DE60028949T2

DE60028949T2 - Verfahren und vorrichtung zur flüssigkeitsstrahl- formung

Info

Publication number: DE60028949T2
Application number: DE60028949T
Authority: DE
Inventors: A. Mohamed Bellevue HASHISH; J. Steven Auburn CRAIGEN; M. Felice Issaquah SCIULLI; Yasuo Baba
Original assignee: Flow International Corp
Current assignee: Flow International Corp
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: US6752686B1; EP1702734A3; US6875084B2; DE60028949D1; ES2265925T3; US6464567B2; US6945859B2; US20040235395A1; AU3737900A; US20020034924A1; AU767707B2; CA2367934C; US20010046833A1; US6280302B1; DE60042223D1; ATE330711T1; WO2000056466A3; ATE431230T1; US20040235389A1; EP1702734B1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von Hochdruckfluidstrahlen und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von Fluidstrahlen mit einem gesteuerten Kohärenzlevel.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Fluidstrahlen wurden verwendet, um Substrate durch Druckbeaufschlagen und Fokussieren von Wasserstrahlen oder anderen Fluiden von bis zu 6,895·10⁸ Pa (100.000 psi) und darüber hinaus und durch Richten dieser Strahlen gegen die Substrate zu reinigen, zu schneiden oder anders zu behandeln. Die Fluidstrahlen können eine Vielzahl an Querschnittsformen und Größen aufweisen, abhängig von der betreffenden Anwendung. Zum Beispiel können die Strahlen eine relativ kleine, runde Querschnittsform zum Schneiden der Substrate aufweisen und können eine größere und/oder unrunde Querschnittsform zum Reinigen oder anderem Behandeln der Oberflächen der Substrate aufweisen.
Ein Nachteil bei herkömmlichen Fluidstrahlen ist, dass diese bestimmte Materialien, wie zum Beispiel Fiberglas, Kleidung und spröden Kunststoff, abreißen oder deformieren können. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Effektivität von herkömmlichen Fluidstrahlen besonders empfindlich hinsichtlich des Abstandes zwischen dem Substrat und der Düse, durch welche der Fluidstrahl austritt, sein kann. Entsprechend kann es schwierig sein, gleichmäßig Substrate zu behandeln, die eine variable Oberflächentopografie aufweisen. Es kann auch schwierig sein, die gleiche Druckstrahlvorrichtung zu verwenden, um eine Vielzahl an unterschiedlichen Substraten zu behandeln. Noch ein weiterer Nachteil ist es, dass einige herkömmliche Fluidstrahldüsen, insbesondere für unrunde Fluidstrahlen, schwierig und/oder mit hohem Aufwand herzustellen zu sind.
Entsprechend besteht der Bedarf nach dem Stand der Technik für eine verbesserte Fluidstrahlvorrichtung, die relativ einfach herzustellen ist, und die geeignet ist, eine Vielzahl an Substraten zu schneiden oder anderweitig zu behandeln, ohne überempfindlich auf die Abstandsentfernung zwischen der Düse und dem Substrat zu sein. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und schafft weiter entsprechende Vorteile.
In der europäischen Patentanmeldung EP 382 319 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchstechen von spröden Kunststoffmaterialien mit abrasivgeladenen Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahlen offenbart. Darin wird ein abrasives Strahlsystem zum Schneiden von spröden Materialien offenbart. Ein Merkmal des offenbarten Systems ist eine strahlerzeugende Düsenanordnung, welche Mittel zum Erzeugen von Turbulenzen in der strahlbildenden Flüssigkeit während der Zeitdauer umfasst, in welcher der Strahl anfangs auf das spröde Material auftrifft, so dass die Schlagbeanspruchung auf das Material verringert ist. Ein zweites darin offenbartes Merkmal ist eine zusätzliche Ansaugvorrichtung, bevorzugt in der Form einer zweiten Düse, die für ein maximales Ansaugen bemessen ist, welche eine im Wesentlichen konstante Zuführrate von einem abrasiven Mittel in die Schneiddüsenanordnung während der Turbulenz erzeugenden Phase während des Betriebes zuführt.
In der europäischen Patentanmeldung EP 391 500 A2 ist eine abrasive Strahldüsenanordnung für Kleinlochbohren und zum Schneiden von dünnen Fugen veröffentlicht. Solche Anordnungen umfassen einen Mischbereich, in dem abrasive Partikel in einem Hochgeschwindigkeitswasserstrahl mitgerissen werden, der gebildet wird, wenn Hochdruckwasser durch eine strahlbildende Öffnung gezwungen wird. Zwischen den einzelnen Elementen der Düsenanordnung befinden sich nach innen verjüngende abrasive Wege unmittelbar stromaufwärts des Mischbereichs, Spülleitungen unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des Mischbereichs und auslassende Durchlässe stromaufwärts des Mischbereichs ausgebildet, welche das Zurückfliegen von abrasivem Schmutz zu der strahlbildenden Öffnung verhindern.
Ein Schneidkopf für eine Wasserstrahlschneidanordnung, welche Wasser oder ein anderes flüssiges Medium bei ultrahohem Druck verwendet, mit dem Schneidkopf, der eine Anordnung in einem länglichen Gehäuse umfasst, mit einer zentralen Bohrung ent lang seiner Achse und einschließend eine Förderdüse an dem distalen Ende der Anordnung, ist in dem US-Patent US 5,851,149 beschrieben.
In dem US-Patent US 4,555,872 ist ein partikelbeinhaltendes Hochgeschwindigkeits-Fluidstrahlverfahren veröffentlicht. Das Verfahren zum Einführen fester Partikel in Fluidströme unter betätigter Steuerung ist in diesem Dokument genauso veröffentlicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Zusammengefasst schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß Ansprüchen 19 bzw. 1. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Fluidstrahl zwei Fluide umfassen: ein erstes Fluid und ein zweites Fluid. Das erste Fluid kann durch eine Düsenöffnungen und in eine Stromabwärtsleitung strömen. Zumindest eine der Düsen und der Leitungen kann eine Öffnung aufweisen, die ausgebildet ist, um mit einer Quelle des zweiten Fluids so gekoppelt zu sein, dass das zweite Fluid mit dem ersten Fluid mitgerissen wird und die zwei Fluide die Leitung durch eine Ausgangsöffnung verlassen.
In einem Aspekt dieses Ausführungsbeispiels kann der Druck des ersten und/oder des zweiten Fluids gesteuert werden, um eine erwünschte Wirkung zu erzielen. Zum Beispiel kann das zweite Fluid einen im Wesentlichen niedrigeren Druck relativ zu dem ersten Fluiddruck aufweisen, um die Kohärenz des Fluidstrahls zu erhöhen, oder das zweite Fluid kann einen höheren Druck aufweisen, um die Kohärenz des Fluidstrahls zu senken. In einem anderen Aspekt diese Ausführungsbeispiels kann der Fluss des zweiten Fluids umgekehrt werden, so dass dieser durch die Ausgangsöffnung der Leitung herein und durch die Öffnung heraus gezogen wird.
In einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Fluidstrahl, der die Leitung verlässt, zu einem faserartigen Material gelenkt werden, um das Material zu schneiden. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Leitung drehbar ausgebildet sein und das Verfahren kann das Drehen der Leitung umfassen, um den Fluidstrahl zu der Wand einer zylindrischen Öffnung zu lenken, wie zu der Bohrung eines Fahrzeugmotorblocks.
In noch weiteren Ausführungsbeispielen können andere Vorrichtungen verwendet werden, um die Turbulenz des Fluids zu manipulieren, welches durch die Düse strömt, und somit die Kohärenz des resultierenden Fluidstrahls. Zum Beispiel können Turbulenzerzeuger wie zusätzliche Düsenöffnungen, ein Vorsprung oder eine konische Flusspassage stromaufwärts der Öffnung positioniert werden, um die Turbulenz des Flusses, welcher die Düsenöffnung erreicht, zu erhöhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine teilweise schematische, teilweise quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1B ist eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht eines Teils der Vorrichtung, die in 1A dargestellt ist.
2 ist eine teilweise quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung mit einem Lieferleitungsgehäuse gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 ist eine teilweise quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung mit einem zweiten Fluss, der an zwei axial voneinander beabstandeten Stellen gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung eingeführt wird.
4A ist eine teilweise quer geschnittene Vorderansicht einer Vorrichtung mit einer entfernbaren Düsen- und Leitungsanordnung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4B ist eine teilweise quer geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung, die in 4A gezeigt ist.
5 ist eine teilweise quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung mit einer Vielzahl an drehbaren Düsen zur Behandlung einer zylindrischen Bohrung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 ist eine teilweise quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung mit einer auseinanderlaufenden, konischen Leitung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 ist eine teilweise quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung mit einer stromaufwärts liegenden Düse und einer stromabwärts liegenden Düse, die axial stromabwärts von der stromaufwärts gerichteten Düse gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet ist.
8A ist eine quer geschnittene Seitenansicht einer Düsenkartusche gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8B ist eine quer geschnittene Seitenansicht einer Düsenkartusche gemäß einem ersten alternativen Ausführungsbeispiel der Düsenkartusche, die in 8A dargestellt ist.
8C ist eine quer geschnittene Seitenansicht einer Düsenkartusche gemäß einem zweiten, alternativen Ausführungsbeispiels der Düsenkartusche, die in 8A dargestellt ist.
