DE19711512C1

DE19711512C1 - Water jet cutting in pipe walls

Info

Publication number: DE19711512C1
Application number: DE1997111512
Authority: DE
Inventors: Friedrich Doll
Original assignee: FORACON MASCHINEN und ANLAGENB
Current assignee: FORACON MASCHINEN und ANLAGENB
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2017-03-20

Abstract

The high pressure water jet is directed radially on to the outside of the pipe to cut different apertures. The water jet is collected by a special insert (40) which is held inside the pipe and which is moved as the energy of the jet is absorbed by the insert. The insert is moved axially and is rotated to spread the cutting effect of the water jet. The pipe is held in the control chuck at one end and the insert is positioned into the pipe from the other end.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von Öffnungen in die Mantelfläche von Rohren mittels Wasserstrahlschneiden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Wasserstrahlschneidmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The invention relates to a method for cutting openings in the lateral surface of pipes by means of water jet cutting according to the preamble of claim 1 and a water jet cutting machine according to the preamble of claim 5.

Derartige Öffnungen werden - insbesondere, wenn es sich um kompliziertere Konturen handelt - nicht mittels Sägen mittels runder Sägeblätter hergestellt, sondern entweder mittels konventioneller Verfahren wie Fräsen, oder mittels Brennschneiden oder auch mittels Laserschneiden.Such openings are - especially when it comes to more complicated contours acts - not produced by sawing with round saw blades, but either using conventional methods such as milling, or using flame cutting or using laser cutting.

In der Regel ist dabei das zu bearbeitende Rohr mit dem einen Ende in einem Spannfutter, beispielsweise einem konventionellen Dreibackenfutter, gehalten, wobei dieses Spannfutter in der Regel auch auf einer drehbaren Spindel sitzt, um beim Schneiden der Kontur der Öffnung das Schneidmedium möglichst radial auf die Mantelfläche des Rohres aufsetzen zu lassen, um durch Überlagerung von Translations- und Rotationsbewegungen beliebige Konturen erzeugen zu können.As a rule, the pipe to be machined is at one end in one Chuck, such as a conventional three-jaw chuck, kept this chuck usually also sits on a rotatable spindle in order to Cutting the contour of the opening the cutting medium as radially as possible on the To put on the outer surface of the tube in order to overlay translational and rotary movements to be able to generate any contours.

Dabei besteht das Problem darin, trotz des Ausschneidens einer Öffnung in der einen Seite der Wandung des Rohres den gegenüberliegenden Teil der Wandung, der ebenfalls im Wirkungsbereich z. B. eines schneidenden Laserstrahles liegt, nicht zu beschädigen.The problem is, despite cutting out an opening in one Side of the wall of the tube the opposite part of the Wall, which is also in the effective range z. B. a cutting laser beam lies not to damage.

Sowohl beim Laserschneiden, als auch beim konventionellen Brennschneiden, ist dieses Problem dadurch lösbar, daß die Schneidwirkung nur in einem bestimmten, fokussierten Punkt, also einer bestimmten Entfernung von der Laserquelle bzw. der Düse für die schneidende Flamme, seine optimale Schneidwirkung besitzt. In diesem Punkt befindet sich die Wandung, in welche die Öffnung hergestellt werden soll. Die gegenüberliegende Wandung des Rohres ist dabei weit genug entfernt, um sie durch den Laserstrahl etc. nicht mehr beschädigen zu lassen.This is the case with both laser cutting and conventional flame cutting Problem solvable in that the cutting effect only in a certain, focused Point, i.e. a certain distance from the laser source or nozzle for the cutting flame, has its optimal cutting effect. Located at this point the wall into which the opening is to be made. The opposite wall of the tube is far enough to pass through no longer damage the laser beam etc.

Beim Wasserstrahlschneiden dagegen gibt es einen derartigen fokussierten Wirkungspunkt nicht, da es sich beim Wasserstrahlschneiden um einen stark gebündelten und damit über relativ große Längenbereiche wirksam schneidenden Strahl handelt. Entsprechend besteht das Problem beim Wasserstrahlschneiden oft darin, dem nach Durchschneiden des zu trennenden Materiales immer noch stark gebündelten Wasserstrahl seine Schneidenergie zu nehmen. Bei Wasserstrahlschneidmaschinen wird dies in der Regel dadurch erreicht, daß das zerschneidende Material auf einem im wesentlichen horizontalen Arbeitstisch aufliegt, und nach Hindurchtreten durch das zu schneidende Bauteil der Wasserstrahl in einem Strahlfänger und/oder einem unter dem Werkstück angeordneten, großen und tiefen Wasserbecken eliminiert wird, indem durch Reibung etc. die Schneidkraft des Wasserstrahles stark reduziert wird.In contrast, in water jet cutting there is such a focused one Effect point not, because it is a strong in water jet cutting bundled and thus effectively cutting beam over relatively large length ranges acts. Accordingly, the problem with water jet cutting is often that after cutting through the material to be separated, still strongly bundled Water jet to take its cutting energy. With water jet cutting machines this is usually achieved in that the cutting material on an in essentially horizontal work table, and after passing through it cutting component of the water jet in a jet catcher and / or one under the Workpiece arranged, large and deep water basin is eliminated by Friction, the cutting force of the water jet is greatly reduced.

Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Wasserstrahlschneidmaschine zu schaffen, mit welchem auch mittels Wasserstrahlschneiden Öffnungen in einer Wandung eines Rohres hergestellt werden können, ohne den gegenüberliegenden Teil der Wandung zu beschädigen. Dabei soll, wenn möglich, ein radiales Aufsetzen des Schneidstrahles auf der Mantelfläche des zu schneidenden Rohres möglich sein, da in der Regel eine radiale Schneidkante im Rohrmantel gewünscht wird.It is therefore the object according to the invention, a method and a To create water jet cutting machine, with which also by means of Water jet cutting Openings in a wall of a tube can be made without the damage the opposite part of the wall. If possible, a radial placement of the cutting beam on the lateral surface of the to be cut Pipe may be possible because there is usually a radial cutting edge in the pipe jacket it is asked for.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.This object is achieved by the features of claim 1 and claim 5 solved. Advantageous embodiments result from the respective Subclaims.

