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09.02.2018 | Werkzeugmaschine | Im Fokus | Onlineartikel

Suspensionsstrahltechnik jetzt auch im Maschinenbau

Autor:
Dieter Beste

Wissenschaftler der TU Chemnitz können mit einem Wasser-Abrasivmittel-Strahl gleichermaßen meterdicken Stahl und superharte technische Keramiken mit großer Präzision und Geschwindigkeit schneiden.

An der TU Chemnitz erforschen Wissenschaftler seit Jahren das Wasserstrahlschneiden und haben die Schneidleistung dieser Technologie nach eigenen Angaben inzwischen soweit verbessern können, dass dieses Verfahren dem Laserschneiden in vielen Anwendungen ebenbürtig ist. In dem seit 2016 verfolgten AiF-ZIM-Projekt "Erschließung der Suspensionsstrahltechnologie zur präzisen erosiven Bearbeitung schwer spanbarer Werkstoffe (EroJET)" ist es den Chemnitzer Wissenschaftlern jetzt gelungen, nahezu alle Materialien – abgesehen von Diamant – dreimal schneller als mit der bisher eingesetzten Injektorstrahltechnik zu schneiden. 

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In Anlehnung an DIN 8590 [1] ist die Einteilung der abtragenden Verfahren in Abb. 7.1 dargestellt. Wird dem Werkzeug „Wasserstrahl“ ein abrasives Mittel zugesetzt, ist dieses Bearbeitungsverfahren auch dem Spanen mit geometrisch unbestimmter …


In "Fertigungsverfahren der Mechatronik, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik" erklärt Andreas Risse die unterschiedlichen Wasserstrahl-Schneidverfahren: Beim Reinwasserschneiden werde nur die Energie des Wasserstrahls genutzt, und damit sei die Schneidleistung begrenzt – allerdings ausreichend für die meisten dünnwandigen Metalle und Kunststoffe, GFK, CFK, Papier, Wellpappe, Gummi, Leder, Lebensmittel, Gips, Glaswolle oder Schaumstoffe. Zum Schneiden von dickwandigen Metallen, von Glas, Keramik, Naturstein oder dickwandigen Kunststoffen wird, so Risse, dem Wasserstrahl ein Abrasiv zugefügt. Das bedeute jedoch, dass man mit niedrigeren Wasserdrücken als beim Reinwasserschneiden zurechtkommen müsse. Konkret: "Dem Düsensystem wird eine Mischkammer angefügt, in der durch die Injektorwirkung des Wasserstrahls und den dadurch erzeugten Unterdruck das Abrasiv angesaugt wird. Dann wird es mit dem Wasserstrahl in einer nachfolgenden Düse verdichtet." (Seite 135)  

Zumischung direkt im Druckkreislauf

Eine weitere Möglichkeit ist die Zumischung des Abrasivs direkt im Druckkreislauf auf der Hochdruckseite, führt Risse aus: "Dabei herrscht auch im Abrasivbehälter der Hochdruck. Dort muss aber ein entsprechender Volumenstrom (50 l/min) erreicht werden können. Vorteil dieser Methode ist die höhere Geschwindigkeit des Abrasivs gegenüber der Injektormethode." Den Chemnitzer Ingenieuren ist es nun gelungen, diese Verfahrensvariante, die bislang ein Nischendasein etwa bei der Erdölgewinnung, dem Rückbau von Kernkraftwerken oder der Kampfmittelbeseitigung geführt habe, für den Maschinenbau nutzbar zu machen. Mit der Chemnitzer Firma ATECH, den Spezialisten zur Strahlpositionierung, und der Lübecker ANT AG, den Suspensionssystem-Experten, haben wir zwei innovative Projektpartner gewinnen können“, berichtet Martin Dix, Abteilungsleiter der Lehr- und Forschungsgruppe Fertigungstechnik/Spanen an der Professur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik. „Wir haben unser Knowhow zusammengeführt und können nun den Partikelstrom im Wasserstrahl schalten, das heißt, bestimmen, wann wie viele Partikel in der Mischung sein sollen.“ Großes Potenzial der Suspensionsstrahltechnik sehen die Forscher in der Bearbeitung von dicken Faserverbundwerkstoffen, Hartmetallen und sehr harten technischen Keramiken.

Unternehmensgründung geplant

Mit dieser für den Maschinenbau neuen Technologie sei eine "kostengünstigere, flexiblere und schnellere Produktion möglich", sagt Projektleiter Markus Dittrich, der die EroJET-Projektergebnisse erstmals Anfang März auf der 54. Sitzung des Arbeitskreises Wasserstrahltechnologie (AWT) der Fachwelt vorstellen will. Außerdem will die TU Chemnitz das Thema auf der Hannover-Messe vom 23. bis 27. April präsentieren. Die Resonanz aus Anwenderkreisen ist mittlerweile so groß, dass Dittrich eine Unternehmensgründung vorbereitet. Das Gründernetzwerk SAXEED an der TU Chemnitz begleitet und berät ihn bei diesem Vorhaben.

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