EP3181241A1 - Düsenkopf einer hochdruck-flüssigkeitsstrahlvorrichtung und eine hochdruck-flüssigkeitsstrahlvorrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a nozzle head of a high-pressure liquid jet device for processing a surface.
- a nozzle head comprises a media supply and at least two jet nozzles for producing a forwardly directed jet of high pressure liquid jet media.
- the nozzle head further comprises a nozzle holder for holding the jet nozzles and their fixation in a working position, based on the nozzle holder.
- the invention also relates to a high-pressure liquid jet device for processing the wall surfaces of open or closed channels, even of non-accessible channels for people.
- a surface to be treated refers to surfaces which have coatings or adhesions or other components to be removed on the surface which are to be processed by the device.
- the term "forward" refers to the basic orientation of the jet as viewed from the nozzle orifice on a surface to be machined. In front, therefore, is the half-space from the nozzle opening, in which the jet medium propagates as a free jet to the surface to be processed.
- the machining direction "forward” denotes the central axis of this half-space.
- High pressure liquid jet devices are used for a variety of different applications, such as cutting materials, removing body deposited coatings, such as paints, or removing unwanted deposits, contaminants, or soils, generally referred to herein as buildup Surfaces, especially on surfaces known in channels. It is also known that the medium can have solid components to enhance the abrasive action. For the various applications and the performance requirements associated therewith, various pressure ranges are contemplated in which the water jet devices are operated.
- pressures in the range of about 80 bar to about 6000 bar are used, with pressure ranges above about 500 bar are also referred to as maximum pressure.
- the pressure ranges of the high pressure and the maximum pressure overlap, the upper limit of the high pressure, in the currently conventional liquid jet devices at about 700 bar, far below the upper limit of the maximum pressure.
- the transition from the area of high pressure to the area of maximum pressure takes place against the background, even very dense and hard adhesions on the surfaces to be machined, for example on surfaces of a channel to remove and on Because of this increased effect of the medium to reduce the area-related amount of the necessary medium for processing.
- High-pressure liquid jet or similar device used hereinafter includes the configuration for high-pressure liquid jets, although the liquid jet devices for the two pressure ranges may differ in use cases and configuration.
- the amount of liquid per unit of time is of interest, which is provided by one, optionally also more than one pump of the device.
- liquid quantities of 8 to 40 l / min are usual, although different configurations of pump parameters exist for the different volume ranges.
- the limits and the available pumps may also vary with respect to the amount of liquid usable for the method and apparatus.
- a medium is brought by means of a working machine to a certain pressure and directed by flexible hoses or other media guides, such as pipes to a nozzle.
- the pressurized medium then emerges as a free jet from an opening of the nozzle.
- this free jet can be directed to the surface to be machined, where the beam in turn causes a locally limited abrasive effect on impact.
- multiple nozzles are used simultaneously, which can form a common beam or radiate in different directions.
- nozzles with multiple openings are known.
- the beam may be bundled or fan-shaped.
- a collimated beam has a substantially circular cross-sectional shape
- a fan-shaped beam is characterized in that the medium is spread in the form of a fan when exiting the opening, so that it strikes ellipse or line on the surface to be processed.
- nozzles in which the jet emerges in the form of the lateral surface of a cone. For an effective and / or targeted treatment of the channel surface, it is often necessary to vary the angle at which a nozzle is directed to the surface to be machined.
- nozzle heads are known which are pivotable.
- An object of the present invention is to provide a nozzle head for a high-pressure liquid jet device having two or more jet nozzles and such a device which enables alignment of the nozzle at the work site while maintaining or improving the applicability to the named fields of application.
- a nozzle head is proposed, the jet nozzles can be deflected together or separately in different directions, wherein the deflection in each case has a radial component.
- a changed angle of attack can be set to the surface to be machined for the rays of each jet nozzle, without pivoting the entire nozzle head.
- Such an adjustment can be made on site and is usually assisted by a camera with lighting on the nozzle head or other components of the processing device.
- the nozzle head with a plurality of jet nozzles allows a variation of the beam diameter of a full-circumjacent beam with simultaneous variation of the angle of incidence, so that the beam power is not or only slightly reduced.
- the nozzle head in addition to the jet nozzles also include a central main nozzle, for example, which is used depending on the type and extent of processing simultaneously or alternatively to the jet nozzles and can be moved in the known manner only with the nozzle head together.
- various of the known nozzle shapes can be used, depending on the requirements of the processing to be performed.
- the rotation of the Nozzle head as known from the prior art is possible with the nozzle head described in detail here.
- the media supply of the nozzle head is designed such that each jet nozzle has a separate liquid feed line, at the front end of which the jet nozzle is arranged.
- a distributor such as a pressure distributor, only a single jet nozzle.
- each jet nozzle By means of slot openings in the nozzle holder, one for each jet nozzle, each jet nozzle, all of which project through a respective slot opening, can be guided for themselves between a first and a second end position.
- the slot openings each have a radially extending component. This means that the slot openings do not run only as a circle segment about the axis of the machining direction, but the distances between the two end positions of a front end of a liquid supply line to the axis differ from each other.
- the deflection of the jet nozzle which can be performed by means of the slot profile, is realized for at least one of the jet nozzles by means of such a design of its liquid feed line, in which the front end of the liquid feed line is displaceable by means of a nozzle manipulator between the rest position of the jet nozzle and its end position.
- the term slidably includes suitable configurations of the liquid supply lines of the jet nozzles, in which at least the front end and with this the thereto fixed jet nozzle by means of the nozzle manipulator in the range of movement, which allow the slot openings, is movable. It is irrelevant to what extent the further liquid supply is moved with.
- the liquid supply line can be made stiff and moved in its entire length or from a defined, spaced from the front end point and pivoted.
- the liquid supply line may be tubular and the displaceability of the front end be realized by means of a liquid-conducting rotary joint or a hydraulic rotary feedthrough.
- Such hinges and rotary joints are known components in which a passage for a liquid is provided by the component to the respective degrees of freedom in the movement.
- the rotary joint is known to combine a rotation with the change of the angle and numerous angles of attack in the front half space or at least a meaningful section thereof can be set
- the rotary feedthrough allows only one rotation of the two interconnected by means of the rotary feedthrough lines.
- a pipe between rotary union and front end additionally a pipe offset or pipe angle, whereby with the rotation with the suitable position of the offset or the angle always a radial component of the displacement can be generated.
- the liquid supply can also be tubular and at least partially flexible, so that even with a fixed rear end, the front end of the movement of the nozzle manipulator can follow.
- the nozzle manipulator can be formed by a variety of components that are suitable to move at least the front end of the liquid supply and thereby fit into the available space and work reliably under the often very aggressive operating conditions.
- Such components referred to herein as positioning means, for example, may be an eccentric arranged between the liquid supply lines, a camshaft arranged between the liquid supply lines, a servo motor, at least one hydraulic or pneumatic cylinder or at least one press pad which can be filled with a pressurized gaseous or liquid medium is.
- a camshaft arranged between the fluid supply lines shifts one or more fluid supply lines outwardly away from the shaft by means of the cams during rotation.
- the design of the camshaft defines the two end positions per se and the possible displacements of the individual fluid supply lines between their first and second end positions.
- the position to be set for machining a surface can thus either vary continuously or be fixed by stopping the camshaft a certain position.
- an eccentric arranged on a shaft can cause the displacement of one or more fluid supply lines, but the variability of the movement is smaller.
- a high variability and precision of the displacement of the front end can be achieved with a servomotor or several of them, as with this targeted individual positions can be approached.
- a hydraulic or pneumatic cylinder or more thereof are used to realize the displacement of one or more jet nozzles, wherein the hydraulically or pneumatically in the cylinder initiated movement of the piston is used for the position control of a jet nozzle.
- suitable adjusting means By means of suitable adjusting means, the power transmission from the piston to a liquid supply can take place.
- a press pad or more may be used to move the front end of the liquid feed lines from a first end position to the second one.
- the state of the press pad changes between unfilled and filled.
- the press pad may also be arranged on the outside and surround the liquid supply lines. In this case, however, the motion sequence of the jet nozzles just described is effected by the transition from the filled to the unfilled pad. In certain applications, the movement can also take place in the opposite direction, from outside to inside, which is also feasible by both types of press pad.