Zum Schutz der gegenüberliegenden Wandung wird beim Schneiden einer Öffnung in eine Wandung des Rohres ein Kern in das Innere des Rohres, also zwischen die zu schneidende Wandung und die gegenüberliegende Wandung, eingebracht.To protect the opposite wall when cutting an opening in a wall of the tube a core into the interior of the tube, that is between the intersecting wall and the opposite wall.

Dabei beruht der Schutzeffekt des Kernes entweder auf der Energievernichtung des Schneidstrahles, indem dieser Kern teilweise ebenfalls noch vom Wasserstrahl durchtrennt wird, oder in der Streuung des Schneidstrahles durch das Material des Kernes, oder in einer Kombination dieser beiden Effekte. Die Streuung kann u. a. durch Relativbewegung des Kernes zum Schneidstrahl verstärkt werden.The protective effect of the core is based either on the energy destruction of the Cutting jet, by this core also partly from the water jet is severed, or in the scattering of the cutting beam through the material of the Kernes, or a combination of these two effects. The scatter can u. a. by Relative movement of the core to the cutting beam are amplified.

Wenn der Kern durch den Wasserstrahl noch teilweise durchschnitten wird, also die Energie des Wasserstrahles, durch das Schneiden des Kernes vernichtet wird, muß der Querschnitt des Kernes, die Härte des Materials des Kernes u. U. und auch die Neigung der dem Schneidstrahl zugewandten Fläche des Kernes gegenüber der Richtung des Schneidstrahles in Abhängigkeit von der Schneidwirkung des Schneidstrahles (also insbesondere der Frage, ob und wieviel Abrasiv dem Wasserstrahl zugesetzt ist), und der Härte und Dicke der zu schneidenden Wandung des Rohres, die ebenfalls bereits einen Energieverlust für den Schneidstrahl bedeutet, festgelegt werden. Diese Festlegung wird umso schwieriger, je dicker die zu schneidende Rohrwandung ist und je härter deren Material, und umso kleiner der freie Querschnitt im Inneren des Rohres ist, der zum Einbringen eines Kernes zur Verfügung steht.If the core is still partially cut by the water jet, that is The energy of the water jet, which is destroyed by cutting the core, must Cross section of the core, the hardness of the material of the core u. U. and also the Inclination of the surface of the core facing the cutting beam with respect to the Direction of the cutting beam depending on the cutting effect of the Cutting jet (in particular the question of whether and how much abrasive the water jet is added), and the hardness and thickness of the wall of the tube to be cut, the also already an energy loss means for the cutting beam. This definition is all the more more difficult, the thicker the pipe wall to be cut and the harder the material, and the smaller the free cross section inside the tube that is to be inserted a core is available.

Unter Umständen muß in diesem Zusammenhang auch die Energie des Schneidstrahles, also dessen Abrasivwirkung, reduziert werden, was zwar den Schneidfortschritt beim Herstellen der gewünschten Öffnung im Mantel des Rohres verlangsamt, auf der anderen Seite jedoch die Energievernichtung des Schneidstrahles durch den Kern erleichtert.Under certain circumstances, the energy of the Cutting jet, i.e. its abrasive effect, can be reduced, which is true Cutting progress in creating the desired opening in the jacket of the tube slows down, but on the other hand the energy dissipation of the cutting beam relieved by the core.

Je nach Material des zu schneidenden Rohres kann der Kern aus Kunststoff, Metall, Stein oder Ähnlichem bestehen.Depending on the material of the pipe to be cut, the core can be made of plastic, metal, Stone or the like exist.

Falls die Eliminierung des Schneidstrahles durch eine Streuung des Schneidstrahles beabsichtigt ist, kann der Kern entweder aus einem massivem, festen Kern bestehen, dessen Oberflächenstruktur und/oder innere Struktur durch eine Vielzahl von Ecken, Kanten und unterschiedlich zum Schneidstrahl geneigten Flächen diese Streuung bewirkt. Die andere Möglichkeit besteht darin, den Kern aus einem losen Schüttgut herzustellen, dessen Partikel diese Streuung bewirken. Dabei kommt es insbesondere auf die richtige Relation der Größe der Partikel und deren Härte, sowie deren Oberflächenstruktur bezüglich des Schneidstrahles an. Bezüglich der Größe hat es sich als sinnvoll erwiesen, die einzelnen Partikel nicht größer als höchstens 1/10 des zur Verfügung stehenden freien Durchmessers im Inneren des Rohres zu wählen, jedoch größer als 1/10 mm.If the cutting beam is eliminated by scattering the cutting beam the core can either consist of a solid, solid core, its surface structure and / or internal structure through a multitude of corners, Edges and surfaces inclined differently to the cutting beam this scatter causes. The other option is to make the core from a loose bulk to produce, whose particles cause this scattering. It is particularly important on the correct relation of the size of the particles and their hardness, as well as their Surface structure with respect to the cutting beam. In terms of size, it has proven to be sensible, the individual particles not larger than at most 1/10 of the Available free diameter inside the tube to choose, however larger than 1/10 mm.

Die einzelnen Partikel können dabei eine zufallsbedingte Außenkontur haben, wie dies bei gebrochenem Granulat der Fall ist, die zufallsbedingte Vieleck-Formen aufweisen, oder es kann sich um eine definierte Gestalt handeln, wie dies bei gepreßten Pellets, kugelförmigen Partikeln etc. der Fall ist. The individual particles can have a random outer contour like this broken granules with random polygon shapes, or it can be a defined shape, like this with pressed pellets, spherical particles etc. is the case.

