082-Wasserstrahlschneiden
Die Episode
Transkript
Es ist Zeit für ein wenig Fertigungstechnik. Dafür schauen wir uns heute unter der DIN 8580 die dritte Hauptgruppe an. Genauer gesagt die Gruppe der trennenden Fertigungsverfahren. Üblicherweise wird das Trennen am häufigsten mit den spanenden Fertigungsverfahren wie dem Drehen, dem Fräsen ober dem Abschleifen von Oberflächen in Verbindung gebracht.
Abgesehen davon gibt es in der Gruppe des Trennens natürlich auch Verfahren, die nur feinste Materialpartikel abtragen oder völlig spanlos auskommen. Ein solches Verfahren ist das Wasserstrahlschneiden. Aus der Oberkategorie „Strahlscheiden“ ist neben dem Laserstrahlschneiden und einigen weiteren das Wasserstrahlschneiden eines der bekanntesten Verfahren. Das
Wasserstrahlschneiden grenzt sich insofern von den anderen Strahlschneideverfahren ab, da es sich nicht um thermisches Schneiden handelt, sondern lediglich mit einem Hochdruckwasserstrahl gearbeitet wird. Das Wasserstrahlschneiden selbst wird noch in Reinstrahlschneiden und Abrasivstrahlschneiden unterteilt. Wie der Name es schon für das Reinstrahlschneiden vorwegnimmt, wird hier nur der Hochdruckwasserstrahl ohne Zusatz verwendet. Das Prinzip für das Wasserstrahlschneiden ist dabei vergleichbar mit einem Gartenschlauch. Wenn bei einem konstanten Volumenstrom an der Austrittsstelle des
Wassers die Mündung schmaler wird, steigt die Austrittsgeschwindigkeit des Wasserstrahls an und er kommt weiter als zuvor.
In der industriellen Anwendung wird das Reinwasserstrahlschneiden verwendet, um weiche Materialien, wie Kunststoffe, Textilien oder Dämmmaterial mit höchster Präzision zuzuschneiden. Damit der Wasserstrahl aber auch diese Materialien durchtrennen kann, wird ein Druck von über 1000 bar benötigt, der mit Hilfe von Hochdruckpumpen erzeugt wird.
Als wahrscheinlich größter Vorteil gegenüber den thermischen Strahlschneideverfahren wird beim Wasserstrahlschneiden eine maximale Temperatur von 50°C in der Schnittzone erreicht. Demensprechend eignet sich dieses Kaltschneideverfahren wunderbar, um temperaturempfindliche Materialien zu trennen. Zusätzlich ist es durch die Verwendung von Wasser ein sehr umweltfreundliches Verfahren ohne die Entwicklung von schädlichen Gasen und Dämpfen. Die feine Düse unterstützt außerdem die hohe Präzision mit einer Schnittbreite unter einem halben Millimeter, welches gratfreie Ausschnitte übriglässt.
Jetzt stellt sich eigentlich nur noch die Frage, ob dann eigentlich mit den Anwendungen des Strahlschneidens Schluss ist, da man ja für das Durchtrennen von Metallen eher auf das thermisches Strahlschneiden zurückgreift? Natürlich kann man das so sehen aber Metalle können auch mit dem Wasserstrahlschneiden zerteilt werden. Wofür sollte man also ein thermisches Schneidverfahren anwenden, wenn man doch alles an einer Maschine zerteilen kann. Dafür reicht nur der reine Wasserstrahl
nicht aus, weil die Metalle zu zäh sind und das Wasser für das Zerteilen nicht genügend Kraft aufwenden kann. An dieser Stelle kommt das Abrasivschneiden zum Tragen. Die Grundlage für dieses Strahlschneiden ist eigentlich wie beim Reinwasserstrahlschneiden der Hochdruckwasserstrahl wird nur dieses Mal mit einem Abrasivmittel vermischt. Das
Abrasivmittel selber besteht aus Quarzsand, Granatsand oder Korund. Diese Körner werden dem Wasser zugemischt und mit dem Wasser aus der Düse gedrückt. Da die meisten Körner der Abrasivmittel eine außerordentlich hohe Härte aufweisen können diese Partikelweise auch Materialien wie Stein, Keramik oder Metall durchtrennen. Wie wir nun Wissen können Wasserstrahlen auch in Kombination mit Abrasivmitteln fast alles Durchtrennen. Jedoch ist das Wasserstrahlschneiden als Fertigungsverfahren auch beschränkt. Denn je nach Härte des Materials können nur gewisse maximale Schichtdicken zerteilt werden.
Falls nun doch Jemand auf die Idee kommen sollte beispielsweise einen Stahl mit mehr als 50 Millimetern Dicke durchtrennen zu wollen, muss er sich muss er sich auch der Fertigungsfehler bewusst sein. Da gibt es gleich zwei Sachen, die miteinander verknüpft sind. Zum einen würde sich ein größerer V-förmiger Schnitt ausprägen, da das beigemischte Abrasivmittel nicht nur auf die Schnittzone konzentriert werden kann, sondern auch zunehmend mehr von den Seitenwänden abtragen wird. Dieses hätte einen erheblichen Einfluss auf die geforderten Maßangaben, da sich das Wasserstrahlschneiden ansonst innerhalb einer Toleranz von 0,15 Millimetern bewegt.
Was die Qualität des Wasserstrahlschneidens angeht, ist dies durchaus beachtlich, da alle Ausschnitte gratfrei sind und wenig Material beim Trennen verloren geht. Das Einzige was jedoch bei der Qualität negativ auffallen kann ist, dass bei dicken Materialien zum Teil Biegelinien auftreten können. Durch den vorherrschenden Druck kann sich eben auch neben dem Trennvorgang auch eine leichte Biegung einstellen, jedoch nur bei den dickeren und duktilen Werkstoffen.
Was jedoch am Ende eines jeden abrasiven Schneidvorgangs übrig bleibt, sind die Schneidrückstände. Nach dem Schnitt vermischt sich dabei der Schlamm, der aus dem abrasiven Sand und dem Wasser entsteht, mit dem Materialabrieb des zerteilten Werkstoffs. Das Abrasivmittel kann aus diesem Schlamm auch wieder zurückgewonnen werden, um erneut verwendet zu werden.
geschrieben von Marvin Suderburg
gesprochen von Benjamin Remmers
