Technische Eckdaten und Kenngrößen von Wasserstrahlschneidanlagen
Wir haben einige technische Eckdaten und Kenngrößen von Wasserstrahlschneidanlagen zusammengetragen, die natürlich nur beispielhaft gelten können. Für eine tatsächliche Kostenermittlung für das Wasserstrahlschneiden müssen reale Zahlen zugrunde gelegt werden, die von Anwender zu Anwender verschieden sind.
Folgende technische Eckdaten gelten für eine typische Wasserstrahlschneidanlage (Stand 2015):
- Standzeiten der Düse: Saphir ca. 20 h - Diamant ca. 300 h
- Durchmesser der Düsen: 0,08 (Nurwasser) bis 0,5 mm - 1,4 mm (Abrasiv)
- Schnittfuge in Metall: 1 bis 1,5 mm
- Schneiddruck: 3.500 – 4.200 bar - 6.200 bar (neuste Entwicklungen bis 13.000 bar im Laboreinsatz!)
Eine höhere Pumpenleistung ermöglicht einen höheren Durchsatz an Schneidwasser bei gleichem Druck = dies bedeutet: die Abtragsleistung steigt, so dass nicht immer 6.200 bar Systeme erforderlich sind.
Die Anwendung und die spezifische Kosten-Nutzenbetrachtung geben hier Aufschluss.
Wichtig: Die Standzeiten der Düsen sind abhängig von der Wasserqualität und den Druckschwankungen im System.
Dies gilt auch für die weiteren mechanischen Elemente des Pumpensystems.
Übliche Pumpengrößen bei Wasserstrahlschneidanlagen (Stand 2015):
- 25 PS: 17,5kW, 3.500 bar: 1,9 l/min Volumenstrom
- 50 PS: 37kW, 3.800 - 4.200 bar, 3,8 l/min Volumenstrom
- 100 PS: 75kW, 3.800 - 4.200 bar, 7,6 l/min Volumenstrom
- 150 PS: 115kW, 3.800 - 4.200 bar, 15,2l/min Volumenstrom
d.h. von Leistungsstufe zu Leistungsstufe erhalten wir jeweils fast eine Verdopplung der Schnittleistung bzw. die Möglichkeit die Schneidkopfanzahl zu verdoppeln und damit den Ausstoß pro Zeiteinheit zu erhöhen.
FAQ-Liste zum Thema Wasserstrahlschneiden
Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen. Ist das Passende nicht dabei, zögern Sie nicht mit Hilfe des unten stehenden Formulars Ihre Frage zu stellen. Stammen die Antworten von Dritten, z.B. Anwendern oder Herstellern, so entsprechen diese nicht immer unserer Meinung. Keineswegs sind die Antworten ein Garant dafür, dass diese Tipps auch für Ihren Betrieb zutreffen, da die Randbedingungen in jedem Unternehmen anders sind. Die Antworten stellen keine Beratung dar.
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.
