Wasserstrahlschneiden: Sicher, effizient und nachhaltig

Wasserstrahlschneiden als Trennverfahren

Wasserstrahl-schneiden - Eine Trenntechnik im Detail

Wasserstrahlschneiden ist ein faszinierendes Fertigungsverfahren, das auf den ersten Blick ungewöhnlich erscheinen mag: Es verwendet Hochdruckwasserstrahlen, um Materialien präzise zu schneiden. In diesem Artikel werden wir uns eingehend mit dieser Trenntechnik beschäftigen, seine verschiedenen Varianten untersuchen und die Vorteile gegenüber anderen Trennverfahren aufzeigen.

Was ist Wasserstrahlschneiden?

Wasserstrahlschneiden ist ein Fertigungsverfahren, bei welchem ein Werkstück mit einem Hochdruckwasserstrahl getrennt wird (Trennverfahren) – dementsprechend wird es der Kaltschneidetechnologie zugeordnet. Beim dieser Trenntechnik unterscheidet man in Reinwasserstrahlschneiden und Abrasiv-Wasserstrahlschneiden. Die ANT AG hat Letzteres revolutioniert und ist nun Technologieführer im Bereich des Abrasiv-Suspensionswasserstrahlschneidens.

Düse die mittels Wasserstrahlschneiden Stahl zerteilt

Beim Reinwasserstrahlschneiden wird ausschließlich reines Wasser verwendet, um das Material zu schneiden. Dies ist besonders geeignet für weiche Materialien wie Gummi, Schaumstoff und dünne Kunststoffe, bei denen abrasive Partikel nicht erforderlich sind.

In dieser Variante wird dem Wasserstrahl ein Schneidzusatzstoff zugeführt, um die Schneidleistung zu verbessern. Dieser Zusatzstoff kann abrasive Partikel wie Sand oder Granat umfassen. Das Injektionsschneiden eignet sich für eine breitere Palette von Materialien, einschließlich Metallen, Keramik und Verbundwerkstoffen.

Das Suspension-Wasserstrahlschneiden ist eine fortgeschrittene Form des Injektions-Wasserstrahlschneidens. Hier wird eine Mischung aus Wasser und abrasiven Partikeln in einem Suspensionstank erzeugt, bevor sie in den Schneidkopf injiziert wird. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle des Abtragungsprozesses und bietet die Flexibilität, das abrasive Medium je nach den Anforderungen des zu schneidenden Materials anzupassen. Das Suspensionsverfahren wird häufig zum Schneiden von dicken und härteren Materialien wie Metallen und Verbundwerkstoffen verwendet.

Erklärung Wasserstrahlschneiden (Reinwasser, Injektion, Suspension)

Das Schneiden mittels Wasserstrahl wird den kalten Trennverfahren zugeordnet und  kann in verschiedene Kategorien unterteilt werden, darunter Reinwasserstrahlschneiden und Abrasiv-Wasserstrahlschneiden, welches wiederum in Wasser Abrasiv Injektionsverfahren (WAIS) und Wasser Abrasiv Suspensionsverfahren (WAS) unterschieden wird. 

Beim Reinwasserstrahlschneiden wird lediglich reines Wasser verwendet, während WAIS und WAS Abrasivmittel wie Granatsand hinzugefügt wird, um die Schneidleistung zu verbessern.

Was ist Abrasiv-Wasser­strahl­schneiden und wo wird es eingesetzt?

Das Abrasiv-Wasserstrahlschneiden kann in das Wasser Abrasiv Injektionsverfahren (WAIS) und das von ANT patentierte Wasser Abrasiv Suspensionsverfahren (WAS) unterteilt werden. Bei beiden Verfahren muss dem Wasserstrahl ein Schneidemittel (Abrasiv) wie zum Beispiel Granatsand beigemischt werden. WAS wird hauptsächlich bei hochfesten, dicken, anspruchsvollen und zugfesten Materialien angewendet.
ANT Technologie | WAIS ohne Funken
Innovative WAS Technologie der ANT erreicht maximale Präzision und Leistung durch einen fokussierten Wasserstrahl
ANT Technologie | WAIS mit Funken
Herkömmliche Wasser Abrasiv Injektionsverfahren verlieren an Präzision und Leistung durch Auffächern des Wasserstrahls

Die ANT Basistechnologie WAS kurz erklärt:

  • 1. Druck erzeugen
    Wasser wird mit einer Hochdruckpumpe von bis zu 2500 bar zugeführt.
  • 2. Suspension
    Aus Wasser und Abrasivsand wird im Hochdruckbehälter eine Suspension erzeugt.
  • 3. Druck in Geschwindigkeit umsetzen
    Die Suspension wird durch die Düse gepresst und in einen Schneidstrahl verwandelt.

