Verbundwerkstoffe bringen Trennverfahren an ihre Grenzen

Mit Wasserstrahlschneiden die Nase vorn

Wasserstrahltechnologie hat inzwischen ihren festen Platz unter den Trennverfahren gefunden und erobert immer größere Marktanteile. Bild: Flow

Im Vergleich zu vielen zerspanenden Trennverfahren, die seit Jahrzehnten im Einsatz sind, gilt Wasserstrahlschneiden immer noch als relativ neue Technologie. Inzwischen hat sie aber ihren festen Platz unter den Trennverfahren gefunden und erobert immer größere Marktanteile. Bei Materialstärken ab 5 mm Dicke bringt es große Vorteile, wenn Formteile mit extrem kleinen Durchbrüchen oder Stegen bearbeitet werden sollen oder eine thermische Beeinflussung der geschnittenen Materialien nicht gewünscht oder nicht zulässig ist. Gleichzeitig überzeugt das Wasserstrahlschneiden durch die große Bandbreite an bearbeitbaren Materialien: Werkzeug- und Edelstähle, Aluminium, Kupfer, Messing, Titan, Marmor, Graphit, Fliesen, keramische Werkstoffe, Glas, Polymethylmethacrylat  (PMMA), Polyethylen (PE), PVC, Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), Polytetrafluorethylen (PTFE), Holz oder Gummi lassen sich allesamt mit einem Werkzeug, nämlich dem Wasserstrahl, trennen. Kombiniert mit den richtigen Konzepten schneidet eine Wasserstrahlanlage heute sehr präzise.

Anwender bestätigen: Der Einstieg in die Wasserstrahltechnologie ist erstaunlich einfach. Wie bei jeder Technologie steigt aber auch beim Wasserstrahlschneiden mit der Erfahrung und dem entsprechenden Know-how die Qualität der hergestellten Produkte. Viele Firmen schaffen daher keine eigene Wasserstrahlanlage an, sondern geben ihre Produkte in Auftrag bei Dienstleistern, die jahrelange Erfahrung haben oder durch Spezialisierung auf bearbeitete Werkstoffe ideale Lösungen schaffen können.

High-Tech für höchste Präzision

Mit der Wasserstrahlanlage IFB-DWJ 3620 bearbeitet der Wasserstrahldienstleister Seid aus Pfalzgrafenweiler verschiedenste Materialien von Gummi über Holz und Kupfer bis hin zu Werkzeug- und Edelstählen. Ein Schwerpunkt liegt auf der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen. (Bild: Flow)

Mit der Wasserstrahlanlage IFB-DWJ 3620 bearbeitet der Wasserstrahldienstleister Seid aus Pfalzgrafenweiler verschiedenste Materialien von Gummi über Holz und Kupfer bis hin zu Werkzeug- und Edelstählen. Ein Schwerpunkt liegt auf der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen.

Die Firma Wasserstrahlschneiden – Martin Seid, Pfalzgrafenweiler,  bietet seit dreieinhalb Jahren  Dienstleistungen als Wasserstrahlschneider an. Als Quereinsteiger in die Branche hat sich der Geschäftsführer Martin Seid vor der Anschaffung seiner Wasserstrahlanlage sehr genau informiert: „Schließlich entschieden wir uns für eine Anlage von Flow Europe. Als Newcomer in der Branche konnten wir nicht mit jahrelanger Erfahrung werben, also war es uns wichtig, durch die Qualität der eingesetzten Technik gegenüber der Konkurrenz die Nase vorn zu haben. Bei Flow hatten wir den Eindruck, dass deren Anlagen technisch am weitesten sind.“ Seit Juni 2007 arbeitet das Unternehmen nun mit einer Anlage des Typs IFB, die mit der Druckübersetzerpumpe 50iS-60 einen Dauerarbeitsdruck von 4.150 bar liefert. Auf dem Tisch von 3,60 m  x 2,00 m Größe werden per Abrasivstrahlschneiden Werkstücke bis zu 150 mm Dicke bearbeitet. Dazu wird dem Wasserstrahl zum Erhöhen der Schneidleistung im Schneidkopf ein Strahlmittel beigemischt, das so genannte Abrasiv bspw. feiner Granatsand. Zusätzlich setzt der Dienstleister auf die Dynamic Waterjet Technologie und die Anbohrhilfe UltraPierce (siehe Kastentext). „Damit können wir neben sauberen Bohrlöchern einen sehr geraden Schnitt auch bei dicken Materialien und hohen Schneidgeschwindigkeiten erreichen“ meint Seid.

Wie präzise diese Methoden sind, zeigt ein Beispiel aus der Erfahrung des Unternehmers: Als Urlaubsvertretung erhielt der Wasserstrahlschneider den Auftrag, dicke Faserverbundplatten zuzuschneiden. Neben der Schneidlinie an der Außenkontur zeigte die Maßzeichnung eine weitere, einige Millimeter nach innen versetzte Linie. „Die innere Linie war das eigentliche Endmaß“ erinnert sich Seid. „Auf meine Anfrage hin, warum man nicht gleich mit der Wasserstrahlanlage auf Endmaß zuschnitt, erklärte mir mein Auftraggeber, dass mit dem Werkzeug Wasserstrahl nicht die gewünschte Präzision zu erreichen sei.“ Was der Wasserstrahl selbst nicht kann, schafft aber die Software, die die Lage des Schneidkopfes entsprechend nachregelt, damit trotz nichtlinearen Verhaltens des Wasserstrahls saubere Schnittkanten entstehen. Weil der Wasserstrahlexperte so von der Technik überzeugt war, schnitt er das Material auf sein eigenes Risiko direkt auf Endmaß. Das Vertrauen in die Technik hat sich gelohnt: Sein Auftraggeber war begeistert und lässt seither alle Produkte auf die gleiche Weise bei ihm zuschneiden, weil so die kosten- und materialintensive Nachbearbeitung wegfällt.

