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1 Verfahren 2 Anwendungen 3 Maschinenkomponenten 4 Geschichte |
Verfahren
Beim Wasserstrahlschneiden wird das zu bearbeitende Matererial durch einen Hochdruckwasserstrahl getrennt. Dieser Strahl hat einen Druck von bis zu 6000 bar. Es werden Austrittsgeschwindigkeiten bis zu 1000 m/s erreicht. Die Bearbeitung erfolgt fast ohne Erwärmung des Schneidgutes. Die getrennten Stücke sind gratfrei. Durch den hohen Druck ist das Schneidwasser keimfrei (Hochdrucksterilisation). Das Wasser muss nicht besonders aufbereitet werden. Lediglich zur Erhöhung der Pumpenstandzeit ist gegebenfalls eine Aufbereitung erforderlich.
Reinwasserschneiden
Beim Reinwasserschneiden wird lediglich die Strahlenergie des Wassers ausgenutzt. Die Schneidleistung in harten Materialien ist sehr begrenzt. Allerdings kann bei weichen Materialien der Schnittspalt lediglich 0,1 mm betragen. Zur Strahlbündelung können Polymere zugesetzt werden.
Abrasivschneiden
Zur Erhöhung der Schneidleistung wird dem Strahl häufig ein Schneidmittel, ein sogenanntes Abrasiv, zugesetzt. Hierdurch steigt die Schneidgeschwindigkeit erheblich an. Das Abrasivmittel kann mittels Luft in den Schneidkopf eingebracht werden, oder in einer Emulsion.
Anwendungen
Mit dem Hochdruckwasserstrahlverfahren können fast alles Materialien bearbeitet werden, angefangen beim Schaumstoff bis hin zum Saphir. Schwerpunkte sind die Kunststoffbearbeitung, die Metallbearbeitung und die Steinbearbeitung. Durch die Möglichkeit des Schwenkens des Schneidkopfes (3D-Bearbeitung) lassen sich mittels einer Schneidvektorsteuerung beliebig komplizierte Formen auch im Raum schneiden.
Es lassen sich Genauigkeiten bis zu 0,005 mm/m Bearbeitungslänge erreichen. Jedoch muss dazu der Bearbeitungsraum klimatisiert werden.
Neben dem Trennen wird das Wasserstrahlschneiden auch zum Entgraten verwendet.
Maschinenkomponenten
Eine Wasserstrahlschneidmaschine besteht aus verschiedenen Komponenten, die unterschiedlich kombiniert werden können.
Maschinenrahmen
Der Maschinenrahmen trägt die einzelnen Achsen der Maschine. Er wird bei hochwertigen Machinen spannungsarm geglüht, geschabt und Laservermessen. Die Ausrichtung des Rahmens erfolgt über Fixatoren oder Dübelelemente. Als Sonderform existiert der Portalrahmen, an dem 2 Achsen ohne Verbindung den Querbalken tragen. Mit diesen Typen lassen sich fast beliebig großen Maschinen realisieren. Daneben existiert noch die Flying Bridge, bei dem der Querbalken nur einseitig geführt wird. Sie ermöglicht eine besonders gute Zugänglichkeit zum Schneidbereich.
Strahlvernichter
Nach der Schneidarbeit verfügt der Wasserstrahl noch über eine Resterenergie. Diese wird in einem Strahlvernichter (Catcher) geleitet. Ein Strahlvernichter besteht einfachstenfalls aus einem Wasserbecken, in dem die Restenergie abgebaut wird. Einfache Ausführungen verwenden den Maschinenrahmen auch als Strahlfänger (Compact-Schneidanlage). Dabei kann es jedoch zu Ungenauigkeiten in der Achsenführung kommen. Es gibt auch bewegliche Strahlvernichter, die mit Keramikkugeln gefüllt sind. Diese werden dann synchron mit der Schneidbewegung mitgeführt.
Hochdruckpumpe
Die Hochdruckpumpe dient zur Erzeugung eines möglichst pulsationsfreien Hochdruckwassertstrahles. Einfachste Ausführungen werden mit Druckluft betrieben, die über einen Druckübersetzer den Hochdruck liefern. Aufgrund des schlechten Wirkungsgrades kommt dies aber nur für Anlagen im Low-End-Bereich zum tragen. In der Regel wird eine Hydraulikeinheit verwendet, die über einen oder mehrere Linearkolbenübersetzer und einen oder mehrere Pulsationsdämpfer verfügen. Die Installierte Leistung beträgt ca. 11-70 kW. Die Pulsationsfreiheit wirkt sich direkt in die Schneidgüte aus.
Entsorgung
Das mit Schneidmaterial und Abrasiv vermischte Schneidwasser muss aus dem Strahlvernichter entfernt werden. Dies geschieht entweder kontinuierlich durch eine Entsorgung oder in Abständen manuell. Die Kontinuierliche Entsorgung besteht entweder aus einem Kratzförderer, der die Schneidmittelreste aus dem Strahlvernichter entfernt oder durch einen Wasserumlauf, der die Reste aus dem Strahlvernichter aussondert. Das Wasser aus dem Strahlvernichter wird dann gefiltert und dem Schneidbecken wieder zugeführt.
Steuerung
Wasserstrahlschneidanlagen werden durchgängig mit CNC-Steuerungen ausgerüstet. Neben einfachsten Ausführungen, die nur eine Plottersteuerung zulassen, verfügen sie höherwertigen Maschinen über Steuerungen, die sowohl alle Achsen interpolieren können, als auch Geschwindigkeitsreduzierungen abhängig vom Schneidprozesses durchführen können. Hier existiert neben einer CAD Schnittstelle auch oft eine CAM-Anbindung.
Geschichte
Seit etwa 1900 wurde der Wasserstrahl zum Schürfen in Kies- und Tonablagerungen verwendet. Sowjetische und US-amerikanische Minen untersuchten in den 1930er Jahren die Möglichkeit des Einsatzes eines Hochdruckewasserstrahles für den Kohle- und Erzabbau.
Als in den 60er Jahren Compositmaterialien in den Flugzeugbau eingeführt wurden regte die Firma Boeing den Einsatz von Wasserstrahl zur Bearbeitung solcher Materialien an. Die Fa. Ingersoll Rand, heute KMT, lieferte 1971 die erste einsatzfähige Wasserstrahlschneideanlage. Kurz darauf engagierte sich Flow International in diesem Markt.
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Der Ursprungsartikel stammt von der deutschsprachigen Wiki pedia (siehe oben: "Original Artikel & Autoren Liste"). Der Text steht unter der GNU Freie Dokumentation Lizenz. |