DE69634672T2 - System zum Strahlen mit Schleifflüssigkeit - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht ich auf ein Schleifmittel-Fluidstrahl-System und auf ein Zwischenstück für die Verwendung in einem Schleifmittel-Fluidstrahl-System.
  • Das Schneiden zahlreicher Arten von Materialien, beispielsweise Glas, Metall oder Keramik kann unter Einsatz eines Hochdruck-Schleifmittel-Fluidstrahls ausgeführt werden, der erzeugt wird, indem Schleifmittelteilchen, so beispielsweise Granat, mit einem Hochdruck-Fluidstrahl gemischt werden. Obwohl verschiedene Fluide eingesetzt werden, bestehen Hochdruck-Fluidstrahlen normalerweise aus Wasser und werden mit Hochdruck-Verdrängerpumpen erzeugt, die Wasser auf einen Druck von 2000–75000 psi bringen können.
  • Derzeit zur Verfügung stehende Systeme zum Erzeugen von Schleifmittel-Fluidstrahlen sind ausreichend, weisen jedoch einige Nachteile auf. So wird beispielsweise Schleifmittel dem System von einem Großbehälter einem Sekundärbehälter zugeführt, in dessen Unterteil eine Dosiervorrichtung angebracht ist. Normalerweise wird der Sekundärbehälter selbstregelnd mit einer Speiseröhre gefüllt, so dass das Schleifmittel bis zu einer gewissen Höhe in dem Vorratsbehälter ansteigt und dann zum Halten kommt. Der Sekundärbehälter hat, obwohl er kleiner ist als der Großbehälter, normalerweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 6–8 Inch sowie eine Länge von 15–20 Inch, was sich als hinderlich erweisen kann, da es normalerweise wünschenswert ist, den Sekundärbehälter an einer Bewegungseinrichtung anzubringen.
  • Des Weiteren weisen gegenwärtig zur Verfügung stehende Systeme nicht immer eine gesteuerte oder konstante Zuführmenge an Schleifmittel auf, wodurch die Betriebskosten erheblich steigen. Des Weiteren ist auch die Herstellung recht aufwendig.
  • Die Anmelder gehen daher davon aus, dass ein verbessertes System zum Erzeugen von Schleifmittel-Fluidstrahlen vorteilhaft und wünschenswert ist, und zwar sowohl unter dem Aspekt der Herstellung als auch der Leistung.
  • Übersicht über die Erfindung
  • Es ist Daher ein Ziel dieser Erfindung, ein Zwischenstück und ein Schleifmittel-Fluidstrahl-System anzugeben, deren Verwendung wirkungsvoller und einfacher ist.
  • Dieses Ziel wird durch das Schleifmittel-Fluidstrahl-System von Anspruch 1 und das belüftete Zwischenstück von Anspruch 3 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Schleifmittel, das durch die Dosierscheibe hindurchtritt, passiert ein belüftetes Zwischenstück, das mit dem Luftisolator mit einem Arretiermechanismus verbunden ist, der wahlweise mit einer einfachen Vierteldrehung des belüfteten Zwischenstücks in Eingriff gebracht oder gelöst werden kann. Das belüftete Zwischenstück ist mit einem ersten Anschluss versehen, der einen zweiten Anschluss in einem Winkel schneidet, wobei der zweite Anschluss eine Lüftungsöffnung aufweist, über die Schleifmittel und Fluid aus dem System ausgestoßen werden können, wenn eine Verstopfung stromab bewirkt, dass sich Fluid und Schleifmittel stauen. Es kann eine zweite Lüftungsöffnung in dem Zwischenstück vorhanden sein, um zu gewährleisten, dass die Strömungsmenge von Schleifmittel in dem Zwischenstück auf der Schwerkraft beruht, und dass das Schleifmittel nicht von dem Hochdruck-Fluidstrahl, dem das Schleifmittel beigemischt wird, durch die Dosierscheibe gezogen wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Teilschnittansicht einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht mehrerer Elemente der bevorzugten Ausführung, die in 1 dargestellt ist.
