Wasserstrahl Wissen: Historie - Arten - Funktion - Kosten - Vergleiche - Einsatz
Sprungverzeichnis zu den Themen auf dieser Seite:
- Wasserstrahl Wissen
- Reinwasserschneiden und Abrasivstrahlschneiden
- Wie funktioniert das Wasserstrahlschneiden? Was ist das Injektor-Prinzip?
- Einsatzgebiete Wasserstrahlschneiden: Nurwasser vs. Abrasiv
- Wasserstrahlschneiden: Vorteile und Nachteile
- Schnittqualität beim Wasserstrahlschneiden
- Wasserstrahl Kosten: Energie, Wasserqualität, Abrasiv, Entsorgung
- Zukunftsaussichten, Tipps zum Wasserstrahlschneiden
- FAQ Anwender-Fragen zum Wasserstrahlschneiden
Wasser besitzt Energie - Historie Wasserstrahlschneiden (engl. waterjetcutting)
"Steter Tropfen höhlt den Stein", sagt der Volksmund. Was hat das Wasserstrahlschneiden mit einem Tropfen zu tun? Viel, denn in jedem Tropfen Wasser steckt kinetische Energie. Wasser besitzt Energie, dies zeigt die Natur auf allen Teilen der Erde eindrücklich durch beeindruckende Wasserfälle, Auswaschungen oder ganze Land- und Erdabtragungen. Konstanter Wasserdruck und sei er noch so klein, trennt, trägt ab, schneidet. Doch was könnte ein Wassertropfen, der ein rasiermesserscharfes Sandkorn enthält und auf nahezu auf eine Geschwindigkeit von 1.000 m/sek beschleunigt wurde, alles aushöhlen? Man stelle sich diese Energie einmal vor, wenn dann noch 4.000 bar mit mehr mit 3,6 Liter/min für den nötigen Nachschub an weiteren Wassertropfen sorgen! Beim Wasserstrahlschneiden, im englischen Sprachgebrauch "waterjetcutting" genannt, wird diese Energie gezielt eingesetzt, um damit Materialien zu trennen. Mit Hilfe der Wasserstrahlschneidtechnik bzw. des "Waterjetcuttings" werden Stahl, faserverstärkte Kunststoffe, Glas, Granit oder Lebensmittel formpassend zugeschnitten. Mit dem Wasserstrahl können nahezu fast alle Materialien geschnitten werden.
Historie des Wasserstrahlschneidens
Für viele Anwender stellt das Wasserstrahlschneiden eine willkommene Ergänzung zum Laserschneiden oder Fräsen dar, was nicht nur daran liegt, dass es sich hierbei um ein vergleichsweise kostensparendes Verfahren handelt. Das Wasserstrahlschneiden hinterlässt zudem nicht nur saubere Schnittkanten, sondern verursacht, im Gegensatz zu den thermischen Verfahren, auch kaum bis keine Materialgefügeveränderung und minimiert auf diese Weise den Bedarf an Nachbearbeitung der Werkstücke. Zudem ist das Wasserstrahlschneiden ein Verfahren, mit dem sich beinahe alle Materialien, von Gummi über Marmor bis Metall, schneiden lassen. In der Historie des Wasserstrahlschneidens tauchen eine Reihe von Entwicklungen auf, die zum Beherrschen des Wasserstrahlschneidverfahrens führten, dass wir heute kennen. Es ist daher nicht einfach und nicht eindeutig klar, an welcher Stelle der Entwicklungen wir einen Startpunkt setzen.
Einsatz der Wasserstrahlschneidtechnik seit Anfang des 20. Jahrhunderts
Die Wasserstrahlschneidtechnik diente Anfang des 20. Jahrhunderts dem Schürfen in Kies- und Tonablagerungen. Der dabei eingesetzte Druck lag im unteren dreistelligen Bereich. Später setze man den Wasserstrahl auch für den Kohle- und Erzabbau ein.
In den 1960er Jahren dachte man bei Boeing an den Einsatz eines Wasserstrahls zur Bearbeitung von Verbundwerkstoffen im Flugzeugbau nach. Hierzu musste eine Techniologie entwickelt werden, die mit höheren Drücken sicher und unter Dauerlast arbeiten kann.
Manche Hersteller beanspruchen der Erfinder der Wasserstrahlschneidtechnik zu sein, als der Einsatz der ersten Hochdruckpumpen zum Einsatz kam.
Manche Hersteller haben den Einsatz der Abrasivmittel zur Industriereife gebracht. Sind sie die wahren Erfinder des Wasserstrahlschneidens?
Möge jeder für sich selber entscheiden, wann für jemanden ein Produkt zur Einsatzreife benutzbar ist und wann nicht. Fest steht, dass eine Vielzahl an Entwicklungsschritten, einer Zeitspanne von mehreren Jahrzehnten und den Einsatz vieler kluger Köpfe brauchte, die dazu beigetragen haben, dass wir heute eine so ausgereifte Technik einsetzen können und dafür danken wir ihnen. Wie so viele andere Entwicklungen auch, so war die Wasserstrahlschneidtechnik ein Prozess, der primitiv beim Schürfen von Kies begann und im HighTech-Bereich bis heute konstant weiter voran getrieben wird.
