Wasserstrahlschneiden: Hochdruckpumpen im Vergleich

Zwei im Aufbau grundverschieden Hochdruckpumpen für das Wasserstrahlschneiden: Das wirft die Frage auf, welche Hochdruckpumope für welchen Anwender die bessere respektive die geeigneter ist. Kurz zusammengefasst, beantwortet KMT diese Frage mit einem einfachen Statement: Die Streamline PRO-III Serie mit ihrem Druckübersetzer, der einen Wasserdruck bis 6.200 bar erzeugt, ist für anspruchsvollste Anwendungen geeignet, das günstigere Pumpenmodell Triline TL-I mit seinem kostengünstigeren Direktantrieb wird von KMT als Einstiegsmodell oder Modell für einfache Schneidaufgaben beschrieben. So einfach ist es aber nicht. Ein Blick in die Details lohnt sich

Ein Vorteil der Druckübersetzerpumpen ist der maximale Druckbereich von bis zu 6.200 bar. In derartige Druckbereiche kann sich eine Direktantrieb-Pumpe nicht aufschwingen und von daher ist der Druckübersetzer die erste Wahl für Anwender, die besonders dicke oder harte Materialien schneiden wie beispielsweise Titan oder dicke Betonplatten. Auch wenn die Wasserstrahlschneidemaschine hohen Belastungen, etwa im Mehrschichtbetrieb, ausgesetzt ist, bietet sich ein Modell mit Druckübersetzer an. Dessen Technik ist robuster und die Komponenten sind langlebiger.

Sollen Hochdruckpumpen zu einem Netzwerk zusammengeschlossen werden, ist die Direktantrieb-Pumpe ohnedies außen vor, da deren Technik eine Zusammenschaltung nicht ermöglicht. Und schließlich empfiehlt sich der Einsatz der Druckübersetzertechnik in Fällen, in denen der Schneidprozess hohe Schaltzyklen beinhaltet. Das ist meist bei Purwassersanwendungen der Fall, wenn Einzelteile mit hoher Schnittgeschwindigkeit produziert werden wie beim Schneiden von Gummidichtungen oder Anwendungen im Lebensmittelbereich. Hierbei profitieren Anwender einer Druckübersetzerpumpe davon, dass der Wassersdruck auch bei geschlossenem Ventil gehalten wird und somit bei geöffnetem Ventil direkt wieder freigesetzt wird.

Das Pumpenmodell Streamline Pro-III ist entsprechend im oberen Leistungsspektrum anzusiedeln. Die Pumpe ermöglicht das Schneiden mit bis zu 6.200 bar, und insbesondere das Model mit 125 PS (93 kW) stellt derzeit die branchenweit stärkste Kombination von Motorleistung und Wasserdruck dar.

Die Streamline Pro-III erlaubt den Betrieb mit zwei parallel arbeitenden Schneidköpfen mit einem Düsendurchmesser von bis zu 0,28 mm. Das verdoppelt die Produktivität. In konkreten Zahlen ausgedrückt: Eine Wasserstrahlschneidanlage, die mit einer Streamline Pro-III 125 Pumpe läuft, trennt eine Edelstahlplatte in einer Dicke von 30 mm bei mittlerer Schnittqualität mit einer Geschwindigkeit von 110 mm/min – und das simultan mit zwei Werkstücken. Mit einer Pumpe im niedrigeren Druckbereich sind solche Werte trotz größerer einsetzbarer Düse nicht zu erreichen. Als Vergleich: Eine Pumpe mit 100 PS (74 kW) ermöglicht bei 3.800 bar im Zweikopfbetrieb eine maximale Düsengröße von 0,35 mm. Mit optimalem Abrasiveinsatz beträgt die Schnittgeschwindigkeit bei gleichem Material und gleicher Schnittqualität maximal 71,5 mm/min. Damit erreicht sie nur eine um 50 Prozent geringere Geschwindigkeit als die Maschine mit 6.000 bar. Zur Zeitersparnis komme ein geringerer Abrasivverbrauch, rechnet KMT vor: Bezogen auf das angeführte Beispiel ergibt sich auf einen Meter Schnittdistanz ein Abrasivverbrauch von 14,5 kg bei der Pro-III-Anwendung und 30,8 kg bei der Anwendung mit 3.800 bar –eine signifikante Einsparung von 53 Prozent.

Und die Leistung der Druckübersetzerpumpe geht nicht zu Lasten der Zuverlässigkeit oder der Lebensdauer: Durch eine optimierte und patentierte Technologie in der Hochdruckdichtung des Druckübersetzers sieht sich KMT in der Lage, auf diese hoch beanspruchte Komponente bei der Neuanschaffung einer Hochdruckpumpe eine Gewährleistung von 500 Stunden zu geben.

