Die Wasserstrahlschneideverfahren Microwaterjet und Waterjet stellen interessante Möglichkeiten dar, um verschiedene Materialien und Werkstoffe mithilfe eines Wasserstrahls zu schneiden. Es handelt sich um eine zukunftsorientierte und auch umweltfreundliche Technik, welche eine hohe Automatisierung beim Schneiden verschiedenster Werkstoffe ermöglicht. Die Technologie wurde bereits am Anfang des 20. Jahrhunderts in ihren Grundzügen entwickelt. Bei diesem ursprünglichen Verfahren wurde bereits ein Hochdruckwasserstrahl zum Abbau von Kohle und Erz in Minen eingesetzt. Einige Jahrzehnte später wurde das Verfahren verfeinert, und die ersten Wasserstrahlschneideanlagen für den industriellen Einsatz zum Schneiden von Werkstücken aus unterschiedlichen Materialien wurden hergestellt. Mittlerweile können auch stärkere Materialien mit dieser Technologie problemlos und vor allem sehr genau zugeschnitten werden.
Wie das Wasserstrahlschneiden funktioniert
Im Prinzip funktioniert das Verfahren recht einfach: Das zu bearbeitende bzw. zu trennende Material wird durch einen Wasserstrahl mit einem extrem hohen Druck getrennt. Auf der Werkstückoberfläche kann so ein Wasserdruck von bis zu mehreren tausend Bar entstehen. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Wasserstrahl austritt, erreicht dabei Werte von bis zu 1000 Metern pro Sekunde, wobei sich das zu schneidende Material kaum erwärmt, was einen der Hauptvorteile dieses Verfahrens darstellt. Aus diesem Grunde kann das Wasserstrahlschneiden auch zum Verarbeiten von gehärtetem Stahl eingesetzt werden. Natürlich muss dafür auch die Wasserqualität entsprechend hoch sein und bestimmten Anforderungen genügen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen dem Schneidevorgang mit reinem Wasser sowie dem sogenannten Abrasivschneiden, einer Technologie, bei welcher dem Wasser ein pulverförmiges Material zugesetzt wird. Mit reinem Wasser werden meist etwas weichere Werkstoffe wie Kunststoffe, Folien, Textilien, Faserstoffe, Elastomere oder auch Schaumstoffe getrennt. Mit zusätzlichen Materialien, die der Wasserstrahl beigefügt werden, arbeitet man dann, wenn härtere Werkstoffe wie beispielsweise Metalle, Glas, Keramik sowie harte Gesteine durch das Cutting getrennt werden sollen. Das umweltfreundliche Verfahren zum Trennen verschiedenster Werkstoffe wird auch besonders häufig bei Verbundwerkstoffen eingesetzt, welche sich mit anderen, konventionellen Verfahren meist nicht sehr gut oder gar nicht trennen lassen. Häufig erfolgt auch eine sogenannte Mikrozerspanung, bei welcher dem Wasserstrahl in einer besonderen Mischkammer Natursand beigefügt wird.
Die Vorteile dieser Technologie
Einer der Hauptvorteile des Verfahrens besteht darin, dass ein kaltes Trennen verschiedener Werkstoffe ohne zusätzliche Wärmebeeinflussung möglich ist. Ausweitungen oder Verzüge, die bei anderen hitzeentwickelnden Verfahren entstehen können, entfallen komplett. Weiterhin können äußerst dünne Trennfugen erreicht werden, wodurch eine optimale Nutzung des Materials ermöglicht wird. Im Schnittbereich entstehen auch keine Deformationen. Ein mehrlagiger Zuschnitt ist problemlos möglich, außerdem können auch alle Materialien in Sandwichbauweise bearbeitet werden. Enge Radien, komplizierte Konturen sowie äußerst dünne Wandstärken lassen sich problemlos realisieren. Dadurch ist eine äußerst flexible Fertigung unterschiedlichster Werkstücke möglich. Die Verfahren Microwaterjet und Waterjet arbeiten mit höchster Präzision. Die Fehlertoleranzen liegen im Bereich von lediglich wenigen hundertstel Millimetern. Es können problemlos größere Werkstücke mit mehreren Quadratmetern Fläche sowie einer hohen Materialstärke bearbeitet werden. Im Bereich einer geringeren Schneidgenauigkeit von etwa einem Zehntel Millimeter lässt es sich mit dem Wasserstrahlschneiden extrem schnell und dabei präzise arbeiten. Viele der Maschinen für die Schneideverfahren Microwaterjet und Waterjet können in unterschiedlichen Modi arbeiten, welche sich meist durch die Verarbeitungsqualitäten voneinander unterscheiden. Wegen der nur sehr geringen Bearbeitungstemperaturen können während der Verarbeitung verschiedener Materialien (beispielsweise Kunststoffen) keine giftigen Dämpfe entstehen.
Das Mikrowasserstrahlschneideverfahren
Neben den herkömmlichen Schneiden unterschiedlicher Materialien mit einem Wasserstrahl gibt es noch das sogenannte Mikrowasserstrahlschneideverfahren. Es handelt sich hier um ein nochmals verfeinertes Verfahren, das mit einem hochpräzisen Wasserstrahl arbeitet. Der Strahldurchmesser konnte hier gegenüber dem anderen Verfahren nochmals um den Faktor 5 verkleinert werden. Mit diesem neuen Verfahren wird eine Schneidgenauigkeit von nur einem hundertstel Millimeter ermöglicht. Die generellen Vorteile des Schneidens mit einem Wasserstrahl bleiben natürlich auch hier bestehen. Mit diesem äußerst präzisen Verfahren ergibt sich eine enorme Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten, welche lange Zeit als nicht realisierbar galten.
Das Arbeiten mit Wasserstrahlen
Neben den Trennen von Werkstücken bzw. Materialien kann das Wasserstrahlen auch für andere Anwendungsgebiete wie dem Endgraten sowie dem Reinigen von Werkstücken mithilfe von Wasserstrahlen eingesetzt werden. Zum Schneiden eignet sich dieses Verfahren dann besonders gut, wenn es sich um hitzeempfindliche Werkstoffe handelt, die verarbeitet werden. Sehr filigrane und komplexe Formen lassen sich ebenfalls problemlos realisieren. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil des Verfahrens besteht auch darin, dass der Schnitt an jeder beliebigen Stelle des Werkstückes angesetzt werden kann. Und auch reflektierende Oberflächen, welche sich mit anderen Verfahren wie beispielsweise dem Lasern nur sehr schwer bearbeiten lassen, stellen beim Wasserstrahlschneiden kein Problem dar. Grundsätzlich wird das Wasserstrahlschneiden besonders gerne dort eingesetzt, wo andere Verfahren (beispielsweise spanende Schneideverfahren) zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der Werkstoffe führen würden.
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