FAQ

Schneiden mit Hochdruck – Die Besonderheit des Wasserstrahlschneidens

Eine der Besonderheiten beim Wasserstrahlschneiden ist mit Sicherheit die grundlegende Technik dieses Verfahrens: Das Schneiden mit Hochdruck.

Dabei wird über eine Hochdruckpumpe der Wasserstrahl erzeugt. Das zu bearbeitende Material wird hierbei entweder mit reinem Wasser oder durch die Beimengung von scharfkantigem Schneidsand getrennt. Die Hochdruckpumpe (HDP) wird im Bereich des Wasserstrahlschneidens daher oft auch als ‚das Herz‘ der Wasserstrahl-Schneidanlage bezeichnet.

Bei STM werden alle Wasserstrahl-Schneidmaschinen bei Bedarf mit einer Hochdruckpumpe ausgestattet. Dafür hat sich STM kompetente Partner mit jahrelanger Erfahrung zur Seite gestellt. Mit perfekt auf die Anlage abgestimmten Pumpen ermöglicht STM seinen Kunden Know-how, Erfahrung und Kompetenz in einem modular aufgebauten Wasserstrahl-Schneidsystem und bietet damit alles aus einer Hand.

Egal ob Pumpe mit Druckübersetzer oder Direktantriebspumpe, bei STM erhalten Sie ein voll funktionsfähiges Wasserstrahl-Schneidsystem inkl. passender Hochdrucktechnologie.

Bei Erstanschaffung oder Ersatz eines (Wasserstrahl-)Schneidsystems bestimmt vorrangig das zu bearbeitende Material die technischen Anforderungen. Denn beim Wasserstrahlschneiden mit Hochdruck werden zwei grundlegende Verfahrensvarianten unterschieden:

Das Hochdruckschneiden mit reinem Wasser – auch ‚Reinwasser‘ genannt – sowie das Schneiden mit Wasser unter der Beigabe von Abrasivsand. Hierbei ist ein Wasserdruck von 3.500 bis 6.000 bar üblich.

Auf Grund der zahlreichen Anwendungsgebiete beim Schneiden mit Hochdruck erhalten Sie bei STM eine auf Ihre Anwendung maßgeschneiderte Beratung die Ihren Ansprüchen gerecht wird, gleichzeitig aber eine möglichst budgetschonende Wasserstrahllösung darstellt.

Durch die modulare Bauweise sind dem Wasserstrahlschneiden mit Hochdruck somit kaum Grenzen gesetzt, da auch ein Nach- bzw. Aufrüsten von Hard- und Software jederzeit möglich ist.

Sie fragen sich wie man mit einem Wasserstrahl schneiden kann?

Um genau zu sein wird die Schneidleistung durch den hohen Wasserdruck erbracht. Der Wasserstrahl ist nur das Werkzeug des Hochdrucks. Dabei spielt die Geschwindigkeit des Wasserstrahls die eigentliche Hauptrolle in diesem modernen Trennverfahren.

Bei der Erzeugung dieses hochpräzisen Werkzeugs wird Wasser bei 4000 bis 6000 bar auf Mach 2 bis Mach 3 (zwei- bis dreifache Luft-Schallgeschwindigkeit) beschleunigt. Dadurch kann der Wasserstrahl seine einzigartige Schneidleistung entfalten.

Mit reinem Wasser können dabei weiche Materialien wie Schaumstoff, Lebensmittel oder Kunststoff geschnitten werden. Gibt man dem Wasserstrahl Abrasivsand (meist Granatsand) hinzu, können auch härteste Materialien wie Stein, Metalle oder Glas getrennt werden. Zusätzlich muss man beim Schneiden mit Wasserstrahl auf viele weitere Komponenten wie den richtigen Schneidkopf oder das Hochdruckventil achten.

Bei STM beraten wir Sie gerne über das passende Wasserstrahl-Schneidsystem für Ihre individuellen Anforderungen. Denn zum Beispiel auch besonders dicke Materialien (bis zu 300 mm) können mit einer STM Wasserstrahlschneidanlage getrennt werden.

Der Verzug des geschnittenen Materials wird in herkömmlichen Trennverfahren durch thermische Einflüsse (z.B. beim Plasmaschneiden oder Laserschneiden) herbeigeführt. Das Schneiden ohne Verzug wird hingegen durch das Schneiden per Wasserstrahl ermöglicht. Damit wird wertvolle Produktionszeit bei der Nachbearbeitung geschnittener Werkstücke gespart.