- a combination of two press pads is, for example, to ensure a more precise positioning and fixing of the jet nozzles.
- a relative movement of the liquid supply to the press pad may be permitted by: the press pad is compliant in the region of contact with the liquid supply lines or has a lubricious surface.
- the force application of said positioning means should be either at the front end or between the front end and that portion of the liquid supply line, which, according to the above teachings, permits the displaceability of the front end.
- the nozzle manipulator comprises, in addition to the positioning means, further components for the movement or activation and control of the positioning means. The person skilled in the art will meaningfully coordinate the aforementioned alternative configurations of the nozzle holders, the liquid feed lines, the positioning means and the nozzle manipulator in order to achieve the nozzle arrangement and movement required for the application.
- an external pressing pad offers the possibility of fixing the nozzle head relative to adjacent walls, for example a closed channel, by pressing the pad against the walls as a result of the filling.
- the nozzle head may have one or more fixing pads which, unlike the press pads, primarily serve to fix the nozzle head against adjacent walls.
- fixing pads are used for channel robots in the DE 20 2014 000 026 U1 which is referred to herein with respect to the function and configurations of a fixation pad.
- Fixierpolster position a nozzle head or the entire processing device also with respect to a high recoil generated by the high-pressure jet and can be designed such that waste produced during processing can be flushed out.
- the Fixierpolster are filled with a pressurized gaseous or liquid medium and include the liquid supply lines. If these alone serve to fix the nozzle head, a force from a fixing pad on the liquid supply lines is to be prevented. According to one embodiment of the invention, they can also be used in conjunction with a press pad. In this case, two fixing pads are arranged one behind the other in the machining direction and at least one of them is designed as a positioning means of the nozzle manipulator for deflecting the front end of at least one liquid feed line, as described above for the outer press pad.
- Comparable to the fixing pad and a press pad may be formed in segments. This makes it possible to provide passages for the rinsing of the overburden of processing and / or to assign the segments to the individual liquid supply lines and thus to move the jet nozzles differently with different degrees of filling.
- the nozzle manipulator of the nozzle head has a torque generator for rotating at least the liquid feed lines with their jet nozzles.
- the torque generator is configured such that the torque that can be generated thereby is large enough to use the generated centrifugal force, the jet nozzles from one to the other To move to the final position.
- a torque generator is preferably a prime mover into consideration, such as a hydraulic or pneumatic motor or an electric motor, as with these the required torques to achieve and are suitable for the applications described.
- liquid supply lines and of the positioning means or the displacement can be limited to certain movements.
- the slot openings in the nozzle holder are to be matched to it.
- the described nozzle head is usable because of its variability in the design and the movement of the jet nozzles for the above-mentioned and other processing devices, for example for a high-pressure liquid jet device for working channel walls of open or closed channels by means of high-pressure liquid jets.
- a jet device comprises a nozzle head, which is arranged at the front end of the device, for generating at least one forwardly, hereinafter referred to as machining direction directed jet of a liquid jet medium, with a carriage for moving and positioning the nozzle head in the channel and with a media supply, for supplying the nozzle head with the high-pressure jet medium.
- the abrasive jet is directed in the channel direction or at an angle deviating therefrom by degrees so that an obstacle or an adhesion is removed, for the sections or even progressively processing.
- the device is moved by a trolley forward through the channel.
- an appropriate media supply for example, for water and possibly also for the solid particles and gas, so that neither the processing nor the movement hindered nor damaged the media supply.
- a fixing pad which can be filled with a gaseous or liquid medium under pressure is arranged at the rear end of the carriage and / or the nozzle head, which is inflated for activation by compressed air or a pressurized fluid and is designed such that that it fixes the position of the trolley and / or the nozzle head in the activated state by pressing the Fixierpolsters in the channel, without closing the channel.
- the nozzle head by means of this fixing pad and the carriage can be fixed without hindering the removal of spoil.
- the fixation pad is inflated by compressed air (pneumatic) or a pressurized fluid (hydraulic) so that it compresses in the canal.
- An open passage in the channel with activated Fixierpolster is possible in alternative embodiments by a central, ie central open passage is formed or such passages between channel wall and Fixierpolster exist.
- the fixing pad can sit on the outer circumferential surface of a hollow cylinder.
- the fixing pad may be made of a plurality of pad segments, which are at least in the region of the channel wall spaced from each other.
- the intensity of the pressing can be adapted to the force required to fix the device in the channel, wherein a fixing pad arranged and activated on the nozzle head can certainly also allow the rotation of the nozzle head.
- fixing pads are arranged both on the nozzle body and on the carriage, a very stable positioning of the trolley in the channel is possible, which also conditions the device for maximum pressure.
- a press pad of the nozzle head as a Fixierpolster and for adjusting the jet nozzles.
- the nozzle head according to Fig. 1A comprises a pressure manifold 8 and at a distance to this a nozzle holder 4.
- liquid supply lines 6 extend in the direction of the nozzle holder 4, a centric and four concentrically arranged.
- front ends of each liquid supply line 6, a nozzle is arranged in each case.
- the nozzle head comprises a central rotary nozzle 7 and four concentric jet nozzles 2.
- the steel nozzles 2 protrude through slot openings 11 (cf. Fig. 2 ), which are formed in the nozzle holder 4, and are movably supported in the slot openings 11.
- the rotary nozzle 7 is fixedly mounted in the nozzle holder 4. Both nozzle types are evidence of a cone-shaped spread-out jet 3 of the jet medium, which is directed forward (in the machining direction 15) and can be varied by moving the jet nozzles 2 in the opening angle.
- the blasting medium is water under a pressure of about 10,150 to 37,500 psi (about 70 to 250 MPa or 700 and 2500 bar) with an abrasive.
- psi about 70 to 250 MPa or 700 and 2500 bar
- other pressures in the pressure range usual for high-pressure liquid jets can be used.
- the blasting medium is guided into a rotary feedthrough 12 and from there through the stator of a motor 9 and through the pressure distributor 8, into which the liquid supply lines 6 open. Divided into the individual fluid supply lines 6, it reaches the jet nozzles 2 to form the jets 3 directed towards the front, in the direction of the obstacles and adhesions 4 the blasting medium.
- the jet nozzles 2 are displaceable radially (as shown in phantom) in the circumference, as the slot openings 11 allow, radially spaced from the central rotating nozzle 7. Due to the rotation of the nozzle head 1 and the angular orientation of the jet nozzles 2, the beams sweep over the obstacles and adhesions 4 with each rotation, so that they can be removed in their entire thickness in one operation.
- the displacement of the jet nozzles 2 is realized by a positioning means 13, which is formed in the embodiment by a press pad and can be inflated by means of compressed air.
- the press pad is disposed between the liquid supply lines 6 and adjacent to the nozzle holder 4.
- the liquid supply lines 6 are formed as tubes, which are flexible in its central portion 14.
- the jet nozzles 2 can be fixed between their inner end position (solid line) and their outer end position (dashed line) by the degree of inflation of the press pad in any intermediate position.
- the entire nozzle head 1 can be rotated, wherein the rotary feedthrough 12 of the media supply realizes the conduction of the jet medium from the fixed media supply 5 into the rotatable pressure distributor 8.
- Fig. 1B represents an alternative embodiment of the liquid supply lines 6. These are in contrast to Fig. 1A formed tubular and have in their central portion 14 a pipe offset, the offset correlates with the slot opening 11.
- the tubular liquid supply lines 6 are rotatably mounted relative to the pressure distributor 8 by means of further rotary feedthroughs 17, one for each liquid supply line 6.
- a suitable positioning means 13 for example an eccentric, a camshaft, a servomotor or a hydraulic or pneumatic cylinder with suitable, the radial and simultaneous rotational movement allowing adjusting means, the liquid supply lines 6 can be rotated so that the jet nozzles 2 are moved to the outside.
- Fig. 2 represents the nozzle head 1 according to the Fig. 1A in the view from the front.
- the slot openings 11 are visible with the jet nozzles therein. While in this embodiment of the nozzle head 1 due to the exclusively radial movement of the jet nozzles 2 as a result of the inflation of the press pad, the slot openings 11 are straight and radial, in other movements of the jet nozzles 2, the slot openings 11 must be tuned to the movement carried out or be formed so that there is sufficient freedom of movement and yet the jet nozzles 2 can be fixed at least in two end positions.