Industrietaugliches Schneiden mit einem Wasserstrahl
Die Entwicklung eines industrietauglichen Wasserstrahlschneidsystems gelang bereits 1971, Ingersoll-Rand, Schweden. Das ursprüngliche Ziel war das gratfreie und schnelle Schneiden von Holz. Anlagenhersteller entwickelten, unter dem Druck ständig steigender Nachfrage das Wasserstrahlschneiden beständig fort. Beispielsweise gelang es durch ein spezielles Verfahren Winkelfehler, die durch die Strahlaufweitung entstehen können, zu korrigieren. Diese Weiterentwicklung ermöglichte es Anwendern, auch relativ dicke Werkstücke unter Einsatz der Wasserschneidtechnik präzise zu schneiden.
Heute ist die Wasserstrahl-Hochdruckschneidtechnik aus der Industrie nicht mehr wegzudenken.
In den 1960er Jahren entwickelte der amerikanische Hersteller Omax eine industrietaugliche Pumpe für hohe Drücke und kontinuierliches Schneiden.
Arten: Reinwasserschneiden und Abrasivstrahlschneiden
Die Technik des Wasserschneidens kennt zwei unterschiedliche Verfahrensarten:
- Reinwasserschneiden und
- Abrasivstrahlschneiden
Einen einzigen Startschuss für das Wasserstrahlschneiden zu benennen stellt sich als gar nicht so einfach dar. Denn welche Entwicklungsstufe definiert man als das "Wasserstrahlschneiden"?
War es der Einsatz von Wasser unter Druck, so befinden wir uns eher im Bereich der 1920er Jahre, in denen man Wasser mit Hochdruck, wenn gleich dies zu Beginn nur Drücke um 100 bar waren, in den Goldminen in Kalifornien einsetzte.
Oder wir assoziieren das Wasserstrahlschneiden mit einer bestimmten Hochdruckpumpenart und landen in den 1960er Jahren in der US amerikanischen Flugzeugindustrie.
Legen wir den Fokus mehr auf den Schneidprozess, wird vielleicht das Abrasivschneiden für uns die Geburtsstunde sein, die in den 1970er Jahren zur Marktreife kam. Das Wasserstrahl-Abrasiv-Suspensionsverfahren WAS, bei dem das Abrasivmittel durch einen sehr hohen Druck von z.B. 1.500 bar in den Wasserstrahl eingebracht wird, fand hingegen erst in den 2010er Jahren die Marktreife.
Wo also, setzen wir die Historie für die Geburtsstunde für das Wasserstrahlschneiden an?
Wasserstrahlschneiden ist ein evolutionärer Prozess, der von Jahrzehnt zu Jahrzehnt weitere signifikante Entwicklungsschritte vollzieht. Eine Entwicklung baute auf einer vorherigen auf. Manche Vorstufe wurde zwar kein kommerzieller Erfolg, jedoch bot sie das Tor zu neuen Produkten, so dass wir heute eine Vielzahl leistungsfähiger und wirtschaftlicher Schneidsysteme unterschiedlichster Art zur Verfügung haben.
Nurwasser bzw. Reinwasser oder Abrasiv?
Weiche Stoffe oder gefrorene Lebensmittel werden mit Reinwasser bzw. Nurwasser im Wasserstrahlverfahren geschnitten. Harte Stoffe hingegen werden abrasiv geschnitten, d.h. dem Wasserstrahl wird ein spezielles Schleifmittel aus Sand beigegeben. Der Schneidkopf einer Abrasiv-Wasserstrahlschneidanlage besteht aus der Wasserdüse (aus Saphir, Rubin oder Diamant), der Abrasiv-Mischkammer, in der das Abrasivmittel beigemischt wird und dem Fokussierrohr, in der sich der Strahl beruhigt.
Funktionsweise einer Wasserstrahlpumpe nach dem Injektor-Prinzip
Man unterscheidet bei der Wasserstrahltechnik die beiden Verfahren Nurwasser und Abrassiv. Beim Abrasiv-Verfahren wird zum Schneidstrahl ein geeignetes Schleifmittel (ein spezieller Granat-Sand) hinzugemischt.
Mit welchem Druck schneidet der Wasserstrahl?
Der erforderliche Schneiddruck ist abhängig von der Härte des zu schneidenden Werkstücks. Für Stahl und Metalle, Steine, Granit etc. werden hydraulische Pumpen mit einem Betriebsdruck von rund 3.600 bis 4000 bar eingesetzt. Dieser Druck wird nahezu kontinuierlich aufrecht erhalten. Je konstanter der Druck, desto weniger Verschleiß bei den Pumpendichtungen, Ventilen und den Düsen und desto höher ist die Schnittqualität. Druckschwankungen gilt es zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Hierzu setzen hydraulische Druckübersetzerpumpen einen oder mehrere Intesifier (eine Art Druckausgleichsbehälter) ein.
Die Systeme mit 4.000 bar Schneiddruck entsprechen zur Zeit den am häufigsten vorkommenden Pumpenleistungen, wobei auch Systeme mit 6.000 bar Schneiddruck zum Einsatz kommen.
Das Druckwasser wird über entsprechende Leitungen zum Schneidkopf der Wasserstrahlanlage geführt, der auf einer geeigneten Schneidmaschine montiert ist. Üblicherweise wird der Schneidkopf über einen X-Y-Koordinatentisch mit numerischer Steuerung betrieben.
