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KMT Waterjet Leicht zu wartende Hochdruckpumpe für das Wasserstrahlschneiden

Autor / Redakteur: Ralf Brörmann / Stefanie Michel

Das Wasserstrahlschneiden hat sich als Trennverfahren etabliert, auch wegen der zuverlässigen Technik für Hochdruckpumpen. Die Pumpen haben mittlerweile einen Druckbereich bis 6200 bar. Eine neue Generation von Hochdruckpumpen ist durch eine intelligente Druckübersetzerkonstruktion schnell und einfach zu warten.

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Bild 1: Mit einer Hochleistungspumpe bis 6200 bar wird die kinetische Energie, die auf das Werkstück wirkt und das Wasserstrahlschneiden erst möglich macht, signifikant gesteigert.
Bild 1: Mit einer Hochleistungspumpe bis 6200 bar wird die kinetische Energie, die auf das Werkstück wirkt und das Wasserstrahlschneiden erst möglich macht, signifikant gesteigert.
(Bild: KMT)

Die Technik des Wasserstrahlschneidens – sei es Purwasser- oder Abrasivschneiden – wird seit vielen Jahren in unterschiedlichen Industriezweigen angewendet, sodass deren Vorteile bis heute weithin bekannt sind. Dieses Kaltschneidverfahren hat sich zunehmend als lohnende Ergänzung beziehungsweise als Alternative zu herkömmlichen thermischen Methoden wie dem Plasma- oder Laserschneiden erwiesen.Die Gründe dafür sind vielfältig, angefangen bei der hohen Flexibilität, was die bearbeitbaren Werkstoffe und deren Materialstärken betrifft, über die Tatsache, dass es weder zu Materialverzug noch zur Randzonenaufhärtung kommt, bis hin zur hohen Schnittkantenqualität, die eine Nachbearbeitung in den allermeisten Fällen unnötig macht.

Dabei galt ein Wasserdruck von circa 4000 bar lange Zeit als Standard. Doch natürlich macht der technische Fortschritt auch vor der Wasserstrahl-Schneidtechnik nicht halt, sodass sich der Druckbereich in jüngerer Vergangenheit nach oben erweitert hat. Die KMT Waterjet Systems, Anbieter der Hochdruck- und Schneidkopfausrüstung für Wasserstrahl-Schneidanlagen mit Europazentrale in Bad Nauheim, hat durch die kontinuierliche Weiterentwicklung ihrer Pumpentechnik einen Schneiddruck von bis zu 6200 bar möglich gemacht.

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Diese Entwicklung, die immerhin den konventionellen Druckbereich beim Wasserstrahlschneiden um ungefähr 50 % erhöhen konnte, war ein logischer Schritt auf dem Weg zu einer effektiveren Nutzung der vorhandenen Ressourcen.

Wasser aus der Schneiddüse hat eine Geschwindigkeit bis zu Mach 2,5

So kann eine Anlage mit einem Druckbereich von 6200 bar (Bild 1) bei gleicher Leistung einen höheren Druck aufbauen. Dieser beschleunigt das Wasser aus der Schneiddüse auf eine Geschwindigkeit bis zu Mach 2,5. Auf diese Weise wird die kinetische Energie, die auf das Werkstück wirkt und dann das Schneiden erst möglich macht, signifikant gesteigert.

Gleichzeitig kann bei höherem Druck der zugeführte Abrasivstrom erhöht und die Energiedichte des Schneidstrahls erheblich gesteigert werden. So führt die deutliche Anhebung sowohl des Pumpendrucks als auch der Abrasivmenge dazu, dass in einigen Fällen 50 % und mehr an Schneidleistung hinzugewonnen werden kann. In Kombination mit den bereits erwähnten Vorteilen gewinnt das Wasserstrahlschneiden dadurch zusätzlich an Attraktivität. Zudem können gleichzeitig Kosten eingespart werden, weil der Abrasiv- und Energieverbrauch je produziertes Werkstück sinkt.

Eine Wasserstrahl-Schneidanlage, die in diesen extrem hohen Druckbereichen arbeitet, braucht natürlich speziell auf diese Anwendung ausgerichtete Komponenten, um einen reibungslosen Betrieb und möglichst lange Standzeiten zu gewährleisten. Das Herzstück einer solchen Anlage ist dabei die Ultra-Hochdruckpumpe. Viele Systemanbieter und Anlagenbetreiber vertrauen bei der Wahl einer solchen Pumpe auf die Streamline-Pro-Serie von KMT Waterjet Systems (Bild 2).

Zweiter Druckübersetzer erlaubt Wartung bei laufender Produktion

Die Hochdruckpumpe ist in zwei Leistungsklassen erhältlich: 45 kW und 93 kW. Bei einem Druck von 6200 bar liefern diese beiden Versionen Volumenströme von 2,7 l/min beziehungsweise 5,8 l/min. Damit kann der Anwender sowohl im Einkopf- als auch im Mehrkopfbetrieb produzieren. Die Pro 60 mit 45 kW verfügt über einen Druckübersetzer und einen Druckspeicher von 1,6 l. Zusätzlich kann die Pumpe mit einem zweiten Druckübersetzer ausgerüstet werden. Dieser kommt zum Einsatz, wenn der andere zu Wartungszwecken abgekoppelt werden muss, der Produktionsbetrieb für die laufende Schicht jedoch aufrechterhalten werden soll. Bei der Pro 125 mit 93 kW wird der Schneiddruck von 6200 bar von zwei Druckübersetzern erzeugt, die phasenverschoben das Schneidwasser über den ebenfalls 1,6 l fassenden Druckspeicher zur Schneidstation fördern.