Als Materialien kommen vorzugsweise harte Materialien wie etwa Metall, Metalloxyde, Stein, Quarzsand etc. in Frage.Hard materials such as metal, metal oxides, Stone, quartz sand etc. in question.

Um den Kern mit einem derartigen Schüttgut füllen zu können, wird das zu schneidende Rohr entweder auf einer Seite der herzustellenden Öffnung verschlossen, und von der anderen Stirnseite her mit dem Schüttgut befüllt, woraufhin auch dort ein Verschluß, der vorzugsweise in den stirnseitigen Enden angeordnet ist, angebracht wird.In order to be able to fill the core with such a bulk material, it has to be cut Tube either closed on one side of the opening to be made, and from the other end face filled with the bulk material, whereupon also a closure there is preferably arranged in the front ends, is attached.

Insbesondere der zweitgenannte Verschluß kann dabei durchlässig sein, also eine Gitterstruktur haben, dessen Öffnungen kleiner sind als die zurückzuhaltenden Partikel des Schüttgutes, jedoch groß genug und von ihrem Flächenanteil her ausreichend, um das aufgrund des Wasserstrahles in den Kern eingebrachte Wasser abzuführen. Dagegen sollte der andere, vorzugsweise der dem Spannfutter für das Rohrstück zugewandte Verschluß auch wasserdicht sein.In particular, the second-mentioned closure can be permeable, ie one Have a lattice structure, the openings of which are smaller than the particles to be retained of the bulk material, but large enough and sufficient in terms of its surface area to to drain the water brought into the core due to the water jet. In contrast, the other, preferably that of the chuck for the pipe section facing closure also be waterproof.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Schüttgut in einer rohrförmigen Kammer aufzunehmen, die in das Innere des zu schneidenden Rohres hineinpaßt.Another option is to place the bulk material in a tubular chamber record that fits into the interior of the pipe to be cut.

In der Wandung der Kammer ist eine Öffnung vorhanden, durch welche der Wasserstrahl nach dem Schneiden der Rohrwandung in das Schüttgut eindringt. Diese Öffnung in der Wandung der Kammer kann so groß sein wie der in der Rohrwandung herzustellende Durchbruch, so daß also die Kammer relativ zum zu schneidenden Rohr stillstehen kann. Die Öffnung kann aber auch relativ klein sein, so daß die Öffnung und damit die gesamte das Schüttgut aufnehmende Kammer mit dem Wasserstrahl mitbewegt werden muß.There is an opening in the wall of the chamber through which the Water jet penetrates into the bulk material after cutting the pipe wall. This The opening in the wall of the chamber can be as large as that in the tube wall breakthrough to be made, so that the chamber relative to the pipe to be cut can stand still. The opening can also be relatively small, so that the opening and thus the entire chamber holding the bulk material with the water jet must be moved.

Zusätzlich besitzt die Kammer auch eine Öffnung als Überdruckentlastung, um das in das Schüttgut eingebrachte Wasser des Schneidstrahles abfließen zu lassen und den Druck im Inneren der Kammer nicht zu stark anwachsen zu lassen. In addition, the chamber also has an opening to relieve the pressure in order to the bulk material introduced water of the cutting jet to drain and the Not to let the pressure inside the chamber increase too much.

Das Problem, daß der Wasserstrahl nach dem Durchdringen der Rohrwandung zum Herstellen der gewünschten Öffnung noch zuviel Energie besitzt, tritt umso stärker auf, je qualitativ hochwertiger die Schneidkante der herzustellenden Öffnung sein soll.The problem is that the water jet after penetrating the pipe wall Too much energy to create the desired opening occurs all the more the higher the quality of the cutting edge of the Opening should be.

Je genauer und sauberer die Schneidkante hergestellt werden soll, umso langsamer muß der Schneidfortschnritt mit dem Wasserstrahl gewählt werden, und umso größer ist die Restenergie des Wasserstrahles nach dem Schneiden der Rohrwandung. Denn mit einem sehr schnellen Fortschritt des Wasserstrahles wird der Schneidstrahl durch das zu schneidende Material, also die zu durchtrennende Rohrwandung, selbst immer stärker entgegen der Vorschubrichtung, abgelenkt, und zwar maximal bis zu einem Winkel) von 90°. Zusätzlich erfolgt dabei auch eine stärkere Streuung des Schneidstrahles.The more precise and cleaner the cutting edge should be made, the more The cutting progress with the water jet must be selected more slowly, and the greater the residual energy of the water jet after cutting the pipe wall. Because with a very fast progress of the water jet the cutting beam is cut by the material to be cut, i.e. the material to be cut severing pipe wall, itself increasingly against the Feed direction, deflected, and at most up to an angle) of 90 °. In addition, there is also a greater spread of the cutting beam.

Allein die durch das Wandungsmaterial des Rohres selbst erfolgende Umlenkung immer mehr in Längsrichtung des Rohres bedeutet bereits eine Entschärfung des Problemes, da der Schneidstrahl dann in einem immer flacheren und damit immer weniger schädlicheren Winkel auf die zu schützende gegenüberliegende Wandung des Rohres auftrifft.Only the deflection that occurs through the wall material of the tube itself more and more in the longitudinal direction of the tube already means defusing the Problem, because the cutting beam then in an increasingly flat and therefore always less harmful angle on the opposite one to be protected Wall of the tube strikes.

Auch eine Kombination beider Möglichkeiten ist möglich, also beispielsweise in Richtung des Wasserstrahles nach der zu durchtrennenden Rohrwandung einen Kern aus Verschleißmaterial vom Wasserstrahl zusätzlich schneiden bzw. vollständig durchtrennen zu lassen, bis der Wasserstrahl auf eine ausreichend geringe Restenergie abgebremst ist, und erst im weiteren Verlauf des Wasserstrahles, aber selbstverständlich noch innerhalb des Inneren des zu bearbeitenden Rohres, den Wasserstrahl dann auf ein Schüttgut oder auch einen Festkörper auftreffen zu lassen, um ihn dort stark zu streuen und damit die Restenergie bis auf ein ungefährliches Maß zu vernichten. A combination of both options is also possible, for example in Direction of the water jet after the pipe wall to be cut Cut the core from wear material from the water jet or Allow to cut completely until the water jet reaches a sufficient level low residual energy is slowed down, and only in the further course of Water jet, but of course still within the inside of the processing tube, the water jet then on a bulk material or one Let the solid hit, in order to scatter it there heavily and thus the To destroy residual energy to a non-dangerous level.