  • 3A und 3B sind Schnittansichten eines Teils der bevorzugten Ausführung, die in 1 dargestellt ist.
  • 4 ist eine Teilschnittansicht einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine Teilschnittansicht einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Ein verbessertes Schleifmittel-Fluidstrahl-System 10, das gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, ist in 1 dargestellt. Ein Volumen an Schleifmittelteilchen 18 wird von einem Schleifmittel-Großbehälter 16 durch Druckluft bei niedrigen Geschwindigkeiten über einen Einlassanschluss 14 in einen Luftisolator 12 eingeleitet. Obwohl verschiedene Typen von Schleifmittel verwendet werden können, werden bei einer bevorzugten Ausführung Granatteilchen in der Größenordnung von 16–220 mesh eingesetzt. Eine Leitwand 22 ist in dem Luftisolator 12 vorhanden, wobei die Leitwand ein Loch 24 aufweist, durch das Schleifmittel fallen kann. In einer bevorzugten Ausführung beträgt, wie in 2 dargestellt, ein Winkel α der Leitwand, gemessen zwischen der Leitwand 22 und einer horizontalen Ebene 28, die die unterste Kante 30 der Leitwand schneidet, 20°–60°, wobei bevorzugte Ergebnisse erzielt werden, wenn der Winkel der Leitwand 41 ° beträgt. Es versteht sich, dass der Winkel der Leitwand verändert werden kann, um verschiedene Behälterformen zu ermöglichen. Da ein Luftisolator 12 mit einer Leitwand 22 vorhanden ist, wird Luft aus dem Schleifmittel abgelassen, wenn es durch die Leitwand hindurchtritt. Die Entlüftung wird des Weiteren verbessert, indem Lüftungsöffnungen 20 in einem oberen Bereich 26 des Luftisolators 12 angeordnet werden. Das Ablassen von Luft aus dem Schleifmittel gewährleistet, dass die Strömungsmenge des Schleifmittels durch das System unabhängig vom Druck der Luft ist, die das Schleifmittel aus dem Großbehälter drückt. Diese verbesserte Kontinuität der Schleifmittel-Zuführgeschwindigkeit ist insofern bedeutend, als dadurch die Betriebskosten erheblich verringert werden. Des Weiteren kann, indem Luft auf diese Weise aus dem Schleifmittel abgelassen wird, der Luftisolator 12 leicht und 5–10 mal kleiner sein als das herkömmliche Gegenstück, wodurch das System leistungsfähiger und einfacher im Einsatz wird, insbesondere, wenn es erforderlich ist, den Luftisolator an einer Einrichtung anzubringen, die sich während des Betriebs des Systems bewegt. In einer bevorzugten Ausführung weist der Luftisolator einen Außendurchmesser von 2,38 Inch, einen Innendurchmesser von 2 Inch und eine Länge von ungefähr 6 Inch auf.
  • Eine Auslassöffnung bzw. ein Auslassanschluss 32 ist in einer unteren Fläche 34 von Luftisolator 12 vorhanden, wobei die Auslassöffnung über Betätigung einer An-/Aus-Vorrichtung 58 wahlweise geöffnet oder geschlossen wird, wie dies in 2 zu sehen ist. In einer bevorzugten Ausführung umfasst die An-/Aus-Vorrichtung 58 eine Stange 56, die durch das Loch 24 von Leitwand 22 hindurchtritt, wobei die Stange 56 über einen Druckluftzylinder 19 wahlweise an eine erste Position 62 angehoben und an eine zweite Position 64 abgesenkt wird. Stange 56 ist mit einem Stopfen 60 verbunden, der die Auslassöffnung 32 abdeckt, wenn sich die Stange in einer abgesenkten Position 64 befindet, um so das Austreten von Schleifmittel aus Luftisolator 12 zu verhindern. Die Stange und der Stopfen bestehen aus verschleißfesten Materialien und müssen sich nur über kurze Strecken bewegen, so dass zuverlässige Funktion und Langlebigkeit gewährleistet sind. In einer bevorzugten Ausführung wird die An-/Aus-Vorrichtung 58 von der Bedienungsperson mit herkömmlichen Mitteln, so beispielsweise einem Magnetschalter, gesteuert. Indem die An-/Aus-Vorrichtung 58 in Luftisolator 12 angeordnet wird, wird das System gegenüber herkömmlichen Systemen, bei denen sich die An-/Aus-Vorrichtung normalerweise außerhalb des Behälter-Zuführsystems befindet, vereinfacht und kompakter ausgeführt.
