Wasserstrahlschneiden 6000-bar-Wasserstrahltechnik senkt die Stückkosten bis zu 40%

Autor / Redakteur: Christian Kübel / Rüdiger Kroh

Beim Wasserstrahlschneiden erhöht sich mit dem Druck der Energiegehalt des Schneidstrahls. Die Einführung der 6000-bar-Technik sorgt für eine Steigerung der Schneidgeschwindigkeit um 30 bis 40%. Zudem reduziert sich dadurch der Einsatz von Abrasivsand um 30 bis 50%.

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Bild 1: Mit 6000 bar Arbeitsdruck kann der Wasserstrahl schneller und genauer schneiden.
Bild 1: Mit 6000 bar Arbeitsdruck kann der Wasserstrahl schneller und genauer schneiden.
( Archiv: Vogel Business Media )

Das Wasserstrahlschneiden hat im Vergleich zu traditionellen Schneidverfahren eine Reihe von Vorteilen. So lassen sich zum Beispiel mit nur einem Werkzeug ohne thermische Beeinflussung unterschiedliche Materialien nicht nur schneiden, sondern auch bohren und gravieren. Der Wasserstrahl eignet sich besonders für moderne Werkstoffe wie Verbundmaterialien oder Keramik, aber auch für Stahl, Aluminiumlegierungen oder Glas. Die Bearbeitungskräfte am Werkstück sind minimal und mit den entsprechenden Maschinen lassen sich Teilegenauigkeiten von bis zu ±0,04 mm erzielen.

Beim Wasserstrahlschneiden haben der Druck und die daraus resultierende Geschwindigkeit des Schneidstrahls wesentlichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit. Mit höherem Druck steigt der Energiegehalt des Schneidwerkzeugs Wasser an, so dass schneller und genauer geschnitten werden kann (Bild 1). Gleichzeitig reduzieren sich Strahldurchmesser sowie Wasserverbrauch und der Zusatz von Abrasivsand lässt sich reduzieren. Das neue Hyper-Pressure-System von Flow Europe nutzt genau diesen Effekt, um mit 6000 bar das Wasserstrahlschneiden entscheidend zu verbessern. Auf der EMO wurde jetzt mit dem Wasserstrahl-Bearbeitungszentrum WMC (Bild 2) die zweite Wasserstrahlschneidanlage präsentiert, die unter einem Dauerarbeitsdruck von 6000 bar produziert.

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Ultra-Hochdruckpumpe steht beim Wasserstrahlschneiden im Mittelpunkt

Das Herz der Wasserstrahlanlage ist die Ultra-Hochdruckpumpe (Bild 3). Ein Öldruck von 210 bar wirkt auf einen großen Kolben, an dessen Enden kleine Druckstempel angebracht sind, die den eigentlichen Wasserdruck aufbauen. Aus dem Verhältnis von Hydraulikkolbenfläche zu Druckstempelfläche ergibt sich der Arbeitsdruck des Wassers. Bei einem Flächenverhältnis von 30:1 werden so aus 210 bar die mehr als 6000 bar.

Bisher lag der Standardarbeitsdruck für kommerzielle Wasserstrahlschneidanlagen bei etwa 3800 bis 4150 bar. Der Schritt hin zu 6000 bar bedeutete, technisches Neuland zu betreten, denn bei so hohem Druck verhalten sich Werkstoffe ganz anders als bei Normaldruck. Bedenkt man, dass ähnliche Drücke in der Erdkruste Steine und Salze zu Mineralien wandeln, so kann man sich vorstellen, wie schwierig es ist, dauerhaft beständige Komponenten für Hochdruckanwendungen zu entwickeln. Nur mit langjähriger Erfahrung und umfangreichem Know-how lassen sich die geänderten tribologischen Eigenschaften (Reibung, Schmiereigenschaften und Verschleiß) durch ausgesuchte Materialien beherrschen.

6000-bar-Technik erhöht die Schneidgeschwindigkeiten

Der Quantensprung auf die 6000-bar-Technik erhöht die Schneidgeschwindigkeiten um 30 bis 40% und reduziert den Einsatz von Abrasivsand um 30 bis 50%. Bedenkt man, dass Abrasivsand beim Wasserstrahlschneiden ein wesentlicher Kostentreiber ist, wird schnell klar, dass sich mit der neuen Technik die Stückkosten um 30 bis 40% senken lassen.

Die Anlagen sind wartungsfreundlich konstruiert und ein spezieller Werkzeugsatz für die Wartung der Hyperjet-Pumpe gehört zum Lieferumfang. Weil auch die besten Materialien – vor allem Dichtungen – nicht ewig halten, ist eine regelmäßige, fachgerechte Wartung wichtig. Ein exklusives Service- und Wartungsprogramm begleitet den Anwender durch das erste Betriebsjahr.

Er lernt so „Wartung on the job“. In nur drei Schritten lässt sich zum Beispiel der Hochdruckteil der Pumpe zerlegen, die alte Dichtung entfernen und durch eine neue ersetzen. Zusammengebaut wird in umgekehrter Reihenfolge. Der gesamte Austausch benötigt dabei nur rund 22 min, ein bislang unerreichter Wert in diesem Druckbereich. Damit werden die Stillstandszeiten der Anlagen auf einem niedrigen Niveau gehalten.

Bereits seit vergangenem Jahr auf dem Markt, ist die 6000-bar-Maschine der kompakten und vielseitigen IFB-Produktlinie. Bei dieser Serie sind Steuerung, Hochdruckpumpe und Wasserstrahlkomponenten platzsparend in einem einzigen Maschinenrahmen integriert. Dank ihrer Flexibilität ist diese Anlage für nahezu jeden industriellen Einsatz geeignet.

Anlagen mit Dynamic Waterjet ausgerüstet

Beide Anlagen sind mit Dynamic Waterjet ausgerüstet. Das Verfahren kompensiert ohne Zutun des Bedieners Winkelfehler der Teilekante, die für das Wasserstrahlschneiden an der Schneidkante typisch sind. Ein spezieller Höhensensor sorgt in beiden Anlagen dafür, dass auch bei unebenen Werkstücken der Abstand zwischen der Düse und dem Material konstant bleibt. Dank Collision Sensor Kit wird bei Hindernissen zudem eine Kollision vermieden.

Bei spröden oder laminierten Materialien besteht beim Anbohren mit dem Abrasivstrahl die Gefahr, dass Bohrungen an der Oberkante ausbrechen. Der erste Wasserstrahl-Schub enthält gewöhnlich kein Abrasivsand und die Oberfläche neigt dann dazu, unter der Wucht des Wassers einzureißen. Die Anbohrhilfe Ultra-Pierce saugt den Abrasivsand an und sorgt dafür, dass bereits beim ersten Tropfen Wasser Abrasivsand im Schneidestrahl beigemischt ist.

Christian Kübel ist Marketing Manager bei der Flow Europe GmbH, 75015 Bretten, Tel. (0 72 52) 5 38-2 26, Fax (0 72 52) 5 38-5 52 26, ckuebel@flowgmbh.com

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