8D ist eine quer geschnittene Seitenansicht einer Düsenkartusche gemäß einem dritten alternativen Ausführungsbeispiels der Düsenkartusche, die in 8A dargestellt ist.
9 ist eine quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung mit einer konischen Leitung, die gegen eine Düsenunterstützung betrieben wird, gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 ist eine teilweise quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung mit stromaufwärts und stromabwärts liegenden Düsen und stromabwärts liegenden Öffnungen zum Mitreißen eines zweiten Flusses gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Allgemeinen wurden konventionelle Hochdruckfluidstrahlenverfahren- und -vorrichtungen darauf gerichtet, ein Hochdruckfluid durch eine Düsenöffnung zu zwängen, um hochfokussierte oder kohärente Flüssigkeitsstrahlen zu erzeugen, die durch ausgewählte Materialien schneiden können oder diese bearbeiten können. Im Gegensatz dazu umfasst ein Aspekt der vorliegenden Erfindung das Steuern der Kohärenz des Fluidstrahls durch Manipulieren des Turbulenzgrads des Fluids stromaufwärts und/oder stromabwärts der Düsenöffnung. Der Turbulenzgrad kann mit einem Turbulenzerzeuger oder Turbulenz erzeugenden Mitteln manipuliert werden, die zum Beispiel eine zweite Öffnung stromaufwärts der Düsenöffnung oder einen Vorsprung, der sich in den Fluss stromaufwärts der Düsenöffnung erstreckt, umfassen. Alternativ kann das Turbulenz erzeugende Mittel eine Öffnung oder mehrere Öffnungen stromabwärts der Düsenöffnung umfassen, durch welche ein zweites Fluid entweder eingepumpt oder herausgezogen wird. Der Druck des zweiten Fluids kann so ausgewählt sein, um entweder die Kohärenz des resultierenden Fluidstrahls zu erhöhen oder zu senken. Entsprechend ist die folgende Beschreibung auf eine Vielzahl an Kohärenzsteuervorrichtungen und -verfahren gerichtet, einschließlich eines Turbulenzerzeugungsmittels, das die Kohärenz des Fluidstrahls verringern kann, sowie ein Mittel zum Erhöhen der Kohärenz des Fluidstrahls.
Eine Fluidstrahlvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1A und 1B dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Zuführleitung 40, die ein erstes Fluid zu einer Düse 30 zuführt. Die Vorrichtung 10 kann weiter einen Turbulenzerzeuger 75 umfassen, welcher gemäß einem Aspekt der Erfindung zweite Flussöffnungen 22 umfasst, die ein zweites Fluid mit dem ersten Fluid mitreißen. Die ersten und zweiten Fluide können zusammen in eine axiale, längliche Lieferleitung 50 strömen und die Lieferleitung 50 in der Form eines Fluidstrahls 90 verlassen, der auf ein darunter befindliches Substrat 80 auftrifft.
Insbesondere kann die Vorrichtung 10 eine Zufuhr für das erste Fluid 41 (schematisch in 1A dargestellt) umfassen, welches mit der Zuführleitung 40 gekoppelt ist. Die Zufuhr für das erste Fluid 41 kann ein Fluid in einer Gasphase, wie Luft, oder ein Fluid in einer Flüssigphase, wie Wasser, Saline oder andere geeignete Fluide, zuführen. Die Zufuhr für das erste Fluid 41 kann auch ein Druckmittel umfassen, wie eine Pumpe mit einem Verstärker oder eine andere Hochdruckeinrichtung, um das erste Fluid bis zu 6,895·10⁸ Pa (100.000 psi) Druck und darüber hinaus zu beaufschlagen. Zum Beispiel sind direkt angetriebene Pumpen, die geeignet sind, um Drücke bis zu 3,447·10⁸ Pa (500.000 psi) zu erzeugen und Pumpen mit Verstärkern, die geeignet sind, Drücke bis zu 6,895·10⁸ Pa (100.000 psi) und darüber hinaus zu erzeugen, erhältlich von Flow International Corp. of Kent, Washington, oder Ingersoll-Rand of Baxters Springs, KS. Der bevorzugt ausgewählte Druck und die gewählte Pumpe können abhängig von den Eigenschaften des Substrats 80 und von der angedachten Wirkung des Fluidstrahls 90 auf das Substrat 80 abhängen, wie detaillierter weiter unten erörtert wird.
Die Zuführleitung 40 ist stromaufwärts der Düse 30 positioniert. In einem Ausführungsbeispiel kann die Düse 30 relativ zu der Zuführleitung 40 durch eine Düsenunterstützung 20 unterstützt werden. Eine Halterung 21 kann über ein Gewinde mit der Zuführleitung 40 im Eingriff stehen und die Düsenunterstützung 20 (mit der installierten Düse 30) in Eingriff mit der Zuführleitung 40 vorspannen. Die Düsenunterstützung 20 kann eine Passage 27 umfassen, welche die Düse 30 aufnimmt und das erste Fluid durch die Düse 30 lenkt. Eine ringförmige Düsenabdichtung 35 (1B) kann die Schnittstelle zwischen der Düse 30 und der Düsenunterstützung 20 abdichten.
Die Düse 30 kann eine Düsenöffnung 33 (1B) aufweisen, die sich durch die Düse von einer Eingangsöffnung 31 zu einer Ausgangsöffnung 32 erstreckt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Düsenöffnung 33 eine im Wesentlichen achsensymmetrische Querschnittsform aufweisen, die sich von der Eingangsöffnung 31 zu der Ausgangsöffnung 32 erstreckt, und in anderen Ausführungsbeispielen kann ein Teil oder können mehrere Teile der Düsenöffnung 33 eine im Wesentlichen elliptische oder anders geformte Querschnittsform zum Erzeugen von Fluidstrahlen mit korrespondierenden, nicht achsensymmetrischen Querschnittsformen aufweisen. Die Düse 30 kann mit Saphiren, Diamanten oder anderen harten Materialien gefertigt werden, die den hohen Drücken und Belastungen Stand halten können, die durch das erste Hochdruckfluid erzeugt werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine Mitreißregion 59 (1A) stromabwärts der Düse 30 angeordnet. In einem bevorzugten Aspekt dieses Ausführungsbeispiels weist die Mitreißregion 59 einen Flussbereich auf, der größer ist, als der der Düsenöffnung 33, um es zu ermöglichen, dass das zweite Fluid durch die zweiten Flussöffnungen 22 mitgerissen wird. In dem Ausführungsbeispiel, das in 1A dargestellt ist, sind vier kreisförmige zweite Flussöffnungen 22 (drei von denen sind in 1A sichtbar) in etwa der gleichen axialen Stelle relativ zu der Düse 30 voneinander beabstandet. In alternativen Ausführungsbeispielen können mehr oder weniger zweite Flussöffnungen 22 mit den gleichen oder anderen Querschnittsformen irgendwo entlang einer Flusspassage positioniert werden, die sich stromabwärts der Ausgangsöffnung 32 erstreckt. Die zweiten Flussöffnungen 22 können im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung des Flusses durch die Mitreißregion 59 (wie in 1A dargestellt) orientiert sein, oder in einem spitzen oder stumpfen Winkel relativ zu der Flussrichtung, wie detaillierter weiter unten in Bezug auf 3 diskutiert wird.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Bereich radial außerhalb der zweiten Flussöffnungen 22 mit einem Verteiler 52 umschlossen sein, um einheitlicher das zweite Fluid an die zweiten Flussöffnungen 22 zu verteilen. Der Verteiler 52 kann einen Verteilereingang 56 umfassen, der mit einer Zufuhr für ein zweites Fluid 51 (schematisch in 1A dargestellt) gekoppelt ist. In einem Ausführungsbeispiel kann die Zufuhr für ein zweites Fluid 51 ein Gas, wie Luft, Sauerstoff, Nitrogenium, Karbondioxid oder ein anderes geeignetes Gas, zu dem Verteiler 52 zuführen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Zufuhr für das zweite Fluid 51 eine Flüssigkeit zu dem Verteiler 52 zuführen. In jedem Ausführungsbeispiel kann das zweite Fluid ausgewählt werden, um eine erwünschte Wirkung auf die Kohärenz des Fluidstrahls 90 zu haben, wie weiter unten detaillierter erörtert wird.