Das Schneiden mit einer Wasserstrahl-Schneidanlage ist das klassische Kaltschneideverfahren und ermöglicht es ohne jegliche Materialverformungen unterschiedlichste harte und weiche Werkstoffe gratfrei zu trennen.

Beim CNC-Wasserstrahlschneiden mit einer Wasserstrahl-Schneidanlage, verschmelzen Software und Maschine zu einem Werkzeug, mit dem Handwerker und industrielle Produktionen digital arbeiten bzw. fertigen können. Dies passiert beim CNC-Wasserstrahlschneiden auf eine individuelle, flexible und einfach zu bedienende Art und verbindet somit die digitale und analoge Arbeitsweise.

Diese Fertigungsmethode wird u.a. gerne zur Produktion von Prototypen, im Werkzeugbau aber auch bei der Fertigung von Klein- und Großserien angewandt.

Der Ablauf ist simpel:

Das Musterstück wird entweder analog fotografiert und somit von der STM SmartCut-Software digitalisiert oder bereits digital, in gängigen Formaten eingespielt und verarbeitet. (.dwg., .dxf, .step, .ai, .iges oder auch Formate von Trumpf oder Bystronic sind möglich)

Notwendige Korrekturen können einfach und intuitiv über die Software digital vorgenommen werden. Zusätzlich kann beim CNC-Wasserstrahlschneiden das zu bearbeitende Material sowie die vorliegende Materialstärke für das zukünftige Werkstück ausgewählt werden. Das Programm bietet sofort eine Kalkulation für die Eigenkosten der Produktion und den empfohlenen Verkaufspreis (VK-Preis) an.

Für eine transparente Auftragsabwicklung kann am Ende der Fertigung ein Arbeitsbericht generiert werden, der u.a. das Material sowie die Bearbeitungszeit dokumentiert. Dies ermöglicht eine präzisere, dokumentierte Fertigung und Möglichkeiten zur effektiven Optimierung.

Beim CNC-Wasserstrahlschneiden wird das Werkstück in der Regel ohne Aufsicht des Mitarbeiters gefertigt und schafft damit neue Ressourcen.

Wasserstrahlschneiden ist eine moderne Alternative zum Laserschneiden. Die Vorteile liegen klar auf der Hand:

Mit Wasserstrahl können flexibel unterschiedlichste Materialien geschnitten werden. Diese reichen von Glas über Kunststoffe, Holze, Keramik und Metalle bis hin zu Sondermetallen wie Sintermetall, Bimetall, Federstahl, Titan, Inconel oder Platin, uvm.

Die Bearbeitung des Materials findet ohne Wärmeeinbringung und somit ohne jegliche Gefügeveränderung statt. D.h. es entstehen keinerlei Wärmeeinflusszonen und damit auch kein zusätzlicher wärmebedingter Verzug. Das Schneiden mit Wasserstrahl ist daher eine äußerst beliebte Alternative zum Laserschneiden, da durch das Kaltschneideverfahren keine weitere Nachbearbeitung oder Nachbehandlung des Werkstücks, auf Grund von materiellen Veränderung durch den Schneidvorgang, notwendig ist.

Im Vergleich zum Schneiden mit Laserschneidanlagen können bei der Bearbeitung mit Wasserstrahl auch sehr unterschiedliche Materialstärken geschnitten werden. Diese reichen von 0,1 mm bis hin zu 300 mm Materialstärke. Diese können in dieser Spanne praktisch ohne Umrüsten des Schneidkopfes, nur durch Veränderung der Parameter in der STM Schneidsoftware, geschnitten werden.

Die Wasserstrahl-Trenntechnologie geht auf einen deutschen Zahnarzt zurück der zu Beginn des 19. Jahrhunderts ein Patent für das Bohren von Zähnen erhalten hat.

Die Technologie des Wasserstrahl-Trennverfahrens in der heutigen industriellen Fertigung beruht hingegen auf dem Prinzip der kinetischen Energie, die ein Wassertropfen hat, wenn er mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus der Wasserdüse austritt. Die Wasserdüse hat dabei die entscheidende Aufgabe, das unter Hochdruck stehende Wasser zu bündeln. Die Wasserdüse ist dabei gerade so groß, dass der Druck nicht abfällt. Typischerweise beträgt der Düsendurchmesser beim Trennverfahren Wasserstrahl Schneiden 0.1 – 0.5 mm.

