DE2544129A1

DE2544129A1 - Schneidvorrichtung und -verfahren mit verwendung eines fluessigkeitsstrahls

Info

Publication number: DE2544129A1
Application number: DE19752544129
Authority: DE
Inventors: Edward Wayne Geller; Benjamin Arthur Thomas
Original assignee: Flow Research Inc
Current assignee: Flow Research Inc
Priority date: 1974-10-02
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1976-04-08
Also published as: JPS5164696A; NL7511618A; FR2286690A1; CA1028239A; AU499295B2; DE2544129C2; FR2286690B1; SE7510934L; IT1056133B; JPS609199B2; GB1486353A; AU8533475A

Description

Dr Ing. Waiter Abitz

Dr. Dieter F. Kort ₂. _Okto_ber i₉₇₅

Dr. Hans»A. :.■;λ\:ϊι$

Cu, S-.

PLOW RESEARCH, INC.

Suite 72, 1819 S. Central Avenue, Kent, Washington 9803I,

V.St.A.

Schneidvorrichtung und -verfahren mit Verwendung eines Flüssigkeitsstrahls

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zum Schneiden dienenden Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahls und insbesondere eine. Vorrichtung zur Verbesserung der Kollemation des Flüssigkeitsstrahls zwecks Erzielung einer verbesserten Schneidwirkung.

Die Verwendung von Flüssigkeitsstrahlen als Mittel zum Schneiden oder Schleifen verschiedener Werkstoffe ist seit langem bekannt. Beispielsweise wird bei einem hydraulischen Bergbauverfahren ein Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl verwendet, um durch Gesteinsformationen, Kohlenschichten oder dgl. zu schneiden. Die folgenden US-Patente stellen einen repräsentativen Stand der Technik dar: 878 208; 1 530 768; 1 856 836; 2 018 926;

2 304 143; 2 518 591; 3 104 186; 3 112 800; 3 203 736; 3 326 607;

3 331 456; 3 375 887; 3 419 220; 3 528 704; 3 536 151; 3 554 602; 3 572 839 und 3 799 6I5.

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Ferner sind bereits verschiedene Vorrichtungen zur Erzeugung gepulster Flüssigkeitsstrahlen hoher Geschwindigkeit bekannt. Ein Grund zur Verwendung eines gepulsten Strahles liegt darin, dass im Vergleich zu Vorrichtungen, die mit kontinuierlicher Strömung arbeiten, höhere Drücke erzielbar sind. Derartige Vorrichtungen sind aus folgenden US-PSen bekannt: 2 512 74-3;

2 665 052; 3 34-3 794; 3 490 696; 3 514 037; 3 520 477; 3 521 820;

3 539 104; 3 653 596; 3 704 966; 3 729 137; 3 746 256; 3 748 953; und 3 784 103· Als Stand der Technik, welcher einer andere Düsenausbildung zeigt, ist die US-PS 3 750 961 zu erwähnen.

In den letzten Jahren erfolgten Entwicklungsarbeiten an Hochdruckverstärkern, welche eine im wesentlichen konstante Abgabe eines Fluidstrahls mit Geschwindigkeiten in der Grössenordnung von 366 m/s und noch wesentlich grosser ermöglichten. Eine derartige Vorrichtung ist in der US-PS 3 811 795 beschrieben. Eine der praktischen Anwendungen einer derartigen Vorrichtung liegt in einem Strahlschneiden, bei welchem ein einen geringen Durchmesser aufweisender Fluidstrahl (d. h. mit einem Durchmesser zwischen Bruchteilen von Millimeter bis zu einigen hundertstel Millimeter) verwendet wird, um bei einer Vielzahl von Werkstoffen, wie Holz, Gewebe, Sandstein usw., verhältnismässig enge Schnittbreiten zu erzielen.

