• Wasserstrahlsaege

    Wasserstrahlsaege

     

    Eine Wasserstrahlsaege ist eine Werkzeugmaschine zum Schneiden von Teilen mittels Wasserstrahl.

    Geschichte

    Seit etwa 1900 wird der Wasserstrahl zum Abbau von Kies- und Tonvorkommen eingesetzt. In den 1930er Jahren wurde in sowjetischen und amerikanischen Bergwerken die Möglichkeit untersucht, mit einem Hochdruckwasserstrahl Kohle und Erz zu gewinnen. Als in den 1960er Jahren Verbundwerkstoffe in den Flugzeugbau eingeführt wurden, schlug Boeing vor, diese Materialien mit einem Wasserstrahl zu bearbeiten. Ingersoll Rand, heute KMT (Schweden), lieferte 1971 die erste funktionsfähige Wasserstrahlsaege und Ende der 90er Jahre brachte FLOW ein neues Verfahren namens Dynamic Waterjet auf den Markt. Mit dieser Methode war es möglich, den Winkelfehler des Schnitts durch die Ausdehnung des Balkens zu korrigieren, so dass auch bei dicken Teilen präzise geschnitten werden konnte.

    Gesetzgebung

    Beim Wasserstrahlschneiden wird das zu behandelnde Material durch einen Hochdruck-Wasserstrahl und in der Regel unter Zugabe von scharfem Sand abgetrennt. Dieser Strahl erzeugt einen Druck auf die Werkstückoberfläche von 4000 bis max. 6000 bar und erreicht Austragsgeschwindigkeiten von bis zu 1000 m/s. Das zu schneidende Material erwärmt sich kaum. Im Gegensatz zum Laserschneiden eignet sich das Verfahren daher auch zum Schneiden von gehärtetem Stahl. Durch den hohen Druck ist das Schneidwasser keimfrei (Hochdrucksterilisation). Die Wasserqualität muss bestimmte Mindestanforderungen erfuellen. Für eine optimale Lebensdauer von Pumpen und Komponenten kann eine spezielle Behandlung erforderlich sein, die aufgrund extrem hoher Drücke viel Erfahrung und Sensibilität erfordert; Standardprozesse wie Wasserenthärter oder Umkehrosmoseanlagen verursachen oft mehr Probleme als sie lösen. Durch die hohe Wasseraustrittsgeschwindigkeit wird beim Schneiden ein Schalldruck von bis zu 120 dB erzeugt. Durch das Schneiden unter Wasser, z.B. durch Erhöhung des Wasserspiegels im Strahlsensor und die Umhüllung der Düse mit einer Wasserglocke, können die Geräuschemissionen erheblich reduziert werden.

    Anwendungen

    Das Hochdruck-Wasserstrahlverfahren behandelt nahezu alle Materialien, vom weichen porösen Schaum bis zum harten Saphir. Der Schwerpunkt liegt auf der Kunststoffverarbeitung, der Metallbearbeitung, der Leder- und Steinverarbeitung. Dank der Drehbarkeit des Schneidkopfes (3D-Bearbeitung) können nahezu alle komplexen Formen mit Hilfe einer vektorbasierten Schneideregelung im Raum geschnitten werden. Es können Genauigkeiten bis zu 0,005 mm/m Bearbeitungslänge erreicht werden. Der Maschinenraum muss jedoch klimatisiert sein. Neben dem Schneiden wird das Wasserstrahlschneiden auch zum Entgraten eingesetzt. Ein wichtiger Aspekt, der für das Abrasiv-Wasserstrahlschneiden spricht, ist, dass strukturelle Veränderungen (Strukturveränderungen von Werkstoffen; siehe Eisen-Kohlenstoff-Diagramm) an den Schneidkanten ausgeschlossen werden können. Das Abrasiv-Wasserstrahlschneiden wird daher erfolgreich in der Materialforschung und -konstruktion eingesetzt. Wasserstrahlschneiden ist eine gute Option, wenn verschiedene Teile, z. B. Keramik-Metall-Mischungen, geschnitten werden sollen. Die Wasserstrahlschneidtechnik wird deshalb seit Jahren in Forschungseinrichtungen eingesetzt. Eine Standardanwendung des Wasserstrahlschneidens ist heute das Schneiden von Kunststoff-Verbundarmaturenbrettern für Pkw mit einem 5-Achs-Roboter mit Wasserstrahldüse.

