Wasserstrahlschneiden und seine Grundlagen

Universelles und flexibles Schneidverfahren für Industrie & Handwerk: Wasserstrahlschneiden - seine Einzigartigkeit und Vielseitigkeit und seine Grundlagen erklärt

Inhaltsverzeichnis:

Wasser besitzt Energie - Historie Wasserstrahlschneiden (engl. waterjetcutting)

„Steter Tropfen höhlt den Stein“, sagt der Volksmund. Wasserstrahlschneiden nutzt die kinetische Energie von Wassertropfen, um Materialien zu trennen. Wasser besitzt Energie, wie Wasserfälle, Auswaschungen und Landabtragungen zeigen. Konstanter Wasserdruck, auch wenn er gering ist, trennt, trägt ab und schneidet. Ein Wassertropfen mit einem rasiermesserscharfen Sandkorn, der auf 1.000 m/sek beschleunigt wird, kann viel aushöhlen. Stellen Sie sich diese Energie vor, wenn 4.000 bar mit 3,6 Liter/min für den nötigen Nachschub an weiteren Wassertropfen sorgen! Wasserstrahlschneiden, im englischen Sprachgebrauch „waterjetcutting“ genannt, nutzt diese Energie, um verschiedene Materialien zu trennen. Es wird verwendet, um Stahl, faserverstärkte Kunststoffe, Glas, Granit und Lebensmittel formpassend zuzuschneiden. Mit dem Verfahren Wasserstrahlschneiden kann fast jedes Material geschnitten werden.

Wasserstrahlschneidkopf sticht ins Material ein
Lochstechen beim Wasserstrahlschneiden im Zuschnitt

Historie des Wasserstrahlschneidens

Wasserstrahlschneiden ist ein kostengünstiges Verfahren mit sauberen Schnittkanten und minimaler Materialveränderung, ideal für Gummi, Marmor und Metall. Die evolutionäre Entwicklung des Verfahrens ist komplex und schwer auf ein spezielles Datum zu datieren.

Einsatz der Wasserstrahlschneidtechnik seit Anfang des 20. Jahrhunderts

Wasserstrahlschneidtechnik wurde ursprünglich für den Abbau von Kies, Ton, Kohle und Erz verwendet. In den 1960er Jahren entwickelte Boeing sie für die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen im Flugzeugbau weiter. Die Wasserstrahlschneidtechnik entwickelte sich über Jahrzehnte von der Kiesgewinnung zur Hightech-Anwendung. Dank vieler Entwickler ist sie heute ausgereift.

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.

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Historie des Wasserstrahlschneidens

Wasserstrahlschneidanlage

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. Wasserstrahlschneiden ist ein abtragendes Schneidverfahren.

Der Einsatz der Wasserstrahlschneidtechnik seit Anfang des 20. Jahrhunderts

Die Wasserstrahlschneidtechnik diente Anfang des 20. Jahrhunderts dem Schürfen in Kies- und Tonablagerungen. Später setze man den Wasserstrahl auch für den Kohle- und Erzabbau ein. In den 1960er Jahren dachte man bei Boeing den Einsatz eines Wasserstrahls zur Bearbeitung von Verbundwerkstoffen im Flugzeugbau an.

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 irgendwo in den 1970er Jahren zur Marktreife kam. Das Wasserstrahl-Suspensionsverfahren, bei dem das Abrasivmittel nicht durch Unterdruck, sondern durch einen sehr hohen Druck in der Mischkammer in den Wasserstrahl eingebracht wird, fand hingegen erst in den 2010er Jahren die Marktreife.

Wo also, setzen wir die Definition einer Geburtsstunde für das Wasserstrahlschneiden an?
Wasserstrahlschneiden ist ein evolutionärer Prozess, der von Jahrzehnt zu Jahrzehnt weitere signifikante Entwicklungsschritte vollzog. Eine Entwicklung baute auf einer vorherigen auf. Manche Vorstufe wurde zwar kein kommerzieller Erfolg, doch sie bot das Tor zu neuen Produkten, so dass wir heute eine Vielzahl leistungsfähiger und wirtschaftlicher Schneidsysteme unterschiedlichster Art besitzen.