Die Lieferleitung 50, die stromabwärts zu der Mitreißregion 59 positioniert ist, kann die ersten und zweiten Fluide empfangen, um den Fluidstrahl 90 zu bilden. Entsprechend kann die Lieferleitung 50 eine stromaufwärts liegende Öffnung 54 aufweisen, die stromabwärts zu den zweiten Flussöffnungen 22 positioniert ist. Die Lieferleitung 50 kann weiter eine stromabwärts liegende Öffnung 55, durch welche der Fluidstrahl 90 austritt, und einen Kanal 53, der sich zwischen der stromaufwärtigen Öffnung 54 und der stromabwärtigen Öffnung 55 erstreckt, umfassen. Die Lieferleitung 50 kann mit der Halterung 21 durch jedes der verschiedenen konventionellen Mittel, einschließlich Klebmittel, verbunden werden, und kann Materialien umfassen (wie einen rostfreien Stahl), die resistent gegen Verschleißkräfte des Fluidstrahls 90 sind, wenn der Fluidstrahl 90 durch die Lieferleitung 50 strömt.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Flussbereich durch den Flusskanal 53 der Lieferleitung 50 größer als der kleinste Durchmesser der Düsenöffnung 33 durch die Düse 30, um es zu ermöglichen, dass der Flussbereich groß genug ist für das erste Fluid, um das zweite Fluid mitzureißen. Zum Beispiel kann die Düsenöffnung 33 einen minimalen Durchmesser von zwischen 0,0762 mm und 1,27 mm (0,003 Inch und 0,05 Inch) aufweisen und die Lieferleitung 50 kann einen minimalen Durchmesser von zwischen 0,254 mm und 2,54 mm (0,01 Inch und 0,10 Inch) aufweisen. Die Lieferleitung 50 kann eine Gesamtlänge (zwischen der stromaufwärtigen Öffnung 54 und der stromabwärtigen Öffnung 55) von zwischen 10 und 200-mal der Größe des mittleren Durchmessers der Öffnung stromabwärts der Lieferleitung 50 aufweisen, um ein ausreichendes Mischen des zweiten Fluids mit dem ersten Fluid zu ermöglichen. Wie hier verwendet, bezieht sich der mittlere Durchmesser der stromabwärtsliegenden Öffnung 55 auf die lineare Abmessung, welche, wenn sie quadriert wird, mit Pi multipliziert wird (etwa 3,1415) und durch vier dividiert wird, dem Flussbereich der stromabwärts liegenden Öffnung 55 entspricht.
Die Geometrie der Vorrichtung 10 und die Eigenschaften des ersten und zweiten Fluids können auch ausgewählt werden, um eine erwünschte Wirkung auf das Substrat zu erzeugen. Zum Beispiel kann, wenn die Vorrichtung 10 verwendet wird, um faserartige Materialien zu schneiden, das erste Fluid als Wasser mit einem Druck von zwischen etwa 1,724·10⁸ Pa (25.000 psi) und etwa 6,895·10⁸ Pa (100.000 psi) (bevorzugt etwa 3,792·10⁸ Pa [55.000 psi]) ausgebildet sein und das zweite Fluid kann Luft bei einem Druck von zwischen Umgebungsdruck (bevorzugt) und etwa 6,895·10⁴ Pa (10 psi) sein. Wenn der minimale Durchmesser der Düsenöffnung 33 zwischen etwa 0,127 mm (0,005 Inch) und etwa 0,508 mm (0,020 Inch) (bevorzugt bei etwa 0,1778 mm (0,007 Inch)) liegt, kann der minimale Durchmesser der Lieferleitung 50 zwischen etwa 0,254 mm (0,01 Inch) und zwischen 2,54 mm (0,10 Inch), bevorzugt etwa 0,58 mm (0,020 Inch) liegen und die Länge der Lieferleitung 50 kann zwischen etwa 2,54 cm und 12,7 cm (1,0 und 5,0 Inch) (bevorzugt etwa 5,08 cm (2,0 Inch)) liegen.
Alternativ kann, wenn die Vorrichtung 10 verwendet wird, um Aluminiumsubstrat kalt zu verfestigen, das erste Fluid Wasser bei einem Druck von zwischen etwa 6,895·10⁷ Pa (10.000 psi) und etwa 6,895·10⁸ Pa (100.000 psi) (bevorzugt etwa 3,103·10⁸ Pa (45.000 psi)) sein und das zweite Fluid kann Wasser bei einem Druck von zwischen Umgebungsdruck und etwa 6,895·10⁵ Pa (100 psi) (bevorzugt etwa 4,1369·10⁵ Pa (60 psi)) sein, das mit einer Rate von zwischen etwa 0,18927 Liter pro Minute (l/min) (0,05 Gallonen pro Minute (gpm)) und etwa 1,8927 Liter pro Minute (l/min) (0,5 gpm) (bevorzugt etwa 0,1 gpm) zugeführt wird. Der minimale Durchmesser der Düsenöffnung 33 kann etwa zwischen 0,124 mm (0,005 Inch) und etwa 0,58 mm (0,020 Inch) (bevorzugt etwa 0,254 mm (0,01 Inch)) liegen und die Lieferleitung 50 kann einen Durchmesser von zwischen 0,381 mm (0,015 Inch) und etwa 1,778 mm (0,2 Inch) (bevorzugt etwa 0,762 mm (0,03 Inch)) aufweisen und eine Länge von etwa zwischen 9,525 mm (0,375 Inch) und etwa 76,2 cm (30 Inch) (bevorzugt etwa 10,16 cm (4 Inch)) aufweisen. Eine Abstandsentfernung 60 zwischen dem Substrat 80 und der Öffnung stromabwärts 55 der Leitung 50 kann etwa zwischen 2,54 cm (1,0 Inch) und etwa 25,4 cm (10,0 Inch) (bevorzugt etwa 76,2 mm (3,0 Inch)) betragen.
Der Massenfluss und -druck des zweiten Fluids relativ zu dem ersten Fluid kann gesteuert werden, um die Kohärenz des Fluidstrahls 90 zu beeinflussen. Zum Beispiel kann dort, wo das erste Fluid Wasser bei einem Druck von zwischen 6,895·10⁷ und 6,895·10⁸ Pa (10.000 und 100.000 psi) beträgt und das zweite Fluid Luft ist bei einem Umgebungsdruck oder einem Druck von etwa zwischen 20.684 Pa (3 psi) und etwa 1,37895·10⁵ Pa (20 psi), die Flussrate des zweiten Fluids etwa zwischen 1% und etwa 20% der Flussrate des ersten Fluids betragen. Bei diesen Flussraten kann das zweite Fluid die Kohärenz des Fluidstrahls 90 verringern, wodurch bewirkt wird, dass dieses von einem hochfokussierten Fluidstrahl zu einem mehr verteilten (oder weniger kohärenten) Fluidstrahl sich verändert, der diskrete Fluidtropfen umfasst.
In jedem der vorstehenden und nachfolgenden Verfahren kann die Vorrichtung 10 relativ zu dem Substrat 80 oder anders herum bewegt werden, um den Fluidstrahl 90 entlang eines ausgewählten Weges über die Oberfläche des Substrats 80 zu bewegen. Die Geschwindigkeit, die Größe, die Form und der Abstand der Tropfen, welche den Fluidstrahl 90 bilden, kann gesteuert werden, um einen erwünschten Effekt (d. h. Schneiden, Fräsen, Kaltverhärten oder Aufrauen) an dem Substrat 80 zu erzeugen.
Ein Vorteil des verteilten Fluidstrahls 90 ist, dass dieser effektiver durch bestimmte faserartige Materialien wie Kleidung, Filz und Glasfasern schneiden kann, genauso wie durch bestimmte spröde Materialien, wie einige Kunststoffe. Zum Beispiel kann der dispergierte Fluidstrahl durch faserartige Materialien schneiden, ohne ausgefranste Kanten zu hinterlassen, welche typisch für Schnitte sind, die mittels konventioneller Strahlen gemacht wurden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Eigenschaften des dispergierten Fluidstrahls 90 über eine größere Distanz stromabwärts der stromabwärtsgelegenen Öffnung 55 der Lieferleitung 50 aufrecht gehalten werden können, auch wenn der Fluidstrahl selbst divergierend ausgebildet ist. Zum Beispiel ist es weniger wahrscheinlich, dass, wenn einmal der Fluidstrahl 90 das zweite Fluid in der gesteuerten Umgebung innerhalb der Leitung 50 mitgerissen hat, jegliche zusätzliche Umgebungsluft mitgerissen wird, nachdem diese die Leitung 50 verlassen hat, und es kann deshalb stabiler ausgebildet sein. Entsprechend kann der Fluidstrahl 90 effektiv über einen größeren Bereich von Abstandsdistanzen 60 ausgebildet sein. Diese Wirkung ist insbesondere vorteilhaft, wenn die gleiche Vorrichtung 10 verwendet wird, um mehrere Substrate 80 zu bearbeiten, die an unterschiedlichen Abstandsdistanzen 60 von der stromabwärts liegenden Öffnung 55 angeordnet sind.
Noch ein weiterer Vorteil der Vorrichtung 10 ist, dass bestehende Düsen 30, die auf herkömmliche Weise kohärente Strahlen erzeugen, in der Vorrichtung installiert werden können, um dispergierte Fluidstrahlen 90 zu erzeugen, ohne Veränderung der Geometrie der bestehenden Düsen 30 vorzunehmen. Entsprechend können Benutzer kohärente und dispergierte Strahlen mit den gleichen Düsen erzeugen.
