Wasserstrahlschneiden

by test01 September 01, 2020

Das Wasserstrahlschneiden ist ein trennendes Fertigungsverfahren, bei dem Wasser unter hohem Druck zum Durchtrennen von verschiedenen Werkstoffen eingesetzt wird. Das Wasserstrahlschneiden gilt als besonders umweltfreundliches, wirtschaftliches und materialschonendes Trennverfahren.

Je nach zu trennendem Werkstoff wird beim Wasserstrahlschneiden wahlweise reines Wasser oder Wasser mit einem abrasiven Zusatz benutzt. Während sich reines Wasser zum Schneiden weicher Werkstoffe wie Kunststoffe, Schaumstoffe, Folien und Papier eignet, ist zum Trennen von Stahl, Keramik oder Glas ein Abrasivwasserstrahl erforderlich. Das Wasserstrahlschneiden hat sich vor allem beim Schneiden von Verbundwerkstoffen bewährt und wird branchenübergreifend aufgrund seiner weitreichenden Vorteile angewandt.

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Technische Grundlagen zum Wasserstrahlschneiden

Zum Wasserstrahlschneiden wird eine Wasserstrahlschneidmaschine eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Werkzeugmaschine, die mit einer CNC-Steuerung ausgestattet ist und beim Trennen von Werkstoffen einen hohen Automatisierungsgrad erreichen.

Die Wasserstrahlschneidmaschine besteht im Wesentlichen aus den folgenden Komponenten:

  • Elektromotor
  • Ventil
  • Reinwasser- und Abrasivwasserdüse
  • Speicher
  • Hochdruckverrohrung
  • Druckübersetzer
  • Wassertank
  • Wasserpumpe
  • CNC-gesteuerte Führungsschiene
Wasserstrahlschneidmaschine 3D bei der Firma Arcut Wasserstrahlschneiden
Wasserstrahlschneidmaschine 3D bei der Firma Arcut Wasserstrahlschneiden

Die Vorgehensweise beim Wasserstrahlschneiden ist technisch relativ simpel und unterscheidet sich hauptsächlich in Abhängigkeit des zu schneidenden Materials. Grundsätzlich lässt sich der Prozess wie folgt beschreiben:

  1. Hochdruck erzeugen

Um Werkstoffe mit reinem Wasser zu schneiden, sind sehr hohe Drücke erforderlich. Die Wasserstrahlschneidmaschine ist aus diesem Grund mit einer Ultrahochdruckpumpe ausgestattet. Diese ist in der Lage, Drücke von mehr als 6.000 bar zu erzeugen. Zum Vergleich: Leistungsstarke Wasserwerfer der Polizei erreichen einen Druck von etwa 20 bar.

  1. Umwandlung von Druck in Geschwindigkeit

Damit der Wasserstrahl mit höchster Präzision und Geschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche gerichtet werden kann, wandelt eine Düse den Druck in eine hohe Geschwindigkeit um. Üblicherweise kommt bei diesem Schritt eine winzige Edelsteindüse zum Einsatz. Der resultierende Strahl ist nicht dicker als ein menschliches Haar.

  1. Zusatz eines Abrasivmittels (je nach Werkstoff)

Wenn härtere Werkstoffe wie Stahl, Titan oder Aluminium geschnitten werden sollen, wird dem Wasserstrahl in einer zusätzlichen Mischkammer ein Abrasivmittel hinzugefügt. Dabei handelt es sich üblicherweise um Granat- oder Olivsand. Das Abrasivmittel erhöht die Schneidkraft signifikant und ermöglicht das präzise Zertrennen von metallischen und mineralischen Werkstoffen sowie Faserverbundwerkstoffen.

  1. Austritt am Schneidkopf

Nachdem das Abrasiv in die Mischkammer gesaugt und mit dem Wasser vermischt wird, erfolgt eine Fokussierung und Beschleunigung des Gemischs durch die Abrasivdüse. Am Schneidkopf tritt der Strahl schließlich mit der nahezu vierfachen Schallgeschwindigkeit aus und wird auf die Oberfläche des Werkstoffs gerichtet.

Wasserstrahlschneiden bei der Firma Waterjet AG
Wasserstrahlschneiden bei der Firma Waterjet AG

Welche Materialien können geschnitten werden?

Wenn ein Reinwasserstrahl ohne Zusatz von Abrasiv genutzt wird, können vor allem weiche und zähe Werkstoffe durchtrennt werden. Dazu gehören unter anderem:

  • Papier, Pappe, Karton
  • Leder
  • Gummi
  • Kunststoffe wie PVC
  • Glasfaserverstärkter Kunststoff
  • Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff
  • Dämmstoffe

Durch die Zugabe von Abrasiv wird die Schnittkraft deutlich erhöht. Je nach Härte des zugefügten Mittels können die folgenden Werkstoffe durchschnitten werden:

  • Stahl
  • Aluminium
  • Faser-Kunststoff-Verbund
  • Naturstein
  • Glas
  • Beton
  • Keramik
  • Titan
Marmortischplatten - Firma Arcut Wasserstrahlschneiden
Marmortischplatten - Firma Arcut Wasserstrahlschneiden

Die verschiedenen Varianten beim Wasserstrahlschneiden

Neben den Verfahrensvarianten Reinwasserschneiden und Abrasivschneiden wird vor allem zwischen dem zweidimensionalen und dem dreidimensionalen Schneiden unterschieden. Beim zweidimensionalen Wasserstrahlschneiden erfolgt der Austritt des Wasserstrahls stets im rechten Winkel zur Werkstückoberfläche. Dadurch lassen sich entsprechend ausschließlich plane Schnittflächen realisieren.

Darüber hinaus kommen auch Wasserstrahlschneidmaschinen zum Einsatz, deren Achsen eine mehrdimensionale Bearbeitung des Werkstücks zulassen. Der Schneidkopf wird dabei je nach gewünschter Geometrie der Schnittfläche in verschiedenen Winkeln über das Bauteil geführt.

2D Wasserstrahlschneiden - Firma Waterjet AG
2D Wasserstrahlschneiden - Firma Waterjet AG
3D Wasserstrahlschneiden - Firma Waterjet AG
3D Wasserstrahlschneiden - Firma Waterjet AG

Vorteile des Verfahrens Wasserstrahlschneiden

Die Vorteile des Wasserstrahlschneidens sind vielfältig und haben dazu geführt, dass sich das Verfahren heute branchen- und werkstoffübergreifend großer Beliebtheit erfreut. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

  • Hohe Umweltfreundlichkeit
  • Keine Rissbildung, Gefügeänderung oder Materialspannung
  • Keine Entstehung von Wärmezonen
  • Mehrdimensionale Bearbeitung möglich
  • Schnelle Herstellung von Prototypen
  • Wenig Materialabtrag
  • Keine aufwendige Nachbearbeitung erforderlich
  • Hohe Wirtschaftlichkeit
Alternative zum Fräsen - Firma Arcut Wasserstrahlschneiden
Alternative zum Fräsen - Firma Arcut Wasserstrahlschneiden

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Anfrage Wasserstrahlschneiden 2D Baustahl
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Anfrage Wasserstrahlschneiden 2D Glas
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Anfrage Wasserstarhlschneiden 2D Moosgummi
Anfrage Wasserstarhlschneiden 2D Moosgummi