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Technologie des Wasserstrahlschneidens

KMT Waterjet ist die bekannteste Wasserstrahlpumpe der Welt. Schneidprodukte von KMT Waterjet werden bereits seit über 40 Jahren in zahlreichen Branchen zum Erzielen einer hohen Produktivität eingesetzt. Dank ihrer Flexibilität und Zuverlässigkeit eignet sich die Wasserstrahltechnologie sowohl für die Produktion mit umfassender Schachtelung als auch für Kleinserien und komplexe spezialisierte Anwendungen. Täglich entdecken innovative Unternehmen neue Anwendungen für das Wasserstrahlschneiden und erweitern somit die Produktionskapazitäten und steigern die Effektivität und den Gewinn.

Der kommerzielle Erfolg sowie das Wachstum und Überleben vieler Unternehmen und Auftragsbearbeiter, die Materialien schneiden, umformen und verarbeiten, basieren auf dem Einsatz von Wasserstrahlanlagen in den Prozessen.

Das Wasserstrahlschneiden hebt sich durch vier wichtige Faktoren von anderen Methoden ab:

• Vielseitigkeit/Flexibilität
• Hochpräzises Schneiden ohne Verschwendung; fast keine Nachbearbeitung erforderlich
• Schneiden nahezu aller Materialtypen und -stärken möglich – von dünnen Folien bis hin zu Werkstücken mit einer Stärke von 305 mm/12 Zoll
• Möglichkeit der Kombination des Wasserstrahlschneidens mit anderen Verarbeitungsmethoden, z. B. Laser- oder Plasmaschneiden bzw. Stanzen

Welche Vorteile hat das Wasserstrahlschneiden gegenüber anderen Trennverfahren?

  • Extrem schnelle Implementierung - vom Zeichenbrett zum Schnitt
  • Kurze Einrichtzeit – die nur in geringem Maße auftretenden Tangentialkräfte machen eine komplizierte Werkstofffixierung oft überflüssig
  • Hohe Präzision – macht kostspielige Nachbearbeitung überflüssig
  • Hohe Schnittgeschwindigkeiten
  • Kein Nachschärfen von Werkzeugen erforderlich
  • Sicherer für Bediener und die Umwelt – es entstehen weder Dämpfe, noch Materialstaub; teure Kühlmittel werden nicht benötigt
  • Kaltschneideverfahren – erzeugt keine Gefügeveränderungen im Material
  • Sauberes Endprodukt - eliminiert den Bedarf an Nachbearbeitungsverfahren
  • Gratfreie Schnittkanten – bei den meisten Anwendungen ist eine Schnittkantennachbearbeitung nicht erforderlich
  • Geringe Schnittfugenbreite
  • Ideal für die schnelle Prototyp-Erstellung, die flexible Produktion. Bewährt in der Großserienproduktion
  • Optimierte Materialausnutzung mit CAD/CAM-Software
  • Kundenspezifische Systemlösungen

HOCHDRUCKPUMPEN-TECHNOLOGIE

Die Wasserstrahlpumpe wird als das Herz der Wasserstrahlanlage bezeichnet. Hier wird das Wasser mit Tausenden Bar Druck beaufschlagt und dann durch den Schneidkopf gedrückt, wo es mit hohen Geschwindigkeiten durch eine winzige Düse austritt. Bei so einer wichtigen Rolle muss die Pumpe hohen Anforderungen an die Belastung im Einsatz und die Präzision genügen.

Das Druckübersetzer-Prinzip
Ein Elektromotor betreibt eine hydraulische Pumpe, die den Ölkreislauf des Druckübersetzers mit Druck beaufschlagt; dort wird der Druck um ein Zwanzigfaches erhöht und ins Hochdruck-Wasser System eingebracht.

Das Funktionsprinzip bei der Druckerzeugung

Wasser wird aus der lokalen Wasserversorgung entnommen und mittels einer Druckerhöherpumpe mit bis zu 7 bar mit druckbeaufschlagt. Das Wasser strömt über ein Filtersystem in die Hochdruckzylinder des Druckübersetzers. Das Funktionsprinzip des Druckübersetzers besteht aus einem Primärkreislauf, der mittels elektrisch angetriebener Hydraulikpumpe bei maximal 200 bar Hydrauliköl über ein Vier-Wege Ventil abwechselnd in die rechte oder linke Seite des Hydraulikzylinders fördert.

Die beiden Kolbenstangen, welche beidseitig im Hydraulikkolben montiert sind, verdichten das anstehende Wasser in den beiden Hochdruckzylindern des Druckübersetzers. Diese Hochdruckzylinder sind Teil des sekundären Wasserkreislaufs. Ausreichend dimensionierte Rückschlagventile an den beiden Enden der Hochdruckzylinder regeln das Ansaugen des Frischwassers in den Hochdruckzylinder sowie die Förderung des druckbeaufschlagten Schneidewassers zum Pumpenausgang. Der Wasserdruck von ca 6.200 bar wird über das Kolbenflächenverhältnis von ca. 38,5:1 erzeugt. Ein Druckspeicher (Druckspitzendämpfer) ist eingebaut, um das Hochdrucksignal am Ausgang der Hochdruckpumpe während des Richtungswechsels des Hydraulikkolbens annährend konstant zu halten. Die Hochdruckpumpe ist über eine hochfeste Edelstahlrohrleitung mit dem Schneidkopf verbunden. Eine Saphir- oder Diamantdüse im Schneidkopf bündelt den Druck in einen ultraschnellen Wasserstrahl (Geschwindigkeit ca. 800 - 1.000 m/s).