Die Vorrichtung 10, die in 1 dargestellt ist, kann gemäß einer Vielzahl an Verfahren verwendet werden, um eine korrespondierende Vielzahl an Ergebnissen zu erzielen. Zum Beispiel kann, wie zuvor erörtert, das zweite Fluid in den Fluidstrahl 90 eingefügt werden, um den Fluidstrahl 90 zu dispergieren und die Effektivität, mit welcher der Strahl durch faserartige Materialien schneidet, zu erhöhen. In einem anderen Aus führungsbeispiel kann das zweite Fluid mit einem niedrigeren Druck (in dem Bereich von etwa zwischen 2 psi und etwa 3 psi in einem Ausführungsbeispiel) eingefügt werden, um die Kohärenz des Fluidstrahls 90 zu erhöhen. In einem anderen Aspekt dieses Ausführungsbeispiels weist das zweite Fluid eine im Wesentlichen niedrigere Viskosität auf als das erste Fluid und kann einen ringförmigen Puffer zwischen dem ersten Fluid und den Wänden der Leitung 50 bilden. Der Puffer kann die Reibung zwischen dem ersten Fluid und den Leitungswänden verringern und kann entsprechend die Tendenz des ersten Fluids zu dispergieren verringern.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann das zweite Fluid ein kriogenisches Fluid wie flüssiger Stickstoff sein, oder kann auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes des ersten Fluids gekühlt werden, so dass wenn das erste und das zweite Fluid sich mischen, Teile des ersten Fluids einfrieren können und gefrorenen Partikel bilden können. Die gefrorenen Partikel können verwendet werden, um die Oberfläche des Substrats 80 kalt zu härten, aufzurauen oder anderweitig zu bearbeiten.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Fluss des zweiten Fluids und/oder des ersten Fluids pulsiert werden, um einen Strahl zu bilden, der unterbrochene hohe Energieschübe aufweist. Das Fluid kann durch Regulieren entweder der Massenflussrate oder des Druckes des Fluids pulsiert werden. In einem weiteren Aspekt dieses Ausführungsbeispiels kann die Rate, mit welcher das Fluid pulsiert wird, ausgewählt werden (basierend auf der Länge der Lieferleitung 50), um Schwingungen zu erzeugen, die bewirken, dass der Fluidstrahl 90 eine Resonanz erfährt und dadurch die Energie jedes Pulses erhöht.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Zufuhr des zweiten Fluids 51 umgekehrt betrieben werden (d. h. als eine Unterdruckquelle statt als eine Pumpe) um einen Unterdruck aufwärts durch die stromabwärtsgelegene Öffnung 55 der Lieferleitung 50 und durch die Öffnungen 22 zu ziehen. Die Wirkung eines Ziehens eines Unterdrucks von der stromabwärtsgelegenen Öffnung 55 durch die Lieferleitung 50 wurde als derart beobachtet, dass dieses ähnlich zu einem Mitreißen des Flusses durch die zweiten Flussöffnungen 22 ist und kann entweder die Kohärenz des Fluidstrahls 90 verringern oder erhöhen. Zum Beispiel wurde in einem Ausführungsbeispiel Unterdruckdrücke von etwa zwischen 20 bis 26 in·Hg (Unteratmosphärendruck) beobachtet, um die Kohärenz des Fluidstrahls 90 zu erhöhen. Bei diesen Drücken kann der Unterdruck die Menge an Luft in der Mitreißregion 59 verringern und kann entsprechend die Reibung zwischen dem ersten Fluid und Luft in der Mitreißregion 59 verringern. Bei anderen Unterdrücken zwischen atmosphärischen Druck und 20 in·Hg unter atmosphärischen Druck kann die Kohärenz des Fluidstrahls 90 verringert werden.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann das zweite Fluid ausgewählt werden, um eine vorbestimmte Wirkung auf das Substrat 80 zu haben. Zum Beispiel kann in einem Ausführungsbeispiel das zweite Fluid eine Flüssigkeit sein und der resultierende Fluidstrahl 90 kann zum Kaltverhärten oder anderem Deformieren des Substrats 80 verwendet werden. Alternativ kann das zweite Fluid ein Gas sein und der resultierende Fluidstrahl 90 kann zum Kugelstrahlen oder Schneiden, Oberflächentexturieren oder anderen Bearbeitungen, die das Entfernen von Material von dem Substrat 80 umfassen, verwendet werden.
2 ist eine quer geschnittene Seitenansicht einer Fluidstrahlvorrichtung 110 mit einer Düsenunterstützung 120 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 2 dargestellt, weist die Düsenunterstützung 120 eine stromabwärtsgeneigte obere Oberfläche 125 auf, um entsprechende abwärts geneigte untere Oberflächen 126 einer Zuführleitung 140 eingreifend aufzunehmen. Die Düsenunterstützung 120 ist in Position gegen die Zuführleitung 140 mit einer Halterung 121 gehalten. Die Halterung 121 bildet einen Verteiler 152 zwischen einer inneren Oberfläche der Halterung und einer äußeren Oberfläche der Düsenunterstützung 120. Zweite Flussöffnungen 122 lenken das zweite Fluid von dem Verteiler 152 zu einer Mitreißregion 159 stromabwärts der Düse 30. Der Verteiler 152 kann mit einem Verteilereingang 156 an die Zufuhr für das zweite Fluid 51 gekoppelt werden (1A).
Es ist in 2 auch dargestellt, dass die Vorrichtung 110 ein Gehäuse 170 um die stromabwärtsgelegene Öffnung 55 der Lieferleitung 50 umfassen kann. Das Gehäuse 170 kann sich zwischen der Lieferleitung 50 und dem Substrat 80 erstrecken, um zu verhindern, dass Fremdkörper durch den Aufprall des Fluidstrahls 90 auf das Substrat 80 durch Streuung erzeugt werden. in einem Aspekt dieses Ausführungsbeispiels können die Wände des Gehäuses 170 transparent sein, um es einem Bediener zu er möglichen, den Fluidstrahl 90 und das Substrat 80 unmittelbar benachbart zu dem Fluidstrahl zu betrachten.
In einem anderen Aspekt dieses Ausführungsbeispiels kann das Gehäuse 170 einen ersten Anschluss 171 umfassen, der mit einer Unterdruckquelle (nicht dargestellt) gekoppelt werden kann, um Fremdkörper, die durch den Aufprall des Fluidstrahls 90 auf das Substrat 80 erzeugt wurden, zu evakuieren. Alternativ (zum Beispiel wenn ein Unterdruck an den Öffnungen 122 anliegt) kann Luft in ein anderes Gas durch den ersten Anschluss 171 zum Evakuieren bis hoch zu der Lieferleitung 50 auf eine Weise zugeführt werden, die im Wesentlichen ähnlich zu der zuvor Diskutierten ist in Bezug auf 1A bis 1B. In einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel kann ein Fluid durch den ersten Anschluss 171 zugeführt und durch einen zweiten Anschluss 172 herausgeführt werden. Zum Beispiel kann, wenn es erwünscht ist, eine inerte Umgebung an der Kontaktstelle zwischen dem Fluidstrahl 90 und dem Substrat 80 zu bewahren, ein Inertgas wie Nitrogenium in das Gehäuse 170 durch den ersten Anschluss 171 eingepumpt und durch den zweiten Anschluss 172 entfernt werden.
3 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung 210 mit zwei Verteilern 252 (dargestellt als ein stromaufwärts liegender Verteiler 252a und ein stromabwärtsgelegener Verteiler 252b) gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 3 dargestellt, kann der stromaufwärtsgelegene Verteiler 252a stromaufwärtsgelegene Flussöffnungen 222a umfassen, die ein zweites Fluid in eine stromaufwärtsgelegenen Mitreißregion 259a einfügen und der stromabwärtsgelegene Verteiler 252b kann stromabwärtsgelegene Flussöffnungen 222b umfassen, die ein zweites Fluid zu einer stromabwärtsgelegenen Mitreißregion 259b einführen. In einem Ausführungsbeispiel können die stromaufwärts- und stromabwärtsgelegenen Öffnungen 222a und 222b den gleichen Durchmesser aufweisen. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die stromaufwärtsgelegenen Öffnungen 222 einen Durchmesser aufweisen, der unterschiedlich zu den stromabwärtsgelegenen Öffnungen 222b ist, so dass die Menge an zweitem Fluss, die in der stromaufwärtsgelegene Mitreißregion 259a mitgerissen wird, unterschiedlich sein kann, zu der Menge an Fluss, die in der stromabwärtsgelegenen Mitreißregion 259b mitgerissen wird. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können die stromaufwärtsgelegenen Öffnungen 222a und/oder die stromabwärtsgelegenen Öffnungen 222b in einem Winkel orientiert sein, der größer oder kleiner ist als 90° relativ zu der Flussrichtung des ersten Fluids. Zum Beispiel können, wie in 3 dargestellt, die stromaufwärtsgelegenen Öffnungen 222a in einem Winkel kleiner als 90° relativ zu der Flussrichtung des primären Fluids orientiert sein.
Die stromaufwärtsgelegene Mitreißregion 259a kann mit der stromabwärtsgelegenen Mitreißregion 259b mit einer stromaufwärtsgelegenen Lieferleitung 250a gekoppelt sein. Eine stromabwärtsgelegene Lieferleitung 250b kann sich von der stromabwärtsgelegenen Mitreißregion 259b zu dem Substrat 80 erstrecken. Der innere Durchmesser der stromabwärtsgelegenen Lieferleitung 250b kann größer sein als der der stromaufwärtsgelegenen Lieferleitung 250a, um den zusätzlich mitgerissenen Fluss in der stromabwärtsgelegenen Mitreißregion 259b aufzunehmen. Die stromaufwärts- und stromabwärtsgelegenen Verteiler 252a und 252b können an die gleiche oder unterschiedliche Quellen eines sekundären Flusses 51 (1A) über Verteilereingänge 256a bzw. 256b gekoppelt sein, um den zweiten Fluss zu den Mitreißregionen 259 zuzuführen.
In dem Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, umfasst die Vorrichtung 210 zwei Verteiler 252. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 210 mehr als zwei Verteiler und/oder einen einzelnen Verteiler umfassen, welche das zweite Fluid zu den Flussöffnungen zuführen, die axial voneinander beabstandet zwischen der Düse 30 und dem Substrat 80 sind. Darüber hinaus können, während jeder Verteiler 252 vier Öffnungen 222 in dem Ausführungsbeispiel, das in 3 dargestellt ist (drei von denen sind in 3 sichtbar), umfasst, die Verteiler mehr oder weniger Öffnungen 222 in anderen Ausführungsbeispielen aufweisen.
