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EP2338653A1 - Flüssigkeitsstrahlschneidmaschine - Google Patents

Flüssigkeitsstrahlschneidmaschine Download PDF

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Publication number
EP2338653A1
EP2338653A1 EP20100405237 EP10405237A EP2338653A1 EP 2338653 A1 EP2338653 A1 EP 2338653A1 EP 20100405237 EP20100405237 EP 20100405237 EP 10405237 A EP10405237 A EP 10405237A EP 2338653 A1 EP2338653 A1 EP 2338653A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
workpiece support
support
liquid jet
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP20100405237
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2338653B1 (de
Inventor
Walter Maurer
Franz Helmhart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micromachining AG
Original Assignee
Micromachining AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Micromachining AG filed Critical Micromachining AG
Publication of EP2338653A1 publication Critical patent/EP2338653A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2338653B1 publication Critical patent/EP2338653B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
    • B26F3/008—Energy dissipating devices therefor, e.g. catchers; Supporting beds therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T83/00—Cutting
    • Y10T83/364—By fluid blast and/or suction

Definitions

  • the invention relates to a processing device for processing a workpiece by means of at least one liquid jet according to the preamble of claim 1.
  • the processing device In operation, the processing device generates a liquid jet, e.g. B. a jet of water, which penetrates a material to be cut and thus separates this into two or more parts. After the penetration of the material, the liquid jet has a certain residual energy, which is degraded in a usually filled with water catch basin (also called “jet catcher").
  • a liquid jet e.g. B. a jet of water
  • Fig. 5 shows such a known device with a frame 10 ', to which the catch basin 29' and the workpiece support 20 'for a workpiece 21' are attached. Due to this construction, the vibrations generated by the catch basin 29 'are transmitted via the frame 10' to the workpiece support 20 'and finally to the workpiece 21'. As a result, a precise machining of the workpiece 21 'is made more difficult.
  • the catch basin is arranged free-standing with respect to the workpiece support. Due to this decoupled arrangement transfers of vibrations of the catch basin can be prevented on the workpiece support. As a result, a workpiece is machined more accurately.
  • FIGS. 1 and 2 show, the processing device on a carrier 10 in the form of a first frame, which stands on support feet 10a on the ground. These have holes to screw the first frame 10 to the ground.
  • a cutting head 12 is arranged, which is movable transversely to the bridge 11 and thus movable in the plane. Further, the cutting head 12 is movable vertically to this plane, so that it is movable in three independent axes.
  • the processing device is equipped with the usual components to a liquid jet, z. B. to produce a water jet, which separates a material layer along a contour at the exit from the cutting head 12.
  • the processing device comprises a workpiece support 20 on which a workpiece 21 to be machined rests.
  • the workpiece support 20 is provided in the inner region with a recess 20a and thus forms a frame on which the workpiece 21 rests on the edge.
  • the processing device is provided with holding means 22 for holding the workpiece 21.
  • the holding means 22 are z. B. formed as terminals, by means of which the workpiece 21 is pressed against the workpiece support 20.
  • a sump 29 is arranged within the first frame 10.
  • This comprises a second frame 30 which stands on feet 30a on the ground. These have holes to screw the second frame 30 to the ground.
  • the feet 30a of the second frame 30 and the support feet 10a of the first frame 10 may be provided with damping elements, so that vibrations between frame 30 or 10 and ground are not or only in a muted mass transferable.
  • the sump 29 has a sufficient depth to efficiently reduce the residual energy which the liquid jet has after penetrating the workpiece 21 to be cut.
  • the second frame 30 is closed at its four side walls as well as at the bottom with a metal plate 31, so that an open-topped container is formed.
  • the side walls 31 of the collecting basin 29 extend beyond the level at which the workpiece support 20 is located.
  • the catch basin 29 can be filled with water up to the workpiece 21. The liquid jet therefore dips directly into the water as it emerges from the bottom of the workpiece 21.
  • Fig. 4 Like the detail view in Fig. 4 shows, two opposite side walls 31 of the collecting basin 29 are provided with through holes 32, through which each a fastening element 40 protrudes.
