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Wasserstrahlschneiden – der Spezialist für viele Materialien

Immer mehr Steinmetze profitieren von der Vielseitigkeit des Schneidens mit dem Abrasivstrahl. Gehrungsschnitte haben der Abrasivstrahltechnik zu ungeahnten Höhenflügen bei Steinverarbeitern verholfen. Auch die einfache Bedienung und hohe Geschwindigkeit sind für viele Anwender überzeugende Argumente für den Betrieb einer eigenen Anlage.

Abrasivschneiden
Beim Abrasivschneiden wird dem Wasser ein hartes, pulverförmiges Material beigesetzt. Das Trennverfahren eignet sich für Materialien wie Stahl, Edelstahl, Titan, Aluminium, Faser-Kunststoff-Verbund, Naturstein, Keramik, Glas, Beton.

Reinwasserstrahlschneiden
Mit einem Reinwasserstrahl werden Werkstoffe geschnitten wie Gummi, Leder, Papier, Karton, Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe, kohlefaserverstärkte Kunststoffe, Dämmstoffe.

Investition und Kosten
Von einer Abrasivstrahlanlage profitiert jeder Anwender, der Keramik oder vergleichbare Werkstoffe materialoptimiert schneiden will und muss. Spätestens wenn man Projekte wegen der Eigenschaften des Rohmaterials anders nicht bearbeiten kann und Aufträge an die Konkurrenz verliert, rechnet sich eine Abrasivstrahlanlage rasch. 

 Um langfristig ohne Störungen schneiden zu können, sollten Käufer auf eine hochwertig verarbeitete Anlage wie die fünfachsige P3D von unserem Lieferantenpartner KMA aus Oberösterreich setzen. Als erste Anlage auf dem Markt besitzt diese anstelle von Zahnstangen und Ritzeln einen berührungslosen, verschleißfreien Antrieb mit Linearmotoren in der X- und Y-Achse. Zum Schutz gegen Staub und das aggressive Strahlmittel sind sämtliche Führungen vollständig gekapselt. Um thermische Spannungen zu vermeiden, ist das Wasserbecken vom Rahmen entkoppelt. Mit einer Tischgröße von 4.150 x 2.150 mm lassen sich Großformate bis 4 x 2 m auf Gehrung schneiden. Beim Abrasivstrahlen ist die Pumpe energiehungrig, die Maschine selbst braucht wenig Energie. Die Schneidkosten bei einer Zweikolben-Pumpe vom österreichischen Hersteller BFT mit 37 kW und 4.000 bar liegen knapp über 12 € pro Stunde. Darin einberechnet sind neben den Stromkosten auch die Kosten für Verschleißteile der Pumpe, das Schneidmittel, die Düse und das Fokussierrohr. Der Verschleiß der Wasserdüse hängt von der Anzahl der Einschüsse ab. Je mehr kurze Schnitte ausgeführt werden, desto größer ist der Verschleiß.

 

 

 

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Tipps für Einsteiger

 Obwohl die Abrasivstrahltechnik sehr vielseitig ist, lässt sich nicht jedes Material schneiden. Je inhomogener ein Material ist, desto schwieriger: Bei lehmhaltigen Kalksteinen beispielsweise platzen die Kanten ab, da die löslichen Bestandteile ausgeschwemmt werden. Vor der Investition in eine eigene Anlage ist unbedingt die Qualität des Frischwassers vor Ort zu prüfen. Bei zu hartem Wasser ist eine Enthärtungsanlage einzuplanen, um die Standzeit der Pumpe, Dichtungen und Düsen zu verlängern. Für spannungsfreie Ausschnitte in Keramik oder Quarzkomposit sollten kleine Rundungen mit wenigen Millimetern Radius anstelle von scharfen Innenecken programmiert werden. Als ideale Größe, um auch größere Formate schneiden zu können, gelten Maschinen mit effektiv nutzbaren Schneidbereichen von 4 x 2 Metern.

