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HOCHDRUCKSCHNEIDDÜSE FÜR WASSER MIT ABRASIVEN PARTIKELN. - Dokument DE3889223T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3889223T2 15.09.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0386112
Titel HOCHDRUCKSCHNEIDDÜSE FÜR WASSER MIT ABRASIVEN PARTIKELN.
Anmelder Forgesharp Ltd., Stockton-on-Tees, Cleveland, GB
Erfinder Saurwein, Albert C., Auburn, WA 98002, US
Vertreter Naumann, U., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 69115 Heidelberg
DE-Aktenzeichen 3889223
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 04.10.1988
EP-Aktenzeichen 889102687
WO-Anmeldetag 04.10.1988
PCT-Aktenzeichen US8803421
WO-Veröffentlichungsnummer 8903254
WO-Veröffentlichungsdatum 20.04.1989
EP-Offenlegungsdatum 12.09.1990
EP date of grant 20.04.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.09.1994
IPC-Hauptklasse B05B 15/08
IPC-Nebenklasse B05B 1/00   F16L 55/00   E04B 2/00   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft mit einem Wasserstrahl arbeitende Schneidvorrichtungen, worin Hochdruckwasser zum Schneiden oder Abschleifen harter Substanzen mit einem aus Partikeln bestehenden abrasiven Material mitgerissen wird.

Düsenanordnungen zum Schneiden mit von einem Schleifmittel mitgerissenem Wasserstrahl sind wesentlichen Verschleißkräften durch das mitgerissene abrasive Material unterworfen. Eine typische Düsenanordnung verwendet ein eingefaßtes Steinelement mit einer Öffnung mit schmalem Durchmesser, um den anfänglichen Wasserstrahlstrom aus einer Hochdruckwasserquelle zu bilden. Stromabwärts des Steinelements wird dem Wasserstrahlstrom aus Partikeln bestehendes abrasives Material zugeführt. Der kombinierte Wasser-/Schleifmittelstrahlstrom wird dann durch ein verlängertes Düsenelement gerichtet, worin das abrasive Material vor dem Verlassen der Anordnung im ganzen Strahl verteilt wird. Wenn die Steinfassung oder die Steinöffnung nicht exakt zentriert ist, kann der anfängliche Wasserstrom exzentrisch bezüglich des Düsenelements sein. Ebenso kann das Düsenelement exzentrisch bezüglich des Wasserstroms sein, wenn das Düsenelement nicht exakt in der Anordnung zentriert ist. In jedem Fall wird eine beschleunigte Erosion des Düsenelements auftreten, wenn dem Wasserstrom Schleifmittel hinzugefügt werden, was eine sehr reduzierte Lebensdauer des Düsenelements zur Folge hat. Ferner kann eine außermittige Flucht innerhalb der Anordnung auch eine Verschlechterung- des Strahlstromes selbst in derartigem Ausmaß zur Folge haben, daß die Schneidfähigkeit des Schleifmittel-/Wasserstrahls deutlich reduziert ist.

EP 0 221 236 offenbart eine Düsenbefestigung für abrasive, mit einem Fluid-Strahl arbeitende Schneidsysteme. Die Düsenanordnung umfaßt einen Hauptkörper, in den ein Mittel zum Definieren einer ersten Öffnung eingepaßt ist, um einen Strahl entlang eines im allgemeinen axialen Pfades zu richten. Ein zweites Kanalauslaufmittel ist an dem Körper befestigt, in den der Strahl gerichtet ist. Der Körper umfaßt ein Fluchtmittel zum Einstellen des ersten die Öffnung definierenden Mittels, so daß der Strahl genau auf das befestigte zweite Kanalmittel gerichtet werden kann. Das Fluchtmittel umfaßt entweder gegenüberliegende mit einem Gewinde versehene Bauelemente oder was die Beschreibung als ein Kugelgelenk bezeichnet. EP 0 221 236 offenbart nicht die Verwendung eines Auslaßkanals, der relativ zu dem Strahl einstellbar ist. EP 0 221 236 hat daher den Nachteil, komplizierter zu sein, wenn abgenutzte Teile ersetzt werden müssen. EP 0 221 236 offenbart nicht die Verwendung von Ringen mit exzentrischen Bohrungen und nicht die Verwendung von zwischen den Ringen und dem Körper des Auslaßkanals wirkenden Rollen.

Eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Düsenanordnung mit einer Düsenelementzentriereinrichtung bereitzustellen. Durch die Verwendung einer solchen Einrichtung kann eine Flucht des Düsenelements und des Steinelements trotz Montage- oder Herstellungsfehler oder Unvollkommenheiten erreicht werden. Eine weitere Aufgabe ist es, eine solche Zentriereinrichtung bereitzustellen, die während des Betriebs der Düse manuell eingestellt werden kann, wodurch die Resultate der Einstellung während der Einstellphase beobachtet werden können. Eine andere Aufgabe ist es, eine solche Zentriereinrichtung an einem derartigen Ort in der Düsenanordnung bereitzustellen, daß das Düsenelement ohne ein Stören der Zentriereinrichtung ersetzt werden kann, wenn es abgenutzt ist.

Die mit einem Wasserstrahl arbeitende Schneidanordnung dieser Erfindung umfaßt einen Düsenkörper zur Aufnahme eines einen Wasserstrahl bildenden Elements, ein verlängertes Düsenelement und ein Düsenelementmontagemittel zum Befestigen eines Mittels zum Befestigen des verlängerten Düsenelements in dem Düsenkörper mit einer Düsenelementhülse zur Aufnahme und zum Halten des Düsenelements, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Düsenkörper ein Düsenelementzentriermittel gehalten wird, daß das Düsenelementzentriermittel zum Verschieben des Montagemittels transversal zu der Längsachse der Düsenanordnung von außen bedienbar ist, wodurch die Position des Düsenelements relativ zu der Position des einen Wasserstrahl bildenden Elements einstellbar ist, daß die Hülse eine das Düsenzentriermittel berührende äußere Oberfläche aufweist, wodurch ein Bedienen der Zentriermittel eine seitliche Bewegung der Hülse bewirkt, und daß das Düsenzentriermittel zwei von den Düsenkörper umgebenden Zentrierringen aufweist, jeder Ring einen kreisförmigen inneren Umfang exzentrisch zu der Längsachse der Düsenanordnung aufweist und das Düsenzentriermittel weiterhin mehrere in dem Düsenkörper angeordnete, die inneren Oberflächen der Zentrierringe und eine äußere Oberfläche der Hülse berührende Rollmittel aufweist, wodurch eine Drehung eines Zentrierrings eine transversale Einstellung der Hülse bewirkt.

Bei einer Ausführung weist der Düsenkörper eine Vielzahl von Öffnungen auf, in welchen jeweils eines der Rollmittel angeordnet ist, daß der Düsenkörper eine innere Kammer aufweist, in der die Hülse angeordnet ist und daß das Düsenelementzentriermittel eine Halterung zum Befestigen der Hülse in der Kammer aufweist, während es eine transversale Bewegung der Hülse innerhalb der Kammer zuläßt.

Die Hülsenhalterung kann am Umfang einen äußeren Fortsatz aufweisen, von dem die Zentrierringe in umgebender Beziehung zu dem Düsenkörper gehalten werden.

Gemäß einer anderen Ausführung weist der Düsenkörper eine innere Kammer auf, in der die Hülse angeordnet ist und daß das Düsenelementzentriermittel Haltemittel zum Befestigen der Hülse in der Kammer aufweist und eine transversale Bewegung der Hülse in der Kammer zuläßt.

Vorzugsweise umfaßt der Düsenkörper einen Zylinder, der relativ zu der Hülsenkammer stromaufwärts eine obere Kammer, in der das einen Wasserstrahl bildende Element aufzunehmen ist, und einen Flansch aufweist, der sich zwischen den beiden Kammern mit einem durch ihn hindurchführenden Durchgang für Fluida zum Durchgang eines Wasserstrahls von dem einen Strahl bildenden Element zu dem Düsenelement erstreckt und daß die Hülse mittels der Hülsenhalterung gegen die Unterseite des Flansches festgesetzt ist.