- a forward (to the viewer) directed camera 10 is mounted with lighting 15 to track the processing can.
- FIG. 3 shows an embodiment of the high-pressure liquid jet device using a nozzle head 1 according to the invention.
- the nozzle head 1 For the design and function of the nozzle head 1, reference is made to the above explanations regarding FIGS Fig. 1A . 1B and 2 unless otherwise specified. In this respect, the same components are identified by the same reference numerals.
- the high-pressure liquid jet device comprises an example cylindrical carriage 31, which can move in the direction of the obstacles and adhesions 34 by means of support wheels 38 in the direction of travel 37.
- the support wheels 38 hold as supporting and moving elements, the carriage 31 approximately centrally in the channel 40 (cylinder axis coincides with the channel axis 11 almost together), so that a risk of collision with residues of ablated obstacles or adhesions 34 can be largely avoided and almost completely a removal of the worn material and blasting medium from the work area is possible.
- a servo-electric drive (not shown) is integrated.
- the representation of the support wheels 38 without contact with the channel wall can be seen on the proviso that the cut is not rectilinear for the presentation of the better overview.
- the cut in Fig. 3 cuts the channel wall 40 above and below the center and runs in the interior of the channel 40 along its lateral surface along to the lowest point, so that the high-pressure liquid jet device is fully displayed in the side view.
- the carriage 31 holds at its, viewed in the direction of travel 37, the front end of a nozzle head 1 with a plurality of forwardly directed in the direction of travel 37 jet nozzles 2.
- the nozzle head 1 rotates by means of a motor 9, in Embodiment of a compressed air motor, which is arranged between carriage 31 and nozzle head 1, to the channel axis 36th
- a nozzle head 1 is merely exemplary of the Fig. 1A shown.
- Whose processing direction 15 is identical in the embodiment with the direction of travel 37.
- a fixing pad 32 which is formed of four cushion segments 33.
- the fixing pad 32 is disposed on a hollow cylinder (not shown), which surrounds the liquid supply lines 6 in full, but does not hinder the movement for the employment of the jet nozzles 2.
- the cushion segments 33 press against the wall of the channel 40 and close the channel 40 completely.
- Another fixing pad 32 consisting of four padding segments 33 is arranged at the front end of the nozzle head 1, by way of example so that it comprises the nozzle holder 4. This is also activated so that press against the channel wall 40 and close it.
- the cushion segments 33 of the two fixing pads 32 may each have a distance to the adjacent segment, so that open passages to the channel section behind the device exist.
- the fixing pad 32 thus fix in the illustrated activated state the nozzle head 1 and the carriage 31 in their positions in the channel 40.
- the activation of the fixing pad 32 is pneumatically by the provided by means of the supply line 35 compressed air inflates the cushion segments 33 so that they firmly against the Press channel wall 40.
- the compressed air is also used to operate the engine 9.
- the supply line 35 is realized in the embodiment by means of flexible lines, which is guided in the carriage 31 into the individual customers and to the motor 9 and the fixing pad 32 on the nozzle head 1.
- the supply line 35 holds in addition to the compressed air and the power supply line ready. Also integrated in the power supply line are signal lines for transmitting the control signals to and from an operating unit (not shown) as well as images received by the camera 10.
- the blasting medium is conveyed by means of a media feed 5 on the carriage over into the pressure distributor. 8
- the nozzle head 1 can also be used with other embodiments of trolley 31 or it can be used independently in the channel 40 and moved, for example, by means of propulsion nozzles.
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Abstract
Die Erfindung betriff einen Düsenkopf (1) mit zwei Strahldüsen (2) zur Erzeugung eines Strahls (3) eines flüssigen Strahlmediums und eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung mit einem solchen Düsenkopf (1). Um eine Ausrichtung der Strahldüsen (2) am Arbeitsort ermöglichen, werden die Strahldüsen (2) am vorderem Ende separater Flüssigkeitszuleitungen (6) angeordnet und zumindest eine Strahldüse (2) mittels eines Düsenmanipulators zwischen zwei Endpositionen verschiebbar ausgebildet. Die Verschiebung der Strahldüse (2) ist geführt durch eine in einer Düsenhalterung (4) angeordnete Schlitzöffnung (11) und weist eine radial verlaufende Komponente auf.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung zur Bearbeitung einer Fläche. Ein solcher Düsenkopf umfasst eine Medienzufuhr und zumindest zwei Strahldüsen zur Erzeugung eines nach vorn gerichteten Strahls einer unter Hochdruck stehenden flüssigen Strahlmediums. Der Düsenkopf umfasst weiter eine Düsenhalterung zur Halterung der Strahldüsen und deren Fixierung in einer Arbeitsposition, bezogen auf die Düsenhalterung.
- Die Erfindung betrifft zudem eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung zum Bearbeiten der Wandungsflächen von offenen oder geschlossenen Kanälen, auch von für Personen nicht zugänglichen Kanälen.
- Sofern nachfolgend von einer zu bearbeitenden Fläche die Rede ist, sind damit Flächen gemeint, die Beschichtungen oder Anhaftungen oder andere zu beseitigende Bestandteile auf der Fläche aufweisen, welche mit der Vorrichtung zu bearbeiten sind.
- Sofern nachfolgend der Begriff "vorn" verwendet wird, bezieht dieser sich auf die von der Düsenöffnung aus betrachtete grundsätzliche Ausrichtung des Strahls auf eine zu bearbeitende Fläche. Vorn ist demnach jener Halbraum ab der Düsenöffnung, in welchem sich das Strahlmedium als Freistrahl zur zu bearbeitenden Fläche hin ausbreitet. Die Bearbeitungsrichtung "nach vorn" bezeichnet die zentrale Achse dieses Halbraums. Bezogen auf eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung zur Bearbeitung von Kanalwandungen erfolgt diese Begriffsdefinition üblicherweise auch in Bezug auf die Kanalachse und damit auf die möglichen Bewegungsrichtungen der Vorrichtung im Kanal.
- Es sind Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtungen für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, wie beispielsweise dem Schneiden von Materialen, dem Entfernen von auf Körpern abgeschiedenen Beschichtungen, wie Lacken, oder zum Entfernen von unerwünschten An-/Ablagerungen, Verunreinigungen oder Verschmutzungen, hier allgemein als Anhaftungen bezeichnet, auf Flächen, insbesondere auf Flächen in Kanälen bekannt. Es ist auch bekannt, dass das Medium feste Bestandteile aufweisen kann, um die abrasive Wirkung zu verstärken. Für die verschiedenen Anwendungen und den damit verknüpften Leistungsanforderungen kommen verschiedene Druckbereiche in Betracht, in welchen die Wasserstrahlvorrichtungen betrieben werden.
- Gegenwärtig werden Drücke im Bereich von ca. 80 bar bis ca. 6000 bar verwendet, wobei Druckbereiche über ca. 500 bar auch als Höchstdruck bezeichnet werden. In der Literatur zu Flüssigkeitsstrahlvorrichtungen überschneiden sich die Druckbereiche des Hochdrucks und des Höchstdrucks, wobei die Obergrenze des Hochdrucks, bei den derzeitig üblichen Flüssigkeitsstrahlvorrichtungen bei ca. 700 bar, weit unterhalb der Obergrenze des Höchstdrucks liegt. Der Übergang vom Bereich des Hochdrucks zum Bereich des Höchstdrucks erfolgt vor dem Hintergrund, auch sehr dichte und harte Anhaftungen an den zu bearbeitenden Flächen, beispielsweise an Flächen eines Kanals, zu entfernen und auf Grund dieser gesteigerten Wirkung des Mediums die flächenbezogene Menge des zur Bearbeitung notwendigen Mediums zu reduzieren. Drücke über ca. 3000 bar werden derzeit hauptsächlich für stationäre Vorrichtungen verwendet, da die für mobile Vorrichtungen erforderlichen flexiblen Medienzuleitungen aufgrund des anliegenden Drucks starr werden. Die genannten Grenzen, zumindest die oberen, können sich mit der fortwährenden Entwicklung in Zukunft durchaus auch zu höheren Drücken verschieben. Die nachfolgend verwendete Bezeichnung als Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl oder eine entsprechende Vorrichtung schließt die Konfiguration für Höchstdruck-Flüssigkeitsstrahlen ein, auch wenn sich die Flüssigkeitsstrahlvorrichtungen für die beiden Druckbereiche in den Anwendungsfällen und der Konfiguration unterscheiden können.
