WO2013120524A1 - Wasser-abrasiv-suspension-schneidanlage - Google Patents

Wasser-abrasiv-suspension-schneidanlage Download PDF

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WO2013120524A1
WO2013120524A1 PCT/EP2012/052622 EP2012052622W WO2013120524A1 WO 2013120524 A1 WO2013120524 A1 WO 2013120524A1 EP 2012052622 W EP2012052622 W EP 2012052622W WO 2013120524 A1 WO2013120524 A1 WO 2013120524A1
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WO
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abrasive
water
rotary body
cutting system
pressure
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/052622
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Linde
Thorsten Rentsch
Hans-Ulrich Poort
Hans-Jürgen Hoffmann
Stefan FILTER
Original Assignee
Ant Applied New Technologies Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • 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
    • 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
    • B24C7/0092—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed by mechanical means, e.g. by screw conveyors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C9/00—Appurtenances of abrasive blasting machines or devices, e.g. working chambers, arrangements for handling used abrasive material

Definitions

  • the invention relates to a water-abrasive suspension cutting system with the features specified in the preamble of claim 1.
  • the water-abrasive suspension cutting system has, in a known manner, a high-pressure source, for example a high-pressure pump, which provides water under high pressure. This is a very high pressure, preferably a pressure of up to 2,500 bar or higher. Furthermore, the system has an outlet nozzle through which the pressurized water mixed with abrasive emerges for cutting. The exit nozzle is connected to the high pressure source via a high pressure line, with an abrasive supply means connected to the high pressure line. Ie.
  • the mixture between water and abrasive in the high pressure region of the system upstream of the outlet nozzle is passed through a pressure vessel in which the abrasive is located. In the pressure vessel then comes to a mixture between water and abrasive. The water flushes the abrasive out of the pressure vessel and carries it up to the exit nozzle where it then exits for cutting along with the abrasive.
  • the abrasive supply means serves to introduce during operation of the plant abrasive in the high pressure area, ie in the high pressure line without having to take the plant out of operation and in particular without the high pressure area or a part to bring the high-pressure area in a non-pressurized state.
  • the abrasive supply to the high pressure region is preferably such that no air is introduced into the high pressure region.
  • the abrasive-supplying device has a lock with a rotary body, which is rotatably driven about an axis of rotation.
  • the rotary body is provided in a circumferential region extending around the axis of rotation, ie, a circumferential region concentric with the axis of rotation, having a plurality of recesses spaced circumferentially from one another. These depressions serve to receive abrasive or an abrasive-water mixture for supply to the high pressure area.
  • an opening of an abrasive agent supply line is facing the peripheral area.
  • the mouth lies in front of a circumferential line, on which the recesses are arranged.
  • abrasive can enter from the supply line into a recess, if this has been brought with a corresponding rotation of the rotary body in a position opposite to the mouth.
  • the aforementioned peripheral area faces an inlet opening into the high-pressure line, so that, when a recess of this inlet opening is opposite, abrasive material can escape from the recess into the inlet opening and into the high-pressure line.
  • the inlet opening and the mouth of the abrasive supply line are the peripheral region and in particular a circumferential line on which the recesses are formed on the peripheral region, so that the depressions by rotating the rotary body about the rotation axis alternately into a position opposite to the mouth and one of the inlet opening opposite position are movable.
  • a depression first comes into contact with a position opposite the mouth of the abrasive agent supply line, so that the abrasive agent can enter the depression.
  • By further rotation becomes The same depression is subsequently brought into a position opposite the high-pressure-line refilling opening, where the abrasive agent then exits the recess again and enters the high-pressure line.
  • the inlet and outlet of the abrasive from the wells is preferably carried out by gravity.
  • the mouth of the abrasive supply line is preferably arranged above the rotary body, while the inlet opening is arranged in the high-pressure line diametrically opposite lying below the rotary body.
  • the abrasive medium enters a depression when it is located on the upper side of the rotating body and out of the depression when the depression is located on the underside of the rotating body or opened to the underside.
  • the axis of rotation preferably extends in the horizontal direction.
  • the plurality of wells are alternately and sequentially in the manner described with the mouth of Abrasivstoff- supply line and then brought into line with the inlet, so that continuously abrasive in the size of the wells corresponding portions in the high pressure line can be inserted.
  • the abrasive can be introduced from the abrasive supply line in loose form in the wells.
  • the abrasive is portioned beforehand and enters, for example, pressed into pellets or frozen form from the Abrasivstoff- supply line into the wells.
  • the rotary body is particularly preferably spherical.
  • the peripheral region lies on the circumference of the spherical body.
  • the recesses are preferably located on a circumferential line of the spherical body with the spherical radius, wherein this circumferential line extends around the axis of rotation.
  • the ball body need not be formed as a full ball, but the rotary body may have only the central region of a ball, two diametrically opposite end portions may be flattened or cylindrical for connection to a drive shaft or for receiving seals and / or bearings. In particular, the spherical body can pass directly into the drive shaft.
  • the mouth of the abrasive supply line is arranged surrounding a voltage applied to the peripheral region of the rotary body seal.
  • This seal preferably seals the high pressure area formed by the high pressure line from the abrasive supply line. Ie.
  • water can be at the high pressure mentioned in the surrounding area of this seal, ie the surrounding area of the rotary body.
  • a transition into the abrasive supply line is prevented by the seal.
  • a seal can also be arranged in the peripheral region of the inlet opening in the high-pressure line in such a way that it comes into contact with the peripheral area of the rotating body.
