Wie funktioniert Wasserstrahlschneiden?

Dem Wasserstrahlschneiden sind hinsichtlich Schnittmaterial und Anwendungen kaum Grenzen gesetzt. Es handelt sich um ein sehr effizientes und präzises Kaltschneidverfahren mithilfe von Wasserstrahltechnik. Hochdruckwasser mit oder ohne Abrasivmittel schneidet die unterschiedlichsten Werkstoffe, ohne dass belastende Wärme entsteht. Seidenglatte, nicht nachzubearbeitende Schnittkanten und minimale Schnittfugen zeichnen das Schneidverfahren aus. In den Schneidsystemen kommen Hochdruckpumpen und Düsen zur Erzeugung des Hochdruck-Wasserstrahls zum Einsatz.

Wasserstrahlschneiden – Eine Definition

Das Wasserstrahlschneiden ist ein materialabtragendes Trennverfahren, das unterschiedliche Werkstoffe ohne thermische Belastung schneidet. Es arbeitet mit einem Hochdruckwasserstrahl mit oder ohne Abrasivmittel. Das Wasserstrahlschneiden ist eine beliebte Alternative zu konventionellen Schneidtechniken.

Das Grundprinzip des Wasserstrahlschneidens

Dem Wasserstrahlschneiden liegt ein recht einfaches Funktionsprinzip zugrunde. Ein feiner Wasserstrahl trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche eines Werkstücks auf. Er verursacht einen Materialabtrag und trennt das Material. Um den benötigten Hochdruckwasserstrahl zu erzeugen, bringt eine Hochdruckpumpe das Wasser auf einen Druck von bis zu mehreren Tausend bar und leitet es zum Schneidkopf.

Abhängig vom zu schneidenden Material kann das Wasser zusätzlich mit einem Abrasivmittel versetzt sein. Am Schneidkopf tritt das Wasser mit einem Strahldurchmesser von 0,1 bis 0,5 Millimeter aus einer feinen Düsenöffnung aus. Die Strahlleistung ist vom Druck des Wassers und dem Durchmesser der Düsenöffnung abhängig. Der Wasserstrahl trennt die oberflächennahen Werkstoffpartikel ab und verursacht einen spannungsfreien Schneidprozess ohne Wärmeeintrag in das Material. Je nach Beschaffenheit des Wasserstrahls sowie der Härte und Dicke des Materials sind unterschiedliche Schnitttiefen und -geschwindigkeiten erzielbar.

Vorteile des Wasserstrahlschneidens

  • vielseitig einsetzbares Schneidverfahren
  • schneidet fast alle Materialien und Werkstoffe
  • schneidet sehr präzise
  • glatte Schnittkanten und minimale Schnittfugen

  • keine Nachbearbeitung der Schnittkanten
  • keine Belastung des Werkstoffs durch Wärme
  • umweltfreundliches Verfahren ohne Schlacke-Abfall
  • Schneidwasser ist recycelbar

Einflussfaktoren der Schnittqualität

Beim Wasserstrahlschneiden beeinflussen verschiedene Parameter die Schnittleistung und die Schnittqualität. Diese Einflussfaktoren sind:

  • der Pumpendruck
  • der Düsenabstand zur Materialoberfläche
  • der Durchmesser der Düsenöffnung

  • der erzeugte Schneiddruck des Wasserstrahls
  • die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidkopfs

Die Hochdruckpumpe als zentrale Komponente eines Wasserstrahl-Schneidsystems

Wasserstrahl-Schneidsysteme sind Werkzeugmaschinen, die Werkstoffe mit einem Hochdruckwasserstrahl trennen. Sie bestehen aus mehreren Komponenten. Herzstück jeder Anlage ist das Hochdrucksystem mit seiner Pumpe zur Erzeugung des Hochdruckwasserstrahls. Für ein präzises und effizientes Schneiden benötigt das Schneidsystem Drücke von 1.000 bis 6.000 bar, die eine leistungsstarke Hochdruckpumpe liefert.

