Die Erfindung betrifft eine Strahlschneidvorrichtung zum Trennen von Materialien mittels eines Schneidstrahls gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Strahlschneidverfahren gemäß Anspruch 10.

Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet des Trennens von Materialien mittels eines Schneidstrahls in Form eines Flüssigkeitsstrahls. Bekannt ist zum Beispiel das Wasserstrahlschneiden. Zur Erhöhung der Schneidleistung kann dem Wasser ein Abrasivmittel zugesetzt werden, zum Beispiel Granat oder Korund. In vielen Fällen sind die verbleibenden Partikel des Abrasivm ittels aber störend. Dem kann man zwar durch eine Auffangmöglichkeit für im Schneidstrahl vorhandene Abrasivmittel entgegenwirken, dies erhöht den Aufwand aber wieder. Zudem muss auf geeignete Weise die nach dem Aufprall auf das Werkstück noch vorhandene kinetische Restenergie des Schneidstrahls und insbesondere des Abrasivmittels absorbiert werden. Es gibt daher bereits Vorschläge, sich selbst auflösende Abrasivmaterialien zu verwenden, wie zum Beispiel Eispartikel. So offenbart die DD 298 618 A5 ein Verfahren zum Schneiden mit Hochdruckwasser-Eiskristallstrahl. Die DE 197 56 506 A1 offenbart ein Verfahren zum Abrasiv-Wasserstrahlschneiden, bei dem als Abrasivmittel Trockeneis verwendet wird. Auch hier ist das als Schneidmedium verwendete Wasser in vielen Fällen störend, da es nach dem Schneidvorgang entsorgt werden muss.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlschneidvorrichtung und ein Strahlschneidverfahren anzugeben, mit denen ein rückstandsloses Strahlschneiden durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Strahlschneidvorrichtung zum Trennen von Materialien mittels eines Schneidstrahls, wobei die Strahlschneidvorrichtung wenigstens einen Schneidkopf aufweist, der zum Auslass des Schneidstrahls auf das zu trennende Material eingerichtet ist, wobei der Schneidkopf wenigstens einen ersten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines Schneidmediums in flüssiger Form und wenigstens einen zweiten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines dem Schneidmedium zuzusetzenden Abrasivmittels in Feststoffform aufweist, wobei der erste Zufuhranschluss mit einer ersten Zufuhrleitung die ein verflüssigtes Gas führt, und der zweite Zufuhranschluss mit einer zweiten Zufuhrleitung, die als Abrasivmittel ein in Feststoffform verfestigtes Gas führt, gekoppelt ist. Als Schneidstrahl wird dann eine Mischung aus dem Schneidmedium und dem Abrasivmittel vom Schneidkopf abgegeben. Die Erfindung hat den Vorteil, dass sowohl für das flüssige Schneidmedium als auch für das Abrasivmittel ein Gas verwendet wird, das heißt ein Stoff oder Stoffgemisch, das definitionsgemäß bei Standardbedingungen (Temperatur 20°C, Druck 1 bar) in gasförmigem Aggregatzustand vorliegt. Somit kann mittels der Strahlschneidvorrichtung mit großer Schneidleistung geschnitten werden, ohne dass Rückstände des Schneidmediums oder des Abrasivmittels verbleiben. Diese verflüchtigen sich nach dem Schneidvorgang in die gasförmige Phase und müssen daher nicht mit technischem Aufwand entsorgt werden. Das Abrasivmittel kann in Form von Partikeln zugeführt werden, d.h. als Abrasivpartikel.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Verwendung gasförmiger Medien sowohl für das Abrasivmittel als auch für das Schneidmedium eine besonders ausgeprägte Kühlwirkung an der

Schneidstelle entsteht. Hierdurch kann unerwünschten Erwärmungen der zu trennenden Materialien besonders effektiv entgegengewirkt werden.