  • the gasket is preferably configured such that, when a depression of the mouth is opposite, it abuts circumferentially the depression on the surface of the rotating body, ie the peripheral region of the rotating body.
  • the seal preferably has a width which is greater than the width or the diameter of the depressions in the direction of rotation. This ensures that even if a depression passes through the seal, via the wells no connection between the high pressure area and the abrasive supply line.
  • a pressure element On the side facing away from the rotary body of the seal, a pressure element is preferably arranged, which holds the seal on the peripheral region of the rotating body in abutment.
  • the pressure element may for example be provided with a spring element in order to generate a contact force which presses the seal against the surface or the peripheral region of the rotary body.
  • the seal can generate such a contact force due to its own elasticity by compression over the pressure element.
  • the pressure element is further preferably adjustable in its radial distance from the peripheral region of the rotary body. Ie. the pressure element is radially adjustable with respect to the axis of rotation in its distance.
  • the rotary body is attached to a drive shaft extending along the axis of rotation. By rotation or rotation of the drive shaft of the rotary body is rotated in the manner described above.
  • the rotary body may be formed integrally with the drive shaft. Thus, a large rigidity of the rotating body and the drive shaft is generated, and the assembly is simplified.
  • Surrounding the axis of rotation further preferably lie on both sides of the peripheral region on the rotary body or the drive shaft shaft seals. These seals seal the high-pressure area in the area of the drive shaft to the outside.
  • the bearings of the drive The shaft preferably lies outside the shaft seals, ie outside the high-pressure region in a low-pressure region.
  • the rotatable mounting of the drive shaft is preferably carried out in sliding or rolling bearings.
  • the bearings are further preferably in the axial direction of the drive shaft of the peripheral region in which the recesses are formed, spaced, in particular so far spaced that between the bearings, a small deformation of the drive shafts is possible, so that these by the high pressure against the seal, which is located circumferentially the mouth of the abrasive supply line, is pressed.
  • the drive shaft is further preferably connected to a drive motor, in particular an electric drive motor, which rotatably drives the drive shaft.
  • the recesses are arranged in the circumferential region of the rotating body uniformly spaced along a circumferential line. In this way, with constant rotation of the rotary body, a regular or uniform supply of abrasive agent into the high-pressure region is ensured.
  • the recesses are further preferably formed as blind holes or blind holes in the rotary body, preferably conical
  • the abrasive supply line can be connected to a mixing area, which is designed to mix abrasive with water.
  • the abrasive-water mixture, ie, the suspension formed then exits the mouth of the abrasive supply line and into the recesses in the rotating body.
  • the rotary body via a drive, for example, an electric motor is rotatably driven, which is adjustable in its speed or clocked operable.
  • a control and / or regulating device can be provided, via which the rotational speed can be adjusted.
  • the speed By adjusting the speed, the amount of abrasive introduced into the high pressure area per unit time can be controlled.
  • the drive can be controlled, for example, depending on the level of abrasive in a pressure vessel and / or on and off to introduce the currently required Abrasivffenmenge in the high pressure area. A clocked rotation is possible.
  • FIG. 1 shows schematically the construction of a water-abrasive suspension cutting system according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional view of an abrasive supply device
  • the water-abrasive suspension cutting system has, in a known manner, a high-pressure pump 2, which forms a high-pressure source and is connected to a water supply 4. From the high-pressure pump 2, a high-pressure line 6 leads to a Schneid dimension Exit nozzle 8, from which an abrasive-enriched high-pressure water jet 10 for cutting or surface processing of a workpiece 12 emerges.
  • a branch of the high-pressure line leads 6 through an abrasive mill 14, in which abrasive pipe 16 is introduced into the high-pressure area formed by the high-pressure line 6 without air supply, and in the high-pressure area with the pressurized Was pumped in the high-pressure line - Is mixed so that it emerges together with the water jet 10 from the outlet nozzle 8.
  • the positioning system may be, for example, a robot or another suitable positioning system.
  • the abrasive supply device 14 can also be set up separately from the outlet nozzle 8 and connected to the movable outlet nozzle via a movable pipe or a pressure hose. 2, the exact structure of an abrasive agent supply device according to the invention will be described.
  • the abrasive supply device shown has a lock, which has as a central element a rotating lock with a rotary body in the form of a spherical body 2.
  • the ball body 22 is arranged on a drive shaft 24.
  • the ball body 22 in this embodiment is integrally formed with the drive shaft 24 so that the L Lucasslust. Rotary axis D of the drive shaft 24 extends through the center of the spherical body 2.
  • the drive shaft 24 is rotatably mounted in two bearings 26, which are spaced apart from the ball body 22 in the axial direction D.
  • At an axial end of the drive shaft 24 is rotatably connected to an electric drive motor 28 which drives the drive shaft 24 and thus the ball body 22 rotating.
  • the spherical body 22 has a peripheral region 30 which forms the central region of the spherical body 2 in the direction of the longitudinal axis D.
  • blind holes 32 which are distributed uniformly over the circumference, are introduced along the circumferential line with the largest diameter of the spherical body 2, which holes are open toward the spherical surface.
  • an abrasive supply line 34 is located above the ball body 22, and below the ball body 22 there is an outlet line 36, which is connected to the high-pressure line 6 or opens into it.
  • the discharge line 36 opens into a pressure vessel 37.
  • the abrasive supplied by the abrasive feeding device is stored.
  • a part of the high-pressure line or a branch of the high-pressure line 6 leads through the pressure vessel 37 to the outlet nozzle 8, so that the water, which is passed through the pressure vessel 37, promotes the abrasive to the outlet nozzle 8.
