Die Technologie des Wasserstrahlschneidens

Diese Art des mechanischen Trennens ermöglicht eine Bearbeitung ohne jegliche Materialdeformation und Gefügeveränderung im Randzonenbereich

Es können Metalle aller Art, Aluminiumlegierungen, Buntemetalle, Glas, Verbundglas, Keramik, Laminate, Gestein, sämtliche Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Gummi, Isolationsmaterialien usw. bearbeitet werden. Hier entstehen keine zusätzlichen Werkzeugkosten und nur sehr geringe Rüstkosten. Besonders zu erwähnen ist bei der Kunstoffbearbeitung die große Umweltverträglichkeit im Vergleich zu anderen Trennverfahren. Was wie eine Revolution im Gegensatz zum Stanzen und Schneiden begann, ist bei uns seit Jahren praktizierter Alltag. Denn die Wasserstrahltechnologie ist in vielen Fällen das ideale Fertigungsverfahren. Bei Kleinserien und Versuchsmustern können hohe Werkzeugkosten vermieden und dennoch komplizierteste Präzisionsteile hergestellt werden. Mit engsten Toleranzen werden selbst dicke und geschäumte Werkstoffe geschnitten, umweltfreundlich und ohne thermische oder mechanische Verformung. In vielen Anwendungen ist das Wasserstrahlschneiden die überlegene Technik. Selbst aus schwer zu stanzenden Materialien wie Glas, Stein oder Aluminium sind extreme Formen mit schmalen Konturen realisierbar. Und das bei optimaler Materialausnutzung. Der Wasserstrahl bahnt sich präzise und umweltfreundlich seinen Weg.

Die Wasserstrahltechnologie ist die einzigartige, zukunftsorientierte Möglichkeit für hohe Automatisation beim leistungsstarken Schneiden von wirklich allen Werkstoffen.

Was steckt hinter dieser Aussage?

In der Natur ist die Kraft des Wassers in Form von Erosion schon Jahrmillionen tätig. Das Ausmaß durch Auswaschen und Abtragen von Erdoberflächenformen durch Wasser kennt man aus vielen Beispielen.

Die nutzbringende Anwendung eines Wasserstrahles wurde bereits vor mehr als 100 Jahren beim Abbau von Kies- und Tonablagerungen eingesetzt.

In den 30er Jahren unternahmen amerikanische und sowjetische Ingenieure erste Anstrengungen zur Verwendung von Hochgeschwindigkeitsstrahlen im Bergbau, zum Abtragen von Felsen, Gesteinen und Kohle.

Das Hochdruck-Wasserstrahlschneiden, auch Jet-Cutting genannt, wurde kontinuierlich weiterentwickelt. Ein gewichtiger Impuls, den Wasserstrahl in der Fertigungstechnik als Werkzeug einzusetzen, kamen aus dem Flugzeugbau und der Raumfahrtindustrie.

Ende der 60er Jahre entschied sich ein amerikanischer Flugzeughersteller für das Wasserstrahlschneiden zur Bearbeitung von Faserverbund-, Waben- und Schichtwerkstoffen.

Diese Materialien reagieren besonders empfindlich auf hohe Temperaturen und Drücke. Klassische Trennverfahren von Schweißbrennen über Sägen bis zu Tafelscheren würden die Struktur solcher Stoffe zerstören.

Thermische Verfahren, wie z. B. das Laserschneiden verursachen oft Verbrennungen, Verschmelzungen und Gasentwicklung an den Schnittkanten. Laser- und Plasmasschneiden erzeugen bei den genannten Metallen Spannungen, Mikrorisse und Gefügeveränderungen.

Für den potentiellen Anwender stellt sich nun die Frage: Welche Vorteile weist das Hochdruck-Wasserstrahlschneiden gegenüber anderen Bearbeitungsmöglichkeiten auf?

Der große Pluspunkt dieser Technologie gegenüber anderen Trennverfahren liegt im Kaltschneideprozeß. Dieser wird dort eingesetzt, wo spanlose, spanabhebende und thermische Fertigungstechniken aus mechanischen oder physikalischen Gründen unbefriedigende Ergebnisse liefern bzw. versagen.

Im Gegensatz zu thermischen Verfahren werden mit dem Wasserstrahl alle Materialien ohne Wärmebeeinflussung getrennt. 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. Darüber hinaus verweigern bestimmte Werkstoffe, vor allem auch bei größeren Materialdicken dem thermischen Verfahren den qualitativ wie quantitativ lohnenswerten Schnitt. So bereiten Werkstoffe, wie z. B. Titan, rostfreie Stähle, Kupfer und Aluminium dem Laseranwender entsprechende Probleme. Bei der Bearbeitung von Faserverbundstoffen oder Gestein scheitert das kohärene Lichtbündel vollends.

Die Ansprüche an die industriellen Schneidprozesse sind in den letzten Jahren enorm gestiegen. Gefordert sind nicht nur höhere Produktionszahlen und bessere Schnittleistungen, sondern auch die Möglichkeit, sehr komplexe Formen mit hoher Genauigkeit und sauberen Schnittkanten bearbeiten zu können.

Der Wasserstrahl erzeugt keinen direkten Anpreßdruck auf den Werkstoff. Die mechanischen Reaktionen finden im Mikrobereich statt.

So wird trotz hoher kinetischer Energie im Wasserschneidstrahl Deformation im Material vermieden und eine hohe Schneidpräzision ohne Ausfransungen bzw. Gräte erzielt. Die Schnittkanten sind von erstaunlich guter Qualität und erfordern keine kostspielige Nachbehandlung. Zudem wird die Materialoberfläche der Werkstücke nicht verletzt.

Der haarfeine Wasserstrahl erzeugt einen minimalen Schnittspalt. Daraus resultiert ein weitaus geringerer Materialverlust, als dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist. Zusätzlich wird dieser Vorteil durch optimale Verschachtelung der Teile begünstigt.

Das Wasserstrahlschneiden bekommt insbesondere auch dort Aufwind, wo komplexe Formen vorliegen. Auf „kaltem Wege“ lassen sich Teile aus jedem Werkstoff mit beliebiger Form ausschneiden. Wer mit dem Wasserstrahl arbeitet, kann flexibel auf sich ändernde Konturen und Werkstoffe reagieren. Diese Technik eignet sich hervorragend für vielfältigste Schnittführungen, auch spitze Winkel und schräge Schnittkanten sowie minimale Innenradien.

Beliebiges Starten des Schneidvorganges sowie direktes Einstechen in das Material erlauben eine universelle Handhabung beim Schneiden verschiedenartiger Werkstoffe. Die Umweltfreundlichkeit wird beim Schneiden mit dem Hochdruck-Wasserstrahl im besonderen Maße gesichert. Der Schneidprozeß ist sauber, erzeugt keinen Schneid- oder Schleifstaub, keine Späne und chemische Luftverschmutzungen. Die Verwendung von Schneidemulsionen entfällt ebenfalls.

Optimale Materialausnutzung durch dünnste Trennfugen oder nahtlose Schachtelung sind bei den heutigen Rohstoff-Ressourcen und Werkstoffpreisen ebenfalls willkommene Kriterien für die Wasserstrahltechnik.