So funktioniert das Wasserstrahlschneiden

Beim so genannten Wasserstrahlschneiden handelt es sich um ein Fertigungsverfahren, das zur Hauptgruppe des Trennens gezählt werden kann. Zusammen mit dem Brennschneiden, Plasma-Schmelzschneiden und Laserstrahlschmelzschneiden ist es abtragendes Verfahren.

Hierbei wird zwischen dem Wasserstrahlschneiden mit reinem Wasser und jenem, bei dem ein Abrasiv zugesetzt wird, unterschieden. Das Abrasivschneiden beinhaltet neben reinem Wasser zusätzlich ein Abrasiv, ein hartes, pulverförmiges Material. Das Werkzeug, an dem dieses trennende Verfahren ausgeführt wird, bezeichnet man als Wasserstrahlschneidemaschine.

Professionelle Wasserstrahlschneidemaschinen werden beispielsweise unter https://eckert-cutting.de/ angeboten.

Reinwasserstrahlschneiden und Abrasivschneiden

Das Prinzip des Reinwasserstrahlschneidens beruht auf der Trennung weicher Materialien wie Folien, Papier, Kunst- und Schaumstoffen. Im Gegenzug ist das Abrasivschneiden eine Methode, die bei festen Werkstoffen angewandt wird. Auf diese Art und Weise können Glas, Stahl oder Keramik getrennt werden. Dieses umweltfreundliche Trennverfahren spielt insbesondere bei der Trennung von Verbundwerkstoffen eine gewichtige Rolle, da mit konventionellen Trennverfahren zumeist keine qualitativ hochwertige Trennung möglich ist.

Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde das Wasserstrahlschneiden vorwiegend im Bergbau zum Abtragen von Gesteinselementen genutzt. Ebenso wurde die Technik in Goldminen angewandt, um Goldadern von Erde und Steinen zu trennen. Ende der 1960er Jahre wurde das Wasserstrahlschneiden auch in der Flugzeugindustrie zur Trennung wärmeempfindlicher Teile genutzt.

Physikalische Grundlagen und Wirkmechanismus

Das Abtragen des Materials basiert auf hohem Druck, der auf der Oberfläche des zu trennenden Materials entsteht. Damit lässt sich auch der Unterschied zu anderen Verfahren wie dem Autogenbrennschneiden, Laser- oder Plasmabrennschneiden erklären. Diese Trennverfahren arbeiten mit thermischer Energie.

Beim Wasserstrahlschneiden werden ausschließlich mikroskopische Partikel nahe der Oberfläche abgetrennt. Da auf den Werkstoff keine Hitze einwirkt, kommt es zu keinerlei Dehnungseffekten des Werkstückes.

Hinsichtlich des Schnittmaterials sind dieser Methodik kaum Grenzen gesetzt. Das moderne und hochpräzise Kaltschneideverfahren geschieht mittels Hochdruckwasser, dem ein Abrasivmittel zugesetzt sein kann. Besonders hervorzuheben ist, dass dieses Verfahren keine Lärmbelästigung verursacht und glatte Schnittkanten erzeugt, die in den wenigsten Fällen nachbearbeitet werden müssen. Der Hochdruck-Wasserstrahl wird mithilfe von Hochdruckpumpen und Düsen erzeugt.

Grundprinzip

Das Prinzip des Wasserstrahlschneidens ist denkbar einfach. Ein äußerst feiner Wasserstrahl wird mit sehr hohem Druck und einer folglich hohen Geschwindigkeit auf einen Werkstoff geleitet. Dies verursacht den Abtrag mikroskopischer Partikel und trennt auf diese Art und Weise das Material. Durch den Einsatz einer Hochdruckpumpe wird das Reinwasser auf einen unvorstellbar hohen Druck von einigen Tausend bar gebracht und zum Schneidkopf weitergeleitet.

Je nachdem, welches Material getrennt wird, kann dem Reinwasser ein Abrasivmittel zugesetzt sein. Das Wasser tritt vom Schneidkopf mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 0,5 Millimeter aus feinen Düsenöffnungen aus. Die Leistung ist abhängig vom Druck des Wassers und vom Durchmesser der Düsenöffnungen. Der spannungsfreie Schneidprozess geschieht gänzlich ohne Einwirken von thermischer Energie auf den Werkstoff.

Die Beschaffenheit des Wasserstrahles sowie Dicke und Härte des zu behandelnden Materials sind ausschlaggebend für unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten und Schnitttiefen.

Vorteile des Wasserstrahlschneidens

Das Trennverfahren ist vielfältig einsetzbar und ist in der Lage, beinahe alle Werkstoffe zu schneiden.

Weiters zeichnet sich das Verfahren durch hohe Präzision aus. Glatte Schnittkanten und minimale Schnittfugen sind hierfür ein eindrucksvoller Beweis. Schnittkanten müssen in der Regel nicht nachbearbeitet werden. Das umweltfreundliche Trennverfahren ist schonend für den Werkstoff, da dieser keiner thermischen Belastung ausgesetzt wird, welche zu ungewünschten Dehnungen innerhalb des Materials führen kann.

Zudem werden beim Wasserstrahlschneiden keine Schlacke-Abfälle erzeugt. Verwendetes Wasser kann recycelt werden, was die Umweltverträglichkeit eindrucksvoll unterstreicht.