Diese Art eines Flüssigkeits-Strahlschneidens mit einem verhältnismässig schmalen !Flüssigkeitsstrahl sehr hoher Geschwindigkeit" stellt einen ziemlich präzisen Vorgang dar, so dass einer der wichtigeren Gesichtspunkte darin besteht, eine zu grosse Verteilung des Flüssigkeitsstrahls zu vermeiden oder anders ausgedrückt, einen "kohärenteren" oder "besser kollimierten" Strahl zu erhalten. Ein derartiger kollimierter Strahl weist mehrere Vorteile auf, beispielsweise einen grösseren Schneidwirkungsgrad, die Erzielung einer geringeren Schnittbreite, eine bessere Oberflächengüte an der Schnittstelle und eine Vermeidung einer zu weitgehenden Benetzung des geschnittenen Materials. Nach bestem Wissen des Anmelders bezogen sich die meisten Bemühungen, eine Verteilung des Strahls zu vermei-

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den, auf die Verbesserung des Düsenausbildung und die Anordnung sorgfältig bearbeiteter konvergierender Oberflächen,die zur Düsenöffnung führen. Eine derartige Lösung ist in der US-PS 3 756 106 angegeben, gemäss welcher ein Korund-Kristall einer besonderen Formgebung verwendet wird, welcher einen Flüssigkeitsstrahl mit sehr hohem Druck erzeugt, um verhältnismässig genaue Schneidoperationen, wie sie vorausgehend genannt wurden, durchzuführen. Damit bestehen die Hauptelemente von bekannten , mit einem Flüssigkeitsstrahl arbeitenden Schneidvorrichtungen aus einer Hochdruck-Flüssigkeitsquelle, einer Leitungsanordnung, um die Flüssigkeit dem Schneidbereich zuzuführen und einer sorgfältig konstruierten und/oder bearbeiteten Düsenanordnung, welche die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit von der Leitungsanordnung aufnimmt und diese Flüssigkeit als Schneidstrahl mit kleinem Durchmesser und hoher Geschwindigkeit abgibt.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung der vorausgehend genannten Vorrichtungen zum Schneiden mit Flüssigkeitsstrahlen dar, wobei eine Hochdruck-Flüssigkeitsquelle (wie beispielsweise ein Hochdruckverstärker) vorhanden ist sowie eine Leitungsanordnung zur Zuführung dieser Flüssigkeit zum Schneidbere.ich und eine Düse zur Abgabe der Flüssigkeit in einem Schneidstrahl kleinen Durchmessers und hoher Geschwndigkeit. Diese Verbesserung erhöht die "Kollimation" oder "Kohärenz" des Flüssigkeitsstrahls, um eine Schneidwirkung des Strahls mit verkleinerter Schnittbreite, verbesserter Oberflächengüte der Schnittflächen, geringerer Benetzung und potentiellen Erhöhungen der Produktivität und der Schneidgeschwindigkeit zu erzielen. Gemäss der erfindungsgemässen Verbesserung ist ein Gehäuse zwischen der Leitungsanordnung und der Düse vorgesehen, welches unmittelbar stromaufwärts der Düse eine Strömungskollimationskammer bildet, Vielehe die Flüssigkeit von der Leitungsanordnung aufnimmt und sie direkt an die Düse abgibt, wobei die Kollimationskammer eine Querschnittsfläche besitzt, die zumindest grosser als das 10Ofache der Austrittsöffnung der Düse ist. Vorzugsweise

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ist die Querschnittsfläche der Kollimationskammer grosser als das 20Ofache der Querschnittsfläche der Düse; die Verbesserung ist noch grosser, wenn das vorausgehend genannte Verhältnis in der Grössenordnung des 400fachen oder grosser liegt und wird noch erhöht, wenn dieses Verhältnis in der Grössenordnung von dem lOOOfachen oder 14O0fachen liegt. Bei einem über den 1400fachen hinausgehenden Wert wird keine merkliche Verbesserung der Kohärenz des Flüssigkeitsstroms mehr beobachtet.

Das Auftreten einer grösseren Kohärenz des Düsenstrahls durch die Verwendung einer Kollimationskammer wird möglicherweise nicht völlig verstanden, jedoch wird angenommen, dass die folgende Hypothese wenigstens teilweise als Erklärung dienen kann. Jedoch werden durch die vorliegende Erfindung unabhängig von der Genauigkeit oder der Gültigkeit dieser Hypothese eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren geschaffen, bei welchem die Schneidwirkung durch Verbesserung der Kollimation des Düsenstrahls erheblich verbessert ist.