Die Wassertropfen treten je nach Druck mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus. Bei 4000 Bar beispielsweise ist die Strahlgeschwindigkeit 640 m/sec. Die Wassertropfen trennen bei dieser Geschwindigkeit unterschiedlichste weiche Materialien wie Kunststoffe, Schaumstoffe, Kork, Filz und ähnliche Stoffe.

Wenn mit dem Wasserstrahl-Trennverfahren Metalle, Keramik, Glas oder andere harte Materialien geschnitten werden sollen, muss nach der Wasserdüse Sand (Abrasiv) in eine Mischkammer mit Unterdruck beigemengt werden.

Dazu wird Granatsand mit einer Korngröße von 0,1 bis 0,3 mm verwendet. Der Granatsand ist sehr hart, scharfkantig und schwer genug um ein sehr gutes Schneidergebnis zu erzielen. Gleichzeitig ist er nicht toxisch und kann gut und einfach recycelt sowie in weiterer Folge entsorgt werden.

Typischerweise wird beim Trennverfahren per Wasserstrahl eine 0,35 mm Wasserdüse bei 4000 Bar, 3,4 Liter Wasser und 450 g Sand/Minute zum Schneiden verwendet.

Die Trenntechnologie bzw. das Trennverfahren mit Wasserstrahl ist außerdem sehr flexibel, da unterschiedliche Materialen beginnend bei Glas, Stein, Holz, Keramik, bis hin zu Schaumstoff, Filz, Kork und Metalle in unterschiedlichsten Stärken ohne Wärmeeintrag geschnitten werden können.

Über 80% der Benutzer von Wasserstrahlanlagen weltweit schneiden mit ±0.1mm oder weniger Genauigkeit.

Der größte Vorteil ist die Reduktion des Schneidgeräusches auf unter 75 dBA. Eine Negativseite des Unterwasserschneidens ist, dass man das Werkstück während des Schneidens nur schlecht bis gar nicht sieht. Auch das Werkstück-Handling findet unter Wasser statt – es sei denn man hat eine Wasserstandskontrolle im Wassertank. Weiters ist zu sagen, dass der Schneidvorgang eine Leistungsreduktion von ca 5% bei 1mm Überdeckung mit Wasser erleidet.

Bis zu 200 mm starker Stahl und Titan werden auf Produktionsbasis geschnitten. Es gibt Fälle in denen Stärken von 300 mm und 400 mm geschnitten worden ist. Die Mehrzahl der Anwender schneiden jedoch Material mit Stärken zwischen 10 mm und 60 mm.

Das ist abhängig von der Leistung der HD-Pumpe bzw. Wasserdüse.

Die Schnittfuge ist um ca. 15% breiter als der Fokussierrohrdurchmesser. Bei einem 0,8 mm Fokussierrohr ist die Schnittfuge 1,0 mm breit. Mit wachsendem Fokussierrohrdurchmesser verbreitert sich auch die Schnittfuge.

Die entstehende Verjüngung ist eine Funktion der Schnittgeschwindigkeit. Die größte mögliche Verjüngung ist gleich der maximalen Schnittbreite an der Materialoberfläche (Bsp.: 0,8 mm) und 0,0 mm an der Materialunterseite. Beim Reduzieren der Schnittgeschwindigkeit wird auch die Verjüngung kleiner, bis man parallele Seiten bekommt. Die übliche Verjüngung bei Präzisionsschnitten liegt zwischen 0,05 und 0,10 mm.

Der Wasserstrahl erzeugt sich bei den meisten Materialien sein Startloch (Anschuss) ohne weiteren Aufwand selbst. Bei einigen Verbundwerkstoffen muss der Pumpendruck reduziert und eine spezielle Vakuum-Anschussvorrichtung verwendet werden.

Von 700 mm Wasser im Wassertank.

Es bestehen folgende Mindestanforderungen an die Wasserqualität:

• pH Wert 7,0 – 8,5
• Carbonathärte 20 – 60 ppm entspricht 2 – 6 ° dH
• Calciumcarbonat (Ca) 35 – 107 ppm
• Chloridgehalt (Cl) ? 100 mg/l
• Eintrittstemperatur für Speisewasser 10 – 25 °C
• Elektrische Leitfähigkeit bei +25°C 450 µS/cm
• Filtrattrockenrückstand 350 mg/l
• Freies, gelöstes Chlor 1 mg/l
• Speisewasservordruck 0,2 – 2,5 MPa

Abweichungen von diesen Werten führen zu kürzeren Standzeiten der Hochdruckdichtungen der Pumpe und der Düsen. Es wird deshalb eine Wasseranalyse und falls notwendig eine entsprechende Wasseraufbereitung empfohlen.