Ein Vorteil der Vorrichtung 210, die in 3 dargestellt ist, ist das diese leichter die Eigenschaften des Fluidstrahls 90 durch Zuführen des zweiten Fluids an zwei (oder mehreren) axialen Stellen stromabwärts der Düse 30 steuern kann. Darüber hinaus können die stromaufwärts- und stromabwärtsgelegenen Verteiler 252a und 252b an unterschiedliche Zuführungen für das zweite Fluid gekoppelt werden, um einen Fluidstrahl 90 zu erzeugen, der eine ausgewählte Komposition und einen ausgewählten Grad an Kohärenz aufweist. Alternativ kann das gleiche Fluid an unterschiedliche Drücke und/oder Massenflussraten an jeden Verteiler 252 zugeführt werden. In jedem Fall ist ein weiterer Vorteil der Vorrichtung 210, die in 3 dargestellt ist, dass es leichter sein kann, die Eigenschaften des Fluidstrahls 90 durch Zuführen von Fluiden mit unterschiedlichen Eigenschaften an jeden Verteiler 252 zu steuern.
4A ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Vorrichtung 310 mit einer Düsenunterstützung 320, die gleitbar entfernbar von einer Zuführleitung 340 ist. Entsprechend umfasst die Zuführleitung 340 eine Zugriffsöffnung 323, in welche die Düsenunterstützung eingefügt werden kann. Die Zuführleitung 340 umfasst auch Abdichtungen 324, welche die Schnittstelle zwischen der Zugriffsöffnung 323 und der Düsenunterstützung 320 abdichten. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Lieferleitung 350 separat hergestellt und an der Düsenunterstützung 320 befestigt werden und in einem anderen Ausführungsbeispiel können die Düsenunterstützung 320 und die Lieferleitung 350 integral ausgebildet sein. In beiden Fällen kann die Düsenunterstützung 320 zweite Flussöffnungen 322 umfassen, welche das zweite Fluid der Lieferleitung 350 zuführen.
4B ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung 310, die in 4A dargestellt ist. Wie in 4B dargestellt, kann die Düsenunterstützung 320 in die Öffnung 323 in die Richtung, die durch den Pfeil A gekennzeichnet ist, bewegt werden, um die Düsenunterstützung 320 einzupassen und die Düsenunterstützung mit der Zuführleitung 340 abzudichten. Wie ebenfalls in 4B dargestellt ist, ist die Zugriffsöffnung 323 geöffnet, um es zu ermöglichen, dass das zweite Fluid in die zweiten Flussöffnungen 323 von der Außenumgebung eingesogen wird. In einem Ausführungsbeispiel kann die Außenumgebung (und deshalb das zweite Fluid) ein Gas wie Luft umfassen, und in einem anderen Ausführungsbeispiel können die Außenumgebung und das zweite Fluid eine Flüssigkeit wie Wasser umfassen. In beiden Fällen können die Düsenunterstützung 320 und die Lieferleitung 350 als eine Einheit entfernt werden, in dem diese seitlich weg von der Zuführleitung 340 versetzt werden, wie durch Pfeil B gekennzeichnet. Entsprechend können Bediener Kombinationen aus einer Düsenunterstützung 320 und einer Lieferleitung 350 mit einem Satz von ausgewählten Eigenschaften mit anderen Kombinationen mit einem anderen Satz an ausgewählten Eigenschaften austauschen. Ausgewählte Eigenschaften können zum Beispiel die Größe der Düse 30 (4A), die Anzahl und Größe an zweiten Flussöffnungen 322 und die Größe der Lieferleitung 350 umfassen.
5 ist eine teilweise quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung 410 mit drehbaren Zuführleitungen 450 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung. In einem Aspekt dieser Erfindung kann die Vorrichtung 410 verwendet werden, um die Wände 481 eines Zylinders 480, zum Beispiel des Zylinders eines Fahrzeugmotorblocks, zu bearbeiten. Die Vorrichtung 410 kann auch verwendet werden, um andere achssymmetrische (oder nicht achssymmetrische) Kavitätsoberflächen, wie die inneren Oberflächen von Flugzeugflammenrohren, zu bearbeiten.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 410 eine Zuführleitung 440 umfassen, die drehbar mit einer ersten Fluidzuführung 41 (1A) mit einer herkömmlichen Rotationsdichtung (nicht dargestellt) drehbar gekoppelt ist, so dass die Zuführleitung 440 um ihre Hauptachse rotieren kann, wie durch Pfeil C dargestellt. Die Zuführleitung 440 kann zwei Düsenunterstützungen 420 (von denen eine in 5 dargestellt ist) umfassen, wobei jede eine Düse 30 in fluider Kommunikation mit der Zuführleitung 440 aufweist. Jede Düsenunterstützung 420 kann integral oder anderweitig befestigt mit der korrespondierenden Lieferleitung 450 ausgebildet sein und kann in Position relativ zu der Zuführleitung 440 mit einer Halterung 421 gesichert sein. In einem bevorzugten Aspekt dieses Ausführungsbeispiels kann jede Lieferleitung 450 nach außen weg von der Achse der Rotation der Zuführleitung 440 geneigt sein, um so den Fluidstrahl 90 zu der Zylinderwand 481 zu lenken.
In dem Ausführungsbeispiel, das in 5 dargestellt ist, sind die Zuführleitungen 450 in einem Winkel von etwa 45° relativ zu den Zylinderwänden 481 geneigt. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Winkel zwischen den Zuführleitungen 450 und den Zylinderwänden 481 einen unterschiedlichen Wert von nahe tangential bis 90° aufweisen. Obwohl zwei Zuführleitungen 450 in 5 zu Zwecken der Darstellung abgebildet sind, kann in anderen Ausführungsbeispielen die Vorrichtung 410 mehr oder weniger Zuführleitungen umfassen, die an der gleichen axialen Stelle (wie in 5 dargestellt) oder an unterschiedlichen axialen Stellen angeordnet sind.
Die Vorrichtung 410 kann auch einen Verteiler 452 umfassen, der um die Zuführleitung 440 angeordnet ist. Der Verteiler umfasst Abdichtungen 457 (dargestellt als obere Dichtung 457a und untere Dichtung 457b), die eine fluiddichte Passung zwischen dem stationären Verteiler 452 und der drehbaren Zuführleitung 440 aufweisen. Ein zweites Fluid kann den Verteiler 452 durch den Verteilereingang 456 erreichen und durch die Verteilerpassage 458 und durch die zweiten Flussöffnungen 422 strömen, um mit dem ersten Fluss mitgerissen zu werden, welcher durch die Düse 30 strömt. Der erste und der zweite Fluss zusammen bilden den Fluidstrahl 90, wie zuvor in Bezug auf 1A bis 1B erörtert.
Ein Vorteil eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 410, die in 5 dargestellt ist, ist das diese insbesondere geeignet ist, um die Oberflächen von achssymmetrischen Geometrien wie Motorzylinderbohrungen zu bearbeiten. Darüber hinaus kann die gleiche Vorrichtung 410 verwendet werden, um die Wände von Zylindern mit einer großen Vielfalt an Durchmessern zu behandeln, da (wie zuvor in 1A bis 1B erörtert), die Eigenschaften der Fluidstrahlen 90 im Wesentlichen konstant über eine wesentliche Distanz über die Zuführleitungen 450 verbleiben. Zusätzlich können Bediener den Fluss des ersten Fluids (welches eine Flüssigkeit sein kann) nachdem die Oberflächenbearbeitung abgeschlossen ist, unterbrechen und das zweite Fluid allein (welches Luft oder ein anderes Gas umfassen kann) zu den Zylinderwänden 48i lenken, um die Zylinderwände vor dem Aufbringen anderer Materialien, wie hochfeste Beschichtungen, zu trocknen. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel können die hochfesten Beschichtungen selbst an die Zylinderwände 481 über die Vorrichtung 410 zugeführt werden. Entsprechend kann die gleiche Vorrichtung 410 verwendet werden, um eine große Vielzahl an Funktionen, die mit dem Bearbeiten von Zylinderbohrungen oder anderen Substratoberflächen verbunden sind, bereitzustellen.
6 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung 510 mit einem Turbulenzerzeuger 575, der stromaufwärts einer Düse 530 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet ist. Die Düse 530 wird unterstützt durch eine Düsenunterstützung 520, welche wiederum mit einer Zuführleitung 540 über eine Halterung 521 auf eine Weise gekoppelt ist, die im Wesentlichen ähnlich zu der ist, die in Bezug auf 1A bis 1B zuvor erörtert wurde. Wie weiter unten detaillierter erörtert wird, kann der Turbulenzerzeuger 575 anstelle oder zusätzlich zu dem zweiten Fluid, wie zuvor erörtert, verwendet werden, um die Kohärenz des Fluidstrahls 90, welcher aus der Düse 530 heraustritt, zu steuern.
