Ursprung der Wasserstrahlschneidemaschinen
Die Kraft des Wassers wurde schon in den Anfängen des 19. Jahrhunderts im Bergbau genutzt um Kohle durch Hochdruck effektiver abbauen zu können. Mit Hilfe neuer Technologien, insbesondere Weiterentwicklungen im Bereich der Hochdrucktechnik sind die Hochdruckpumpen immer weiter entwickelt worden bis hin zu den modernen Hochdruckübersetzern und energieeffizienten direktangetriebenen Hochdruckpumpen, die den effizienten Betrieb der Wasserstrahlschneideanlagen möglich machen.
Funktionsprinzip einer Wasserstrahlanlage
Hier unterscheidet man heute zwischen Reinwasserschneiden und Abrasivschneiden. Beim Schneidverfahren mit Abrasivmittel wird dem reinen Wasserstrahl bei sehr hoher Strahlgeschwindigkeit ein Schleifmittel (Schneidsand, Abrasivsand) automatisch gesteuert zudosiert. Erst dann trifft der Strahl auf das Schneidmaterial – das zu bearbeitende Werkstück. Die Wasserstrahlschneidmaschine funktioniert dabei immer nach dem gleichen Prinzip: Wasser wird in einem Hochdruckübersetzer, auch HD-Pumpe oder Intensifier genannt, stark verdichtet und über eine Hochdruckleitung zu einem HD-Schneidkopf geführt, mit oder ohne Beimischung von Abrasiv. Durch Reinwasser (auch Purwasserschneiden) oder abrasives (schleifendes) Schneiden ist kaum oder wenig Nachbearbeitung des Werkstückes notwendig und so kann dieses oft sofort in der Produktion weiterverarbeitetet werden. Dies ist ein grundlegender Vorteil der kalten Trenntechnik. Mit einem Schneiddruck von über 6000 bar können in modernster Trenntechnologie nahezu alle erdenklichen Materialien exakt, schnell, effizient und umweltschonend getrennt werden.
Welche Vorteile werden durch die Anschaffung von Wasserstrahlschneidanlagen erlangt?
Wie bereits im oberen Absatz erwähnt, zählt das Wasserstrahlschneiden zu den kalten Trennverfahren: Das Schneidmaterial wird durch den Trennprozess keiner thermischen Gefügeveränderung ausgesetzt und deshalb sind die Schnittkanten, nicht wie bei Laser- Plasma- oder Autogenschneidprozessen, aufgehärtet. Bei folgenden Verarbeitungsschritten, wie beispielsweise Drehen oder Fräsen, führt dies zu wesentlich geringerem Werkzeugverschleiß. Zudem entstehen bei der Bearbeitung mit dem Werkzeug Wasserstrahl keine giftigen Dämpfe oder Abgase, was gerade bei der Bearbeitung von Materialien wie Kompositwerkstoffen, Carbon, CFK, GFK, Laminaten, Nickel, Glimmer, Vulkollan, Gummi, Kupfer, Messing, Kevlar-Aramid-Panzerstahl Verbundwerkstoffen, Sicherheitsstahl, Ballistic Steel, Armoured Steel, sprenplattiertem Stahl-Kupfer, Aluminium, Stahl, Edelstahl Schaumstoffen, Automobilteppichboden, ein sehr großer Vorteil sein kann! Weitere Vorteile moderner CNC Gantry Maschinen sind nicht nur bei ihrer Fähigkeit fast alle Materialien schneiden zu können zu suchen, sondern auch in der großen Genauigkeit mit der sie arbeiten können, insbesondere beim microwaterjet oder auch Mikroabrasivwasserstrahlschneiden sind sehr hohe Genauigkeiten zu erzielen. Teilegenauigkeiten von wenigen Hundertstel mm sind möglich.
