischen der Hochdruckleitung 4 und der Schleusenkammer 18 statt. Dieser wird durch die Druckaufnehmer 50 und 52 überwacht. Um bei diesem Druckausgleich den Druckabfall in der Hochdruckleitung 4 zu minimieren, ist an dieser ein Druckspeicher 54 vorhanden. Wenn über die Druckaufnehmer ein Druckausgleich, d. h. derselbe Druck in dem Nebenzweig 10 und in der Schleusenkammer 18 erfasst wird, d.h. nach dem erfolgten Druckausgleich wird der ausgangsseitige Kugelhahn 24 der Schleusenkammer 18 geöffnet, wodurch das Abrasivmittel aus der Schleusenkammer 18, d. h. dem Zwischenbehälter der Schleusenkammer 18 schwerkraftbedingt in den Druckbehälter 12 übertritt. Bei diesem Übertritt bleibt das Druckausgleichsventil 42 vorzugsweise geöffnet, um eine Drainage des Zwichenspeichers 22 bei dessen Entleerung zu ermöglichen. Das heißt über das Druckausgleichsventil 42 sowie die Druckleitung 40 kann Trägerflüssigkeit bzw. Wasser in die Schleusenkammer 18 nachströmen, während das Abrasivmittel aus dem Zwischenspeicher 22 durch den geöffneten Kugelhahn 24 in den Druckbehälter 12 übertritt. Nach vollständiger Entleerung des Abrasivmittels aus der Schleusenkammer 18, welche über weitere hier nicht gezeigte Sensoren, z.B. Lichtschranken, erfasst werden kann, wird der ausgangsseitige Kugelhahn 24 wieder geschlossen. Dabei wird auch das Druckausgleichsventil 42 geschlossen.
  • Im nächsten Schritt erfolgt ein Druckausgleich zwischen der Schleusenkammer 18 und der Atmosphäre, indem bei geschlossenem Ventil 58 das Ventil 56 geöffnet wird, wodurch der Antriebskolben 36 gemeinsam mit dem Kolben 34 rückwärts, das heißt von der Schleusenkammer 18 weg bewegt wird. So wird das der Schleusenkammer 18 zugewandte Volumen des Zylinders 32 vergrößert und der Druck in der Schleusenkammer 18 wird abgebaut. Anschließend wird zum vollständigen Druckausgleich das zweite Druckausgleichsventil 46 zu dem Ablauf 48 hin geöffnet wird. Wenn dieser Druckausgleich erfolgt ist, wird das zweite Druckausgleichsventil 46 geschlossen und es wird wieder der eingangsseitige Kugelhahn 26 geöffnet. Anschließend wird durch Öffnen des Ventils 58 und Öffnen des Ablassventils 60 der Antriebskolben 36 so mit Druck beaufschlagt, dass der Kolben 34 in dem Zylinder 32 wieder in seine der Schleusenkammer 18 zugewandte Endlage bewegt wird, dabei wird die Flüssigkeit aus dem Zylinder 32 zurück in die Schleusenkammer 18 gedrückt und aus dieser durch den geöffneten eingangsseitigen Kugelhahn 26 in den Fülltrichter 28, wie anhand der Figuren 4 und 5 erläutert werden wird. Im nächsten Schritt wird wieder der Ausgang des Fülltrichters 28 geöffnet und die Befüllung der Schleusenkammer 18 beginnt von neuem. So kann bei kontinuierlichen Betrieb der Schneidanlage der Druckbehälter 12 immer wieder über die Schleusenkammer 18 mit Abrasivmittel befüllt werden.
