Geometrien und ihre Prozessaufgabe
| Bauart | Typischer Ø | Strahlbild | Primäre Aufgabe |
|---|---|---|---|
| Wasserdüse Schneidkopf | 0,08–0,40 mm | gebündelter Rundstrahl | Reinwasser- und Abrasivschneiden |
| Fokusrohr (Mischrohr) | 0,50–1,20 mm | Wasser-Abrasiv-Gemisch | Bündelung des Abrasivstrahls |
| Rundstrahldüse | 0,6–2,5 mm | punktförmig, hohe Leistungsdichte | Punktabtrag, Rohrreinigung |
| Flachstrahldüse | 0,8–2,0 mm | Fächer 5–40° | Flächenreinigung, Entschichten |
| Rotordüse | 0,8–2,0 mm | rotierender Punktstrahl | Flächenleistung bei Punktwirkung |
| Rotationslanze / Rohrkopf | mehrere Düsen | radial und axial | Rohrinnenreinigung, Wärmetauscher |
| Tankreinigungskopf | mehrere Düsen | programmierte Bahn | Behälterinnenreinigung |
Mehrdüsenwerkzeuge verteilen dieselbe hydraulische Leistung auf mehrere Auftreffpunkte. Die Flächenleistung steigt, die lokale Wirkung je Punkt sinkt. Für die Pumpenauslegung zählt die Summe der Volumenströme, für die Prozesswirkung die Leistung je Einzeldüse. Beide Größen werden in Angeboten regelmäßig vermischt.
Die Düse ist ein zentrales Prozessbauteil
Bei gegebenem Pumpendruck beeinflusst der Düsenquerschnitt den Förderstrom und damit die hydraulische Leistung am Werkzeug. Mehrere Düsen verteilen diese Leistung auf mehrere Austritte. Zusätzlich verändern Abstand, Auftreffwinkel und Vorschub die Belastung der Oberfläche. Eine Düse wird deshalb nicht isoliert, sondern zusammen mit Pumpe, Werkzeugführung und Prozessziel ausgelegt.
Rundstrahl, Flachstrahl und rotierende Strahlsysteme erfüllen unterschiedliche Aufgaben
Ein gebündelter Rundstrahl konzentriert die Wirkung auf eine kleine Fläche. Flachstrahldüsen verteilen den Strahl über eine breitere Spur. Rotierende Werkzeuge führen einen oder mehrere Strahlen mechanisch über eine Fläche oder Innenkontur und können dadurch eine größere Bearbeitungszone mit definierter Überdeckung erzeugen. Welche Strahlform geeignet ist, hängt von Abtrag, Oberflächenanforderung und gewünschter Flächenleistung ab.
Vom Schneidkopf bis zum Tankreinigungskopf
Beim Reinwasserschneiden formt die Düse einen feinen Hochgeschwindigkeitsstrahl. Beim Abrasivwasserstrahlschneiden kommen Mischkammer und Fokussierrohr hinzu. Für Reinigungs- und Abtragsaufgaben werden unter anderem Spritzpistolen, Lanzen, Rotationsdüsen, Rohrreinigungsdüsen und Tankreinigungsköpfe eingesetzt. Die Werkzeugbauform folgt dabei vor allem der Geometrie und der erforderlichen Strahlbewegung.
Verschleiß verändert Strahlbild und Prozessstabilität
Düsen, Fokussierrohre, Dichtungen und andere hoch belastete Komponenten unterliegen Verschleiß. Eine Veränderung des Strahlbildes kann sich direkt auf Schnittqualität, Abtragsleistung oder Reinigungsbild auswirken. Bei reproduzierbaren Prozessen sollten deshalb Wechselkriterien, Prüfintervalle und Ersatzteilzugang bereits im Betriebskonzept berücksichtigt werden.