Eine zusätzliche Steigerung der Schneidleistung wird im Vergleich zu klassischen Wasserabrasivstrahlschneidverfahren bei der Erfindung noch dadurch erreicht, dass die im Schneidstrahl enthaltenen Substanzen sich beim Austritt aus dem Schneidkopf auf einem niedrigen Temperaturniveau befinden und zusätzliche Kühlung durch den Wechsel in den gasförmigen Aggregatzustand bewirken. Auf diese Weise kann durch eine Temperaturdifferenz zwischen den Medien des Schneidstrahls und den zu trennenden Materialien bei bestimmten Werkstoffen eine Versprödung oder thermische Spannung hervorgerufen werden, die zusätzlich abtragsbegünstigend genutzt werden kann.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für mobile Einsatzfälle, zum Beispiel zum Schneiden von CFK-Verbindungen und für den Einsatz in der Bio-Medizintechnik.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die festen Abrasivpartikel eine thermische Stabilisierung durch das durch Kühlung verflüssigte Gas, das als

Schneidmedium verwendet wird, erfahren.

Es ist insbesondere vorteilhaft, ein Gas mit einem sogenannten Tripel- punkt zu verwenden. Solche Gase haben die Eigenschaft, dass sie bei bestimmten Bedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur sowohl in flüssiger als auch in fester Form vorliegen können und entsprechend miteinander gemischt werden können.

Vorteilhaft ist es hierbei, ein solches Gas oder solche Gase zu verwenden, die für Mensch und Umwelt unschädlich sind, zum Beispiel ohnehin in der Umgebungsluft vorhandene Gasbestandteile. Das zur Bildung des Abra- sivmittels verwendete Gas kann ein anderes Gas sein, als das Gas des Schneidmediums. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für das Schneidmedium und das Abrasivmittel dasselbe Gas verwendet, das heißt das Schneidmedium und das Abrasivmittel bilden im gasförmigen Zustand dasselbe Gas. Vorteilhaft ist insbesondere die Verwendung nicht brennbarer Gase. Insbesondere eignet sich Kohlenstoffdioxid zur Bildung des flüssigen Schneidmediums und/oder des Abrasivmittels. Kohlenstoffdioxid hat den Vorteil, dass es mit relativ geringem technischen Aufwand in flüssiger und in fester Form hergestellt werden kann. Die hierfür erforderlichen Temperaturen liegen noch in einem Bereich, der mit vertretbarem technischen Aufwand beherrschbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Kohlenstoffdioxid nicht brennbar ist und zudem flammenhemmend wirkt.

Das flüssige Schneidmedium kann zum Beispiel in einem Vorratsbehälter bereitgestellt werden, zum Beispiel in einer sogenannten Steigflasche, oder es kann vor Ort im Bereich der Strahlschneidvorrichtung durch eine Gasverflüssigungseinrichtung hergestellt werden. Dementsprechend ist die erste Zufuhrleitung entweder mit dem Vorratsbehälter oder der Gasverflüssigungseinrichtung verbunden.

Das Abrasivmittel kann ebenfalls in einem dafür vorgesehenen getrennten weiteren Vorratsbehälter bereitgehalten werden oder vor Ort im Bereich der Strahlschneidvorrichtung durch eine Gasverfestigungseinrichtung hergestellt werden. Dementsprechend ist die zweite Zufuhrleitung mit dem weiteren Vorratsbehälter oder der Gasverfestigungseinrichtung verbunden.

Es ist dabei vorteilhaft, die erste und die zweite Zufuhrleitung gut wärmeisoliert und gegebenenfalls temperaturgeregelt auszubilden. Das Gleiche gilt für die Vorratsbehälter für das Schneidmedium und das Abrasivmittel beziehungsweise die Gasverfestigungseinrichtung und die Gasverflüssigungseinrichtung.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Strahlschneidvorrichtung, insbesondere deren Schneidkopf, eine Expansionskammer auf, in der dem flüssigen Schneidmedium das Abrasivmittel zugemischt wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Strahlschneidvorrichtung wenigstens eine hinsichtlich des Durchtrittquerschnitts verengte erste Übergangsstelle auf, durch den das flüssige Schneidmedium vom ersten Zufuhranschluss in die Expansionskammer geführt ist. Auf diese Weise kann das flüssige Schneidmedium unter Hochdruck stehend über den ersten Zufuhranschluss zum Schneidkopf zugeführt werden und auf ein Druckniveau expandiert werden, bei dem ein Mischen mit dem Abrasivmittel durchgeführt werden kann. In diesem Sinne ist die Expansionskammer zugleich eine Mischkammer, in der die Mischung aus flüssigem Schneidmedium und Abrasivmittel bereitgestellt wird.

