Das Reinwasserstrahlschneiden (Pure Waterjet) ist eine Variante der Wasserstrahltechnologie, bei der das Material allein durch die kinetische Energie des Wasserstrahls unter Höchstdruck getrennt wird - ohne Zusatz eines Abrasivmittels. In der Praxis bedeutet dies andere Prozessmerkmale als beim klassischen Wasserstrahlschneiden: ein anderes Materialspektrum, andere typische Dicken und andere Kriterien für die Parameterwahl.

In diesem Artikel erklären wir, was reiner Wasserstrahl ist, wie er funktioniert, wofür er eingesetzt wird und wie er sich vom Wasserstrahlschneiden unterscheidet. Außerdem zeigen wir ein Beispiel des Verfahrens mit Parametern: Schneiden von Kohlefaser mit reinem Wasserstrahl auf einer CNC-Maschine Opal Waterjet Combo.

Was ist reiner Wasserstrahl (reines Wasserstrahlschneiden)?

Reinwasserstrahl (Reinwasserstrahlschneiden) ist eine Schneidetechnik, bei der ein Wasserstrahl mit ultrahohem Druck durch eine sehr kleine Düsenöffnung (Blende) fließt und einen dünnen und konzentrierten Strom mit hoher Energie erzeugt. Das Material wird durch Mikroerosion und 'Zerreißen' der Struktur im Einflussbereich des Strahls getrennt.

Ein wesentliches Merkmal des reinen Wasserstrahls ist das Fehlen von Feststoffpartikeln im Strahl. Im Gegensatz zum abrasiven Wasserstrahl (AWJ), bei dem ein Abrasivmittel (z.B. Granat) in das Wasser dosiert wird, resultiert beim reinen Wasserstrahl die Wirkung auf das Material allein aus der kinetischen Energie des Wasserstrahls. Dieses Verfahren wird daher hauptsächlich zum Schneiden weicher, flexibler, faseriger und temperaturempfindlicher Materialien eingesetzt.

Wie das Reinwasserstrahlschneiden funktioniert - Schritt-für-Schritt-Arbeitsprinzip

Der Prozess des Reinwasserschneidens kann in mehreren Schritten beschrieben werden:

• Druckerhöhung des Wassers in einer Hochdruckpumpe auf mehrere tausend bar.
• Stabilisierung der Strömung und Zuführung des Wassers zum Schneidkopf.
• Formung des Strahls an einer Düse mit sehr kleinem Durchmesser, die den Druck in kinetische Energie des Strahls umwandelt.
• Wirkung des Strahls auf das Material - Erodieren und Trennen des Materials entlang der Schneidbahn.

Beim reinen Wasserstrahl sind die Stabilität des Strahls sowie die Geometrie und Qualität der Düse von großer Bedeutung. Für Prozesse, die eine hohe Präzision erfordern, werden u.a. Düsen mit sehr kleinen Durchmessern (z.B. 0,1 mm) eingesetzt, was die Konzentration der Energie im Strahl verbessert und das Schneiden dünner Werkstücke erleichtert.

Carbonfaserschneidverfahren mit reinem Wasser (Reinwasserstrahl) auf Opal Waterjet Combo Maschine.

Reinwasserstrahlschneiden versus Abrasivwasserstrahlschneiden (AWJ) - die wichtigsten Unterschiede

Obwohl beide Technologien Hochdruckwasser verwenden, haben sie in der Praxis unterschiedliche Anwendungen. Der Reinwasserstrahl ist für weiche und empfindliche Materialien optimiert, während der Abrasive Wasserstrahl (AWJ) durch Zugabe eines Abrasivmittels die Möglichkeiten auf harte Materialien (einschließlich Metalle) erweitert.

Es lohnt sich, den reinen Wasserstrahl und AWJ als zwei Werkzeuge für unterschiedliche Materialgruppen zu betrachten. Steht die Abrasionsfreiheit, die Sauberkeit des Prozesses und die Sicherheit des empfindlichen Materials im Vordergrund, erweist sich der reine Wasserstrahl oft als die richtige Wahl. Müssen harte oder dickere Materialien geschnitten werden, ist das Wasserstrahlschneiden unumgänglich.

Welche Materialien können mit dem reinen Wasserstrahl geschnitten werden?

Weiche und flexible Materialien

• Gummis und Elastomere,
• technische Schäume,
• Dämmstoffe,
• Dichtstoffe und Dichtungsmaterialien,

Bei diesen Anwendungen ist der Charakter des reinen Wasserstrahls, der eine präzise Materialtrennung ohne Quetschung, Dehnung oder lokale Beschädigung der Struktur ermöglicht, entscheidend.