Im Schneidkopf der Wasserschneidanlage übernimmt eine Düse aus Rubin, Saphir oder Diamant die Einschnürung des Wasserstrahls.
- Übliche Durchmesser der Düsenlöcher bei Nurwasser betragen um 0,5 mm und kleiner.
Beim Abrasiv-Verfahren liegt der Düsen-Durchmesser um die 1,2 mm und größer.
Für spezielle filigrane Schnitte und bei bestimmten Genauigkeitsanforderungen kommen beim Wasserstrahlschneiden bzw. "Waterjetcutting" aber auch Düsen mit viel geringerem Durchmesser zum Einsatz oder Microwasserstrahlschneidanlagen.
Einsatzgebiete Wasserstrahlschneiden: Nurwasser vs. Abrasiv
Wasserstrahlschneidanlagen dürfen nicht als Ersatz für Plasmaschneiden, Laserschneiden oder Brennschneiden verstanden werden. Dieser Rechenansatz würde dem Nutzen der Wasserstrahltechnologie nicht gerecht werden. Jedes Schneidsystem, jede Schneidtechnologie hat ihre Berechtigung, ihre Stärken und ihren speziellen Aufgabenbereiche.
Was kann man alles mit dem Wasserstrahl schneiden?
Mit Hilfe des Wasserstrahlschneidverfahrens können nahezu beliebige Materialien geschnitten werden.
Einsatzgebiete Nurwasser:
- Nahrungsmittelindustrie z.B. gefrorener Fisch
- Konsumgüterindustrie: Verpackungsmaterial, Pappe, Papier, Möbel, Babywindel-Produktion
- Elektronik-Industrie: Leiterplatten-Trennung
- Motorenteile, Dichtungen
- Medizintechnik
Einsatzgebiete Abrasiv:
- Flugzeugindustrie: Titan- und Glasbearbeitung
- Automobilindustrie: Karosseriebearbeitung
- Anlagen- und Maschinenbau: Dampfturbinenräder, Leiträder, Guss-Bearbeitung
- Marmor, Stein, Kunststoffe, Verbundstoffe, etc.
- Aluminium, Stahl, Glas
Was kann man alles mit dem Wasserstrahl NICHT schneiden?
Es gibt kaum ein Material, dass nicht mit Wasserabrasiv geschnitten werden kann.
Jedoch spröde Stoffe, bestimmte Keramiken, gehärtete Gläser, Diamanten, halbflüssige Stoffe, etc. lassen sich nicht mit dem Wasserstrahl schneiden.
Ein anderes, relativ neues Schneidverfahren, das WAS Wassersuspensionsschneidverfahren, erlaubt hingegen auch das Schneiden von spröden Materialien. Solange die Härte des Abrasivmittels höher ist als die des Schneidgutes, kann es geschnitten werden.
Wie dick kann der Wasserstrahl schneiden?
Auch die Dicke des Materials ist keine wirkliche Einschränkung für den Wasserstrahl: Stahl mit über 200 mm Dicke kann problemlos mit Wasser geschnitten werden. Granit mit über 400 mm Dicke stellt auch kein Problem für den Wasserabrasivstrahl dar - man muss jedoch entsprechend langsame Schnittgeschwindigkeiten in Kauf nehmen.
Genau dabei liegt die Einschränkung: Wenn es besonders schnell gehen muss, kommt der Wasserschneidprozess an seine Grenzen. Das WAS-Schneidverfahren erlaubt eine signifikante Steigerung der Schnittgeschwindigkeit - ob dies jedoch im Einzelfall für die Anwendung ausreicht, muss der Unternehmen für sich selbst ermitteln und entscheiden.
Wasserstrahlschneiden: Vorteile und Nachteile
Die Vorteile des Wasserstrahlschneidens sind so umfangreich, dass wir hierzu eine eigene Seite erstellt haben.
Die wichtigsten Vorteile in Kürze:
- Kalter Schnitt ohne Einbringung externer Wärmequellen, wie dies bei beim Plasmaschneiden, Brennschneiden oder Laserschneiden der Fall ist
- Enorme Vielfalt an zu schneidenden Stoffen, kaum Begrenzung in der Art oder der Dicke des Materials
- Aus umwelttechnischer Sicht eine saubere Sache, Wasser und Abrasiv können recycelt werden
- Günstige Kosten: Teile können auf Fertigmaß geschnitten werden, sodass aufwendige Nacharbeit wie Bohren oder Fräsen nicht selten ganz entfallen kann
- und viele weitere Vorteile ...
Die markanten Nachteile beim Wasserstrahlschneiden in Kürze:
- Im Vergleich zu den thermischen Schneidverfahren ist der Wasserstrahl langsamer
- Weniger gut geeignet für große Serien
- Einsatz von Wasser in der Produktion
- Staub und Abrasivmittel in der Umgebung kann andere Werkzeugmaschinen beeinflussen
- und weitere Nachteile ...
Alle uns bekannten Vorteile und Nachteile beim Wasserstrahlschneiden haben wir für Sie zusammengefasst ...
