Plasmaschneiden: Die ultimative Lösung für präzise und schnelle Schnitte!
Sprungverzeichnis zu den Themen auf dieser Seite:
- Plasmaschneiden: Die ultimative Lösung für präzise und schnelle Schnitte!
- Plasmaschneiden: Alles, was Sie über diese innovative Technologie wissen müssen
- Funktionsweise Plasmaschneiden
- Plasmaschneiden: Vorteile, Nachteile und Vergleich zum Laser- und Autogenschneiden
- Plasmaschneiden leicht gemacht: Schritt-für-Schritt-Anleitung für perfekte Ergebnisse
- Was wird zum Plasmaschneiden benötigt?
- Welche Gase werden zum Plasmaschneiden benötigt?
- Wie gefährlich ist Plasmaschneiden?
- Erforderliche Sicherheitsausrüstung
- Welche Materialien kann man Plasmaschneiden und wie dick?
- Was kostet Plasmaschneiden?
- Wie viel Strom wird zum Plasmaschneiden benötigt?
- Wo setzt man Plasmabrenner ein?
- FAQ Anwender-Fragen zum Plasmaschneiden
Plasmaschneiden zählt generell zu den wirtschaftlichen Trennverfahren bei Stahl- und Metallzuschnitten, doch diese Tatsache allein bewirkt noch keine optimalen Schnitte.
Die "genetisch" bedingt hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und seine Stärken werden erst dann ausgespielt, wenn von den Einstellungen, Parametern bis hin zur Gasversorgung alle Variablen optimal aufeinander abgestimmt sind.
Plasmaschneiden gehört zu der Gruppe der thermischen Schneidverfahren, zu der auch das Brennschneiden mit Autogenbrenner und das Laserschneiden zählen, man bezeichnet es auch als Plasmaschmelzschneiden.
Plasmaschneiden: Alles, was Sie über diese innovative Technologie wissen müssen
Funktionsbeschreibung zum Plasmaschneidverfahren in Kurzform
-
Zündung eines Lichtbogens in einem dafür geeigneten Brennerkörper
-
Die Zündung des Plasmastrahls erfolgt zwischen einer Elektrode (Kathode) und einer Düse (Anode) mithilfe einer Hochfrequenz oder einer Hochspannung.
-
Beide Teile, Düsen und Elektroden, werden als Verschleißteile betrachtet, sie nutzen durch den Lichtbogen ab.
- Durch den Lichtbogen wird das hindurchströmende Gas ionisiert, es entsteht das Plasma. Dabei werden Temperaturen um 30.000° Kelvin erreicht. Man bezeichnet den Plasmazustand auch als den 4. Aggregatzustand: Fest - Flüssig - Dampf - Plasma.
- Wird das Plasma durch die Gasströmung von der Innenseite der Düse auf ein zu leitendes Stück Metall übertragen, spricht man von "übertragenden Lichtbogen", der primär in der Industrie zum Schneiden von Metallen eingesetzt wird.
-
Das Plasmagas besitzt je nach Plasmastromquelle einen Druck von 4 - 8 bar. Maschinenbrenner, Mehrgasbrenner, Feinstrahlplasmabrenner arbeiten mit höherem Druck von 8 - 12 bar. Die kinetische Energie des Plasmastrahls ist geprägt von der hohen Temperatur.
-
Mehrgasplasmabrenner, wie beispielsweise die Hydefinition® oder XPR® von Hypertherm Europe und HiFocus® oder Q-Serie von Kjellberg Finsterwalde verfügen über ein Sekundärgas, das zur Kühlung des Schnittes und zur Einschnürung des Lichtbogens dient.
Ablauf des Plasmaschneidens:
-
Der anfängliche zur Zündung des Lichtbogens besitzt nur eine geringe Stromstärke und wird als "Pilotlichtbogen" bezeichnet. Der energiearme Pilotlichtbogen ist nicht für das Schneiden von Stahl geeignet. War die Zündung des Pilotlichtbogens erfolgreich, schaltet die automatische Leistungserhöhung der Stromquelle auf den Hauptstrom um und der Zuschnitt kann beginnen. Dabei werden je nach Plasmastromquelle Ströme von 10 A bis 600 A zum Schneiden eingesetzt.
-
Das ionisierte Gas bläst das flüssige Material aus der Schnittfuge heraus, wodurch ein Schnittspalt entsteht. Die entstehenden Gase müssen über einen geeigneten Filter abgesaugt werden.
-
Wird der Plasmabrenner zusätzlich in mehreren Dimensionen bewegt, sei es manuell von Hand oder durch ein CNC-gesteuertes Koordinatensystem, so lassen sich Konturteile, Zuschnitte plasmaschneiden.
Unterscheidung der Plasmaarten: Übertragender und nicht übertragender Lichtbogen
Man unterscheidet diese beiden grundlegenden Plasmabrenner Arten, jedoch spielen nicht übertragende Plasmabrenner in der Schneidindustrie eine geringe Rolle.
-
Mit nicht übertragendem Plasma kann man Beton, nichtleitende Stoffe oder auch Gitterroste schneiden - dabei darf man jedoch keine großen Ansprüche an die Schnittqualität der Werkstücke stellen, es handelt sich dabei um reine Trennschnitte gemäß dem Motto "Hauptsache getrennt". Beim Plasmareinigen oder Plasmabeschichten hingegen kommen nicht übertragende Plasmastromquellen primär zum Einsatz.