  • the diameter of the passage opening 32 is sufficiently large, so that the respective fastener 40 does not touch the side wall 31 of the catch basin 29, even then, if in operation catch basin 29 and support 10 oscillate relative to each other.
  • the respective fastening element 40 is designed in the form of a bolt, at the inner end of which a bearing surface 40a is formed and at the outer end of which a flange 40b is arranged.
  • the workpiece support 20 rests on the support surface 40a and is connected thereto by means of a releasable connection 41, z. B. a screw connection connected.
  • the outer end of the bolt 40 is passed through an opening in the first frame 10 and secured thereto via the flange 40b.
  • the passage opening 32 is surrounded by a pipe section 33 which is fixed to the side wall 31 of the catch basin 29.
  • a seal 35 in the form of a z. B. made of rubber cuff is provided, which encloses the end of the pipe section 33 and the bolt 40.
  • the sump 29 and the unit of components 10, 11, 12, 20, 22 are placed separately from each other and - if necessary - attached to the ground.
  • the sump 29 is filled with water.
  • the workpiece 21 rests on the workpiece support 20 and is fixed by means of the holding means 22.
  • the contour, along which the workpiece 21 is divided, lies within the recess 20 a of the workpiece support 20, so that the liquid jet, when it exits from the underside of the workpiece 21, unhindered by the Workpiece support 20 pass and can propagate in the water of the catch basin 29.
  • the residual energy of the liquid jet is absorbed, which can lead to vibrations of the collecting basin 29.
  • the actual processing device with the carrier 10 and the movable cutting head 12 forms together with the fixedly connected workpiece support 20 a separate unit which is arranged decoupled from the catch basin 29.
  • the catch basin 29 is therefore arranged free-standing with respect to the workpiece support 20.
  • the seals 35 between the two racks 10 and 30 prevents water from passing through the through-holes 32 to the outside.
  • the decoupling of collection jaws 29 and workpiece support 20 can be used for various types of processing by means of liquid jet to achieve a precise machining, z.
  • abrasive cutting in which abrasive particles are added to the water, and / or for cutting by means of other types of liquids.
  • z. B. baffles or the like may be installed in order to reduce the residual energy of the liquid jet in a more efficient manner.

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Abstract

Die Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels mindestens eines Flüssigkeitsstrahls umfasst eine Werkstückauflage (20) und ein Auffangbecken (29) zum Abbau der Energie, welche der mindestens eine Flüssigkeitsstrahl nach Durchdringung des Werkstücks aufweist. Das Auffangbecken (29) ist in Bezug auf die Werkstückauflage (20) freistehend angeordnet, um Übertragungen von Schwingungen des Auffangbeckens auf die Werkstückauflage zu verhindern.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels mindestens eines Flüssigkeitsstrahls gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Im Betrieb erzeugt die Bearbeitungsvorrichtung einen Flüssigkeitsstrahl, z. B. einen Wasserstrahl, der ein zu schneidendes Material durchdringt und so dieses in zwei oder mehrere Teile trennt. Nach der Durchdringung des Materials weist der Flüssigkeitsstrahl eine gewisse Restenergie auf, die in einem in der Regel mit Wasser gefüllten Auffangbecken (auch "Strahlcatcher" genannt) abgebaut wird.
  • Beim Abbau der Restenergie im Auffangbecken, kann dieses in Schwingungen versetzt werden. Die am Markt angebotenen Vorrichtungen sind als Einheit aufgebaut, indem Auffangbecken und Werkstückauflage fest mit einem Rahmengestell verbunden sind. Fig. 5 zeigt eine derartige bekannte Vorrichtung mit einem Rahmengestell 10', an welchem das Auffangbecken 29' sowie die Werkstückauflage 20' für ein Werkstück 21' befestigt sind. Aufgrund dieser Konstruktion werden die vom Auffangbecken 29' erzeugten Schwingungen über das Rahmengestell 10' auf die Werkstückauflage 20' und schliesslich auf das Werkstück 21' übertragen. Dadurch wird eine präzise Bearbeitung des Werkstücks 21' erschwert.
