DE102008007332A1

DE102008007332A1 - Intensiometer für Wasserstrahlen

Info

Publication number: DE102008007332A1
Application number: DE102008007332A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Trübenbach; Frank Dipl.-Ing. Severin; Christian Prof. Dr. Ing. Schindler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-06

Abstract

Die Strahlintensitätsverteilung von Düsen im Bereich der Hochdruckwasserstrahltechnik ist besonders dann von Bedeutung, wenn die Abtragsqualität analysiert wird. Darunter versteht man die Oberflächengüte, die durch den Abtragsvorgang erreicht wird. Die Oberflächengüte lässt sich durch eine gleichmäßigere Strahlintensitätsverteilung einer Düse erhöhen. Die Erfindung ermöglicht es, die Intensitätsverteilung eines Wasserstrahls unabhängig von der verwendeten Düse und dem Material zu messen. Mit Hilfe eines Taststiftes, der sich unter dem Wasserstrahl befindet, wird die Druckkraft des Wassers auf ein Sensorelement übertragen und die hervorgerufene Deformation des Sensorelements in ein elektrisches oder mechanisches Signal umgewandelt. Aufgrund dieser Materialunabhängigkeit der Messergebnisse lassen sich allgemein gültige Aussagen über die Intensitätsverteilung des Hochdruckwasserstrahls treffen. Diese Erkenntnisse können für die Optimierung von Düsengeometrien verwendet werden. Weiterhin können die Abtragsleistung und das Abtragsprofil eines Wasserstrahls durch die genauen Kenntnisse der Intensitätsverteilung optimiert werden.