Die Düse mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,5 Millimeter ist für die Geschwindigkeit und den Durchmesser des austretenden Wasserstrahls verantwortlich. Weitere Komponenten der Wasserstrahl-Schneidanlage sind Behälter für die zuzusetzenden Abrasivmittel, der Strahlvernichter, die Einrichtung zur Bewegung und Positionierung des Schneidkopfs sowie die Steuer- und Regelungstechnik der Anlage.

Verschiedene Arten des Wasserstrahlschneidverfahrens

Grundsätzlich lassen sich beim Wasserstrahlschneiden zwei Verfahren unterscheiden. Das Schneiden ist mit reinem Wasser oder mit hartem pulverförmigem Material (Abrasivmittel) versetztem Wasser möglich.

Das Wasserstrahlschneiden mit Reinwasser eignet sich hauptsächlich zum Trennen weicher Werkstoffe wie Lebensmittel, Schaumstoffe, Papiere oder Kunststoffe. Im Bereich der Lebensmittel kommt es beispielsweise zum Schneiden von Käse, Obst oder Gemüse zum Einsatz. Zu trennende Kunststoffmaterialien können Folien und Dichtungen sein. Weitere Materialien sind Teppiche, Textilien, Faserstoffe oder Dämmstoffe. Das Verfahren ist sehr umweltfreundlich, da es reines, recycelbares Wasser verwendet. Das Wasser belastet die Lebensmittel beim Schneiden nicht.

Beim Abrasivschneiden mischt die Anlage dem Wasserstrahl ein hartes, pulverförmiges Material zu. Als Abrasivmittel kommen Materialien wie Granat oder Korund zum Einsatz. Das Abrasivschneiden eignet sich eher für harte Werkstoffe wie Metall, Stahl, Stein, Marmor, Keramik, Glas, Panzerglas, Holz, Grafit oder Laminate. Besonders effizient ist das Schneidverfahren für Verbundstoffe.

Schneidverfahren im Vergleich

Im Vergleich zu anderen Schneidverfahren, die mit Hitze, mechanischem Druck oder Plasma-Brennern arbeiten, ist das Wasserstrahlschneiden ein sehr schonendes und präzises Schneidverfahren. Die seidenglatten Schnittkanten benötigen keine Nachbearbeitung und die Schnittfugen des feinen Wasserstrahls sind minimal.

Technologie Prozessart Materialien Nachbearbeitung der Kanten
Wasserstrahl Erosionsprozess = Flüssiges Hochgeschwindigkeitssandpapier Nahezu alle Nein
Plasma Verbrennungs-/Gasschweißprozess mit hohen Temperaturen durch ionisiertes Gas Hauptsächlich Stahl, Edelstahl und Aluminium Zumeist
Laser Schmelzprozess durch konzentrierten Laserstrahl Hauptsächlich Stahl, Edelstahl und Aluminium u.a. Manchmal
EDM/Brenner Erosionsprozess durch elektrische Entladung Nur leitfähige Materialien Nein

Das Wasserstrahlschneiden stellt eine ideale Lösung zum Schneiden von wärmeempfindlichen Materialien dar. Es erzeugt beim Schneiden keine belastende Hitze und liefert feine Schnittkanten mit minimalen Schnittfugen. Zur Erzeugung des Hochdruckstrahls kommen leistungsfähige Hochdruckpumpen und feine Düsen zum Einsatz. Selbst sehr harte oder dicke Werkstoffe lassen sich mit einem passend dimensionierten Wasserstrahl mit oder ohne Abrasivmittel problemlos schneiden.

Möchten Sie sich über das umweltfreundliche Wasserstrahlschneiden näher informieren oder benötigen Sie Pumpentechnik für Ihre Anlage, kontaktieren Sie URACA jetzt.