Schnittqualität beim Wasserstrahlschneiden
Zur Frage der Schnittqualität hat es das Wasserstrahlschneidverfahren leicht, denn diese ist standesgemäß sehr hoch. Aufgrund seiner physikalischen Vorteile bleibt der Wasserzuschnitt kalt, ohne Verzug, ohne Gefügeänderung, ohne siginifikante Aufhärtung, ohne Materialspannungen.
Je nachdem mit welcher Qualitätsstufe der Zuschnitt erstellt wurde, kann man die Schnittqualität in Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit stark beeinflussen.
In der höchsten Qualitätsstufe kann Wasser Genauigkeiten von ± 0,1 mm erreichen. Mit der Mikrowasserstrahltechnik sind Genauigkeiten im Bereich ± 0,05 mm möglich.
In der Qualitätsstufe 1 erhält man den schnellsten Zuschnitt, jedoch nur einer Art Trennschnittqualität mit starker Riefenbildung, schrägen Schnittkanten evtl. auch anhaftendem Grat.
In der Qualitätsstufe 5 erhält man den langsamsten Zuschnitt, jedoch mit der höchsten Schnittqualität, die oftmals Fertigteile darstellt und aufwendige mechanische Nacharbeit nicht selten obsolet macht.
Wir haben zur Schnittqualität eine ausführliche Beschreibung erstellt ...
Wasserstrahl Kosten: Energie, Wasserqualität, Abrasiv, Entsorgung
Was kostet eine Stunde Wasserstrahlschneiden?
Die Stundensätze variieren in Abhängigkeit des Unternehmens, einheitliche Stundensätze gibt es nicht. Je nach wirtschaftlicher Kalkulationsart, je nach Automatisierungsgrad und Kostenstruktur des Betriebs kann ein Stundensatz von 90 bis 180 Euro für das Wasserstrahlschneiden liegen. Beeinflusst wird der Stundensatz auch von der Art der Schneidaufgabe: Wenn eine Wasserstrahlschneidanlage mit 6.000 bar arbeitet oder ein hoher Abrasivmittelzusatz erforderlich ist, dann erzeugt die Schneidanlage auch höhere Kosten und damit höhere Stundensätze.
Daher zeigen wir in den Kenndaten Eckwerte der Wasserstrahlanwendungen auf und erklären die Schnittkosten umfangreich und detailliert auf einer eigenen Seite.
Entscheidend ist am Ende, was kostet mich der Zuschnitt? Im Schnittkostenrechner können Sie die Schneidkosten pro Meter Schneidlänge ermitteln.
Was kostet eine Wasserstrahlschneidanlage?
Eine Wasserstrahlschneidanlage erfordert neben der Hochdruckpumpe ein CNC-gesteuertes Koordinatensystem mit entsprechenden Antrieben, eine z-Achsen Höhensteuerung, einem Schneidtisch, das Abrasivfördersystem sowie Software. Die Preise schwanken am Markt extrem, von 50.000 € bis zu 250.000 € und darüber hinaus. Ein Großteil der Schneidanlagen liegt sicher um die 180.000 bis 220.000 €. Kommen noch Schlammaustragsförderer, Wasseraufbereitungsanlagen oder Recyclingsysteme hinzu, dann erhöht sich der Preis entsprechend. Was es beim Kauf einer Wasserstrahlschneidanlage alles zu beachten gibt, finden Sie auf dieser Seite.
Werden Spezialanlagen im Kundenauftrag für ganz spezielle Anwendungen gebaut, beispielsweise für die Rohrbearbeitung, so sind auch Preise über 0,5 Mio. € üblich.
Eine Budgetkonfikuration kann man mit unserem Maschinenkalkulator erstellen.
Wie wichtig ist die Wasserqualität?
Die Qualität des Wassers ist entscheidend für die Lebensdauer des Systems. Wasseraufbereitungsanlagen, wie Enthärtungs- und Filtersysteme beeinflussen die Schnittkosten und die Schnittqualität. Wie das Wasser beschaffen sein muss, welche Härte es besitzen sollte, gibt jeder Hersteller individuell für sein Pumpensystem an.
Je höher die Wasserqualität, desto geringer der Verschleiß von Pumpe, Dichtungen, Düsen, desto längere Lebensdauer, desto weniger Störungen, desto weniger Wartungskosten und Ausfälle.
Mehr dazu unter Wasserqualität ...
Warum ist das Abrasivmittel so wichtig?
Das Abrasivmittel ist das eigentliche Schneidwerkzeug, mit dessen Hilfe und mit hohem Druck das Metall geschnitten wird. Daher werden an das Abrasivmittel bestimmte Anforderungen bezüglich seiner Härte und seiner Korngröße gestellt. Je nach Korngröße ist ein anderer Düsendurchmesser des Schneidkopfes erforderlich sowie ein entsprechend höherer Durchfluss an Schneidwasser. Sowohl das Schneidwasser als auch das Abrasivmittel können wieder aufbereitet werden.
Die Kosten für Abrasivmittel schwanken stark und sind von Angebot und Nachfrage abhängig. Das Abrasivmittel, dass für diese Aufgabe geeignet ist stammt häufig aus Australien oder Indien. Dabei schwanken die Qualitäten stark.
Die Preise liegen von 500,- bis 800,- pro Tonne, in Krisenzeiten auch darüber. Was es alles beim Abrasiv zu beachten gibt, erfahren Sie hier.