Nach der erfolgreichen Einführung der Pro-Technologie hat KMT mittlerweile bereits die zweite Pumpengeneration auf den Markt gebracht – das Modell Streamline Pro-2. Dieses zeichnet sich gegenüber seinem Vorgänger und auch gegenüber anderen vergleichbaren Hochdruckpumpen durch einen schnellen und einfachen Wartungsprozess aus (Bild 3). Der wartungsintensivste Teil der Pumpe – der Hochdruckübersetzer – wurde überarbeitet und effektiver gemacht. Ergebnis ist der Rapid-Change-Druckübersetzer, der den Austausch und die Wartung von Dichtungen und Dichtkopf durch den Einsatz von nur wenigen Einzelkomponenten wesentlich vereinfacht.

Hohe Effektivität dank geringem Wartungsaufwand

Um an die wartungsintensiveren Komponenten zu gelangen, mussten die Maschinenbetreiber am „alten“ Druckübersetzer noch eine aufwendige Bolzenkonstruktion unter Zuhilfenahme einer Hydraulikspannvorrichtung entfernen. Dazu war ein vergleichsweise hohes Drehmoment nötig. Im Gegensatz dazu ist beim Modell Streamline Pro-2 nur die Demontage eine Kopfmutter notwendig, die ihre Vorspannung durch lediglich acht Abdrückschrauben erfährt. Das zur Montage und Demontage nötige Drehmoment beträgt maximal 95 Nm pro Schraube – das entspricht in etwa dem Anzugsmoment einer Schraube der Größe M10 (Güteklasse 12.9).

Durch den Einsatz des bewährten Hard-Seal-End-Cap-Designs bei der Zylinderkopfmutter wird zudem ein konventionelles Dichtungspaket durch eine rein metallische Abdichtung ersetzt. Diese Einsparung vermindert Verschleiß- und Betriebskosten und verlängert die Laufzeit. Ähnliches gilt auch für die weiteren Dichtungen im Druckübersetzer: So vereint eine einzelne Patrone sechs Dichtungen für die Abdichtung des Hydrauliksystems. Das ermöglicht einen Dichtungswechsel, ohne dass eine Demontage des Hydraulikteils der Hochdruckeinheit nötig ist. Auch das Herzstück des Druckübersetzers – der Dichtkopf – kann schnell ein- und ausgebaut werden. Dabei beinhaltet das Bauteil sowohl die Niederdruck- als auch die Hochdruck-Rückschlagventile, so dass diese Kernkomponenten des gesamten Systems innerhalb von nur 5 bis 10 min. gewechselt werden können.

Des Weiteren trägt die patentierte Schnellwechselkupplung des Plunger-Kolbens dazu bei, das Systems einfach zu warten (Bild 4). Der Ausbau der keramischen Kolbenstange erfolgt mithilfe eines eigens entwickelten Werkzeugs: Die Stange ist über einziehbare Stifte im Hydraulikkolben verankert. Durch eine einfache Drehung des eingeführten Werkzeugs werden diese Stifte zurückgeschoben und die Kolbenstange kann entfernt werden. Auch bei diesem Vorgang ist die Demontage der Hydraulikeinheit nicht vonnöten. Die Kombination all dieser Maßnahmen führt dazu, dass ein geschulter Maschinenbediener einen kompletten Dichtungswechsel in lediglich 20 min. ausführen kann.

Erfolgreiche Produktentwicklung ermöglicht Kostenvorteile

Der Hersteller KMT nimmt auch am bestehenden Produkt laufend Weiterentwicklungen vor: Weil sich die Hochdruckpumpe Streamline Pro-2 global zum Erfolgsprodukt entwickelt hat, kann KMT für viele Komponenten, wie zum Beispiel für Dichtungspakete oder den Hochdruckzylinder, hohe Stückzahlen in der Produktion realisieren. Das wiederum führt zu Kostenvorteilen, die das Unternehmen an seine Kunden weitergibt. So ergeben die Preissenkungen bei Verschleißteilen eine Reduzierung der Betriebskosten von rund 20 %.

Somit wird der Betrieb einer Wasserstrahl-Schneidanlage mit einem Arbeitsdruck bis 6200 bar nutzerfreundlicher und zudem erschwinglicher. Gerade wenn es um das Schneiden von besonders dicken oder harten Materialien geht, eine besonders saubere Schnittkante wichtig ist oder einfach nur Reservekapazität für das platzsparende Auffangen von Auftragsspitzen bereitgestellt werden soll, fällt die Entscheidung heute oft zugunsten einer 6200-bar-Anlage.

* Ralf Brörmann ist verantwortlich für die Pressearbeit bei der KMT GmbH in 61231 Bad Nauheim

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