    Maschinenkomponenten

    Der Maschinenrahmen, der in der Regel aus Stahlrohren unterschiedlicher Größe besteht, trägt die verschiedenen Achsen der Maschine. Dabei werden die Führungsschienen auf hochwertigen Maschinen spannungsarm geglüht, gefräst, geschliffen oder geschabt. Anschließend werden Rahmen und Führungsschienen mit einem Laserinterferometer auf Geradheit geprüft. Die Ausrichtung des Rahmens erfolgt über Fixatoren oder Dübel. Die Standardversion für das Wasserstrahlschneiden ist die sogenannte Gantry-Version (als flache Platte für Standardaufgaben oder als Hochportalsystem für große Werkstücke), auf der zwei Achsen die Traverse ohne Verbindung tragen. Mit diesen Typen ist es möglich, Maschinen nahezu beliebiger Größe (Türbreite bis ca. 5000 mm) herzustellen. Bei Gantry-Maschinen bewegen sich die beiden Führungsachsen in einer Gantry-Kombination und sind somit über die CNC-Steuerung gekoppelt (zwei Achsen verhalten sich wie eine Achse). Neben dem Tor ist die Konstruktionsvariante auch als Tragarm erhältlich, bei dem die Traverse nur einseitig geführt wird. Diese Bauweise ist kostengünstiger in der Herstellung und hat einen Vorteil durch die gute Zugänglichkeit auf beiden Seiten des Schneidebereichs. Lange Zeit war sie jedoch technisch dem Portal unterlegen und für das Präzisionsschneiden weniger geeignet, da der Tragarm zum Schwingen neigte. Die heutigen hochwertigen Tragarmsysteme sind starr mit FE-Berechnungen ausgelegt, um die gleichen engen Toleranzen wie bei einer Portalmaschine zu erreichen. Die nach dem Schneiden verbleibende Energie kann auf unterschiedliche Weise abgebaut werden. Die häufigste Variante ist ein Wasserbecken, das als "Jet-Sensor" fungiert.

    Der Wassertank muss eine Wassersäule größer als 600 mm haben, damit die Restenergie des Wasserstrahls in Wärme umgewandelt werden kann. Der Wassertank muss ohne mechanischen Anschluss an den Zubringer installiert werden, da sich auch größere Wassertanks nach einigen Stunden Schnittzeit bis zu zweistelligen Grad Celsius erwärmen können. Sind Führungsmaschine und Wassertank nur eine Einheit, führt diese Erwärmung zu Änderungen in der Maschinengeometrie. Dies führt zu Fehlern in der Geradheit, Materialausdehnung und damit zu Ungenauigkeiten in der Teilefertigung. Es ist nicht ungewöhnlich, Abweichungen in der Größenordnung von wenigen Zehntelmillimetern zu finden. Die Erwärmung beeinflusst jedoch das Raumverhalten und muss bei höheren Genauigkeitsanforderungen schnell berücksichtigt werden. Neben der Verwendung von Festwasserbecken gibt es noch eine weitere Variante, den "Sensor". Beim Wasserstrahlschneiden ist ein Sensor ein mobiles und schmales Wasserauffangbecken, das sich synchron mit der Bewegung der Schnittachse bewegt. Diese Sensoren sind oft mit Keramikkugeln gefüllt, die die verbleibende Energie umwandeln sollen.

