Seite auswählen

TECHNOLOGIE

Wie überwiegt die Kraft des Wassers?

 In der Natur ist die zerstörerische Kraft des Wassers seit Millionen von Jahren im Zusammenhang mit Erosion bekannt. Sogar in unserer unmittelbaren Umgebung sehen wir die Auswirkungen dieser Kräfte. Die Schluchten und Flusstäler, an denen wir uns erfreuen und die uns so beeindrucken, sind tatsächlich Produkte der Wasserkraft.

 Die Nutzung dieser Eigenschaft des Wassers geht auf mehrere Jahrzehnte zurück. In den 1930er Jahren unternahmen amerikanische und sowjetische Ingenieure die ersten Schritte in der Entwicklung und Verwendung eines Hochdruckwasserstrahls im Bergbau, um Steine und Braunkohle zu schneiden. Die Technologie hat sich seither kontinuierlich weiterentwickelt. Die Verwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie gab dem Entwicklungsprozess einen deutlichen Schwung, da man ab sofort in der Lage war Materialien einzubauen, die zuvor noch nie verwendet worden waren. Das Wasserstrahlschneiden übertraf die bisherigen Schneidverfahren und ermöglichte die Verarbeitung von Materialien mit guten technischen Eigenschaften, was bisher nicht möglich war.

Ende der 1960er Jahre nutzten US-Luft- und Raumfahrtunternehmen diese Technologie, um faserverstärkte, zelluläre und Sandwich-Materialien zu schneiden. Diese Stoffe reagieren besonders empfindlich auf hohe Temperaturen und auch auf intensive industrielle und mechanische Verarbeitungsmethoden. Herkömmliche Flammenschneid-, Säge- und Schertechnologien können hier die Materialstruktur erheblich beschädigen.

Was sind die Vorteile, des Wasserstrahlschneidens gegenüber anderen Technologien?

Der größte Vorteil des Wasserstrahlschneidens gegenüber anderen Technologien ist, dass es sich um ein Kaltschneideverfahren handelt. Dadurch ist es für praktisch das Schneiden aller Materialien geeignet. Es ist ebenfalls eine gute Lösung in Fällen, wo andere Verfahren schlechte Ergebnisse liefern würden. Prozesse, die über Hitze funktionieren können zu Verbrennungen und Schmelzen entlang der Schnittfläche führen.

Benutzt man Laser- und Plasmaschneiden kann es vorkommen, dass eine Spannung im Material entsteht, manchmal auch ein Haarriss, oder es wird die Materialverbindung bei Legierungen beeinträchtigt. Manchmal können giftige Gase auftreten, die neutralisiert werden müssen. Im Vergleich dazu gibt es beim Wasserstrahlverfahren keine Aushärtung, keine Verformung, kein Schmelzen und keine Gasproduktion. Es ist fast das einzige Verfahren zum Schneiden bestimmter Materialien, wie harte Kunststoffe und kunststoffbeschichtete Metalle, da es die Oberfläche nicht beschädigt. Für dickere und härtere Metalle lohnt es sich, die Platten mit dieser Technologie zu schneiden, da werkzeugverschleiß in anderen Fällen sehr teuer ist. Titanium, säurebeständiger Stahl, Kupfer und Aluminium sind Beispiele für problematische Metalle.

Welche Lösungen bietet das Wasserstrahlschneiden?

  • Große Präzision
  • Schnittkanten sind nicht beschädigt
  • Hochwertige Oberflächen, die keine weitere Bearbeitung erfordern
  • Die normale homogene Schnittfläche erleichtert eine mögliche Weiterbearbeitung
  • Zuschneiden jeder komplizierten Form
  • Flexible Handhabung von kleinen Größenänderungen, sowie einzigartigen Mustern
  • Das Material kann an jedem beliebigen Punkt angeschnitten werden
  • Bessere Materialausnutzung durch minimale Schnittlücke

 Wie kann Wasser schneiden?

Aus technologischer Sicht können die zu schneidenden Materialien in zwei Gruppen unterteilt werden: eine umfasst diejenigen, die mit sauberem Wasser geschnitten werden können, und die andere Gruppe umfasst diejenigen, wo abrasives Material (Granitsand) in den Wasserstrahl gemischt wird.

  •  Reinwasserschneiden

Das Schneiden erfolgt aufgrund des hohen Drucks (3600 bar). Folgende Materialien können so geschnitten werden:  Gummi, 3-4 mm, geschäumtes PVC, Styropor, Linoleum, Schaumstoffe. Der Schnittspalt beträgt 0,1-0,2 mm.

  • Abrasivwasserschneiden

Die Energie des Wassers in Zusammenwirkung mit der abrasiven Wirkung des Sandes führen zur Trennung des Materials. Der Schnittspalt liegt in diesem Fall zwischen 0,8 und 1 mm

 Welche Faktoren beeinflussen die Schnittfläche?

Es gibt zwei Faktoren, die den Einsatz von Technologie und ihre Anwendbarkeit weitgehend bestimmen. Das eine die konische Auswölbung entlang des Materials, und das andere sind Unterschnitte durch eine Verbiegung des Wasserstrahls.

  • Konizität: Der Durchmesser des Wasserstrahls, der aus der Düse austritt, beträgt 0,8 mm. Das bestimmt die Breite des Schnittspalts auf dem zu schneidenden Material. Je weiter wir uns durch das Material bewegen, desto mehr verliert der Wasserstrahl an Durchschlagskraft, sodass der Austrittsspalt nur noch einen Durchmesser von 0,4-0,5mm aufweisen kann. Diese Konizität kann durch eine Reduzierung der Geschwindigkeit minimiert werden, das sieht man auch gut auf den beigefügten Bildern. In diesem Beispiel wurde ein Drittel der normalen Schnittgeschwindigkeit angewandt. Hier sehen wir nicht einmal mehr die vom Wasserstrahl verursachten Spuren auf der Oberfläche.
  • Unterabschnitte: Im Laufe des Schneidevorgangs ändert sich die Richtung meist abrupt an den Ecken, was dazu führt, dass der Wasserstrahl sich verbiegt und unbeabsichtigt das Material auf der Austrittsseite schneidet. Dies kann ein Problem für die Maßgenauigkeit sein, aber bei unserer neuen Maschine können diese negativen Auswirkungen, durch die der Neigung des Düsenkopfes beseitigt werden.

 Was kann und sollte nicht mit Wasser geschnitten werden?

 Fast alle Materialien können mit diesem Verfahren bearbeitet werden, zumindest was wir bisher geschnitten haben:

  •  Hitzebeständige, rostfreie und härtebare Stähle
  • Bis max. 150 mm Dicke (theoretischer Wert), in der Praxis wird nicht mehr als 80 mm empfohlen.
  • Aluminium, Messing, Kupfer, Bronze, Panzerplatte
  • Glasfaser- und kohlenstofffaserverstärkte Verbundmateriale
  • Sandwichmaterialien (Dibondplatten)
  • Granit 60 mm dick
  • Graphitplatten 2mm dick
  • Glas in normalem Zustand
  • Gummiplatten
  • Schaumstoffe
  • Dekorative und industrielle Kunststoffplatten

 Wofür Wasserstrahlschneiden keine Lösung ist:

  • Gehärtetes Glas
  • Karton
  • Naturholz
  • Härtere Materialien als Granit
  • Industriemetalloxidkeramik