Ebenso kann allein oder in Kombination mit den vorgenannten Maßnahmen die Streuung nicht primär, sondern als Sekundäreffekt einer stärkeren Umlenkung des Strahles verbessert werden.Likewise, the alone or in combination with the aforementioned measures Scattering not primary, but as a secondary effect of a stronger redirection of the Beam can be improved.

Wenn also - wegen des hohen Qualitätserfordernisses beim Schnitt im Rohrmantel - der Schneidstrahl gegenüber dem zu schneidenden Rohr nur relativ langsam vorwärtsbewegt werden kann, wird der Schneidstrahl nur relativ wenig entgegen der Vorschubrichtung des Schneidstrahles nach hinten umgelenkt.So if - because of the high quality requirement when cutting in the pipe jacket - the Cutting jet is relatively slow compared to the pipe to be cut can be moved forward, the cutting beam is relatively little against the Direction of feed of the cutting beam deflected to the rear.

Um diesen Effekt zu verstärken, kann jedoch der Kern relativ zum Schneidstrahl bewegt werden, so daß der Schneidstrahl vor allem im Bereich des Kernquerschnittes stärker abgelenkt wird und vor allem dem Schneidstrahl ständig neues Verschleißmaterial entgegengesetzt wird. Bei der Relativbewegung kann es sich um eine translatorische Bewegung in Längsrichtung des zu schneidenden Rohres oder um eine rotatorische Bewegung um die Längsachse des Rohres oder um eine Kombination beider Bewegungen handeln.To increase this effect, however, the core can be moved relative to the cutting beam be so that the cutting beam is stronger especially in the area of the core cross section is deflected and especially the cutting beam constantly new wear material is opposed. The relative movement can be a translational one Movement in the longitudinal direction of the pipe to be cut or around a rotary Movement around the longitudinal axis of the tube or a combination of both Act movements.

Dies ist mit einem massiven Kern ebenso möglich wie mit einem mit Schüttgut gefüllten hülsenförmigen Kern, in welchem beispielsweise die Öffnung in der Kammer relativ groß sein kann, und die Relativbewegung zwischen dem hülsenförmigen Kern und dem Schneidstrahl nicht immer in eine Richtung, sondern z. B. kreisend um die Richtung des Schneidstrahles herum vollzogen werden kann, erzielt durch eine Überlagerung der vorbeschriebenen translatorischen und rotatorischen Bewegung.This is possible with a solid core as well as with a filled with bulk goods sleeve-shaped core, in which, for example, the opening in the chamber is relative can be large, and the relative movement between the sleeve-shaped core and the Cutting beam not always in one direction, but z. B. circling around the direction of Cutting beam can be performed around, achieved by superimposing the prescribed translatory and rotary motion.

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment according to the invention is below with reference to the figures described in more detail by way of example. Show it:

Fig. 1: die Herstellung eines unproblematischen Ausschnittes, Fig. 1: the preparation of an unproblematic cutout,

Fig. 2: die Herstellung einer Aussparung gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 2: the preparation of a recess according to the present invention,

Fig. 3: eine andere Vorgehensweise gemäß der Erfindung, FIG. 3 shows a different procedure according to the invention,

Fig. 4: Längsschnitt durch ein zu bearbeitendes Rohr 2, mit massivem Kern, und Fig. 4: longitudinal section through a tube to be machined 2 , with a solid core, and

Fig. 5: Längsschnitt durch ein zu bearbeitendes Rohr mit hülsenförmigem Kern. Fig. 5: longitudinal section through a tube to be machined with a sleeve-shaped core.

Fig. 1 zeigt ein Rohr 2, in welchem in der Wandung eine Öffnung 1 geschnitten werden soll, in Fig. 1a in einer Darstellung quer zur Längsachse des Rohres 2 und in Fig. 1b in einer Aufsicht des Rohres 2, wobei in Fig. 1b die Aufnahme des Rohres 2 in einem Spannfutter 14, etwa einem Dreibackenfutter, auf einer Seite des Rohres 2 ersichtlich ist. Fig. 1 shows a tube 2 in which an opening 1 is to be cut in the wall, in Fig. 1a in a representation transverse to the longitudinal axis of the tube 2 and in Fig. 1b in a plan view of the tube 2 , in Fig. 1b the reception of the tube 2 in a chuck 14 , such as a three-jaw chuck, can be seen on one side of the tube 2 .

Der in den Fig. 1 dargestellte Bearbeitungsfall ist für das Wasserstrahlschneiden unproblematisch, da die der Wasserdüse 13 nächstliegende Schneidkante 9a mit der gegenüberliegenden Schneidkante 9b in der gegenüberliegenden Wandung des Rohres mit dem Wasserstrahl 10 fluchtet, und damit von ein und demselben Wasserstrahl, welcher das gesamte Rohr 2 durchläuft, gleichzeitig geschnitten wird. Dabei verlaufen die Schneidkanten 9a, 9b jedoch nicht radial zur Mitte des Rohres 2 hin, was jedoch für einige Anwendungsfälle und vor allem bei dünnen Rohrwandungen unerheblich ist.The processing case shown in FIG. 1 is unproblematic for water jet cutting, since the cutting edge 9 a closest to the water nozzle 13 is aligned with the opposite cutting edge 9 b in the opposite wall of the tube with the water jet 10 , and thus from one and the same water jet, which passes through the entire tube 2 , is cut at the same time. The cutting edges 9 a, 9 b, however, do not run radially towards the center of the tube 2 , which is, however, insignificant for some applications and especially with thin tube walls.