Durch die Verwendung eines flüssigen Schneidmediums, das die Abrasiv- partikel transportiert, können im Vergleich zu einem gasförmigen Transportmedium verbesserte Schneidbedingungen und damit eine höhere Schneidleistung erreicht werden. Insbesondere können durch das flüssige Schneidmedium auch größere, scharfkantige Abrasivpartikel transportiert werden und optimal beschleunigt werden. Auf diese Weise gelangen die Abrasivpartikel mit hoher Aufprallgeschwindigkeit auf die zu trennenden Materialien. Durch die Möglichkeit des Einsatzes größerer, scharfkantiger Abrasivpartikel kann die Schneidleistung weiter gesteigert werden.

Durch die mögliche Steigerung der Größe der Abrasivpartikel im Vergleich zum Stand der Technik erreichen diese Abrasivpartikel eine größere kinetische Energie beim Austritt des Schneidstrahls, wodurch die Schneidleistung zusätzlich gesteigert werden kann.

Es ist möglich, relativ scharfkantige und dennoch große Partikel des Abra- sivmittels einzusetzen, da mögliche entstehende Turbulenzen vom flüssigen Strom des Schneidmediums nahezu egalisiert werden und hierdurch die Schneidleistung gesteigert werden kann. So kann bei Verwendung von Trockeneis als Abrasivmittel eine Mohs-Härte von 3 erreicht werden, was eine hohe Schneidleistung der Strahlschneidvorrichtung ermöglicht. Auf diese Weise kann auch für Einsatzfälle, in denen konstruktionsbedingt keine Fluid- oder Partikelentsorgung vorgenommen werden kann, mit der erfindungsgemäßen Strahlschneidvorrichtung ein Schneidvorgang auch an schwer zu schneidenden Materialien mit hoher Schneidleistung durchgeführt werden.

Die Abrasivmittel-Partikel können in dem Vorratsbehälter oder durch die Gasverfestigungseinrichtung bereits in der gewünschten Größe und scharfkantigen äußeren Form bereitgestellt werden. Es ist auch möglich, das Abrasivmittel zunächst in größeren Stücken oder einem oder wenigen größeren Blöcken bereitzuhalten und dann über eine Zerkleinerungseinrichtung in die gewünschten Partikel einer bestimmten Größe und Scharfkantigkeit umzuwandeln. Als Zerkleinerungseinrichtung kann zum Beispiel ein Crusher verwendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Expansionskammer an einer Austrittsseite für das mit dem Schneidmedium gemischte Abrasivmittel eine hinsichtlich des Durchtrittsquerschnitts verengte zweite Übergangsstelle in ein Austrittsrohr des Schneidkopfes auf. Dies hat den Vorteil, dass sich durch das Verlassen der gekühlten Umgebung und der positiven Druckdifferenz zwischen der Expansionskammer und der Umgebung ein zusätzlicher Düseneffekt einstellt, so dass am Ende des Austrittsrohrs der Strom von flüssigem und festem Schneidmaterial, gegebenenfalls mit einem Druckgas, beschleunigt austritt. Das Austrittsrohr dient hierbei zusätzlich zur Fokussierung des austretenden