- Für die Bearbeitung und damit die Konzeptionierung der Vorrichtung ist neben den Druckangaben insbesondere die Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit von Interesse, die durch eine, gegebenenfalls auch mehr als eine Pumpe der Vorrichtung bereitgestellt wird. Für das hier betrachtete Höchstdruckwasserstrahlverfahren mit den oben angeführten Druckbereichen sind Flüssigkeitsmengen von 8 bis 40 l/min üblich, wobei es für die verschiedenen Mengenbereiche unterschiedliche Konfigurationen von Pumpenparametern gibt. Sofern sich, wie in Bezug auf die obere Druckgrenze dargelegt, die zur Verfügung stehende Technik der Pumpen verbessert, können sich auch bezüglich der für das Verfahren und die Vorrichtung verwendbaren Flüssigkeitsmenge die Grenzen und die dafür verfügbaren Pumpen verschieben.
- Für die beiden genannten Druckbereiche sind Vorrichtungen, beispielsweise aus
DE 20 2010 016 857 U1 undDE 20 2014 000 026 U1 , sowie Verfahren bekannt, bei denen ein Medium mittels einer Arbeitsmaschine auf einen bestimmten Druck gebracht und mittels flexiblen Schläuchen oder anderen Medienführungen, wie beispielsweise Rohren, zu einer Düse geleitet wird. Das unter Druck stehende Medium tritt anschließend als Freistrahl aus einer Öffnung der Düse aus. Durch Positionierung der Düse kann dieser Freistrahl auf die zu bearbeitenden Fläche gerichtet werden, wo der Strahl beim Auftreffen wiederum eine lokal begrenzte abrasive Wirkung hervorruft. Für eine großflächige oder vollumfängliche Bearbeitung werden häufig auch mehrere Düsen gleichzeitig eingesetzt, wobei diese einen gemeinsamen Strahl bilden können oder in verschiedene Richtungen strahlen. Ferner sind auch Düsen mit mehreren Öffnungen bekannt. - Abhängig von der Düsenform kann der Strahl gebündelt oder fächerförmig ausgebildet sein. Während ein gebündelter Strahl eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform aufweist, zeichnet sich ein fächerförmiger Strahl dadurch aus, dass das Medium beim Austritt aus der Öffnung in Form eines Fächers aufgespreizt wird, so dass es ellipsen- oder linienförmig auf der zu bearbeitenden Fläche auftrifft. Es sind ferner Düsen bekannt, bei denen der Strahl in Form der Mantelfläche eines Kegels austritt. Für eine effektive und/oder gezielte Bearbeitung der Kanaloberfläche ist es häufig erforderlich, den Winkel, mit welchem eine Düse auf die zu bearbeitende Fläche gerichtet ist, zu variieren. Für einzelne Düsen sind Düsenkopfe bekannt, die schwenkbar sind. Umfassen diese aber mehrere Düsen, sind nur alle gemeinsam zu schwenken, wodurch sich für einige Düsen nicht der gewünschte oder kein optimaler Winkel ergibt. Änderungen der Winkelausrichtung der einzelnen Düsen sind nicht oder nur durch Umbauten am Düsenkopf außerhalb des Kanals möglich.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Düsenkopf für eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung mit zwei oder mehr Strahldüsen und eine solche Vorrichtung anzugeben, welche eine Ausrichtung der Düse am Arbeitsort ermöglicht, bei Erhalt oder Verbesserung der Anwendbarkeit für die benannten Anwendungsgebiete.
- Zur Lösung der Aufgabe wird ein Düsenkopf vorgeschlagen, dessen Strahldüsen gemeinsam oder separat in unterschiedliche Richtungen ausgelenkt werden können, wobei die Auslenkung jeweils eine radiale Komponente aufweist. Damit kann für die Strahlen jeder Strahldüse ein geänderter Anstellwinkel zur zu bearbeitenden Fläche eingestellt werden, ohne den gesamten Düsenkopf zu schwenken. Daraus ergeben sich unter anderem variablere Bearbeitungs- und Anpassungsmöglichkeiten des Strahls an sich und dessen Auftreffwinkels auf die zu bearbeitende Fläche an die vor Ort aufgefundenen Gegebenheiten. Eine solche Anpassung kann vor Ort erfolgen und wird üblicherweise durch eine Kamera mit Beleuchtung am Düsenkopf oder anderen Bauteilen der Bearbeitungsvorrichtung unterstützt.
- Weiter gestattet der Düsenkopf mit mehreren Strahldüsen eine Variation des Strahldurchmessers eines vollumfänglichen Strahls bei gleichzeitiger Variation des Auftreffwinkels, so dass die Strahlleistung nicht oder nur gering vermindert wird. Optional kann der Düsenkopf neben den Strahldüsen auch eine beispielsweise zentrale Hauptdüse umfassen, die in Abhängigkeit von Art und Umfang der Bearbeitung gleichzeitig oder alternativ zu den Strahldüsen eingesetzt wird und in der bekannten Weise nur mit dem Düsenkopf gemeinsam bewegt werden kann. Für die Düsen können verschiedene der bekannten Düsenformen Verwendung finden, je nach Anforderungen der zu auszuführenden Bearbeitung. Auch die Rotation des Düsenkopfes, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist mit dem hier im Detail beschriebenen Düsenkopf möglich.
- Zur Realisierung der Auslenkung der einzelnen Strahldüsen ist die Medienzufuhr des Düsenkopfes derart ausgebildet, dass jede Strahldüse eine separate Flüssigkeitszuleitung aufweist, an deren vorderem Ende die Strahldüse angeordnet ist. Als Flüssigkeitszuleitung in diesem Sinn soll nur jene Leitung benannt sein, welche ab einem Verteiler, beispielsweise einem Druckverteiler, nur noch einer einzelnen Strahldüse zugeordnet werden kann.
- Mittels Schlitzöffnungen in der Düsenhalterung, eine für jede Strahldüse, kann jede Strahldüse, die alle durch jeweils eine Schlitzöffnung ragen, für sich zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition geführt werden. Zur Einstellung des Anstellwinkels der Strahldüse, bezogen auf die nach vorn orientierte Bearbeitungsrichtung gemäß obiger Definition, haben die Schlitzöffnungen jeweils eine radial verlaufende Komponente. Das heißt, dass die Schlitzöffnungen nicht lediglich als Kreissegment um die Achse Bearbeitungsrichtung verlaufen, sondern die Abstände der beiden Endpositionen eines vorderen Endes einer Flüssigkeitszuleitung zur Achse voneinander abweichen.
- Die mittels des Schlitzverlaufs führbare Auslenkung der Strahldüse ist für zumindest eine der Strahldüsen mittels einer solchen Ausführung deren Flüssigkeitszuleitung realisiert, bei welcher das vordere Ende der Flüssigkeitszuleitung mittels eines Düsenmanipulators zwischen der Ruheposition der Strahldüse und deren Endposition verschiebbar ist.
- Der Begriff verschiebbar schließt geeignete Gestaltungen der Flüssigkeitszuleitungen der Strahldüsen ein, bei welchen zumindest das vordere Ende und mit diesem die daran befestigte Strahldüse mittels des Düsenmanipulators in dem Bewegungsbereich, den die Schlitzöffnungen zulassen, beweglich ist. Dabei ist es unerheblich, inwieweit die weitere Flüssigkeitszuleitung mit bewegt wird.
- Folglich kann die Flüssigkeitszuleitung steif ausgeführt sein und in ihrer gesamten Länge bewegt oder von einem definierten, zum vorderen Ende beabstandeten Punkt ab geknickt und geschwenkt werden. Beispielsweise kann die Flüssigkeitszuleitung rohrförmig ausgebildet sein und die Verschiebbarkeit des vorderen Endes mittels eines flüssigkeitsführendes Drehgelenks oder einer hydraulischen Drehdurchführung realisiert sein. Derartige Drehgelenke und Drehdurchführungen sind bekannte Bauteile, bei denen zu den jeweiligen Freiheitsgraden in der Bewegung eine Passage für eine Flüssigkeit durch das Bauteil bereitgestellt wird.