Auswahlkriterien für das Strahlwerkzeug
- Bearbeitungsziel und geforderter Oberflächen- oder Schnittzustand
- Geometrie, Zugänglichkeit und notwendiger Arbeitsabstand
- Betriebsdruck, Förderstrom und verfügbare Pumpenleistung
- manuelle, mechanische, CNC- oder robotische Führung
- Rückstoß, Einhausung und Schutzkonzept
- Verschleißteile, Wechselzeiten und Reinigbarkeit des Werkzeugs
Werkstoffe und Standzeiten
| Werkstoff | Orientierung Standzeit | Einordnung |
|---|---|---|
| Saphir | 20–60 h | Günstig in der Beschaffung, kürzeste Standzeit, empfindlich gegen Partikel im Zulauf |
| Rubin | 40–100 h | Mittleres Preis-Standzeit-Verhältnis, verbreitet im Reinwasserschneiden |
| Diamant | 500–2.000 h | Höchste Standzeit und Strahlqualität, hohe Anschaffung, wirtschaftlich im Mehrschichtbetrieb |
| Fokusrohr (Hartmetall-Komposit) | 30–120 h | Verschleiß am Auslauf; Aufweitung verschlechtert Schnittqualität schleichend |
Bandbreiten für den Dauerbetrieb bei spezifikationsgerechter Wasserqualität. Partikel im Zulauf verkürzen die Standzeit der Wasserdüse um ein Vielfaches.
Die Entscheidung zwischen Saphir und Diamant ist keine Preisfrage, sondern eine Frage der ungeplanten Stillstände. Ein Düsenwechsel kostet nicht nur das Bauteil, sondern Rüstzeit, Wiederanfahren und den Ausschuss der Teile, die während der schleichenden Verschlechterung produziert wurden. Bei Mehrschichtbetrieb kippt die Rechnung fast immer zugunsten der Diamantdüse.
Häufige Fragen zu Strahlwerkzeugen
Woran erkennt man eine verschlissene Wasserdüse?
An der Strahlform, nicht am Druck. Ein aufgeweiteter oder ausgebrochener Bohrungsrand erzeugt einen aufgefächerten, streuenden Strahl. Frühindikatoren sind ein steigender Volumenstrom bei gleichem Druck, schlechtere Schnittkanten in der unteren Werkstückhälfte und eine zunehmende Konizität. Ein Sprühbild-Test gegen eine trockene Fläche macht den Zustand in Sekunden sichtbar.
Wie wirkt sich der Abstand zum Werkstück aus?
Der Strahl bleibt nur über eine begrenzte Länge gebündelt. Beim Abrasivschneiden liegt der Arbeitsabstand üblicherweise bei 1–3 mm; größere Abstände verbreitern die Schnittfuge und verschlechtern die Kantenqualität überproportional. Bei Reinigungsprozessen sind je nach Werkzeug und Druck 20–150 mm üblich, wobei der Wirkungsgrad mit dem Abstand kontinuierlich fällt.
Warum verschleißt das Fokusrohr schneller als erwartet?
Häufigste Ursachen sind ein zu geringes Durchmesserverhältnis zwischen Wasserdüse und Fokusrohr, ein nicht zentrierter Wasserstrahl, zu grobes oder verunreinigtes Abrasiv sowie ein zu hoher Abrasivmassenstrom. Die Ausrichtung von Wasserdüse zu Fokusrohr ist eine der wenigen Einstellungen, die im Betrieb regelmäßig geprüft werden sollten.
Rotordüse oder Flachstrahl bei Flächenreinigung?
Die Rotordüse bündelt die Leistung punktförmig und führt den Punkt über eine Kreisbahn. Das ergibt eine hohe lokale Wirkung bei mittlerer Flächenleistung und eignet sich für haftende Beläge. Der Flachstrahl verteilt die Leistung sofort, arbeitet schonender und schneller bei lose haftendem Schmutz. Bei empfindlichen Untergründen ist der Flachstrahl die risikoärmere Wahl.
- Hammelmann, Wasserstrahltechnik und Werkzeuge – https://www.hammelmann.com/de/produkte/wasserstrahltechnik/
- KAMAT, Anwendungen Wasserstrahlen – https://www.kamat.de/hochdruck-anwendungen/wasserstrahlen/