Schneidstrahls und kann daher auch als Fokussierungsrohr bezeichnet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Schneidkopf wenigstens eine temperaturgeregelte Kammer auf. So kann zumindest die Expansionskammer innerhalb der temperaturgeregelten Kammer angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass mittels der Temperaturregelung sichergestellt werden kann, dass weder das Schneidmedium noch das Abrasivmittel vorzeitig ihren Aggregatzustand ändern. Das Schneid- medium wird hierdurch flüssig gehalten, das Abrasivmittel in Feststoffform gehalten.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Strahlschneidvorrichtung wenigstens einen dritten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums auf, der mit einem Druckgasvorrat und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist, wobei innerhalb der Strahlschneidvorrichtung die Expansionskammer und/oder die zweite Zufuhrleitung mit dem dritten Zufuhranschluss verbunden ist. Durch eine solche Druckgasbeaufschlagung kann in der Expansionskammer ein gewünschter Druck eingestellt und aufrechterhalten werden. Insbesondere kann das Abrasivmittel mit dem gleichen Druck des Druckgases beaufschlagt sein. Durch die gleichen Drücke im Abrasivmittel und in der Expansionskammer wird durch die in der Expansionskammer hervorgerufene druckabfallbedingte Strömung in Folge des austretenden Schneidstrahls und des nachfließenden Schneidmediums ein Fluidstrom erzeugt, der die über die zweite Zufuhrleitung zugeführten Abrasivpartikel mitreißt. Als Druckgas kann insbesondere Druckluft verwendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schneidkopf oder ein Austrittsrohr des Schneidkopfs einen stromabwärts des ersten und/oder des zweiten Zufuhranschlusses angeordneten vierten Zufuhranschluss zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums aufweist, der direkt oder über einen ersten Druckminderer mit einem Druckgasvorrat und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist. Über einen solchen vierten Zufuhranschluss kann ein definiertes, vorzugsweise geringes Druckgefälle in dem Schneidkopf bzw. dem Austrittsrohr in dem Bereich eingestellt werden, in dem das flüssige Schneidmedium mit dem Abrasivmittel in einer möglichst homogenen Bewegung beschleunigt werden soll. Insbesondere kann durch eine relativ geringe Druckdifferenz zwischen dem ersten bzw. zweiten Zufuhranschlusses und dem vierten Zufuhranschluss sichergestellt werden, dass das flüssige Schneidmedium noch in der flüssigen Phase verbleibt, so dass das flüssige Schneidmedium zusammen mit dem Abrasivmittel in definierter Weise ohne gasblasen-bedingte Turbulenzen beschleunigt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schneidkopf oder ein Austrittsrohr des Schneidkopfs einen stromabwärts des vierten Zufuhranschlusses angeordneten fünften Zu- fuhranschluss zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums aufweist, der direkt oder über einen zweiten Druckminderer mit einem Druckgasvorrat und/oder einem Druckgaserzeuger verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass das bis zum vierten Zufuhranschluss in flüssigem Zustand gehaltene Schneidmedium durch Wahl einer geeigneten Druckdifferenz zwischen dem vierten und dem fünften Zufuhranschluss in definierter Weise an einer Stelle zwischen dem vierten und dem fünften Zufuhranschluss in die gasförmige Phase überführt werden kann.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 10 gelöst durch ein Strahlschneidverfahren zum Trennen von Materialien mittels eines Schneidstrahls, wobei einem flüssigen Schneidmedium ein Abrasivmittel in Feststoffform zugeführt werden, wobei das Schneidmedium ein verflüssigtes Gas ist und das Abrasivmittel aus einem in Feststoffform verfestigten Gas besteht. Durch ein solches Verfahren können ebenfalls die zuvor genannten Vorteile der Erfindung realisiert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren mittels einer Strahlschneidvorrichtung der zuvor beschriebenen Art durchgeführt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das flüssige Schneidmedium unter Hochdruck stehend durch ein Zuführrohr zu einer Düse eines Schneidkopfes geführt, insbesondere des Schneidkopfes der Strahlschneidvorrichtung der zuvor beschriebenen Art. Hier wird ein flüssiger Schneidstrahl erzeugt, der zur Druckabsenkung in eine Expansionskannnner geführt wird, in der dem flüssigen Schneidmedium das Abrasiv- mittel zugemischt wird. Hierbei kann die Expansionskammer mit einem unter Überdruck stehenden gasförmigen Medium, zum Beispiel mit Druckluft, beaufschlagt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zumindest die Expansionskammer derart temperaturgeregelt, dass das flüssige