- Während beim Drehgelenk bekanntermaßen eine Drehung mit der Änderung des Winkels kombiniert wird und zahlreiche Anstellwinkel im vorderen Halbraum oder zumindest einem sinnvollen Ausschnitt davon eingestellt werden können, lässt die Drehdurchführung nur eine Drehung der beiden mittels der Drehdurchführung miteinander verbundenen Leitungen zu. Für die Verschiebbarkeit ihres vorderen Endes weist eine solche Rohrleitung zwischen Drehdurchführung und vorderem Ende zusätzlich einen Rohrversatz oder Rohrwinkel, wodurch mit der Drehung mit der geeigneten Position des Versatzes oder des Winkels auch stets eine radiale Komponente der Verschiebung erzeugbar ist.
- Alternativ kann die Flüssigkeitszuleitung auch schlauchförmig und zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet sein, so dass auch bei fixem hinterem Ende das vordere Ende der Bewegung des Düsenmanipulators folgen kann.
- Der Düsenmanipulator kann durch verschiedenste Bauteile gebildet sein, die geeignet sind, zumindest das vordere Ende der Flüssigkeitszuleitung zu bewegen und dabei in den zur Verfügung stehenden Bauraum passen und unter den häufig sehr aggressiven Einsatzbedingungen zuverlässig funktionieren. Solche Bauteile, hier als Positionierungsmittel bezeichnet, können beispielsweise ein zwischen den Flüssigkeitszuleitungen angeordneten Exzenter, eine zwischen den Flüssigkeitszuleitungen angeordnete Nockenwelle, einen Stellmotor, zumindest ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder zumindest ein Presskissen sein, welches mit einem unter Druck stehendem gasförmigen oder flüssigem Medium füllbar ist.
- Eine zwischen den Flüssigkeitszuleitungen angeordnete Nockenwelle verschiebt mittels der Nocken bei einer Drehung eine oder mehrere Flüssigkeitszuleitungen nach außen, von der Welle weg. Durch das Design der Nockenwelle sind die beiden Endpositionen an sich und die möglichen Verschiebungen der einzelnen Flüssigkeitszuleitungen zwischen deren erster und der zweiter Endposition definiert. Die für die Bearbeitung einer Fläche einzustellende Position kann damit entweder laufend variieren oder durch Stillstand der Nockenwelle eine bestimmte Position fixiert werden.
- Vergleichbar der Nockenwelle kann auch ein auf einer Welle angeordneter Exzenter die Verschiebung einer oder mehrerer Flüssigkeitszuleitungen bewirken, wobei jedoch die Variabilität der Bewegung geringer ist.
- Eine hohe Variabilität und Präzision der Verschiebung des vorderen Endes ist mit einem Stellmotor oder mehreren davon zu erzielen, da mit diesem gezielt einzelne Positionen anfahrbar sind.
- In einer weiteren Alternative werden ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder mehrere davon verwendet, um die Verschiebung eines oder mehrerer Strahldüsen zu realisieren, wobei die hydraulisch oder pneumatisch im Zylinder initierte Bewegung des Kolbens für die Lageregelung einer Strahldüse genutzt wird. Über geeignete Stellmittel kann die Kraftübertragung vom Kolben auf eine Flüssigkeitszuleitung erfolgen.
- Alternativ sind auch ein Presskissen oder mehrere davon verwendbar, um das vorderen Ende der Flüssigkeitszuleitungen aus einer ersten Endposition in die zweite zu verschieben. Zu diesem Zweck wechselt der Zustand des Presskissens zwischen ungefüllt und gefüllt. Bei einem zwischen den Flüssigkeitszuleitungen angeordneten Presskissen werden die Zuleitungen infolge des Füllens und der damit verbundenen Volumenzunahme aus ihrer ersten Position in die zweite Position presst. Die zweite, radial betrachtet äußere Position wird dabei durch die Volumenzunahme des Presskissens in Verbindung mit der Form der Schlitzöffnungen bestimmt. Alternativ kann das Presskissen auch außen angeordnet sein und die Flüssigkeitszuleitungen umschließen. In diesem Fall wird der soeben beschriebene Bewegungsablauf der Strahldüsen jedoch durch den Übergang vom gefüllten zum ungefüllten Kissen bewirkt. In bestimmten Anwendungsfällen kann der Bewegungsablauf auch in umgekehrter Richtung erfolgen, von außen nach innen, was ebenfalls durch beide Typen von Presskissen realisierbar ist. Auch eine Kombination von beiden Presskissen ist, beispielsweise um eine präzisere Positionierung und Fixierung der Strahldüsen zu gewährleisten.
- In beiden Fällen kann eine Relativbewegung der Flüssigkeitszuleitung zum Presskissen zugelassen sein, indem das Presskissen im Bereich des Kontakts mit den Flüssigkeitszuleitungen nachgiebig ist oder eine gleitfähige Oberfläche aufweist.
- Es ist offensichtlich, dass der Kraftansatz der genannten Positionierungsmittel in Abhängigkeit von der Gestaltung der Flüssigkeitszuleitung entweder am vorderen Ende oder zwischen dem vorderen Ende und jenem Abschnitt der Flüssigkeitszuleitung erfolgen sollte, welcher gemäß obiger Darlegungen die Verschiebbarkeit des vorderen Endes gestattet. Es ist ebenso offensichtlich, dass der Düsenmanipulator neben dem Positionierungsmittel weitere Komponenten umfasst, zur Bewegung bzw. Aktivierung und Steuerung des Positionierungsmittels. Der Fachmann wird die genannten alternativen Gestaltungen der Düsenhalterungen, der Flüssigkeitszuleitungen, der Positionierungsmittel und des Düsenmanipulators sinnvoll aufeinander abstimmen, um die nach dem Anwendungsfall erforderliche Düsenanordnung und - bewegung zu erzielen.
- Die Verwendung eines außen liegenden Presskissens bietet die Möglichkeit, den Düsenkopf relativ zu benachbarten Wandungen, beispielsweise einen geschlossenen Kanal zu fixieren, indem das Kissen infolge des Füllens auch gegen die Wandungen gepresst wird.
- Alternativ kann der Düsenkopf ein oder mehr Fixierpolster aufweisen, die im Unterschied zu den Presskissen primär der Fixierung des Düsenkopfes gegen benachbarte Wandungen dienen. Solche Fixierpolster werden für Kanalroboter in der
DE 20 2014 000 026 U1 beschrieben, auf welche in Bezug auf die Funktion und die Ausgestaltungen eines Fixierpolsters hier Bezug genommen wird. Solche Fixierpolster positionieren einen Düsenkopf oder die gesamte Bearbeitungsvorrichtung auch gegenüber einem durch den Hochdruckstrahl erzeugten hohen Rückstoß und können derart ausgebildet sein, dass bei der Bearbeitung entstehender Abraum ausgespült werden kann. - Auch die Fixierpolster sind mit einem unter Druck stehendem gasförmigen oder flüssigem Medium füllbar und umfassen die Flüssigkeitszuleitungen. Sofern diese allein der Fixierung des Düsenkopfes dienen, ist eine Krafteinwirkung von einem Fixierkissen auf die Flüssigkeitszuleitungen zu verhindern. Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung können sie auch in Verbindung mit einem Presskissen eingesetzt werden. In diesem Fall sind zwei Fixierpolster in Bearbeitungsrichtung hintereinander angeordnet und zumindest eines davon ist als Positionierungsmittel des Düsenmanipulators zur Auslenkung des vorderen Endes zumindest einer Flüssigkeitszuleitung ausgebildet, wie oben zum äußeren Presskissen beschrieben.
- Vergleichbar dem Fixierpolster kann auch ein Presskissen segmentweise ausgebildet sein. Damit ist es möglich, Passagen für das Ausspülen des Abraums der Bearbeitung bereitzustellen und/oder die Segmente den einzelnen Flüssigkeitszuleitungen zuzuordnen und damit mit unterschiedlichen Füllgraden die Strahldüsen unterschiedlich zu verschieben.