Pro installiertem Abrasivschneidkopf muss eine Anschlussleistung von 37 kW berücksichtigt werden.

Mehrere Schneidköpfe verwenden Sie, wenn Sie viele gleiche Teile erzeugen wollen. Entweder wird ein zweiter Schneidkopf an die bestehende z-Achse angebracht, oder es wird eine zweite z-Achse installiert, an der dann weitere Schneidköpfe befestigt werden können. Wichtig ist hierbei, dass jeder einzelne Schneidkopf mit demselben Druck und derselben Durchflussmenge versorgt werden muss, um einen gleichmäßigen Schnitt verwirklichen zu können.

Die Hochdruckdichtungen müssen ausgetauscht werden, wenn sie undicht sind! Bei einem konstanten Arbeitsdruck von 400 MPa sollten die Dichtungen nach 400 bis 1.200 Schneidstunden ausgetauscht werden.

Granatsand ist bei weitem das am meisten verwendete Abrasiv. Er überzeugt in den Bereichen Anschaffungskosten, Schnittgeschwindigkeit, Mischkopflebensdauer und Gesundheitsgefahr. Andere Abrasive enthalten Olivinsand, Aluminiumoxid und einige künstliche Materialien.

Bei 400 MPa Arbeitsdruck braucht man für optimale Schneidleistung:

• Düse 0.15 mm / Fokus 0,6mm 150g/Min
• Düse 0.25 mm / Fokus 0,8mm 350g/Min
• Düse 0.35 mm / Fokus 1,0mm 450g/Min

Die Auflagegitter halten viele Schneidstunden, vorausgesetzt man schneidet nicht immer auf derselben Stelle. Die Gitter können verschoben, getauscht und umgedreht werden, wie bei Laser- oder Plasmaschneidanlagen.

Fokusse aus gutem Keramik-Carbid halten rund 100 Stunden. Fokusse aus der höchsten Keramik-Carbid Qualität halten um ca. 30% länger als Fokusse aus anderen Materialien.

Solch ein Fokussierrohr kann, bei einer Ausweitung des Durchmessers um 0,5 mm, bis zu 150 Schneidstunden leisten. Viele unserer Kunden verwenden schon etwas gebrauchte Fokusse für die Erzeugung von Teilen, bei denen keine hohe Genauigkeit gefragt ist.

Eine Saphirdüse hält 25 Schneidstunden. Eine Diamantdüse (die höchste Düsenqualität) hält viel länger, kostet aber um ein 30-faches mehr und wird normalerweise nur für das Rein-Wasserstrahlschneiden verwendet.

Durch STM SmartCut kann die Flexibilität des Wasserstrahls voll ausgeschöpft werden. Gleichzeitig ist die Bedienung durch vorgeschlagene Strategien und das intuitive Benutzer-Interface sehr einfach. Die Software kommuniziert direkt zwischen Wasserstrahl-Schneidsystem und einem Standard Office PC als CNC-Kontrolleinheit. StM SmartCut erlaubt schnelleres Abarbeiten von Schneidanforderungen und erfordert keine speziellen CNC- oder EDV-Kenntnisse.

Da die auf das Werkstück einwirkende Kraft sehr klein ist (unter 1 kg bei Präzisionsschnitten und unter 5 kg für durchschnittliche Schnitte) fallen aufwendige Spannvorrichtungen weg. Die meisten Anwender verwenden einfache leichte Gewichte, um ihre Werkstücke stabil zu halten.