Die Zentriereinrichtung gestattet, daß die Position des Düsenelements, wie von dem Bediener gewünscht, transversal zu der Achse der Düsenanordnung in einer "X"-Richtung, einer "Y"-Richtung oder in einer Kombination von "X"- und "Y"-Koordinaten verschoben wird. Folglich kann zum Finden der bestmöglichen durch die Beschaffenheit der Elemente und ihrer Anordnung, welche der Bediener zur Hand hat, gegebenen Flucht eine Reihe von Einstellungsrichtungen ausprobiert werden.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht der Düsenanordnung dieser Erfindung mit der linken Hälfte im Querschnitt dargestellt und

Fig. 2 ist ein um 90º gedrehter Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

Der Körper 10 der Düsenanordnung ist ein maschinell bearbeiteter Zylinder, der aus einer oberen Hälfte 12 und einer unteren Hälfte 14 zusammengefaßt ist. Die beiden Hälften sind durch einen inneren kreisförmigen Flansch 16 separiert, durch welchen ein axialer Durchgang 18 für ein Fluidum vorgesehen ist, welcher die Hälften verbindet. Die obere Hälfte 12 enthält eine oben offene axiale zylindrische Kammer, deren obere Seitenwandung bei 20 mit einem Gewinde versehen ist, um ein einen Stein fassendes Element 22 aufzunehmen. Die untere Hälfte 14 enthält ebenfalls eine axiale zylindrische Kammer, die unten offen ist und deren untere Seitenwandung bei 24 mit einem Gewinde versehen ist, um eine Düsenfassung 26 aufzunehmen. Um die Außenfläche des Körpers 10 herum wird die Düsenelementzentriereinrichtung 28 derart gehalten, daß sie zum Zurückpositionieren des Düsenelements transversal zu der vertikalen Längsachse der Düsenanordnung manuell eingestellt werden kann.

Das einen Stein fassende Element 22 umfaßt ein maschinell bearbeitetes zylindrisches Bauteil, das eine innere ringförmige Krempe 30 bereitstellt, auf der ein Stein und seine Fassung 32 festgesetzt ist. Der Stein enthält eine axiale Öffnung, die dazu bestimmt ist, mit der vertikalen Achse des Körpers 10 und dem Durchgang 18 gefluchtet zu werden. Es ist diese Steinöffnung, die den Wasserstrahlstrom aus dem Hochdruckwasser bildet, das in die Düsenanordnung aus einer mit dem strichpunktierten Umriß 34 bezeichneten Quelle eintritt. Die obere Kammer im Körper 10 ist derart ausgebildet, daß zwischen dem Boden des einen Stein fassenden Elements 22 und dem Flansch 16 ein Mischhohlraum 36 existiert. Ein Durchgang in der Seitenwandung des Körpers 10 stellt einen Eintritt für aus Partikeln bestehendes abrasives Material in den Mischhohlraum 36 hinein bereit. Da Hochdruckwasser durch den Mischhohlraum 36 in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahls und durch den Durchgang 18 strömt, wird innerhalb des Mischhohlraums 36 ein Vakuum erzeugt. Dieses Vakuum zieht das aus Partikeln bestehende abrasive Material in den Hohlraum hinein und es wird in dem Strahlstrom mitgerissen und tritt mit dem Strahlstrom durch den Durchgang 18 aus.

Die Düsenfassung 26 umfaßt eine Hülse 38 zum Halten des Düsenelementes, eine Hülsenmutter 40 und eine Rückhaltemutter 42. Ein verlängertes Düsenelement 44 ist in einen verlängerten Durchgang in der Hülse 38 eingepaßt und darin durch eine Hülsenmutter 40 befestigt. Die Hülse 38 ist ein maschinell bearbeitetes zylindrisches Bauteil mit einer kreisförmigen Scheibe an seinem oberen Ende, die gegen die Unterseite des Flansches 16 festsitzt. Die obere kreisförmige Scheibe der Hülse 38 ist mit einem axialen Durchgang 46 desselben Durchmessers versehen, den Durchgang 18 aufweist. Der verlängerte Durchgang, innerhalb welchem Düsenelement 44 angeordnet ist, ist ebenfalls axial ausgerichtet, so daß der verlängerte Durchgang 50 durch das Düsenelement 44 mit den Durchgängen 18 und 46 fluchtet. Die Rückhaltemutter 42 ist auf den unteren mit einem Gewinde versehenen Bereich 24 des Körpers 10 aufgeschraubt und hält die Hülse 38 in der gezeigten Position zurück. Eine Beilagscheibe 52 ist zwischen die obere Kante der Mutter 42 und die Unterseite des oberen Scheibenbereichs der Hülse 38 eingepaßt. Ein O-Ring mit kreisförmigem Querschnitt paßt, wie gezeigt, in eine ringförmige Nut in der oberen Oberfläche der kreisförmigen Scheibe der Hülse als eine Dichtung zwischen den angrenzenden Oberflächen.

