Mit Druck durch dick und dünn

Fokus

Wenn es um groß- oder kleinflächige, filigrane, in jedem Fall akkurate Zuschnitte durch dick und dünn geht, trumpfen CNC-Wasserstrahlschneidanlagen mit sehr guten Ergebnissen auf.

29. August 2016

Wasser zum Stahlschneiden einzusetzen, das passt auf den ersten Blick nicht zusammen. Und doch ist dieses Verfahren längst gängige Praxis. Die CNC-Wasserstrahl-Schneidanlage mit vier Schneidköpfen präsentiert sich in der Werkhalle der Schröder Schneidtechnik GmbH, Gütersloh, nahezu als Alleskönner. Beim Durchtrennen von Stahl, Edelstahl, Alu, Marmor, Kunststoffen, Kupfer und Messing kommt hier die ›Urkraft des Wassers‹ zum Zuge. Nicht als steter Tropfen, sondern unter hohem Druck als alles durchdringender Strahl in verblüffend kurzer Zeit. »Ein paar Arbeitsgänge reichen aus«, erklärt Geschäftsführer Raphael Schröder. Sein Unternehmen konzentriert sich auf die installierte Hochtechnologie bei diesem effektiven Verfahren. Ein Großteil seiner Kunden sind Maschinenbauer, und die stellen eben höchste Ansprüche an Schnittgenauigkeit und Zuverlässigkeit. Natürlich muss auch das Preis-Leistungs-Verhältnis stimmen. Ein zentrales Aggregat bei Raphael Schröders mittlerweile drei Hochdruck-Schneidanlagen ist jeweils die Hochdruckpumpe. In diesem Fall stammen sie von der Hammelmann GmbH in Oelde, die Wasserstrahlanlagen von Water Jet Sweden.

Keine Aufhärtung an den Rändern

Die Hammelmann-Pumpen erzeugen den nötigen Wasserdruck von 3.800 bar. Das Wasser wird bis an die Schneidköpfe der Maschine durch die Hochdruckleitung gepresst. Dadurch wird im Schneidkopf ein Unterdruck erzeugt, der den feinen roten australischen Sand in einer Körnung von 80 Mesh (= angelsächsische Einheit der Maschenweite bei Sieben und Korngrößen) ansaugt. In Fokussierrohren kommt dieses Sand-Wasser-Gemisch an und entwickelt eine solche Energie, dass damit 0,01 bis 250 mm dicke Stahlbleche durchschnitten werden können. Wasser und Sand schleifen sich regelrecht durch das Material.

Die Möglichkeiten seines Maschinenparks geschreibt Raphael Schröder so: »Durch das Prinzip ›ruhendes Werkstück – fahrender Schneidkopf‹ erzielen wir eine ausgesprochen hohe und präzise Schnittqualität.« Diese Technik ist im Gegensatz zu den thermischen Trenntechniken ein Kaltschneideprozess und somit das einzig mögliche Verfahren, um die Vielzahl von Materialien präzise und gratarm zu bearbeiten. Dabei entstehen weder Verschmelzungen an der Schnittkante, noch bilden sich Mikrorisse. Mehr noch: Wenn ein dünnes Blech thermisch geschnitten wird, wird es krumm. »Wir haben dagegen keine Verbiegungen«, betont Schröder. Da fällt es kaum ins Gewicht, dass es bei diesem Schneidverfahren etwas länger dauert. Wichtig ist vor allem, dass es keine Gefügeveränderung in der Schneidzone gibt. Mit dem dünnen Schneidstrahl steht ein universelles Werkzeug zur Verfügung, mit dem beliebige Konturen geschnitten werden können.

Im Betrieb der Schröder Schneidtechnik sind zwei verschiedene Pumpentypen von Hammelmann im Einsatz, je nach der nötigen Wasserfördermenge. Sie haben die vorherigen Zweikolben-Druckübersetzerpumpen abgelöst, die das Wasser in einen Druckspeicher pressten. Von da aus wurde das Wasser durch Hochdruckrohre zu den Schneidköpfen gedrückt. Die Energieversorgung erforderte, je nach Schneidköpfen, 38 kW oder 24 kW. Wenn mit vier Schneidköpfen geschnitten wurde, wurden 74 kW gebraucht, weil noch eine zweite Pumpe benötigt wurde, um auf diese Leistung zu kommen.