Laserschneiden ist ein sehr produktiver Prozess. Nichtsdestotrotz hat der Wasserstrahl einige Vorteile gegenüber dem Laser:

• Keine Stärkeneinschränkung
• Keine Probleme mit reflektierenden Materialien wie Messing und Aluminium
• Kein Hitzeeinfluss, daher gibt es kein Verbrennen und keine Veränderung des Materialgefüges durch Hitze
• Mit dem Wasserstrahl können hitzeempfindliche Materialien wie Kunststoff, Gummi, oder Verbundwerkstoffe genauso wie Glas, Stein und sehr harte
• Keramik geschnitten werden
• Materialwechsel: nur die Schnittgeschwindigkeit wird geändert. Weder Gas, noch Optik müssen getauscht werden
• Weitere Schneidköpfe können ohne weiteres für eine erweiterte Produktion angebracht werden
• Wartung von Laseranlagen ist spezialisierter und schwieriger durchzuführen
• Abstand zwischen Düse und Material ist bei weitem nicht so kritisch
• Wasserstrahlanlagen sind weniger kapitalintensiv in ihrer Anschaffung als Laser

EDM ist sehr genau, aber auch sehr langsam. Es verlangt auch nach einem elektrisch leitenden Material und ruft eine Veränderung des Materialgefüges durch Hitze hervor.

Wenn man den Materialrand sowie Löcher durchschneidet oder Blindbohrungen und Gewinde erzeugen möchte, ist der Abrasiv-Wasserstrahl für gewöhnlich viel schneller, leichter zu programmieren und auch billiger als ein Fräser.

Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass wir in einem Zug durchschneiden und dass wir keine Metallspäne erzeugen. Zusätzlich angemerkt ist Abfall in ganzer Form mehr wert als in Spanform.

Plasmascheiden ist ein Hitzeprozess. Es fügt dem Werkstück große Mengen an Hitze zu und hinterlässt eine hitzebeeinflusste Zone.
Die von einem Wasserstrahl erzeugte Oberfläche ist generell besser. Es entsteht kein Grat an der Unterseite des Materials, somit ist eine Nachbearbeitung nicht nötig. Der Abrasiv-Wasserstrahl unterliegt keiner Einschränkung der Schnittstärke und mehrere Arbeitsbereiche eines Strahls können dicht beieinander liegen.

Meistens werden für den Lohnschnitt auf Abrasiv-Wasserstrahlschneidanlagen zwischen € 120,00 und € 220,00 pro Stunde verrechnet.

Die Kosten pro Stunde beginnen bei € 19,00 für einen kleinen Schneidkopf (Düse: 0,15 mm / Fokus 0,6 mm) und gehen bis € 35,00 für einen großen Schneidkopf (Düse 0,35 mm/ Fokus 1,0 mm). In dem Betrag sind alle maschinenrelevanten Kosten enthalten. Arbeit, Leasing und Abschreibung müssen noch dazugerechnet werden.

Das Abrasiv kostet aktuell ca. 450 Euro pro Tonne.

Er wird abgetrennt. Die Sicherheitseinrichtungen rund um die Maschine wurden daher sehr gewissenhaft geplant. Die Anwender von Abrasiv-Wasserstrahlschneidanlagen unterliegen strengeren Sicherheitsauflagen als die meisten Maschinisten in anderen Branchen.

Die Lärmentwicklung beim Wasserstrahlschneiden hängt von dem Abstand des freien Strahls zur Werkstückoberfläche ab – also von der Strecke, in der sich der Wasserstrahl mit Überschallgeschwindigkeit in der Luft bewegt. Schneidet man unter Wasser, sinkt der Lärmpegel unter 75 dBA. Schneidet man über Wasser, steigt der Lärmpegel, abhängig vom Abstand des Schneidkopfes zur Werkstückoberfläche, auf bis 105 dBA. In extremen Fällen wird die gesamte Arbeitsfläche abgedeckt.

Weder das Wasser, noch der Granatsand beinhalten giftige Stoffe. Daher kann das Wasser, nachdem sich die Schwebstoffe gesetzt haben bzw. herausgefiltert wurden, in den Kanal geleitet werden. Das Abrasiv kann als Bauschutt entsorgt werden. Wenn das bearbeitete Material giftig oder gesundheitsgefährdend ist, müssen Abwasser und Abrasiv als Sondermüll entsorgt werden!

Ja. Die meisten Kunden verwenden Leitungswasser. Vor der Hochdruckpumpe muss das Wasser auf 0,5 Mikrometer gefiltert werden. Entionisierungs- sowie osmotische Systeme sind nicht zu empfehlen. Solche Systeme reinigen das Wasser zu sehr – und zu reines Wasser ist äußerst agressiv, was zu erhöhtem Verschleiß des Hochdrucksystems führt.

Wasser sowie Abrasiv kann mit dem ONECLEAN System gereinigt und recycelt werden. Mehr Information erhalten Sie auf der Unterseite OneClean System.