Plasmaschneider richtig auswählen

Plasmaschneider beim Lochstechen in Werkzeugstahl 15 mm dick
Plasmaschneider beim Lochstechen in 15 mm Stahl

In diesem Kapitel des Schneidwissens befaßen wir uns mit konkreten Plasmabrennern und Plasmastromquellen und stellen Auswahlkritieren und Besonderheiten vor, auf die zu achten ist, wenn ein passender Plasmaschneider installiert werden soll.

 

Nicht jeder Schneidprozess ist für jede Aufgabenstellung ideal geeignet.

Ergänzend führt Dipl-Ing. Gerhard Hoffmann ein Beispiel aus der Consulting-Praxis an:

„Ein Anlagenbauer nutzte für seine Produktion eine 9 Jahre alte autogene CNC-Brennschneidmaschine. Nach dem Motto „alt aber bezahlt“ nahm er an, dass er seine Brennteile keinesfalls preiswerter schneiden könne. Der Einkauf von Fremdteilen war nicht möglich, da die Lieferzeiten mit bis zu zwei Wochen für die Zuschnitte nicht tragbar waren. 

Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung ergab, dass er 25 % zu teuer produzierte, weil er den falschen Schneidprozess gewählt hat."

Nach welchen Kriterien der passende Schneidprozess auszuwählen ist, beschreibt unser Artikel "Projektierungs-Wissen: Der richtige Schneidprozess".

Doch wenn es in Detail darum geht, welchen Plasmabrenner man einsetzt, sind weitere Überlegungen hilfreich, die wir Ihnen hier vorstellen.

9 Tipps für die Auswahl des richtigen Plasmaschneiders


Tipp 1: Handplasmaschneider oder Maschinenbrenner?

Dies ist die erste Frage, die man sich stellen sollte, will ich mit einer stationären CNC-gesteuerten Plasmaschneidmaschine oder einem manuellen Handplasmaschneider meine Schneidaufgabe lösen?

Folgende Überlegungen sprechen für einen Handplasmaschneider:

  • Handplasmaschneider bieten Mobilität, die für die Baustelle erforderlich ist
  • Einfache Handhabung von jedem eingewiesenem Werker zu bewerkstelligen

  • Die Schnittqualität spielt nicht die wichtigste Rolle bei der Auswahl

  • Einsatz für bestehende Behälter, Böden etc.

  • Gelegentlicher Einsatz: Handplasmaschneider besitzen in der Regel keine 100% Einschaltdauer, oftmals liegt der Wert bei 60 %

  • Eingeschränkte Energie und Medienversorgung: Auf der Baustelle muss oftmals mit Kabeltrommel und geringeren Leistungen als bei Festinstallationen gearbeitet werden. Selten stehen Spezialgase zur Verfügung, daher arbeiten Handplasmaschneider oft mit Druckluft

  • Für ausreichende Frischluft ist gesorgt, Einsatz daher im Freien

  • Vorsicht beim Umgang mit Strom in feuchter Umgebung, Sicherheitsvorschriften beachten!

Folgende Überlegungen sprechen für einen stationären Plasmaschneider an einem CNC-gesteuerten Führungsportal:

  • Serienfertigung von Plasmazuschnitten
  • Reproduzierbarkeit von Zuschnitten
  • Hohe Schnittqualität der Plasmateile gewünscht
  • Maßhaltigkeit muss der ISO 9013 entsprechen
  • Lohnarbeiten beabsichtigt
  • Energie und Medien sind beliebig verfügbar
  • Hohe Austragsleistung
  • Kontinuierliche Schnittqualität erwünscht
  • Hohe Automatisierbarkeit durch auto. Gaskonsolen und Verknüpfbarkeit mit der CNC-Steuerung des Führungsportals
  • Schnelle Verfügbarkeit
  • Einschaltdauer der Plasmastromquelle 100% ED


Tipp 2: Was will man schneiden?