Dank Spezialisierung die Nase vorn

Grundsätzlich schneidet der Dienstleister auf der Anlage verschiedenste Materialien. Doch schon sehr früh hat er sich auf die Bearbeitung von Kompositwerkstoffen spezialisiert. Heute machen Aufträge mit diesem Werkstoff ca. 70 % seiner Auslastung aus. „Ich habe sehr früh mit Kompositwerkstoffen experimentiert, um herauszufinden, wie sie sich bei der Bearbeitung mit dem Wasserstrahl verhalten“ erzählt Seid. Die Spezialisierung hat sich gelohnt. Bereits nach einem Jahr hat das Unternehmen bspw. in der Luftfahrtbranche den Ruf erworben, sehr hohe Qualität zu liefern. Auch hier kommt ihm natürlich die Technik der eingesetzten Wasserstrahlanlage entgegen. „Mit der Anbohrhilfe sind Bohrlöcher möglich, ohne Risse an der Materialoberfläche rund um das Bohrloch; gerade bei Kompositwerksoffen haben andere Verfahren oder Wasserstrahlanlagen ohne Anbohrhilfe hier große Schwierigkeiten“ weiß Seid aus Erfahrung.

Da die Dynamic-Waterjet-Technologie der Konizität des Schneidmediums Wasserstrahl entgegen wirkt, lassen sich exakt zylindrische Bohrlöcher erzielen ohne die konische Form, wie sie sonst beim herkömmlichen Wasserstrahlschneiden entstehen. So können bspw. Löcher gebohrt und direkt im Anschluss mit dem Gewinde versehen werden, ohne werkzeug-, zeit- und kostenintensive Zwischenschritte zur Nachbearbeitung der Bohrung. „Noch extremer sind die Forderungen in der Flugzeugindustrie“ sagt Seid. „Flugzeugrümpfe werden aus speziell beschichteten Kompositwerkstoffen hergestellt, die einzelnen Teile miteinander vernietet. Dazu müssen mehrere hundert Nietlöcher auf einer Werkstoffplatte äußerst präzise positioniert werden. Problematisch ist dabei, dass die Verbundwerkstoffe bei herkömmlichen, zerspanenden Bearbeitungsverfahren an der Oberfläche leicht ausreißen. Mit der eingesetzten Wasserstrahltechnologie und unserer Erfahrung können wir das jedoch vermeiden und sehr präzise Ergebnisse liefern.“

Leichter Einstieg dank gutem Support

Gut drei Jahre nach Anschaffung der Anlage ist der Quereinsteiger in die Technologie mehr als gut mit Aufträgen ausgelastet, so das die Beschaffung der zweiten Anlage, dieses mal mit 3D- Kopf, unmittelbar bevor steht. Der Einstieg fiel ihm dabei erstaunlich leicht. Die Software zum Erstellen der Zeichnungen ist nach seinen Angaben mit guten PC-Vorkenntnissen einfach zu bedienen. Dabei half natürlich die einwöchige Schulung, bei der die neuen Anwender den Umgang mit Software und Maschine erlernen. Abschließend werden die notwendigen Schritte zur regelmäßigen Wartung der eingesetzten Pumpe vermittelt. Nach wie vor ist Martin Seid mit der Anschaffung der Anlage sehr zufrieden: „Der Support, den mir Flow bietet, ist mit Geld nicht aufzuwiegen. Wenn ich doch einmal auf ein Problem stoße, das ich selbst nicht lösen kann, erhalte ich per Telefon von kompetenten Ansprechpartnern aus dem Flow Applikationszentrum immer gute Tipps, wie ich vorgehen könnte.“

Anbohrhilfe für präzise Bohrlöcher

Spröde Materialien wie Glas, Keramik, Stein oder laminierte wie Kompositwerkstoffe neigen dazu, beim Anbohren an der Materialoberfläche einzureißen oder abzuplatzen bzw. bei Kompositwerkstoffen zu delaminieren. Die patentierte Anbohrhilfe FLOW UltraPierce vermeidet diese Risse und ermöglicht somit ein direktes Anbohren solcher Materialien mit dem Wasserstrahl. Dadurch entfällt für die meisten Werkstoffe das mechanische Vorbohren.

Alle Bilder: Flow

Angelika Würfel

Marketing Flow Europe GmbH

Nora Crocoll

Nora Crocoll

Studium Technische Redaktion, Praxis in der Elektronik-Industrie. Diplomarbeit in der Softwareentwicklung (XML-basierte Arbeitsumgebung für Redaktionsleitfaden). Seit 2005 als Autorin beim Redaktionsbüro Stutensee.

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1 Antwort

  1. Bram sagt:

    Vielen Dank für den interessanten Artikel über Wasserstrahlschneidanlage. Ich finde das Thema sehr spannend und habe im Internet auch schon einige gute Seiten gefunden.

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