Im Einklang mit dieser Hypothese wird angenommen, dass einer der Faktoren, welcher die Verteilung des Flüssigkeits-Düsenstrahls beeinflusst, durch die Turbulenz innerhalb des Flüssigkeitsstrahls gebildet wird. Diese Turbulenz kann als eine Anzahl sehr kleiner Wirbelströme in der Flüssigkeit verstanden werden, welche eine grössere Wechselwirkung zwischen der Flüssigkeit an der Oberfläche des Düsenstrahls und der angrenzenden Luftschicht erzeugen, wodurch wiederum eine Verteilung der Flüssigkeit die umgebende Luftschicht erfolgt. Es wurde erkannt, dass ein Hauptgrund für die Entstehung der Turbulenz in der Düsenausbildung und der Formgebung der zur Düse führenden konvergierenden Wände liegt. Es wurde ferner gefunden, dass die Strömungsdaten der Flüssigkeit stromaufwärts der Düse die Turbulenz der Flüssigkeit beeinflussen können. Entsprechend wurde die Querschnittsfläche oder Strömungsfläche der Leitungsanordnung einige Hale grosser und häufig viel grosser als die Querschnittsfläche der Düsenaustrittsöffnung gemacht. Jedoch wurde bei den Ausführungen des Standes der Technik angenommen,

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dass, falls der Querschnitt des Strömungskanals in der Leitungsanordnung sich einem Wert nähert, welcher das 10Ofache des Querschnitts der Düse beträgt, durch eine weitere Erhöhung dieses Querschnittbereichs kein besonderer Vorteil erhalten werden kann.

Werden ferner sehr hohe Flüssigkeitsdrüeke verwendet (beispielsweise in der Grössenordnung von 35^5 at oder höher ), so legen konstruktive Erwägungen nahe, den Durchmesser des Strömungskanals in der Leitungsanordnung innerhalb vernünftiger Grenzen zu halten. Da die von einem Fluid in einem Hochdruckanal ausgeübte Kraft, welche bestrebt ist, den Kanal längs einer durch die Längsachse des Kanals laufenden Ebene in zwei Hälften auf— zureissen, dem Durchmesser des Strömungskanals in der Leitungsanordnung unmittelbar proportional ist, erfordert eine Erhöhung des Durchmessers des Strömungskanals eine entsprechende Erhöhung der Wandstärke, damit der Strömungskanal den höheren Kräften widerstehen kann. Mit anderen Worten, falls sich der Durchmesser des Strömungskanals in der Leitungsanordnung verdoppelt, so ist es notwendig, die Wandstärke der Leitungsanordnung zu verdoppeln oder als Alternative andere Massnahmen zu ergreifen, durch die die Leitungsanordnung in die Lage gesetzt wird, den Sprengkräften der Hochdruckflüssigkeit zu widerstehen. Um auf die erfindungsgemässe Hypothese zurückzukommen, wird angenommen, dass, falls die Strömung unmittelbar stromaufwärts der Austrittsdüse durch eine Strömungskammer geleitet wird, deren Querschnitt im Vergleich zum Düsenquerschnitt wesentlich grosser als bei bekannten Anordnungen ist, eine Verrringerung der Turbuelnz der Flüssigkeit auftritt, welche aus dieser Kammer in die Düse austritt, wobei diese Verringerung der Turbulenz eine erhebliche Verbesserung bezüglich der Kollimation der Kohärenz des Flüssigkeitstrahls bringt. Unabhängig von der Gültigkeit dieser Hypothese wurde experimentell gezeigt, dass diese Wirkung vorhanden ist. Diese erfindungsgemäss vorgesehene,unmittelbar stromaufwärts der Düse angeordnete Kammer wird im Zusammenhang mit der vorausgehend erläuterten Wirkung als "Kollimationskammer¹¹ bezeichnet und entsprechend in der anschliessenden Beschreibung

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verwendet.

Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine besondere Düsenausbildung vorgesehen, um die Wirkung des Flüssigkeitsstrahls zu verbessern. Diese Düsenausbildung umfasst ein Düsengehäuse mit einer Gegenbohrung, welche das Düsenelement (welches mit der Austrittsöffnung versehen ist) aufnimmt. Das Düsenelement wird von einem Haltering umgeben, welcher aus einem in geringem Umgang nachgiebigen Material, wie einem Kunststoff, besteht. Dieser Ring umgreift das Düsenelement und wird mit einem Pressitz in der Gegenbohrung des Düsengehäuses aufgenommen, wobei die freiliegenden Flächen des Halterings und des Düsenelementes dem Hochdruck des Arbeitsmediums ausgesetzt sind. Die gegenüberliegende Fläche des Düsenelementes wird gegen die Bodenfläche der Gegenbohrung des Düsengehäuses gedrückt. Der Haltering übernimmt drei Aufgaben. Zunächst liefert er einen gleichförmigen radial nach innen gerichteten Druck um das Düsenelement und verhindert damit ein Eeissen des Düsenelements oder eine andere Beschädigung desselben. Zweitens verringert der Haltering die ToIeranzänforderungen zwischen der Seitenfläche der Gegenbohrung und der Seitenfläche des Düsenelements. Drittens liefert der Haltering bei hoher Druckeinwirkung eine zufriedenstellende Abdichtung zwischen dem Düsenelement und der Bodenwand der Gegenbohrung, an welcher das Düsenelement anliegt. Die Eückseite der Düsenanordnung besitzt eine sich nach hinten verjüngende Konusfläche, welche an einer entsprechenden Konusfläche des Hauptgehäuses anliegt, das die Kollimationskammer bildet, um damit eine Abdichtung zwischen diesen Teilen zu gewährleisten.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer mit Flüssigkeitsstrahl arbeitenden erfindungsgemässen Schneidvorrichtung,

Fig. 2 eine teils im Schnitt dargestellte Längsansicht der Kollimationskammer und der Düse gemäss der vorliegenden Erfindung und

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Fig. 3 eine vergrösserte Schnittdarstellung des vorderen Teils der Kollimationskammer und der Düsenanordnung gemäss der vorliegenden Erfindung.

Gemäss Fig. 1 weist die mit Flüssigkeitstrahl arbeitende Schneidvorrichtung 10 einen elektrischen Motor 12 auf, welcher eine Hydraulikpumpe 14- betreibt, die ihrerseits Arbeitsmedium einem Hochdruckverstärker 16 zuführt. Der Hochdruckverstärker 16 erhält ein Fluid, beispielsweise Wasser, aus einer Fluidquelle, beispielsweise einem Vorrat 18 und gibt das Wasser unter einem sehr hohen Druck über eine Leitung 20 ab. Am Abgabeende der Leitung 20 ist eine Austrittsanordnung 22, welche einen Flüssigkeitsschneidstrahl mit geringem Durchmesser und sehr hoher Geschwindigkeit liefert.

Die Austrittsanordnung 22 ist insbesondere in Fig. 2 dargestellt und weist ein im wesentlichen zylindrisches längliches Gehäuse 24 auf, das ein vorderes Austrittsende besitzt, welches mit einer Düsenanordnung 26 verbunden ist, sowie ein hinteres Ende, welches mit dem Austrittsende der Leitung 20 über ein Anschlussstück 28 verbunden ist. Das Anschlusstück 28 ist in üblicher Weise ausgebildet und wird daher nur kurz beschrieben. Es besteht aus einer inneren Hülse 30, welche auf das Austrittsende der Leitung 20 aufgeschraubt ist. Die Hülse 30 ist von einer zweiten Hülse 32 umgeben, deren Aussengewinde in eine Ausnehmung 34 im hinteren Abschnitt des Gehäuses 24 eingeschraubt ist. Mit dem hinteren Ende der Hülse 32 ist ein Kopfabschnitt 36 verbunden, welcher eine innere Lippe 38 aufweist, die am hinteren Ende der inneren Hülse 30 anliegt. Durch Einsehrauben der äusseren Hülse 32 in die Ausnehmung 34 wird das vordere verjüngte Ende 40 der Leitung 20 fest gegen eine konische Gegen-* fläche 42 gepresst, die im Gehäuse 24 unmittelbar vor der Ausnehmung 34 vorhanden ist. Die konische Gegenfläche 42 mündet in einen in Längsrichtung verlaufenden Strömungskanal 44, welcher die gleiche Grosse wie der Strömungskanal 46 in der Leitung 20 aufweist und fluchtend zu dieser angeordnet ist, um eine vordere Verlängerung derselben darzustellen.