- Der übertragende Lichtbogen ist natürlich nur dort einsetzbar, wo das Material elektrisch leitfähig ist, der zu schneidende Werkstoff muss Strom leiten können. Diese Bedingung erfüllen alle metallischen Werkstoffe. Und dies macht den Großteil des Einsatzfeldes für Plasmaanwendungen in der metallverarbeitenden Industrie aus.
Darüber hinaus existieren weiteren Arten zur Unterscheidung von Plasmabrennern, manuelle Handplasmabrenner und Maschinenbrenner, die wir auf einer eigenen Seite vorstellen.
Erklärung des Schaubilds "Systemaufbau eines Plasmastromkreises"
Bild 2 zeigt den Stromkreislauf eines Plasmaschneiders. Beim Plasmaschneiden spielen mehrere Komponenten zusammen:
- Der Plasmaschneider mit seiner Plasmastromquelle
- Die Gase-Mischkonsole
- Das Schlauchpaket
- Den Plasmabrenner samt seinen Verschleißteilen
- Und nicht zu vergessen: Der CNC-Schneidanlage, die für die korrekte Ansteuerung und die geometrische Bahnbewegung verantwortlich ist.
- Sowie das zu schneidende Material, das Werkstück, das elektrisch leitfähig sein muss.
Plasmaschneiden mit übertragendem Lichtbogen basiert auf einem geschlossenen Stromkreis. Die Plasmastromquelle liefert zwei Anschlüsse:
- Masse-Anschluss, über den der Brennschneidtisch mit der Stromquelle verbunden ist. Das zu schneidende Werkstück liegt auf dem elektrisch leitfähigen Schneidtisch.
- Pluspol-Anschluss, der über das Schlauchpaket zur Kathode im Plasmaschneidkopf geführt wird.
Wichtig: Achten Sie darauf, dass der Stromkreis wirklich geschlossen ist, keine Leitungen offen sind oder zu hohe Übergangswiderstände den Stromfluss behindern.
Plasmaschneiden: Vorteile, Nachteile und Vergleich zum Laser- und Autogenschneiden
Wird die Plasmaschneidanlage im optimalen Betriebspunkt gefahren und werden die Randbedingungen beachtet, so erhöht es die Effizienz und Produktivität Ihres Unternehmens signifikant!
Plasmaschneiden Vorteile:
-
Geringe Schnittkosten und hohe Wirtschaftlichkeit der Plasmaschneider zählt zu einem der wirtschaftlichsten Schneidverfahren im Stahlbereich bis ca. 35 max. 40 mm Dicke
-
Plasmaschneiden erlaubt eine hohe Schachteldichte von Teilen auf einem Blech
-
Die hohe Robustheit des Plasmaschneiders spielt ebenso eine entscheidende Rolle
-
Geringe Betriebskosten, hoher elektrischer Wirkungsgrad bei über 60 %
-
Schneidet alle elektrisch leitfähigen Metalle, egal, ob Stahl, Baustahl, Edelstahl, Werkzeugstahl, Aluminium, Kupfer oder Messing etc. lassen sich schneiden - die chemische Zusammensatzung spielt dabei eine untergeordnete Rolle. Schnittgeschwindigkeiten abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Materials und nicht von seiner Härte.
-
Schneidet auch rostigen Stahl und ölige Oberflächen, sogar lackierte Flächen, wenn der Lack eine bestimmte Schichtdicke nicht überschreitet
-
Vorteile gelten für beide Arten: Handplasmabrenner und Maschinenbrenner für CNC-Steuerungen mit Automatisierung
-
Geringe Investitionskosten von einigen Hundert Euro bis wenigen Tausend Euro bei Handplasmacuttern. Handplasmabrenner sind bei Lidl, Aldi, OBI, Bauhaus, Ebay oder Amazon schon für kleine Summen erhältlich
-
Kein aufwendiges Equipment erforderlich - Ausnahme bei automatisierten Schneidanlagen
-
Weites Anwendungsgebiet mit weitem Bereich an Materialstärken schon bei Plasmacuttern in einfachster Ausführung von 0,5 mm bis 12 mm Materialdicke keine Seltenheit
-
Komplette CAD/CAM gesteuerte Fertigung mit durchgehendem Datenbestand ist realisierbar
-
Relativ wenig Nachbearbeitung (meist lediglich wenig Grat oder leichte Schlackeanhaftung, Grat zu entfernen!)
-
Schneiddicken bis 160 mm sind möglich und beim Schneiden von Edelstahl oft eingesetzt
-
Spezielle Schneidtechnologien verwendbar: Trockenschnitte und Unterwasserschnitte, wobei man beachten muss, dass sich beim Unterwasserplasmaschneiden die Schnitteigenschaften, Qualitäten und Schnittparameter ändern
-
Spezielle Anwendungen verfügbar: Maschinen- und handgeführte Brenner; Tafel-, Coil- und Rohranwendungen
Nachteile Plasmaschneiden
-
Strombedarf, modellabhängig
-
Belastung durch Stäube und Ozon, ein Filter ist erforderlich, Pflicht!