Schneidmedium und das feste Abrasivmittel zumindest in der Expansionskammer nicht unmittelbar den Aggregatzustand wechseln.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Schneidkopf oder in einem Austrittsrohr des Schneidkopfs stromabwärts der Expansionskammer ein relativer Unterdruck gegenüber dem Druck in der Expansionskammer erzeugt wird, durch den das flüssige Schneidmedium mit dem beigemischten Abrasivmittel ohne Änderung des Phasenzustands beschleunigt wird. Dies hat den Vorteil, dass zunächst ein homogenes Beschleunigen des flüssigen Schneidmediums mit dem Abrasivmittel durchgeführt werden kann, ohne dass hierbei störende Einflüsse durch einen Phasenübergang des flüssigen Schneidmediums in die gasförmige Phase auftreten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 - eine schematische Darstellung einer Strahlschneidvorrichtung und

Figur 2 - Details der Strahlschneidvorrichtung gemäß Figur 1 im Be- reich des Schneidkopfs und

Figur 3 - ein Phasenübergangsdiagramm für Kohlenstoffdioxid.

Figur 4 - eine weitere Ausführungsform der Strahlschneidvorrichtung in

Detaildarstellung.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.

Die Figur 1 zeigt eine Strahlschneidvorrichtung 1 mit einem Schneidkopf 3, aus dem ein Schneidstrahl 2 auf ein zu trennendes Werkstück 4 abgegeben wird. Der Schneidstrahl 2 tritt an einer Austrittsstelle 10 aus einem Fokussierrohr 9 des Schneidkopfes 3 aus. Das Fokussierrohr 9 dient zur Führung und Fokussierung des abgegebenen Schneidstrahls 2.

Der Schneidkopf 3 weist einen ersten Zufuhranschluss 31 zur Zufuhr eines flüssigen Schneidmediums zum Schneidkopf 3 auf, ferner einen zweiten Zufuhranschluss 32 zur Zufuhr eines dem Schneidmedium zuzusetzenden Abrasivm ittels und einen dritten Zufuhranschluss 33 zur Zufuhr eines unter Überdruck stehenden gasförmigen Mediums, das nachfolgend als Druckgas bezeichnet wird. Der erste Zufuhranschluss 31 ist über eine Zufuhrleitung 1 1 mit einer Einrichtung 21 verbunden. Der zweite Zufuhranschluss 32 ist über eine zweite Zufuhrleitung 12 mit einer Einrichtung 22 verbunden. Der dritte Zufuhranschluss 33 ist über eine dritte Zufuhrleitung 13 mit einer Einrichtung 23 verbunden. Die Einrichtung 21 kann als Vorratsbehälter, zum Beispiel als Steigflasche, für das flüssige Schneidmedium ausgebildet sein, oder als Gasverflüssigungseinrichtung für das zum flüssigen Schneidmedium zu verflüssigende Gas. Ist die Einrichtung 21 als Gasverflüssigungseinrichtung ausgebildet, kann sie zusätzlich einen Vorratsbehälter aufweisen, zum Beispiel zur Zwischenspeicherung verflüssigten Gases. Über die erste Zufuhrleitung 1 1 wird das verflüssigte Gas als Schneidmedium dem Schneidkopf 3 zugeführt. Zur Erzeugung des erforderlichen Hochdrucks des verflüssigten Gases kann die Einrichtung 21 eine Hochdruckpumpe, z.B. eine Hochdruckpumpe konventioneller Bauart, aufweisen, mit der das flüssige Schneidmedium auf den Betriebsdruck verdichtet wird.

Die Einrichtung 22 kann als Vorratsbehälter für das Abrasivmittel oder als Gasverfestigungseinrichtung zur Umwandlung des Gases, aus dem das Abrasiv-mittel gebildet ist, in Feststoffform ausgebildet sein. Ist die Einrichtung 22 als Gasverfestigungseinrichtung ausgebildet, kann sie zusätzlich einen Vorratsbehälter für das erzeugte Abrasivmittel aufweisen, zum Beispiel als Zwischenspeicher. Über die zweite Zufuhrleitung 12 wird das verfestigte Gas als Abrasivmittel zu dem Schneidkopf 3 geführt.