Mit Plasma lassen sich alle elektrisch leitfähigen Metalle schneiden, doch nicht jedes gleich gut. Der Einsatz von Plasma ist primär für den Schwarz-Bereich, also Baustähle, prädestiniert. Die Festigkeit des Baustahls spielt für die Qualität des Schnittes nur eine untergeordnete Rolle. Ganz anders sieht es aus, wenn man legierte Stähle oder Buntmetalle, Aluminium etc. schneiden will. Hier haben die Hersteller diverse Optimierungen vorgenommen, bei dem das eine Gerät sich vom anderen unterscheidet. Für Edelstahlanwendungen gibt es spezielle Brenner, beispielsweise mit einem injizierenden Wasserstrahl, der für eine zusätzliche Kühlung im Schnitt sorgt. Andere Hersteller haben spezielle Düsen und Gasregelungen entwickelt, die Edelstähle wesentlich besser schneiden, als dies noch vor wenigen Jahren der Fall war.

Sinnvoll ist es daher, im Vorfeld Schnittmuster erzeugen zu lassen und zu überprüfen, ob die gezeigte Schnittqualität die Anforderungen erfüllt.

Im Maschinenplasmabereich haben Vergleichsrechnungen gezeigt, dass Plasmaschneidmaschinen bis ca. 35 max. 40 mm Materialdicke wirtschaftlicher schneiden als 3 Autogenbrenner gleichzeitig. Die Wirtschaftlichkeit des Plasmaschneidverfahrens ist generell sehr hoch. Im Schnittkostenkalkulator können Sie auf Basis der Schnittmeterlängen die Schneidtechnologien gegenüberstellen. (Vorher einloggen erforderlich)


Tipp 3: Wie dick will man schneiden?

Von der Dicke des geplanten Schnittes hängt auch die Leistung ab. Bei handgeführten Plasmaschneidern kann man häufig dicker schneiden als mit Maschinenbrennern. Dies liegt daran, dass die Hand automatisch einfach langsamer den Schneidkopf zieht und so länger an einem Punkt verweilt, mehr thermische Energie in das Material einbringt und so auch größere Dicken durchtrennt - natürlich auf Kosten der Schnittqualität. Der Maschinenbrenner ist hingegen auf Qualität getrimmt, hier wird der Hersteller in seinem Tabellenhandbuch schon bei weitaus geringeren Dicken vom Schnitt abraten, da dann der Verschleiß der Plasmadüsen stark zunehmen wird und die Schnittqualität absinkt. Außerdem kann häufig mit dem Handplasmaschneider vom Rand des Blechs gestartet werden, während der Maschinenbrenner auch im vollen Material einstechen muss, so dass auch hier der Hersteller Grenzen vorgibt, die beim Handgerät geringer sind. Wenn man keinen Wert auf Schnittqualität und Schnittkosten legt, lassen sich alle Plasmaschneider in gewissen Grenzen "überdrehen", doch dies würde man Maschinenbrennern tunlichst vermeiden.

Wir empfehlen daher, beim Plasmamaschinenschneider die Stromquelle etwas zu überdimensionieren bzw. einfach eine Nummer größer zu kaufen, um so mehr Leistungsreserven im oberen Dickenbereich zu sichern.

Weiterführende Informationen finden Sie im Kapitel über die Grenzen des Plasmaschneidens.

Tipp 4: Wie genau muss man schneiden?

Die Frage nach der Genauigkeit des Zuschnitts bestimmt im großen Masse die Auswahl des Plasmaschneiders. Mit CNC-gesteuerten Plasmaschneidmaschinen  lassen sich bessere Genauigkeit erreichen, als dies mit Handbrennern der Fall ist. Doch damit nicht genug: Feinstrahlplasmabrenner mit eingeschnürtem Lichtbogen erreichen wesentlich genauere Schnittkanten und geringere Schnittwinkelfehler. Zur Vertiefung verweisen wir auf zwei Kapitel: Genauigkeit beim Plasmaschneiden und Norm für thermische Zuschnitte ISO 9013.

Die Frage nach einem genauen Schnitt wird hingegen nicht allein vom Plasmaschneider bestimmt, sondern auch von der Qualität der Führungsmaschine. Wichtige Begriffe in diesem Zusammenhang sind die Positioniergenauigkeit und die Wiederholgenauigkeit. Auch der Kreisformfehler könnte beim Schneiden von großen Ronden ins Gewicht fallen. Sucht man daher ein genaues Produktionsmittel so kommt es auf die Abstimmung des gesamten Schneidsystems an und seinen statischen und dynamischen Eigenschaften.