Entsorgung Abrasivmittel:
Das Abrasivmittel wird tonnenweise benötigt. Die nicht mehr recycelbaren Reste müssen zusammen mit der Schlacke aus dem Schneidtisch entsorgt werden. Dies übernimmt entweder ein geeigneter Schrotthändler, ein Entsorgungsunternehmen oder sogar der Lieferant des Abrasivmittels.
Zukunftsaussichten, Tipps zum Wasserstrahlschneiden
Wer für die Zukunft plant, sollte Wasserstrahlschneiden in sein Portfolio mit hinein denken und überprüfen, ob dieses Verfahren nicht eine potentielle Chance für eine Produkt-Diversifikation beinhalten könnte!
Besuchen Sie zu diesem Thema auch unsere Videothek zum Wasserstrahlschneiden ...
Einzigartigkeit der Wasserstrahlschneidtechnik
Wasserstrahlschneidanlagen besitzen eine Flexibilität und materialschonende Abtragung, die sie einzigartig machen. Die hohe Flexibiltät mit der nahezu alle Stoffe geschnitten werden können, ist ebenso einzigartig, wie der geringe mechanische Einfluss sowie die thermische Neutralität, die das Materialgefüge nicht negativ beeinflusst. Aufhärtung der Schnittfugen sind ebenso wenig ein Problem, wie eine Randzonenaufhärtung der Schnittspalte.
Nicht ob, sondern wann? Wann sollte man Wasserstrahlschneiden?
Daher stellt sich nicht die Frage, ob abrasiv Wasserstrahl oder Plasma das richtige Schneidverfahren sind - sondern vielmehr, wann ein Unternehmen sein Produkt-Spektrum um eine weitere Schneidmöglichkeit erweitern möchte.
Wenn Stahlschneiden zu Ihrem täglichen Geschäft zählt, dann bietet die Wasserstrahltechnik ungeahnte Möglichkeiten, natürlich mit einem anderem Stundensatz und mit anderen Randbedingungen, evtl. auch mit anderen Kunden, doch in jedem Fall auch mit der Chance auf weitere bzw. andere Einnahmequellen.
- Wenn Materialien ohne Wärmeeinwirkung, ohne Verzug zu schneiden sind, dann mit Wasserstrahl.
- Wenn verschiedenste Materialien zu schneiden sind, auch nichtmetallische Werkstoffe, dann mit Wasserstrahl.
- Wenn hohe Schnittqualitäten und Genauigkeiten erwünscht sind, möglicherweise sogar Fertigteile, dann mit Wasserstrahl.
Auf die Pumpe kommt es an
Für jede Aufgabe gibt es eine bestimmte Hochdruckpumpe. In unserem Beitrag, der auf dem Deutschen Schneidkongress® gehalten wurde, finden Sie eine übersichtliche Darstellung der zur Zeit auf dem Markt häufig anzutreffenden Pumpenarten mit ihren Eigenschaften und Anwendungsbereichen.
Erfahrungswert:
Schneidforum konnte bei seinen Beratungen insbesondere in Krisenzeiten feststellen, dass Unternehmen, die breiter aufgestellt waren und nicht nur von einem Produktsegment abhängig waren, beispielsweise dem Autogenschneiden von Dickblechen, besser durch Wirtschaftsflauten steuerten. Die Möglichkeit auch auf andere Produkte umzusatteln, neue Einsatzgebiete zu erschließen und dabei kaum Restriktionen zu besitzen, eröffnet dem Wasserstrahl ungeahnte Möglichkeiten und Chancen, die es unabkömmlich in Industrie und Handwerk machten.
Will man, darf man, kann man, auf die Flexibilität und Vielfalt sowie den schier unermesslichen Einsatzmöglichkeiten des Wasserstrahlschneidens verzichten?
Ja, man kann mit Wasserstrahl Rohre schneiden.
Zwei Wege:
1. Wenn die Flachbettmaschine über eine Rotationsachse verfügt, kann man mit „Abstrichen“ Rohre mit Wasserstrahl bearbeiten.
Um dies auch handhabbar zu machen, benötigt man eine spezifische Rohrbearbeitungssoftware. Allerdings muss man in das Rohr ein Opfermaterial einlegen, welches die Strahlenergie aufnimmt, da man ansonsten das Rohr auf der Gegenseite beschädigt oder durchschneidet.
2. Manche Maschinen arbeiten ohne Rotationsachse, das Rohr wird im Wasser direkt geschnitten, indem es in den dafür vorgesehenen Schneidtisch eingelegt wird und ein Drehaggegat übernimmt die Drehung des Rohres. Opfermaterialien sind bei dieser Anwendung nur bei dünneren Rohren notwendig oder wenn man außerhalb des Wasserspiegels arbeitet, um die Rückseite zu schützen.
Gemäß unserer Erfahrung stehen in der Regel die Wasserstrahlschneidanlagen in einem gesonderten Raum oder eingehaust.
Sowohl das Abrasivmittel als auch die Feuchtigkeit können die Genauigkeit benachbarter Systeme, z.B. einer Laserschneidanlage beeinträchtigen. Bei hochpräzisen und damit auch empfindlichen Anlagen kann es zu Beschädigungen durch das Abrasivmittel an den Führungsbahnen kommen.
Ich würde daher die Maschinen räumlich voneinander trennen oder einhausen oder man probiert es erst einmal mit Vorhängen, damit die Flexibilität erhalten bleibt.