Die Düsenzentriereinrichtung 28 umfaßt einen oberen Zentrierring 54 und einen unteren Zentrierring 56 und zwei Paare von positionsübertragenden Kugeln 58 und 60. Die Ringe 54 und 56 umgeben die untere Hälfte des Körpers 10, wobei diese untere Hälfte derart maschinell bearbeitet ist, daß sie einen Bereich mit reduziertem Durchmesser und eine äußere ringförmige Ringsitzkrempe 62 bereitstellt. Zwei Paare von Durchgängen sind für die Kugelpaare 58 und 60 durch die Seitenwandung der unteren Hälfte des Körpers 10 gebohrt. Die Durchgänge für das Kugelpaar 58 sind einander diametral gegenüberliegend und sind von dem oberen Ring 54 überdeckt. Die Durchgänge für das Kugelpaar 60 sind ebenfalls einander diametral gegenüberliegend, jedoch bezüglich des Kugelpaars 58 mit einer 90º-Drehung, und sind von dem unteren Ring 56 überdeckt. Die Kugeln jedes Paares sind groß genug, um aus den Durchgängen hervorzustehen, innerhalb welchen sie angeordnet sind, so daß sie die Außenseite der oberen Scheibe der Hülse und die Innenseite ihrer jeweiligen Ringe 54 oder 56 berühren können. Die obere Scheibe der Hülse weist, wie gezeigt, eine genügende Höhe auf, um eine Kontaktfläche für beide Kugelpaare bereitzustellen.

Die Zentrierringe 54 und 56 weisen einen inneren kreisförmigen Umfang auf, der um eine exzentrische Achse kreisförmig ist. Folglich verschiebt sich das dem Ring zugeordnete Kugelpaar lateral in die Bewegungsrichtung der exzentrischen Achse dieses Rings, wenn jeder Ring gedreht wird. Da die Kugelpaare mit 90º relativ zueinander angeordnet sind, wird die Achse des einen Rings entlang einer "X"-Koordinate verschoben und die andere wird entlang einer "Y"-Koordinate verschoben. Wenn zu einem Zeitpunkt nur ein Ring gedreht wird, wird die Hülse 38 abhängig davon, welcher Ring gedreht wird, entlang dieser "X"- oder "y"- Koordinate verschoben. Wenn beide Ringe gleichzeitig gedreht werden, wird die Hülsenachse in eine Richtung verschoben, die eine Funktion beider Koordinaten und der jeweiligen Grade der Ringdrehungen ist. Die zylindrische Kammer in der unteren Hälfte des Körpers 10 weist einen Durchmesser auf, der groß genug ist, um ausreichenden Raum für die Hülse 38 zum rückwärts und vorwärts und ringsherum Verschieben bereitzustellen, wie es zum Erzeugen einer korrekten Flucht erforderlich ist. Die Beilagscheibe 52 stellt eine Lageroberfläche bereit, auf der die Hülse 38 gleitet, wenn sie rückwärts und vorwärts und ringsherum bewegt wird.

Die Zentrierringe 54 und 56 werden, wie gezeigt, mit synthetischen Lagerringen angeordnet, die bei 64, 66 und 68 angeordnet sind, um ein reibungsloses Drehen zu ermöglichen. Diese Lagerringe können aus einem Material wie bspw. Delrin hergestellt werden. Die Rückhaltemutter 42 ist mit einer äußeren ringförmigen Krempe 43 versehen, die den unteren Lagerring 68 berührt. Wenn die Rückhaltemutter 42 angezogen ist, wird die zusammengesetzte Ringanordnung zwischen der oberen Krempe 62 auf dem Körper 10 und der unteren Krempe 43 auf der Rückhaltemutter 42 begrenzt. Die Delrin-Ringe sind ein wenig zusammendrückbar, so daß die Rückhaltemutter 42 nicht allzusehr angezogen werden muß, um eine korrekte Anordnung entweder der Hülse 38 oder der Zentrierringe 54 und 56 zu gewährleisten. Die Zentrierringe sind mit äußeren Umfangsflächen versehen, die sich nach außen über den Körper 10 hinaus erstrecken und die gerändelte äußere Oberflächen aufweisen, um griffige Oberflächen bereitzustellen, die zwischen dem Daumen und den Fingern eines Bedieners zum Drehen gefaßt werden können.

Die unterschiedlichen, maschinell bearbeiteten Teile der Düsenanordnung werden vorzugsweise aus den folgenden Metallen hergestellt: Zentrierringe 54 und 56 und Hülsenmutter 40, Messing; Düsenelement 44, Wolframkarbidstahl; Lagerringe 64, 66 und 68, Delrin-Kunststoff; alle anderen Teile, rostfreier Stahl.