  • abrasive agent 16 Upstream of the abrasive agent supply line 34 is a mixing region, not shown here, in which the abrasive agent 16 is mixed with water and enters the abrasive supply line 34 as a suspension.
  • the abrasive supply line 34 has an orifice 38, which lies opposite the peripheral region 30 in which the blind holes 32 are located.
  • the mouth 38 is located exactly opposite the circumferential line on which the blind holes 32 are arranged. This makes it possible that with a corresponding rotational position of the drive shaft 24, a blind hole 32 can lie exactly opposite the mouth 38, so that by gravity the abrasive-water mixture can enter the corresponding blind hole 32.
  • the mouth 38 has for this purpose a diameter which is preferably the same size or larger than the diameter of the blind holes 32.
  • a ball seat 40 acting as a seal, which sealingly abuts the surface of the ball body 22.
  • the ball seat 40 is formed annularly with a central opening in the region of the mouth 38.
  • the ring has a width, which is preferably greater than the diameter of the blind holes 32, so that even when the blind holes 32 pass through the ball seat 40 and its sealing surface, no connection between the outside of the ball seat 40 and the mouth 38 are made can.
  • the outlet line 36 has an inlet opening 42, which is opposite to the spherical body 22.
  • a blind hole 32 which has been filled with abrasive in the above-described manner, is turned down to be on the underside of the ball body 22, the abrasive falls out of the blind hole into the inlet 42 and the outlet 36, from where it is the high pressure line, optionally a pressure vessel in the high pressure line is supplied.
  • the drive shaft 24 with the ball body 22 by the drive motor 28 so successively the blind holes 32 can be filled with abrasive or suspension and after rotation of the shaft, when the opening of the blind hole 32 is directed downward, down to the high pressure area , d. H. the inlet opening 42 of the outlet line 36 are emptied out.
  • the amount of the abrasive supplied per unit time can be varied.
  • the ball seat 40 which is part of a seal 44, which acts from above against the surface by a pressure element which is designed as a screw of the spherical body 22 is pressed.
  • a pressure element which is designed as a screw of the spherical body 22
  • this can be moved in the radial direction with respect to the axis of rotation D to the surface of the spherical body 22 towards or away.
  • the seal 44 is compressed to different degrees and thus the ball seat 40 is pressed against the surface of the ball body 22 to different degrees.
  • the sealing on position of the ball seat 40 can be adjusted.
  • the Druckbenzo age 37 has two level sensors 50 and 52, which detect the level with abrasive in the interior of the pressure vessel 32.
  • the level sensors 50, 52 cooperate with a control device for the drive motor in such a way that when the level of the level sensor 50, which is located at the location of a minimum level, the drive motor 28 is turned on, in the above-described Way to promote abrasive via the outlet line 36 into the pressure vessel 37. If so much abrasive is conveyed into the pressure vessel 37, that the upper Artsta ndssensor 52 is reached, a control device switches off the drive motor 28 accordingly, so that no further abrasive is conveyed into the pressure vessel 37 until again reaches the minimum level in the level sensor 50 is. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage mit einer Hochdruckquelle (2), welche Wasser unter hohem Druck bereitstellt, zumindest einer Austrittsdüse (8) und einer die Hochdruckquelle (2) mit der Austrittsdüse (8) verbindenden Hochdruckleitung (6), wobei eine mit der Hochdruckleitung (6) verbundene Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung (14) vorhanden ist, wobei die Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung (14) eine Schleuse mit einem Drehkörper (22) aufweist, welcher um eine Drehachse D drehbar angetrieben ist, der Drehkörper (22) in einem sich um die Drehachse D erstreckenden Umfangsbereich (30) mit mehreren umfänglich voneinander beabstandeten Vertiefungen (32) versehen ist, und dass dem Umfangsbereich (30) eine Mündung (38) einer Abrasivmittel-Zufuhrleitung (34) und eine Eintrittsöffnung (42) in die Hochdruckleitung (6) derart gegenüberliegen, dass die Vertiefungen (32) durch Drehen des Drehkörpers (22) um die Drehachse D abwechselnd in eine der Mündung (38) gegenüberliegende Lage und eine der Eintrittsöffnung (42) gegenüberliegende Lage bewegbar sind.

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Bei Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlagen wird unter Hochdruck stehendem Wasser ein Abrasivmittel zugemischt. Anschließend wird das Wasser mit dem Abrasivmittel als Suspension aus einer Düse ausgebracht, wobei die Düse einen Hochdruck-Suspensions-Strahl erzeugt, welcher zum Schneiden von verschiedensten Materialien, wie Stahl, Beton etc. verwendet werden kann. Bei diesen Anlagen besteht das Problem, das Abrasivmittel in den Hochdruckbereich der Anlage einzubringen. Es ist bekannt, einen Druckbehälter im drucklosen Zustand mit dem Abrasivmittel zu füllen und dann nach dem Verschließen des Druckbehälters das unter Hochdruck stehende Wasser durch diesen Druckbehälter zu leiten, wobei es dann in dem Druckbehälter zu einer Mischung von Wasser und Abrasivmittel kommt. Bei diesen Anlagen besteht das Problem, dass nach Entleerung des Druckbehälters die Anlage in einen drucklosen Zustand gebracht werden muss, um den Druckbehälter wieder mit Abrasivmittel zu füllen. D. h. es kommt hier zu einer Betriebsunterbrechung. Insofern ist es wünschenswert, bei einer solchen Anlage im laufenden Betrieb Abrasivmittel in den Hochdruckbereich einführen zu können.