  • Es ist auch bekannt, die Werkstückauflage direkt am Auffangbecken zu befestigen und diese Einheit separat vom Rest der Vorrichtung anzuordnen. Diese Konstruktion ist hinsichtlich Schwingungsübertragung noch ungünstiger, da die beim Betrieb entstehenden Schwingungen des Auffangbeckens direkt auf die Werkstückauflage übertragen werden. Es können sich auch andere äussere Einflüsse, z. B. Vibrationen des Bodens, auf das Werkstück übertragen und/oder das Auffangbecken mit der Werkstückauflage und dem zu schneidenden Werkstück können sich sogar vom Rest der Vorrichtung verschieben. Insgesamt resultieren unerwünschte Ungenauigkeiten in der Bearbeitung und somit ein Qualitätsverlust.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bearbeitungsvorrichtung anzugeben, welche eine präzise Werkstücksbearbeitung erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Bearbeitungsvorrichtung gemäss dem Patentanspruch 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung sowie deren Verwendung an.
  • Bei der erfindungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung ist das Auffangbecken in Bezug auf die Werkstückauflage freistehend angeordnet. Aufgrund dieser entkoppelten Anordnung können Übertragungen von Schwingungen des Auffangbeckens auf die Werkstückauflage verhindert werden. Dadurch ist ein Werkstück genauer bearbeitbar.
  • Weitere spezifische Konstruktionsmerkmale und deren Vorteile sind nachfolgend aus der Beschreibung und den Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels ersichtlich, in welchen
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung,
    Fig. 2
    eine Draufsicht der Vorrichtung gemäss Fig. 1, einen Schnitt der Vorrichtung in der Ebene III-III gemäss Fig. 2,
    Fig. 4
    eine Detailansicht aus Fig. 3, und
    Fig. 5
    eine perspektivische Ansicht einer bekannten Bearbeitungsvorrichtung darstellen.
  • Wie Figuren 1 und 2 zeigen, weist die Bearbeitungsvorrichtung einen Träger 10 in Form eines ersten Rahmengestells auf, welches über Trägerfüsse 10a auf dem Boden steht. Diese weisen Löcher auf, um das erste Rahmengestell 10 am Boden festzuschrauben. Auf einer verfahrbaren Brücke 11 ist ein Schneidkopf 12 angeordnet, welcher quer zur Brücke 11 verfahrbar und somit in der Ebene verfahrbar ist. Weiter ist der Schneidkopf 12 vertikal zu dieser Ebene verfahrbar, so dass er in drei unabhängigen Achsen bewegbar ist. Die Bearbeitungsvorrichtung ist mit den üblichen Komponenten ausgerüstet, um beim Betrieb einen Flüssigkeitsstrahl, z. B. einen Wasserstrahl zu erzeugen, der beim Austritt aus dem Schneidkopf 12 eine Materialschicht entlang einer Kontur trennt.
  • Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst eine Werkstückauflage 20, auf welcher ein zu bearbeitendes Werkstück 21 aufliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Werkstückauflage 20 im inneren Bereich mit einer Ausnehmung 20a versehen und bildet so einen Rahmen, auf welchem das Werkstück 21 am Rand aufliegt.
  • Wie auch Fig. 3 zeigt, ist die Bearbeitungsvorrichtung mit Haltemitteln 22 zum Festhalten des Werkstücks 21 versehen. Die Haltemittel 22 sind z. B. als Klemmen ausgebildet, mittels welchen das Werkstück 21 an die Werkstückauflage 20 gedrückt wird.
  • Innerhalb des ersten Rahmengestells 10 ist ein Auffangbecken 29 angeordnet. Dieses umfasst ein zweites Rahmengestell 30, welches über Füsse 30a auf dem Boden steht. Diese weisen Löcher auf, um das zweite Rahmengestell 30 am Boden festzuschrauben.
  • Die Füsse 30a des zweiten Rahmengestells 30 sowie die Trägerfüsse 10a des ersten Rahmengestells 10 können mit Dämpfungselementen versehen sein, so dass Vibrationen zwischen Gestell 30 bzw. 10 und Boden nicht oder nur in gedämpften Masse übertragbar sind.
