Herz der Wasserstrahlanlage

Beim Schneiden mit Wasserstrahlanlagen kommen Hochdruckpumpen zum Einsatz und ermöglichen ein noch effizienteres und hochpräzises Schneiden.

Die Hochdruckpumpe gilt als das Herzstück jeder Wasserstrahl-Schneideanlage. In ihr wird ein möglichst pulsationsfreier Hochdruck-Wasserstrahl erzeugt. Für Schneidzwecke werden häufig so genannte Intensifier-Pumpen eingesetzt, die den Vordruck aus einer Flügelzellen-Pumpe mit einem Druckübersetzer verstärken. Diese Einheiten erzeugen ölhydraulisch einen Vordruck von bis etwa 200 bar. Der Druck ist bei besseren Pumpen über ein Proportionalventil beliebig abregelbar. Das komprimierte Öl wird in den Hydraulikzylinder des Hochdruckübersetzers gepumpt. Hier wirkt es auf eine Kolbenstange mit einem Übersetzungsverhältnis von etwa 20:1 (bei 4.000 bar, Verhältnis Hydraulikfläche zur Wasserfläche).

Somit lassen sich Drücke bis in den Bereich von etwa 6.000 bar (30:1) erzeugen. Das Hochdruckwasser, das den Hochdruckzylinder verlässt, gelangt in einen so genannten Pulsationsdämpfer. Dabei handelt es sich um einen Wasserdruck-Speicher, einen „Pufferzylinder“ (meist mit einem oder zwei Liter Volumen), der die Druckschwankungen bei Umkehrung des Hydraulikkolbens dämpfen soll.

Die aktuell schnellsten und präzisesten Schnitte indes lassen sich mit direkt angetriebenen Kolbenpumpen (mit bis zu sechs Kolben) erreichen. Angetrieben durch einen Elektromotor für regelbare Ausgangsdrücke bieten diese Pumpen eine höhere Schneidleistung pro Kilowatt als Pumpen mit Druckübersetzer-Technologie, kommen aber mit geringeren Drücken aus. Die Abtragsleistung des Wasserstrahls nämlich wird gleichwertig von Druck und Volumenstrom bestimmt. Mit doppeltem Volumenstrom bei geringerem Druck (bis zu 4.000 bar) lassen sich eine höhere Leistung am Ausgang des Fokussierrohres und ein besser zu kontrollierender Wasserstrahl erreichen, während eine Druckerhöhung höhere Vibrationen, einen deutlich höheren Verschleiß der Hochdruck-Komponenten und damit höhere Betriebskosten sowie eine Reduzierung der Systemverfügbarkeit nach sich zieht.

Bei einem industrietauglichen Arbeitsdruck von 4.000 bar wird Wasser um circa zwölf Prozent komprimiert. Diese Kompression innerhalb des Druckspeichers dient bei einer Druckübersetzer-Pumpe dazu, den Ausgangsdruck am Schneidkopf während der Ventilumschaltung – welche die Umkehrung des Hydraulikkolbens bewirkt – annährend konstant zu halten. Je größer der Druckspeicher, desto besser die Schneidleistung und -qualität. Hochdruck-Pumpen können über mehrere Hochdruckübersetzer und Druckspeicher verfügen. Die Leistung heutiger Anlagen liegt zwischen etwa 11 und 149 kW. Die Fördermenge kann bis zu 15,2 Liter pro Minute betragen.