Hochdruckwasserstrahlen schneiden (fast) alles

Wasser unter Druck kann viel – das ist Alltagserfahrung: In Spülmaschinen schrubben Wasserfontänen Teller und Gläser, Mundduschen massieren das Zahnfleisch, Wasserwerfer fegen Demonstranten von der Straße. Unter weitaus größeren Drücken wächst die Kraft des Wassers immens: Ingenieure bündeln es neuerdings zu messerscharfen Strahlen und schneiden damit Papier wie Butter. Und nicht nur Papier; selbst durch Leder, Holz, Kunststoff und Asbest frißt sich der haarfeine Strahl mit Leichtigkeit. "Jet-Cutting" wie das Hochdruckwasserschneiden im Fachjargon heißt – wird eines Tages vielleicht sogar zum präzisen Zerteilen von Metallplatten eingesetzt werden können.

Scharf und kräftig wird ein solcher Wasserstrahl, weil Kolben das Naß unter Drücken von 3000 bis 4000 bar durch Düsen mit wenigen Zehntelmillimeter Durchmesser pressen (ein bar, die metrische Einheit des Drucks, entspricht knapp 1,02 Atmosphären oder dem Druck am Boden einer zehn Meter hohen Wassersäule). Diese Drücke strapazieren die Anschaulichkeit arg: Vergleichbare Werte würden am Boden einer 30 bis 40 Kilometer hohen Wassersäule herrschen – die größte Wassertiefe der Ozeane beträgt demgegenüber "nur" elf Kilometer im Marianengraben im Pazifik Da die Düsen enormen Kräften trotzen müssen, sind sie aus härtestem Material gefertigt – aus Diamanten oder Saphiren. Wenn das Wasser diese hochkarätigen Öffnungen passiert, verwandelt sich der Druck in Geschwindigkeit: Mit 600 bis 900 Meter je Sekunde, also zwei- bis dreifacher Schallgeschwindigkeit, schießt das Wasser ins Freie – so schnell, daß Papier nicht einmal naß wird.

Problematisch ist es, die Wassermoleküle in einem äußerst dünnen Strahl zusammenzuhalten, denn normalerweise reißt dieser schon nach zwei Zentimetern auf und zerstäubt. Doch hier half die Feuerwehr weiter. Die Druckwasser-Ingenieure erinnerten sich daran, daß die Spritzenmänner Chemikalien ins Löschwasser geben, die dafür sorgen, daß der Wasserstrahl möglichst weit und gezielt spritzt. Solche Zusätze werden nun auch dem Schneidewasser beigemengt. Es sind kettenförmige Riesenmoleküle, Polymere genannt, mit der mehrfachen Länge von Wassermolekülen. Die Ketten richten sich aus, "schienen" die Wassermoleküle und zwingen dem Wasser auf diese Weise ihre Richtung auf. Mit dem Feuerwehrtrick wächst die Länge des Schneidestrahls auf vier bis fünf Zentimeter.

Für herkömmliche Verfahren wie mechanische Scheren, Sägen und Schneidbrenner, aber auch Trennverfahren per Laserstrahl oder Elektronenstrahlkanone ist das "Jet-Cutting" eine ernsthafte Konkurrenz. Denn Schneiden mit dem Wasserstrahl hat unübersehbare Vorteile: Die Wasserstrahl hat unübersehbare Vorteile: Die Erwärmung an der äußerst schmalen Schnittfuge ist nur bleiben Staubentwicklung auch Funkenbildung bleiben aus – und damit auch Gesundheitsschäden durch Staub oder Materialbrände.

Schon heute arbeiten Wasserkanonen wegen dieser Vorzüge in den verschiedensten Industriebereichen, wenn auch nur in bescheidenem Umfang. Denn vorerst werden, die Maschinen der kurzzeitig eingesetzt werden, weil sie wegen der gewaltigen Drücke im Dauerbetrieb zu schnell verschleißen. Teilweise verschlechterte sich die Strahlenqualität schon nach wenigen Minuten, weil selbst die superharten Saphirdüsen "ausfransten".

Steter Tropfen höhlt den Stahl