Wasserstrahlschneiden Schneiden mit einem Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl

Autor / Redakteur: Ulf Behrens und Sonja Braun / M.A. Frauke Finus

Wasserstrahlschneiden gehört zu den wichtigsten industriellen Schneidtechnologien. Das derzeit industriell gängige Wasser-Abrasiv-Injektion(WAIS)-System stößt jedoch zunehmend an seine Leistungsgrenzen. Daher lohnt sich ein Blick auf die Wasser-Abrasiv-Suspensions(WAS)-Technologie.

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Das weltweit patentierte Schleusenverfahren der Abrasivmittelzumischeinheit Consus (Continuous Suspension) ermöglicht heute die kontinuierliche Zufuhr des Abrasivs in den Druckbehälter und somit unterbrechungsfreies Schneiden.
Das weltweit patentierte Schleusenverfahren der Abrasivmittelzumischeinheit Consus (Continuous Suspension) ermöglicht heute die kontinuierliche Zufuhr des Abrasivs in den Druckbehälter und somit unterbrechungsfreies Schneiden.
(Bild: Consus-ANT)

Seit Jahren bewährt im Rückbau von Nuklear- und Offshore-Anlagen oder bei Bombenentschärfungen, kann diese Technologie dank verschiedener Weiterentwicklungen inzwischen ihre Leistungsvorteile auch in der industriellen Fertigung zur Geltung bringen – sowohl als reine WAS-Anlage, als auch in Kombination mit dem WAIS-Verfahren.

Im Detail sieht das so aus: In Wasser-Abrasiv-Suspensions-Systemen findet die Vermischung im Gegensatz zu WAIS-Systemen bereits vor der Düse statt: Wasser und Abrasivmittel bilden in einem Hochdruckbehälter eine Suspension ohne Luft. Diese wird anschließend zur Beschleunigung in die Düse geleitet. Das Ergebnis ist ein zweiphasiges Strahlwerkzeug aus circa 97,5 Volumenprozent Wasser und 2,5 Volumenprozent Abrasiv. Da die Abrasivpartikel in WAS-Systemen direkt im Wasser gebunden sind, ist der Suspensionsstrahl deutlich stabiler, präziser und kraftvoller als der Injektionsstrahl.

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Wenn der Abrasivmittelanteil im Hochdruckbehälter verbraucht ist, wird bei mobilen WAS-Anlagen das System entlastet und auf Umgebungsdruck gebracht, um den Behälter neu mit Abrasivmittel befüllen zu können. Dieses diskontinuierliche Verfahren war für den stationären Einsatz in der industriellen Fertigung in der Vergangenheit oft ein Ausschlusskriterium für die WAS-Technologie.

Keine Unterbrechung des Schneidvorgangs

Das weltweit patentierte Schleusenverfahren der Abrasivmittelzumischeinheit Consus (Continuous Suspension) ermöglicht heute die kontinuierliche Zufuhr des Abrasivs in den Druckbehälter und somit unterbrechungsfreies Schneiden. Consus kann in vorhandene Wasserstrahlschneidanlagen integriert oder als neues WAS-Komplettsystem angeboten werden. Durch diese entscheidende Entwicklung sorgt die WAS-Technologie nun auch in der bearbeitenden Industrie und in der industriellen Fertigung für eine deutliche Effizienzsteigerung.

Beim Consus-Schleusenverfahren wird der Hochdruckbehälter mit der vorgemischten Suspension füllstandüberwacht. Ist der Füllstand auf ein vordefiniertes unteres Level abgefallen, wird über ein Ventil aus dem unter dem gleichen Hochdruck stehenden Zwischenbehälter Suspension (Wasser-Abrasivmittel) zugeführt. Ist der Zwischenbehälter entleert, werden das Ventil sowie die Hochdruck-Wasserzuleitung geschlossen und der Zwischenbehälter drucklos geschaltet.

Nun wird ein Kugelhahn geöffnet und die „Nachfüll“-Wasser-Abrasivmittel-Suspension fließt über einen Hopper ohne Luft in den Zwischenbehälter. Dieser wird nach dem Schließen des Kugelhahns wieder über die Wasser-Hochdruckleitung unter Hochdruck gesetzt, sodass bei erneutem Füllstandsabfall im Hochdruckbehälter wieder Suspension zugeführt werden kann, ohne den Schneidvorgang zu unterbrechen.

Verringerte Schall- und Partikelemissionen

Die Eigenschaften und Möglichkeiten des WAS Verfahrens mit Consus hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (Fraunhofer-IPT) genauer untersucht und mit dem WAIS Verfahren verglichen. Hierbei zeigte das WAS-System eine dreifach höhere Leistung und bessere Qualität bei signifikant geringerem Druck von nur 1.500 bar. Zudem wurden Versuchsreihen zu relevanten Fragen wie Arbeitsschutz, Kosten und Nachhaltigkeit durchgeführt. Das WAS-System überzeugt dabei durch deutlich verringerte Schall- und Partikelemissionen (Reduktion um 70 beziehungsweise 50 Prozent). Die Abrasivkorngröße blieb im Gegensatz zum WAIS nahezu vollständig erhalten, was für eine optimale Schneidleistung sorgt und die Wiederverwertung von über 80 Prozent des verwendeten Abrasivmittels erlaubt, beispielsweise in der von Consus-ANT entwickelten Abrasiv Recycling Unit ARU. Da Consus im Gegensatz zum WAIS-System nicht nur trockenes, sondern auch feuchtes Abrasivmittel verarbeiten kann, entfällt zudem die energieintensive Trocknung des Recyclats.

In der Gesamtbetrachtung zeigen sich bezüglich Leistung, Wirtschaftlichkeit und auch Nachhaltigkeit relevante Vorteile des WAS-Verfahrens mit Consus für die industrielle Fertigung.

Consus-ANT auf der Blechexpo: Halle 9, Stand 9104

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