Sofern jedoch die Schneidkanten radial verlaufen sollen, und/oder die Kontur der Öffnung 1 so gestaltet ist, daß sich die Schneidkanten 9a, 9b gar nicht in fluchtende Übereinstimmung zueinander bringen lassen, wie in der Aufsicht auf das Rohr in Fig. 2b dargestellt, ist diese Lösung nicht möglich, und der Strahl 10 muß auf das Zentrum des Rohrquerschnittes gerichtet sein, wie in der Fig. 2a dargestellt, die die Querschnittsdarstellung der Fig. 2b ist. Wenn es dabei nicht möglich ist, die Abrasivwirkung bzw. Schneidwirkung des Wasserstrahles 10 nach Durchschneiden der oberen, der Wasserdüse 13 zugewandten, Wandung soweit durch schnellen Fortschritt des Wasserstrahles in Schneidrichtung, Verringerung der Abrasivzufuhr, Verringerung des Wasserdruckes oder der Wasserstrahlbündelung oder ähnliche Maßnahmen soweit zu reduzieren, daß der gegenüberliegende Teil 5 der Wandung nicht beschädigt oder gar ebenfalls durchschnitten wird, wird in das Innere 3 des Rohres zumindest im Bereich des Eintretens des Wasserstrahles 10 ein Kern 4 eingebracht, in den der Wasserstrahl 10 eindringt. Dabei wird der Durchmesser bzw. die Härte des Materiales des Kernes 4 so gewählt, daß der Wasserstrahl 10 den Kern 4 nicht mehr vollständig durchschneidet, sondern nur noch einen Tauchschnitt 8 in diesem erzeugt, und dabei die Restenergie des Wasserstrahles 10 verbraucht wird.However, if the cutting edges are to run radially, and / or the contour of the opening 1 is designed such that the cutting edges 9 a, 9 b cannot be brought into alignment with one another, as shown in the view of the tube in FIG. 2 b , this solution is not possible and the beam 10 must be directed towards the center of the tube cross-section, as shown in Fig. 2a, which is the cross-sectional view of Fig. 2b. If it is not possible to reduce the abrasive effect or cutting action of the water jet 10 after cutting through the upper wall facing the water nozzle 13 as far as possible by rapid progress of the water jet in the cutting direction, reduction of the abrasive supply, reduction of the water pressure or the water jet bundling or similar measures reduce that the opposite part 5 of the wall is not damaged or even cut through, a core 4 is introduced into the interior 3 of the tube, at least in the region of the entry of the water jet 10 , into which the water jet 10 penetrates. The diameter or the hardness of the material of the core 4 is selected so that the water jet 10 no longer completely cuts through the core 4 , but only produces a plunge cut 8 therein, and the residual energy of the water jet 10 is consumed in the process.

Dabei ist vorzugsweise das Innere 3 des Rohres auf der dem aufnehmenden Spannfutter 14 zugewandten Seite mittels eines Schotts 17 abgedichtet, um das Wasser des Wasserstrahles 1 nicht in das Spannfutter 14 und damit die mechanischen Komponenten der Bearbeitungsmaschine eindringen zu lassen.The interior 3 of the tube on the side facing the receiving chuck 14 is preferably sealed by means of a bulkhead 17 in order not to let the water of the water jet 1 penetrate into the chuck 14 and thus the mechanical components of the processing machine.

Vielmehr wird das Wasser über die gegenüberliegende, in der Regel offene, Stirnseite des Rohres 2 abgeführt, und kann dort über speztielle Leitbleche etc. so gelenkt werden, daß es ohne stark zu verspritzen in die unter dem Werkstück liegende Wasserwanne 16 abfließt.Rather, the water is discharged via the opposite, usually open, end face of the tube 2 , and can be directed there via special baffles, etc., so that it flows into the water pan 16 lying underneath the workpiece without excessive splashing.

Der Kern 4 besteht dabei aus einem Verschleißmaterial, welches hart genug sein muß, um die restliche Schneidenergie des Wasserstrahles 10 zu vernichten, bevor dieser den Kern 4 vollständig durchdrungen hat, und insbesonders ohne im gegenüberliegenden Teil 5 der Wandung auf der Innenseite eine Beschädigung zu hinterlassen. The core 4 consists of a wear material, which must be hard enough to destroy the remaining cutting energy of the water jet 10 before it has completely penetrated the core 4 , and in particular without leaving any damage in the opposite part 5 of the wall on the inside .

Daher wird das Verschleißmaterial, aus welchem der Kern 4 besteht, vorzugsweise sehr hart gewählt werden, also Stein, Beton, Stahl oder ähnliche Materialien.Therefore, the wear material from which the core 4 is made is preferably chosen to be very hard, ie stone, concrete, steel or similar materials.

Falls jedoch das Material des Rohres 2 sehr weich ist, kann ein zu harter Kern 4 auch nachteilig sein:However, if the material of the tube 2 is very soft, a core 4 that is too hard can also be disadvantageous:

Wenn etwa das Rohr 2 aus so weichem Kunststoff besteht, daß es ohne Abrasiv, also mit einem Wasserstrahl, geschnitten wird, der Kern 4 dagegen aus einem ohne Abrasiv nicht zu schneidenden Material wie etwa Granit besteht, so könnte - eine ausreichend glatte und wenig streuende Oberfläche des Kernes 4 vorausgesetzt - der Wasserstrahl von dem Kern 4 vollständig und in noch so stark gebündelter Form reflektiert werden, daß er in unerwünschter Weise beim Zurückprallen gegen die Innenseite der Wandung des Rohres 2 in der Nähe der Schneidkante 9a unerwünschterweise eine Beschädigung auf der Innenseite oder gar einen zusätzlichen, nicht beabsichtigten Schnitt vollzieht.If, for example, the tube 2 is made of plastic that is so soft that it is cut without abrasive, i.e. with a water jet, while the core 4 is made of a material that cannot be cut without abrasive, such as granite, then it could be a sufficiently smooth and less scattering material provided surface of the core 4 - the water jet is completely of the core 4 and is reflected in still so strong bundled form that it undesirably rebounding against the inside of the wall of the tube 2 in the vicinity of the cutting edge 9 a undesirably damage on the Inside or even an additional, unintentional cut.