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Der Strömungskanal 44 führt in eine längliche zylindrische Kollimationskammer 48, welche durch das Gehäuse 24- gebildet wird« Die Kollimationskammer 48 steht ihrerseits unmittelbar mit einer Düsenöffnung 50 mit geringem Durchmesser in Verbindung, die in der Düsenanordnung 26 vorhanden ist. Wie bereits erwähnt wurde, ist das Verhältnis dieser Kollimationskammer 48 gegenüber der Düsenöffnung erfindungsgemäss von besonderer Bedeutung und wird anschliessend näher beschrieben.

Die Düsenanordnung 26 umfasst ein Düsengehäuse 52 mit einer in Längsrichtung verlaufenden Durchtrittsöffnung 53 und einem hinteren Befestigungsteil 54 sowie einem nach vorne gerichteten Schaft 56, welcher lose in einer vorderen Kappe 58 aufgenommen wird. Die Kappe 58 ist mit dem vorderen Ende des Gehäuses 24- verschraubt, um gegen das Düsengehäuse 52 zu drücken, so dass eine sich nach hinten verjüngende Konusfläche 60 des Düsengehäuses 52 gegen eine entsprechende Gegenfläche 62 des Gehäuses 24 unter Ausbildung einer Abdichtung zwischen dem Düsengehäuse 52 und der Gehäuse 24 gedrückt wird.

Im mittleren rückwärtigen Teil des Düsengehäuses. 52 ist eine zylindrische Ausnehmung 64 vorgesehen, in welcher ein Düsenelement 66 befestigt ist, das mit einer Düsenaustrittsöffnung 50 ausgestattet ist. Das Düsenelement 66 ist in üblicher Weise ausgebildet und besitzt eine zylindrische Formgebung und besteht aus üblichem Material, beispielsweise einem Saphir. Der hintere Rand des Düsenelements 66, welcher den Eingang zur Düsenaustrittsöffnung 50 bildet, ist vorzugsweise rechtwinklig mit einer geringen Rundung zur Verringerung der Abnützung ausgebildet. Das Düsenelement 66 ist von einem an ihm anliegenden Haltering 68 umgeben, welcher aus einem im geringen Umfang nachgiebigen Kunststoff besteht. Der Haltering 68 wird mit einem Pressitz in einer ringförmigen Ausnehmung aufgenommen, die durch die Seitenwand der Ausnehmung 64 und die Seitenwand des Düsenelements 66 gebildet wird. Wird die Düsenanordnung den sehr hohen Drücken des Fluids in der Kollimationskammer ausgesetzt, so wird durch den resultierenden Druck gegen die

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freiliegenden Rückflächen des Düsenelements 66 und des Rings 68 der Haltering 68 radial nach innen gegen das Düsenelement 66 mit im wesentlichen gleichmässigem Druck gepresst, so dass jegliche Gefahr einer Rissbildung oder Beschädigung des Düsenelements 66 durch diesen Innendruck vermieden wird. Da die Vorderseite des Düsenelements 66 gegen die Bodenfläche der Ausnehmung 64 im Düsengehäuse 52 drückt, liefert der Haltering 68 eine Abdichtung für die aneinander liegenden Flächen des Düsenelements 66 und des Düsengehäuses 52, ohne dass ein Auspressen des Rings zwischen diesen Flächen erfolgen kann.

Der Druckverstärker 16 liefert Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, über die Leitung 20 mit einem ausreichendem Druck (beispielsweise 1406 bis 7030 at) an die Austrittsanordnung 22, damit ein verhältnismässig schmaler Fluidstrahl erzeugt wird, welcher beispielsweise einen Durchmesser aufweist, welcher für die hier betrachteten Schneidvorgänge zwischen 25 Mikron und 0,37 » liegt. Bei Schneidvorgängen, die mit höherer Leistung erfolgen, kann der Durchmesser des Fluidstrahls etwas grosser sein. Der Fluidstrahl tritt mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit aus, die mindestens näherungsweise 305 m/s beträgt und noch besser in der Grössenordnung von 915 m/s liegt, um durch das vorliegende Material zu schneiden.