  • Eine Dosierscheibe 40 mit einer Öffnung 42 ist, wie am besten in 2 zu sehen ist, an die untere Fläche 34 des Luftisolators 12 angrenzend angeordnet, wobei die Öffnung 42 der Dosierscheibe auf die Auslassöffnung 32 ausgerichtet ist. Die Größe der Dosierscheibenöffnung steuert die Strömungsmenge von Schleifmittel durch das System und kann daher je nach der gewünschten Strömungsmenge ausgewählt und verändert werden. In einer bevorzugten Ausführung ist ein Spalt 38 zwischen der Dosierscheibe 40 und der Unterseite des Luftisolators 12 weniger als 1/16 Inch groß, um zu gewährleisten, dass sich Schleifmittel im unteren Teil des Luftisolators staut. Wenn der Spalt 38 zu groß ist, kann sich der Strom von Schleifmittel verdünnen, so dass er durch die Dosierscheibenöffnung in einem Strom hindurchfällt, der kleiner ist als die Öffnung, wodurch die Dosierscheibe nicht ihre gewünschte Funktion erfüllt. Des Weiteren kann, indem ein System gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, der Schleifmittelstrom schnell und wirkungsvoll angehalten und in Gang gesetzt werden.
  • Schleifmittel, das durch die Dosierscheibe 40 hindurchtritt, tritt, wie weiter in 1 und 2 dargestellt, in einen ersten Anschluss 68 eines Zwischenstücks 66 ein, das des Weiteren mit einem zweiten Anschluss 70 versehen ist. Der erste Anschluss 68 und der zweite Anschluss 70 sind in einem Winkel γ von 30°–60° zueinander vorhanden, wobei bevorzugte Ergebnisse erzielt werden, wenn γ 45° beträgt. Der zweite Anschluss 70 ist mit einer Lüftungsöffnung 72 versehen, durch die Fluid und Schleifmittel aus dem System ausgestoßen werden können, so beispielsweise, wenn eine Verstopfung in Stromabrichtung 78 des Zwischenstücks 66 bewirkt, dass Fluid und Schleifmittel in einer Stromaufrichtung 74 strömen. Dadurch wird verhindert, dass sich Wasser in den Luftisolator zurückstaut, so dass das Schleifmittel nicht verklumpt und weiter frei strömt. Zwischenstück 66 ist des Weiteren mit einer oder mehreren sekundären Lüftungsöffnungen 76 versehen, die Luft in den ersten Anschluss 68 eintreten lassen, wodurch gewährleistet ist, dass die Strömungsmenge von Schleifmittel durch die Dosierscheibe und den ersten Anschluss 68 auf Schwerkraft beruht und im Wesentlichen unabhängig vom Sog in der Zuführleitung 44 ist. (Es versteht sich, dass die Schleifmittel-Strömungsmenge normalerweise in Pfund/Minute gemessen wird). Um das System weitergehend gegenüber dem Besprühen mit Wasser abzuschirmen, ist eine Schutzabschirmung 27 um Zwischenstück 66 herum vorhanden.
  • Ein unterer Bereich 114 von Luftisolator 12 sowie ein oberer Bereich 116 von Zwi schenstück 66 kommen, wie in 2 dargestellt, wahlweise miteinander in Eingriff und lösen sich daraus, um Reinigung zu ermöglichen. Obwohl jeder beliebige herkömmliche Arretiermechanismus eingesetzt werden kann, werden in einer bevorzugten Ausführung drei Zapfen 21 mit Vertiefungen 23 in Eingriff gebracht und darin arretiert, wenn der Luftisolator und das Zwischenstück um eine Vierteldrehung in Bezug zueinander gedreht werden. Es ist des Weiteren anzumerken, dass aufgrund der geringen Größe des Luftisolators 12 nur 1–2 Pfund Schleifmittel entleert werden müssen, wenn das System gereinigt wird, während es bei herkömmlichen Systemen 5–300 Pfund sind.