Tipp 5: Können die Plasmazuschnitte von Baustahl verschweißt werden?

Im Handplasmabereich werden sehr häufig Löcher geschnitten, d.h. der Ausschnitt ist damit der Abfall. Oftmals wird der Handplasmaschneider eingesetzt, um störende Bauteile zu teilen oder um etwas abzuschneiden. Beim Maschinenplasmaschneider hingegen sind die ausgeschnittenen Teile in der Regel die Gutteile, am Brenntisch bleibt das Restblech als Schrott zurück.

Sollen die mit dem Plasmaschneider ausgeschnittenen Teile im Nachgang verschweißt werden, dann können manche Bauvorschriften und Normen eine porenfreie Schweißnaht verlangen und dies wird i. d. R. erreicht, indem der Baustahl mit Sauerstoff plasmageschnitten wird. Daher stellt sich die generelle Frage, kann der geplante Plasmaschneider mit Sauerstoff sicher betrieben werden? Denn eine Vielzahl von Plasmaschneidern im Handbereich darf nicht mit Sauerstoff betrieben werden, dies sollten Sie im Vorfeld überprüfen. Schneidet man Baustahl hingegen mit Luft müssen die Schneidkanten nachbearbeitet werden, z.B. abgeflext werden, damit man sie porenfrei verschweißen kann. Dies erzeugt einen zusätzlichen Aufwand und damit zusätzliche Kosten.


Tipp 6: Wie hoch sind die Anforderungen an die Schnittqualität?

Im Handplasmabereich darf man keine Wunder erwarten. Der Plasmaschnitt ist abhängig von der richtigen Geschwindigkeit, eine CNC-Steuerung kann diese kontinuierlich konstant halten, zumindest weitestgehend. In Ecken und kleinen Kreisen ist dies physikalisch natürlich nicht möglich. Doch mit der Handführung kann man 1.285 mm/min nicht von 1.355 mm/min Vorschub unterscheiden. Von einer konstanten Geschwindigkeit ganz zu schweigen. Das ist manuell schlicht nicht möglich. Im Maschinenbereich wäre diese Geschwindigkeitsabweichung jedoch ein Kriterium für Ausschuss.

Ebenso die Höhennachreglung, die auf der Plasmaschneidmaschine akribisch im Zehntelmillimeter-Bereich nachgeführt wird, während man beim Handplasmabrenner nur mit einem Relativabstand über eine Düsenerhöhung oder einen Abstandshalter verfügt. Auch hier liegen Welten zwischen den beiden Plasmaschneidern und erklären damit die Qualitätsunterschiede.

Die Gasmischung und die Gaszusammenstellung sind ein weiteres Unterscheidungsmerkmal zwischen Handplasmaschneidern und Maschinenplasmaschneidern. Viele Maschinenplasmasschneider bieten die Möglichkeit eine automatische Gaskonsole einzusetzen, so dass über die CNC automatisch die korrekten Gasdrücke und Durchflüsse eingestellt werden. Außerdem bietet eine automatische Gaskonsole die Möglichkeit, je nach Modell, nach Belieben den Zuschnitt mit einer Plasmamarkierung zu versehen. Hierzu müssen moderne Hochleistungsschneider nicht einmal mehr die Düsen wechseln, die Teile können somit in einem Zug beschriftet und geschnitten werden.

Moderne Qualitätsplasmaschneider arbeiten mit Mehrgasbrennertechnik mit Wasserkühlung. Das Sekundärgas schnürt den Lichtbogen ein und kühlt die Schnittflanken, so dass wesentlich bessere Schnittqualitäten erzielbar sind, als dies bei Normalplasmaschneidern der Fall ist. Normal- sowie Handplasmaschneider setzen häufig Brenner mit nur einem Gaskanal ein. Die Schnittflanken der beiden Brennerarten können sich in der Rechtwinkligkeit stark unterscheiden, während mit dem Qualitätsplasma Schnittwinkelfehler von 2-3 ° realisierbar sind, muss ein konventioneller Brenner mit Luftplasma häufig mit Rechtwinkligkeitsfehlern von 8 bis 15° im Dünnblechbereich leben. Das mag bei Dünnblechen kaum ins Gewicht fallen, doch im mittleren Blechdickenbereich ist dies ein spürbarer Unterschied. Zur Ehrenrettung der Normalplasmaschneider sei angemerkt, dass sich im oberen Blechdickenbereich der Plasmastrahl stabilisiert und die Rechtwinkligkeit auch bei Normalplasma im oberen Dickenbereich günstiger ausfällt und eher im Bereich 3° bis 8° liegt.    