-
Lärmentwicklung bei Trockenschnitt (z.T. >108 dBA bei 200A), wobei neuste Plasmabrennertechnologie den Lärm bereits nahezu halbiert (bis zu einer Schnittdicke von zur Zeit 15 mm, Stand Sommer 2022)
-
Innenkonturen durch Nachlaufeffekt des massebehafteten Gases oft nicht präzise genug
-
Aufhärtung des Plasmaschnittes in den Randzonen - wobei das Schneidverfahren Wasserstrahl in diesem Punkt besser abschneidet
-
Die hohe Schnittqualität von Laserschneidanlagen sind nicht erzielbar - Vorsicht, vor falschen Erwartungen der Endverbraucher - Plasma ist kein Laser, erreicht nicht dessen Genauigkeitsklasse
-
Besondere technische Gase müssen vorgehalten werden für optimale Schnittergebnisse
-
Die Schnittqualität ist nicht konstant – ist von vielen Parametern / Verschleiß / Schneiddauer / Lochstechzyklen etc. abhängig
-
Je nach Brennertyp / Einstellung / Zustand/Erfahrung sind höhere Verschleißteilekosten möglich, wenn die Anlage nicht optimal betrieben wird!
Welche Vorteile hat Plasmaschneiden gegenüber Laserschneiden?
-
Robustes Verfahren, dass keine besonderen Anforderungen an die Umgebung stellt im Gegensatz zum Laser
-
Investitionskosten sind geringer als bei Laserschneidanlagen
-
Ist bei dicken Blechstärken das preiswertere Schneidverfahren
-
Materialunabhängigkeit bei Plasma höher, ebenso die Oberfläche und die Temperatur
-
Die Materialaufhärtung ist geringer
Welche Nachteile hat Plasmaschneiden gegenüber Laserschneiden?
-
Plasma erreicht eine hohe Schnittqualität, jedoch nicht so hoch wie das Laserschneiden bzw. Wasserstrahlschneiden, wenngleich modernste Qualitätsplasmabrenner gewisse Genauigkeitsüberschneidungen zum Laser erreichen!
-
Ausschnitte, vor allem Innenkonturen und kleine Löcher sind mit dem Laser wesentlich präziser schneidbar
-
Der Grat und die Schnittschräge ist bei Plasma höher
-
Der Laserzuschnitt ist mit den neuen Hochleistungslasern mit 20 kW, 30 kW oder mehr erheblich schneller als Plasma. Die hohe Schneidgeschwindigkeit des Lasers im Dünn- und Mittelblech ist für Plasma nicht erreichbar
-
Die Gefügeveränderung im Zuschnitt ist bei Plasma höher
-
Plasmaschneidanlagen lassen sich gut automatisieren, doch Laserschneidanlagen erlauben einen noch höheren Grad
-
Plasmazuschnitte können sehr laut und staubig sein, Funkenflug, UV-Strahlung
Unterschiede zwischen Plasmaschneiden und autogenem Brennschneiden
-
Weniger thermischen Einfluss als beim autogen Brennschneiden
-
Schnelles Einstechen in Dicken bis 50 mm Materialdicke dauert nur wenige Sekunden. Lochstechen beim Brennschneiden dauert durch das Vorheizen je nach Materialdicke 15 - 40 sek. und länger
-
Autogenes Brennschneiden erreicht diese Geschwindigkeiten bis zu 40 mm Materialdicke nicht
-
Kleinere Innenkonturen und Bohrungen sind mit Plasma schneidbar
- Investition ist höher als bei Autogenschneidanlagen
Wirtschaftlichkeit der Plasmaschneidtechnologie
- Bei Handgeräten am Bau oftmals ohne Alternative: Mannlöcher, Durchdringungen, Schrott schneiden etc. alles muss schnell und ohne viel Aufwand auf der Baustelle erfolgen. Die Dicken und die Legierungen der zu schneidenden Objekte sind dabei sekundär
- Bei Maschinenplasma oftmals ohne Alternative: Robustheit, überschaubare Investition und Vielfalt an Metallen sowie Unabhängigkeit der Oberflächengüte, ob Rost oder feucht oder kalt - alles schneidbar!
- ROI (Return on Investment) bei korrekter Auslegung der Gesamt-Schneidanlage von 20 % möglich, wenn der Auftragsumfang und die Randbedingungen die Sollwerte erfüllen!