    Waterjet thibaut TWJ3317
    Waterjet thibaut TWJ4020

    Der größte Nachteil dieser Sensoren ist die extreme Luftschallemission des unbeschichteten Sensoroberteils sowie der hohe Wassergehalt der Spritzer. Aufgrund der deutlich geringeren Wassermengen im Kreislauf ist die Erwärmung im Sensorbetrieb wesentlich schneller, aber vom Werkstück entkoppelt. Die Hochdruckpumpe dient zur pulsationsfreien Erzeugung des Hochdruckwasserstrahls. Die einfachsten Versionen arbeiten mit Druckluft, die den hohen Druck über einen Druckminderer liefert. Aufgrund des geringen Wirkungsgrades gilt dies jedoch nur für Low-End-Systeme. In der Regel werden Hochdruckpumpen für das Wasserstrahlschneiden eingesetzt, bei dem ein Hydraulikaggregat zum Einsatz kommt (der Wirkungsgrad liegt bei ca. 65 %). Diese Aggregate erzeugen einen Hydraulikdruck bis ca. 200 bar. Bei leistungsfähigeren Pumpen kann der Druck über ein Proportionalventil beliebig reguliert werden. Das verdichtete Öl wird in den Hydraulikzylinder des Hochdruckgebläses gepumpt. Dabei wirkt das Öl auf eine Kolbenstange mit einem Übersetzungsverhältnis von ca. 20:1 – 40:1 (Hydraulikfläche zu Wasseroberfläche). Damit ist es möglich, Drücke bis 6500 bar zu erzeugen. Das aus der Hochdruckflasche austretende Hochdruckwasser tritt in einen Pulsationsdämpfer ein. Es handelt sich um einen Hochdruck-Gasspeicher, einen "Pufferspeicher" (in der Regel ein oder zwei Liter), der Druckschwankungen beim Rückwärtsfahren des Hydraulikkolbens abfedern soll. Je größer die Pufferflasche, desto besser die Schnittleistung und -qualität. HD-Pumpen können mit mehreren Hochdruckgebläsen und Pufferspeichern ausgerüstet werden. Die Leistungsabgabe aktueller Anlagen liegt zwischen 11 und 149 kW. Der Durchfluss kann 15,2 Liter pro Minute erreichen. In jüngster Zeit wurden Schneidaggregate eingesetzt, die mit Kolbenpumpen einen Druck von 4100 bar erzeugen. Ein Umweg über die Hydraulik ist somit nicht mehr notwendig.

    Bei diesen Wasserstrahlschneidpumpen wird die Hochdruckpumpe direkt angetrieben, so dass ein Wirkungsgrad von über 90% erreicht wird. Durch die Triplex-Charakteristik ist die Pulsation so gering, dass ein zusätzlicher Pulsationsdämpfer nicht erforderlich ist. Diese Technologie erreicht eine Antriebsleistung von 750 kW im Leistungsbereich und einen Volumenstrom von bis zu 100 l/min bei 3800 bar. Das mit dem Schneidgut und den Schleifmitteln vermischte Schneidwasser muss aus der Strahlmühle entfernt werden. Dies kann kontinuierlich durch Entsorgung oder manuell in regelmäßigen Abständen erfolgen. Die kontinuierliche Entsorgung ist entweder ein Kratzerförderer, der das restliche Schneidmittel aus der Mühle entfernt, oder ein Wasserkreislaufsystem, das das restliche Material von der Mühle trennt. Das Wasser aus der Strahlmühle wird dann gefiltert und in den Schneidetank zurückgeführt. Die Wasserstrahlschneidanlagen sind mit CNC-Steuerungen ausgestattet. Neben den einfachsten Modellen, die nur über einen Spuranreißer gesteuert werden können, sind hochwertige Maschinen mit Steuerungen ausgestattet, die alle Achsen interpolieren und den Vorschub je nach Schneidprozess reduzieren können. Neben einer CAD-Schnittstelle gibt es häufig auch eine CAM-Anbindung. Auch PC-Steuerungen sind seit einigen Jahren auf dem Markt und bieten den Vorteil der einfachen Einarbeitung für unerfahrene CNC-Bediener.

    Kundenbewertungen auf der Maschine
    Notiz : 4/5 beyogen auf 53 Ansicht

    Unsere Wasserstrahlsaegen


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    thibaut Wasserstrahlanlage / TWJ4020
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