Wie unterscheiden sich WAIS und WAS und welche Vorteile bietet die ANT Technologie?

Bei WAIS strömt Wasser unter sehr hohem Druck durch die Düse im Schneidkopf der Anlage. Das Abrasivmittel wird durch Unterdruck („Venturi-Prinzip“) aus der Mischkammer eingesaugt. Hierbei ergibt sich als dritte Phase ein Luftanteil von circa 95 Volumenprozent, der zu turbulenten Mischungsverlusten führt und den Gesamtwirkungsgrad des Schneidstrahls um circa ein Drittel reduziert. In ANT WAS Systemen hingegen fließt ein Teil des Druckwassers über ein Bypass-Ventil in die Zumischeinheit (AMU). Dort bilden Wasser und Schneidemittel eine Suspension. Die Wasser Abrasiv Suspension wird über einen Hochdruckschlauch zur Schneiddüse geleitet und durch diese hindurchgepresst. Die potenzielle Energie des Drucks wandelt sich in der Düse in einen Schneidstrahl um, der mit nahezu zweifacher Schallgeschwindigkeit austritt. Das Ergebnis ist ein zweiphasiger Strahl aus circa 97,5 Volumenprozent Wasser und 2,5 Volumenprozent Abrasiv. Da die Abrasivpartikel in WAS Systemen direkt im Wasser gebunden sind, ist der ANT Suspensionsstrahl deutlich stabiler, präziser und kraftvoller als der Injektionsstrahl sowie frei von Luft. Durch die besondere ANT Düsengeometrie kommen die WAS Systeme ohne hohen Druck aus und sparen Ressourcen.
ANT Technologie | WAS Komponenten
Komponenten einer WAS Schneidanlage
Die Kernkomponenten einer WAS Anlage sind eine Hochdruckpumpe (HPP), eine Abrasivmittelzumischeinheit (AMU) und ein Schnittführungssystem mit Schneiddüse. Je nach Einsatzbereich kommen spezialisierte fernhantierte Schnittführungssysteme, Überwachungs- und Steuersysteme sowie weiteres Zubehör zum Einsatz.

Wasserstrahlschneiden vs. Laser, Plasma, Fräsen

Verschiedene Trenntechnologien im Vergleich

Das Wasserstrahlschneiden hat seine einzigartigen Vorteile im Vergleich zu anderen Trenntechnologien wie Laser, Plasma und Fräsen. In diesem Abschnitt werden wir diese Unterschiede genauer betrachten und aufzeigen, warum das Trennverfahren unserer Wahl in vielen Anwendungsbereichen die bessere Alternative sein kann.

Beim Wasserstrahlschneiden sind in Bezug auf das Schnittmaterial keine Grenzen gesetzt. Das Wasserstrahlschneiden eignet sich hervorragend zum Schneiden einer breiten Palette von Materialien, einschließlich Metallen, Kunststoffen, Keramik, Glas, Stein und Verbundwerkstoffen.  Im Gegensatz dazu sind Laser- und Plasma-Schneidtechnologien in ihrer Materialvielfalt begrenzter und erfordern oft spezielle Einstellungen für jedes Material. Was den Wasserstrahl besonders auszeichnet, ist die Tatsache, dass er bei verschiedenen Materialien gleichermaßen effektiv ist und keine Materialbeschränkungen aufweist.

Wasserstrahlschneiden eignet sich für eine breite Palette von Materialdicken, von dünnen Folien bis hin zu dicken Metallplatten. Laser und Plasma haben begrenzte Schnitttiefen, was bei dickeren Materialien Einschränkungen mit sich bringt. Das WAS -Verfahren kann Materialstärken bis zu 1.000 mm zertrennen.

Wasserstrahlschneiden ist sicherer für die Bediener, da es keine schädlichen Dämpfe oder Strahlung erzeugt. Laser- und Plasma-Schneidverfahren erfordern spezielle Schutzmaßnahmen, um die Gesundheit der Bediener zu gewährleisten. Außerdem kann das WAS – Verfahren nicht nur an Luft, sondern auch unter Wasser angewendet werden. Dies erfolgt fernhantiert aus sicherer Entfernung des Bedieners je nach Einsatzbereich von bis zu 1.000m.

