Wasser besitzt Energie - Wasserstrahlschneiden (engl. waterjetcutting)

Wasserstrahlschneidkopf sticht ins Material ein
Lochstechen beim Wasserstrahlzuschnitt

"Steter Tropfen höhlt den Stein", sagt der Volksmund. Dass Wasser Energie besitzt, zeigt die Natur auf allen Teilen der Erde durch eindrucksvolle 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 1.000 m/sek beschleunigt wurde, alles aushöhlen? Man stelle sich diese Energie einmal vor, wenn dann noch 4.000 bar oder 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.

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 so eine so ausgereifte Technik setzen 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.

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. 

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.

Marktplatz für Wasserstrahl-, Mikro-, Kombischneidanlagen, Zuschnitte etc.

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