Die ISO 9013 enthält keine Regeln für das Wasserstrahlschneiden.
Das VDI-Merkblatt VDI/NCG 5210, Blatt 2 befasst sich mit dem Wasserstrahlschneiden. In dieser Prüfrichtlinie wird ein Prüfwerkstück für Wasserstrahlschneiden beschrieben. Sie finden darin die Kenngrößen des Wasserstrahlschnittes, die Qualitäten sowie technische Definitionen. Genauigkeiten werden dort ebenso genannt. Sie können diese Richtlinie ganz normal über den Beuth-Verlag bestellen.
Außerdem steht die schweizerische 2D-Norm für das Wasserstrahlschneiden SN 214001analog zur ISO 9013 zur Verfügung. Auch sie beschreibt die Genauigskeitsklassen beim Wasserstrahlschneiden.
Die Richtlinien definieren 5 Genauigkeitsklassen von Q1 (schlecht) bis Q5 (sehr gut) definiert.
Definitionen: Rauheit Ra, Winkelfehler u, Eckfehler j, Schnittbeginn- und Schnittendefehler t1/t2
Beispiel, Auszug: Klasse Q1: Rauheit Ra 50 ym, Winkelfehler >0,3mm, Eckfehler >3 mm, t1/t2 > 1mm
Klasse Q3: Ra 12,5 µm, Winkelfehler < 0,2 mm, Eckfehler < 1,5 mm, t1/t2 < 0,5 mm
Klasse Q5: Ra 3,2 µm, Winkelfehler < 0,05 mm, Eckfehler < 0,25 mm, t1/t2 < 0,1mm
(Grenzwerte gültig bei max 4.000 bar und nur für eine bestimmte Materialdicke. Alle Angaben ohne Gewähr.)
Wie schneidet man dünne Edelstahlblechen von 1 bis 15 mm Materialdicke am besten?
Wenn wir annehmen, dass Sie eine Hochdruckpumpe mit einer Leistung von 50 PS entsprechend 37 kW einsetzen, welche in der Industrie häufig anzutreffen sind, schlagen wir bei einem Wasserdurchsatz von 3,8 Litern/Minute und 4.000 bar Schneiddruck folgende Einstellungen vor:
- Wasserdüsengröße von max. 0.35 mm Durchmesser
- Zur Wasserdüse 0.35 mm passt ein Fokussierrohr 1.0 mm.
- Bei der Düsenkombination 0.35/1.0 wird in der Regel Abrasivsand mit 80 mesh verwendet.
Somit haben Sie eine ideale Kombination, um schnellstmöglich Ihre Materialien zu schneiden.
Lässt sich einseitig selbstklebende Schaumstoffrollenware auf Basis synthetischen Kautschuks (FEF) aber auch Melaminharzplatten, Steinwolle mit verschiedenen Kaschierungen und Filtermatten (aus PUR Polyester oder Vliesstoffe) schneiden und kommen evtl. auch andere Fertigungsverfahren in Frage?
Dämmmaterialien können z. B. auch mit einer CNC-Kaltdraht-Schneidemaschine oder einem klassischen Dämmstoffschneider geschnitten werden.
Wobei sich Aufgrund der Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten das Fertigungsverfahren Wasserstrahlschneiden für das Schneiden von Konturschnitten eignet. Bei Nur-Gerade-Schnitten ist eine Wasserstrahlanlage vielleicht etwas überdimensioniert.
Mit der Wasserstrahlanlage können nahezu fast alle Materialien geschnitten werden, seien es Fliesen, (Moos-)Gummi, Kunststoffplatten, Vliesstoffe u. s. w. bis hin zu Wolframcarbid, um auch mal den oberen Grenzbereich zu nennen. Dort wo nicht gewünscht auch ohne Abrasivmittel / Schneidsand.
Die Einstellungen der Schneidanlage kennt entweder der Maschinenbediener oder der Maschinenhersteller und das Handbuch.
Ja, es gibt Eigenbau-Lösungen. Doch aufpassen - nie selber an einer Maschine herum fummeln, wenn sie noch Garantie hat - die erlischt sonst. Außerdem auf die anderen Gefahren achten, undichtes Wasserbecken, Ungültigkeit der CE, Verletzung der Maschinenverordnung etc. oder sonstige Komplikationen, daher würde ich es lieber vom Profi machen lassen, aber das muss jeder für sich selbst entscheiden!
Eine Variante, den Sand heraus zu holen, ist mit einer Kaskade zu arbeiten, bei der der Sand Zeit findet, sich abzusetzen. Problem: Erstens, die große Sandmenge und zweitens, wie bekommst Du den Bodensatz nach oben? Du kommst da wohl nicht daran vorbei, den Einsatz eines Kratzförderes bzw. einer Schnecke, eines Fördergangs etc. (Hersteller bieten hier verschiedene Systeme an) einzuplanen. Dazu musst Du an den Tisch ran. Der Kratzförderer oder die Schnecke holen den Sumpf an die Oberfläche und befördern ihn in ein anderes Becken/Behälter/System, z.B. in die Kaskade. Manche Hersteller arbeiten mit zwei elektrischen Pumpen (zum Absaugen und zum Spülen) und einem Kaskadenbecken, in dem dann mehrere Big-Bags eingehängt sind. Wenn diese richtig eingehängt sind, sollte auch nicht allzuviel Sand daneben fallen. Wobei das Wasserstrahlschneiden natürlich schon mal von Natur aus keine Reinraumtechnik ist.