In diesem Fall müßte der Kern 4 aus einem Material bestehen, das weich genug ist, um den Wasserstrahl 10 noch in diesen Kern 4 eindringen zu lassen, jedoch hart genug, um ihn nicht vollständig durchschneiden zu können.In this case, the core 4 would have to be made of a material that is soft enough to allow the water jet 10 to penetrate into this core 4 , but hard enough so that it cannot be completely cut through.

Dabei muß der Kern 4 nicht unbedingt den gesamten Querschnitt des Inneren 3 des Rohres 2 ausfüllen:The core 4 does not necessarily have to fill the entire cross section of the interior 3 of the tube 2 :

Wie in der Querschnittsdarstellung des Rohres 2 in der Fig. 3 dargestellt, ist es auch möglich, nur den der Wasserdüse 13 zugewandten Teil des Inneren 3 mittels einem massiven, aus Verschleißmaterial bestehenden Kern 4 auszustatten. Der Kern 4 wird dabei möglicherweise gerade noch vom Wasserstrahl 10 durchdrungen, der jedoch nach dem Durchdringen des Kernes 4 nur noch eine so geringe Restenergie besitzt, daß diese allein durch Streuung des Wasserstrahles 10 auf einen ungefährlichen Wert reduziert werden kann. Zu diesem Zweck ist im Austrittsbereich des Wasserstrahles 10 aus dem Kern 4 ein oder mehrere Streukörper angeordnet, deren Oberflächenstruktur und/oder innere Struktur geeignet ist, den Wasserstrahl 10 entsprechend stark zu streuen, also aufzuspalten, und dadurch in seiner Schneidwirkung weiter zu reduzieren. Dabei kann es sich um einen festen Schneidkörper 18 handeln, oder um eine Füllung 5 des noch verbleibenden freien Inneren 3 des Querschnitts, dessen Partikel 6a entweder eine vieleckige, zufallsbedingte Struktur besitzen, oder eine gleichmäßige, z. B. runde oder gleichmäßig gekrümmte (Partikel 6b) Oberfläche.As shown in the cross-sectional representation of the tube 2 in FIG. 3, it is also possible to equip only the part of the interior 3 facing the water nozzle 13 by means of a solid core 4 made of wear material. The core 4 is just barely penetrated by the water jet 10 , which, however, after penetration of the core 4 only has a residual energy so low that it can be reduced to a non-hazardous value solely by scattering the water jet 10 . For this purpose, one or more scattering bodies are arranged in the exit area of the water jet 10 from the core 4 , the surface structure and / or inner structure of which is suitable for scattering the water jet 10 accordingly, that is to say splitting it up, and thereby further reducing its cutting action. This can be a solid cutting body 18 , or a filling 5 of the remaining free interior 3 of the cross section, the particles 6 a of which either have a polygonal, random structure, or a uniform, e.g. B. round or evenly curved (particle 6 b) surface.

Dabei kann durch Wahl der Größe, Oberflächenstruktur und Härte der Partikel 6a, 6b wiederum der gewünschte Streuungseffekt erzielt werden, wie er beim festen Streukörper 18 durch Struktur der dem Wasserstrahl 10 zugewandten Oberfläche erzielt wird.By choosing the size, surface structure and hardness of the particles 6 a, 6 b, the desired scattering effect can again be achieved, as is achieved in the case of the fixed scattering body 18 by the structure of the surface facing the water jet 10 .

Dabei sollten die Partikel 6a, 6b vorzugsweise nicht größer als 1/10 des Durchmessers des freien Inneren 3 des Rohres 2 besitzen, jedoch andererseits nicht kleiner als ca. 0,1 mm im Querschnitt sein.The particles 6 a, 6 b should preferably not be larger than 1/10 of the diameter of the free interior 3 of the tube 2 , but on the other hand should not be smaller than approximately 0.1 mm in cross section.

Eine weitere Möglichkeit, den Wasserstrahl 10 nach Durchdringen der ersten Wandung des Rohres 2 zu streuen, besteht darin, während des Schneidens den Kern 4 relativ zum Rohr 2 zu bewegen, und dadurch eine Ablenkung zu erzielen, wie in Fig. 4 anhand eines Längsschnittes in mehreren Möglichkeiten (Abschnitte a-d) dargestellt:A further possibility, the water jet 10 after passing through the first wall of the tube 2 to spread, is during cutting, to move the core 4 relative to the tube 2, and thereby to obtain a deflection, as shown in Fig. 4 on the basis of a longitudinal section in presented several options (sections ad):

In der Darstellung im Abschnitt a der Fig. 4 steht der Kern relativ zum Rohr still, und da der Schneidstrahl nur relativ langsam gegenüber dem Rohr und damit auch dem Kern vorwärtsbewegt wird, wird der Schneidstrahl durch den Kern nur schwach abgelenkt, und dringt damit so tief in den Kern ein, daß er ihn vollständig durchlaufen und die Innenseite der gegenüberliegenden Rohrwand beschädigen kann. In Abschnitt b bewegt sich der Wasserstrahl 10 in der angegebenen Pfeilrichtung nach links und schneidet dabei die in Fig. 4 obenliegende Wandung des Rohres 2. In the illustration in section a of FIG. 4, the core stands still relative to the tube, and since the cutting beam is only moved forward relatively slowly with respect to the tube and thus also the core, the cutting beam is deflected only slightly by the core, and thus penetrates deep into the core so that it can run through it completely and damage the inside of the opposite tube wall. In section b, the water jet 10 moves to the left in the direction of the arrow indicated and thereby cuts the wall of the tube 2 lying at the top in FIG. 4.