  • Figur 2 zeigt eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage, welche in wesentlichen Teilen identisch zu der Anlage gemäß Figur 1 aufgebaut ist. Nachfolgend werden lediglich die Unterschiede beschreiben. In Figur 2 sind als Antrieb für den Antriebskolben 36 lediglich die Ventile 56 und 58 gezeigt. Es ist jedoch zu verstehen, dass entsprechend der Ausgestaltung gemäß Figur 1 zweckmäßigerweise auch die Ablassventile 60 und 62 sowie die Rückschlagventile 64 und 66 angeordnet sein können. In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel ist an der Ablassleitung 44 über eine Drossel 68 zusätzlich ein Akkumulator in Form eines Zylinder-Akkumulators 70 angeschlossen. Dabei ist die Ablassleitung 44 über die Drossel 68 mit einem ersten Druckraum 72 des Zylinder-Akkumulators 70 verbunden. Der erste Druckraum 72 ist durch einen längs verschiebbaren Kolben 74 von einem zweiten Druckraum 76 im Inneren des Zylinder-Akkumulators 70 getrennt. Der zweite Druckraum 76 ist über ein erstes Ventil 78 mit der Druckleitung 4 und über ein zweites Ventil 80 mit einem Ablauf 82 verbunden, welcher Umgebungsdruck bzw. atmosphärischen Druck aufweist. Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel kann die Druckentlastung, d. h. der Druckausgleich der Schleusenkammer 18 zum Umgebungsdruck so in zwei Schritten erfolgen. Im ersten Schritt erfolgt der Druckausgleich über den Zylinder-Akkumulator 70, indem das zweite Ventil 80, welches ein Ablassventil bildet, zu dem Ablauf 82 hin geöffnet wird. Dies ermöglicht es, dass durch die Drossel 68 Flüssigkeit in den ersten Druckraum 72 strömt und den Kolben 74 in Richtung des zweiten Druckraumes 76 bewegt, sodass der zweite Druckraum 76 verkleinert wird. Ein verbleibender Restdruck im Inneren der Schleusenkammer 18 kann dann in der anhand von Figur 1 beschriebenen Weise über das zweite Druckausgleichsventil 76 abgebaut werden. Um den Kolben 74 in dem Zylinder-Akkumulator 70 zurückzubewegen, wird im geschlossenen Zustand des zweiten Ventils 80 das erste Ventil 78 geöffnet, sodass der zweite Druckraum 76 mit unter Hochdruck stehender Flüssigkeit aus der Hochdruckleitung 4 beaufschlagt wird und so der Kolben 74 zurück zu dem ersten Druckraum 72 bewegt wird, wodurch der zweite Druckraum 72 verkleinert wird. Bei geschlossenem Kugelhahn 26 wird so eine Druckerhöhung in der Schleusenkammer 18 erreicht. Diese Druckerhöhung erfolgt nach dem Befüllen der Schleusenkammer 18 und Schließen des Kugelhahnes 26 vor dem weiteren vollständigen Druckausgleich durch Öffnen des Druckausgleichsventils 42, wie es oben beschrieben wurde.
    Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 3 gezeigt. Diese Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform mit dem einzigen Unterschied, dass für den Antrieb des Kolbens 34 der Saugeinrichtung 30 ein separater pneumatischer Antrieb über die Pneumatikanschlüsse 84 und 86 an dem Antriebszylinder 38 vorgesehen ist. Die Pneumatikanschlüsse 84 und 86 werden entsprechend der vorangehenden Beschreibung der hydraulischen Variante druckbeaufschlagt, um den Antriebskolben 36 gemeinsam mit dem Kolben 34 zu bewegen. An die Pneumatikanschlüsse 84 und 86 wird entsprechend ein separates pneumatisches Steuersystem angeschlossen, welches bevorzugt dann Verwendung finden kann, wenn auch andere Elemente der Anlage, wie insbesondere Ventile, beispielsweise die Druckausgleichsventile 42 und 46 pneumatisch betätigt werden.
  • Die Funktion des Fülltrichters 28 wird anhand der Figuren 4 und 5 näher beschrieben. Der Fülltrichter 28 weist an seinem unteren Ende einen Ausgang 88 auf, welcher wie oben beschrieben oberhalb de eingangsseitigen Kugelhahnes 26 der Schleusenkammer 18 angeordnet ist. Der Fülltrichter 18 ist im Betrieb mit Wasser 90 und Abrasivmittels 92 gefüllt, sodass das Abrasivmittel 92 im nassen Zustand in die Schleusenkammer 18 eintritt, sodass der Übertritt von Luft in die Schleusenkammer 18 verhindert wird.