Kunststoffe und Laminate

Für viele Kunststoffe und Laminate wird das Reinwasserschneiden vor allem dort eingesetzt, wo Prozesssauberkeit und Integration mit weiteren Produktionsschritten wichtig sind. Durch das Fehlen von Abrasivmitteln müssen die Werkstücke nach dem Schneiden nicht zusätzlich gereinigt werden und können direkt zur Montage, Verklebung oder Weiterverarbeitung gefräst werden.

Verbundwerkstoffe (z.B. Kohlefaser)

Eines der wichtigsten Anwendungsgebiete für den reinen Wasserstrahl sind Verbundwerkstoffe, insbesondere Kohlenstofffasern (CFK). Die Abwesenheit von Abrasivmitteln im Strahl reduziert gängige Probleme wie:

• Verunreinigung der Verbundwerkstoffstruktur durch Strahlmittelkörner,
• Mikrobeschädigung der Fasern,
• Verschlechterung der Kantenqualität,

Prozessbeispiel: Schneiden von Kohlenstofffasern mit reinem Wasser auf einem Opal Waterjet Combo

Kohlefaser (CFK) ist ein Werkstoff mit faserigem und geschichtetem Aufbau. Bei vielen Anwendungen ist es entscheidend, die Qualität der Kanten zu erhalten und die Auswirkungen der Temperatur auf das Bindemittel und die Fasern zu reduzieren. Aus diesem Grund wird für das Schneiden von Teilen aus CFK manchmal der reine Wasserstrahl gewählt.

Das hier vorgestellte Beispiel verwendet eine CNC-Maschine Opal Waterjet Combo.

Parameter des Schneidprozesses:

• Diamantdüse: 0,1 mm
• Druck: 4000 bar
• Schneidgeschwindigkeit: 3000 mm/min

Aufzeichnung des CFK-Schneidprozesses mit reinem Wasser - Prozessablauf und Dynamik.

Vorteile und Grenzen der Reinwasserstrahltechnologie

Vorteile durch das Fehlen von Abrasivmitteln:

• Hohe Prozessreinheit - kein Schlamm oder Abrasivrückstände an der Kante oder in der Struktur des Materials
• Günstige Bedingungen für empfindliche Materialien (weich, faserig, geschichtet),
• Möglichkeit, mit kleinen Düsendurchmessern einen sehr engen Schnittspalt zu erreichen,

Einschränkungen, die bei der Auswahl der Technologie berücksichtigt werden müssen:

• begrenzte Schneidkapazität bei harten Materialien (einschließlich Metallen),
• Abhängigkeit der Kantenqualität von der Wahl der Parameter (Druck, Düsendurchmesser, Vorschubgeschwindigkeit),
• Bei vielen dickeren Materialien muss auf Wasserwandschneiden umgestellt werden,

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Schneidet reiner Wasserstrahl Metalle?
Nein. Für das Schneiden von Metallen mit der Wasserstrahltechnologie wird meist das Wasserwandschneiden (AWJ) verwendet, da Wasser allein in der Regel keine ausreichende Schneidleistung bietet.

Braucht man ein Abrasivmittel zum Schneiden von Kohlefaser?
Nein. In vielen Fällen liefert reines Wasser eine bessere Kantenqualität als Abrasivwasserstrahl.

Warum werden sehr kleine Düsen (z.B. 0,1 mm) verwendet?
Der kleinere Düsendurchmesser ermöglicht einen engeren und konzentrierteren Strahl, der das präzise Schneiden von dünnen Materialien und kleinen Radien unterstützt.

Wie wirkt sich die Schneidgeschwindigkeit auf die Kantenqualität aus?
Eine zu hohe Geschwindigkeit kann die Trennung der Materialstruktur beeinträchtigen (z.B. bei Faserverbundwerkstoffen), eine zu niedrige Geschwindigkeit kann die Prozesszeit unnötig verlängern. Daher werden die Parameter je nach Material, Dicke und gewünschter Kantenqualität gewählt.

Zusammenfassung

Das Reinwasserstrahlschneiden (Pure Waterjet) ist eine spezialisierte CNC-Schneidetechnik für die Präzisionsbearbeitung von empfindlichen, weichen und Verbundwerkstoffen. Das Fehlen von Abrasivmitteln, das Fehlen von thermischen Effekten und die hohe Reinheit des Prozesses machen diese Methode dort einsetzbar, wo klassische Technologien versagen.

Reinwasserstrahl ersetzt nicht den Abrasivwasserstrahl oder andere Schneidverfahren, sondern ergänzt sie