Wasserstrahlschneiden (mit/ohne Abrasivmaterial)

SteMaJet 4020 mit 3/5 Achsen CNC-gesteuert

Bearbeitungsstärke 1 bis 200 mm
Bearbeitunggeschwindigkeit 40 m/Min.
Arbeitsbereich von 2.000 x 3.000 mm bis 3.000 x 12.000 mm
Hub Z-Achse 300 mm

Basisausstattung
• Abrasivschneidkopf 3D maximal 60 Grad
• Höhenabtastung 3D mit Kollisionsüberwachung
• Abrasivdosierung
• Abrasivförderer 200 kg/qm
• Edelstahlbecken 6 mm Bodenblech 4 mm Wandblech
• Edelstahlrost 1000 kg/qm
• Edelstahlrost 150 mm umlaufend zur Schnittfläche vergrößert
• Rohmaterialerfassung über Laser-Cursor oder Antastung von Höhentaster
• Handbedienbox
• Lichtschranken (4 Säulen)
• 3D Software (exkl. Schachteln und ERP Anbindung) Igems
• Programmierbare Schmierstoffgeber für jedes Führungspaar getrennt.
• Anschlüsse für optionale Schlammausbringung
• Aufbau für optionale Tischregulierung
• Wasser- und Luftschlauch mit Reinigungsdüse

Optional
• Schlammausbringung
• Tischregulierung (Materialabsenkung)
• Waschbalken zur Oberflächenreinigung inkl. Pumpe
• Lasercursor
• LED Lichtbalken in der Maschinenbrücke integriert.

Abrasivwasserstrahlschneideanlage – ein sperriges Wort für eine so vielseitige Maschine! 

von Richard Watzke M.A.

Als die kalifornischen Goldschürfer 1870 auf die Idee kamen, mit dem Wasserstrahl Goldadern von Sand und Gestein zu trennen, konnte niemand ahnen, dass man mit der Technik aus dem Bergbau eines Tages Stahl, Glas, Textilien und sogar Pizza schneiden würde. Auf den ersten Blick scheint das Verfahren simpel: Wasser wird unter extrem hohem Druck durch eine winzige Düse gejagt und löst beim Auftreffen auf das Schnittgut kleine Partikel aus den Flanken heraus. Damit sich auch harte Werkstoffe wie Stein schneiden lassen, wird ein feiner, scharfkantiger Sand – meist aus Granat – beigemengt, das sog. Abrasivmittel. 

Zusammen mit dem Wasserstrahl gelangt der Abraum in ein Auffangbecken. Das Wasser darin bremst die Energie des Strahls. Abrasiv und die abgetragenen Partikel setzen sich am Boden ab, bis sie abgesaugt, vom Wasser getrennt und entsorgt werden. Das Wasser wird aufbereitet und dem Brauchwasserkreislauf des Anwenders zugeführt. 

In der Theorie alles ganz einfach, doch wie überall steckt der Teufel im Detail. Ein Strahl aus Wasser ist kein starres Werkzeug und wird trotz hoher Geschwindigkeit vom Schneidgut abgelenkt; zwar nur minimal, aber bei zu hohem Vorschub des Schneidkopfes kommt es zu ungewünschten Abweichungen aus der Schnittachse. Je tiefer der Schnitt, umso mehr Energie verliert der Strahl und verbreitert sich nach unten hin – die Ursache der Riefen in den Schnittkanten. In Ecken muss der Schneidkopf kurz warten, bis der Strahl im Schnitt »mitkommt «. Erst dann kann der Vorschub wieder erhöht werden. Lange wurde beim Abrasivstrahlen lediglich in X- und Y-Achse gearbeitet, und der Aufwand für die Korrektur von Strahlabweichungen war vergleichsweise einfach. Sobald die ersten 3D-Systeme auf den Markt kamen, wurde es spannend. Plötzlich mussten fünf Achsen so gesteuert werden, dass der Strahl trotz Drehung und Neigung des Schneidkopfes immer im selben Abstand zum Schnittgut auftrifft. Was im Fachjargon als Kinematik bezeichnet wird, erfordert ein raffiniertes Zusammenspiel aus Mechanik und Steuerung. Die Köpfe sollen bei höchster Präzision möglichst frei beweglich sein, und die Gesamtkonstruktion darf nicht zu klobig ausfallen. Jeder Hersteller hat in der Konstruktion und Steuerung eigene Lösungen dafür entwickelt.