Besonders in Fällen, wo der Innenquerschnitt des Rohres 2 gering ist, also wenig Platz zum Einbringen eines Kernes 4 als Verschleißteil übrig bleibt, also bei einem gegenüber dem Rohr 2 stillstehenden Kern 4, der Kern 4 von dem Wasserstrahl 10 noch vollständig durchschnitten und mit noch zu hoher Restenergie auf die Innenseite der unteren Wandung des Rohres 2 auftreffen würde, ist es vorteilhaft, gleichzeitig den Kern 4 relativ zum Strahl 10 in die Richtung zu bewegen, in welche der Strahl abgelenkt werden soll. Da die Bewegung des Strahles 10 nach links relativ gering ist, wird eine ausreichend große Relativbewegung in vielen Fällen nur durch aktive Bewegung des Kernes 4 relativ zum Rohr 2, und zwar vorzugsweise in Längsrichtung des Rohres 2 und von dem das Rohr 2 tragenden Futter 14 weg bzw. in Gegenrichtung zur Bewegung des Strahles zum gewünschten Erfolg führen. Wird der Kern 4 schnell genug, beispielsweise durch Verfahren der den Kern 4 tragenden Einführeinheit 11 translatorisch nach rechts, bewegt, so wird der den Kern 4 tatsächlich vollständig noch durchschneidende Wasserstrahl 10, wie er in der unteren Bildhälfte dargestellt ist, so stark nach schräg rechts abgelenkt, daß er in einem sehr flachen Winkel auf die Innenseite der unteren Wandung des Rohres 2 auftrifft und dadurch dort keine oder nur geringe Beschädigung oder gar ein Durchschneiden dieser Wandung mehr bewirken kann.Especially in cases where the inner cross section of the tube 2 is small, i.e. there is little space left for inserting a core 4 as a wearing part, that is to say with a core 4 which is stationary relative to the tube 2 , the core 4 is still completely cut through by the water jet 10 and with excessive residual energy would strike the inside of the lower wall of the tube 2 , it is advantageous to simultaneously move the core 4 relative to the beam 10 in the direction in which the beam is to be deflected. Since the movement of the beam 10 to the left is relatively small, a sufficiently large relative movement is in many cases only possible by active movement of the core 4 relative to the pipe 2 , preferably in the longitudinal direction of the pipe 2 and away from the chuck 14 carrying the pipe 2 or in the opposite direction to the movement of the beam to the desired success. If the core 4 is moved quickly enough, for example by moving the insertion unit 11 carrying the core 4 translationally to the right, the water jet 10 which actually completely cuts through the core 4 , as shown in the lower half of the figure, becomes so strongly obliquely to the right deflected that it strikes the inside of the lower wall of the tube 2 at a very shallow angle and can therefore cause little or no damage or even a cutting through this wall there.

Bei noch stärkerer Relativbewegung, z. B. translatorischer Relativbewegung, des Kernes 4 relativ zum Wasserstrahl 10, wie in Abschnitt c dargestellt, wird der Wasserstrahl im Kern so stark abgelenkt, daß er den Kern nicht mehr vollständig durchdringen kann.With an even stronger relative movement, e.g. B. translational relative movement of the core 4 relative to the water jet 10 , as shown in section c, the water jet is deflected so much in the core that it can no longer penetrate the core completely.

Wie in Abschnitt d dargestellt, kann die Relativbewegung zwischen Kern und Schneidstrahl statt einer translatorischen Bewegung auch eine rotatorische Bewegung um die Längsachse des Rohres bzw. der Kernes sein, wodurch am Außenumfang des Kernes 4 eine relativ tiefe Ringnut entsteht, so daß bei mehr als einfachem Umlauf des Kernes eine verringerte Kerndicke zur Verfügung steht. Falls die für einen Umlauf zur Verfügung stehende Zeitdauer nicht für das Beenden des Schneidvorganges ausreicht, empfiehlt es sich, die rotatorische Bewegung mit einer translatorischen Bewegung zu überlagern, so daß die auf dem Außenumfang des Kernes entstehende Nut eine spiralförmige Nut wird, also nach einem Umlauf des Kernes sich der Kernquerschnitt, der zum Verschleißen zur Verfügung steht, nicht verringert.As shown in section d, the relative movement between the core and the cutting beam can also be a rotational movement about the longitudinal axis of the tube or the core instead of a translatory movement, as a result of which a relatively deep annular groove is formed on the outer circumference of the core 4 , so that more than simple Circulation of the core a reduced core thickness is available. If the time available for one revolution is not sufficient to end the cutting process, it is advisable to overlay the rotary motion with a translatory motion so that the groove formed on the outer circumference of the core becomes a spiral groove, i.e. after one revolution the core cross-section, which is available for wear, is not reduced.

Fig. 5 zeigt einen Kern, der im wesentlichen aus einer Vielzahl von Partikeln 6 als Schüttgut besteht, welche jedoch im Gegensatz zu der Lösung gemäß Fig. 3 in einer rohrförmigen, auch an den Stirnseiten im wesentlichen verschlossenen, Kammer 20 aufgenommen sind. Diese Kammer 20 besitzt eine Eintauchöffnung 22 für den Wasserstrahl 10 in ihrer Mantelfläche, wobei in der Regel die Eintauchöffnung 22 kleiner ist als die im zu bearbeitenden Rohr 2 herzustellende Öffnung. Deshalb wird die Eintauchöffnung 22 mit dem Wasserstrahl 10 mitgeführt. Durch das Eintauchen des Strahles in die Füllung aus Partikeln 6 werden diese jedoch so in Bewegung gehalten, daß keine bleibende Nut bzw. Vertiefung in der Füllung aus Partikeln 6 entsteht, welche nicht mehr für den Verschleiß des Wasserstrahles 10 zur Verfügung stehen. FIG. 5 shows a core which essentially consists of a large number of particles 6 as bulk material, which, however, in contrast to the solution according to FIG. 3, are accommodated in a tubular chamber 20 , which is also essentially closed on the end faces. This chamber 20 has an immersion opening 22 for the water jet 10 in its lateral surface, the immersion opening 22 generally being smaller than the opening to be produced in the pipe 2 to be processed. Therefore, the immersion opening 22 is carried along with the water jet 10 . By immersing the jet in the filling of particles 6 , however, these are kept in motion so that there is no permanent groove or depression in the filling of particles 6 , which are no longer available for the wear of the water jet 10 .