Ein Anwender berichtet, dass das Fokussierrohr sich ständig mit Sand verstopft! Er betreibt ein großes Becken mit zwei Portalen, wobei ein Portal sauber arbeitet und die Störung nur beim zweiten Portal auftritt, obwohl beide Portale den Sand aus der gleichen Quelle erhalten!
Für eine Ferndiagnose sind weitere Parameter notwenig, wie Düsengröße und Fokussierrohrdurchmesser, Sangröße, Sandmenge pro Minute, Höhe des Schneiddruckes der HD-Pumpe?
Folgende Tipps wurden ohne Gewähr erteilt:
1. Vergrößere den Fokussierrohrdurchmesser von 0,76 auf 0,92mm.
2. Überprüfe die Pumpe, möglicherweise schaltet sie sich nach wenigen Minuten mit der Sandzugabe ab, wenn der Druck zu gering ist.
Wir haben vor ein paar Wochen unsere erste Wasserstrahlschneidanlage in Betrieb genommen mit 4 Schneidköpfen. Nun haben wir alle Nase lang (ca. alle 5 Std) einen Abrasivstau. Der Sand wird feucht.
Wir schneiden: Edelstahl 1.4301 in 30 mm Dicke mit einem Schneidkopf bei einem Druck von 3.600 bar. Die Fördermenge Abrasiv beträgt 30 kg/h vom Typ GMA ClassicCut TM 80 mesh. Als Düse wird Teracore Ø0,35 eingesetzt.
Ein Abrasivstau kann zwar schon einmal auftreten, sollte aber eher die Ausnahme als die Regel sein. Das Abrasiv darf jedenfalls nicht feucht werden und das ist auch nicht normal.
Für dieses Problem könnte es mehrere Gründe geben.
1. Wo wird der Sand feucht?
1.1 nur unten bei der Mischkammer
1.2 von oben, von der Abrasiv Dosierung
Lösung:
Zu 1.1 → Baue Druck mit der Hochdruckpumpe auf und beobachte, ob beim Fokusierrohr oder bei der Mischkammer Wasser austritt.
Das wird nicht viel sein, meist tropft das nur etwas. Wenn Ja, dann muss der Dichtungssatz des Schneidkopfes getauscht werden.
Zu 1.2 → Zwar sehr unwahrscheinlich aber könnte es sein, dass das Wasser auf die Dosierung gelangt und dadurch das Abrasiv feucht wird? Die Abrasivdosierung selbst ist zwar mit einer Dichtung ausgestattet aber Wasser findet immer seine Wege.
2. Wann tritt der Abrasivstau genau auf?
2.1 Während des Schneidens
Eventuell ist die Düse, das Fokusierrohr oder die Mischkammer defekt
2.2 oder nur beim Einstechen
Je nach Parametrierung gibt es Abrasivschaltzeiten. Abhilfe für das Problem könnte das Leersaugen des Abrasivschlauches bringen. Bei 580 g/min legt sich schon etwas Abrasiv vor der Mischkammer ab, welches beim erneuten öffnen des Schneidkopfes dann nicht schnell genug abtransportiert werden kann.
3. Auch eine falsche Düsen/Fokusierrohrkombination kann zu wiederkehrenden Abrasivstaus führen.
Beim Schneiden von größenteils Gummi füllt sich das Schneidbecken sehr schnell, z.B. schon nach wenigen Monaten, mit Schlamm. Obwohl eine Filteranlage mit einer Schlammpumpe und auch eine Aufwirbelung des Wasserbeckens vorhanden sind. Leider funktioniert die Filterung nur etwa eine Woche, danach ist das Bigpac nicht mal 1/5 gefüllt und verstopft. Auch andere Filtersäcke von verschiedenen Firmen funktionieren nicht. Woran kann das liegen?
Normale Entschlammungsanlagen, wie sie beim Abrasivschneiden verwendet werden, funktionieren für Gummischlamm nur bedingt. Für diesen Einsatzfall gibt es spezielle Filteranlagen, die nicht mit Säcken arbeiten. Informieren Sie sich hierzu bei den Herstellern, die Sie im Marktplatz des Schneidforums finden.
Hardox© Material mit einer Stärke von 60 mm soll mit Wasser geschnitten werden.
Damit die Konturen beim Schneiden gut aussehen, sind einige Einstellungen zu ändern.
ardox© ist wesentlich langsamer zu schneiden wie vergleichsweise Baustahl S235 oder S355. Aus unserer Erfahrung um den Faktor 2.5 langsamer.
Die Abrasivzufuhr muss erhöht werden, evtl. müssen die Einstichwege geändert werden.
Besonders sollte man auf eine optimale Kombination aus Düsendurchmesser und Fokussierrohr achten.
- Kann man Edelmetalle mit Purwasser bis 10 mm Dicke schneiden?
Ohne Abrasiv, also mit Purwasser zu schneiden ist allerdings nur bedingt möglich. Es sind 6000 bar notwendig, man kann trotzdem nicht bis 10 mm schneiden und die Qualität der Schnittkante lässt sehr zu wünschen übrig. Alles in allem ist das Reinwasserschneiden dieser Materialien nicht wirtschaftlich.