In dem Ausführungsbeispiel, das in 6 dargestellt ist, umfasst der Turbulenzerzeuger 575 eine konische Leitung 576, die stromaufwärts zu der Düse 530 positioniert ist. Die konische Leitung 576 ist so ausgerichtet, dass das Flüssigkeitsgebiet durch die Leitung sich in die stromabwärts gerichtete Richtung vergrößert. Entsprechend neigt ein Fluss, der durch die konische Leitung 576 strömt, dazu, sich von den inneren Wänden der konischen Leitung 576 zu trennen, um dadurch Wirbelschleppen, Wirbel und andere turbulente Flussstrukturen zu bilden. Nach dem Austreten aus der Düse 530 kann der turbulente Fluss in der Form eines Fluidstrahls 90 eine erhöhte Neigung zum Bilden diskreter Tropfen aufweisen, verglichen mit einem kohärenten Strahlfluss (wie er durch eine konische Leitung erzeugt werden kann, die in stromabwärtsgerichtete Richtungen zusammenläuft). Der Fluidstrahl 90 mit verringerter Kohärenz, der durch die Vorrichtung 510 gebildet ist, kann dann verwendet werden, um bestimmte Materialien wie faserartige Materialien und/oder spröde Materialien, wie zuvor in Bezug auf 1A bis 1B erörtert wurde, zu bearbeiten.
In einem Ausführungsbeispiel kann die stromaufwärtsgelegene Öffnung der Leitung einen Durchmesser von zwischen 0,127 mm (0,05 Inch) und 0,3302 mm (0,013 Inch) aufweisen und die konische Leitung 576 kann eine Länge von etwa 19,05 mm (0,75 Inch) aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die konische Leitung 576 andere Längen relativ zu der stromaufwärtsgelegenen Öffnung aufweisen und/oder kann mit einer Leitung ausgetauscht werden, die eine beliebige Form aufweist, solange wie das Flussbereich sich in stromabwärts gerichtete Richtung vergrößert, um einen bestimmten Grad an Kohärenz zu erzeugen. In noch weiteren Ausführungsbeispielen, wie weiter unten mit Bezug auf 7 bis 9 erörtert wird, können andere Mittel verwendet werden, um den Fluss stromaufwärts der Düse 530 zu stören und die Kohärenz des resultierenden Fluidstrahls 90 zu verringern.
7 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer Vorrichtung 610 mit einem Turbulenzerzeuger 675, der eine stromaufwärtsgelegene Düse 630a mit einer stromaufwärtsgelegenen Düsenöffnung 633a umfasst. Die Vorrichtung 610 umfasst weiter eine stromabwärtsgelegene Düse 630b mit einer stromabwärtsgelegenen Düsenöffnung 633b, verbunden durch eine Verbindungsleitung 676 mit der stromaufwärtsgelegenen Düse 630a. Jede Düse ist in Position mit einer Abdichtung 635 abgedichtet. Wie in 7 dargestellt, kann die Verbindungsleitung 676 einen stromaufwärtsgelegene Düsenunterstützungsteil 620a umfassen, um die stromaufwärtsgelegene Düse 630a zu unterstützen. Ein separater stromabwärtsgelegener Düsenunterstützungsteil 620b kann die stromabwärtsgelegene Düse 630b unterstützen. In alternativen Ausführungsbeispielen, die detaillierter weiter unten in Bezug auf 8A erörtert werden, kann die stromabwärtsgelegene Düsenunterstützung 620b integriert mit der Verbindungsleitung 676 ausgebildet sein.
In einem Ausführungsbeispiel weisen die Öffnungen 633 durch die stromaufwärtsgelegenen Düse 630a und die stromabwärtsgelegene Düse 630b eine im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform auf. In anderen Ausführungsbeispielen kann entweder eine oder können beide der Düsenöffnungen 633 andere Formen als runde Formen aufweisen. Zum Beispiel kann in einem Ausführungsbeispiel die stromabwärtsgelegene Düse 630b eine Öffnung 633b mit einem Flussbereich aufweisen, der durch die Schnittstelle eines Konus und einer keilförmigen Aussparung definiert ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die stromaufwärtsgelegenen Düsenöffnung 633a einen minimalen Flussbereich auf, der zumindest so groß ist, wie der minimale Flussbereich der stromabwärtsgelegene Düsenöffnung 633b. In einem weiteren bevorzugten Aspekt dieses Ausführungsbeispiels, wobei sowohl die stromaufwärts als auch die stromabwärtsgelegene Düsenöffnung 633 rund sind, weist die stromaufwärtsgelegene Düsenöffnung 633a einen minimalen Durchmesser auf, der zumindest zwei mal so groß ist wie der minimale Durchmesser der stromabwärtsgelegene Düsenöffnung 633b. Entsprechend beträgt der Druckverlust des Flusses, der durch die Düsen 630 strömt, weniger als 6%. Wenn der minimale Flussbereich durch die stromaufwärtsgelegenen Düse 630a sich relativ zu dem minimalen Flussbereich durch die stromabwärtsgelegene Düse 630b erhöht, nimmt der Druckverlust durch die stromaufwärtsgelegenen Düse 630a ab. Zu der gleichen Zeit werden die Flussstörungen, die durch die stromaufwärtsgelegene Düse 630a erzeugt werden, verringert. Entsprechend sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die stromaufwärtsgelegene Düse 630a und die stromabwärtsgelegene Düse 630b ausgewählt, um einen Grad an Turbulenz zu erzeugen, der ausreichend ist, um die Kohärenz des Fluidstrahls 90 auf ein geeignetes Level für die ausgewählte Anwendung (wie das Schneiden faserartiger, spröder oder anderer Materialien) zu erzeugen, ohne einen unerwünschten großen (und deshalb ineffizienten) Druckverlust zu erzeugen.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt des Ausführungsbeispiels, das in 7 dargestellt ist, ist der Abstand zwischen der stromaufwärtsgelegenen Düse 630a und der stromabwärtsgelegene Düse 630b so ausgewählt, dass turbulente Strukturen, die aus dem Fluidfluss durch die stromaufwärtsgelegenen Düse 630a resultieren, nicht komplett verschwinden, zu der Zeit, in der der Fluss die stromabwärtsgelegene Düse 630b erreicht. Entsprechend ist der Abstand zwischen den zwei Düsen 630 eine Funktion von verschiedenen Variablen, einschließlich dem Druck des Fluids, welcher durch die Düsen strömt, der Größe der Düsenöffnungen 633 und dem gewünschten Grad an Kohärenz in dem resultierenden Fluidstrahl 90.
In dem Ausführungsbeispiel, das in 7 dargestellt ist, ist der stromaufwärtsgelegene Düsenunterstützungsteil 620a mit der Verbindungsleitung 676 integriert ausgebildet und die stromabwärtsgelegene Düsenunterstützung 620b ist eine separate Komponente. Entsprechend können der stromaufwärtsgelegene Düsenunterstützungsteil 620a und die Verbindungsleitung 676 als eine Einheit von der Zuführleitung 640 entfernt werden und die stromabwärtsgelegene Düsenunterstützung 620b kann separat von der Zuführleitung 640 entfernt werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in 8A dargestellt ist, kann die stromabwärtsgelegene Düsenunterstützung 620b mit der Verbindungsleitung 676 integriert ausgebildet sein, welche wiederum mit dem stromaufwärtsgelegenen Düsenunterstützungsteil 620a integriert ausgebildet ist, um eine entfernbare Kartusche 677 zu bilden. In einem weiteren Aspekt dieses Ausführungsbeispiels können die stromaufwärtsgelegene Düse 630a und die stromabwärtsgelegene Düse 630b ebenfalls integriert mit der Kartusche 677 ausgebildet sein. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass Bediener die Kartusche 677 als Einheit leicht entfernen und/oder austauschen können. Darüber hinaus können Bediener eine Kartusche 677 auswählen, die einen Fluidstrahl 90 (7) erzeugt, der die geeigneten Eigenschaften für eine ausgewählte Applikation aufbringt.
In anderen Ausführungsbeispielen können andere als die in 6 bis 8A dargestellten Mittel verwendet werden, um die Turbulenz des Flusses, der in die stromabwärtsgelegene Düse 630b eintritt, zu erhöhen, und entsprechend die Kohärenz des Fluidstrahls 90, der die stromabwärtsgelegene Düse 630b verlässt, zu senken. Zum Beispiel kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in 8B dargestellt ist, der Turbulenzerzeuger 675 einen oder mehrere Vorsprünge 678 umfassen, die von einer inneren Oberfläche der Kartusche 677 hervorragen, um Wirbel und andere turbulente Strukturen in dem benachbarten Fluidfluss zu erzeugen. In anderen Ausführungsbeispielen, die in 8C dargestellt sind, können die Vorsprünge 678 durch Ausnehmungen 678a ersetzt werden, die auf ähnliche Weise Wirbel und andere turbulente Strukturen erzeugen. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel, das in 8D gezeigt ist, kann der Turbulenzerzeuger 675 einen Draht 679 umfassen, der sich quer über die Bahn des Flusses, der durch die Kartusche 677 strömt, erstreckt. In jedem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die 8B bis 8D erörtert sind, kann der Turbulenzerzeuger 675 so bemessen und ausgebildet sein, um den gewünschten Grad an Turbulenz in dem benachbarten Fluss zu erzeugen, was zu einem austretenden Fluidstrahl 90 führt, der den erwünschten Grad an Kohärenz aufweist.