Plasmaschneiden leicht gemacht: Schritt-für-Schritt-Anleitung für perfekte Ergebnisse - wie ein Profi
Plasmaschneiden mit dem Handbrenner - der Feuerwehr des direkten Plasmaschneidens
- Was für ein Material soll geschnitten werden? Wie dick ist es? Die chemische Zusammensetzung des elektrisch leitfähigen Materials spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle
- Zu schneidende Geometrie oder Abschnitt ausmessen und deutlich sichtbar markieren
- Im Handbuch die Einstellungsdaten nachlesen
- Augenmerk auf: Seriennummern für einzusetzende Plasmaverschleißteile: Düse und zugehörige Elektrode
- Werkstück, Material ist mit dem Gegenpol der Plasmastromquelle verbinden
- Anlage vorschriftsmäßig erden
- Einstellung und Überprüfung der Energien, Gase, Schneidstrom gemäß Handbuch
- Anlegen der Sicherheitsausrüstung
- Für gute Absaugung und Frischluft sorgen
- Test der Schneidtauglichkeit an einer unkritischen Stelle des Materials
- Wenn alles OK, kann der Schnitt starten
- Piercen, Lochstechen an der Startstelle ansetzen, diese sollte immer auf der Abfallseite liegen
- Brenner nicht auf das Werkstück aufsetzen, Brennerdüsen mit Abstandskragen einsetzen
- Gleichmäßiges Führen verlangt Übung. Evtl. eine Schablone oder eine Linearführung für Kreisausschnitte oder Längsschnitte einsetzen, sodass saubere Konturen entstehen
- Auf die richtige Schnittgeschwindigkeit achten, am Funkenflug und der Schmelze erkennbar - erfordert Übung, nicht aufgeben!
Das Prinzip des Maschinenplasmabrenners verstehen
- Klärung, welches Material zu schneiden ist. Dicke messen
- Handbuch oder CNC-Steuerung der Plasmaschneidanlage gibt Auskunft über die benötigten Verschleißteile
- Passende Plasmaverschleißteile (Düse, Elektrode, Wirbelring, Schraubkappen und Shield) einbauen - dabei auf Sauberkeit achten. Manche Modelle benötigen einen Fettfilm an den Dichtungen - Vorgaben des Herstellers beachten!
- Prozessdaten einstellen: Gasdruck, Gasdurchflüsse, Schneidstrom, Schneidgeschwindigkeit, Abstandsregelung des Plasmabrenners zum Material (LiBO Lichtbogensteuerung), Schnittfugenkorrektur - sofern die CNC diese Einstellungen nicht automatisch vornimmt.
- Bei neuartigem Material: Vorher Testschnitt
- Übliche Abstände zwischen Brennerdüse und Material (abhängig vom Plasmaschneider):
Zum Einstechen um 0,8 mm bis 1,5 mm, bei besonders dicken Blechen auch bis 4 mm oder darüber
Schneidhöhe liegt bei 0,3 bis 1, 2 mm je nach Materialdicke - Auf den nächsten Verschleißteile-Wechsel achten.
- Die richtige Einstellung kann am Funkenflug und dem Lichtbogen erkannt werden - erfordert Erfahrung.
Tipp: Die beste Schnittqualität erhält man häufig, wenn man eine oder zwei Stufen langsamer schneidet als maximal möglich und damit auch einen geringeren Schneidstrom einsetzt. Im Gegenzug werden jedoch die Plasmazuschnitte teurer, wenn die Schnittgeschwindigkeit sinkt.
Was wird zum Plasmaschneiden benötigt?
Erforderliche Ausstattung, Equipment zum erfolgreichen Plasmaschneiden:
- die Plasmastromquelle, oft umgangssprachlich als Plasmaschneider bezeichnet
- der Plasmaschneidkopf, der oftmals auch als Plasmabrenner benannt wird oder Handstück
- die Verbindungsschlauchpakete, verbinden den Plasmabrenner mit der Stromquelle
- eine Gaskonsole mit dazugehörigen Gasen und Manometern
- eine Erdung des Schneidtisches sowie die Masseverbindung des Schneidmaterials mit der Stromquelle, damit der Stromkreis geschlossen ist
- ein geeignetes Führungssystem, sei es eine manuelle Vorrichtung, eine halbautomatische Einheit oder ein vollautomatisches CNC-gesteuertes Antriebs- und Koordinatensystem, das man Plasmaschneidanlage bzw. Plasmaschneidmaschine nennt.
Darüber hinaus noch erforderlich:
Was für ein Gas braucht man zum Plasmaschneiden?
Die Gase unterscheiden sich je nach Plasmastromquelle und sind davon abhängig, was man schneiden will:
Handgeführte Brenner:
- Druckluft
- Stickstoff
- Manche Modelle besitzen einen integrierten Kompressor
- Die Gasdrücke liegen eher niedrig im Bereich um 4 - 6 bar
- Je nach Modell sind um die 120 l/min bis auch über 200 l/m an Druckluft erforderlich
Maschinenstromquellen:
Die Gasart ist mitentscheidend über den optimalen Schnitt!
- Sauerstoff bei Baustahl
- Stickstoff als Sekundärgas bei Mehrgasbrennern / Feinstrahlplasmabrenner
- Auch Druckluft wird als Sekundärgas bei Mehrgasbrennern eingesetzt
- Argon/Wasserstoff-Gemisch für Edelstahl
- Stickstoff als Plasmagas bei Aluminium und Edelstahl
- Formiergas mit 5 % oder 10 % für dünnen Edelstahl
- Übliche Gasdrücke um 8 bar bis 11 bar
Die verschiedenen Gasarten erzeugen unterschiedliche Schnittergebnisse bei verschiedenen Metallen.
Alle einsetzbaren Gasarten hängen von der Gasmischkonsole der Plasmabrennerart ab und sind modellabhängig. Sie dürfen NIEMALS ohne Erlaubnis des Herstellers beliebig gewechselt werden - Explosionsgefahr, Brandgefahr. Daher immer Handbuch des Plasmabrenners zurate ziehen!
