Mechanismen der Schädigung von Düsen für das Wasserstrahlschneiden

Aufgrund der hohen Anforderungen an Wirtschaftlichkeit und Verschleißbeständigkeit, werden für das Wasserstrahlschneiden meist Düsen aus Saphir eingesetzt. Diese erreichen häufig nicht die von Herstellern angegebenen Lebenszeiten und versagen zum Teil bereits nach einem Bruchteil der nominellen Lebenszeit. Die dafür verantwortlichen Mechanismen sind weitgehend unbekannt. Als primärer Schädigungsmechanismus wurden im Rahmen dieser Arbeit Partikel identifiziert. Diese haben ihren Ursprung im Speisewasser. Anhand von numerischen Methoden wurden die Wechselwirkungen zwischen Partikeln und Düsenstein simuliert und ihr Schädigungspotential ermittelt. Als weiterer Schädigungsmechanismus wurde Kavitation im Hochdrucksystem identifiziert. Die durch hydrodynamische Vorgänge entstehende lokale Dampfblasenbildung führt primär durch die Implosion der entstehenden Blasen in Wandnähe, sowie sekundär durch die Kristallisation von zuvor gelösten Feststoffen in den Dampfphasengebieten zu einer Schädigung des Düsenwerkstoffs. In der Folge werden Handlungsempfehlungen für Anwender und Komponentenhersteller abgeleitet, welche eine wissenschaftlich fundierte Weiterentwicklung von Düsen und Hochdruckkomponenten ermöglichen.