Zur weiteren Steigerung der Schneidkraft für harte Materialien wird dem Wasserstrahl ein Abrasivstoff beigemischt. Nach dieser Zuführung werden Abrasiv, Wasser und Luft in der Mischkammer des Schneidkopfes miteinander vermischt, in der Fokusierdüse gebündelt und auf maximale Geschwindigkeit beschleunigt. Dadurch entsteht ein in hohem Maße energiehaltiger Wasserstrahl, der durch Mikroerosion Werkstoffe auch größerer Stärke und unterschiedlichster Zusammensetzung, wie z.B. Metalle, keramische Stoffe, Mineralien und sogar schussfestes Glas zertrennt, bzw. Öffnungen/Löcher in diese appliziert.


SCHNEIDKOPF-TECHNOLOGIE
Purwasser & Abrasiv

 

 

So funktioniert ein Pur-Wasserstrahl-Schneidkopf

Das Wasser wird über spezielle druckfeste und flexible Rohrleitungen zum Schneidkopf geführt, der damit beweglich bleibt. Die Schneidköpfe bestehten aus einem pneumatisch angesteuerten Ventil und einem Düsenrohr, an dessen Austrittsöffnung sich eine Edelsteindüse (meist Diamant oder Saphir) befindet, die mit spezieller Überwurfmutter fixiert ist. Der Schneidstrahl verlässt die Düse mit bis zu dreifacher Schallgeschwindigkeit. 

Für Abrasiv-Anwendungen

befindet sich im Anschluß an die Wasserdüse ein spezieller Abrasivkopf, der für das Vermischen des Abrasivmaterials mit dem unter Hochdruck stehenden Wasser dient. Die Bewegungen des Schneidkopfes werden üblicherweise mittels CNC-Steuerung von der Wasserstrahl-Schneidanlage kontrolliert und angesteuert.

Leckageöffnungen schützen Düsenkörper, Düsenrohr und Düsenmutter vor Schäden; sie zeigen frühzeitig an, welche Verbindung nachgezogen oder welche Dichtung ersetzt werden muss. Die einzigartige Konstruktion erlaubt den Dichtungswechsel in weniger als fünf Minuten und ohne Werkzeug.

Die hohe betriebswirtschaftliche Leistung der KMT Waterjet Abrasiv Schneidköpfe sowie die inhärente Wartungs- und Benutzerfreundlichkeit sind bisher unerreicht. Die einfache Konstruktion erlaubt einen Düsenwechsel in Sekunden und ohne Werkzeug!

 

Schnittbild Purwasserschneidkopf und Abrasiv-Schneidkopf
 

 

Wasserstrahlschneiden ohne und mit Abrasivmittel

Beim Wasserstrahlschneiden werden weiche Materialien im Purwasser-Verfahren, härtere Werkstoffe unter Zumischung von Abrasivstoffen im Abrasiv-Schneidverfahren geschnitten.

Das Purwasser-Schneidverfahren

Dieses Schneidverfahren wird in erster Linie für weiche Werkstoffe wie z.B. Kunststoffen, Textilien, Papier, Dichtungsmaterialien, Metallfolien, Sperrholz, Nahrungsmitteln und ähnliche Materialien verwendet. Dabei wird Leitungswasser mit Druck beaufschlagt und durch eine kleine Edelsteindüse gepresst, wodurch ein enorm energiehaltiger Schneidestrahl entsteht. Dieser Strahl tritt mit Geschwindigkeiten von bis zu dem dreifachen der Schallgeschwindigkeit aus der Düse aus und erlaubt das Schneiden von Werkstoffen mit sehr hoher Schnittgeschwindigkeit (die tatsächlich erzielbare Schnittgeschwindigkeit ist vom Werkstoff abhängig).

SCHNITTMUSTER PURWASSERSCHNEIDEN

Abrasiv-Schneidverfahren

Abrasiv-Schneidverfahren werden für härtere Werkstoffe wie Metalle, Glas, Mineralien, Beton, Glasverbundstoffe, keramische Stoffe, Aluminium oder Siliziumoxid eingesetzt.
Bei Anwendungen, bei denen das Purwasser-Schneiden an die Leistungsgrenzen stößt, kommt das Abrasiv-Schneiden zum Einsatz. Beim Abrasiv-Schneidprozess werden dem Wasserstrahl Abrasivmittel (als Feinpartikel) beigemischt. Nach Hinzufügen des Abrasivstoffs werden Wasser, Luft und Abrasiv in der Mischkammer miteinander vermischt und verlassen die Fokussierdüse zentrisch und mit maximaler Geschwindigkeit. Dadurch entsteht ein in hohem Maße energiehaltiger Wasserstrahl, der Materialien auch großer Stärke und unterschiedlichster Zusammensetzung, wie z.B. Metalle, keramische Stoffe, Mineralien und sogar schussfestes Glas zertrennt, bzw. Öffnungen/Löcher in diese appliziert.

SCHNITTMUSTER ABRASIVSCHNEIDEN