Gefahren beim Plasmaschneiden - wie gefährlich ist es?
- Schutz für Stromschlag
- Atemschutz
- Ozon O3
- Feinstaub
- Alveolengängige Stäube mit Partikelgrößen unter 0,1 µm
- Gehörschutz
- UV-Schutz
- Herzschrittmacher aus Reichweite
- Funkenflug, Brandgefahr
- Herum spritzendes flüssiges Metall beim Lochstechen
Welche Rolle spielt Ozon beim Plasmaschneiden?
- Durch Ionisation des Plasmagases und seiner anschließenden elektrischen Entladung entsteht Ozon.
- Ozon ist ein Gas, dass der Mensch über die Lunge gut aufnimmt
- Ozon wird als "frischer" Geruch wahrgenommen, erzeugt aber Schwindelgefühl im Kopf
- Ozon zerfällt im Körper nach kurzer Zeit von allein und verflüchtigt sich auch im Betrieb
- Beim Plasmaschneiden muss für genügend Frischluft bzw. für eine geeignete Filteranlage gesorgt werden
- Ozon gilt als keimtötendes Desinfektionsmittel und kann daher zu einer Reizung der Atemwege führen
Sicherheitsanforderungen beim Plasmaschneiden
- Ausbildung und Sicherheitsanleitung des Bedienpersonals
- Gehör- und Augenschutz
- Hand- und Sicherheitsschuhe
- Sicherheitskleidung
- Erdung des Systems
- Absaugung der Plasmastäube und Plasmadämpfe
- Keine Herzschrittmacher in der Nähe
- Sicherung gegen Brandgefahr
- Sicherung gegen elektrischen Schlag
Welche Materialien kann man Plasmaschneiden und wie dick?
Je nach eingesetzter Plasmabrennerart kann man grob skizziert folgende Aussagen zu den Materialien treffen, die sich Plasmaschneiden lassen:
Metalle:
- Stahl, alle Arten, bis ca. 160 mm Materialdicke
- Werkzeugstahl
- Baustahl
- Hitzebeständiger Stahl
- Hochfeste Stähle
- Edelstähle, je nach Legierung mit anderen Schnittergebnissen, was Grat und Schnittparameter betrifft bis ca. 160 mm Materialdicke mit Einschränkungen, z.B. Anstechen nur vom Rand.
- Aluminium eignet sich gut zum Plasmaschneiden bis ca. 160 mm Materialdicke mit Einschränkungen
Nicht-Metalle:
Bei Nicht-Metallen kommt in der Regel das Plasmaschneidverfahren mit dem Nichtübertragenden Lichtbogen zum Einsatz.
- Kunststoffe, die elektrisch leitfähig sind
- Beton, wenn nur ein Trennschnitt mit stehendem Lichtbogen erforderlich ist
- Gitterroste lassen sich über einen stehenden Lichtbogen oder über ein Opferblech oder eine Opferelektrode schneiden
Hinweis: Hierzu bedarf es bestimmter Plasmaschneider, da nicht jedes Modell für dieses Verfahren geeignet ist.
Wieso schneidet der Plasmabrenner bis zu 160 mm dicken Stahl?
Die Energie des Plasmastrahls reicht aus, um beispielsweise 160 mm dicken Edelstahl zu trennen.
Wo kommt diese enorme Energie beim Plasmaschneiden her?
- Plasmaschneiden ist ein thermischer Schneidprozess, bei dem ein Gas durch elektrische Energie ionisiert wird, d.h. die Elektronen auf den äußeren Atomschalen werden frei gesetzt. Beim Auftreffen des ionisierten Gases auf das Schneidgut fallen die Elektronen auf ihre ursprünglichen Schalen zurück und geben so Rekombinationsenergie frei, die am Auftreffpunkt des Materials Temperaturen um die 30.000 K erreicht. Das zu schneidende Material verflüssigt sich quasi sofort und wird durch den Gasstrahl aus der entstehenden Schnittfuge heraus geblasen. Aufgrund der hohen Energie wird ein geringer Teil des Materials im Brennfleckzentrum sublimiert.
- Wir sprechen beim Plasmaschneiden von einem Schmelzschneidprozess, da der Einfluss der extremen Hitze durch den Lichtbogen größer ist, als der des Brennschneidprozesses, der bei Verbrennung mit Sauerstoff zum Tragen kommt.
- Plasma wird als der 4. Aggregatzustand in der Natur bezeichnet. Wahrscheinlich hatte bereits jeder Mensch schon einmal Kontakt mit Plasma in der freien Natur - nämlich während eines Gewitters. Die elektrische Entladung des Lichtbogens erzeugt Plasmagas - ein Gas, das man sogar riechen kann. Manche Menschen sprechen auch von "reiner Luft" nach einem Gewitter und meinen dabei das als "frisch" riechende Gas - Ozon O3, das durch die elektrische Entladung entsteht.
- Die dazugehörigen Plasmaschneidmaschinen werden in einem gesonderten Kapitel unter "Schneidmaschinen" betrachtet.
- Plasma besitzt eine höhere kinetische Energie als der Laser, jedoch lässt sich seine Energie nicht auf einen so kleinen Brennfleck fokussieren wie beim Laser. Daher bleibt seine Energiedichte gegenüber der des Lasers zurück.