Die Einrichtung 23 kann als Vorratsbehälter für das Druckgas oder als Druckgaserzeuger, zum Beispiel als Kompressor, ausgebildet sein. Das Druckgas kann insbesondere Druckluft sein. Ist die Einrichtung 23 als Druckgaserzeuger ausgebildet, kann sie zusätzlich einen Vorratsbehälter aufweisen, zum Beispiel zur Zwischenspeicherung des erzeugten Druckgases.

Die in der Figur 1 in Form einzelner Leitungen dargestellten Zufuhrleitungen 1 1 , 12, 13 können je nach Ausgestaltung der Strahlschneidvorrichtung kürzer oder länger ausfallen. Insbesondere können Sie derart kurz sein, dass eine oder mehrere der Einrichtungen 21 , 22, 23 ganz oder teilweise in den Schneidkopf 3 integriert oder daran angeflanscht sind. Insbesondere im Falle längerer Ausführung der Zufuhrleitungen 1 1 , 12 ist es vorteilhaft, diese gut thermisch zu isolieren und/oder mit einer Kühleinrichtung zu versehen, insbesondere einer temperaturgeregelten Kühleinrichtung.

Zur besseren Handhabung kann der Schneidkopf 3 einen Handgriff 34 aufweisen, an dem er beim Strahlschneiden gehalten wird.

Die Figur 2 zeigt den Schneidkopf 3 mit der ersten, der zweiten und der dritten Zufuhrleitung 1 1 , 12, 13 sowie der Einrichtung 22 in vergrößerter, detaillierterer Schnitt-Darstellung. Erkennbar ist, dass die Strahlschneidvorrichtung mit drei unterschiedlichen Temperaturniveaus Τι, T2 und T3 sowie zwei unterschiedlichen Druckniveaus P1 , P2 betrieben werden kann. Der Schneidkopf 3 weist eine Expansionskammer 7 auf, der das flüssige Schneidmedium über die erste Zufuhrleitung 1 1 und den ersten Zufuhran- schluss 31 zugeführt wird. Die Zuführung zur Expansionskammer 7 erfolgt über eine hinsichtlich des Durchtrittquerschnitts verengte erste Übergangsstelle 6, z.B. in Form einer Düse. Durch die erste Übergangsstelle 6 erfolgt eine Verringerung des Drucks vom Wert P1 auf den Wert P2. In der Expansionskammer 7 werden dem Schneidmedium Partikel des Abrasiv- mittels über die zweite Zufuhrleitung 12 und den zweiten Zufuhranschluss 32 zugeführt. Ferner wird die Expansionskammer 7 über die dritte Zufuhrleitung 13 und den dritten Zufuhranschluss 33 mit dem Druckgas aus der Einrichtung 23 versorgt. Die Expansionskammer 7 befindet sich dabei auf dem gleichen Druckniveau P2 wie die Bereiche, die das Abrasivmittel führen, das heißt die Einrichtung 22 und die zweite Zufuhrleitung 12.

Das mit dem Schneidmedium vermischte Abrasivmittel gelangt über eine Düse 8 in das Fokussierrohr 9 und tritt als Schneidstrahl 2 an der Austrittsstelle 10 daraus aus.

Nachfolgend wird der Betrieb der Strahlschneidvorrichtung anhand des Gases Kohlenstoffdioxid, sowohl für das Abrasivmittel als auch für das Schneidmedium, erläutert.

Die Figur 3 zeigt ein Phasenübergangsdiagramm für Kohlenstoffdioxid. Dort ist entlang der linear skalierten Abszisse die Temperatur in Grad Celsius aufgetragen, entlang der logarithmisch skalierten Ordinate der Druck in bar. Die Linie 40 ist dabei die Sublimationslinie, die Linie 41 die

Schmelzlinie und die Linie 42 die Sättigungslinie. Das Kohlenstoffdioxid befindet sich in dem Bereich oberhalb der Schmelzlinie und der Sublimationslinie im festen Aggregatszustand, zwischen der Schmelzlinie und der Sättigungslinie im flüssigen Aggregatszustand und unterhalb der Sättigungslinie und der Sublimationslinie im gasförmigen Aggregatszustand. Das Bezugszeichen 43 kennzeichnet den Tripelpunkt des Diagramms, das Bezugszeichen 44 den kritischen Punkt.