Im Hinblick auf dieses Problem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Was- ser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage bereitzustellen, welche eine Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung aufweist, die es ermöglicht, im laufen- den Betrieb Abrasivmittel in den Druckbereich der Anlage einbringen zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine Wasser-Abrasiv-Suspension- Schneidanlage mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. Die erfindungsgemäße Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage weist in bekannter Weise eine Hochdruckquelle, beispielsweise eine Hochdruckpumpe auf, welche Wasser unter hohem Druck bereitstellt. Dabei handelt es sich um einen sehr hohen Druck, vorzugsweise einen Druck bis 2.500 bar oder höher. Ferner weist die Anlage eine Austrittsdüse auf, durch welche das unter Druck stehende Wasser gemischt mit Abrasivmittel zum Schneiden austritt. Die Austrittsdüse ist mit der Hochdruckquelle über eine Hochdruckleitung verbunden, wobei eine mit der Hochdruckleitung verbundene Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung vorhanden ist. D. h. wie bei den Suspension-Schneidverfahren üblich, erfolgt die Mischung zwischen Wasser und Abrasivmittel im Hochdruckbereich der Anlage stromaufwärts der Austrittsdüse. Dazu wird beispielsweise zumindest ein Teil des unter Hochdruck stehenden Wassers durch einen Druckbehälter geführt, in welchem sich das Abrasivmittel befindet. In dem Druckbehälter kommt es dann zu einer Mischung zwischen Wasser und Abrasivmittel. Das Wasser spült das Abrasivmittel aus dem Druckbehälter heraus und führt es mit bis zu der Austrittsdüse, wo es dann gemeinsam mit dem Abrasivmittel zum Schneiden austritt.
Die Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung dient dazu, im laufenden Betrieb der Anlage Abrasivmittel in den Hochdruckbereich, d. h. in die Hochdruckleitung einzuführen, ohne die Anlage außer Betrieb nehmen zu müssen und insbesondere ohne den Hochdruckbereich oder einen Teil des Hochdruckbereiches in einen drucklosen Zustand bringen zu müssen. Darüber hinaus erfolgt die Abrasivmittel-Zufuhr in den Hochdruckbereich bevorzugt so, dass keine Luft in den Hochdruckbereich eingebracht wird.
Erfindungsgemäß weist die Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung eine Schleuse mit einem Drehkörper auf, welcher um eine Drehachse drehbar angetrieben ist. Der Drehkörper ist in einem sich um die Drehachse erstreckenden Umfangsbereich, d. h. einem zu der Drehachse konzentri- sehen Umfangsbereich mit mehreren, umfänglich voneinander beabstandeten Vertiefungen versehen. Diese Vertiefungen dienen der Aufnahme von Abrasivmittel bzw. eines Abrasivmittel-Wasser- Gemisches zur Zufuhr in den Hochdruckbereich. Dazu ist dem Umfangsbereich eine Mündung einer Abrasivmittel-Zufuhrleitung zuge- wandt. Die Mündung liegt dabei einer Umfangslinie gegenüber, an welcher die Vertiefungen angeordnet sind. So kann Abrasivmittel aus der Zufuhrleitung in eine Vertiefung eintreten, wenn diese bei entsprechender Drehung des Drehkörpers in eine der Mündung gegenüberliegende Position gebracht worden ist. Darüber hinaus liegt dem genann- ten Umfangsbereich eine Eintrittsöffnung in die Hochdruckleitung gegenüber, so dass, wenn eine Vertiefung dieser Eintrittsöffnung gegenüberliegt, Abrasivmittel aus der Vertiefung in die Eintrittsöffnung und darüber in die Hochdruckleitung austreten kann. Die Eintrittsöffnung und die Mündung der Abrasivmittel-Zufuhrleitung liegen dem Umfangsbe- reich und insbesondere einer Umfangslinie, an welcher die Vertiefungen an dem Umfangsbereich ausgebildet sind, so gegenüber, dass die Vertiefungen durch Drehen des Drehkörpers um die Drehachse abwechselnd in eine der Mündung gegenüberliegende Lage und eine der Eintrittsöffnung gegenüberliegende Lage bewegbar sind. Bei Dre- hung kommt somit eine Vertiefung zunächst in eine der Mündung der Abrasivmittel-Zufuhrleitung gegenüberliegende Lage, so dass das Abrasivmittel in die Vertiefung eintreten kann. Durch weitere Drehung wird dieselbe Vertiefung dann anschließend in eine der Einfriffsöffnung der Hochdruckleitung gegenüberliegende Lage gebracht, wo das Abra- sivmittel dann wieder aus der Vertiefung austritt und in die Hochdruckleitung eintritt.
Der Ein- und Austritt des Abrasivmittels aus den Vertiefungen erfolgt bevorzugt durch Schwerkraft. Dazu ist die Mündung der Abrasivmittel- Zufuhrleitung bevorzugt oberhalb des Drehkörpers angeordnet, während die Eintrittsöffnung in die Hochdruckleitung diametral gegenüber- liegend unterhalb des Drehkörpers angeordnet ist. So tritt das Abrasiv- mittel in eine Vertiefung ein, wenn diese an der Oberseite des Drehkörpers gelegen ist und aus der Vertiefung aus, wenn die Vertiefung an der Unterseite des Drehkörpers gelegen bzw. zur Unterseite geöffnet ist. Die Drehachse erstreckt sich dabei bevorzugt in horizontaler Richtung. Durch kontinuierliche oder taktende Drehung des Drehkörpers werden die mehreren Vertiefungen in der beschriebenen Weise abwechselnd und aufeinanderfolgend mit der Mündung der Abrasivmittel- Zufuhrleitung und anschließend mit der Eintrittsöffnung in Verbindung bzw. zur Deckung gebracht, so dass kontinuierlich Abrasivmittel in der Größe der Vertiefungen entsprechenden Portionen in die Hochdruckleitung eingeführt werden kann.