Was kostet Plasmaschneiden?
Wie setzen sich die Schneidkosten zusammen?
Die Schneidkosten eines Plasmaschneiders setzen sich aus folgenden einzelnen Positionen zusammen:
- Investitionskosten, Abschreibung
- Maschinenbediener
- Hallenmiete für die Stellfläche
- Verschleißteile für den Plasmabrenner: Düsen, Elektroden, Wirbelringe, Shield
- Ersatzteile wie das Schlauchpaket, Brennkopf
- Wartungskosten pro Jahr
- Energiekosten (auch für das Equipment wie Filter, Kühlung etc.)
- Gasverbrauch
- gegebenenfalls Kosten für den erforderlichen Filterbetrieb der entstehenden Gase
Die Betriebskosten eines Plasmabrenners schwanken je nach Modell sehr stark. Generell kann man davon ausgehen, dass die
- Betriebskosten bei Handplasmabrennern zwischen 10,- Euro bis 20 ,- Euro pro Schneidstunde liegen.
- Während die Betriebskosten eines Maschinenbrenners eher bei 25,- Euro bis 60,- Euro und darüber liegen, je nachdem in welchen Materialdicken man sich bewegt.
- Je dicker man schneidet, desto höher der Energiebedarf und desto kurzlebiger die Verschleißteile.
- Zu den Betriebskosten kommen noch die Bediener-, die Abschreibungs- und die Mietkosten für die Stellfläche hinzu, sodass die realen Kosten in der Industrie weitaus höher liegen und von Betrieb zu Betrieb verschieden sind. Darüber hinaus dürfen auch die Kosten für den Betrieb der Filteranlage sowie die Materialauflagen im Schneidtisch, die als Verschleißteile gelten, nicht vergessen werden.
Wie lange hält eine Plasmadüse?
Dies hängt vom Brennertyp, dem Schneidstrom, dem Abstand vom Brenner zum Schneidmaterial und der Kühlung ab. Generelle Aussagen sind daher gar nicht möglich. Meistens spiegelt sich die Lebensdauer der Düse und der Elektrode im Betriebsstundensatz wider.
- Eine Elektrode hält zwei Düsen aus.
- Eine Düse kann zwei bis vier Stunden halten. Bei Handbrennern auch darüber hinaus. Beim Schneiden von dicken Materialien kann auch jede Stunde eine Düse fällig werden.
- Neben Düsen und Elektroden sind auch Wirbelringe, Shield-Kappen, Schraubkappen, der Brennerkörper und das Brennerschlauchpaket Verschleißteile, die nur eine bestimmte Lebensdauer besitzen.
In einem speziellen Kapitel über Verschleißteile werden weit aus mehr Details aufgeführt.
Wie viel Strom braucht der Plasmastrahl?
- Einfache Handplasmabrenner: ab 230 V Wechselstromsteckdose mit 16 A. Leistung im Bereich 2,5 kVA.
- Leistungsstarke Handplasmabrenner: 440 V Drehstrom, 50 Hz, mit 16 A oder 32 A. Leistung im Bereich 5 kW und mehr
- Maschinenplasmabrenner: Drehstrom mit 440 V benötigen, 50 Hz, ab 32 kW, 45 kW, 65 kW bis zu ca. 180 kVA mit externem Kühlaggregat
Tipp: Klären Sie den Strombedarf für das Plasmaschneiden im Vorfeld ab, damit es nicht zu teuren Verbrauchsspitzen kommt oder Ihr Hausanschlusstrafo zusammen bricht.
In welcher Anwendung setzt man das Plasmaschneiden ein?
- Das Plasmaschneiden kann überall dort eingesetzt werden, wo das zu schneidende Material elektrisch leitfähig ist
- Plasmaschneiden erreicht die extrem hohe Schnittqualität eines Lasers und sollte daher auch nicht mit den Lasereigenschaften verwechselt werden
- Mit Plasma lassen sich auch Löcher mit geringem Durchmesser schneiden, aber nicht in der Genauigkeit eines Lasers. Es ist nicht sinnvoll, mit Plasma kleine oder besonders schwierige Konturen zu schneiden.
- Die Plasmatechnik mit eingeschnürtem Plasmastrahl eignet sich gut für die Bearbeitung von Fasen.
- Liegt die Fokussierung auf der Wahl eines Plasmas mit hoher thermischer Energie und erhöhter Einschnürwirkung kann auch Plasmaschneiden von Fasen mit einer CNC-gesteuerten Schneidanlage umgesetzt werden.
- Die gute Schnittqualität eines einfachen Plasmaschneiders eignet sich für senkrechte Schnitte.
- Die Schnittgenauigkeit beim Plasma liegt in einer niedrigeren Genauigkeitsklasse - siehe Erklärung aus der Norm EN ISO9013 dazu. Dennoch ist die Genauigkeit für viele Branchen in Industrie und Handwerk völlig ausreichend.
- Die Schnittrauheit beim Plasmaschneiden von Baustahl ist die große Stärke von Plasma, an die kaum eine andere Schneidtechnologie heranreicht mit Ausnahme des Brennschneidens.