- Zur Verschiebung der Enden der Flüssigkeitszuleitungen und damit deren Strahldüsen weist in einer alternativen Ausgestaltung der Düsenmanipulator des Düsenkopfes einen Drehmomenterzeuger zur Rotation zumindest der Flüssigkeitszuleitungen mit deren Strahldüsen auf. Der Drehmomenterzeuger ist derart konfiguriert, dass das damit erzeugbare Drehmoment groß genug ist, um mittels der erzeugten Fliehkraft die Strahldüsen von einer zur anderen Endposition zu verschieben. Als Drehmomentenerzeuger kommt bevorzugt eine Antriebsmaschine in Betracht, beispielsweise ein Hydraulik- oder Pneumatikmotor oder ein Elektromotor, da mit diesen die erforderlichen Drehmomente zu erzielen und für die beschriebenen Anwendungen geeignet sind.
- In den genannten Ausgestaltungen der Flüssigkeitszuleitungen und des oder der Positionierungsmittel kann die Verschiebbarkeit auf bestimmte Bewegungsabläufe eingeschränkt sein. Die Schlitzöffnungen in der Düsenhalterung sind darauf abzustimmen.
- Der beschriebene Düsenkopf ist aufgrund seiner Variabilität in der Ausführung und der Bewegung der Strahldüsen für die oben angeführten und weitere Bearbeitungsvorrichtungen einsetzbar, beispielsweise für eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung zum Bearbeiten von Kanalwandungen von offenen oder geschlossenen Kanälen mittels Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen. Eine solche Strahlvorrichtung umfasst einem Düsenkopf, der am vorderen Ende der Vorrichtung angeordnet ist, zur Erzeugung zumindest eines nach vorn, nachfolgend als Bearbeitungsrichtung bezeichnet, gerichteten Strahls eines flüssigen Strahlmediums, mit einem Fahrwagen zum Bewegen und Positionieren des Düsenkopfs im Kanal und mit einer Medienzufuhr, zur Versorgung des Düsenkopfs mit dem unter Hochdruck stehenden Strahlmedium.
- Von einer im Kanal platzierten Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung wird zur abschnittsweisen oder gleichmäßig fortschreitenden Bearbeitung der abrasiv wirkende Strahl in Kanalrichtung oder mit einem davon um Grade abweichenden Winkel gerichtet, so dass ein Hindernis oder eine Anhaftung abgetragen wird. Während der Bearbeitung, meist jedoch erst nach Erzielen einer begrenzten Abtragstiefe, wird die Vorrichtung mittels eines Fahrwagens vorwärts durch den Kanal bewegt. Je nach Umfang der Abtragung kann es erforderlich sein, dass die Vorrichtung aus dem Kanal bewegt und die abgetragenen Materialien beseitigt werden. Diese Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen müssen durch eine entsprechende Medienzufuhr, beispielsweise für Wasser und gegebenenfalls auch für die festen Partikel und Gas, unterstützt werden, so dass weder die Bearbeitung noch die Bewegung behindert noch die Medienzuführung beschädigt werden.
- Neben der effizienten Bearbeitung ist eine weitere Forderung an derartige Vorrichtungen, dass sie so einfach, so klein und so leicht wie es die jeweilige Anwendung gestattet ausgeführt sein soll. Damit können auch sehr kleine Kanäle bearbeitet, die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht und die Kosten für die Vorrichtung und die Durchführung der Bearbeitung vermindert werden.
- In einer Ausgestaltung der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung ist am hinteren Ende des Fahrwagens und/oder des Düsenkopfs ein mit einem unter Druck stehendem gasförmigen oder flüssigem Medium füllbares Fixierpolster angeordnet, welches zur Aktivierung durch Druckluft oder eine unter Druck stehende Flüssigkeit aufgeblasen wird und derart ausgebildet ist, dass es im aktivierten Zustand die Position des Fahrwagens und/oder des Düsenkopfs durch Verpressen des Fixierpolsters im Kanal fixiert, ohne den Kanal zu verschließen.
- Wie oben zum Fixierpolster des Düsenkopfes beschrieben, kann mittels dieses Fixierpolsters auch der Fahrwagen fixiert werden, ohne die Abraumbeseitigung zu behindern. Das Fixierpolster wird durch Druckluft (pneumatisch) oder eine unter Druck stehende Flüssigkeit (hydraulisch) aufgeblasen, so dass es sich im Kanal verpresst. Eine offene Passage im Kanal bei aktiviertem Fixierpolster ist in alternativen Ausgestaltungen möglich, indem ein zentraler, d.h. mittiger offener Durchgang ausgebildet ist oder solche Durchgänge zwischen Kanalwandung und Fixierpolster bestehen. Im ersten Fall kann das Fixierpolster auf der Außenmantelfläche eines Hohlzylinders sitzen. Im zweiten Fall kann das Fixierpolster aus mehreren Polstersegmenten gefertigt sein, die zumindest im Bereich der Kanalwandung zueinander beabstandet sind.
- Die Intensität des Verpressens kann an die erforderliche Kraft zur Fixierung der Vorrichtung im Kanal angepasst werden, wobei ein am Düsenkopf angeordnetes und aktiviertes Fixierpolster durchaus auch die Rotation des Düsenkopfes gestatten kann.
- Sofern Fixierpolster sowohl am Düsenkörper als auch am Fahrwagen angeordnet sind, ist eine sehr stabile Positionierung des Fahrwagens im Kanal möglich, was die Vorrichtung auch für Höchstdruck konditioniert. In dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, ein Presskissen des Düsenkopfes als Fixierpolster und zur Einstellung der Strahldüsen zu nutzen.
- Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
- Fig. 1A und 1B
- Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Düsenkopfes in Seitenansicht ,
- Fig. 2
- die Vorderansicht der Düsenköpfe nach
Fig. 1A und - Fig. 3
- eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung in Seitenansicht der Vorrichtung.
- Der Düsenkopf gemäß
Fig. 1A umfasst einen Druckverteiler 8 und mit einem Abstand zu diesem eine Düsenhalterung 4. Von dem Druckverteiler ausgehend verlaufen Flüssigkeitszuleitungen 6 in Richtung Düsenhalterung 4, eine zentrische und vier konzentrisch dazu angeordnete. An den, in Bearbeitungsrichtung 15 betrachtet, vorderen Enden jeder Flüssigkeitszuleitung 6 ist jeweils eine Düse angeordnet. Im Ausführungsbeispiel umfasst der Düsenkopf eine zentrische Rotationsdüse 7 und vier konzentrische Strahldüsen 2. - Die Stahldüsen 2 ragen durch Schlitzöffnungen 11 (vgl.
Fig. 2 ), welche in der Düsenhalterung 4 ausgebildet sind, und sind in den Schlitzöffnungen 11 beweglich gelagert. Die Rotationsdüse 7 ist fest in der Düsenhalterung 4 montiert. Beide Düsenarten zeugen einen kegelförmig aufgespreizten Strahl 3 des Strahlmediums, der nach vorn (in Bearbeitungsrichtung 15) gerichtet und durch Bewegung der Strahldüsen 2 im Öffnungswinkel variierbar ist. - Das Strahlmedium ist im Ausführungsbeispiel Wasser unter einem Druck von ca. 10.150 bis 37.500 psi (ca. 70 bis 250 MPa bzw. 700 und 2500 bar) mit einem Abrasivmittel. Je nach Anwendungsfall können auch andere Drücke im für Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen üblichen Druckbereich zur Anwendung kommen. Das Strahlmedium wird in eine Drehdurchführung 12 und von dieser durch den Stator eines Motors 9 und durch den Druckverteiler 8 geführt, in welchen die Flüssigkeitszuleitungen 6 münden. Aufgeteilt auf die einzelnen Flüssigkeitszuleitungen 6 gelangt es bis zu den Strahldüsen 2 zur Ausbildung der von nach vorn, in Richtung der Hindernisse und Anhaftungen 4, gerichteten Strahlen 3 des Strahlmediums. Während die zentrale Rotationsdüse 7 fix in Bezug auf die Düsenhalterung ist, sind die Strahldüsen 2 in dem Umfang, wie es die Schlitzöffnungen 11 zulassen, radial im Abstand zur zentralen Rotationsdüse 7 verschiebbar (gestrichelt dargestellt). Infolge der Rotation des Düsenkopfes 1 und der winkligen Ausrichtung der Strahldüsen 2 überstreichen die Strahlen bei jeder Rotation die Hindernisse und Anhaftungen 4, so dass sie in ihrer gesamten Dicke mit einem Arbeitsgang abgetragen werden können.