Das Fluid strömt durch den Kanal 46 der Leitung 20 in den Verbindungskanal 44 im rückwärtigen Teil des Gehäuses 24 und damit in die Eollimati ons kammer 48. In der dargestellten Ausführungsform ist der Durchmesser des Kollimationskammer 48, welcher in Fig. 3 mit "a" angegeben ist, näherungsweise doppelt so gross wie der Durchmesser des Strömungskanals 46-44, so dass der Querschnitt der Kollimationskammer 48 damit viermal grosser als oette^ des Strömungskanals 46-44 ist. Daher ist die Geschwindigkeit des durch die Kollimationskammer 48 fliessenden Fluids nur ein Viertel der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Kanal 46-44. Das Fluid gelangt vom vorderen Ende der Kollimationskammer 48 unmittelbar in die Düsenöffnung 50, wobei das Fluid als Fluidstrom 70 (Fig. 3) austritt. Der Fluidstrahl

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gelangt frei durch die Öffnung 53 des Düsengehäuses, wobei der Fluidstrom in einem solchen Ausmass kollimiert ist, dass er die Seitenwände des Kanals 53 nicht berührt.

Es wurde gefunden, dass, falls der Durchmesser "a" der Kollimationskammer 48 mehr als 10mal grosser als der Durchmesser der Düsenöffnung 50 gemacht wird (wodurch der Querschnitt der Kollimationskammer 48 mehr als das lOOfache des Querschnitts der Düsenöffnung 50 wird), die Kollimation des Pluidstrahls erheblich verbessert wird, wodurch eine wesentliche Erhöhung der Schneidwirkung des Fluidstrahls erhalten wird. Wird der Durchmesser "a" weiter erhöht, so dass der Querschnitt der Kollimationskammer 48 grosser als das 400fache und so hoch wie das lOOOfache oder 1400fache des Querschnitts der Düsenöffnung 50 beträgt, -.so wird sogar eine noch grössere Verbesserung in der Kollimation des Fluidstrahls erhalten, während bei Verhältniswerten jenseits von 1400 keine merkliche Verbesserung mehr erhalten wird, wie dies bereits erläutert wurde.

Bei einer im Einklang mit dem vorausgehenden ausgeführten Vorrichtung wurde eine Düse 50 mit einem Durchmesser von 0,25 mm verwendet, während der Durchmesser des Kanals 44 3>2 mm betrug und die Kollimationskammer 48 in drei Ausführungen hergestellt wurde: (1) mit einem Durchmesser von 6,3 mm, (2) einem Durchmesser von 9,5 mm und (3) einem Durchmesser von 12,7 mm. Die Ausführungsform, bei welcher die Kollimationskammer einen Durchmesser von 6,3 mm aufwies, ergab eine beträchtliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik und die Aus führung, mit einem Durchmesser von 9,5 mm stellte eine noch weitergehende Verbesserung dar. Jedoch lieferte die Ausführungsform mit 12,7 mm gegenüber jener mit 9,5 mm keine merkliche Verbesserung.

In der dargestellten Ausführungsform zeigen das Düsenelement 66 und der Haltering 68 die Neigung, unter sehr hohen Fluiddrücken gleichmässig zusammengedrückt zu werden, so dass an der Verbindungslinie dieser Elemente 66 und 68 möglicherweise eine Turbulenzerzeugung stattfindet. Es wurde jedoch gefunden,

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dass, falls der Durchmesser des Düsenelementes 66 mindestens das 7fache des Durchmessers der Düsenöffnung 50 beträgt, und nach Möglichkeit das 10fache»diese mögliche Turbulenzursache einen sehr geringen Einfluss auf die Kollimation des Pluidstrahls aufweist, welcher aus der Düsenöffnung 50 austritt. Bei der vorlxegenden Ausführungsform ist die Länge der Kollimationskammer 68, welcher in Fig. 2 mit "d" bezeichnet ist, näherungsweise das 10fache des Durchmessers "a" der Kollimationskammer 48. Dies hat sich als zufriedenstellend für die beabsichtigte Wirkungsweise der Kollimationskammer 48 erwiesen.