  • Der Einlass des Abrasivmittels in die Schleusenkammer 18 wird nicht allein durch den eingangsseitigen Kugelhahn 26 gesteuert, sondern zusätzlich über ein Verschlusselement 94 in dem Fülltrichter 28. Das Verschlusselement 94 weist an seinem unteren Ende einen Verschlussstopfen 96 auf, welcher so ausgebildet ist, dass er mit der Innenseite des Einlauftrichters 28 den Ausgang 88 umgebend abdichtend in Eingriff treten kann wie in Figur 4 gezeigt. In diesem Zustand kann kein Abrasivmittel 92 in den Ausgang 88 eintreten. Zusätzlich weist das Verschlusselement 94 jedoch ein Rohr 98 auf, welches sich durch den Verschlussstopfen 96 hindurch zu dem Ausgang 88 erstreckt und an seinem unteren Ende eine untere Öffnung 100 aufweist. In entgegengesetzter Richtung erstreckt sich das Rohr 98 von dem Verschlussstopfen 96 nach oben über den Wasserspiegel 102 bis zu einem an der Oberseite des Fülltrichters 28 angeordneten Pneumatikzylinder 104. Über den Pneumatikzylinder 104 ist das Rohr 58 vertikal bewegbar, sodass es, wie in Figur 5 gezeigt, gemeinsam mit dem Verschlusstopfen 96 in eine vertikal obere Position bewegt werden kann, in welcher der Verschlussstopfen 96 von der Innenwand de Fülltrichters 28 entfernt ist, sodass ein ringförmiger Spalt 106 freigegeben wird, durch welchen das Abrasivmittel 92 in den Ausgang 88 fließen kann. Es ist zu verstehen, dass statt eines pneumatischen Antriebs über den Pneumatikzylinder 104 jeder andere geeignete Linearantrieb zur Bewegung des Rohres 98 mit dem Verschlussstopfen 96, d. h. zur Bewegung des Verschlusselementes 94, in vertikaler Richtung Verwendung finden könnte.
  • Neben der unteren Öffnung 100 weist das Rohr 98 eine obere Öffnung 108 auf, welche am Außenumfang des Rohres 98 mündet. Die obere Öffnung 108 ist oberhalb des Füllstandes, d. h. des maximalen Füllstandes 110 für das Abrasivmittel 92 gelegen. So wird verhindert, dass in dem in Figur 4 gezeigten geschlossenen Zustand des Fülltrichters 28 Abrasivmittel 92 durch die obere Öffnung 108 in den Ausgang 88 gelangen kann. Für das Abrasivmittel 92 ist der Ausgang 88 in dem Zustand geschlossen und kann lediglich durch vertikales Anheben des Verschlusselementes 94 geöffnet werden. Gleichzeitig ist er jedoch für Wasser, welches von unten aus der Schleusenkammer 18 bei Zurückbewegung des Kolbens 34 durch den eingangsseitigen Kugelhahn 26 strömt, geöffnet. D. h. dieses Wasser, welches bei Zurückbewegung des Kolbens 34 und gegebenenfalls des Kolbens 74 aus der Schleusenkammer 18 verdrängt wird, kann in die untere Öffnung 100 des Rohres 98 eintreten und durch die obere Öffnung 108 oberhalb des Abrasivmittels 92 in den Fülltrichter 28 austreten.
  • Darüber hinaus hat das Rohr 98 eine weitere Funktion, nämlich, dass vor dem Schließen des eingangsseitigen Kugelhahnes 26 dieser gespült werden kann, um Abrasivmittel aus dem Kugelhahn 26 zu entfernen. Dazu wird vor dem Ende der Saugbewegung des Kolbens 34 die Abrasivmittelzufuhr durch Absenken des Verschlusselementes 94 unterbrochen. Aufgrund der weiteren Saugbewegung des Kolbens 34 besteht dann aber in der Schleusenkammer 18 weiter ein Unterdruck, so dass Wasser aus dem Fülltrichter über die obere Öffnung 108, durch das Rohr 98 hindurch aus der unteren Öffnung 100 angesaugt wird und durch den noch geöffneten Kugelhahn 26 strömt. Erst nach diesem Spülvorgang wird der Kugelhahn 26 dann geschlossen, wie es anhand der Figuren 1 - 3 für den Befüllvorgang beschrieben wurde.