Das neue Prinzip von Hammelmann sieht drei Kolben vor, die um 120° versetzt sind. Die drei Anlagen bei Schröder sind mit vier Schneidköpfen ausgestattet. Die Hammelmann-Pumpe drosselt automatisch auf 20 kW hinunter, wenn nur ein Schneidkopf in Betrieb ist. Nur das, was an Wasser abgenommen wird, fördert die Pumpe. Im Ergebnis bringt das eine ganz erhebliche Energieersparnis, wenn außerdem berücksichtigt wird, dass alle vier Schneidköpfe ›in Betrieb‹ mit 50 kW auskommen. Die positive Auswirkung dieser Maßnahmen konnte Raphael Schröder sofort an seiner nächsten Stromrechnung ablesen.

Diese Erfahrung zeigt, dass die eingesetzten Hammelmann-Hochdruckpumpen wirtschaftlich mit der eingesetzten Energie umgehen. Dazu der Hammelmann-Produktmanager Thomas Kathe: »Durch eine intelligente Konstruktion, den Einsatz hochfester Werkstoffe und einer präzisen Fertigung der Bauteile werden 93 bis 98 Prozent der Wellenleistung in hydraulische Energie umgesetzt.« Weiter ist zu hören, dass das patentierte Dichtprinzip dieser Pumpen im Höchstdruckbereich einen sicheren und zuverlässigen Dauerbetrieb bis 3.800 bar ermöglicht. Zur Schmierung dient ein minimaler Wasserfilm, der in den Pumpensaugraum zurückfließt. Diese spezielle Bauweise ermöglicht einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad über eine lange Lebensdauer. Zusätzlich stehen verschiedene Varianten von Aggregat-Komponenten zur Verfügung. Dazu gehören SPS, die nach Kundenwunsch maßgeschneidert für unterschiedliche, bereits vorhandene Schneidtischsysteme geliefert werden. Spezielle Frequenzumrichter ermöglichen die Drehzahlregelung des Antriebsmotors. So kann die jeweilig optimale Antriebsleistung der Schneidaufgabe angepasst werden.

Heute läuft die Wasserschneidtechnik rund

Natürlich waren Anpassungs- und Lernprozesse zu bewältigen, bevor bei Schröder Schneidtechnik alles rund lief. So gab es anfangs Druckschwankungen, die eintraten, wenn Teile mit vielen Löchern geschnitten wurden. Das hieß Düse auf, Düse zu, und die Impulse waren Gift für die Hochdruckrohre. Die Rohre wurden komplett ausgetauscht, und in die Pumpen sind jetzt Druckspeicher eingebaut, die das Wasser problemlos mit konstantem Druck in die Rohrdruckleitungen pumpen. Das erforderliche Wasser wird bei Schröder Schneidtechnik zusätzlich aufbereitet. Die räumliche Nähe zur Hammelmann-Fabrik in Oelde hatte für Raphael Schröder ebenfalls Vorteile. Nicht nur, dass dadurch die ersten Kontakte zu dem Pumpenhersteller geknüpft wurden, auch die ersten grundsätzlichen gemeinsamen Entwicklungen wurden so erleichtert.

An neuen Ideen hat es bei Schröder keinen Mangel. Beispielsweise denkt er daran, trotz aller Schwierigkeiten beim Entwickeln, die Durchmesser der Düsen an den Schneidern weiter zu verringern. Er hat in Versuchen bereits Bleche ›geflixt‹, wie es in seinem Branchen-Jargon heißt, und vermutet jetzt, dass dieser Ansatz bei neuen Anwendungen auf großes Interesse stoßen wird. Sollten durch diese Versuche einmal Service- oder Reparaturarbeiten nötig werden, profitiert Schröder auch dann von der geringen Entfernung zu Hammelmann in Oelde. Der ohnehin schon sehr schnelle Service verkürzt in diesem Fall noch einmal die Ersatzteilverfügbarkeit. Mit einem Logistik-Center bietet der Pumpenhersteller einen schnellen Ersatzteilservice. Alle aktiven Teile können innerhalb kürzester Zeit abgerufen werden.

Hans-Ulrich Tschätsch Fachjournalist aus Essen

Zahlen & Fakten

1949 von Paul Hammelmann in Oelde gegründet, legte die Entscheidung im Jahre 1955, Hochdruckpumpen und Reinigungssysteme zu bauen, das Fundament für das heutige Unternehmen. Mittlerweile wurden über 300 in- und ausländische Patente angemeldet. Der erste Pumpentyp war die DP 60. Mit einem Betriebsdruck von 60 bar bei 60 l/min wurde die Pumpe für Reinigungszwecke in der Papierindustrie eingesetzt. Heute erzeugen Hammelmann-Hochdruckpumpen Betriebsdrücke bis 4.000 bar und Fördermengen bis 1.680 l/min.

Erschienen in Ausgabe: 05/2016