Am anderen Ende des Leistungsspektrums befindet sich mit dem Pumpentyp Triline TL-I 30 ein günstiges Einsteigermodell für das Wasserstrahlschneiden. Bei dieser Diese Hochdruckpumpe treibt ein Elektromotor über ein Riemenscheibensystem direkt drei kurbelwellengetriebene Kolben an, die den Hochdruck-Wasserstrom generieren. Die Kolben arbeiten um 120° phasenverschoben, so dass das Drucksignal sehr konstant ist. Zudem sorgt die direkte Kraftübertragung für einen Wirkungsgrad von bis zu 85%. Im Vergleich zu einer Druckübersetzerpumpe benötigt dieses Antriebskonzept also keinen zusätzlichen Hydraulikkreis und zeichnet sich durch einen leisen Betrieb und eine geringere Grundfläche der Maschine aus.

Der Vergleich: Druckübersetzer versurs Direktantrieb

Nun stellt sich natürlich die Frage, worin sich die beiden Antriebskonzepte unterscheiden – oder noch viel mehr welches Konzept sich am besten für welche Anwendung eignet, denn eins ist klar: Beide Pumpentypen haben ihre Daseinsberechtigung.

Ein unwiderlegbarer Vorteil der Druckübersetzerpumpen ist dabei der maximale Druckbereich von bis zu 6.200 bar. In derartige Höhen kann sich eine Direktantrieb-Pumpe nicht aufschwingen und von daher muss der Druckübersetzer die erste Wahl für alle Anwender sein, die besonders Dicke oder harte Materialien schneiden wollen wie z.B. Titan oder dicke Betonplatten. Auch wenn die Wasserstrahlschneidemaschine hohen Belastungen ausgesetzt ist – z.B. im anspruchsvollen Mehrschichtbetrieb – bietet sich eher ein Modell mit Druckübersetzer an, da diese Technologie robuster ist und die Komponenten langlebiger. Und sobald die Hochdruckpumpen dann noch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen werden sollen, ist die Direktantrieb-Pumpe komplett außen vor, da diese Technologie eine derartige Zusammenschaltung nicht ermöglicht. Zuletzt sei noch erwähnt, dass der Einsatz der Druckübersetzertechnologie sich auch noch in solchen Fällen empfiehlt, in denen der Schneidprozess hohe Schaltzyklen beinhaltet. Das ist zumeist bei Purwassersanwendungen der Fall, wenn viele Einzelteile mit hoher Schnittgeschwindigkeit produziert werden sollen wie z.B. beim Schneiden von Gummidichtungen oder Anwendungen im Lebensmittelbereich. Hierbei profitieren Anwender einer Druckübersetzerpumpe davon, dass der Wassersdruck auch bei geschlossenem Ventil gehalten wird und somit bei geöffnetem Ventil direkt wieder freigesetzt wird.

Im Gegensatz dazu führen hohe Schaltzyklen beim Direktantrieb zu erhöhten Verschleißerscheinungen, da diese Technologie durch einen kontinuierlichen Wasserfluss gekennzeichnet ist, der bei geschlossenem Schneidventil abgeleitet werden muss. Je öfter eine solche Ableitung nötig ist, desto mehr wird dabei das Druckregelventil beansprucht.

Daher kann die Direktantrieb-Pumpe ihre Stärken auch eher bei kontinuierlichen Schneidprozessen ausspielen: Die hohe Effizienz der Pumpe wirkt sich umso mehr aus, je unterbrechungsfreier die angeschlossenen Wasserstrahlschneidanlage arbeitet. Aus diesem Grund eignet sich das Modell TL-I auch eher für Abrasivanwendungen: Gegenüber Purwasserapplikationen sind hier die Schnittgeschwindigkeiten zumeist geringer, was sich auch in einer niedrigeren Anzahl von Schneidzyklen auswirkt. Weiterhin erweist sich der niedrigere Mindestdruck einer Direktantrieb-Pumpe bei der Bearbeitung von spröden oder mehrlagigen Materialien von Vorteil: Da die Triline-Pumpe den Betriebsdruck auf ein Minimum von 100 bar herunterfahren kann, besteht beim Einstich in Materialien wie Glas oder Keramik ein geringeres Risiko des Materialbruchs, und bei Multilayer-Materialien sinkt das Risiko der Delamination. Und wie schon eingangs erwähnt eignet sich die Triline-Pumpe aufgrund der geringen Anfangsinvestition sehr gut als Einsteigermodell und zum Einsatz für weniger anspruchsvolle bzw. kleinere Anwendungen, bei denen die geringere Anschlussleistung oder der geringere Platzbedarf der Pumpe eine Rolle spielt. Das ist oft der Fall in kleineren Lohnschneide- oder Fertigungsbetrieben, die ihre Wasserstrahlschneidanlagen nur gelegentlich einsetzen.

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