Faszination Wasserstrahlschneiden: Die Technik hinter der Methode

Das Wasserstrahlschneiden ist als besonders werkstoffschonende Methode und wird vor allem dann angewandt, wenn anders als beim Laser- oder Plasmaschneiden zum Beispiel auf thermische Belastungen entlang der Schnittkanten verzichtet werden muss. Alle drei Methoden sind in der Fertigungstechnik dem Trennen untergeordnet, dem Wasserstrahlschneiden kommt auf Grund der Klassifizierung als Kaltschneideverfahren eine besondere Bedeutung zu. Wie das Schneiden mit einem Wasserstrahl funktioniert, welche Möglichkeiten sich damit im Vergleich zu ähnlichen Techniken bieten und wie es um den aktuellen Stand der Technik steht, wollen wir in diesem Artikel etwas genauer beleuchten.

So funktioniert das Wasserstrahlschneiden

Das Schneiden mit einem Wasserstrahl folgt grundsätzlich einem einfachen Prinzip der Erosion – ein Phänomen, welches beispielsweise für die Auswaschung von Tälern in Bergketten sorgt und normalerweise längere Zeit in Anspruch nimmt. Durch die Intensivierung des Wasserdrucks und durch eine höhere Wassermenge lässt sich der Prozess jedoch drastisch beschleunigen und dank einer Düse auch zielgerichtet einsetzen, sodass mit Hilfe einer CNC-Maschine kontrollierte und sehr genaue Schnitte möglich sind. Abhängig von den Material- und Maschinenparametern funktioniert das Wasserstrahlschneiden mit Schnittgeschwindigkeiten von mehreren Metern pro Minute. Verwendet wird dafür gefiltertes Wasser, welches durch eine Hochdruckpumpe unter sehr hohem Druck durch eine speziell auf den jeweiligen Einsatz zugeschnittenen Schneidkopf im Jetstrahl gebündelt austritt – mit Überschallgeschwindigkeit. Moderne Maschinen erlauben 2D- und 3D-Zuschnitte sowie Microcutting und können bei Plattengrößen von mehreren Quadratmetern und Materialstärken bis zu 30 cm sauber schneiden.

Mit oder ohne Abrasiv-Additive

Im Bereich des Wasserstrahlschneidens wird zwischen Abrasiv- und Reinwasserstrahlschneiden unterschieden. Im ersteren Fall wird statt Wasser eine Suspension aus Wasser und abrasiv wirkenden Teilchen eingesetzt. Das verstärkt die erosive Wirkung bzw. erweitert sie um eine schleifende Wirkung. Besonders bei hohen Verfahrensgeschwindigkeiten ist das Abrasiv-Verfahren im Vorteil, aber auch entsprechend harte oder besonders dicke Schnittmaterialien machen die Verwendung des Abrasivwasserstrahlschneidens gegebenenfalls notwendig.

Wasserstrahlschneiden im Vergleich zu anderen ähnlichen Trennmethoden

Neben dem Wasserstrahlschneiden wird auch oft das Laserschneiden oder das Plasmaschneiden genannt. Beides sind ebenfalls Verfahren, die dem Trennen unterzuordnen sind und alle drei Verfahren eignen sich beispielsweise dazu, Werkstücke aus einem Stahlblech herauszuschneiden. Allerdings gibt es gravierende Unterschiede zwischen den Verfahren, die zeigen, dass das Wasserstrahlschneiden die maximale Freiheit bietet.

Plasmaschneiden

Der größte Nachteil des Plasmaschneidens ist die größere Ungenauigkeit der Schnitte und die Notwendigkeit elektrisch leitender Werkstoffe sowie das Aufschmelzen des Werkstoffs und die damit einhergehende Veränderung des chemischen Aufbaus an den Schmelzkanten. Dafür ist die Methode im Vergleich recht günstig, wenngleich sie hinsichtlich des Betriebs eher „unsauber“ ist.

Laserschneiden

Das Laserschneiden verursacht ebenfalls eine große Wärmeentwicklung, ist jedoch deutlich präziser als das Plasmaschneiden und darüber hinaus nicht von einem elektrisch leitfähigen, dafür aber das Licht des Lasers absorbierenden Werkstoffs abhängig. Nur in seltenen Fällen ist diese Wärmeentwicklung erwünscht, beispielsweise bei der Aufhärtung der Schnittkanten.

Wasserschneiden

Das Wasserstrahlschneiden bringt keinen der oben erwähnten Nachteile mit sich: Es schmilzt den Werkstoff nicht auf und ist überaus präzise, zudem lässt sich damit jeder feste Werkstoff zuschneiden, insofern dessen Härte nicht die abrasiven Fähigkeiten des Wasserstrahls übersteigt. Moderne Schneidemaschinen arbeiten auf mehr als 3 Achsen, wodurch auch dreidimensionale Ausschnitte, beispielsweise in gebogenen Blechen, möglich sind.

Zusammenfassung

Das Wasserstrahlschneiden ist ein Kaltschneideverfahren und schont den Werkstoff. Es ist zudem weitestgehend von dessen Materialeigenschaften unabhängig, vor allem im direkten Vergleich zu anderen Schneidemethoden (Laser, Plasma). Einsatz findet das Wasserstrahlschneiden daher vor allem dann, wenn nichtleitende und transparente oder schwer aufschmelzbare Werkstoffe geschnitten werden müssen oder wenn die Anforderungen an die Genauigkeit des entstehenden Werkstücks besonders hoch sind.

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