Das Abrasivmittel kann aus der Abrasivmittel-Zufuhrleitung in loser Form in die Vertiefungen eingebracht werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Abrasivmittel vorher portioniert wird und beispielsweise in zu Pellets gepresster oder gefrorener Form aus der Abrasivmittel- Zufuhrleitung in die Vertiefungen eintritt.
Der Drehkörper ist besonders bevorzugt kugelförmig ausgebildet. Der Umfangsbereich liegt dabei am Umfang des Kugelkörpers. Bei Verwendung eines Kugelkörpers sind die Vertiefungen vorzugsweise an einer Umfangslinie des Kugelkörpers mit dem Kugelradius gelegen, wobei sich diese Umfangslinie um die Drehachse erstreckt. Der Kugelkörper muss dabei nicht als volle Kugel ausgebildet sein, vielmehr kann der Drehkörper nur den Mittelbereich einer Kugel aufweisen, zwei diametral entgegengesetzte Endbereiche können abgeflacht oder zylindrisch zur Anbindung an eine Antriebswelle oder zur Aufnahme von Dichtungen und / oder Lagern ausgebildet sein. Insbesondere kann der Kugelkörper direkt in die Antriebswelle übergehen.
Weiter bevorzugt ist die Mündung der Abrasivmittel-Zufuhrleitung um- gebend eine an dem Umfangsbereich des Drehkörpers anliegende Dichtung angeordnet. Diese Dichtung dichtet bevorzugt den Hochdruckbereich, welcher von der Hochdruckleitung gebildet wird, gegenüber der Abrasivmittel-Zufuhrleitung ab. D. h. bei dieser Ausgestaltung kann sich im Umgebungsbereich dieser Dichtung, d. h. dem Um- gebungsbereich des Drehkörpers Wasser mit dem genannten hohen Druck befinden. Ein Übertritt in die Abrasivmittel-Zufuhrleitung wird durch die Dichtung verhindert. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Dichtung im Umfangsbereich der Eintrittsöffnung in die Hochdruckleitung so angeordnet sein, dass sie am Umfangsbereich des Drehkör- pers zur Anlage kommt. Wenn nur eine Dichtung im Umfangsbereich der Mündung vorgesehen wird, hat dies den Vorteil, dass der Hochdruck auf die diametral gegenüberliegende Seite des Drehkörpers wirkt und diesen so gegen die Dichtung in Anlage drückt. Die Dichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie dann, wenn eine Vertiefung der Mündung gegenüberliegt, umfänglich der Vertiefung an der Oberfläche des Drehkörpers, d. h. dem Umfangsbereich des Drehkörpers anliegt. Ferner weist die Dichtung bevorzugt eine Breite auf, welche größer ist, als die Breite bzw. der Durchmesser der Vertiefungen in Drehrichtung. Dadurch wird erreicht, dass auch dann, wenn eine Vertiefung die Dichtung passiert, über die Vertiefungen keine Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich und der Abrasivmi††el-Zufuhrlei†ung besteht.
An der dem Drehkörper abgewandten Seite der Dichtung ist bevorzugt ein Druckelement angeordnet, welches die Dichtung an dem Umfangsbereich des Drehkörpers in Anlage hält. Das Druckelement kann beispielsweise mit einem Federelement versehen sein, um eine Anlagekraft zu erzeugen, welche die Dichtung gegen die Oberfläche bzw. den Umfangsbereich des Drehkörpers drückt. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtung aufgrund ihrer eigenen Elastizität durch Stauchung über das Druckelement eine solche Anlagekraft erzeugen.
Das Druckelement ist weiter bevorzugt in seinem radialen Abstand zu dem Umfangsbereich des Drehkörpers verstellbar. D. h. das Druckele- ment ist radial bezogen auf die Drehachse in seinem Abstand verstellbar. So kann die Vorspannung bzw. Druckkraft, mit welcher die Dichtung gegen die Oberfläche bzw. den Umfangsbereich des Drehkörpers gedrückt wird, eingestellt bzw. angepasst werden. Zweckmäßigerweise ist der Drehkörper an einer sich entlang der Drehachse erstreckenden Antriebswelle angebracht. Durch Drehung bzw. Rotation der Antriebswelle wird der Drehkörper in der vorangehend beschriebenen Weise gedreht. Dabei kann der Drehkörper einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet sein. So wird eine große Steifigkeit des Drehkörpers und der Antriebswelle erzeugt, und die Montage vereinfacht.
Die Drehachse umgebend liegen weiter bevorzugt beidseitig des Um- fangsbereiches an dem Drehkörper oder der Antriebswelle Wellendichtungen an. Diese Dichtungen dichten den Hochdruckbereich im Bereich der Antriebswelle nach außen ab. Die Lagerungen der Antriebs- welle liegen vorzugsweise außerhalb der Wellendichtungen, d. h. außerhalb des Hochdruckbereiches in einem Niederdruckbereich. Die drehbare Lagerung der Antriebswelle erfolgt bevorzugt in Gleit- oder Wälzlagern. Die Lagerstellen sind weiter bevorzugt in axialer Richtung der Antriebswelle von dem Umfangsbereich, in dem die Vertiefungen ausgebildet sind, beabstandet, insbesondere so weit beabstandet, dass zwischen den Lagerungen eine geringe Verformung der Antriebswellen möglich ist, so dass diese durch den Hochdruck gegen die Dichtung, welche umfänglich der Mündung der Abrasivmittel-Zufuhrleitung gelegen ist, gedrückt wird.