9 ist eine quer geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung 710 mit einer Feder 774, welche eine Kartusche 777 zu einer Haltenut 721 vorspannt, gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Entsprechend kann eine Zuführleitung 740, die mit der Kartusche 777 installiert ist, in jeder Orientierung positioniert werden, ohne dass die Kartusche 777 in den Abgrenzungen der Zuführleitungen 740 gleitet. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Kartusche 777, die eine Vielzahl an axialen Längen aufweist, in der Zuführleitung 740 positioniert werden kann, ohne eine Modifikation der Zuführleitung 740 erforderlich zu machen.
10 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung 810 mit sowohl einem Turbulenzerzeuger 875, der stromaufwärts einer stromabwärts liegenden Düse 830b positioniert ist, und zweiten Flussöffnungen 822, die stromabwärts der stromabwärtsgelegenen Düse 830b positioniert sind. Der Turbulenzerzeuger 875 kann eine stromaufwärts liegende Düse 830a umfassen, wie in 10 dargestellt, und in alternativen Ausführungsbeispielen kann der Turbulenzerzeuger 875 jede der Einrichtungen, die in 8B bis 8D dargestellt sind, oder andere Einrichtungen, die einen gewünschten Grad an Turbulenz in dem Fluss, der die stromabwärtsgelegene Düse 830b erreicht, erzeugt, umfassen. Die zweiten Flussöffnungen 822 reißen einen zweiten Fluss von einer Quelle eines zweiten Fluids 41 (1A) mit, so dass der zusammenlaufende zweite und erste Fluss durch eine Lieferleitung 850 strömen, allgemein, wie zuvor in Bezug auf 1A bis 1B beschrieben.
Ein Vorteil der Vorrichtung, die in 10 dargestellt ist, ist, dass der stromaufwärtsgelegene Turbulenzerzeuger 875 in Kombination mit den stromabwärtsgelegenen zweiten Flussöffnungen 822 Bediener mit einer besseren Steuerung der Turbulenz des Fluidflusses, der dadurch strömt, und daher der Kohärenz des resultierenden Fluidstrahls 90, versorgen kann. Zum Beispiel ist es für Bediener einfacher, den gewünschten Grad an Kohärenz des Fluidstrahls 90 durch Manipulieren des Flusses sowohl stromaufwärts als stromabwärts der stromabwärts liegenden Düse 830b zu erzielen.
Anhand des Vorstehenden ist es offensichtlich, dass obwohl spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung hier zu Zwecken der Illustration beschrieben wurden, verschiedene Modifikationen möglich sein können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann jeder der Turbulenzerzeuger, die in 6 bis 10 dargestellt sind, verwendet werden in Verbindung mit einer drehbaren Einrichtung 410, wie in 5 dargestellt. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht begrenzt auf die Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, sondern ist durch die Ansprüche, die folgen, definiert.

Claims

Vorrichtung (10) zum Herstellen eines Hochdruckfluidstrahls (90) zum Behandeln einer ausgewählten Oberfläche, die dabei Folgendes umfasst: eine Düse (30), die so konfiguriert ist, dass sie an die Quelle eines ersten Fluids angeschlossen ist, wobei die Düse (30) eine Düsenöffnung (33) aufweist, die sich dort hindurch erstreckt und in Fluidverbindung mit der Quelle des ersten Fluids ist; und eine Zuführleitung (50) mit einer ersten Leitungsöffnung (54) die in Fluidverbindung mit der Düsenöffnung ist, wobei die Zuführleitung (50) des Weiteren eine zweite Leitungsöffnung (55) umfasst, die beabstandet von der ersten Leitungsöffnung (54) zum Ausrichten des Fluidstrahls ist, wobei die Zuführleitung (50) einen Leitungskanal (53) umfasst, der sich zwischen den ersten und zweiten Leitungsöffnungen erstreckt, und wobei die Düse und/oder die Zuführleitung (50) wenigstens eine Öffnung (22) stromaufwärts von der zweiten Leitungsöffnung aufweist, wobei die Öffnung (22) so ausgestattet ist, dass sie an die Quelle des zweiten Fluids anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (22) eine erste Öffnung (222a) ist, wobei die Düse und/oder die Zuführleitung (50) des Weiteren eine zweite Öffnung (222b) beabstandet zu der ersten Öffnung (222a) umfasst, wobei die ersten und zweiten Öffnungen an unterschiedlichen Orten entlang der Achse, die sich zwischen der ersten Leitungsöffnung (54) und der zweiten erstreckt, positioniert sind, und worin eine Länge des Leitungskanals zwischen den ersten und zweiten Öffnungen wenigstens ungefähr zehnmal größer als der durchschnittliche Durchmesser der zweiten Leitungsöffnung ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, die Folgendes umfasst: eine Hochdruckflussleitung mit einer Eingangsöffnung (54) zum Aufnehmen eines Flusses eines Fluids, eine Ausgangsöffnung (55) stromabwärts von der Eingangsöffnung (54), und einem Flusskanal (53), der sich zwischen der Eingangsöffnung (54) und der Ausgangsöffnung (55) erstreckt, ein Flussgebiet des Flusskanals (53), das größer wird in Richtung der Ausgangsöffnung (55) als in Richtung der Eingangsöffnung (54); und ein Düsenkörper (30), der in der Nähe der Ausgangsöffnung (55) positioniert ist und eine Düsenöffnung (33), um das Hochdruckfluid von dem Ausgang in der Form eines Hochdruckfluidstrahls weg zu dirigieren.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, die Folgendes umfasst: eine Quelle eines ersten Fluids, die einen Druck von ungefähr wenigstens 6,896 × 10⁸ Pa (10000 Psi) aufweist; eine Quelle eines zweiten Fluids; eine Zuführleitung, die an die Quelle des ersten Fluids angeschlossen ist; ein Düsenunterstützungskörper, der an die Zuführleitung angeschlossen ist und eine Düsenpassage in Fluidkommunikation mit der Zuführleitung aufweist; eine Düse (30), die in der Düsenpassage positioniert ist, wobei die Düse eine Düsenöffnung (33) aufweist, die in Fluidkommunikation mit der Quelle des ersten Fluids ist; und eine Lieferleitung (50) in der Nähe des Düsenunterstützungskörpers und mit einer ersten Leitungsöffnung (54), die in Fluidkommunikation mit der Düsenöffnung oder in Fluidverbindung mit der Düsenöffnung ist, wobei die Lieferleitung (50) des Weiteren eine zweite Leitungsöffnung (55) aufweist, die beabstandet zu der ersten Leitungsöffnung (54) zum Dirigieren des Fluidstroms ist, wobei die Lieferleitung (50) einen Leitungskanal (53) aufweist, der sich zwischen der ersten und zweiten Leitungsöffnung erstreckt, wobei eine Länge des Leitungskanals (53) zwischen den ersten und zweiten Leitungsöffnungen wenigstens ungefähr zehnmal so groß wie der mittlere Durchmesser der zweiten Leitungsöffnung ist, wobei die Düse und/oder die Lieferleitung (50) wenigstens eine Öffnung (22) aufweist, die an die Quelle des zweiten Fluids angeschlossen ist, wobei die Öffnung (22) zwischen der Düsenöffnung und der zweiten Öffnung der Leitung positioniert ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die Folgendes umfasst: eine Düse (30) mit einer Düsenöffnung (33), die sich dort hindurch erstreckt, wobei die Düse so konfiguriert ist, dass sie den Drücken Widerstand leistet, die beim Durchlaufen des ersten Fluids durch die Düsenöffnung von einer Quelle des ersten Fluids, wo das erste Fluid einen statischen Druck von wenigstens ungefähr 6,895 × 10⁸ Pa (100000 Psi) aufweist, hervorgerufen werden; und eine Lieferleitung (50), die eine erste Leitungsöffnung (54) in Fluidkommunikation oder Fluidverbindung mit der Düsenöffnung aufweist, wobei die Lieferleitung (50) des Weiteren eine zweite Leitungsöffnung (55) aufweist, die beabstandet zu der ersten Leitungsöffnung (54) ist, und zwar zum Durchführen eines Fluidstrahls, wobei die Lieferleitung (50) einen Lieferkanal (53) aufweist, der sich zwischen den ersten und zweiten Leitungsöffnungen erstreckt, wobei die Lieferleitung (50) so konfiguriert ist, dass sie den Drücken, die beim Hindurchleiten des ersten Fluids durch den Leitungskanal auftreten Widerstand leisten, und wobei die Düse und/oder die Lieferleitung (50) wenigstens eine Öffnung (22) stromaufwärts von der zweiten Leitungsöffnung aufweisen, wobei die Öffnung (22) so konfiguriert ist, dass sie an die Quelle des zweiten Fluids angeschlossen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Flussgebiet des Leitungskanals (53) in der Nähe der zweiten Leitungsöffnung (55) größer als ein Flussgebiet des Kanals in der Nähe der ersten Leitungsöffnung ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (922) eine erste Öffnung (222a) ist, wobei die Düse und/oder die Lieferleitung (50) eine zweite Öffnung (222b) an ungefähr derselben axialen Position wie die erste Öffnung (222a) ist und beabstandet zu der ersten Öffnung (222a) in einer schrägen Richtung ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die des Weiteren eine Zuführleitung (40) umfasst, die an die Quelle des Fluids angeschlossen ist, wobei die Zuführleitung eine Zugangsöffnung zum wiederentfernbaren Aufnehmen der Düse (30) und wenigstens eines Abschnittes der Lieferleitung (50) hat.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis der Länge der Leitung zum Durchmesser der Leitung im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 200 ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuführleitung eine Zugangsöffnung (323) aufweist, und wobei die Lieferleitung (50) wiederentfernbar in der Zugangsöffnung (323) der Zuführleitung aufgenommen ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei die Liederleitung (50) eine bestimmte Zuführleitung aus einer Vielzahl von auswechselbaren Lieferleitungen (50) ist und zum wiederentfernbaren Anbringen an die Zuführleitung ausgebildet ist, wobei jede Zuführleitung (50) eine erste Leitungsöffnung, eine zweite Leitungsöffnung (55) stromabwärts von der ersten Leitungsöffnung (54) und einen Leitungskanal (53) der sich zwischen den ersten und zweiten Leitungsöffnungen erstreckt, aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Fluid eine Flüssigkeit umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Fluid Wasser umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Fluid ein Gas umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Fluid aus Luft, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid ausgewählt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die des Weiteren ein Gehäuse (170) die zweite Leitungsöffnung (55) umgebend umfasst, und sich von der zweiten Leitungsöffnung (55) in Richtung der ausgewählten Oberfläche erstreckend angeordnet ist, und zwar zum Aufnehmen von Ablagerungen und/oder Bruchstücken, die beim Einwirken des Fluidstrahls auf die selektierte Oberfläche durch den Fluidstrahl hervorgerufen werden.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Wand der Flussleitung wenigstens einen Abschnitt eines Kegels definiert.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Düsenöffnung einen Durchmesser im Bereich von 0,124 mm bis 0,508 mm (0,005 Inch bis 0,020 Inch) hat.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (170) eine Öffnung (171, 172) zum Anbringen des Gehäuses (170) an eine Quelle des selektierten Fluids aufweist.
