Hochdruckwasserstrahlentgraten in der Praxis

Robotergestütztes Hochdruckwasserstrahlentgraten für das gezielte Entgraten und Reinigen komplexer Bauteile mit Bohrungen, Kanälen und Funktionsbereichen.

Vom Grat zur Qualität

Nach spanenden Bearbeitungsprozessen wie Bohren, Fräsen oder Drehen verbleiben an Bauteilen häufig Grate. Was im ersten Moment wie ein kleiner Materialüberstand wirkt, kann im späteren Prozessverlauf erhebliche technische und wirtschaftliche Folgen auslösen.

Doch was ist eigentlich ein Grat, wie entsteht er und warum ist er unerwünscht? Ein Grat ist ein die Funktion beeinträchtigender, auf der Werkstückoberfläche entstandener Körper, der über die Werkstückoberfläche hinausragt. Er entsteht infolge der Wechselwirkung zwischen Werkzeug und Werkstoff im Rahmen der Bearbeitung mit der Folge, dass Material vom Werkstück nicht sauber getrennt wird, sondern verdrängt, verbogen oder stehen gelassen wird.

Die Ursachen sind vielfältig: Prozessparameter, Werkstoffverhalten, Werkzeuggeometrie, Kühlschmierbedingungen, Werkzeugweg und nicht zuletzt Werkzeugverschleiß beeinflussen die Gratbildung direkt. Die Gratbildung kann in vielen Prozessen zwar minimiert, aber nicht vollständig eliminiert werden. Genau deshalb ist die Gratbildung ein systemischer Begleiter vieler Bearbeitungsprozesse und das Entgraten ein zentraler Qualitätsfaktor.

Grate können die Funktion und die sichere Handhabung eines Werkstücks massiv beeinträchtigen: scharfkantige Grate erhöhen das Verletzungsrisiko für Bediener, Grate verschlechtern die Passung, sie stören Dichtflächen, beeinträchtigen Führungen und Lagerstellen und die Grate können abbrechen und als Span Ventile, Kanäle oder Bohrungen zusetzen. Besonders kritisch ist das bei Präzisionsbauteilen wie Hydraulikkomponenten, Batteriewannen, Getriebegehäusen oder Zylinderkopf-komponenten.

Entgraten ist deshalb kein kosmetischer Nachgang, sondern ein fertigungskritischer Prozessschritt. Entsprechend breit ist das Spektrum der Verfahren. Neben dem manuellen Entgraten mit Handwerkzeugen kommen in der Industrie unter anderem Bürst- und Schleifverfahren, Gleitschleifen, thermisches Entgraten, elektrochemisches Entgraten sowie Hochdruckwasserstrahlentgraten zum Einsatz. Im Fokus dieses Beitrags steht das Hochdruckwasserstrahlentgraten, weil es Entgraten und Reinigen in einem Prozessschritt verbindet und seine Stärken insbesondere bei komplexen Geometrien, definierten Entgratstellen und hohen Sauberkeitsanforderungen ausspielt. Gerade dort, wo Grate prozesssicher entfernt und zugleich Späne sowie anhaftende Verunreinigungen zuverlässig aus Bohrungen, Kanälen und Funktionsbereichen ausgetragen werden müssen, bietet das Verfahren besondere Vorteile.

Mit Wasser als Prozessmedium lassen sich in geschlossenen Wasserkreisläufen ressourcenschonende und wirtschaftliche Reinigungslösungen realisieren.

Hochdruckwasserstrahlentgraten überzeugt in vielen Anwendungen

Das Hochdruckwasserstrahlentgraten nutzt die kinetische Energie eines gezielt geführten Wasserstrahls, um Grate an definierten Stellen abzubrechen und zugleich Späne sowie anhaftende Verunreinigungen abzutragen. Die technische Basis zum Entgraten mit einem Hochdruckwasserstrahl umfasst stets ein Hochdruckaggregat zur Druckerzeugung, ein Hochdruckwerkzeug beziehungsweise Düsensystem zur Strahlformung und ein Handlingsystem zur Relativbewegung zwischen Bauteil und Düse.

Beim Arbeitsdruck zeigt sich die Bandbreite des Verfahrens. Häufig wird mit Drücken zwischen 300 und 800 bar gearbeitet. Es gibt jedoch keinen Einheitsdruck, sondern jeweils eine auf Bauteil, Material, Grat und Sauberkeitsziel abgestimmte Prozessauslegung. So können Drücke auch schon bei 100 bar und bei Spezialanlagen bis zu 3.000 bar liegen. Auch beim Werkstoffspektrum ist das Verfahren breit einsetzbar. Klassische Materialien sind Stahl, Aluminium, Guss- und Schmiedeteile. Entscheidend ist weniger der Werkstoff allein als die Kombination aus Material, Gratwurzel, Zugänglichkeit und geforderter Taktzeit.

Neben dem Entgraten eignet sich Hochdruckwasserstrahltechnik auch für das Entlacken und für das Entfernen hartnäckiger Rückstände. Wo der Untergrund geschont, aber definierte Schichten oder Verunreinigungen sicher abgetragen werden sollen, spielt Wasserstrahltechnik ihre Stärken aus. In der Bahn-Instandhaltung können bspw. Radsätze mittels Hochdruckwasserstrahltechnik zur Vorbereitung einer Rissprüfung entlackt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass vorhandene Risse durch abrasive Strahlverfahren beim Entlacken vor der Rissprüfung verdeckt werden.

