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Physikalische Eigenschaften

Plasma besitzt als ionisiertes Gas neben der Polarität auch eine Masse. Masse ist bekanntlich träge, positiv ausgedrückt könnte man auch sagen, gemütlich. Diese Eigenschaft sowie seine Polarität bewirken nun ein ganz spezielles und typisches Verhalten beim Schneiden:

Edelstahl, 10mm dick: Teil links: gelasert
Edelstahl, 10mm dick: gelasert/Plasma geschnitten
Teil rechts: Plasma HPR130 mit Nachlaufeffekt in der Innenkontur
St-Material 40mm: Kerbe durch Plasma
Einsatz von technischen Gasen für spezielle Metallsorten, hier Kupfer
Kupfer, 10 und 12mm

1. Nachlaufeffekt:
Stellen Sie sich Plasma wie einen Gartenschlauch vor, mit dessen Hilfe Sie den Rasen sprengen möchten. Wird der Schlauch schnell bewegt, so dauert es ein wenig bis der 10m entfernt auftreffende Wasserstrahl der Bewegung nachfolgt. Das gleiche Verhalten finden Sie beim Plasma wieder - deshalb sehen die geschnittenen Konturen oft verwaschen aus. Die Ecken sind oben scharfkantig und unten verwaschen, eben nachlaufend. Besonders negativ fällt diese Eigenschaft in Innenkonturen und kleinen Löchern auf. Dies ist dann auch die große Einschränkung gegenüber dem Laserstrahl. Besonders die Maßhaltigkeit von Löchern zeichnete sich in der Vergangenheit durch große Abweichungen aus: Wollte man ein 17mm Durchgangsloch in 20mm Stahl erzeugen, so musste das Loch auf der Oberseite rund 18 bis 18,5mm groß sein, damit es - mit ein wenig Übung - auf der Unterseite noch 17mm Durchmesser aufwies.  

 

2. Polarität:
Die elektrische Polarität des ionisierten Gases braucht auch einen elektrisch leitenden Gegenpol. Plasma kann nur fliessen, wenn der Stromkreis auch geschlossen ist. Ergo muss das Schneidgut auch elektrisch leitfähig sein und mit der Masse der Stromquelle verbunden werden. Strom fliesst nicht gern durch Luft, also sucht Strom sich immer den besten Leiter aus - in unserem Fall das Metall.
Der Energieerhaltungssatz aus der Physik erklärt das nun folgende Verhalten: Ist eine Innenkontur nahezu fertig ausgeschnitten, so löst sich bereits das Innenteil und fällt nach unten weg bzw. wenn die Kontur groß genug ist, trifft der Strahl mit seinem Durchmesser in jedem Fall auf den zuvor erzeugten Schnittspalt des Anfangs. Da der Strom aber nicht durch Luft abfließt, sucht er sich seinen elektrischen Gegenpol im Material, so dass sich die Restenergie des Strahls im Restmaterial entladen wird und damit die bei Plasma berühmten Ausfahrkerben erzeugt.

Somit wird beim Beenden des Plasmastrahls die Schnittkontur durch die plasmatypische Kerbe erzeugt und beschädigt. Dies ist pysikalisch bedingt und kann nur durch entsprechende Steuerungstechnik und erheblichem technischen Aufwand minimiert werden - ganz ausschalten lässt sich dieser Effekt jedoch nicht.

Moderne Plasmastromquellen beherrschen die Minimierung der Ausfahrkerbe durch eine spezielle Gas-Steuerungstechnik und moderates Powermanagement bei Löchern. Im Maschinen-Forum können Sie mehr darüber erfahren.

Übrigens, Aufklärung eines Irrtums: Bei Plasma reden manche Menschen von Einbrandkerben - dies ist aber falsch, es handelt sich um Ausfahrkerben.
Die häßliche Materialbeschädigung erfolgt nicht am Anfang, sondern wenn der Strom seinen eignen Luftspalt am Ende erreicht. Diese Art der Beschädigung hat nichts mit dem Lochstechen des Pilotlichtbogens zu tun - denn der Arbeitsvorbereiter legt den Anstich in das Abfallprodukt, so dass die Lochstechkerbe im Normalfall nur wenig stört! 

3. Strahlform des Lichtbogens ergibt die Schnittschräge, hierbei gilt: Je dünner das Material, desto größer tritt die Schräge in Erscheinung. Bei dicken Materialien stabilisiert sich der Strahl, so dass häufig konventionelle Plasmabrenner im Dickblechbereich geringe Schnittschrägen erreichen, wenn gleich nicht so gut wie die Feinstrahlplasmabrenner, jedoch weit aus besser, als der Ruf des Normalplasmas es erwarten liesse.

 

 

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