Die Antriebswelle ist weiter bevorzugt mit einem Antriebsmotor, insbesondere einem elektrischen Antriebsmotor verbunden, welcher die Antriebswelle drehend antreibt.
Vorzugsweise sind die Vertiefungen in dem Umfangsbereich des Drehkörpers gleichmäßig beabstandet entlang einer Umfangslinie angeordnet. Auf diese Weise wird bei konstanter Drehung des Drehkörpers eine regelmäßige bzw. gleichmäßige Abrasivmittel-Zufuhr in den Hoch- druckbereich gewährleistet.
Die Vertiefungen sind weiter bevorzugt als Sacklöcher oder Sackbohrungen in dem Drehkörper ausgebildet, vorzugsweise konisch Wie oben beschrieben ist es vorteilhaft, das Abrasivmittel mit Wasser gemischt in den Hochdruckbereich einzuführen, da dadurch sichergestellt wird, dass das Abrasivmittel frei von Luft in den Hochdruckbereich eingeführt wird. Dazu kann die Abrasivmittel-Zufuhrleitung mit einem Mischbereich verbunden sein, welcher zur Mischung von Abrasivmittel mit Wasser ausgebildet ist. Das Abrasivmittel-Wasser-Gemisch, d. h. die gebildete Suspension, tritt dann aus der Mündung der Abrasivmittel- Zufuhrleitung aus und in die Vertiefungen in dem Drehkörper ein. Besonders bevorzugt ist der Drehkörper über einen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor drehbar antreibbar, welcher in seiner Drehzahl einstellbar ist oder getaktet betreibbar ist. Dazu kann einer Steuer- und / oder Regeleinrichtung vorgesehen sein, über welche die Drehzahl an- gepasst werden kann. Durch Drehzahlanpassung kann die Menge des pro Zeiteinheit in den Hochdruckbereich eingeführten Abrasivmittels gesteuert bzw. eingestellt werden. So kann der Antrieb beispielsweise in Abhängigkeit des Füllstandes von Abrasivmittel in einem Druckbehälter gesteuert und / oder ein- und ausgeschaltet werden, um die gerade erforderliche Abrasivmittelmenge in den Hochdruckbereich einzuführen. Auch eine getaktete Drehung ist möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Was- ser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage, Fig. 2 eine Schnittansicht einer Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung und
Fig. 3 eine Detailansicht aus der Ansicht gemäß Fig. 2. Die erfindungsgemäße Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage weist in bekannter Weise eine Hochdruckpumpe 2 auf, welche eine Hochdruckquelle bildet und mit einer Wasserzufuhr 4 verbunden ist. Von der Hochdruckpumpe 2 führt eine Hochdruckleitung 6 zu einer Schneidbzw. Austrittsdüse 8, aus welcher ein mit Abrasivmittel angereicherter Hochdruckwasserstrahl 10 zum Schneiden oder zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstückes 12 austritt. Auf dem Weg von der Hochdruckpumpe 2 zu der Austrittsdüse 8 führt ein Zweig der Hochdrucklei- †ung 6 durch eine Abrasivmi††el-Zufuhreinrich†ung 14, in welcher Abra- sivmi††el 1 6 ohne Luftzufuhr in den von der Hochdruckleitung 6 gebildeten Hochdruckbereich eingeführt und in dem Hochdruckbereich mit dem in der Hochdruckleitung geförderten unter Druck stehenden Was- ser gemischt wird, so dass es gemeinsam mit dem Wasserstrahl 10 aus der Austrittsdüse 8 austritt.
Bei dem hier gezeigten Beispiel ist die Einheit 18, welche im Wesentlichen aus der Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung 14 und der Austrittsdüse 8 gebildet wird, an einem Positioniersystem 20 angebracht, welches hier schematisch als Koordinatensystem dargestellt ist, mit welchem die Austrittsdüse 8 relativ zu dem Werkstück 12 bewegt werden kann, um einen gewünschten Schnittverlauf bzw. Bearbeitungsverlauf im Werkstück 12 zu erzeugen. Das Positioniersystem kann beispielsweise ein Roboter oder ein anderes geeignetes Positioniersystem sein. Alternativ kann die Abra- sivmittel-Zufuhreinrichtung 14 jedoch auch getrennt von der Austrittsdüse 8 aufgestellt und mit der bewegbaren Austrittsdüse über eine bewegliche Rohrleitung oder einen Druckschlauch verbunden sein. Anhand von Fig. 2 wird der genaue Aufbau einer erfindungsgemäßen Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung beschrieben. Die gezeigte Abrasivmittel- Zufuhreinrichtung weist eine Schleuse auf, welche als zentrales Element eine rotierende Schleuse mit einem Drehkörper in Form eines Kugelkörpers 2 aufweist. Der Kugelkörper 22 ist an einer Antriebswelle 24 ange- ordnet. Dabei ist der Kugelkörper 22 in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit der Antriebswelle 24 so ausgebildet, dass sich die Längsbzw. Drehachse D der Antriebswelle 24 durch den Mittelpunkt des Kugelkörpers 2 erstreckt. Die Antriebswelle 24 ist in zwei Lagern 26, welche in axialer Richtung D von dem Kugelkörper 22 beabstandet sind, dreh- bar gelagert. An einem Axialende ist die Antriebswelle 24 drehfest mit einem elektrischen Antriebsmotor 28 verbunden, welcher die Antriebswelle 24 und damit den Kugelkörper 22 drehend antreibt. Der Kugelkörper 22 weist einen Umfangsbereich 30 auf, welcher den Mittelbereich des Kugelkörpers 2 in Richtung der Längsachse D gesehen bildet. In diesem Umfangsbereich 30 sind entlang der Umfangslinie mit dem größten Durchmesser des Kugelkörpers 2 gleichmäßig über den Umfang verteilt Sacklöcher 32 eingebracht, welche zur Kugeloberfläche hin geöffnet sind.