  • An dem Fülltrichter 28 können zusätzlich hier nicht gezeigte Sensoren zur Überwachung des Wasserspiegels 102 sowie des Füllstandes 110 des Abrasivmittels 92 angeordnet sein, um automatisiert Wasser und Abrasivmittel nachfüllen zu können. Dies können z.B. Lichtschranken sein. Weitere Füllstandssensoren, beispielsweise in Form von Lichtschranken können an dem Zwischenbehälter 22 sowie dem Druckbehälter 12 angeordnet sein. Über Füllstandssensoren an dem Druckbehälter 12 kann detektiert werden, wann dieser befüllt werden muss. Über Füllstandssensoren an dem Zwischenbehälter 22 kann erfasst werden, wann dieser vollständig geleert ist, so dass der untere Kugelhahn 24 wieder geschlossen werden kann. Auch kann detektiert werden, wann der Zwischenbehälter 22 ausreichend mit Abrasivmittel gefüllt ist, bevor die Abrasivmittelzufuhr aus dem Fülltrichter 28 unterbrochen wird. So ist der ganze Befüllvorgang über eine Steuereinrichtung automatisierbar.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Hochdruckpumpe
    4
    Hochdruckleitung
    6
    Austrittsdüse
    8
    Hauptzweig
    10
    Nebenzweig
    12
    Druckbehälter
    14
    Mischpunkt
    16
    Abrasivmittel-Zufuhrschleuse
    18
    Schleusenkammer
    20
    Einlaufbereich
    22
    Zwischenbehälter
    24
    ausgangsseitiger Kugelhahn
    26
    eingangsseitiger Kugelhahn
    28
    Fülltrichter
    30
    Saugeinrichtung
    32
    Zylinder
    34
    Kolben
    36
    Antriebskolben
    38
    Antriebszylinder
    40
    Druckleitung
    42
    erstes Druckausgleichsventil
    44
    Ablassleitung
    46
    zweites Druckausgleichsventil
    48
    Ablauf
    50
    erster Druckaufnehmer
    52
    zweiter Druckaufnehmer
    54
    Druckspeicher
    56, 58
    Ventil
    60, 62
    Ablassventile
    64, 66
    Rückschlagventile
    68
    Drossel
    70
    Zylinder-Akkumulator
    72
    erster Druckraum
    74
    Kolben
    76
    zweiter Druckraum
    78
    erstes Ventil
    80
    zweites Ventil
    82
    Ablauf
    84, 86
    Pneumatikanschlüsse
    88
    Ausgang
    90
    Wasser
    92
    Abrasivmittel
    94
    Verschlusselement
    96
    Verschlusstopfen
    98
    Rohr
    100
    untere Öffnung
    102
    Wasserspiegel
    104
    Pneumatikzylinder
    106
    Spalt
    108
    obere Öffnung
    110
    Füllstand

Claims (15)

  1. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage mit zumindest einer Hochdruckquelle (2), welche eine Trägerflüssigkeit unter hohem Druck bereitstellt, zumindest einer Austrittsdüse (6), einer die Hochdruckquelle (2) mit der Austrittsdüse (6) verbindenden Hochdruckleitung (4) sowie einer mit der Hochdruckleitung (4) verbundenen Abrasivmittel-Zufuhrschleuse (16), welche ein eingangsseitiges Absperrorgan (26) und ein ausgangseitiges Absperrorgan (24) mit einer zwischen diesen angeordneten Schleusenkammer (18) aufweist
    gekennzeichnet durch
    eine mit der Schleusenkammer (18) verbundene Saugeinrichtung (30), welche zum Erzeugen eines Unterdrucks in der Schleusenkammer (18) ausgebildet ist.