Komponenten eines Wasserstrahlschneidesystems
Ein WARICUT Wasserstrahlschneidesystem besteht immer aus den folgenden Komponenten:
- Eine Wasserstrahlmaschine in Gantry- oder auch Portalbauform, bestehend aus einer Führungsmaschine (ausgeführt als schwere Stahlbau Schweißkonstruktion) mit separat aufgestelltem rostfreiem Edelstahl- Schneidbecken;
- der Siemens Sinumerik CNC Steuerung eingebaut in einen nach DIN ausgeführten Schaltschrank, inklusive dem verschiebbaren Steuerpult mit großem 24 Zoll (600mm) Siemens Touch Bedienbildschirm auf dem die spezielle WARICUT Expertensystem Betriebssoftware zur einfachen Bedienung von Hochdruckwasserstrahlanlagen installiert ist;
- weiterhin gehören als sogenanntes Herz der Anlage natürlich die Hochdruckpumpe oder auch Hochdruckübersetzer oder alternativ auch die sogenannte Triplexpumpe (direktgetriebene Pumpe) zum System;
- und natürlich darf man zudem nicht die von Ridder entwickelte strömungsbasierte Entschlammungsanlage vergessen, die durch einen kontinuierlichen Spül- und Saugprozess das Schneidbecken der Waterjetmaschine permanent reinigt;
- der drucklose Abrasivtank (auch Abrasivsilo, Abrasivmittelbehälter oder Sandsilo) sorgt bei der Waterjetanlage für eine automatische und kontinuierliche Versorgung der automatischen CNC gesteuerten Abrasivmittel Banddosierung, die für die Herstellung einer sehr guten Schnittkante am Werkstück unerläßlich ist.
Zubehör von Waterjet Maschinen
Bei Problemwerkstoffen wie Sandwichmaterialien gehört natürlich auch eine pneumatische oder frequenzgesteuerte elektrische Bohrspindel (Bohrmaschine, Bohreinheit Vorbohreinheit) zur Ausstattung. Damit kann eine beim Anstich mit dem Wasserstrahl mögliche Delamination durch eine mechanisch eingebrachte Bohrung, in die der Wasserstrahl dann direkt einstechen kann, verhindert werden.
Somit können auch im 2D oder 3D Schneidprozess fehlerfrei Wasserstrahlbauteile hergestellt werden, die aus Composite Materialien wie Carbonfibre (auch Thermoplaste, Duroplaste, PVC, uvm.) bestehen.
Anwendungsmöglichkeiten von
Wasserstrahlschneidtechnik
Weiteres Zubehör oder auch Ausstattungsdetails machen aus der Wasserstrahlanlage ein universelles Bearbeitungszentrum. Mikrobearbeitung kann jede Maschine um ein sehr hilfreiches Feature erweitern, mit dem vom Brillengestell aus Titan, bis zu Kupfer- Kleinstkontakten (Steckkontakte) für den Automotive-Bereich oder Brennstoffzellenkomponenten aus Graphit oder Membranen für fuel cells unglaublich viele Möglichkeiten der Bearbeitung bestehen. Nicht vergessen sollte man aufgrund der neusten Entwicklungen in der Automobilindustrie wichtige Komponenten wie Isolationswerkstoffen, die für die Batteriezellenfertigung im Zusammenhang mit Brandschutz ein sehr wichtiges Bearbeitungsfeld darstellen.
Feuerfeste Materialien (die im Gebäudebrandschutz, Lüftungskanälen, Türen Verwendung finden), lassen sich hervorragend mit dem purewaterjet oder dem abrasive waterjet bearbeiten, mit dem wesentlichen Vorteil gegenüber der Stanzbearbeitung, dass beim Zuschnitt mit dem Wasserstrahl kein Staub entsteht.
Auch in der Medizintechnik bieten sich multiple Aufgabengebiete für den Wasserstrahlschneider – angefangen bei der Mikrobearbeitung (WARICUT micro-max) mit dem Feinstwasserstrahl von medizinischen Implantaten, Knochensägen, biegeflexiblen und torsionssteifen Bohrwellen, zahntechnischen Bauteilen, Stabilisatoren für Knochen, Bauteile für Hüftgelenkimplantate bis zu der 3D Bearbeitung von Prothesen für Hochleistungssportler aus Carbon oder dem Zuschnitt von großen Stahlblechen für die Herstellung von Magnetresonanztomographen.
Ein weites Anwendungsgebiet zeigt sich auch in der Herstellung von Materialproben, Zugproben, Kerbschlagproben, usw. Mit speziell von Ridder hergestellter Software gerade für diesen Beprobungsbereich kann der Maschinenbediener ohne großen Programmieraufwand aus einem vorgegebenen Materialprobenbestand auswählen.
