Höhenregelung

Plasmabrenner mit integrierter Libo-Höhenregelung
Plasmabrenner mit integrierter Libo-Höhenregelung

Pflicht bei thermischen Schneidprozessen

Thermische Schneidprozesse wie das Plasmaschneiden oder Brennschneiden erfordern eine gute Höhenregelung. Laserschneiden ohne Höhenregelung ist ebenso undenkbar. Bei Wasserstrahlschneidanlagen empfiehlt sich ebenfalls der Einsatz einer Höhenregelung, jedoch ist es für manche Anwendungen nicht unbedingt erforderlich.

Die Höhenregelung beim Autogenschneiden:

Autogenschneiden ohne Höhenregelung ist denkbar, möglich und tritt sogar häufig auf! Höhenregelungen beim Autogenprozess arbeiten mit einer Sensorik, die auf kapazitive Änderungen reagiert. Mit Hilfe einer Ringelektrode wird die Kapazität zwischen Metallplatte und Elektrode gemessen. Sobald sich das empfangene Messsignal ändert, errechnet eine Elektronik die Stellgröße für den Höhenantrieb aus und bewegt den Brennersupport samt der Ringelektrode solange auf oder ab, bis die gewünschte Führungsgröße erreicht ist. Leider verschleissen diese Ring-Elektroden unter dem Einfluss großer Hitze und Materialspritzer recht schnell, so dass viele Bediener dieses Bauelement abbauen und einfach per Augenmass die Höhe einstellen und bei Bedarf manuell nachregeln. Wenn dünnes Material unterhalb 50mm geschnitten wird, so werden diese Abtastungen (in der Umgangssprache: "Kappa" genannt) von Anwendern eingesetzt. Oberhalb einer bestimmten Materialdicke, meist größer 50 mm, nutzen nur wenige Maschinenbediener die Kappa, da die Ringe aufgrund der thermischen Einflüsse zu schnell verbrennen. Ein Problem der Praxis: Durch zurück geworfene Materialspritzer beginnen die Kappas zu schwingen, wenn sie über derartige Schlackehaufen in den Randzonen überfahren. Rost und Schmutzpartikel auf der Blechtafel lösen somit Störsignale aus und versetzen die Höhenregelung zum Regeln, obwohl real betrachtet, gar kein Grund zur Verstellung vorliegen muss. Dies führt häufig dazu, dass Bediener dann gerne auf die Kappas verzichten und lieber den Brennerabstand auf ein "sicheres" Niveau anheben und so eventuell schlechtere Schnittergebnisse in Kauf nehmen.

Neue Schneidbrenner besitzen integrierte Höhensteuerungen

Andere Brennersysteme basieren auf einer Integration von Autogenbrenner mit eigebauter Höhenregelung und teilweise sogar mit einer elektrischen Zündung. Der Vorteil dieser Konstruktion liegt in der kompakten Bauweise und dem Schutz vor Zerstörung. Der Zuschnitt auch bei dickeren Blechen kann so genauer und sauberer erfolgen. Durch den Einsatz von Automatisierungskomponenten ist der Bediener von übermässigen Nachstellarbeiten befreit und kann beispielsweise schon Teile abräumen oder putzen.

Erklärung der Funktionsweise eines Autogenbrenners mit integrieten Automationselementen:

Es existieren mehrere Abtastarten auf dem Markt. Manche Brennerköpfe basieren auf einem magnetischen Verfahren und andere auf einem kapazitiven.

Der magnetische Sensor reagiert auf Metall; nicht aber auf Wasser, ebenso nicht auf Oxide und Schlacken. Trifft nun ein Brenner mit dieser magnetischen Abtastung auf einen, beim vorherigen Lochstechen aufgeworfenen Schlackehaufen, dann wird dieser mechanisch detektiert und veranlasst die Steuerung die Vorschubgeschwindigkeit abzusenken, bei gleichzeitigem Hochfahren des Brenners, bis kein Kontakt zur Schlacke mehr vorliegt. Dabei bleibt die Flamme weiterhin an und brennt (wenngleich mit schlechterer Qualität, weil zu hohem Abstand zum Blech) die Kontur weiter. Nach Überfahren des Schlackehaufens bewegt sich der Brenner automatisch auf die optimale Höhe über dem Blech zurück und die Vorschubreduktion wird aufgehoben. Der Brenner kann deutlich näher an die Plattenkante fahren, ohne das die Höhenabtastung "unruhig" wird. Damit können Bleche mit besserer Materialausnutzung verschachtelt werden und es gibt keinen Abtastring, der verschleißt oder verbrennt.