  2. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugeinrichtung (30) als Zylinder (32) mit einem in diesem bewegbaren Kolben (34) ausgebildet ist, wobei ein Ende des Zylinders (32) zu der Schleusenkammer (18) hin geöffnet ist.
  3. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (34) über einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb bewegbar ist.
  4. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (34) hydraulisch bewegbar ist, wobei der Kolben (34) mit einem Antriebskolben (36) in einem Antriebszylinder (38) verbunden ist und der Antriebskolben (36) im Inneren des Antriebszylinders (38) zur Bewegung des Kolbens (34) mit Trägerflüssigkeit aus der Hochdruckleitung beaufschlagbar ist.
  5. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebszylinder (38) an zumindest einer Seite des Antriebskolbens (36) über zumindest ein Ventil (56, 58) mit der Hochdruckleitung (4) verbunden ist.
  6. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer (18) über ihr ausgangseitiges Absperrorgan (24) in einen Druckbehälter (12) mündet, welcher in der Hochdruckleitung (4) oder einem Zweig (10) der Hochdruckleitung (4) gelegen ist.
  7. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Hochdruckquelle (2) ein Hauptzweig (8) der Hochdruckleitung (4) an dem Druckbehälter (12) vorbei geführt ist und der Druckbehälter (12) in einem zu dem Hauptzweig (8) parallelen Nebenzweig (10) gelegen ist, wobei sich der Hauptzweig (8) und der Nebenzweig (10) stromaufwärts der Austrittsdüse (6) vereinigen.
  8. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer (18) über eine Druckleitung (40) mit der Hochdruckleitung (4) verbunden ist, wobei in der Druckleitung (40) ein erstes Druckausgleichsventil (42) in Form eines Absperrventils angeordnet ist und durch Öffnen dieses ersten Druckausgleichsventils (42) die Schleusenkammer (18) mit Druck beaufschlagbar ist.
  9. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer (18) mit einer Ablassleitung (44) verbunden ist, welche über ein zweites Druckausgleichsventil (46) in Form eines Absperrventils mit einem drucklosen Ablauf (48) verbunden ist, wobei durch Öffnen des zweiten Druckausgleichsventils (46) die Ablassleitung (44) zu dem drucklosen Ablauf (48) geöffnet werden kann.
  10. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer (18) mit einer Ablassleitung (44) verbunden ist, welche in einem Druckraum (72) eines Akkumulators (70) endet.
  11. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator als ein Zylinder-Akkumulator (70) ausgebildet ist und die Ablassleitung (44) in einem ersten Druckraum (72) des Zylinder-Akkumulators (70) endet, in welchem ein Kolben (74), welcher den ersten Druckraum (72) von einem zweiten Druckraum (76) trennt, beweglich angeordnet ist, wobei der zweite Druckraum (76) über zumindest ein Ventil (78, 80) druckbeaufschlag- und druckentlastbar ist.
  12. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckraum (76) des Zylinder-Akkumulators (70) über zumindest ein Ventil (78, 80) schaltbar mit der Hochdruckleitung (4) oder einem drucklosen Auslass (82) in Verbindung bringbar ist.
  13. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ablassleitung (44) stromaufwärts des Akkumulators eine Drossel (68) angeordnet ist.
  14. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckleitung (4) mit zumindest einem Druckspeicher (54) verbunden ist.
  15. Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer (18) über das eingangsseitige Absperrorgan (26) mit einem Ausgang (88) eines Abrasivmittelspeichers (28) verbunden ist, wobei in dem Ausgang (88) ein bewegbares Verschlusselement (94) angeordnet ist, welches hohl ausgebildet und zu einem oberen und einem unteren Ende hin geöffnet ist, wobei das Verschlusselement (94) mit seinem unteren Ende den Ausgang (88) verschließt und sich mit seinem oberen Ende über einen maximalen Füllstand (110) für das Abrasivmittel (92) hinaus erstreckt.
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