Einsatzbereiche des Plasmaschneiders mit übertragenden Lichtbogen
- Metallbau, Schlosserei
- Behälterbau
- Heizungs-, Klima-, Lüftungsindustrie HKL
- Maschinenbau
- Fahrzeugbau
- Baustellenfahrzeuge
- Anlagenbau
- Kessel-, Behälter-, Ofenbau
- Apparatebau
- Chemische Industrie
- Landwirtschaftliche Maschinen
- Fassadenbau
- Treppenbau
- Stahlhandel, Service-Center, Jobshops, Lohnschneider
Einsatzbereiche des Plasmaschneiders mit nicht übertragendem Lichtbogen
- Mobiler Einsatz auf Baustellen z. B. Lichtschächte, Gitterroste etc.
- Spezielle Anforderungen, wenn nicht Strom leitende Stoffe geschnitten werden sollen
- Plasmareinigen, Plasmabeschichten
Wir möchten mit unserer CNC Plasmaschneidanlage mit Lichtbogenhöhenregelung eine 8 mm starke Stahlplatte mit der Tafelgröße 1,5 m x 3 m sauber trennen, d.h. ohne Einstichloch. Ein Workaround wäre ja, neben der Platte eine kleine Hilfsplatte zu fixieren, wo der Einstich erfolgt und der Trennschnitt startet. Aber gibt es nicht elegantere und einfachere Möglichkeiten per Software oder EInstellungen am Gerät?
Prinzipiell kann man das so machen. Aber es geht schneller und wird in der Regel auch so gemacht, wenn Du den Plasmaschneidkopf an den Rand des Blechs bewegst und den Schnitt von dort aus direkt startest. Du willst doch nur eine Blechplatte abtrennen, d.h. es kommt dabei nicht auf die beste Schnittqualität an. Und deshalb wird häufig die Höhenregelung ausgeschaltet und man fährt mit konstanter, unter Umständen auch falscher Höhe, den Trennschnitt manuell ab. Aufpassen, dass der Brenner nicht aufsetzt, daher lieber etwas zu hoch, als zu nah dran. Und dann geht das ziemlich schnell. Einfach seitlich ran fahren, Libo aus, Starten und losfahren. Der Plasmabrenner zündet sobald er das Blech erreicht. Kleiner Nachteil: Die Elektrode brennt ein wenig schneller ab und Du solltest auf eine mögliche Crashgefahr achten.
Wenn Dir jedoch auch die Schnittqualität wichtig ist, dann gibt es noch eine andere Möglichkeit.
Daher probiere mal folgendes aus: Fahre den Schneidkopf an den Rand des Bleches, aber ein oder zwei (muss man ausprobieren) Millimeter darüber hinaus, so dass der Brenner jetzt nah am Blech aber dennoch in der Luft zündet. Schalte vorher die Libo aus und starte erst dann den Brenner. Der Pilotlichtbogen zündet unter Umständen mehrmals, vielleicht muss man dann noch manuell ein Stück näher dran ans Blech, bis der Pilotlichtbogen den Rand findet. Hat er das Blech erkannt, zündet der Hauptlichtbogen und Du kannst starten. Jetzt kannst Du sogar die Libo wieder einschalten und bekommst eine geregelte Schnitthöhe. Kurz vor dem Ende muss man die Libo aber wieder ausschalten, damit der Brenner nicht abtaucht. Sonst ist der Düsenverschleiß zu hoch. Damit sollte es gelingen einen sauberen Schnitt hinzubekommen.
Trennen durch Programmierung? Was hingegen nicht funktioniert, ist der folgende Plan: Durch das CNC-Programm den Brenner so zu verfahren, dass der Brenner nahe an die Kante der Platte fährt, so dass die THC Steuerung beim Start die Oberfläche antippt und den Abstand messen kann. Dann fährt der Brenner wie gehabt hoch, zündet, fährt 2 cm in die entgegengesetzte Richtung, fährt bis auf den korrekten, zuvor gemessenen Abstand herunter und fährt dann die zu schneidende Linie ab?
Dies funktioniert aus folgendem Grund nicht: Wenn man ein Programm auf der CNC lädt, dann wird der gesamte G-Code in den RAM-Speicher geladen, die Verfahrdatensätze werden berechnet, die Schnittfugenkompensation wird ermittelt und vieles mehr. Normalerweise ist da ein manueller Eingriff nicht mehr möglich. Deshalb werden die Achsen auch vorher verfahren, der Startpunkt wird vorher gesetzt. Wenn Du nun einen zusätzlichen Befehl für das Verfahren der Anlage zum Blechrand von 2 cm einprogrammierst ist das zwar möglich, doch wenn Du diese 2cm danach erneut abfährst, geht Dir sehr wahrscheinlich der Plasmabrenner aus, denn er findet dort kein Material mehr vor. Daher dürfte das auch problematisch werden. Probleme könnte es auch damit geben, dass Du keine geschlossene Kontur hast und die Ermittlung der Schnittfugenkompensation damit nicht möglich ist - die CNC wird wahrscheinlich aussteigen.