Die Strahlschneidvorrichtung 1 , wie zuvor erläutert, kann als Schneidmedium mit einem unter Hochdruck stehenden, flüssigen temperaturgeregelten CO2 Medium betrieben werden. Dieses kann zum Beispiel bei 0°C mit 3000 bar bereitgestellt sein (entsprechend dem Punkt 37 in Figur 3), oder bei 20°C mit 4000 bar (entsprechend dem Punkt 38 in Figur 3). Das auf diese Weise bereitgestellte CO2-Medium wird durch die erste Zufuhrleitung 1 1 in den ersten Zufuhranschluss 31 durch erste Übergangsstelle 6 geführt, in der ein flüssiger Strahl des Schneidmediums auf geringerem Druckniveau erzeugt wird. Der Zustand des Schneidmediums nach Austritt aus der ersten Übergangsstelle 6 ist in der Figur 3 durch den Punkt 39 dargestellt. Es erfolgt somit ein Übergang vom Punkt 37 zum 39 oder vom Punkt 38 zum Punkt 39. In der Expansionskammer 7 werden diesem flüssigen Schneidmedium die festen CO2-Partikel als Abrasivmittel zugeführt. Diese weisen bereits eine Ausgangsgröße auf, die für ein Strahlschneiden geeignet ist. Es kann der Effekt auftreten, dass sich die Abrasivpartikel auf dem Weg durch das Fokussierungsrohr 9 in Folge der Anlagerung gefrierenden flüssigen Schneidmediums vergrößern.

In der Expansionskammer kann zum Beispiel ein Arbeitspunkt bei -57°C und 7 bar Druck eingestellt werden, entsprechend dem Punkt 39 in Figur 3.

Da sich die Drücke P1 und P2 voneinander unterscheiden, ist es erforder- lieh, in unmittelbarer Umgebung der Expansionskammer 7 eine temperaturgeregelte Kühlkammer 5 vorzusehen, so dass zum einen der flüssige CO2-Strom nicht in die gasförmige Phase übertritt und zum anderen die festen CO2-Partikel (Trockeneis) ebenfalls nicht unmittelbar den Aggregatzustand wechseln. Die Kühlkammer kann zum Beispiel Kühlwendel aufweisen, durch die ein flüssiges Kühlmedium, zum Beispiel Glykol oder R134a, gefördert wird.

Nach Durchquerung der Expansionskammer 7 wird der Strom von flüssigem und festem CO2 durch eine zweite Übergangsstelle 8 in das Fokus- sierungsrohr 9 geleitet, in dem bedingt durch das Verlassen der gekühlten Umgebung und der positiven Druckdifferenz zwischen der Expansionskammer 7 und der Umgebung sich zusätzlich ein Düseneffekt einstellt, so dass am Ende des Fokussierungsrohrs 9 der Strom von flüssigem und festem CO2 sowie der Druckluft beschleunigt austritt. Zusätzlich erfahren die festen CO2-Partikel eine thermische Stabilisierung durch das flüssige CO2-Schneidmedium.

Hierbei wird der Effekt genutzt, dass das Kohlenstoffdioxid in Abhängigkeit von Druck und Temperatur über einen Tripelpunkt verfügt, das heißt das Kohlenstoffdioxid kann in festem sowie in flüssigem Zustand bei gleicher Temperatur und gleichem Druck nebeneinander vorliegen. Der Phasenübergang (flüssig nach gasförmig beziehungsweise fest nach gasförmig) erfolgt nach Beendigung des Schneidvorgangs nach erfolgter Trennung und Kühlung des Schneidbereichs des Werkstücks 4. Letztendlich bleibt vom Schneidstrahl 2 nur gasförmiges Kohlenstoffdioxid über. Somit ist ein rückstandsfreies Strahlschneiden möglich.

Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Strahlschneidvorrichtung, wobei eine Detaildarstellung ähnlich der Figur 2 verwendet wird. Im Unterschied zur anhand der Figur 2 erläuterten Ausführungsform weist der Schneidkopf 3 im Bereich des Austrittsrohrs 9 einen vierten Zufuhran- schluss 56 sowie als weitere Option einen fünften Zufuhranschluss 57 auf. Der vierte Zufuhranschluss 56 ist über einen ersten Druckminderer 54 über Leitungen 51 , 52 mit einem Druckgasvorrat verbunden, z.B. mit der unter Überdruck stehenden Einrichtung 22 oder dem Druckgasvorrat 23. Der fünfte Zufuhranschluss 57 ist über einen zweiten Druckminderer 55 über Leitungen 51 , 53 mit einem Druckgasvorrat verbunden, z.B. mit der unter Überdruck stehenden Einrichtung 22 oder dem Druckgasvorrat 23.

Über die Druckgaszufuhr über den vierten und ggf. den fünften Zufuhranschluss 56, 57 soll ein Druckgefälle gegenüber dem zweiten Zufuhranschluss 32 bzw. der Expansionskammer 7 geschaffen werden. Insbesondere soll der am vierten Zufuhranschluss 34 vorliegende Druck geringfügig niedriger sein als der an der zweiten Übergangsstelle 8 vorliegende Druck. Hierzu ist eine Druckminderung erforderlich, wenn beide Stellen aus demselben Druckvorrat gespeist werden, wie in der Figur 4 dargestellt. Hierfür dienen der erste Druckminderer 54 bzgl. des vierten Zufuhranschlusses 56 und der zweite Druckminderer 55 bzgl. des zweiten Zufuhranschlusses 57. Die Druckminderer 54, 55 können als Drossel oder Blende mit festem oder einstellbarem Querschnitt ausgebildet sein.

Über den vierten Zufuhranschluss 56 wird ein nur minimal niedrigerer Druck als an der Übergangsstelle 8 erzeugt. Durch diese geringfügige Druckdifferenz, z.B. im Bereich von 0,1 bar, kann das mit dem Abrasivmit- tel gemischte flüssige Schneidmedium bis zu dem vierten Zufuhranschluss 56 beschleunigt werden, ohne dass ein Phasenübergang stattfindet, d.h. das flüssige Schneidmedium bleibt in der flüssigen Phase. Erst hinter dem vierten Zufuhranschluss 56 kann ein Übergang des flüssigen Schneidmediums in die gasförmige Phase erfolgen. Dies kann, wenn der fünfte Zufuhranschluss 57 nicht vorgesehen ist, einfach durch den stromabwärts des vierten Zufuhranschlusses 56 erfolgenden Druckanstieg auf das Atmosphärenniveau im Bereich der Austrittsstelle 10 erfolgen. Wenn der fünfte Zufuhranschluss 57 vorhanden ist, kann dort durch Einspeisen ei- nes weiteren, in diesem Fall erheblich niedrigeren Druckwerts als am vierten Zufuhranschluss 56 der Übergang in die gasförmige Phase noch präziser gesteuert werden. So kann z.B., wenn an der Übergangsstelle 8 einen Druck von 15 bar anliegt, über den fünften Zufuhranschluss 57 ein Druck von 5 bar eingespeist werden.

Der vierte Zufuhranschluss 56 ist vorteilhafterweise, bezogen auf die Längserstreckung L des Austrittsrohrs 9 zwischen der Übergangsstelle 8 und der Austrittsstelle 10, in der unteren Hälfte der Längserstreckung L angeordnet, z.B. am Übergang in das untere Drittel. Auf diese Weise wird eine relativ lange Beschleunigungsstrecke für das flüssige Schneidmedium in Kombination mit dem Abrasivmittel bereitgestellt, in dem dieses in definierter Weise ohne gasförmige Turbulenzen beschleunigt werden kann.