Tipp 7: Ihr Budget?

Natürlich kostet eine CNC-gesteuerte Schneidanlage mit einem entsprechenden Maschinenbrenner mit Mehrgastechnik und automatischer Gaskonsole sechsstellig aufwärts, während man CNC-gesteuerte Plasmaschneidmaschinen mit konventionellem oder mit Handplasmaschneider auch unter 50.000 € am Markt finden wird.

Noch preiswerter wird es, wenn man an ein reines Handplasmagerät denkt. Handplasmaschneider von Markenherstellern kosten je nach Modell und Leistungsstufe einige Tausend Euro. Im Internet werden häufig dubiose Plasmastromquellen von unbekannten Quellen für einige Hundert Euro angeboten, doch Vorsicht: Vorher auf jeden Fall die Sicherheitsbedingungen studieren. Man stelle sich vor, ein Monteur bekommt einen elektrischen Schlag auf der Baustelle, weil das Gerät nicht genügend isoliert ist? Man findet Berichte im Internet über Geräte, die nicht den europäischen Sicherheitsstandards entsprechen und davor warnen wir.

Tipp 8: Über den Plasmazuschnitt hinausgehende Anforderungen?

Plasma eignet sich hervorragend zum wirtschaftlichen Schneiden bis 35 max. 40 mm Blechdicke im Baustahlbereich. Soll hingegen eine Schweißfase mit angebracht werden, beträgt die Kantenlänge der Fase bei 40 bis 50 mm dickem Material schnell 60 bis 80 mm. Soll gelegentlich auch mal 60 bis 80 mm Materialdicke getrennt werden, so bestimmt dieser Parameter entscheidend die Leistung des erforderlichen Plasmabrenners. Soll hingegen Aluminium oder Edelstahl geschnitten werden, so sind auch hier die maximalen Blechdicken anzugeben. Mit den derzeit leistungsstärksten Plasmabrennern kann Edelstahl bis 160 mm Dicke getrennt werden.

Dringt die Anforderung des Plasmabrenners in extreme Bereiche vor, so spricht dies für den Einsatz des Maschinenbrenners. Es wäre für den Menschen sehr ungesund einem Plasmabrenner mit derart erforderlichen Leistungen manuell zu führen, von den Stäuben und gefährlichen Dämpfen einmal ganz angesehen. Sind exakte Schweißfasen und extreme Dicken gefordert, spricht dies eindeutig für den Einsatz von Maschinenplasmabrennern.

Hinweis: Klären Sie im Vorfeld ab, ob die erforderliche Anschlussleistung für einen Hochleistungsplasmabrenner für diese Dicken in Ihrem Betrieb zur Verfügung steht.

Tipp 9: Randbedingungen beim Einsatz eines Plasmabrenners

  • Gibt es eine CNC-Anschlussmöglichkeit für die Stromquelle? Kann diese mit der Führungsmaschine verbunden werden?
  • Gibt die Stromquelle ein passendes externes Signal für die Lichtbogenhöhenregelung ab?
  • Kann der Brenner an die bestehende CNC-Schneidanlage adaptiert werden?
  • Wie lange halten die Verschleißteile?
  • Wie hoch sind deren Kosten?
  • Kann man einen Vertrag für einen kostengünstigen Verschleißteile-Jahresabruf abschließen?
  • Wer macht den Service?
  • Wie hoch ist der Serviceaufwand?

Zum Thema Wirtschaftlichkeit von Plasmaschneidern haben wir ein eigenes Thema erstellt.  

Wenn Sie weitere Fragestellungen haben, können Sie diese im Forum stellen oder setzen Sie sich mit uns in Verbindung.


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