  • Das Auffangbecken 29 weist eine genügende Tiefe auf, um die Restenergie, welche der Flüssigkeitsstrahl nach der Durchdringung des zu schneidenden Werkstücks 21 aufweist, effizient abbauen zu können. Das zweite Rahmengestell 30 ist jeweils an dessen vier Seitenwänden sowie am Boden mit einer Blechplatte 31 verschlossen, so dass ein oben offener Behälter gebildet ist. Die Seitenwände 31 des Auffangbeckens 29 reichen über das Niveau hinaus, auf welcher sich die Werkstückauflage 20 befindet. Dadurch kann das Auffangbecken 29 bis zum Werkstück 21 mit Wasser gefüllt werden. Der Flüssigkeitsstrahl taucht deshalb direkt ins Wasser, wenn er aus der Unterseite des Werkstücks 21 heraustritt.
  • Wie auch die Detailansicht in Fig. 4 zeigt, sind zwei gegenüberliegende Seitenwände 31 des Auffangbeckens 29 mit Durchgangsöffnungen 32 versehen, durch welche jeweils ein Befestigungselement 40 hindurchragt. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 32 ist genügend gross gewählt, so dass das jeweilige Befestigungselement 40 nicht die Seitenwand 31 des Auffangbeckens 29 berührt, auch dann nicht, falls im Betrieb Auffangbecken 29 und Träger 10 relativ zueinander schwingen.
  • Das jeweilige Befestigungselement 40 ist in Form eines Bolzens ausgebildet, an dessen inneren Ende eine Auflagefläche 40a gebildet und an dessen äusseren Ende ein Flansch 40b angeordnet ist. Die Werkstückauflage 20 liegt auf der Auflagefläche 40a auf und ist mit dieser mittels einer lösbaren Verbindung 41, z. B. einer Schraubenverbindung, verbunden. Das äussere Ende des Bolzens 40 ist durch eine Öffnung im ersten Rahmengestell 10 hindurchgeführt und über den Flansch 40b an diesem befestigt.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Durchgangsöffnung 32 von einem Rohrabschnitt 33 umgeben, welcher an der Seitenwand 31 des Auffangbeckens 29 befestigt ist. Eine Dichtung 35 in Form einer z. B. aus Gummi gefertigten Manschette ist vorgesehen, welche endseitig den Rohrabschnitt 33 sowie den Bolzen 40 umschliesst.
  • Zur Montage der Bearbeitungsvorrichtung werden das Auffangbecken 29 und die Einheit aus Komponenten 10, 11, 12, 20, 22 separat voneinander platziert und - falls erforderlich - am Boden befestigt.
  • Im Betrieb ist das Auffangbecken 29 mit Wasser gefüllt. Das Werkstück 21 liegt auf der Werkstückauflage 20 auf und ist mittels den Haltemitteln 22 fixiert. Die Kontur, entlang welcher das Werkstück 21 geteilt wird, liegt innerhalb der Ausnehmung 20a der Werkstückauflage 20, sodass der Flüssigkeitsstrahl, wenn er aus der Unterseite des Werkstücks 21 austritt, ungehindert durch die Werkstückauflage 20 hindurchtreten und sich im Wasser des Auffangbeckens 29 fortpflanzen kann. Dabei wird die Restenergie des Flüssigkeitsstrahls absorbiert, was zu Schwingungen des Auffangbeckens 29 führen kann.
  • Die eigentliche Bearbeitungsvorrichtung mit dem Träger 10 und dem verfahrbaren Schneidkopf 12 bildet zusammen mit der fix verbundenen Werkstückauflage 20 eine separate Einheit, die vom Auffangbecken 29 entkoppelt angeordnet ist. Das Auffangbecken 29 ist demnach in Bezug auf die Werkstückauflage 20 freistehend angeordnet. Durch diese Anordnung können Schwingungen des Auffangbeckens 29, die vom Abbau der Restenergie oder auch von anderen Einflüssen wie etwaigen Vibrationen des Bodens herrühren, nicht auf die Werkstückauflage 20 und somit auch nicht auf das Werkstück 21 übertragen werden. Insgesamt ist der Flüssigkeitsstrahl in Bezug auf das Werkstück 21 präzise verfahrbar, so dass eine sehr genaue Bearbeitung möglich ist.
