Wasserstrahlschneiden: Wie funktioniert das innovative Fertigungsverfahren?
Baustoffe / Dämmstoffe: Das Wasserstrahlschneiden ist ein Fertigungsverfahren, das eine hohe Präzision und ökologische Nachhaltigkeit mit sich bringt. Es ist eine Alternative zu Schneidverfahren mittels thermischer Energie. Für den Hausbau kommt das Wasserstrahlschneiden infrage, wenn präzise Schnittergebnisse bei Bau- und Dämmstoffen erzielt werden sollen. Neben der Anwendung als Schneidverfahren ist es ebenso zum Säubern von Oberflächen anwendbar. Im Folgenden wird das Fertigungsverfahren speziell im Einsatz zum Schneiden von Werkstoffen erklärt.
Grundzüge der Funktionsweise
Im Gegensatz zu einer Vielzahl an anderen abtragenden Verfahren wird beim Wasserstrahlschneiden nicht mit thermischer Energie gearbeitet, sondern mit Druck. Bei den Schneidverfahren mit thermischer Energie kommt es dazu, dass sich die Wärme über die Werkstücke ausbreitet. Dies führt zu Veränderungen in der Struktur der Oberfläche, die über die bloße Schnittstelle hinausgehen. Als Folge leidet die Qualität des Werkstücks. Zudem fällt der Schnitt weniger präzise aus. Beim Wasserstrahlschneiden bleibt dieser Effekt aus, das Werkstück ist größtenteils unverändert und nicht beeinflusst durch das Schneidverfahren.
Das Wasserstrahlschneiden kann in zwei verschiedenen Verfahren erfolgen, basiert aber in jedem der Verfahren auf derselben Technologie:
• integrierte Pumpen in der Schneidmaschine erzeugen einen Druck
• Wasser wird gedrückt und für einen präzisen Strahl in feinen Düsen gebündelt
• in diesen Düsen wird es beschleunigt und auf den Werkstoff gestrahlt
• eventuell ist eine Mischkammer vorhanden, in dem der Wasserstrahl für höhere Schnittstärke mit einem Abrasiv – siehe nächster Absatz – vermischt wird
Zwei verschiedene Schneidverfahren
Es existieren zwei verschiedene Verfahren zum Wasserstrahlschneiden, wie sie die Innocut Solution Schäfer GmbH anbietet: das Reinwasserschneiden sowie das Abrasivverfahren. Namensgebend für das Reinwasserschneiden ist der Prozess mit reinem Wasser ohne Zusatzmittel. Weichere Werkstoffe lassen sich durch den Druck des Wasserstrahls trennen, weswegen dieses Verfahren bei entsprechenden Stoffen zum Einsatz kommt.
Beispiele für Stoffe, die sich zum Reinwasserschneiden eignen, sind Gummi, Dämm- und Schaumstoffe. Somit können bereits durch dieses Verfahren Baustoffe für den Hausbau präzise getrennt werden.
Das Abrasivverfahren folgt der Funktionsweise des Reinwasserschneidens mit dem Unterschied, dass ein Abrasiv hinzugegeben wird; als „Abrasiv“ bezeichnet man pulverförmige Materialien, die die Schärfe des Wasserstrahls steigern und die Schnittstärke erhöhen. Ein solches Material ist z. B. scharfkantiger Sand. Das jeweilige Abrasiv wird im Schneidkopf zum Wasserstrahl hinzugegeben, durch den entstehenden Unterdruck in die Mischkammer gesaugt und schließlich mit dem Wasserstrahl zusammen auf den zu bearbeitenden Werkstoff gestrahlt. Beim Einsatz eines Abrasivs ist es möglich, mittels Wasserstrahl härtere Materialien als beim Reinwasserschneiden präzise zu trennen. Einige dieser Materialien sind:
1. Stahl
2. Keramik
3. Glas
4. Marmor
5. Holz
6. Laminate
Hier ist die Bandbreite der zu bearbeitenden Baustoffe im Hausbau noch größer als beim Reinwasserschneiden. So werden maßgetreue und hochindividuelle Elemente Komponenten im und ums Haus realisiert. Eine saubere Trennung von Laminaten ist sogar nur mittels Abrasiv-Wasserstrahlschneiden möglich.
Stellgrößen zur individualisierten Nutzung
Je nach angewandtem Verfahren bestehen Stellgrößen, anhand derer individuelle Einstellungen fürs Wasserstrahlschneiden vorgenommen werden. Zu diesen Stellgrößen gehören in jedem Fall…
• Pumpendruck
• Düsenabstand und -durchmesser
• Vorschubgeschwindigkeit
Durch individuelle Einstellungen wird das Schneidverfahren auf den jeweiligen Werkstoff abgestimmt, um die gewünschte Präzision zu erreichen. Neben der bloßen Trennung des Werkstoffs spielt die Präzision auch dahingehend eine Rolle, als dass sie entscheidet, welche Qualität der Werkstoff im Nachhinein hat. Sollte im Hausbau bei einem Werkstoff keine allzu hohe Qualität notwendig sein, besteht die Möglichkeit zur Senkung des Preises für das Schneidverfahren, indem die Geschwindigkeit erhöht wird, was zu Lasten der Qualität geht.
Wird nicht das Reinwasserschneiden durchgeführt, sondern das Abrasivverfahren genutzt, so ergeben sich weitere Stellgrößen. Dazu gehören u. a. die Härte und die Körnung. Durch die zusätzlichen Stellgrößen können die Maschinen auf teils enorme Härten eingestellt werden, was der Schlüssel zu einer nahezu unbegrenzten Anwendung des Wasserstrahlschneides als Fertigungsverfahren ist.
Geschichte des Wasserstrahlschneidens im Schnelldurchgang
Die Historie des Fertigungsverfahrens mit dem Wasserstrahl führt ans Ende des 19. Jahrhunderts und an den Beginn des 20. Jahrhunderts zurück. Damals kam es nicht als Schnittverfahren zum Einsatz, sondern als Abtragverfahren für Ton- und Kiesablagerungen. In dieser Funktion fand es Anfang des 19. Jahrhunderts Einsatz in US-amerikanischen Goldminen sowie folgend in den 30er Jahren bei der Reinigung von Gussstücken durch russische und US-amerikanische Ingenieure.
Erstmals populär als Schneid-Technologie wurde das Verfahren in den 60er Jahren. Der Flugzeughersteller Boeing wandte es zur Bearbeitung von Papierrohren an. Durch weitere Forschungen in Schweden und die Experimentierfreudigkeit im Einsatz an verschiedenen Werkstoffen auf dem gesamten Globus wurde das Wasserstrahlschneiden zunehmend vielfältiger anwendbar und immer bekannter. 1984 gelang es, mit der Entwicklung des Abrasivverfahrens diverse neue Einsatzbereiche zu erschließen.
Quelle: Tipps24-Netzwerk - HR
Foto: ICS -INNOCUT SOLUTION SCHÄFER GMBH