Beim Wasserstrahlschneiden entsteht keine Wärme im Schneidprozess. Das bedeutet, dass sich die Materialeigenschaften nicht verändern oder durch Wärmeeinwirkung beschädigt werden. Laser- und Plasma-Schneidverfahren erzeugen dagegen hohe Temperaturen, was zu Verformungen, Rissen oder Schmelzproblemen führen kann, insbesondere bei empfindlichen Materialien.

Wasserstrahlschneiden ermöglicht eine hohe Präzision und feine Schnitte ohne Beeinträchtigung der Materialintegrität. Diese Technik kann komplexe Formen und filigrane Details schneiden, was bei Laser- und Plasma-Verfahren aufgrund von Wärmeeffekten schwieriger sein kann.

Das Wasserstrahlschneiden ist umweltfreundlich, da es keine gefährlichen Dämpfe, Gase oder Rauch erzeugt. Laser- und Plasma-Schneidverfahren können dagegen schädliche Emissionen und Abfälle erzeugen, die umweltgefährdend sein können.

Beim Fräsen oder anderen mechanischen Schneidtechnologien tritt ein erheblicher Werkzeugverschleiß auf, was zu erhöhten Betriebskosten führt. Das Wasserstrahlschneiden erfordert keine Werkzeugwechsel und unterliegt daher nicht diesem Verschleiß.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Wasserstrahlschneiden in vielen Anwendungsbereichen aufgrund seiner Materialvielfalt, Präzision, Umweltfreundlichkeit und Sicherheit die bessere Wahl sein kann, insbesondere wenn es um empfindliche oder vielfältige Materialien geht. WAS bietet zudem enorme Vorteile bei zugfesten, dicken Materialien. Es ermöglicht eine effiziente und kostengünstige Lösung für die Trennung von Werkstücken verschiedener Dicken und Formen.

Wasserstrahlschneiden: Welches Abrasivmittel?

Die richtige Wahl des Abrasivmittels  

Die Auswahl des richtigen Abrasivmittels ist entscheidend für den Erfolg des Wasserstrahlschneidens. Wir werden die verschiedenen Optionen für Abrasivmittel untersuchen und erklären, wie die Wahl des richtigen Materials den Schneidprozess beeinflusst.

Recycelter Granatsand in den Händen einer Frau

Granatsand ist ein häufig verwendetes Abrasivmittel für das Wasserstrahlschneiden. Es ist besonders effektiv beim Schneiden von harten Materialien wie Stahl, Edelstahl und Stein. Granatsand bietet eine gute Balance zwischen Schneidleistung und Verschleißfestigkeit.

Häufig wird beim Wasserstrahlschneiden ein Abrasivmittel in Form von Schleifmitteln aus Mineralien wie Sand verwendet. Dieses Abrasivmittel wird dem Wasserstrahl zugesetzt, um die Schneidleistung zu erhöhen. Die Korngröße des Abrasivmittels kann je nach Material und Schneidanforderungen angepasst werden. Es eignet sich gut für das Schneiden von Metallen, Glas, Keramik und Verbundwerkstoffen.

Dieses Abrasivmittel wird oft für das Schneiden von Aluminium und anderen weichen Metallen verwendet. Es ist weniger aggressiv als Granatsand und kann dazu beitragen, Oxidation zu minimieren.

Siliciumkarbid wird für das Schneiden von Materialien wie Glas, Keramik und Verbundwerkstoffen verwendet. Es bietet eine gute Präzision und saubere Schnitte

Das Wasserstrahlschneiden mit reinem Wasser eignet sich am besten für weiche Materialien wie Gummi, Schaumstoffe, Papier und einige Kunststoffe. Es erzeugt saubere Schnitte ohne abrasive Partikel und ist umweltfreundlich.

Die Auswahl des richtigen Abrasivmittels hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter das zu schneidende Material, die gewünschte Schnittqualität, die Schneidgeschwindigkeit und die Kosten. Eine sorgfältige Abstimmung des Abrasivmittels auf die spezifischen Anforderungen des Schneidprozesses ist entscheidend, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

WAS schneidet unbegrenztes Materialspektrum

WAS sind in Bezug auf das Schnittmaterial keine Grenzen gesetzt. Der Schneidprozess erfolgt kontaktlos, ohne Wärmeentwicklung und ohne Verformung. Diese spezielle Art des Wasserstrahlschneidens wird sowohl an der Luft als auch unter Wasser sowie in explosionsgefährdeten und sensiblen Bereichen eingesetzt. WAS ermöglicht je nach Einsatzbereich das sichere fernhantierte Schneiden von Materialstärken bis zu 1.000 mm aus bis zu 1.000 m Entfernung.
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