Allgemeine Informationen

Die ersten technischen Nutzungsanwendungen der Wasserstrahltechnologie liegen mehr als 100 Jahre zurück. Um 1870 wurden erstmals Wasserstrahlen zur Gewinnung von Gold eingesetzt. Die Entwicklung entsprechender Pumpen machte es möglich, den Wasserdruck soweit zu erhöhen, dass eine schneidende Bearbeitung von verschiedensten Materialien erreicht werden konnte. Basisinformation Zu Beginn der 80er Jahre wurde mit der Zumischung von Feststoffpartikeln der vorerst letzte innovative Schritt in der Wasserstrahltechnologie erzielt, der es nunmehr ermöglicht, praktisch alle Materialien mit dem Wasserstrahl bzw. dem Wasserabrasivstrahl zu bearbeiten. Die verfahrensspezifische Vorteile der Wasserstrahltechnologie können wie folgt zusammengefasst werden:

• Der Bearbeitungsprozess ist "kalt", es entsteht demzufolge keine thermisch bedingte Veränderung im geschnittenen Material.
• Durch die geringe Schnittspalte ist eine optimale Ausnutzung des zu schneidenden Materials möglich.
• Der Schnitt mit dem Wasserstrahl und Wasserabrasivstrahl kann im Material gestartet und gestoppt werden.
• Die Reaktionskräfte sind sehr gering, so dass eine einfache Handhabung gewährleistet ist.
• Sowohl zweidimensionale als auch räumliche Schnittführung ist möglich.
• Das Werkzeug "Wasserstrahl" arbeitet richtungsunabhängig

Grundsätzlich können zwei Verfahrensvarianten unterschieden werden: Das Schneiden mit reinem Wasserstrahl und das Wasserabrasivstrahlschneiden.

Während beim Einsatz reiner Wasserstrahlen der statische Druck des kompakten Wasserstrahles bzw. die erosive Wirkung der Tropfen zum Materialabtrag genutzt wird, rufen bei der Anwendung von Wasserabrasivstrahlen, die in den Strahl eingebrachten Feststoffpartikel am Werkstoff eine Mikrozerspanung hervor - in diesem Fall dient der Wasserstrahl lediglich zur Beschleunigung der Feststoffpartikel. Grundsätzlich können beide Strahlarten sowohl zum Schneiden als auch zum Reinigen und Abtragen eingesetzt werden. Wird die Wasserstrahltechnologie zum Schneiden von Materialien eingesetzt, lassen sich je nach Wahl der Parameter verschiedene Schnittkantenqualitäten erzielen. Es entstehen auf der Schnittfläche verschiedene Qualitätszonen, deren Ausdehnung von der Wahl der Schneidparameter abhängt. Reiner Wasserstrahl Im Gegensatz zur Anwendung in der Reinigungstechnik, wo es vor allem auf einen großflächigen und gleichmäßigen Abtrag ankommt, werden für das Schneiden mit Wasserstrahlen möglichst eng gebündelte Strahlen eingesetzt. Die Strahldurchmesser liegen im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 mm. Um die erforderliche Energiedichte im Strahl zu erreichen, beträgt der strahlerzeugende Druck bis zu 420 MPa. Dies entspricht dem Druck am Boden einer 42 km hohen Wassersäule. Abhängig vom Material sind mit dem reinen Wasserstrahl Dicken bis zu 300 mm schneidbar.

Wasserabrasivstrahl Die Energiedichte eines reinen Wasserstrahls reicht zur Bearbeitung vieler technischer Werkstoffe nicht aus. Für entsprechende Anwendungen werden dem Wasserstrahl daher Feststoffpartikel zugemischt. Damit wird es möglich, auch Werkstoffe, die mit reinem Wasserstrahl nicht geschnitten werden können, zu bearbeiten bzw. die Schnittleistung gegenüber der Anwendung des reinen Wasserstrahls wesentlich zu steigern. Technische Bauteile, geschnitten mit dem Wasserabrasivstrahl

Typische Schneidanwendungen sind:

• Portionieren von Lebensmitteln (Gefriergut, Backwaren, Schokolade, Speiseeis)
• Zuschnitt von Papierprodukten (Windeln, Wellpappe)
• Zuschnitt von Textilien (Leder, Möbelstoffe, Teppichböden)
• Vereinzelung bestückter Leiterplatten
• Besäumen von Kunststoffformteilen in der Automobilindustrie
• Schneiden von Prepregs und Laminatwerkstoffen in der Luft- und Raumfahrtindustrie
• Zuschnitt von Dämm- und Isolierstoffen
• Schneiden von Flachdichtungen und Sonderbauteilen

Als sogenannte Abrasivmittel kommen im Wesentlichen scharfkantige, mineralische Stoffe, wie Granatsand oder Olivin mit Korngrößen von etwa 0,1 bis 0,3 mm, zur Anwendung. Abhängig von der Schneidanwendung beträgt die erforderliche Abrasivmittelmenge 100 bis 800 g/min. Wie beim Schneiden mit reinem Wasserstrahl, werden auch beim Wasserabrasivstrahlschneiden Drücke bis zu 420 MPa eingesetzt. Der Strahldurchmesser beträgt zwischen 0,3 und 1,2 mm. Die Anwendungsgrenze in bezug auf die Materialdicke liegt beim Schneiden mit dem Wasserabrasivstrahl bei etwa 300 mm. Typische Anwendungen sind:

• Bearbeitung von Edelstählen, insbesonders von Nickelbasislegierungen, Schneiden von Glas, Panzerglas und Acrylglas
• Ausschneiden von dekorativen Teilen aus Naturstein, wie Granit und Marmor Bearbeitung von Materialien für die Luft- und Raumfahrt, wie dickwandige, faserverstärkte Kunststoffe und Titanlegierungen
• Bearbeitung von Hochleistungskeramiken
• Einsatz im Rahmen von Einzelteil- oder Kleinserienfertigungen in Lohnschneidebetrieben