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Für den potentiellen Anwender stellt sich folgende Frage:
Welche Vorteile bietet das Hochdruck-Wasserstrahlschneiden gegenüber anderen Bearbeitungsmöglichkeiten?
Der große Pluspunkt dieser Technologie gegenüber anderen Trennverfahren liegt im Kaltschneideprozess. Dieser kommt dort zur Anwendung, wo spanlose, spanabhebende und thermische Bearbeitungsverfahren unbefriedigende Ergebnisse liefern oder aus mechanischen bzw. physikalischen Gründen versagen. Anders als bei thermischen Schneidverfahren lassen sich sämtliche Werkstoffe mit dem Wasserstrahl ohne Wärmebeeinflussung schneiden. Damit entfallen Aufhärtungen und Verzüge, tropfende Schlacken oder Schmelzen sowie Schadstoffbelastungen wie z.B. giftige Gase. Diese entstehen häufig beim Laserschneiden von Kunststoffen und müssen zudem entsorgt werden. Für kunststoffbeschichtete Bleche ist diese Schneidtechnik oftmals die einzige Lösung, welche die Oberflächenbeschichtung nicht negativ beeinflusst.
Außerdem lassen sich bestimmte - vor allem dickere - Werkstoffe mit thermischen Verfahren weder in quantitativer noch qualitativer Hinsicht effektiv schneiden. So bereiten zum Beispiel Werkstoffe wie Titan, rostfreie Stähle, Kupfer und Aluminium beim Laserschneiden entsprechende Probleme. Bei der Bearbeitung von Faserverbundstoffen oder Gestein muss sich der Laserlichtstrahl vollends geschlagen geben.
Die Anforderungen an industrielle Schneidverfahren sind in den letzten Jahren enorm gestiegen. Dabei werden nicht nur höhere Stückzahlen und bessere Schittleistungen verlangt, sondern auch die Fähigkeit, sehr komplexe Formen hochgenau und kantensauber bearbeiten zu können. Der Wasserstrahl erzeugt keinen direkten Anpressdruck auf dem Werkstoff. Die mechanischen Reaktionen finden im Mikrobereich statt. So kommt es trotz der hohen kinetischen Energie des Wasserstrahls zu keinen Materialverformungen, und es wird ein hochpräzises Schneidergebnis ohne Ausfransungen oder Gratbildungen erzielt. Die Schnittkanten weisen eine erstaunlich gute Qualität auf und müssen nicht kostspielig nachgearbeitet werden. Zudem wird die Materialoberfläche der Werkstücke nicht verletzt. Der haardünne Wasserstrahl erzeugt nur einen minimalen Schnittspalt. Daher fällt im Vergleich zu konventionellen Schneidverfahren ein weitaus geringerer Materialverlust an. Dieser Vorteil wird außerdem durch die optimale Verknüpfung der Komponenten noch hochgradig verstärkt.
Auch bei komplexen Formen liegt das Wasserstrahlschneiden in Führung: Mit dem "Kaltverfahren" können beliebige Formen aus jedem Werkstoff ausgeschnitten werden. Das Wasserstrahlschneiden erlaubt dem Anwender, flexibel auf Kontur- und Materialänderungen zu reagieren. Diese Technik eignet sich hervorragend für die meisten komplexen Schnittführungen, spitze Winkel, schräge Kanten und kleinste Innenradien. Ein an beliebiger Stelle startbarer Schneidvorgang und direkter Materialeinstich erlauben unbegrenzte Handhabungsmöglichkeiten bei der Bearbeitung unterschiedlichster Werkstoffe. Hochdruck-Wasserstrahlschneiden garantiert eine besonders hohe Umweltfreundlichkeit. Das Schneidverfahren ist sauber, erzeugt keinen Schneid- oder Schleifstaub, keine Späne und keine chemische Luftverschmutzung. Außerdem sind keine Schneidemulsionen erforderlich. Eine optimale Materialausnutzung durch dünnste Trennfugen oder nahtlose Verschachtelung ist bei den heutigen Rohstoffressourcen und Werkstoffpreisen eine weitere willkommene Eigenschaft der Wasserstrahlschneidtechnologie.
