Abrasiv-Wasserstrahlschneiden: Präzisionsschneiden für die moderne Fertigung

Wasserstrahlschneiden ist heute eines der gängigsten Verfahren in der modernen Fertigung und Konstruktion. Mit umfangreichen Vorteilen und praktisch keinen Nachteilen findet diese Schneidmethode Anwendung in verschiedensten Bereichen – vom Bergbau über die Metallverarbeitung bis hin zu Kunst und Möbelbau.

Was ist Abrasiv-Wasserstrahlschneiden?

Um das Abrasiv-Wasserstrahlschneiden zu verstehen, betrachten wir zunächst die Grundlagen des Wasserstrahlschneidens selbst.

Wasserstrahlschneiden ist ein Kaltschneideverfahren, bei dem ein extrem schmaler Wasserstrahl den Schnitt im Werkstück erzeugt. In der Regel reicht der reine Wasserstrahl aus, um den Schnitt zu erzeugen – dieses Verfahren nennt man Reines Wasserstrahlschneiden.

Bei harten oder dicken Materialien ist jedoch die Kraft des Wassers allein nicht ausreichend. Die zusätzliche Schneidkraft wird durch die Zugabe von Abrasivmitteln in den Wasserstrahl erreicht.

Trifft der wasserführende Abrasivstrahl unter hohem Druck auf das Werkstück, entsteht durch die Reibung ein sauberer, präziser Schnitt. Der hohe Druck wird von einer leistungsstarken Hochdruckpumpe erzeugt, die an der Wasserstrahlschneidanlage angebracht ist.

Häufig verwendete Abrasive sind Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Sand und Granat. Granat ist aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften das am häufigsten verwendete Abrasivmittel.

Welchen Zweck erfüllen Abrasive im Wasserstrahl?

Reines Wasserstrahlschneiden eignet sich hervorragend für weiche Materialien wie Schaumstoff, Papier, Gummi und dünne Kunststoffe. Bei harten Materialien wie Metall, Stein und Hartkunststoffen versagt das reine Wasserstrahlschneiden oder wird unwirtschaftlich und zeitaufwendig.

Der Zweck der Abrasive ist es, das Wasserstrahlschneiden für diese härteren oder dickeren Materialien nutzbar zu machen. Mit der Zugabe von Abrasiven können alle Vorteile des Wasserstrahlschneidens auch auf Edelstahl, Aluminium, Kupfer und sogar Stein angewendet werden.

Verschiedene Arten des Abrasiv-Wasserstrahlschneidens

Abrasiv-Wasserstrahlschneiden wird durch zwei unterschiedliche Methoden realisiert, die sich hauptsächlich in der Art unterscheiden, wie das Abrasiv in den Schneidprozess eingebracht wird.

Abrasive Water Injector Jet (AWIJ) Schneiden

Beim AWIJ-Verfahren wird das Abrasiv nach der Düse und kurz vor dem Schneidkopf in das Hochdruckwasser eingemischt.

Das Abrasiv wird gemeinsam mit Luft in der Mischkammer mit dem Wasser vermischt und als abrasiver Strahl ausgespritzt. Anschließend tritt das Wasser durch den Schneidkopf aus. Es handelt sich um einen dreiphasigen Schneidprozess: Wasserstrahl, Abrasiv und Luft.

Abrasive Water Suspension Jet (AWSJ) Schneiden

Beim AWSJ-Verfahren wird zunächst eine Suspension (Flüssiggemisch) aus Wasser und Abrasiv hergestellt und erst später unter Druck gesetzt. Diese unter Druck stehende Suspension wird dann durch eine Fokussierdüse (Schneidkopf) zum Schneiden geleitet.

Ein wesentlicher Unterschied ist das Fehlen von Luft wie beim AWIJ-Verfahren. Durch den Luftausschluss expandiert der abrasive Wasserstrahl während des Schneidens nicht, was zu einer geringeren Schnittfugenbreite und höherer Genauigkeit führt.

Aus diesem Grund ermöglicht AWSJ auch schnellere Schnitte oder das effiziente Schneiden dickerer Materialien. AWSJ wird zudem häufig für Unterwasserschneidanwendungen eingesetzt, beispielsweise bei Offshore-Installationen oder Bombenentschärfungen.

Der aus dem Schneidkopf austretende Wasserstrahl ist ein zweiphasiger Schneidstrahl aus Wasser und Abrasiv.

Unterschied zwischen Abrasiv- und Reinem Wasserstrahlschneiden

Sie haben nun eine klare Vorstellung davon, was Abrasiv-Wasserstrahlschneiden ist und wie es sich vom herkömmlichen reinen Wasserstrahlschneiden unterscheidet.

In weiterer Hinsicht sind die Vorteile des Abrasiv-Wasserstrahlschneidens gegenüber traditionellen Schneidmethoden und reinem Wasserschneiden größer, als es auf den ersten Blick scheint.