Verfahren zum Behandeln einer ausgewählten Oberfläche mit einem Hochdruckfluidstrahl, die Folgendes umfasst: Durchführen eines ersten Fluids durch eine Düsenöffnung (33; 633), um einen Hochdruckfluidstrahl zu bilden; kontrolliertes Einbringen eines zweiten Fluids in den Hochdruckfluidstrahl stromabwärts von der Düsenöffnung (33; 633); und Durchführen des Hochdruckfluidstrahls mit dem eingebrachten zweiten Fluid in Richtung der ausgewählten Oberfläche durch die Leitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen eines zweiten Fluids das Einbringen oder Mitreißen des zweiten Fluids an einer Vielzahl von zueinander beabstandeten Orten entlang einer Achse umfasst, die sich zwischen der Düsenöffnung und der ausgewählten Oberfläche erstrecken, und worin die Leitung eine Länge aufweist, die wenigstens zehnmal dem mittleren Durchmesser einer Ausgangsöffnung der Leitung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 19, das das Folgende umfasst: Ausrichten eines ersten Fluids durch eine Düsenöffnung (33), um einen Hochdruckfluidstrahl zu formen; kontrolliertes Einbringen eines zweiten Fluids in den Fluidstrahl stromabwärts, der Düsenöffnung (33), um die Tendenz des ersten Fluids zum Abweichen von einer Achse zwischen der Düsenöffnung und der selektierten Oberfläche zu reduzieren; und Ausrichten des Hochdruckfluidstrahls mit dem eingebrachten zweiten Fluid in Richtung der ausgewählten Oberfläche.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 19 oder 20, das Folgendes umfasst: Ausrichten des Flusses eines Hochdruckfluids durch eine erste Düsenöffnung (633a) mit einem ersten Flussgebiet; und Ausrichten des Flusses der aus der ersten Düsenöffnung (633a) austritt, durch eine zweite Düsenöffnung (633b) mit einem zweiten Flussgebiet, das weniger als das erste Flussgebiet ist, um wenigstens einen Abschnitt des Flusses, der aus der zweiten Düsenöffnung austritt in eine Vielzahl von diskreten Tropfen zu separieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das Ausrichten des Hochdruckfluidstrahls (90) das Bestrahlen der selektierten Oberfläche mit dem Fluidstrahl umfasst, um die selektierte Oberfläche zu behämmern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei das Ausrichten des Hochdruckfluidstrahls (90) das Schneiden von Fasern wenigstens in der Nähe der selektierten Oberfläche umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei das Ausrichten des Hochdruckfluidstrahls (90) das Entfernen von Material von der selektierten Oberfläche zum Masern der selektierten Oberfläche umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das zweite Fluid eine geringere Temperatur oder flüssigen Stickstoff als eine Temperatur des ersten Fluids hat, und das kontrollierte Einbringen eines zweiten Fluids Kühlen und Einfrieren eines Abschnitts des ersten Fluids zum Ausformen von festen Partikeln umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, das des Weiteren das Selektieren des zweiten Fluids derart umfasst, dass flüssiger Stickstoff inkludiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei das kontrollierte Einbringen eines zweiten Fluids das periodische Unterbrechen eines Flusses des zweiten Fluids in Richtung des Fluidstrahls (90) zum Pulsieren des Fluidstrahls umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, das des Weiteren das Selektieren von wenigstens der Länge der Leitung und/oder dem Druck des zweiten Fluids und/oder der Durchflussrate des zweiten Fluids umfasst, dergestalt, dass der Hochdruckfluidstrahl (90) in Resonanz versetzt wird, wenn der Hochdruckfluidstrahl durch die Leitung läuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei das zweite Fluid ein Gas ist, das des Weiteren das Selektieren des zweiten Fluids aus Luft, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlendioxid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei das erste Fluid eine Flüssigkeit ist, und des Weiteren das erste Fluid Wasser umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, wobei das Ausrichten des Hochdruckfluidstrahls das Umlenken der Düsenöffnung (33; 633) relativ zu der selektierten Oberfläche umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31, wobei das Ausrichten des Hochdruckfluidstrahls das Rotieren der Düsenöffnung (33; 633) relativ zu der selektierten Oberfläche umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 32, das des Weiteren das Auswählen der selektierten Oberfläche dergestalt umfasst, dass eine Wand einer Bohrung umfasst ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 33, wobei die Bohrung eine erste Bohrung mit einem ersten Durchmesser ist, die des Weiteren das Ausrichten des Hochdruckfluidstrahls in Richtung einer Oberfläche einer zweiten Bohrung mit ei nem zweiten Durchmesser, der unterschiedlich zu dem ersten Durchmesser ohne Änderung der Geometrie der Düsenöffnung (33; 633) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 34, wobei das Einbringen des zweiten Fluids, das Einbringen des zweiten Fluids an einer Vielzahl von zueinander beabstandeten Orten um den Hochdruckfluidstrahl herum (90) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 35, wobei das erste Fluid eine Flüssigkeit umfasst und das zweite Fluid ein Gas umfasst, wobei des Weiteren das Aneignen des Flusses des ersten Fluids durch die Düsenöffnung (33; 633) zum Ausrichten nur des zweiten Fluids in Richtung der ausgewählten Flüssigkeit umfasst ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 36, das des Weiteren das Anhalten eines Flusses des ersten Fluids durch die Düsenöffnung (33; 633) umfasst, und zwar dergestalt, dass das zweite Fluid in Richtung der selektierten Oberfläche so ausgerichtet wird, dass ein Trocknen der zweiten Oberfläche umfasst ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 37, wobei das kontrollierte Einbringen des zweiten Fluids das Selektieren von wenigstens einer Flussrate und/oder einem Druck des zweiten Fluids inkludiert ist, um das zweite Fluid mit dem Hochdruckfluidstrahl (90) zu mixen und die Kohärenz des Hochdruckfluidstrahls (90) zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 38, wobei das kontrollierbare Einbringen eines zweiten Fluids das Verwenden eines Vakuums in der Nähe des Hochdruckfluidstrahls an einer ersten Axialposition zwischen der Düsenöffnung (33; 633) und der selektierten Oberfläche umfasst, um das zweite Fluid angrenzend an den Hochdruckfluidstrahl an einer zweiten axialen Stelle, beabstandet zu der ersten axialen Stelle, zu lenken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 39, das des Weiteren das Selektieren eines Druckes des zweiten Fluids zwischen ungefähr 1,379 × 10⁴ Pa (2 Psi) und ungefähr 2,068 × 10⁴ Pa (3 Psi) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 40, wobei das Einbringen des zweiten Fluids das Hindurchziehen eines Vakuums durch eine Leitung, durch welche der Fluidstrahl nach der Düsenöffnung (33; 633) durchgelangt, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 41, das des Weiteren das Selektieren eines Verhältnisses des ernten Flussgebiets zu einem zweiten Flussgebiet umfasst, so dass es ungefähr in einem Bereich zwischen fünf und zwanzig liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 42, das des Weiteren das Auswählen eines Verhältnisses zwischen dem ersten Flussgebiet und dem zweiten Flussgebiet mit ungefähr zehn umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 43, wobei das Ausrichten des Flusses, der aus der ersten Düse austritt, das Hindurchführen des Flusses durch eine Leitung von einer ersten Leitungsregion mit einem ersten Leitungsflussgebiet in Richtung einer zweiten Leitungsregion mit einem zweiten Leitungsflussgebiet größer als dem ersten Leitungsflussgebiet umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 44, das des Weiteren das Ausrichten des Flusses, der aus der zweiten Düse (633b) austritt, durch eine Lieferleitung (50), die stromabwärts von der zweiten Öffnung (633b) positioniert ist, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 45, wobei das Fluid ein erstes Fluid ist, und wobei das Einbringen eines zweiten Fluids mit dem ersten Fluid in die Zulieferleitung (50) umfasst ist.