Thema Masterprojekt

Konzeptentwicklung und Aufbau eines Prototypen für eine Abrasivwasserstrahl-Feinschneidanlage

Hintergrund / Ziele

Konventionelle Abrasivwasserstrahl-Schneidanlagen verfügen meist über ein dreiachsiges Führungssystem und erzeugen eine minimale Schnittfugenbreite von 1,0 bis 0,8 mm. Diese Einschränkung führt zu Problemen bei kleinen Bauteilen und filigranen Schnitten, wodurch dem Wasserstrahlschneiden oft andere Trennverfahren vorgezogen werden. Ein weiterer Nachteil ist die Ablenkung des Schneidstrahls entgegen seiner Vorschubrichtung (Jetlag). Dieser Geometriefehler kann durch Schneidkopfneigung (Winkelkorrektur) reduziert werden, indem die Riefen eine andere Orientierung erhalten. Ziel ist es deshalb, eine min. fünfachsige Versuchsanlage zu konzipieren und aufzubauen, mit der auch räumliche Teile, fein und ohne Jetlag geschnitten werden können.

Wie WAIS funktioniert

Das Hochdruckwasser wird in der Wasserdüse beschleunigt und zu einem Strahl geformt. Durch die hohe Geschwindigkeit des Wasserstrahls wird in der Mischkammer Abrasivmittel angesaugt (Venturi-Effekt) und mit dem Wasserstrahl vereint. Das entstehende Gemisch wird in der Fokussierdüse gebündelt und tritt mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit aus. Der Abrasivwasserstrahl trägt durch seine zerspanende Wirkung Material ab.

Vorteile

  • Kein Staub, Rauch, keine Späne oder giftige Dämpfe
  • Natürlich recyclebare Einsatzstoffe (Wasser und Abrasivsand)
  • Kalter Schnitt (keine thermische Beeinflussung)
  • Geringe Schneidkräfte (geringe mechanische Belastung)
  • Nahezu alle Werkstoffe bis ca. 100 mm schneidbar (von Schaumstoff bis Titan)
  • Multifunktionales Werkzeug (Schneiden, Bohren, Drehen ohne Umrüstung)
  • Omnidirektional einsetzbar (Strahl ist zu jeder Seite scharf)

Anlagenkonzept und -komponenten

  1. (1) 2D-Portal mit konventionellem Schneidkopf
  2. (2) Wasserbecken mit Schneidauflagen
  3. (3) Hochdruckpumpe mit Schaltpult
  4. (4) Abrasivfördersystem
  5. (5) Abrasivdosiersysteme
  6. (6) Führungsmast für Hochdruckleitungen und Schläuche
  7. (7) Abrasivschlauch
  8. (8) Hochdruck-Rohrleitung
  9. (9) Druckluftschlauch
  10. (10) Vertikal-Knickarmroboter RV-6SDL
  11. (11) Robotersockel
  12. (12) Werkzeugträger mit Fein-Schneidkopf
  13. (13) Steuergerät CR2D-711
  14. (14) Teaching Box R56TB
  15. (15) Personalcomputer mit Programmiersoftware RT ToolBox2 und 3D-CAD-Software SolidWorks
  16. (16) Zusatzwerkzeug MELFA-Works zur 3D-Offline-Programmierung in SolidWorks

Ergebnis / Zusammenfassung

  • Kompaktes Schneidzentrum zur Bearbeitung von 2D- und 3D-Aufträgen (2D/3D-Kombischneidsystem)
  • Nur eine Hochdruckpumpe für 2D- und 3D-Schneidsystem
  • Geringer Platzbedarf durch gemeinsam genutztes Wasserbecken
  • Kostengünstig durch Modulbauweise (Vertikal-Knickarmroboter in Kombination mit der 2D-Portalanlage)
  • Wirtschaftliches Schneidsystem für individuelle Schneidaufgaben (hohe Flexibilität)
  • Schnittfugenbreite bis 0,5 mm
  • Genauigkeiten im Hundertstel-Millimeter-Bereich
  • Reduzierung von Jetlag und Kegel-Effekt durch Winkelkorrektur (Schneidkopfneigung)
  • Automatische Bahngenerierung und Echtzeitsimulation
  • Geschlossene CAD/CAM-Prozesskette

Bearbeitet von: Michael Amrhein