Gehrungen braucht jeder 

Einer der Hauptvorteile der 5-Achs-Anlagen für Steinmetze sind Gehrungsschnitte, wie sie in der Küchenproduktion und dem Ladenbau an der Tagesordnung sind. Wenn eine Abrasivstrahlanlage Gehrungen schneidet, laufen viele Prozesse im Hintergrund ab. Der Anwender bekommt davon wenig mit. Sobald er die Parameter des Schneidauftrags eingibt, errechnet die Software die optimalen Parameter für Vorschub, Abrasivmenge und vieles mehr. Wie gut das im Steinbereich mittlerweile funktioniert, zeigen Gehrungen in Kombination mit Innenecken. Die Steuerung bremst den schräg auftreffenden Strahl vor Erreichen der Ecke und führt ihn in einer Kombination aus Kopfdrehung und Neigung, bis auch die Kanten beim Austritt geometrisch exakt dem programmierten Ablauf entsprechen. Erst dann setzt die Anlage den Schnitt in der neuen Richtung fort. Weil dieser Vorgang auch bei beliebigen Rundungen funktioniert, gibt es fast keine Form, die sich nicht schneiden ließe. Lediglich bei der Plattendicke sind Grenzen gesetzt. In Granit sind zehn Zentimeter technisch kein Problem, die Schnittflächen werden nach unten hin jedoch unregelmäßiger und zeigen Riefen. Für den rein technischen Zuschnitt ist das kein Problem, da es bei der Verklebung vor allem auf saubere Sichtkanten ankommt. Die Riefen sorgen sogar für eine stärkere Haftung der Kleber. 

Bei Sichtflächen hingegen sind die Riefen unerwünscht und erfordern maschinelle oder manuelle Nacharbeit, die in der Gesamtkalkulation zu berücksichtigen ist. 

Unvorstellbar hoher Druck 

Obwohl Schneidanlagen mit 6.000 bar Druck keine Seltenheit darstellen, sind in der Steinbranche Hochdruckpumpen mit bis zu 4.000 bar verbreitet. Dieser Druck entspricht einer Wassersäule von 40 Kilometern Höhe. Zum Vergleich: Die größte gemessene Wassertiefe in den Ozeanen beträgt knapp über elf Kilometer. Je höher der Druck aus der Pumpe, desto schneller lässt sich eine Anlage theoretisch fahren. Mehr Druck erzeugt jedoch einen erheblich höheren Energieaufwand und Verschleiß sämtlicher Komponenten, von der Pumpe selbst bis zu den Leitungen, Dichtungen, der Reinwasserdüse und dem Fokussierrohr. Neben hohen Stromkosten sind vor allem die Kosten für das Strahlmittel und die Verschleißteile Faktoren, aus denen sich die Schnittkosten zusammensetzen. Pumpenleistungen im Bereich von 4.000 bar erlauben ein effektives und zugleich wirtschaftlich vernünftiges Schneiden; bei mehr Druck steigen Kosten und Verschleiß stärker an als sich die Leistung erhöht. Wie schnell ein Werkstoff in der Praxis geschnitten werden kann, hängt somit immer von der gewünschten Schnittqualität und der Gesamtkalkulation des Anwenders ab. Wie wichtig eine umfassende Beratung vor dem Kauf einer Abrasivstrahlanlage ist, zeigen die nachfolgenden Ergebnisse einer Naturstein-Umfrage bei führenden Herstellern und Lieferanten.

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