Description

Die Hochdruckwasserstrahltechnik ist ein weit verbreitetes Reinigungs- und Schneidverfahren in vielen Industriebereichen. Durch entsprechend hohen Druck und Variation der Durchflussmengen kann eine mehr oder weniger starke abrasive Wirkung erzielt werden. Dabei werden verschiedene Düsen wie z. B. Flachstrahl-, Rundstrahl- und Rotationsdüsen eingesetzt. Die Strahlintensitätsverteilung einer Düse gibt die Energie an, die der Wasserstrahl auf die Strahlfläche in einer bestimmten Zeit ausübt. Die Intensitätsverteilung ist besonders dann von Bedeutung, wenn die Abtragsqualität analysiert wird. Darunter versteht man die Oberflächengüte die durch den Abtragsvorgang erreicht wird. Je gleichmäßiger die Strahlintensitätsverteilung einer Düse ist, desto besser lässt sie sich in automatische Prozesse einbinden. Desweiteren lassen sich bessere Aussagen über das zu erwartende Abtragsbild treffen. Das Abtragsbild ist die charakteristische Geometrie, die die Materialoberfläche nach der Beanspruchung durch Hochdruckwasserstrahlen aufweist. Durch die Erfindung kann die Strahlintensität von Hochdruckwasserstrahlen gemessen werden. Die Apparatur ermöglicht die Erstellung eines Strahlintensitätsprofils unabhängig von der verwendeten Düsenart.
Die Optimierung der Abtragsergebnisse wurde bisher vielfach durch die Anordnung oder die Kombination von verschiedenen Düsen realisiert und durch Versuche an verschiedenen Materialien untersucht. Die genaueren Mechanismen, beziehungsweise Kräfteverteilungen innerhalb der Auftrefffläche des Strahls, die beim Abtrag auftreten, sind jedoch wenig bekannt.
Nach dem bisherigen Stand der Technik wird zur Beurteilung der Intensitätsverteilung das Abtragsbild herangezogen. Dieses Abtragsbild ist immer abhängig von den Materialeigenschaften des jeweiligen Stoffes, und es lässt sich keine allgemein gültige Aussage treffen. Versuche haben ergeben, dass Flachstrahldüsen gegenüber Rotationsdüsen Lacke besonders effektiv von Blechen entfernen, dagegen in Sandstein die gegenteilige Abtragsleistung erreicht wird. Durch die Erfindung ist es möglich Hochdruckwasserstrahlen mit einer möglichst feinen Auflösung zu vermessen, um aussagekräftige Profile der Flächenbeanspruchung zu erhalten. Dabei wird entweder der Wasserstrahl über der Erfindung verfahren, oder die Erfindung unter dem Wasserstrahl bewegt, um so den Strahl komplett abzutasten.
Das Messprinzip der Erfindung (siehe 1) beruht auf der Druckkraftmessung, indem die vom Wasserstrahl auf ein Material ausgeübte Druckkraft in ein elektrisches oder mechanisches Signal umgewandelt wird. Die Kraftmessung erfolgt durch die vom Wasserstrahl hervorgerufene Deformation des Sensorelements 1. Der Sensor kann jedoch nicht direkt im Wirkbereich des Wasserstrahls appliziert werden, da dieser den Sensor zerstören würde. Die Deformation erfolgt durch die Relativbewegung des Kraftüberträgers 2 und dem Boden 3 zueinander, zwischen denen das Sensorelement eingespannt ist. Der Boden 3 ist das Fundament der Messapparatur. Er übernimmt die Anbindung an eine Bewegungseinheit und die Auflagefläche für den Sensor. Um das Sensorelement gegenüber dem Wasserstrahl unempfindlich zu machen, wird es so in der Apparatur appliziert, dass der Wasserstrahl am Sensor vorbeiströmt. Für die Krafteinleitung sorgt ein zylindrischer Taststift 4 aus hochfestem Material mit einem kleinen Durchmesser, der in der Wirkzone des Wasserstrahls appliziert wird. Die Krafteinleitung auf den Sensor erfolgt über ein Übertragungselement, dem so genannten Stifthalter 5. Der Kraftüberträger 2 hat die Aufgabe den Kontakt des anströmenden Wassers mit dem Sensor zu verhindern und eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Stifthalter 5 und Sensor 1 zu ermöglichen, damit der Kraftfluss vom Taststift 4 zum Sensor 1 nicht unterbrochen wird. Die feine Auflösung der Messergebnisse erfordert eine Abschirmung des Sensors 1 und des Stifthalters 5. Diese erfolgt in Form eines kegelförmigen Deckels 6. Der Deckel 6 stützt sich auf ein zylinderförmiges Gehäuse 7 ab. Der Deckel 6 hat in seiner Spitze eine Bohrung, durch die der Taststift 4 in Kontakt mit dem Wasserstrahl kommt.
Durch die Erfindung kann erstmals die Intensitätsverteilung eines Wasserstrahls gemessen werden. Diese Messergebnisse sind unabhängig von der verwendeten Düse und dem Material. Aufgrund dieser Materialunabhängigkeit der Messergebnisse lassen sich allgemein gültige Aussagen über die Intensitätsverteilung des Hochdruckwasserstrahls treffen. Diese Erkenntnisse können z. B. für die Optimierung von Düsengeometrien verwendet werden. Weiterhin kann die Abtragsleistung und das Abtragsprofil eines Wasserstrahls durch die genauen Kenntnisse der Intensitätsverteilung optimiert werden. Für professionelle Anwender ergibt sich durch die Optimierung der Abtragsleistung und des Abtragsprofils eine Zeit- und Kostenersparnis.

Claims

Intensiometer für Wasserstrahlen dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsverteilung eines Wasserstrahls gemessen werden kann.
Intensiometer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessung durch die vom Wasserstrahl hervorgerufene Deformation des Sensorelements erfolgt.
Intensiometer nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Wasserstrahl auf das Sensorelements ausgeübte Druckkraft in ein elektrisches oder mechanisches Signal umgewandelt wird.
Intensiometer nach Patentanspruch 1, 2, und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Messergebnisse unabhängig von der verwendeten Düse und dem Material sind.