In der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Einbaulage ist oberhalb des Ku- gelkörpers 22 eine Abrasivmittel-Zufuhrleitung 34 gelegen und unterhalb des Kugelkörpers 22 eine Austrittsleitung 36, welche an die Hochdruckleitung 6 angeschlossen ist bzw. in diese mündet. Die Austrittsleitung 36 mündet in einen Druckbehälter 37. In dem Druckbehälter 37 wird das durch die Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung zugeführte Abrasivmittel ge- speichert. Ein Teil der Hochdruckleitung bzw. ein Zweig der Hochdruckleitung 6 führt durch den Druckbehälter 37 zu der Austrittsdüse 8, so dass das Wasser, welches durch den Druckbehälter 37 geleitet wird, das Abrasivmittel mit zu der Austrittsdüse 8 fördert. Der Abrasivmittel-Zufuhrleitung 34 vorgeschaltet ist ein hier nicht gezeigter Mischbereich, in welchem das Abrasivmittel 16 mit Wasser gemischt wird und als Suspension in die Abrasivmittel-Zufuhrleitung 34 eintritt. Die Abrasivmittel-Zufuhrleitung 34 weist eine Mündung 38 auf, welche dem Umfangsbereich 30, in welchem die Sacklöcher 32 gelegen sind, gege- nüberliegt. Dabei liegt die Mündung 38 genau der Umfangslinie, an welcher die Sacklöcher 32 angeordnet sind, gegenüber. Dies ermöglicht es, dass bei entsprechender Drehstellung der Antriebswelle 24 ein Sackloch 32 genau der Mündung 38 gegenüberliegen kann, so dass durch Schwerkraft das Abrasivmittel-Wasser-Gemisch in das entspre- chende Sackloch 32 eintreten kann. Die Mündung 38 weist dazu einen Durchmesser auf, welcher vorzugsweise genauso groß oder größer ist, als der Durchmesser der Sacklöcher 32. Die Mündung umgebend ist ein als Dichtung wirkender Kugelsitz 40 angeordnet, welcher dichtend an der Oberfläche des Kugelkörpers 22 zur Anlage kommt. Der Kugelsitz 40 ist ringförmig mit einer zentralen Öff- nung im Bereich der Mündung 38 ausgebildet. Der Ring weist eine Breite auf, welche vorzugsweise größer als der Durchmesser der Sacklöcher 32 ist, so dass auch dann, wenn die Sacklöcher 32 den Kugelsitz 40 bzw. dessen Dichtfläche passieren, keine Verbindung zwischen der Außenseite des Kugelsitzes 40 und der Mündung 38 hergestellt werden kann.
Direkt unterhalb des Kugelkörpers 22 weist die Austrittsleitung 36 eine Eintrittsöffnung 42 auf, welche dem Kugelkörper 22 gegenüberliegt. Wenn ein Sackloch 32, welches in der vorgehend beschriebenen Weise mit Abrasivmittel gefüllt wurde, nach unten gedreht ist, so dass es sich an der Unterseite des Kugelkörpers 22 befindet, fällt das Abrasivmittel aus dem Sackloch heraus in die Eintrittsöffnung 42 und die Austrittsleitung 36, von wo es der Hochdruckleitung, gegebenenfalls einem Druckbehälter in der Hochdruckleitung, zugeführt wird. Durch kontinuierliche Drehung der Antriebswelle 24 mit dem Kugelkörper 22 durch den Antriebsmotor 28 können so kontinuierlich aufeinanderfolgend die Sacklöcher 32 mit Abrasivmittel bzw. Suspension gefüllt werden und nach Drehung der Welle, wenn die Öffnung des Sackloches 32 nach unten gerichtet ist, nach unten in den Hochdruckbereich, d. h. die Eintrittsöffnung 42 der Austrittsleitung 36 hin entleert werden. Durch Ände- rung der Drehgeschwindigkeit oder Taktung des Antriebsmotors 28 kann dabei die Menge des zugeführten Abrasivmittels pro Zeiteinheit variiert werden.
Um den Hochdruckbereich, zu dem die Austrittsleitung 36 gehört, ge- genüber der Abrasivmittel-Zufuhrleitung 34 abzudichten, dient der Kugelsitz 40, welcher Teil einer Dichtung 44 ist, welche von oben durch ein Druckelement, das als Schraube ausgebildet ist, gegen die Oberfläche des Kugelkörpers 22 gedrückt wird. Durch Drehung des Druckelementes 46, durch welches sich die Abrasivmittel-Zufuhrleitung 34 erstreckt, in einem Gewinde, kann dieses in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse D zu der Oberfläche des Kugelkörpers 22 hin oder von dieser wegbewegt werden. Dadurch wird die Dichtung 44 unterschiedlich stark komprimiert und somit der Kugelsitz 40 unterschiedlich stark gegen die Oberfläche des Kugelkörpers 22 gedrückt. So lässt sich die dichtende An lage des Kugelsitzes 40 einstellen. Darüber hinaus wirkt von unten her auf den Kugelkörper 22 der in der Hochdruckleitung und somit der Austrittsleitung 36 herrschende Hochdruck. Hierdurch wird ein Druck auf den Kugelkörper 22 ausgeübt, welcher diesen gegen den Kugelsitz 40 drückt. Um den Raum, in welchem sich der Kugelkörper 22 befindet, nach außen zu den Lagern 26 hin a bzudichten, sind in axialer Richtung X seitlich des Kugelkörpers 22 an der Antriebswelle 24 Wellendichtringe 48 a ngeordnet.
