Wasserstrahlschneiden: Genauigkeit & Toleranzen

2019-08-15

Harald Lange

AquaContour GmbH

Wasserstrahlschneiden: Welche Genauigkeit kann ich erwarten?

Das Wasserstrahlschneiden wird als präzises Trennverfahren aufgrund seiner Genauigkeit gern gewählt. Unterschiedlichste Materialien, gleich ob Metalle, Kunststoffe oder Kompositwerkstoffe, stellen keinerlei Schwierigkeit für die Bearbeitung dar. Für weichere Stoffe, wie zum Beispiel Sperrholz oder Gummi, eignet sich das sogenannte Purwasserstrahlschneiden.

Beim Abrasiv-Wasserstrahlschneiden rechnet man gemeinhin mit einer Exaktheit weit unterhalb eines halben Millimeters. Werkstücktoleranzen von +/- 0,1 mm sind heute weit verbreitet. Allerdings ist die Genauigkeit des Wasserstrahlschneiden nicht zuletzt eine Frage weiterer geplanter Arbeitsschritte sowie der (angestrebten) Wirtschaftlichkeit des jeweiligen Projekts.

Kein Werkstück ist wie das andere

Im Gegensatz zu anderen Bearbeitungsverfahren ist beim Wasserstrahlschneiden nicht immer die höchstmögliche Genauigkeit optimal bzw. erstrebenswert. Um eine zuverlässige Aussage zu treffen über mögliche und sinnvolle Toleranzen Ihres Werkstücks, müssen im Vorlauf eines Auftrags die folgenden Fragen gestellt und beantwortet werden:

Welches Material ist gewünscht?
Sollen / können die Werkstücke hinterher weiterbearbeitet werden (z. B. Oberflächenglättung) und welcher Zeitaufwand ist dafür einzuplanen?
Welche Vorschubgeschwindigkeit ist geplant?
Welche Maschine steht beim Dienstleister zur Verfügung?

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Einflussfaktoren auf Toleranzen beim Wasserstrahlschneiden

Wie anhand der zu stellenden Projekt-Fragen erkennbar ist, sind die erreichbaren Toleranzen beim Wasserstrahlschneiden durch unterschiedliche Faktoren bedingt.

Stärke des Werkstücks

Je höher die Stärke des zu bearbeitenden Werkstücks, desto höher ist aufgrund der unvermeidlichen Abweichung des Wasserstrahls die Toleranz.

Materialeigenschaften

Je nach gewünschtem Material fällt die zu erwartende Genauigkeit unterschiedlich aus, da sich die Materialien ihrerseits unter dem Einfluss des Wasserstrahls unterschiedlich verhalten. Ein weiterer durch den Ausgangsstoff bedingter Qualitätsfaktor ist der Schnittwinkelfehler (auf der Austrittsseite des Wasserstrahls): Dieser fällt bei weicheren Werkstoffen, die mit dem Reinwasserstrahl bearbeitet werden können, zwischen 0,1° bis 1°. Bei härteren Werkstoffen, die mit dem Abrasiv-Wasserstrahl geschnitten werden, kann der Schnittwinkelfehler bis zu 2° betragen.

Vorschubgeschwindigkeit:

Je niedriger die Vorschubgeschwindigkeit des Wasserstrahls gewählt wird, desto höher ist die Genauigkeit des Verfahrens und umso besser fällt die Qualität der Werkstück-Oberfläche bzw. der Schnittkante aus. Um sich für die optimale Vorschubgeschwindigkeit zu entscheiden, ist die Frage zentral, ob und wie die Werkstücke nach dem Schnitt weiterbearbeitet werden sollen. Wirtschaftlicher ist eine höhere Vorschubgeschwindigkeit; diese erfordert aber u. U. eine Nachbearbeitung. Entscheiden Sie sich dagegen für eine niedrige Vorschubgeschwindigkeit, wird mehr Zeit für den Schnitt selbst benötigt, wohingegen die Nachbearbeitung ggf. entfallen kann.

Maschinentyp:

Obwohl das auszuführende Trennverfahren grundsätzlich das gleiche ist, unterscheiden sich Wasserstrahl-Schneidmaschinen nicht nur hinsichtlich ihres Typs, sondern auch in der Bauweise sowie in Bezug auf eingesetzte Steuerungselemente. Diese Unterschiede haben großen Einfluss auf die Genauigkeit des Wasserstrahlschneidens. Beispielsweise verursachen Maschinen in der Tragarmbauweise größere Schwankungen in der Werkstück-Toleranz als Portal-Maschinen. Grund dafür ist das stärkere Schwingungsverhalten von Tragarm-Maschinen, die teils ihrer günstigeren Bauweise wegen angeschafft wurden. Generell können sich die Wasserstrahlschneid-Toleranzen von Gerät zu Gerät unterscheiden - u. a. abhängig von den eingesetzten Steuerungselementen.

Fazit

Modernste Maschinen können mit einem hochfeinen Wasserstrahl von weniger als 0,3 Millimeter Durchmesser komplexeste und feinste Konturen in sämtliche Materialien schneiden. Eine weitere Nachbearbeitung des Materials ist in der Regel nicht notwendig. Die optimale Konstellation aus gewünschtem Ausgangsstoff, der Werkstück-Stärke, der eingesetzten Maschine und Vorschubgeschwindigkeit kann jedoch dazu führen, dass sich eine mittlere oder sogar eine niedrige Genauigkeit beim Wasserstrahlschneiden als wirtschaftlich sinnvoller im jeweiligen Projekt herausstellt.