Ich möchte ein Rechteck aus einer 15 mm dicken Stahlplatte ausschneiden. Dabei habe ich folgendes Problem: Wenn ich das Rechteck ausschneide, dann ist der Schnitt auf den Seiten A und B gerade, also senkrecht, der Schnitt auf den Seiten C und D ist aber leicht schräg. Wie kann ich den schrägen Schnitt vermeiden?
Genau dies ist bei Plasma physikalisch bedingt normal. Wobei wir hier von Normalplasma reden. Beim Normalplasma sind häufig 2 Seiten besonders schhräg. Die Erklärung findest Du im Wirbelring des Brennerns. Das Plasmagas wird im Brenner verwirbelt. Es gibt Wirbelringe die linkserherum verwirbelen oder rechtsherum. Die Verwirbelung hat das Ziel, den Lichtbogen zu stabilisieren, ihn einzuschnüren. Bei Normalplasmabrennern gelingt das in der Regel weniger gut, als bei Feinstrahlplasmabrennern.
Das Problem im einzelnen erklärt: Stelle Dir in der Draufsicht den Gaswirbel vor und zeichne im Kopf einen Vektorpfeil in Drehrichtung des Wirbels. Und nun bringe im Gedanken diesen Wirbel an das Metall und bewege den Wirbel in Schneidrichtung. Dann kannst Du feststellen dass die Vektoren der Bewegungsrichtung der Maschine und der Drehrichtung des Wirbelvektors sich in zwei Achsen aufheben und in den anderen zwei Achsen verstärken. Damit besitzt das System an zwei Achsen nicht mehr die idealen Voraussetzungen und zwei Seiten werden schräg. Diese Physik gilt auch bei Feinstrahlplasmabrennern, doch dort wird durch eine zusätzliche innere Schraubkappe durch die ein zusätzliches Sekundärgas geleitet wird, der Lichtbogen weit aus stärker eingeschnürt und stabilisiert, so dass dort in der Regel drei Seiten gerade sind und eine Seite in wenig schräg verläuft.
Auch die Schnittschräge unterscheidet sich elementar: Während bei Normalplasma Schnittschrägen um 8° vorkommen können, liegen sie bei Feinstrahlplasma in der Regel unter 3°.
Soweit zur Physik der Plasmaschneidsysteme. Es kann aber auch eine andere ganz einfache Ursache haben:
1. Sitzt der Brennerkörper 100% senkrecht auf dem Blech? Das kannst Du mit einem Winkel sehr schnell selber nachprüfen und solche Fehler sind die einfachsten und die häufigsten. Nach einem Crash oder einem Düsenweschel kann sich die Brennerhalterung dejustieren. Also einfach nachstellen.
2. Eine weitere Ursache können abgebrannte, abgenutzte Düsen sein, wenn z.B. die Innenbohrung nicht mehr 100% rund ist, bekommst Du auch Probleme dieser Art.
3. Ein weiterer Grund könnte in einer schlechten Masseverbindung/Erdung des Schneidtisches liegen, so dass der Lichtbogen einseitig abgelenkt wird - dies tritt zwar deutlich seltener auf, aber möglich.
Beim Plasmaschneiden habe ich das Problem, dass auf einer kurzen Strecke der Schnitt auf einmal wieder mit Plasma zufließt. Geschnitten wird eine Stahlplatte 15 mm dick. Bei größeren Schnittlängen ab 60 cm funktioniert es bestens, nur auf einer Strecke von 10 cm wurde der Schnitt wieder mit Plasma verschlossen.Am Luftdruck und an der Luftmenge kann es kaum liegen, da ich einen ausgewachsenen Baukompressor verwende. Woran könnte es sonst noch liegen?
Überprüfen Sie alle Einstellungen und ebenso die korrekten Verschleißteile.
Was uns bereits begegnet ist, waren Komplikationen mit Druckschwankungen am Kompressor. Hintergrund: Wenn nebenan die Lackiererei am sprühen war, konnten wir die Schnittqualität beim Plasma vergessen. Druckschwankungen sind genauso übel. Plasma braucht eine ganze Menge Luft und dies konstant. Wenn die Luftmenge durch Druckschwankungen nicht stimmt, kann man so manches Problem bekommen.
Eine Störung mit dem Plasmazuschnitt lag auch bei verschmutzen Gasen oder Partikeln in der Gaszuleitung. Hier auch sicherstellen, dass alles stimmt.
Dies ist abhängig von der Dicke. Wenn das Blech 100 mm oder dicker ist und viele Kleinteile daraus zu schneiden sind, dann dauert das Abräumen und Beschicken der Maschine schon recht lange. In diesem Fall wären sogar zwei Stunden Schneidzeit noch ein akzeptabler Wert. Wenn das Blech aber nur eine dünne oder mittlere Dicke von beispielsweise 10 mm oder dünner besitzt, dann wäre eine Auslastung von zwei Stunden kein besonders guter Wert und es müsste das Ziel sein, mehr Schneidzeit auf der Maschine zu erreichen.
Je höher die Schneidzeit, desto besser die Auslastung der Schneidanlage, desto geringer die Betriebskosten, desto höher die Wirtschaftlichkeit der Schneidanlage.
FAQ: Stellen Sie Ihre Frage zum Thema: Plasmaschneiden
Und so geht es weiter:
Ihre Marke, Ihre Produkte im Schneidforum