Stellen Sie sich vor, Sie schneiden ein Blatt Papier mit einer sehr stumpfen Schere. Der Schnitt gelingt vielleicht, aber die Kanten fransen aus oder das Papier knittert. Mit einem scharfen Werkzeug erhalten Sie einen sauberen, präzisen Schnitt.

Genau so verhalten sich Abrasiv- und reines Wasserstrahlschneiden zueinander. Selbst wenn reines Wasserstrahlschneiden harte Materialien zusätzlich zu weichen schneiden könnte, dauert es lange und die Schnittkanten werden erheblich beschädigt. Abrasiv-Wasserstrahlschneiden erledigt die Aufgabe schnell, präzise und sauber.

Abrasiv- vs. Reines Wasserschneiden im Vergleich

Hier ein Überblick der Unterschiede in verschiedenen Aspekten:

Bearbeitbare Werkstückmaterialien

Reines Wasserstrahlschneiden: Geeignet für weiche Materialien wie Lebensmittel, Papier, Schaumstoff, Gummi, Filz und weiche Kunststoffe.

Abrasiv-Wasserstrahlschneiden: Schneidet Metalle, Hartkunststoffe, Keramik, Stein, Glas, Holz, Erde und praktisch jedes andere Material.

Geschwindigkeit

Reines Wasserstrahlschneiden ist offensichtlich langsamer als abrasives Schneiden, da feinere Abrasivpartikel deutlich mehr Reibung erzeugen und so zu schnellerer Schneidwirkung führen.

Leistung

Sowohl reine als auch abrasive Wasserstrahlschneidanlagen haben ähnliche Leistungsanforderungen. Da die abrasive Anlage die Arbeit jedoch schneller erledigt, verbraucht sie insgesamt weniger Energie.

Schnittfuge (Kerf)

Die Schnittfuge ist die Menge des beim Schneiden entfernten Materials (vergleichbar mit Sägespänen bei der Holzbearbeitung). Reines Wasserstrahlschneiden benötigt mehr Zeit, wobei sich der Wasserstrahl nach Verlassen der Düse ausdehnt – die längere Schneidzeit führt zu stärkerer Expansion und breiterer Schnittfuge.

Materialdicke

Beim Durchdringen des Werkstücks verliert der Wasserstrahl an Impuls. Abrasive im Wasser erhöhen die Aufprallkraft, weshalb abrasive Wasserstrahlanlagen größere Materialdicken schneiden können.

Genauigkeit und Schneidetoleranzen

Abrasiv-Wasserstrahlmaschinen sind für ihre hohe Präzision und Genauigkeit bekannt. Der Unterschied zu reinen Wasserstrahlschneidern ist vergleichbar mit scharfen und stumpfen Scheren.

Wann sollten Sie abrasive Wasserstrahlschneidmaschinen gegenüber reinen Wasserstrahlschneidern einsetzen?

Abrasiv-Wasserstrahlmaschinen erzeugen stets bessere Schnitte als reine Wasserstrahlschneider. Das wirft die Frage auf, warum man überhaupt reines Wasserstrahlschneiden in Betracht ziehen sollte.

Die Antwort ist einfach: die Kosten der Abrasive. Diese stellen den größten Kostenanteil beim abrasiven Wasserstrahlschneiden dar. Für Projekte, die ohne Abrasive auskommen, wird daher reines Wasserstrahlschneiden bevorzugt.

Typische Anwendungen für reines Wasserstrahlschneiden sind die Papierindustrie, Schaumstoff- und Gummischneiden. Auch dort, wo Hygiene eine Rolle spielt (z. B. Lebensmittelschneiden), ist reines Wasserstrahlschneiden erforderlich.

Im Gegensatz dazu erfordern Projekte in der Fertigung, im Steinschneiden, in der Holzbearbeitung oder sogar beim Schneiden von Hartgummi den Einsatz von abrasivem Wasserstrahlschneiden.

Fazit

Abrasiv-Wasserstrahlschneiden ist eine der Errungenschaften moderner Technologie. Obwohl die dahinterstehende Wissenschaft seit über einem Jahrhundert genutzt wird, wirken die heutigen Maschinen noch immer wie ein Wunder, wenn man sieht, wozu sie fähig sind.

Nehmen Sie beispielsweise das Sortiment an abrasiven Wasserstrahlschneidern von PWRpack. Von Fertigungswerkstätten bis hin zu Luftfahrtprojekten – diese Maschinen werden überall eingesetzt. Sie schneiden dicke Platten härtester Materialien wie Metall so mühelos, als wäre es ein einzelnes Blatt Papier.

Wenn Sie über den Kauf einer neuen Schneidmaschine für Ihr nächstes Projekt oder Ihre Werkstatt nachdenken, sollten Sie abrasive Wasserstrahlschneider definitiv in Betracht ziehen.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

1. Welche Materialien können nicht mit abrasivem Strahlschneiden bearbeitet werden?

Abrasiv-Wasserstrahlschneiden kann fast jedes Material schneiden – außer Diamanten und gehärtetem Glas. Theoretisch lässt sich jedes Material schneiden, vorausgesetzt das Abrasiv ist härter als das zu schneidende Material.