Der kapazitive Sensor erkennt den Schlackehaufen und überfährt diesen ebenso, es kann aber dabei jedoch unter Umständen dazu führen, dass der Schnitt abreisst und erneut vorgeheizt werden muss. Beide Brennerkörperarten werden mit werkzeuglosen Düsenschnellwechselverschluss angeboten und sorgen damit auch für reibungsloseren Betrieb und schnelle Düsenwechsel.

Höhenregelung beim Plasmaschneiden:

Plasmaschneiden ohne Höhenregelung ist nicht denkbar! Im Dünnblechbereich bis zu 2 mm Blechdicke wird oft ein Platerider eingesetzt. Ein Platerider bezeichnet einen pneumatisch angedrückten Rollenteller, der über eine Gewindestellmechanik einen Differenzabstand zum Blech einhält. Dieses Verfahren ist jedoch für den Einsatz bei dicken Blechen ungeeignet und liefert keine besonders hohe Präzision, wenn Qualitätsplasmen diese einfordern.

Die Qualität des Plasmaschnittes ist mitunter abhängig von einer einwandfreien Höhe.

Über einen guten und einen schlechten Plasmazuschnitt entscheiden bereits wenige zehntel Millimeter Höhendifferenz. Diese hohe Anforderung bedeutet auch eine hohe Anforderung an die Höhenregelung. Denn sie muss nicht nur geringste Abweichungen erkennen, sie muss darüber hinaus auch sehr schnell reagieren, da Plasmaschnitte nicht selten mit bis zu 6.000 mm/min von statten gehen. Darüber hinaus muss die Höhenregelung unabfällig von Umwelteinflüssen, wie Störstrahlung, Hitze, Ultraschall und Staub sein. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde als gute Lösung die Messung der Lichtbogenspannung (Abgekürzt "Libo") eingeführt. Die Lichtbogenspannung ist eine für jeden Brennertypen charakeristische elektrische Größe, die in der Schneidstromquelle abgegriffen und als Regelgröße verwendet wird. Ändert sich die Spannung zwischen dem zu schneiden Blechstück und der Elektrode schließt eine Regelelektronik auf eine damit einhergehende Änderung des Abstands und regelt den Brennersupport so lange nach, bis der Spannungssollwert wieder dem Istwert enstpricht.
Dies ist jedoch nur eine stark vereinfachte Erklärung, denn in Wirklichkeit ist dieser Regelprozess noch von vielen weiteren Parametern abhängig, die von modernen und guten CNC-Steuerungen oder externen Höhenregelungen erfasst und verarbeitet werden. Manche Maschinenhersteller verfügen über eigene Libo-Entwicklungen, während andere Maschinenhersteller auf Drittanbieter setzen, die sich darauf spezialisiert haben. Wieder andere kaufen sich die Höhenregelung über interne Funktionalität der CNC-Steuerung ein, die dieses Gebiet heutzutage ebenfalls mit abdecken wollen. Die Funktionen unterscheiden sich je nach Modell und Hersteller und es ist ratsam, sich dieses Kernelement einer modernen Schneidanlage bis ins Deatil erklären zu lassen. Arbeitet die Höhenregeleung nicht perfekt, hat der Betreiber nicht selten im Nachgang Ärger mit Kundenreklamationen über ungenaue Zuschnitte. Oder er verbraucht Unmengen an Plasmaverschleißteilen, die schnell einige Tausendeuro im Jahr ausmachen können, weil die Höhrenregelung nicht schnell genug arbeitet.

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