Schnittige Fortschritte Mit neuem Wasserstrahlkopf und Software zum exakten Schnittverlauf

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ACE Stoßdämpfer GmbH

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Forscher und Industriepartner haben einen Wasserstrahlkopf so verbessert, dass er mit einer neuen Software die Steuerung beim Wasserstrahlschneiden vereinfacht und die Schnittqualität erhöht.

Das Wasserstrahlschneiden mit Abrasivwasserstrahl ist eine leistungsstarke Bearbeitungsmethode, die nahezu ohne Werkzeugverschleiß auskommt. Doch das Wasserstrahlschneiden ist relativ schwer zu beherrschen, heißt es weiter. Der Grund ist, dass der Wasserstrahl während der Bearbeitung oft seine Form und Richtung ändert. Dieser Umstand halte viele Unternehmen davon ab, in diese Schneidmethode zu investieren, obwohl sie an sich sehr wirtschaftlich und materialschonend sei. Um das Problem zu verringern, entwickelt ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT aus Aachen mit Industriepartnern ein umfassendes Konzept, bestehend aus einem verbesserten Wasserstrahlkopf und einer neu entwickelten Software, was zusammen die Abtragprozesse optimiert, das Ganze beherrschbarer macht und den Schneidprozess verkürzt.

CAx-Modul plant Bahnverlauf beim Wasserstrahlschneiden

Das IPT-Team entwickelte dazu mit dem Aachener Softwareunternehmen Aixpath GmbH und dem Wasserstrahlmaschinen-Hersteller H.G. Ridder GmbH aus Hamm im öffentlich geförderten Forschungsprojekt „Jetcut3D – Kosteneffiziente Bearbeitung von 3D-Bauteilen durch ein neuartiges Wasserstrahlkonzept“ die besagte Software und den neuen Bearbeitungskopf. So ließen sich die Bearbeitungsprozesse so einstellen, dass die veränderliche Dynamik des Wasserstrahls deutlich präziser als bisher berücksichtigt werden könne.

Die Experten analysierten dazu zunächst das Verhalten des Wasserstrahls unter verschiedenen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Daten nutzten sie, um zu berechnen, wann, wo und wie die Wirkrichtung des Wasserstrahls während des Prozesses variiert. Auch wie er seine Form ändert, wurde untersucht. Um die Schnittqualität zu verbessern, leiteten sie dann verschiedene Kompensationsmethoden für die entsprechenden Abweichungen ab und integrierten passende Algorithmen dafür in die Steuerungssoftware. Die Ergebnisse flossen in ein neu entwickeltes CAx-Modul, das nun zur Bahnplanung für das Wasserstrahlschneiden dient. Dieses, führen die Forscher weiter aus, ergänzt jetzt die bereits existierende NX-Bahnplanungssoftware von Siemens.

Keine Abweichungen beim Wasserstrahlschneiden

Mit dem ebenfalls im Forschungsprojekt entwickelten Wasserstrahlkopf kann man dann mithilfe der Kompensationsmethoden auf plötzliche Abweichungen im laufenden Bearbeitungsprozess reagieren. Denn der Kopf kann besonders schnell und präzise in fünf Achsen gehoben, gesenkt, gekippt und gedreht werden, wie die Forscher erklären.

Anhand verschiedener Bauteilgeometrien, beispielsweise einem Zahnrad aus Aluminium (Bild), erprobte man die Funktionsweise des Kopfes im Zusammenspiel mit der Software. Wie es heißt, erzielte man durchweg sehr gute Bearbeitungsergebnisse. Die Projektpartner haben nach eigener Aussage so einen wichtigen Beitrag geleistet, um das Wasserstrahlschneiden als alternative Bearbeitungsmethode komplexer Bauteile noch attraktiver zu machen.

Nach den erfolgreichen Tests soll das Gesamtpaket aus Bearbeitungskopf und Software nun so erweitert werden, dass es auch für andere Fertigungsprozesse wie etwa das Wasserstrahlfräsen nutzbar wird. Das CAx-Modul könnte damit künftig auch für die Bahnplanung weiterer Wasserstrahl-Bearbeitungsverfahren genutzt werden, glauben die Experten.

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