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6000 bar schneiden auch dicke Stahlbleche wie Butter

15.12.2008
Wasserstrahlschneiden gilt als ein modernes Verfahren, das erst in den 60er Jahren entwickelt wurde. Gerade zum Trennen und Schneiden moderner Werkstoffe wie Verbundmaterialien oder Keramik ist es besonders geeignet, aber auch Stahl, Aluminiumlegierungen oder Glas lassen sich damit exakt, effektiv und kostengünstig trennen.

Ausschlaggebend für hohe Trennleistung ist dabei die Form und Geschwindigkeit des Wasserstrahls. Physikalisch bedingt steigt mit höherem Druck der Energiegehalt des „Schneidwerkzeugs“ Wasser an, gleichzeitig reduziert sich der Strahldurchmesser und Wasserverbrauch. Ein neues „Hyperpressure“-System nutzt diesen Effekt, um mit 6000 bar das Wasserstrahlschneiden entscheidend zu verbessern.

Neue Maßstäbe im Wasserstrahlschneiden

Wasserstrahlschneiden als bewährte Technik birgt auch heute noch enormes Innovationspotenzial. Als Weltmarktführer und Erfinder des Abrasivwasserstrahlschneidens hat die amerikanische Flow International Corporation nun in diesem Werkzeugmaschinensegment mit einer Wasserstrahlschneidanlage, die unter einem Dauerarbeitsdruck von 6000 bar produziert, einen neuen Meilenstein gesetzt.

Die Anlage zum Wasserstrahlschneiden ist serienreif und bewährt sich bereits im praktischen Einsatz. Ziel der Neuentwicklung war, die Schneidzeiten zu reduzieren und die Betriebskosten zu senken. Das neue Hyperpressure-System setzt hier Maßstäbe.

Ultra-Hochdruckpumpe bringt Schneidstrahl auf mehr als 6000 bar

Das Herz der Wasserstrahlanlage ist die Ultra-Hochdruckpumpe. Ein Öldruck von 210 bar wirkt auf einen großen Kolben, an dessen Enden kleine Druckstempel angebracht sind, die den eigentlichen Wasserdruck aufbauen.

Aus dem Verhältnis von Hydraulikkolbenfläche zu Druckstempelfläche ergibt sich der Arbeitsdruck des Wassers. Bei einem Flächenverhältnis von 30:1 werden so aus 210 bar die mehr als 6000 bar.

Was sich hier so einfach liest, ist in der praktischen Umsetzung jedoch eher kompliziert. Bisher lag der Standardarbeitsdruck für kommerzielle Wasserstrahlschneidanlagen bei etwa 3800 bar. Der Schritt hin zu 6000 bar bedeutete, technologisches Neuland zu betreten, denn bei so hohem Druck verhalten sich Werkstoffe ganz anders als bei Normaldruck.

Hohe Drücke beim Wasserstrahlschneiden schwer zu beherrschen

Bedenkt man, dass ähnliche Drücke in der Erdkruste Steine und Salze zu Mineralien wandeln, so kann man sich vorstellen, wie schwierig es ist, dauerhaft beständige Komponenten für Hochdruckanwendungen zu entwickeln. Nur mit langjähriger Erfahrung und umfangreichem Know-how lassen sich die geänderten tribologischen Eigenschaften (Reibung, Schmiereigenschaften und Verschleiß) durch ausgesuchte Materialien beherrschen. Der störungsfreie Betrieb von bislang weltweit über 40 installierten Anlagen zeigt, dass die speziellen Werkstoffe für Kolben sowie für andere Hochdruckkomponenten und vor allem für die Dichtungen richtig gewählt wurden.

Der um fast 50% höhere Wasserdruck gegenüber herkömmlichen Anlagen ist dabei kein Selbstzweck, sondern physikalisch, technologisch und insbesondere wirtschaftlich sinnvoll. Denn je höher der Wasserdruck an der Düse ist, umso höher wird auch die kinetische Energie (Geschwindigkeit) des Strahls.

Hoher Druck erfordert weniger Abrasivsand

Dadurch kann man bei 6000 bar in vielen Fällen die Zugabe von Abrasivsand stark vermindern. Das rechnet sich, denn Abrasivsand ist der Hauptkostentreiber beim Wasserstrahlschneiden. Gleichzeitig sinkt der Wasserverbrauch gegenüber 4000-bar-Anlagen und obendrein verbessert der höhere Energiegehalt des Strahls sowohl Schneidleistung als auch Schnittkantengüte.

Für den Anwender bedeutet dies konkret: Dank schnelleren Wasserstrahls kann er präziser und mit 30 bis 50% weniger Abrasivsandeinsatz schneiden und spart zusätzlich noch Wasser. Die Schneidgeschwindigkeit erhöht sich um 30 bis 50%, die Produktivität steigt, Stückkosten werden reduziert.

Wasserstrahlschneid-Anlagen wartungsfreundlich konstruiert

Die Anlagen sind sehr wartungsfreundlich konstruiert und ein spezieller Werkzeugsatz für die Wartung der Hyperjet-Pumpe gehört zum Lieferumfang. Da auch die besten Materialien – vor allem Dichtungen – nicht ewig halten, ist eine regelmäßige, fachgerechte Wartung wichtig.

Ein exklusives Service- und Wartungsprogramm begleitet den Anwender durch das erste Betriebsjahr. Er lernt so Wartung „on the Job“, ein Konzept, das auch bei anderen Anlagen durchaus Schule machen könnte.

In nur drei Schritten lässt sich beispielsweise der Hochdruckteil der Pumpe zerlegen, die alte Dichtung entfernen und durch eine neue ersetzen. Zusammengebaut wird in umgekehrter Reihenfolge. Der gesamte Austausch benötigt dabei nur rund 22 Minuten, ein bislang unerreichter Wert in diesem Druckbereich. Damit werden die Stillstandszeiten der Anlagen auf einem niedrigen Niveau gehalten.

Die neue Generation von Wasserstrahlschneidanlagen, ausgestattet mit dem Hyperpressure-System mit 6000 bar Druck, setzt damit gleich in mehreren Bereichen neue Bestmarken: Wegen des höheren Energiegehaltes des Strahls steigen die Schneidgeschwindigkeit und Schnittgüte, die einfache und schnelle Wartung vermeidet lange Unterbrechungen. Das garantiert, dass die hohe Schneidleistung in der Praxis auch tatsächlich zu höherer Produktivität führt.

Cynthia Steinbach | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/trenntechnik/articles/157517/

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