- Ist es möglich das Schneidmaterial (Kerbmaterial, Späne) zu 100% zu filtern?
In diesem Anwendungsbereich sollte unbedingt zu nahezu 100% das Abrasiv-Schnittgut-Gemisch aufgefangen und in eine Scheideanstalt gegeben werden. Die Schneidanlage muss so gestaltet sein, dass möglichst kein Abrasiv in oder auf der Anlage verbleibt. Das Auffangen des Kerbmaterials ist, sofern der Hersteller diese Funktion besitzt, fast zu 100% möglich. Es bleibt nur die Möglichkeit der Wiederaufbereitung des Abrasiv-Schnittgut-Gemisches, um die wertvollen Edelmetalle wieder zurück zu gewinnen.
- Kann man dünne Blechstreifen zb. 25 x 25 x 2 mm schneiden ohne dass der Strahl das Blech wegbläst?
Blechstreifen 25x25x2 mm lassen sich so schneiden.
Anstelle einer Abrasivdüse mit einem Durchmesser von 0,8 mm setzt man eine Düse mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,5 mm ein.
Hierbei muss die Ausrichtung zwischen Wasserdüse und Abrasivdüse sehr exakt erfolgen, damit der Strahl nicht durch Reflektionen abgelenkt wird.
Beim Schneiden / Gravieren mit einer kleineren Düse, sollte aufgrund der Prozesssicherheit auf ein Abrasiv mit >120 Mesh zurückgegriffen werden.
Auch sollte hierbei die Menge des Abrasivmittels entsprechend den neuen Prozessparametern angepasst werden.
Mit diesem Strahl, lassen sich sehr feine Konturen und Gravuren herstellen.
Die Ursache für diesen Schneidfehler liegt meistens an der kurzen Verweilzeit am Ende der Kontur. Wenn der Strahl noch einen kleinen Augenblick an ist und die Maschine steht, wird sofort das Material ausgewaschen. Am besten ist es, mit möglichst kleinem Winkel oder 0 Grad aus der Kontur rauszufahren am Ende.
Sicher hat man sich schon gefragt, was passiert, wenn so eine Hochdruckverrohrung platzt oder um die Ohren fliegt?
Risse in Hochdruckrohren können auftreten und es ist nicht vorhersehbar. Ursachen können Unregelmäßigkeiten im Material sein, die sich langsam nach außen arbeiten und die pulsierende Druckbelastung, die wiederum vom Schneidprozess abhängt. Eine genaue Standzeit kann für Hochdruckrohre aus diesen Gründen nicht angegeben werden. Sie kann erfahrungsgemäß zwischen wenigen Monaten und mehreren Jahren liegen.
Risse in Hochdruckrohren treten nach unserer Erfahrung der Hersteller zu 99% in Längsrichtung (Fertigungsrichtung der Hochdruckrohre) auf. Der Riss stellt eine Vergrößerung des Auslass-Querschnittes neben der Düsenöffnung dar. Aufgrund dessen kann sich nicht mehr der erforderliche statische Druck (Staudruck) im Hochdrucksystem aufbauen, der ja bekanntermaßen in der Wasserdüse in kinetische Energie umgesetzt wird.
Risse sind im Verhältnis zur sehr kleinen Düsenöffnung groß, so dass ein Druckabfall im Hochdrucksystem geschieht, der wiederum dazu führt, dass das Wasser mit relativ geringem Druck aus dem Riss sprüht. Das „Sprühen“ bezeichnet dann auch gleich den nicht definierten Wasseraustritt. Es handelt sich in keinem Fall um einen schneidfähigen Strahl mit relativ wenig Druck. Allerdings ist dieses sprühende Wasser meist warm bis heiß, da sich Wasser erwärmt, wenn es sich durch eine Öffnung presst.
Die langläufige Meinung, dass ein Hochdruckrohr abreisen und dann wild um sich schlagen kann, kommt wohl aus der Hydraulik. In der Hydraulik ist es allerdings so, dass wir wesentlich mehr Fördermenge im Verhältnis zum Druck haben. Diese Fördermenge führt zum „wild“ um sich schlagenden Hydraulikschlauch, wenn dieser abreist. Diesen Fall kann es bei einem Hochdrucksystem mit z.B. 4000 bar und 3.8 Liter/min Fördermenge nicht geben. In der Regel reisen entsprechend gefertigte 4000 bar Hochdruckrohre nicht komplett ab, es sei denn sie werden von außen mechanisch abgerissen, und zweitens kann eine Hochdruckpumpe für das Wasserstrahlschneiden keine ausreichende Menge nachliefern, wenn ein Riss oder eine andere Öffnung (z.B. lockere Verschraubung) im Hochdrucksystem neben der kleinen Düsenöffnung entsteht. Gute Hochdruckpumpen schalten auch nach kurzer Zeit ab, wenn die Abnahmemenge überschritten wird.
Zum Schutz gegen eventuell austretendes Sprühwasser setzen manche einen Metallschutzschlauch ein, der zwischen den Fittings auf das Rohr gezogen wird. Dieser kann in den meisten Fällen das direkte Sprühen aus einem Riss verhindern.
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