Ganzheitliches Anlagenkonzept: Entgraten, Vor- und Endreinigung, Filtration, Trocknung und Automatisierung sind technisch und wirtschaftlich optimal aufeinander abgestimmt.

Wo das Verfahren stark ist und worauf es in der Praxis ankommt

Neben der Materialschonung ist das Hochdruckwasserstrahlentgraten besonders interessant bei komplexen Geometrien. Für Bohrungen und Kanäle kommen Lanzensysteme mit rotierenden Düsen zum Einsatz. Für definierte Stellen können robotergesteuerte Systeme das Bauteil zielgenau zur Düse führen – oder umgekehrt die Düse zum Bauteil. Das ist ein zentraler Vorteil in der Praxis: tief liegende Bohrungen, Sacklöcher und Hinterschneidungen sind oft nur schwer zugänglich, mit Wasserstrahltechnik aber deutlich besser erreichbar.

Im Vergleich zu thermischen oder chemischen Entgratverfahren wirkt der Prozess zudem ohne erheblichen Hitzeeintrag und ohne aggressive Medien. Dadurch werden Verzug oder chemische Rückstände vermieden. Im Unterschied zum mechanischen Entgraten oder Bürstentgraten besteht außerdem kein direkter Kontakt zwischen Entgratwerkzeug und Bauteil. Das schont das Bauteil und verringert Verschleiß am Werkzeug, auch wenn Pumpe, Düsen und Filtration selbstverständlich wartungsrelevant bleiben.

Ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil ist die Verbindung von Entgratung und Reinigung. Der Wasserstrahl entfernt nicht nur den Grat selbst, sondern löst zugleich Späne, Staub, Kühlmittelreste oder andere Verunreinigungen von der Bauteiloberfläche und aus dem Bauteil. Je nach Sauberkeitsanforderung ist nach dem Entgraten entweder keine weitere Reinigung oder nur noch ein Endreinigung erforderlich.

Ein starkes Argument für das Hochdruckwasserstrahlentgraten ist auch seine Umweltbilanz. Wasser ist als Medium grundsätzlich umweltschonend und in vielen Anwendungen gut im Kreislauf zu führen. Wo Prozesswasser im geschlossenen Kreislauf gefahren wird, entstehen echte Ressourceneffizienz- und Kostenpotenziale.

Damit die Vorteile des Verfahrens dauerhaft prozesssicher genutzt werden können, kommt der Filtration eine zentrale Rolle zu. Insbesondere die Hochdruckaggregate reagieren empfindlich auf Partikel im Prozesswasser. Genau deshalb ist ein mehrstufiges, sauber ausgelegtes Filtrations- und Aufbereitungskonzept kein Zubehör, sondern integraler Bestandteil einer prozesssicheren Hochdruckentgratung.

So leistungsfähig das Hochdruckwasserstrahlentgraten ist, entscheidend für den Prozesserfolg ist stets die richtige verfahrenstechnische Auslegung. Nicht jedes Gratbild lässt sich mit Hochdruck allein optimal bearbeiten. Gerade deshalb kommt es auf ein anwendungsspezifisches Anlagenkonzept an, in dem Entgraten, Reinigen, Filtration, Trocknung und Automatisierung sinnvoll aufeinander abgestimmt sind. Seine besonderen Stärken zeigt das Verfahren überall dort, wo komplexe Geometrien, hohe Sauberkeitsanforderungen, Automatisierbarkeit sowie Ressourcen- und Umweltschonung gemeinsam gefragt sind.

Präzises Entlacken einer Radsatzwelle im Bahnsektor mit konstant hoher Qualität durch Hochdruckwasserstrahltechnik.

Systempartner für integrierte Entgrat- und Reinigungslösungen

Genau an der Schnittstelle zwischen Entgraten, Reinigen und Automatisierung positioniert sich die BvL Oberflächentechnik GmbH. Als familiengeführter Systempartner für industrielle Reinigungs- und Entlackungsanlagen auf wässriger Basis entwickelt BvL keine isolierten Einzelprozesse, sondern ganzheitliche Anlagenkonzepte. Diese reichen – abgestimmt auf Bauteil, Gratbild, Werkstoff, Sauberkeitsanforderung und Taktzeit – von der Vorreinigung über das Hochdruckwasserstrahlentgraten und die Endreinigung bis hin zu Filtration, Trocknung, Kühlung und Automatisierung. So entstehen durchgängige Prozesslösungen, in denen Entgraten, Reinigen und Handhaben technisch wie wirtschaftlich optimal aufeinander abgestimmt sind.

Für das Hochdruckwasserstrahlentgraten steht bei BvL die Produktlinie Geyser. Die Plattform ist auf Entgraten und Reinigen ausgelegt und optional auch auf das Entlacken. Sie vereint variable Druckbereiche, Robotersysteme für maximale Flexibilität, wechselbare Wasserwerkzeuge sowie vor- und nachgelagerte Reinigungsprozesse. Im Technologiezentrum in Emsbüren lassen sich unterschiedliche Reinigungs-, Trocknungs- und Entgratsysteme mit Originalbauteilen erproben, um Anlagentyp, Prozess, Automatisierung und Trocknung anwendungsspezifisch auszulegen.