Obwohl eine bevorzugte Ausführung der Düsenzentrieranordnung dieser Erfindung beschrieben worden ist, können bestimmte Abänderungen ausgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Folglich ist der Umfang der Erfindung nur durch die hierin beigefügten Patentansprüche abzugrenzen.


Anspruch[de]

1. Eine mit einem Wasserstrahl arbeitende Schneidanordnung umfaßt

einen Düsenkörper zur Aufnahme eines einen Wasserstrahl bildenden Elements 22, 32,

ein verlängertes Düsenelement 44 und

ein Düsenelementmontagemittel 26 zum Befestigen des verlängerten Düsenelements 44 in dem Düsenkörper mit einer Düsenelementhülse 38 zur Aufnahme und zum Halten des Düsenelements 44, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Düsenkörper ein Düsenelementzentriermittel 28 gehalten wird, daß das Düsenelementzentriermittel zum Verschieben des Montagemittels 26 transversal zu der Längsachse der Düsenanordnung von außen bedienbar ist, wodurch die Position des Düsenelements 44 relativ zu der Position des einen Wasserstrahl bildenden Elements 22, 32 einstellbar ist, daß die Hülse 38 eine das Düsenzentriermittel 28 berührende äußere Oberfläche aufweist, wodurch ein Bedienen der Zentriermittel 28 eine seitliche Bewegung der Hülse 38 bewirkt, und daß das Düsenzentriermittel 28 zwei von den Düsenkörper umgebenden Zentrierringen 54, 56 aufweist, jeder Ring einen kreisförmigen inneren Umfang exzentrisch zu der Längsachse der Düsenanordnung aufweist und das Düsenzentriermittel 28 weiterhin mehrere in dem Düsenkörper angeordnete, die inneren Oberflächen der Zentrierringe 54, 56 und eine äußere Oberfläche der Hülse 38 berührende Rollmittel 58, 60 aufweist, wodurch eine Drehung eines Zentrierrings 54, 56 eine transversale Einstellung der Hülse 38 bewirkt.

2. Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, in welchen jeweils eines der Rollmittel angeordnet ist, daß der Düsenkörper eine innere Kammer aufweist, in der die Hülse 38 angeordnet ist und daß das Düsenelementzentriermittel eine Halterung zum Befestigen der Hülse 38 in der Kammer aufweist, während es eine transversale Bewegung der Hülse 38 innerhalb der Kammer zuläßt.

3. Düsenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper weiterhin einen Zylinder umfaßt, der relativ zu der Hülsenkammer stromaufwärts eine obere Kammer, in der das einen Wasserstrahl bildende Elemente 22, 23 aufzunehmen ist, und einen Flansch aufweist, der sich zwischen den beiden Kammern mit einem durch ihn hindurchführenden Durchgang für Fluida zum Durchgang eines Wasserstrahls von dem einen Strahl bildenden Element 22, 32 zu dem Düsenelement 44 erstreckt, und daß die Hülse 38 mittels der Hülsenhalterung gegen die Unterseite des Flansches festgesetzt ist.

4. Düsenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenhalterung am Umfang einen äußeren Fortsatz aufweist, von dem die Zentrierringe 54, 56 in umgebender Beziehung zu dem Düsenkörper gehalten werden.

5. Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper eine innere Kammer aufweist, in der die Hülse 38 angeordnet ist, und daß das Düsenelementzentriermittel 28 Haltemittel zum Befestigen der Hülse 38 in der Kammer aufweist und eine transversale Bewegung der Hülse in der Kammer zuläßt.

6. Düsenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper einen Zylinder umfaßt, der relativ zu der Hülsenkammer stromaufwärts eine obere Kammer, in der das einen Wasserstrahl bildende Element 22, 32 aufzunehmen ist, und einen Flansch aufweist, der sich zwischen den beiden Kammern mit einem durch ihn hindurchführenden Durchgang für Fluida zum Durchgang eines Wasserstrahls von dem einen Strahl bildenden Element 22, 32 zu dem Düsenelement 44 erstreckt, und daß die Hülse 38 mittels der Hülsenhalterung gegen die Unterseite des Flansches festgesetzt ist.

7. Düsenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenhalterung am Umfang einen Fortsatz aufweist, von dem die Zentrierringe 54, 56 in umgebender Beziehung zu dem Düsenkörper gehalten werden.







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