  • Nach dem Hindurchtreten durch Zwischenstück 66 strömt Schleifmittel 18 durch Zuführleitung 44, die mit einem Schneidkopf 46 verbunden ist. Das heißt, wie am besten in 3A zu sehen ist, Schleifmittel wird durch Schwerkraft über den ersten Anschluss 68 zugeführt, wie dies oben beschrieben ist, und wird dann durch ein Vakuum, das von einem Hochdruck-Fluidstrahl 50 erzeugt wird, über den zweiten Anschluss 70, die Zuführleitung 44 und einen ersten Einlass 26 in Mischkammer 48 gesaugt. Der Hochdruck-Fluidstrahl 50 führt so das Schleifmittel mit, so dass der Fluidstrahl und das Schleifmittel gemischt und über Mischrohr 54 als ein Schleifmittel-Fluidstrahl 52 ausgestoßen werden.
  • Der Hochdruck-Fluidstrahl 50 wird erzeugt, indem ein Volumen von Hochdruckfluid 96, beispielsweise Wasser, von einer Hochdruck-Fluidquelle 11 durch einen Düsenkörper 17 und eine Hochdrucköffnung bzw. -düse 94 gedrückt wird. Die Hochdruckdüse 94 ist in eine konische Aufnahme 98 eingesetzt und in einer oberen Fläche 100 der konischen Aufnahme eingelassen, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass die Düse berührt wird, so beispielsweise von der Hand einer Bedienungsperson, an der sich Schleifmittel befinden kann. Es ist daher weniger wahrscheinlich, dass die Düse beschädigt wird. Ein Winkel b der in Umfangsrichtung konischen Seitenfläche 102 der Aufnahme beträgt, wie am besten in 3B zu sehen, vorzugsweise 55°–80°, wobei bevorzugte Ergebnisse erzielt werden, wenn der eingeschlossene Winkel 60° beträgt. Da eine flache Verjüngung vorhanden ist, quetscht sich die Aufnahme 98 nicht selbst in den Schneidkopf. Die Aufnahme kann daher einfach ohne den Einsatz eines Werkzeugs entfernt werden, und zwar selbst nach kontinuierlichem Lauf bei ultrahohen Drücken, wie dies normalerweise bei herkömmlichen Systemen erforderlich ist. Des Weiteren ist die Oberseite 100 leicht konisch, so dass das Hochdruckfluid nur durch die Oberseite 100 abgedichtet wird, jedoch nicht durch die Seitenfläche 102.
  • Die Mischröhre 54 ist mit einem Bezugszeichen 106 an einer Außenfläche 108 der Mischröhre vorhanden. In einer bevorzugten Ausführung wird ein Metallring an die Außenfläche der Mischröhre gehaftet. Der Schneidkopf 64 ist mit einer unteren Fläche 110 und einer Bohrung, die sich von der unteren Fläche nach oben erstreckt, versehen, in die die Mischröhre eingeführt wird. Da ein Bezugselement 106 an einer gewünschten Stelle an der Außenfläche der Mischröhre vorhanden ist, richtet sich das Bezugselement an der unteren Fläche 110 des Schneidkopfes aus, so dass verhindert wird, dass die Mischröhre weiter in die Bohrung 112 eingeführt wird, so dass die Mischröhre an einer gewünschten Stelle positioniert wird. Die Mischröhre 54 wird des Weiteren über eine Haltemutter 15 festgehalten. Indem die Mischröhre 54 entsprechend der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung positioniert wird, wird die Herstellung gegenüber einem herkömmlichen System vereinfacht, bei dem die Einrichtung zum Ausrichten der Mischröhre im Inneren des Schneidkopfes angeordnet ist.