  • Die Dichtungen 35 zwischen den beiden Gestellen 10 und 30 verhindert, dass Wasser durch die Durchgangsöffnungen 32 nach aussen gelangt.
  • Die Entkoppelung von Auffangbacken 29 und Werkstückauflage 20 ist für diverse Bearbeitungsarten mittels Flüssigkeitsstrahl einsetzbar, um eine präzise Bearbeitung zu erzielen, z. B. für das Reinwasserschneiden, Abrasivschneiden, bei welchem dem Wasser Abrasivteilchen zugesetzt werden, und/oder zum Schneiden mittels anderen Arten von Flüssigkeiten.
  • Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.
  • So ist es denkbar, bei der Bearbeitungsvorrichtung mehr als einen Schneidkopf vorzusehen, um die Bearbeitung effizienter zu gestalten.
  • Anstelle der vier Bolzen 40 sind auch andere Arten von Befestigungsmitteln denkbar, um die Werkstückauflage 20 am Träger 10 zu befestigen.
  • Im Auffangbecken 29 können zusätzliche Hindernisse, z. B. Leitbleche oder Ähnliches eingebaut sein, um die Restenergie des Flüssigkeitsstrahls auf effizientere Weise abbauen zu können.

Claims (13)

  1. Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks (21) mittels mindestens eines Flüssigkeitsstrahls, umfassend
    eine Werkstückauflage (20) und
    ein Auffangbecken (29) zum Abbau der Energie, welche der mindestens eine Flüssigkeitsstrahl nach Durchdringung des Werkstücks (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Auffangbecken (29) in Bezug auf die Werkstückauflage (20) freistehend angeordnet ist, um Übertragungen von Schwingungen des Auffangbeckens auf die Werkstückauflage zu verhindern.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Träger (10), an dem ein Schneidkopf (12) verfahrbar angeordnet ist, aus welchem bei der Bearbeitung der Flüssigkeitsstrahl austritt, wobei die Werkstückauflage (20) mit dem Träger (10) fest verbunden ist, wobei vorzugsweise der Schneidkopf (12) in mindestens drei unabhängigen Achsen bewegbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Werkstückauflage (20) zu deren Auswechslung lösbar mit dem Träger (10) verbunden ist, vorzugsweise mittels einer Schraubenverbindung (41).
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei der Träger (10) ein Rahmengestell mit Füssen (10a) aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit am Träger (10) befestigten Befestigungselementen (40), auf denen die Werkstückauflage (20) aufliegt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Auffangbecken (29) Öffnungen (32) aufweist, durch welche die Befestigungselemente (40) hindurchragen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, mit Dichtungen (35) zum Abdichten der Öffnungen (32).
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das jeweilige Befestigungselement (40) einen Bolzen mit einer Auflagefläche (40a) für die Werkstückauflage (20) und/oder einen Flansch (40b) zur Befestigung am Träger (10) umfasst.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auffangbecken (29) ein Rahmengestell (30) mit Füssen (30a) aufweist, das mit Seitenwänden (31) und einem Boden versehen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit Haltemitteln (22) zur lösbaren Befestigung des Werkstücks (21) an der Werkstückauflage (20).
  11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auffangbecken (29) Seitenwände (31) umfasst, die über das Niveau hinausreichen, auf welcher sich die Werkstückauflage (20) befindet.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der mindestens eine Flüssigkeitstrahl zum Schneiden entlang einer Kontur verfahrbar ist, wobei die Werkstückauflage (20) so ausgebildet ist, dass das Werkstück (21) beim Schneiden mittels des Flüssigkeitsstrahls stationär gehalten wird.
  13. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Bearbeiten eines Werkstücks (21).
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