Zusätzlich besitzt die Kammer 20 einen Auslaß 21, der als Druckentlastung dient, aber auch zum Abfließen des durch den Wasserstrahl 10 in die Kammer 20 eingebrachten Wassers.In addition, the chamber 20 has an outlet 21 , which serves as a pressure relief, but also for draining the water introduced into the chamber 20 by the water jet 10 .

Der Auslaß 21 ist dabei vorzugsweise mit einem Gitter oder Ähnlichem verschlossen, dessen Maschenweite geringer ist als die Größe der Partikel 6, und er ist vorzugsweise relativ hochliegend angeordnet.The outlet 21 is preferably closed with a grid or the like, the mesh size of which is smaller than the size of the particles 6 , and it is preferably arranged relatively high.

Bei dieser Lösung ist es auch notwendig, daß die Eintauchöffnung 22 im wesentlichen immer nach oben weist, um ein Herausfallen von Partikeln 6 aus dieser Eintauchöffnung 22 zu vermeiden. Der Schneidvorgang muß daher ebenfalls so gesteuert werden, daß der Wasserstrahl 10 im wesentlichen senkrecht von oben einwirkt, also das zu bearbeitende Rohr nicht unter einem zu großen Winkel zur Senkrechten bearbeitet. With this solution it is also necessary that the immersion opening 22 essentially always points upwards in order to prevent particles 6 from falling out of this immersion opening 22 . The cutting process must therefore also be controlled in such a way that the water jet 10 acts essentially vertically from above, that is to say does not process the pipe to be machined at an angle that is too large to the vertical.

Die Kammer 20 kann statt mit Partikeln 6 eines Feststoffes auch mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, oder einem Gel gefüllt sein.The chamber 20 can instead of particles 6 of a solid with a liquid such. B. water, or a gel.

Reference list

11

Öffnungen
openings

22nd

Rohr
pipe

33rd

Inneres
Interior

44th

Kern
core

55

gegenüberliegender Teil
opposite part

66

Partikel
particle

77

Leitfläche
Guide surface

88th

Tauchschnitt
Plunge cut

99

a, a,

99

bSchneidkante
b cutting edge

1010th

Wasserstrahl
Water jet

1111

Einführeinheit
Introducer

1212th

Arbeitskopf
Working head

1313

Wasserdüse
Water nozzle

1414

Spannfutter
Chuck

1515

Spindel
spindle

1616

Wasserwanne
Water tub

1717th

Schott
Schott

1818th

Körper
body

1919th

Streu
Litter

2020th

Kammer
chamber

2121

Auslaß
Outlet

2222

Eintauchöffnung
Immersion opening

Claims

1. A method for water jet cutting of openings ( 1 ) in the walls of tubes ( 2 ), characterized in that a core ( 4 ) is introduced to cut the inside ( 3 ) of the tube ( 2 ) to protect the cutting point to be made opening ( 1 ) opposite part ( 5 ) of the wall of the tube ( 2 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the core ( 4 ) at least partially from the opening ( 1 ) intersecting water jet ( 10 ) is recorded and thereby consumes its energy.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the core ( 4 ) relative to the jet ( 10 ), in particular in the opposite direction to the jet ( 10 ) and, in particular relative to the tube ( 2 ), for the purpose of deflecting the water jet ( 10 ) is moved.

4. The method according to claim 3, characterized in that the core ( 4 ) is moved translationally in the longitudinal direction of the tube ( 2 ) and / or rotationally around the longitudinal direction of the tube ( 2 ).

5. Water jet cutting machine with a chuck ( 14 ) for receiving the pipe ( 2 ) to be cut at least on one side and a working head ( 12 ) which comprises the water nozzle ( 13 ) emitting the water jet ( 10 ), and in the axial and transverse directions of the chuck ( 14 ) is movable, characterized in that an insertion unit ( 11 ) for holding and inserting a core ( 4 ) is provided on the end face of the tube ( 2 ) opposite the chuck ( 14 ) into the interior of the tube ( 2 ).

6. Water jet cutting machine according to claim 5, characterized in that the insertion unit ( 11 ) is coupled to the working head ( 12 ).

7. Water jet cutting machine according to claim 5 or 6, characterized in that the insertion unit ( 11 ) relative to the working head ( 12 ) at least in the axial direction and / or the chuck ( 14 ) is movable.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 4 ) has a surface structure which strongly scatters the opening ( 1 ) producing water jet ( 10 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 4 ) consists of a material which is harder than the tube ( 2 ).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 4 ) consists of a solid material.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 4 ) consists of a bulk material, in particular balls, pellets, granules, flour and the like.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the particles ( 6 ) of the bulk material are accommodated in a chamber ( 20 ) which has an immersion opening ( 22 ) for immersing the water jet ( 10 ) in its lateral surface and an outlet ( 21 ) to relieve pressure and to drain the water.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the individual bodies of the bulk material have a defined outer contour, in particular one Polygonal contour with as many corners and edges as possible, or an arched one Possess outer contour.

14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the individual bodies of the bulk material is a maximum of 1/10 of the diameter of the interior ( 3 ) of the tube ( 2 ).

15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 4 ) consists of solid material and has a guide surface ( 7 ) for deflecting the cutting water jet ( 10 ) in the longitudinal direction of the tube, and the core ( 4 ), in particular the guide surface ( 7 ) with which the water jet ( 10 ) can be carried.