Lektion 6.4TrennenKapitel 6 · Trennen und nichtkonventionelle Bearbeitung

Wasserstrahlschneiden

Wasser unter sehr hohem Druck, meist mit Schleifmittel, trägt einen Schnitt ab

Das Wasserstrahlschneiden trennt Material mit einem haardünnen Wasserstrahl, der mit enormem Druck durch einen winzigen Edelstein gepresst wird. Gemischt mit feinem Granatsand schneidet der Strahl Stahl, Titan, Stein und Glas; reines Wasser allein schneidet Schaumstoff, Gummi und sogar Lebensmittel. Weil nichts heiß wird, behält die Kante ihre ursprünglichen Eigenschaften, was das Wasserstrahlschneiden zum Verfahren für Materialien macht, die Hitze beschädigen würde.

Foto: Public domain, via Wikimedia Commons

Schneidkopf für Wasserabrasivstrahlschneiden über einem Werkstück, Seitenschnitt entlang der SchnittfugeDie Abbildung ist ein Seitenschnitt entlang der Schnittfuge, mit aufgeschnittenem Schneidkopf; der Kopf bewegt sich nach rechts. Die eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten.

So funktioniert es

Druck aufbauen. Eine Pumpe, meist ein Druckübersetzer (eine Kolbenpumpe, die den Druck vervielfacht), bringt Wasser auf etwa 4.000 bar (60.000 psi), manche Maschinen sogar höher.
Den Strahl erzeugen. Das Wasser strömt durch eine Düse: einen Saphir-, Rubin- oder Diamant-Edelstein mit einem Loch von einigen Zehntel Millimetern Breite. Druck wird zu Geschwindigkeit, bis zu etwa 900 m/s.
Schleifmittel zugeben. Der schnelle Strahl durchquert eine Mischkammer und saugt Granatsand aus einem Trichter an, so wie eine Sprühflasche Flüssigkeit hochzieht.
Zielen und abtragen. Ein langes, hartes Mischrohr (oder Fokussierrohr) richtet das Gemisch zu einem etwa 1 mm breiten Strahl. Millionen von Körnern treffen das Werkstück und tragen eine schmale Schnittfuge (den Schlitz des Schnitts) durch es hindurch ab.
Den Strahl auffangen. Unter dem Werkstück bremst ein Tank mit tiefem Wasser den verbrauchten Strahl und sammelt den gebrauchten Sand und Abtrag.
Dem Pfad folgen. Die CNC bewegt den Kopf entlang der Kontur. Der Strahl wird am Boden dicker Schnitte zurückgebogen, daher verlangsamt die Maschine in Ecken, um sie scharf zu halten.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Fast alles: Stahl, Titan, Aluminium, Stein, Glas, Keramik, Verbundwerkstoffe (abrasiv); Schaumstoff, Gummi, Textilien, Papier, Lebensmittel (reines Wasser)
Typische Teile: Flache Konturen, Dichtungen, Küchenarbeitsplatten und Einlegearbeiten aus Stein, Glasscheiben, Halterungen für die Luftfahrt
Bauteilgröße: Tische bis zu mehreren Metern; Metall bis etwa 150 mm Dicke
Präzision: Oft etwa ±0,1 mm; dicke Teile zeigen eine leichte Verjüngung
Oberfläche: Mattes, sandgestrahltes Aussehen; glatt nahe der Oberseite, schwache wellige Linien nahe der Unterseite; keine Wärmeeinflusszone
Geeignete Losgröße: Ein Teil bis mittlere Serien
Werkzeug- und Maschinenkosten: Kein Werkzeug; Maschinen ab einigen Zehntausend bis mehreren Hunderttausend Dollar, plus Granat und Pumpenwartung
Geschwindigkeit: Langsamer als Laser oder Plasma; dickes Metall kann Minuten pro Meter Schnitt dauern

Stärken und Grenzen

Stärken

Keine Wärme: kein Verzug, keine Aufhärtung, keine verbrannten Kanten
Schneidet fast jedes Material, auch Stein, Glas und Verbundwerkstoffe
Dicke Teile, bis zu etwa 150 mm Metall
Eine Maschine schneidet viele Materialien ohne Werkzeugwechsel

Grenzen

Langsamer und teurer pro Meter Schnitt als thermische Verfahren
Granat, Pumpendichtungen und Düsen sind teure Verbrauchsmaterialien
Schnittfuge von etwa 1 mm und eine leichte Verjüngung bei dicken Teilen
Nass und laut; Teile müssen getrocknet und der Tank von Schlamm gereinigt werden

Wo es eingesetzt wird

Luft- und RaumfahrtTitan- und Verbundteile, die Hitze beschädigen würde
Stein und GlasKüchenarbeitsplatten, Bodeneinlagen, Glasscheiben und Mosaike
ZerspanungswerkstättenZuschnitte aus dicken Platten, Prototypen, Teile aus harten Legierungen
AutomobilbauTeppiche im Innenraum, Dachhimmel und Dichtungen (reines Wasser)
LebensmittelPortionieren von Kuchen, Schokoriegeln und gefrorenem Fisch (reines Wasser)
Dichtungen und SchaumstoffGummidichtungen, Einlagen für Schaumstoffverpackungen

So erkennen Sie es

Eine matte, fein sandgestrahlte Schnittfläche ganz ohne Anlauffarben.
Schwache gekrümmte Linien nahe der Unterseite dicker Schnitte, die sich entgegen der Schnittrichtung biegen.
Eine leichte Verjüngung: Der Schnitt ist oben oft etwas breiter als unten.
Filigrane Formen in Stein oder Glas, etwa Bodeneinlagen, die keine Säge herstellen könnte.

Im Vergleich mit

Laserschneiden6.2schneller und präziser bei dünnem Blech, erhitzt aber die Kante und kann weder Stein noch dickes Glas schneiden.Plasmaschneiden6.3bei dickem Stahl viel schneller und günstiger, hinterlässt aber eine wärmebeeinflusste, abgeschrägte Kante und schneidet nur Metall.Ultraschallbearbeitung6.9trägt ebenfalls mit Schleifkörnern ab, bohrt aber Formen in sehr harte, spröde Materialien, statt Konturen zu schneiden.

Ansehen

Fireball Tool · Die Grundlagen eines Wasserstrahl-Schneidtischs, für Einsteiger

Waterjet Channel - Daniel Adair · Pumpe, Düse, Mischrohr und Auffangtank erklärt

Secrets of Everyday Things · Warum Druck allein nicht ausreicht, um Stahl zu schneiden

OMAXCorp · Ein Kippkopf, der die Verjüngung korrigiert, aus der Nähe

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Wasserstrahlschneiden — Überblick mit einem Schema eines abrasiven Schneidkopfs (Düse, Granat, Mischrohr)
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

An einer winzigen Edelsteindüse wird Druck zu Geschwindigkeit; Granatsand gibt dem Strahl seine Schneidkraft.
Keine Wärme, daher schneidet es Stein, Glas, Verbundwerkstoffe und wärmeempfindliche Metalle sauber.
Langsamer und nasser als Laser oder Plasma, mit etwa 1 mm Schnittfuge und leichter Verjüngung.