Großen Bedarf für Wasserstrahlanlagen gerade mit mehreren Schneidköpfen auf Traverse gibt es auch im Bereich der Herstellung von Dichtungen (gaskets), Schaumstoffen, Schäumen, Verpackungen (Koffereinsätze, Industrieverpackungen), Schleifpads, Schleifscheiben, bei denen viele Schneiddüsen gleichzeitig bei unschlagbarer Wirtschaftlichkeit gleiche Teile herstellen. Für den Reinwasserzuschnitt mit vielen Schneidköpfen gibt es natürlich noch viele Optionen, angefangen bei Spülsysteme für die Beckenreinigung inkl. Bandfilteranlagen/Beutelfilteranlagen, Wechseltische (nicht zu verwechseln mit dem Bystronic Wechseltisch) und Schiebetische oder auch die wechselseitige Be- und Entladung (Totzeitminimierung, Erhöhung der Anlagenausnutzung, Reduzierung der Stillstandszeit), Linienlaser und Kreuzlaser für die Ausrichtung von Bauteilen, Laserprojektoren zur Anzeige der Schneidprogramme, Spezialauflagen (RIDDER WARICUT Edelstahlwellenauflagen), Aluwaben, Kunststoffwaben, Absaugsysteme, Vakuumspannsysteme, uvm.
In der Luft- und Raumfahrt ist der Wasserstrahl als Werkzeug schon viele Jahrzehnte in Verwendung. Viele Komponenten im Aerospace Bereich werden mit dem scharfen Fluidstrahl bearbeitet, vom Flugzeugflügel oder Leitwerk aus Carbon bis hin zum superplastic forming Bauteil aus Titan für den Flügel eines Kampfflugzeugs. Auch Kühlluftbohrungen können mit dem Abrasivstrahl in Raketen-Triebwerksteile geschnitten oder „gebohrt“ werden.
Auch das Abtragen von Oberflächen ist seit einigen Jahren ein neues Betätigungsfeld für den Abrasivwasserstrahl. Beim sogenannten waterjet milling oder Wasserstrahlabtragen oder auch Wasserstrahlfräsen können Bauteile wie Turbinenschaufeln (beispielsweise aus Gasturbinen) mit einer speziellen präzisen Näpfchen Struktur versehen werden, die die Effizienz der Turbine erhöhen kann, weil die strömungstechnischen Eigenschaften verbessert werden.
Auch im Sicherheitsfahrzeugbereich spielt die abrasive waterjet technology eine wichtige Rolle, sowohl im 2D, 3D (5ax 5Achs oder auch 6ax 6Achs). Viele Materialien wie Panzerstahl, Sonderstahl, Sandwichmaterialien für Guard- oder Schutz- oder Panzerfahrzeuge können bzw. dürfen nur kalt bearbeitet werden.
Für großvolumige Bauteile bieten sich dann sogenannte Hochportalanlagen (High Gantry Machines), die mit großem Z‑Achsenhub, also großem Verfahrbereich der 2D oder 3D Kopf Schneidachse, punkten können. Zudem kann die Anlage auch mit einem verfahrbaren Schneidbecken ausgestattet werden, womit das Bearbeitungsvolumen noch mal vergrößert werden kann. Für die Bearbeitung von großen Behältern, Mischbehältern, Klöpperböden, Tankböden ein ideales Anlagenformat.
Über die Firma RIDDER
Die H.G. RIDDER Automatisierungs-GmbH (gegründet 1980) produziert seit 1991 die leistungsstarken und hochwertigen 2D und 3D WARICUT Wasserstrahl-Schneidemaschinen in verschiedenen Bauformen – von der Flachbett- über die Hochportalmaschine unterschiedlichster Größen – bis zur hochpräzisen Mikroschneidemaschine.
Jede Maschine wird individuell nach Kundenwunsch gefertigt, diverse Sonderfunktionen stehen zur Auswahl. Reinwasser- und/oder Abrasivschneiden, 4000 oder 6000 bar, Rohrschneiden, Meßfunktionen, Wechseltischsysteme, Entschlammungs- und Filteranlagen, Software. Von der Konstruktion über die Produktion, Inbetriebnahme und Service erhalten Sie alles aus einer Hand. Weitere Geschäftsfelder sind Werkzeugmaschinenüberholung, Steuerungsbau und Sondermaschinenbau.
Unsere Maschinen sind auf Zuverlässigkeit und Langlebigkeit ausgerichtet, auszeichnende Qualitätsmerkmale, die für Produkte „Made in Germany“ stehen.