  • Die Länge 92 von Mischkammer 48 wird auf ein Minimum verringert und optimiert, so dass Verschleiß in der Mischkammer 48 reduziert wird und die Notwendigkeit einer schützenden und normalerweise teuren Karbid-Abschirmung wegfällt. Es wird davon ausgegangen, dass, indem die Länge der Mischkammer auf ein Minimum verringert wird, der Hochdruck-Fluidstrahl 50 kohärenter bleibt, wenn er durch die Mischkammer in die Mischröhre 54 strömt, und dass diese Verringerung der Turbulenz zu geringerem Verschleiß in der Mischkammer führt. Obwohl sich versteht, dass die Länge der Mischkammer von verschiedenen Variablen abhängt, so beispielsweise der Größe der Öffnung und dem Winkel, in dem die Einlasse 26 und 80 in dem Schneidkopf 46 vorhanden sind, beträgt in einer bevorzugten Ausführung, bei der die Aufnahme Öffnungen bzw. Düsen in der Größe von 0,003–0,02 Inch aufnimmt, die Länge der Mischkammer 0,4–0,75 Inch.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist der Schneidkopf 46 mit einem zweiten Einlass 80 versehen, so dass die Zuführleitung, je nachdem wie dies für bestimmte Betriebsbedingungen wünschenswert ist, entweder mit dem ersten Einlass 26 oder dem zweiten Einlass 80 verbunden sein kann. Der zweite Einlass 80 kann, um dies zu veranschaulichen, wenn die Zuführleitung mit dem ersten Einlass 26 verbunden ist, einfach abgeschlossen werden oder mit jeder beliebigen ausgewählten Zusatzeinrichtung verbunden werden, so beispielsweise einer Anordnung zum Überwachen der Leistung des Systems, einer Loch-Anordnung oder einer weiteren Schleifmittel-Zuführleitung.
  • So ist beispielsweise, wie in 4 dargestellt, eine Loch-Zusatzeinrichtung, die einen Luft-Ejektor 88 und ein Schlauchventil 90 umfasst, mit dem zweiten Einlass 80 verbunden. Wenn ein Schnitt in einem Material begonnen wird, ist es, wenn sich der Schneidkopf nicht an einer Kante des Materials befindet, vorteilhaft, zunächst das Material zu durchbohren, um zu gewährleisten, dass das Material nicht beschädigt wird. (Spröde Materialien, so beispielsweise Glas, Keramik oder Stein, können durch herkömmliche Anlaufverfahren, bei denen kein Schleifmittel in dem Hochdruck-Fluidstrahl vorhanden ist, beim anfänglichen Kontakt des Stroms mit dem Material beschädigt werden. Des weiteren können derartige herkömmliche Anlaufverfahren Materialien, wie beispielsweise Verbundstoffe, aufspalten.) Um dieses gewünschte Ergebnis zu erzielen, muss gewährleistet werden, dass beim anfänglichen Kontakt des Fluidstrahls mit dem Material Schleifmittel darin vorhanden ist. Dies wird in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung erreicht, indem ein Ventil 90 geöffnet und Luft-Ejektor 88 aktiviert wird, so dass Schleifmittel vor dem Erzeugen des Hochdruck-Fluidstrahls 50 in die Mischkammer angesaugt wird. Indem eine Länge der Zuführleitung 44 auf nicht mehr als 12 Inch gehalten wird, und indem gewährleistet wird, dass die Dosierscheibe 40 über Mischkammer 48 angehoben wird, wird das Vakuum, das erforderlich ist, um Schleifmittel in die Mischkammer zu saugen, auf ein Minimum verringert, wodurch das System vereinfacht wird.
  • In einer alternativen Ausführung ist, wie in 5 dargestellt, ein Vakuummesser 84 mit dem zweiten Einlass 80 von Schneidkopf 46 verbunden, um die Leistung des Systems zu überwachen.