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Claims

Patentansprüche

1. Schneidvorrichtung mit einem kontinuierlich fliessenden Flüssigkeitsstrahl hoher Geschwindigkeit^ mit einer Hochdruck-Flüssigkeit s quelle, mit einer für hohe Strömungsgeschwindigkeit bemessenen Düse, welche eine Düsenöffnung vorgegebenen Querschnitts aufweist, durch welche die Flüssigkeit als Flüssigkeitsschneidstrahl hoher Geschwindigkeit austritt, und mit einer Hochdruckleitungsanordnung zur Zuführung der Flüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle zur Düse, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erhöhung der Kollimation des Flüssigkeitsstrahls zur Verbesserung seiner Schneidwirkung zwischen der Leitungsanordnung (20) und der Düse (26) ein Gehäuse (24) angeordnet ist, welches unmittelbar stromaufwärts der Düse (26) eine Kollimationskammer (48) bildet, um Flüssigkeit von der Leitungsanordnung (20) aufzunehmen und es an die Düse (26) abzugeben und dass die Kollimationskammer (48) einen Querschnitt besitzt, welcher grosser als das lOOfache des Querschnitts der Düsenöffnung (50) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kollimationskammer (48) grosser als das 200fache des Querschnitts der Düsenaustrittsöffnung (50) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kollimationskammer (48) mindestens etwa 400mal grosser als die Austrittsöffnung (50) der Düse ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kollimationskammer (48) mindestens etwa das lOOOfache des Querschnitts der Austrittsöffnung (50) der Düse ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Eollimationskammer (48) mindestens etwa das 400fache des Querschnitts der Austrittsöffnung (50) der Düse ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Düsenanordnung am Austrittsende des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung umfasst:

(a) ein am vorderen Ende der Kollimationskammer angeordnetes Düsengehäuse (52), welches eine Ausnehmung (64) zur Aufnahme eines Düsenelements (66) besitzt, wobei

(b) das mit einer Austrittsöffnung versehene Düsenelement (66) derart in der Ausnehmung (64) angeordnet ist, dass es in Anlage der Vorderseite der Ausnehmung steht, und

(c) ein Haltering (68) aus nachgiebigem Material das Düsenelement in Anlage mit diesem umgibt und mit Pressitz

in der Ausnehmung (64) aufgenommen ist, wobei der Haltering bei Anwesenheit des Hochdruckfluids in der Eollimationskammer eine Dichtung zwischen dem Düsenelement (66) und dem Düsengehäuse (52) bildet und ferner einen im wesentlichen gleichförmigen radial nach innen gerichteten Druck gegen das Düsenelement ausübt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Düsenelements (66) mindestens näherungsweise das 7fache des Durchmessers der Düsenöffnung (50) beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (66) einen Durchmesser aufweist, welcher mindestens näherungsweise das "lOfache des Durchmessers der Düsenöffnung (50) beträgt·*.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsengehäuse (52) eine sich nach hinten verjüngende Eonusflache aufweist, die in Anlage an einer entsprechenden

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Konusfläche des Gehäuses steht, womit eine Abdichtung zwischen dem Düsengehäuse (52) und dem Gehäuse (24) gebildet wird.

10. Verfahren zum Schneiden mittels eines kontinuierlichen PliissigkeitsstraJtils hoher Strömungsgeschwindigkeit, bei welchem ein Hochdruckfluid aus einer Hochdruckquelle durch eine Leitungsanordnung und anschliessend durch eine Düsenöffnung vorgegebener Querschnittsfläche geführt wird, um einen dünnen Schneidstrahl hoher Geschwindigkeit zu ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erhöhung der Kollimation des Flüssigkeitsstrahls zur Verbesserung der Schneidwirkung desselben die Flüssigkeit aus der Leitungsanordnung durch eine längliche Kollimationskammer geführt wird, die zwischen der Leitungsanordnung und der Düsenöffnung liegt und die eine Querschnittsfläche aufweist, welche mehr als das 10Ofache des Querschnitts der Düsenöffnung beträgt, worauf die Flüssigkeit von der Kollimationskammer unmittelbar zur Austrittsöffnung der · Düse geleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch eine Kollimationskammer geleitet wird, welche einen Querschnitt aufweist, der grosser als das 200fache des Querschnitts der Düsenöffnung ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass · die Flüssigkeit durch eine Kollimationskammer geführt wird, deren Querschnitt mindestens etwa das 40Ofache des Querschnitts der Düsenöffnung beträgt.

13· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch eine Kollimationskammer geführt wird, deren Querschnitt grosser als das lOOOfache des Querschnitts der Düsenöffnung

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14. Verfahren nach Anspruch 1O₁ dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch eine Kollimationskaimner geführt wird, deren Querschnitt grosser als das 140Ofache des Querschnitts der Düsenöffnung ist.

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