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Schmelzschweißen

Hier wird bei örtlich begrenztem Schmelzfluss geschweißt, ohne Anwendung von Kraft mit  oder ohne gleichartigen Schweißzusatz (ISO 857-1). Im Gegensatz zum Löten wird dabei die Liquidustemperatur der Grundwerkstoffe  überschritten. Prinzipiell können alle Materialien, die in die schmelzflüssige Phase überführbar sind, durch Schweißen verbunden werden.

Schneidkopf

Um abrasiv schneiden zu können, muss die Wasserstrahlanlage über einen Schneidkopf verfügen, der neben einer Reinwasserdüse und dem strahlkomprimierenden Saphir  noch aus weiteren Komponenten besteht:

  • Hochdruck-Reinwasserdüse 
  • Saphir
  • Abrasivzufuhr (Garnet), Mischkammer
  • Abrasiv-Fokussierdüse
  • Schutzummantelung
  • Schneidwasserstrahl
  • zu schneidendes Material
Schnittqualitäten

Da es  beim Wasserstrahlschneiden zu keinerlei Gratbildung und keinen thermischen Veränderungen oder Deformationen des Materials kommt,  kann man bei diesem Trennverfahren generell von einer hohen Schnittqualität ausgehen. Dennoch können – abhängig von verschiedenen Faktoren – verschiedene (Bedarfs-) Qualitätsstufen der Schnittflächen erreicht werden. die über den jeweiligen Glattschnittanteil (= Anteil Glattschnitt hs an der Gesamthöhe s ) definiert werden können. Als Glattschnitt wird
 die eigentliche durch den Abtragmechanismus entstehende Fläche, deren Struktur völlig regellos ist, bezeichnet. Die Schnittqualität kann dann z.B. über den jeweiligen Glattschnittanteil (= Anteil Glattschnitt hs an der Gesamthöhe s ) in Trennschnitt, Standardschnitt und Feinschnitt klassifiziert werden.

Als Orientierungshilfe kann die Regel formuliert werden, dass ein einfacher Trennschnitt bei höchstmöglicher Schnittgeschwindigkeit erreicht wird, während der Qualitätsschnitt bei ca. halber höchstmöglicher Schnittgeschwindigkeit entsteht.

Standardschnitt

Glattschnittanteil = 50 %

Vorgabekriterium: höhere Ecken- und Kantenqualität


Schnittqualität und Schneidegeschwindigkeit werden unter wirtschaftlichen Aspekten abgewogen

Steuerung, Wasserstrahlschneidanlage

Wasserstrahlschneidanlagen werden durchgängig mit CNC-Steuerungen ausgerüstet. Neben einfachsten Ausführungen, die nur eine Plottersteuerung zulassen, verfügen höherwertige Maschinen über Steuerungen, die sowohl alle Achsen interpolieren können als auch eine adaptive Vorschubgeschwindigkeitsreduktion abhängig vom Schneidprozess durchführen können. Hier existiert neben einer CAD-Schnittstelle auch oft eine CAM-Anbindung. Seit einigen Jahren sind auch PC-Steuerungen am Markt, die den Vorteil der leichten Einarbeitung für CNC-unkundige Bediener bieten.

Steuerungsarten

Die Steuerung einer CNC-Werkzeugmaschine erfolgt über einen direkt in die Steuerung integrierten Computer, der mit Positions-, Dreh(winkel)- und Zustands-Sensoren den IST-Zustand erfasst und nach Berechnung der Interpolation zum SOLL-Zustand aus dem CNC-Programm die Steuerung der Motoren und andere gesteuerte Maschinenelemente entsprechend regelt. Die Interpolation erfolgt dabei im Bereich von Millisekunden, so dass eine hohe Präzision auch bei hoher Geschwindigkeit selbst bei komplizierten Formen gewährleistet ist.

Die CNC-Technik erlaubt eine automatisierte Bearbeitung mit mehreren gleichzeitig gesteuerten Achsen. Man klassifiziert CNC-Steuerungen nach der Anzahl der gleichzeitig interpolierbaren Achsen, wobei noch zwischen Punkt-, Strecken- und Bahnsteuerung unterschieden wird.

Strahlvernichter

Die Restenergie des Wasserstrahls, die nach der geleisteten Schneidarbeit verblieben ist, kann auf verschiedene Weise abgebaut werden. Die am häufigsten anzutreffende Variante ist ein Wasserbecken, das als "Strahlfänger" fungiert. Das Wasserbecken sollte über eine ausreichende Wassersäule von über 600mm verfügen, damit die Restenergie des Wasserstrahls in Wärme umgewandelt werden kann. Das Wasserbecken sollte unbedingt ohne mechanische Verbindung zur Führungsmaschine aufgebaut sein, da sich selbst größere Wasserbecken nach einigen Stunden Schneidzeit im zweistelligen Grad-Bereich erwärmen können. Wenn nun Führungsmaschine und Wasserbecken eine Einheit sind, führt eine solche Erwärmung zu erheblichen Veränderungen in der Maschinengeometrie. Die Folge sind Geradheitsfehler, Materialausdehnung und somit Ungenauigkeiten bei der Teileherstellung. Toleranzen im Bereich mehrerer Zehntelmillimeter sind nicht unüblich. Die Erwärmung hat allerdings Einfluss auf das Verhalten des Werkstückes und muss gegebenenfalls bei höheren Genauigkeitsanforderungen zeitnah mit eingerechnet werden (Online-CNC-Korrektur).
Neben der Verwendung feststehender Wasserbecken gibt es auch noch eine weitere Variante, nämlich den sogenannten "Catcher". Ein Catcher bezeichnet beim Wasserstrahlschneiden ein fahrbares schmales Wasserfangbecken, das sich synchron zur Bewegung der Schneidachse bewegt. Diese Catcher sind oftmals mit Keramikkugeln gefüllt, die die Restenergie umwandeln sollen. Größter Nachteil dieser Catcher sind extreme Luftschallemission von der nicht wasserbedeckten Oberseite, sowie hoher Spritzwasseranteil. Infolge wesentlich geringerer Wassermengen im Umlauf ist die Erwärmung im Catcherbetrieb weitaus schneller, jedoch vom Werkstück entkoppelt.

Streckensteuerung

Die Streckensteuerung ist im Wesentlichen eine Punktsteuerung, bei der zusätzlich die Bewegungsgeschwindigkeit genau steuerbar ist. Mit der Streckensteuerung wird bei jeweils einer Achse die Geschwindigkeit und Position gesteuert. So ist es möglich eine achsparallele Bewegung mit Arbeitsvorschub zu verfahren und damit beispielsweise eine gerade Nut zu fräsen. Diese Art der Steuerung ist nur noch bei kleinen und spezialisierten Maschinen anzutreffen, also Maschinen für den Ausbildungsbetrieb, den Vorrichtungsbau und Nutenfräsmaschinen, da sie unflexibel ist und nur ein kleiner preislicher Unterschied zu einer Bahnsteuerung besteht. Bei alten Ausführungen mit Drehgebern können Steigungsfehler der Gewindespindel oder Geometriefehler der Führung während des Bewegungsablaufs nicht korrigiert werden.