- Die Verschiebung der Strahldüsen 2 wird durch ein Positionierungsmittel 13 realisiert, welches im Ausführungsbeispiel durch ein Presskissen gebildet und mittels Druckluft aufblasbar ist. Das Presskissen ist zwischen den Flüssigkeitszuleitungen 6 und benachbart zur Düsenhalterung 4 angeordnet. Die Flüssigkeitszuleitungen 6 sind als Schläuche ausgebildet, die in ihrem mittleren Abschnitt 14 flexibel sind.
- Wird das Presskissen aufgeblasen, vergrößert sich sein Umfang, so dass aufgrund der flexiblen mittleren Abschnitte 14 die vorderen Enden der Flüssigkeitszuleitungen 6 nach außen verschoben werden (gestrichelt dargestellt). ,Bei einer durch die Stärke der Flexibilität der Flüssigkeitszuleitungen 6 ausreichenden Rückstellkraft können die Strahldüsen 2 zwischen ihrer inneren Endposition (durchgezogene Linie) und ihrer äußeren Endposition (gestrichelte Linie) durch den Grad des Aufblasens des Presskissens in jeder Zwischenposition fixiert werden.
- Mittels des Motors 9 kann der gesamte Düsenkopf 1 gedreht werden, wobei die Drehdurchführung 12 der Medienzufuhr die Leitung des Strahlmediums von der fixen Medienzufuhr 5 in den drehbaren Druckverteiler 8 realisiert.
-
Fig. 1B stellt eine alternative Ausgestaltung der Flüssigkeitszuleitungen 6 dar. Diese sind im Unterschied zuFig. 1A rohrförmig ausgebildet und weisen in ihrem mittleren Abschnitt 14 einen Rohrversatz auf, dessen Versatz mit der Schlitzöffnung 11 korreliert. Die rohrförmigen Flüssigkeitszuleitungen 6 sind gegenüber dem Druckverteiler 8 mittels weiterer Drehdurchführungen 17, jeweils eine für jede Flüssigkeitszuleitung 6, drehbar gelagert. Mittels eines geeigneten Positionierungsmittels 13, beispielsweise einem Exzenter, einer Nockenwelle, einem Stellmotor oder einem Hydraulik-oder Pneumatikzylinder mit geeigneten, die radiale und gleichzeitige Drehbewegung zulassenden Stellmitteln, können die Flüssigkeitszuleitungen 6 so verdreht werden, dass die Strahldüsen 2 nach außen verschoben werden. -
Fig. 2 stellt den Düsenkopf 1 gemäß derFig. 1A in der Ansicht von vorn dar. In dieser Ansicht sind die Schlitzöffnungen 11 mit den darin liegenden Strahldüsen ersichtlich. Während in dieser Ausgestaltung des Düsenkopfes 1 aufgrund der ausschließlich radialen Bewegung der Strahldüsen 2 infolge des Aufblasens des Presskissens die Schlitzöffnungen 11 geradlinig und radial verlaufen, müssen bei anderen Bewegungsabläufen der Strahldüsen 2 die Schlitzöffnungen 11 auf die damit ausgeführte Bewegung abgestimmt werden oder so ausgebildet sein, dass eine ausreichende Bewegungsfreiheit besteht und dennoch die Strahldüsen 2 zumindest in zwei Endpositionen fixierbar sind. - An der beispielhaft zylindrisch ausgebildeten Düsenhalterung 4 ist eine nach vorn (zum Betrachter) gerichtete Kamera 10 mit Beleuchtung 15 montiert, um die Bearbeitung verfolgen zu können.
-
Fig. 3 stellt eine Ausführungsform der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Düsenkopfes 1 dar. Zu Gestaltung und Funktion des Düsenkopfes 1 wird auf die obigen Darlegungen zu denFig. 1A ,1B und2 verwiesen, sofern nicht besondere Ausgestaltungen erläutert werden. Insofern sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. - Die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung umfasst einen beispielsweise zylinderförmigen Fahrwagen 31, der sich mittels Stützrädern 38 in Fahrtrichtung 37 in Richtung der Hindernisse und Anhaftungen 34 fortbewegen kann. Die Stützräder 38 halten als Stütz- und Bewegungselemente den Fahrwagen 31 ungefähr mittig im Kanal 40 (Zylinderachse fällt mit der Kanalachse 11 nahezu zusammen), so dass eine Kollisionsgefahr mit Resten der abzutragenen Hindernisse oder Anhaftungen 34 weitestgehend vermieden werden kann und annähernd vollumfänglich ein Abtransport des abgetragenen Materials und Strahlmediums vom Arbeitsbereich möglich ist. Im Fahrwagen 31 ist ein servoelektrischer Antrieb (nicht dargestellt) integriert. Die Darstellung der Stützräder 38 ohne Kontakt zur Kanalwandung ist unter der Maßgabe zu sehen, dass der Schnittführung für die Darstellung der besseren Übersicht wegen nicht geradlinig verläuft. Die Schnittführung in
Fig. 3 schneidet die Kanalwandung 40 oben und unten mittig und verläuft im Inneren des Kanals 40 an dessen Mantelfläche entlang bis zum untersten Punkt, so dass die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung vollständig in der Seitenansicht darstellbar ist. - Der Fahrwagen 31 hält an seinem, in Fahrtrichtung 37 betrachtet, vorderen Ende einen Düsenkopf 1 mit mehreren in Fahrtrichtung 37 nach vorn ausgerichteten Strahldüsen 2. Der Düsenkopf 1 rotiert mittels eines Motors 9, im Ausführungsbeispiel eines Druckluftmotors, der zwischen Fahrwagen 31 und Düsenkopf 1 angeordnet ist, um die Kanalachse 36.
- Als Düsenkopf 1 ist lediglich beispielhaft jener der
Fig. 1A dargestellt. Dessen Bearbeitungsrichtung 15 stimmt im Ausführungsbeispiel mit der Fahrtrichtung 37 überein. Zu dessen Aufbau wird auf die obigen Darlegungen verwiesen. - Am hinteren Ende hält der Düsenkopf 1 ein Fixierpolster 32, welches aus vier Polstersegmenten 33 ausgebildet ist. Das Fixierpolster 32 ist auf einem Hohlzylinder (nicht dargestellt) angeordnet, welcher die Flüssigkeitszuleitungen 6 vollumfänglich umgibt, deren Bewegung zur Anstellung der Strahldüsen 2 aber nicht behindert. Die Polstersegmente 33 pressen gegen die Wandung des Kanals 40 und verschließen den Kanal 40 vollständig.
- Ein weiteres Fixierpolster 32, bestehend aus vier Polstersegmenten 33 ist am vorderen Ende des Düsenkopfes 1 angeordnet, beispielhaft so, dass es die Düsenhalterung 4 umfasst. Auch dieses ist aktiviert, so dass gegen die Kanalwandung 40 pressen und diesen verschließen.
- Alternativ können die Polstersegmente 33 der beiden Fixierpolster 32 auch jeweils einen Abstand zum benachbarten Segment haben, so dass offene Durchgänge zum Kanalabschnitt hinter der Vorrichtung bestehen.
- Die Fixierpolster 32 fixieren somit im dargestellten aktivierten Zustand den Düsenkopf 1 und auch den Fahrwagen 31 in ihren Positionen im Kanal 40. Die Aktivierung der Fixierpolster 32 erfolgt pneumatisch, indem die mittels der Versorgungsleitung 35 bereitgestellte Druckluft die Polstersegmente 33 aufbläst, so dass sie sich fest gegen die Kanalwandung 40 pressen. Die Druckluft wird auch zum Betrieb des Motors 9 verwendet.
- Die Versorgungsleitung 35 ist im Ausführungsbeispiel mittels flexibler Leitungen realisiert, die in den Fahrwagen 31 hinein zu den einzelnen Abnehmern sowie zum Motor 9 und zum Fixierpolster 32 am Düsenkopf 1 geführt wird.
- Die Versorgungsleitung 35 hält neben der Druckluft auch die Stromversorgungsleitung bereit. In der Stromversorgungsleitung integriert sind auch Signalleitungen zur Übertragung der Steuersignale von und zu einer Bedieneinheit (nicht dargestellt) sowie von der Kamera 10 empfangener Bilder. Das Strahlmedium wird mittels einer Medienzufuhr 5 am Fahrwagen vorbei in den Druckverteiler 8.