Der Druckbehä lter 37 weist zwei Füllstandssensoren 50 und 52 auf, welche den Füllstand mit Abrasivmittel im Inneren des Druckbehälters 32 erfassen. Die Füllstandssensoren 50, 52 wirken mit einer Steuereinrich- tung für den Antriebsmotor in der Weise zusammen, dass beim U nterschreiten des Niveaus des Füllstandssensors 50, welcher an der Stelle eines minimalen Füllstandes gelegen ist, der Antriebsmotor 28 eingeschaltet wird, um in der oben beschriebenen Weise Abrasivmittel über die Austrittsleitung 36 in den Druckbehälter 37 zu fördern. Wenn soviel Abrasivmittel in den Druckbehälter 37 gefördert ist, dass der obere Füllsta ndssensor 52 erreicht wird, schaltet eine Steuereinrichtung den Antriebsmotor 28 entsprechend ab, so dass kein weiteres Abrasivmittel in den Druckbehälter 37 gefördert wird, bis wieder der minimale Füllstand bei dem Füllstandssensor 50 erreicht ist. Bezugszeichenliste
2 Hochduckpumpe
4 Wasserzufuhr
6 Hochdruckleitung
8 Austrittsdüse
10 Hochdruckwasserstrahl
12 Werkstück
14 Abrasivmittel-Zuf uhreinrichtung
1 6 Abrasivmittel
18 Einheit
20 Positioniersystem
22 Kugelkörper
24 Antriebswelle
26 Lager
28 Antriebsmotor
30 Umfangsbereich
32 Sacklöcher
34 Abrasivmittel-Zuf uhrleitung
36 Austrittsleitung
37 Druckbehälter
38 Mündung
40 Kugelsitz
42 Eintrittsöffnung
44 Dichtung
46 Druckelement
48 Wellendichtungen
50,52 - Füllstandssensoren
D Dreh- bzw. Längsachse

Claims

Ansprüche
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage mit einer Hochdruckquelle (2), welche Wasser unter hohem Druck bereitstellt, zumindest einer Austrittsdüse (8) und einer die Hochdruckquelle (2) mit der Austrittsdüse (8) verbindenden Hochdruckleitung (6), wobei eine mit der Hochdruckleitung (6) verbundene Abrasivmittel- Zufuhreinrichtung (14) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abrasivmittel-Zufuhreinrichtung (14) eine Schleuse mit einem Drehkörper (22) aufweist, welcher um eine Drehachse D drehbar angetrieben ist,
der Drehkörper (22) in einem sich um die Drehachse D erstreckenden Umfangsbereich (30) mit mehreren umfänglich voneinander beabstandeten Vertiefungen (32) versehen ist, und
dass dem Umfangsbereich (30) eine Mündung (38) einer Abrasiv- mittel-Zufuhrleitung (34) und eine Eintrittsöffnung (42) in die Hochdruckleitung (6) derart gegenüberliegen, dass die Vertiefungen (32) durch Drehen des Drehkörpers (22) um die Drehachse D abwechselnd in eine der Mündung (38) gegenüberliegende Lage und eine der Eintrittsöffnung (42) gegenüberliegende Lage bewegbar sind.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (22) kugelförmig ausgebildet ist.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (38) der Abrasiv- mittel-Zufuhrleitung (34) umgebend eine an dem Umfangsbereich (30) des Drehkörpers (22) anliegende Dichtung (40) angeordnet ist.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Drehkörper (22) abgewandten Seite der Dichtung (40) ein Druckelement (46) angeordnet ist, welches die Dichtung (40) an dem Umfangsbereich (30) des Drehkörpers (22) in Anlage hält.
Wasser-Abrasiv-Suspensions-Schneidanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (46) in seinem radialen Abstand zu dem Umfangsbereich (30) des Drehkörpers (22) verstellbar ist.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Drehkörper (22) an einer sich entlang der Drehachse D erstreckenden Antriebswelle (24) angebracht ist.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (22) einstückig mit der Antriebswelle (24) ausgebildet ist.
Wasser-Abrasisv-Suspension-Schneidanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse D umgebend beidseitig des Umfangsbereiches (30) an dem Drehkörper (22) o- der der Antriebswelle (24) Wellendichtungen (48) anliegen.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (24) drehbar gelagert ist.
10. Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (24) mit einem Antriebsmotor (28) verbunden ist.
1 1 . Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach einem der vo- rangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (32) in dem Umfangsbereich (30) des Drehkörpers (22) gleichmäßig beabstandet entlang einer Umfangslinie angeordnet sind.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen als Sacklöcher oder Sackbohrungen (32) ausgebildet sind.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrasivmittel-Zufuhrleitung (34) mit einem Mischbereich verbunden ist, welcher zur Mischung von Abrasivmittel mit Wasser ausgebildet ist.
Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (22) über einen Antrieb drehbar antreibbar ist, welcher in seiner Drehzahl einstellbar oder getaktet antreibbar ist.
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