Funktionsweise:
Beim Wasserstrahlschneiden wird die erforderliche Schneidenergie durch einen Medienstrahl erzeugt, der durch eine sehr kleine Edelstein-Strahldüse geleitet wird. Zuerst muss jedoch der erforderliche Wasserdruck erzeugt werden. Das Herzstück von 2D- und 3D-Schneidanlagen ist die Hochdruckpumpe, eine Druckübersetzerpumpe mit einer ölhydraulischen Antriebseinheit. Im Primärkreislauf wird mit Hilfe einer Hydraulikpumpe ein Ölvordruck erzeugt. Dieser wird dann im Sekundärkreislauf über einen Druckübersetzer in Wasserhochdruck umgewandelt.
Im Dauerbetrieb erzeugt die Hochdruckpumpe einen Wasserdruck von bis zu 6000 bar. Der Druckwasserstrahl strömt mit einer Geschwindigkeit von ca. 1000 m/s durch die Strahldüse im Schneidkopf. Auf diese Weise wird potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Zum Schutz der Hochdruckkomponenten, der Druckübersetzerpumpe und der Wasserstrahldüse wird gefiltertes Schneidwasser verwendet. Der Abrasivschneidkopf mit der eingebauten Fokussierdüse ist in die Führungsmaschine, einen Roboter oder ein 2D- bzw. 3D-Portal integriert. Das System kann in einen Querschneider integriert werden, wobei sich das Material unter dem Wasserstrahl bewegt. Die gesteuerten CNC-Achsen ermöglichen dreidimensionale Schneidvorgänge. Das bearbeitete Material liegt sicher auf dem Schneidrost, und die Kontur wird mit Schneidkopf abgefahren. Damit lassen sich auch labile, besonders weiche Werkstoffe sauber schneiden.
Textilien, Elastomere, Faserstoffe, dünnere Kunststoffe, Lebensmittel, Papier, Thermoplaste usw. werden mit einem Reinwasserstrahl und einer Strahlgeschwindigkeit von bis zu 200 m/s geschnitten. Zum Trennen von kompakten und harten Werkstoffen wie z.B. allen Metallen, Hartgestein, Panzerglas, Keramik usw. kommt das Abrasiv-Schneidverfahren zum Einsatz. Bevor der gebündelte Wasserstrahl auf das zu bearbeitende Material trifft, wird diesem in einer Mischkammer ein Schneidmittel feinster Körnung zugeführt, wodurch es zu einer Mikrozerspanung kommt. Dabei wird in der Mischkammer ein Unterdruck erzeugt, der zur Ansaugung des Abrasivmittels genutzt wird. Nach der Entnahme des Abrasiv-Mittels aus dem Vorratsbehälter wird dieses einer Dosiereinrichtung zugeführt. Hier wird die für die aktuelle Schneideaufgabe erforderliche Abrasivmenge eingestellt. In der Fokussierdüse wird dann der Abrasivstrahl erneut gebündelt und auf das Werkstück gelenkt.
Als Abrasiv finden hauptsächlich feinkörnige Olivin- oder Granitsande sowie Korund mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,5 mm Verwendung. Je härter die Feststoffpartikel, desto größer die Abtragsleistung. Die Abrasiv-Einheit besteht im wesentlichen aus folgenden Komponenten: Abrasiv-Schneidkopf, Abrasiv-Dosiersystem, gesteuertes Ein-/Auslassventil und Abrasiv-Behälter für die permanente Bereitstellung von bis zu drei verschiedenen Schneidzusätzen. Der Abbau der Restenergie kann beim Hochleistungsabrasivbetrieb mittels eines in das Wasserbecken integrierten Energieabsorber (Catcher) erfolgen. Auf diese Weise können hochfeste und gehärtete Stähle bis 100 mm, übliche Metalle bis 120 mm, NE-Metalle bis 150 mm, weiche Werkstoffe bis 200 mm sowie Schaumstoffe bis zu 300 mm geschnitten werden.
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