- Alternativ zum dargestellten Fahrwagen ist der Düsenkopf 1 auch mit anderen Ausführungsformen von Fahrwagen 31 verwendbar oder er ist eigenständig im Kanal 40 zu verwenden und beispielsweise mittels Vortriebsdüsen zu bewegen.
- Lediglich zur Verdeutlichung der funktionellen Zusammenhänge der Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung oder eines eigenständig beweglichen Düsenkopfs 1, soll die ausführbare Bearbeitung von Kanalwandungen anhand der Vorrichtung gemäß
Fig. 3 kurz dargestellt werden. Mit der oben beschriebenen Vorrichtung können Bearbeitungen von geschlossenen Kanälen 40 mit den folgenden grundlegenden Schritten ausgeführt werden: - Bewegen der Vorrichtung im Kanal 40 bis zu einem zu beseitigenden Hindernis oder einer zu beseitigenden Anhaftung 4,
- Aktivierung der Fixierpolster 32 zur Fixierung der Vorrichtung in der angefahrenen Position im Kanal 40,
- Erzeugen eines gerichteten, gebündelten Strahls 3 von jeder der Strahldüsen 2 und der Rotationsdüse 7 durch Zufuhr eines flüssigen unter Hochdruck stehenden Strahlmediums mittels einer Medienzufuhr 5 und der Flüssigkeitszuleitungen 6,
- Drehen des Düsenkopfs 1 mittels des Motors 9, derart, dass die Strahlen 3 das Hindernis bzw. die Anhaftung 4 vollumfänglich abtragen,
- nach Beendigung des Abtrags Unterbrechung der Zufuhr des Strahlmediums zu den Düsen und Deaktivierung der Fixierpolsters 32,
- Bewegen der Vorrichtung zum nächsten Arbeitsort und Fortsetzung der Bearbeitung,
- wobei die Steuerung der Rotation des Düsenkopfes 1, des Vortriebs der Vorrichtung, der Steuerung des Strahlmediums und die Aktivierung sowie Deaktivierung der Fixierpolster 32 mittels einer geeigneten Steuereinheit erfolgt (nicht dargestellt).
- Entsprechend verschiedener alternativer Ausgestaltungen der Vorrichtung sind verschiedene Variationen des mit der Vorrichtung ausführbaren Verfahrens möglich.
-
- 1
- Düsenkopf
- 2
- Strahldüse
- 3
- Strahl des Strahlmediums
- 4
- Düsenhalterung
- 5
- Medienzufuhr
- 6
- Flüssigkeitszuleitungen
- 7
- Rotationsdüse
- 8
- Druckverteiler
- 9
- Motor
- 10
- Kamera
- 11
- Schlitzöffnung
- 12
- Drehdurchführung der Medienzufuhr
- 13
- Positionierungsmittel
- 14
- mittlerer Abschnitt
- 15
- Bearbeitungsrichtung
- 16
- Beleuchtung
- 17
- Drehdurchführung einer Flüssigkeitszuleitung
- 31
- Fahrwagen
- 32
- Fixierpolster
- 33
- Polstersegment
- 34
- Hindernisse und Anhaftungen
- 35
- Versorgungsleitung
- 36
- Kanalachse
- 37
- Fahrtrichtung, Bearbeitungsrichtung
- 38
- Stützräder
- 40
- Kanal, Kanalwandung
Claims (11)
- Düsenkopf einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung mit einer Flüssigkeitszuführung und zumindest zwei Strahldüsen (2) zur Erzeugung zumindest eines nach vorn, nachfolgend als Bearbeitungsrichtung bezeichnet, gerichteten Strahls (3) eines flüssigen Strahlmediums, und mit einer Düsenhalterung (4) zur Halterung der Strahldüsen (2) und deren Fixierung in einer Arbeitsposition, bezogen auf die Düsenhalterung (4), dadurch gekennzeichnet, dass- die Flüssigkeitszuführung für jede Strahldüse (2) eine separate Flüssigkeitszuleitung (6) aufweist, an deren in Bearbeitungsrichtung (15) vorderem Ende die Strahldüse (2) angeordnet ist,- die Düsenhalterung (4) für jede der Strahldüsen (2) eine Schlitzöffnung (11) aufweist zur Führung der jeweiligen Strahldüse (2) zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition der Strahldüse (2),- die Schlitzöffnungen (11) eine, bezogen auf die Bearbeitungsrichtung (15), radial verlaufenden Komponente haben,- die Strahldüsen (2) durch die Schlitzöffnungen (11) ragen und- das vordere Ende zumindest einer Flüssigkeitszuleitung (6) mittels eines Düsenmanipulators zwischen den beiden Endpositionen verschiebbar ist.
- Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeitszuleitung (6) rohrförmig ausgebildet ist und ein flüssigkeitsführendes Drehgelenk oder eine hydraulische Drehdurchführung (17) mit zum vorderen Ende hin angeordnetem Rohrversatz oder Rohrwinkel aufweist.
- Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeitszuleitung (6) schlauchförmig und zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet ist.
- Düsenkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenmanipulator ein Positionierungsmittel (13) zur Auslenkung des vorderen Endes zumindest einer Flüssigkeitszuleitung (6) aus folgender Liste aufweist: einen zwischen den Flüssigkeitszuleitungen (6) angeordneten Exzenter, eine zwischen den Flüssigkeitszuleitungen (6) angeordnete Nockenwelle, einen Stellmotor, zumindest einen Hydraulik-oder Pneumatikzylinder, zumindest ein Presskissen, welches mit einem unter Druck stehendem gasförmigen oder flüssigem Medium füllbar ist und zwischen den Flüssigkeitszuleitungen (6) oder diese umschließend angeordnet ist.
- Düsenkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (1) zwei Fixierpolster (32) aufweist, welche mit einem unter Druck stehendem gasförmigen oder flüssigem Medium füllbar sind und die Flüssigkeitszuleitungen (6) umschließend und in Bearbeitungsrichtung (15) hintereinander angeordnet sind, wobei zumindest ein Fixierpolster (32) als Positionierungsmittel (13) des Düsenmanipulators zur Auslenkung des vorderen Endes zumindest einer Flüssigkeitszuleitung (6) ausgebildet ist.
- Düsenkopf nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (1) ein Presskissen oder ein Fixierpolster (32) als Positionierungsmittel (13) des Düsenmanipulators aufweist, welches zumindest zwei separat füllbare Segmente aufweist.
- Düsenkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenmanipulator einen Drehmomenterzeuger zur Rotation zumindest der Flüssigkeitszuleitungen (6) mit deren Strahldüsen (2) derart aufweist, dass ein solches Drehmoment erzeugbar ist, dass mittels der erzeugten Fliehkraft die Strahldüsen (2) von einer zur anderen Endposition verschiebbar sind.
- Düsenkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (1) eine, bezogen auf die Strahldüsen (2), zentrisch angeordnete Düse umfasst.
- Düsenkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freien hinteren Enden der Flüssigkeitszuleitungen (6) in einen Druckverteiler (8) münden.
- Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung zum Bearbeiten von Kanalwandungen (40) von offenen oder geschlossenen Kanälen (40) mittels Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen mit einem Düsenkopf (1), der am vorderen Ende der Vorrichtung angeordnet ist, zur Erzeugung zumindest eines nach vorn, nachfolgend als Bearbeitungsrichtung (15) bezeichnet, gerichteten Strahls (3) eines flüssigen Strahlmediums, mit einem Fahrwagen (31) zum Bewegen und Positionieren des Düsenkopfs (1) im Kanal (40) und mit einer Medienzufuhr (5), zur Versorgung des Düsenkopfs (1) mit dem unter Hochdruck stehenden Strahlmedium, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Düsenkopf (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
- Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlvorrichtung zum Bearbeiten von Kanalwandungen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Ende des Fahrwagens (31) und/oder des Düsenkopfs (1) ein mit einem unter Druck stehenden gasförmigen oder flüssigem Medium füllbares Fixierpolster (32) angeordnet ist, welches zur Aktivierung durch Druckluft oder durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit aufgeblasen wird und derart ausgebildet ist, dass es im aktivierten Zustand die Position des Fahrwagens (31) und/oder des Düsenkopfs (1) durch Verpressen des Fixierpolsters (32) im Kanal (40) fixiert, ohne den Kanal (40) zu verschließen.
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