Wasserstrahlschneidanlage

Präzise und wirtschaftlich schneiden

Ein neu entwickelter Linearantrieb anstelle von Kugelumlaufspindeln leitet eine neue Bewegungsführung in der Wasserstrahlschneidtechnik ein. Die modulare Anlage ist für Werkstücke bis 4x18 Metern konzipiert und verbindet wirtschaftliches Schneiden mit hoher Dynamik, Geschwindigkeit und Präzision.

Die neu entwickelte Wasserstrahlschneidanlage NC 40180 T von Water Jet Sweden mit wassergekühltem Linearantrieb für Werkstücke von 4 x 18 Metern.

Die Wasserstrahlschneidetechnik ist im Vergleich zu herkömmlichen Trenntechniken ein Kaltschneideprozess, der bei der Bearbeitung temperaturempfindlicher Materialien optimale Ergebnisse liefert und den thermischen Verzug des Materials ausschließt. Sie ist das einzige Verfahren, mit dem man eine Vielzahl von Materialien nicht nur sehr präzise und ohne Schmelzreste, sondern auch gratfrei bearbeiten kann. Angefangen von Aluminium und Edelstahl über Kunststoff und Keramik, bis hin zur Sandwichbauweise unterschiedlicher Komponenten. Das Unternehmen Water Jet Sweden mit Sitz in Ronneby/Schweden ist weltweit einer der führenden Hersteller für innovative Technologie auf dem Gebiet des Wasserstahlschneidens. Die Entwicklungen reichen von Schneiddüsen mit minimalem Abrasivverbrauch über die Querportaltechnik und Hochdruckaggregate neuester Bauart bis hin zu 5-Achs-Maschinen zum 3D-Schneiden.

Das Besondere der neuen Wasserstrahlschneidanlage NC 40180 T für Werkstücke bis hin zu 4 x 18 Metern sind aber nicht ihre Abmaße, sondern der modulare Aufbau in Verbindung mit einem neuen, hochpräzisen Linearantrieb. Modular bedeutet in diesem Fall, dass man die „Zentraleinheit“ von neun Metern Länge um weitere Module mit ebenfalls neun Metern problemlos verlängern kann. Vergleicht man einen Linearmotor mit den üblichen Systemen aus Drehmotor und kugelgetriebener Spindel, so bietet dieser dem Betreiber nicht nur höhere Präzision, sondern auch minimalen Verschleiß und Wartungsfreiheit. Allein aufgrund der Konstruktion eines Linearantriebes werden die Bewegungen deutlicher präziser ausgeführt, da Fehler aus Getriebe, Gestänge, Transmissionsantrieb und kugelgetriebenen Spindeln nicht mehr beitragen. Daraus resultiert eine deutlich höhere Konturgenauigkeit im Vergleich zum Spindelantrieb, nicht nur was die Bearbeitung von langen Werkstücken angeht, auch die Fehler über lange Arbeitszeiträume sind geringer. Die in dieser neuen Wasserstrahlschneidanlage eingesetzte Lineartechnik ist eine Weiterentwicklung des bewährten Linearmotors 1FN von Siemens mit speziellen Magnetmaterialien. Der Linearantrieb bietet außergewöhnliche Werte hinsichtlich Dynamik, Geschwindigkeit und Bewegungsführung. Die erreichte Präzision von ± 0,075 mm bezüglich der Positioniergenauigkeit und ± 0,05 mm auf den gesamten Arbeitsbereich bezogen auf die Wiederholgenauigkeit ist eng mit der Konstruktion des neuen Antriebs verknüpft. Zwar hatte schon eine frühere Modellreihe einen Linearantrieb und konnte mit Präzisionsschnitten aufwarten, war aber mit einer Länge von sechs Metern deutlich kürzer. Mit der neuen Technologie werden die genannten Toleranzen auch auf einer Länge von 18 Metern nicht überschritten. Die Schneidbereiche in der X- und Y- Achse erreichen 4.010 mm, beziehungsweise 18.050 mm, wobei der Hub im Z- Bereich bis 300 mm geht.

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Die neue Wasserstrahlschneidmaschine wird bei der Dillinger Hütte AG im Saarland eingesetzt. Hier werden Roheisen, Stähle und veredelte Grobbleche produziert. Hinzu kommen höherlegierte Stähle für Werkzugmaschinen, Duplex- Stähle für Sicherheitsanwendungen sowie hochfeste, wasservergütete Baustähle. Pro Tag werden mit 20 autogenen Trennlagen circa 2.000 bis 2.500 Tonnen Stahl gebrannt. Diese Trennanlagen arbeiten im Vergleich zu einer Wasserstrahlschneidanlage zwar schneller, schneiden aber nicht so exakt und haben auch noch weitere Nachteile. So werden beispielsweise höher legierte Stähle für autogene Brennschneidanlagen nicht nur vorgewärmt, damit bei der Bearbeitung keine Risse entstehen, sie müssen auch danach erneut in die Öfen, was wiederum Zeit und Energie kostet. Weitere negative Punkte sind der entstehende Randschrott, der je nach Dicke des Stahls bis zu 500 mm betragen kann und dass das nochmalige Erwärmen bei wasservergüteten Stählen die physikalischen Eigenschaften des Materials verändert. Außerdem müssen die Schnittkanten nachbearbeitet werden.

All diese Fakten, verbunden mit der Forderung des Marktes nach höher legierten Werkstoffen, waren die Gründe aufgrund dessen das Unternehmen Dillinger Hütte AG im Saarland diese Maschine bei Water Jet Sweden in Auftrag gegeben hatte. Damit die hoch legierten Stähle mit Abmessungen von 4 x 18 Metern und Dicken von 30 bis 300 mm überhaupt aufgenommen werden können, musste die neue Wasserstrahlschneidanlage für 3 t/m² ausgelegt. Die Auflage ist daher nicht, wie allgemein üblich, als Gitterrost ausgeführt, sondern besteht aus austauschbaren Edelstahlzylindern, die ihrerseits auf einem stabilen Rost fixiert sind. Dies hat den Vorteil, dass die Schneideauflage nur unwesentlichem Verschleiß unterliegt und Kontaktkorrosion ausgeschlossen wird.

Der Einsatz eines solchen hochpräzisen Linearantriebes anstelle von Kugelumlaufspindeln ist aber nur dann sinnvoll, wenn bestimmte Vorraussetzungen erfüllt sind. So ist es beispielsweise elementar, dass eine solche Anlage mit mehreren Schneidköpfen ausgerüstet werden kann und im Parallelbetrieb identische Konturen schneidet; nur so ist eine schnelle und auch wirtschaftliche Produktion möglich. Auch die neue Anlage in der Dillinger Hütte ist mit drei Schneidköpfen ausgestattet und ermöglicht das parallele Schneiden von zwei Blechen mit einer Breite von jeweils 2.050 mm. Neben den reinen Leistungsdaten, stellt sich natürlich die Frage, ab wann sich eine solche Technik rechnet. Betrachtet man sich die Investition pro Meter, so macht eine solch High End Version bei Arbeitstischen unter circa sechs Metern Länge noch keinen Sinn, wohl aber für jeden Meter, der darüber hinausgeht. Bei größeren Arbeitsbereichen, die heute mehr und mehr von den Betreibern gefordert werden, wird diese Technologie schon allein aus wirtschaftlichen Gründen immer mehr an Bedeutung gewinnen. Dr. Peter Stipp/stipp@hoppenstedt.de

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