  • Ein verbessertes Schleifmittel-Fluidstrahl-System ist dargestellt und beschrieben worden. Aus dem Obenstehenden ist zu entnehmen, dass, obwohl Ausführungen der Erfindung hier zur Veranschaulichung beschrieben sind, verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Damit ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungen beschränkt, sondern wird stattdessen durch die Ansprüche definiert, die folgen.

Claims (4)

  1. Schleifmittel-Fluidstrahl-System, das umfasst: einen Luftisolator (12) mit einem Anschluss (14), über den ein Volumen an Schleifmittel (18) in den Luftisolator (12) eingeleitet wird; eine Auslassöffnung (32), die in einer Fläche des Luftisolators (12) vorhanden ist, über die das Schleifmittel (18) aus dem Luftisolator (12) austreten kann; ein Zwischenstück (66), das mit der Auslassöffnung (32) verbunden ist, wobei das Zwischenstück (66) einen ersten Anschluss (68) und einen zweiten Anschluss (70) aufweist, die in einem Winkel (γ) von 30°–60° zueinander angeordnet sind, so dass Schleifmittel (18), das aus dem Luftisolator (12) fließt, durch den ersten Anschluss (68) hindurchtritt, sich um im Wesentlichen 30°–60° wendet und durch den zweiten Anschluss (70) zu einer Zuführleitung (44) fließt, wobei eine erste Lüftungsöffnung (72) in dem Zwischenstück (66) vorhanden ist, um jegliches Fluid (96) oder Schleifmittel (18), das möglicherweise aufgrund einer stromab (78) auftretenden Verstopfung stromauf fließt, aus dem System abzuleiten; und wobei die Zuführleitung (44) mit dem Zwischenstück und mit einem Schneidkopf (46) verbunden ist, der Schneidkopf (46) eine Mischkammer (48) aufweist, in die das Schleifmittel (18) aus dem Luftisolator (12) und ein Hochdruck-Fluidstrahl (96) eingeleitet werden, das Schleifmittel (18) und der Hochdruck-Fluidstrahl (96) gemischt und als ein Schleifmittel-Fluidstrahl (52) über eine Mischröhre (54) abgeleitet werden, die mit dem Schneidkopf (46) verbunden ist.
  2. Schleifmittel-Fluidstrahl-System nach Anspruch 1, wobei das Zwischenstück (66) des Weiteren mit einer zweiten Lüftungsöffnung (76) versehen ist, die Luft in den ersten Anschluss (68) strömen lässt, um so zu gewährleisten, dass die Strö mungsmenge von Schleifmittel (18) zu dem Schneidkopf (46) im Wesentlichen unabhängig von jeglichem Sog in der Zuführleitung (44) ist.
  3. Belüftetes Zwischenstück zum Einsatz in einem Schleifmittel-Fluidstrahl-System, das umfasst: einen Zwischenstück-Körper (66), der mit einem ersten Anschluss (68), der mit einer Quelle von Schleifmittel verbunden werden kann, und einem zweiten Anschluss (70) versehen ist, der mit einer Zuführleitung (44) verbunden werden kann, wobei der erste Anschluss (68) und der zweite Anschluss (70) in einem Winkel (γ) von 30°–60° zueinander angeordnet sind, so dass Schleifmittel (18), das durch den ersten Anschluss (68) fließt, sich um im Wesentlichen 30°–60° wendet und durch den zweiten Anschluss (70) fließt, wobei eine erste Lüftungsöffnung (72) in dem Zwischenstück-Körper (66) vorhanden ist, um jegliches Schleifmittel (18), das möglicherweise stromauf von der Zuführleitung (44) fließt, in den zweiten Anschluss (70) abzuleiten.
  4. Zwischenstück nach Anspruch 3, wobei der Zwischenstück-Körper (66) des Weiteren mit einer zweiten Lüftungsöffnung (76) versehen ist, die Luft in den ersten Anschluss (68) strömen lässt, um so zu gewährleisten, dass die Strömungsmenge von Schleifmittel (18) durch den Zwischenstück-Körper (66) im Wesentlichen unabhängig von jeglichem Sog in der Zuführleitung (44) ist.
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