Die hohe Kunst des Lochstechens beim Brennschneiden

Brennschneidanlage mit Autogenbrenner beim Zuschnitt von Baustahl 20 mm dick — Brennschneidanlage mit Autogenbrenner

Das sogenannte "Lochstechen" ist eine Kunst für sich. Gemäß Definition muss der Stahl vorher auf die Zündtemperatur erhitzt werden, damit die selbst ablaufende Verbrennung statt finden kann. Dieses Aufheizen erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Gases.

Welche Bedeutung hat das Lochstechen beim Brennschneiden

Damit eine Kontur ausgeschnitten werden kann muss ein Startpunkt der Kontur erzeugt werden. Erst wenn an diesem Startpunkt der Prozess des autogenen Brennschneidens gestartet wurde kann die Maschine mit der eigentlichen Konturfahrt und damit mit dem Ausschneiden beginnen. Zu diesem Zweck erhitzt der Maschinenbediener den Startpunkt mit einem geeigneten Heizgas und bringt diesen Punkt auf die Entzündungstemperatur. Je dicker das zu schneidende Material ist, desto länger dauert dieser Aufheizprozess. Seine Erfahrung und die Beobachtung der Farbe des Aufheizpunktes sagen ihm, wann es soweit ist und wann er den Schneidsauerstoff für die eigentliche Verbrennung des Stahls frei geben kann. Diese gesamte Prozedur nennt man das "Lochstechen".

Beim Lochstechen erzeugt der hinzugegebene Schneidsauerstoffstrahl einen starken Funkenflug und es baut sich ein Schlackehaufen am Lochrand auf, bis das geschmolzene Material durchgestoßen ist. Dieser Schlackehaufen am Rand kann je nach Materialdicke sehr groß werden und führt beim Überfahren des Brennstrahls zum Prozessabbruch - der oxygene Schneidprozess erlischt. Der Bediener übernimmt daher oft die Aufgabe, diese Schlackehaufen manuell, während des Schneidprozesses, mit einem Schaber zu entfernen, den Prozess zu beobachten und gegebenenfalls wichtige Prozessparameter, wie die Schnittgeschwindigkeit, den Düsenabstand zum Schneidgut oder die Vorheizzeit für das Lochstechen zu korrigieren. Der beim Lochstechen entstehende Funkenflug wird in modernen Schneidanlagen durch Verwendung von Proportionalventilen stark reduziert. Proportionalventile fahren den Gasdruck langsam nach bestimmten Faktoren, wie der Zeit oder der Steigung der Kennlinie hoch und erlauben damit quasi ein schonendes "Eingraben" das Sauerstoffstrahls in das Schneidgut.

Nun kommt die Erfahrung des Bedieners bzw. der Arbeitsvorbereitung ins Spiel, die in der Regel für die Erstellung des CNC-Codes verantwortlich ist. Durch Setzen eines geeigneten Anstechpunktes und damit durch Verschieben des Anstechpunktes von der Sollgeometrie des Konturteils in das Restblech und durch Wahl eines geeigneten Anschnittweges oder gar einer Anschnittgeometrie, englisch "Leadin" für den Einstich und "Leadout" für das Rausfahren des Brenners aus der Sollgeometrie, wird erreicht, dass der Schlackehaufen, der beim Lochstechen entsteht, nur minimalen bis keinen Schaden erzeugt, indem er weit genug weg von der Sollkontur des Zuschnitts positioniert wird.

Genau daher ist eine Automatisierbarkeit des Autogenschneidens nur bedingt möglich. Auch die Brennerhöhe, Schnittgeschwindigkeit und die Gasdichtigkeit der Schläuche überwacht der Maschinenbediener manuell.

Heizgase für das Brennschneiden

Acetylen, Propan, Erdgas sind die meist genutzten Gassorten, wobei der Heizprozeß mit Acetylen am schnellsten abläuft. Das Aufheizen von z.B. 20mm Stahl kann 30 bis 40 Sek. dauern. Durch spezielle Hochdruckverfahren versuchen die Maschinenhersteller die Aufheizzeit zu verringern, so dass auch preiswertere Gase, wie Propan nahe an die kurzen Zeiten des Acetylens heran kommen. Hat das Material die richtige Temperatur erreicht, was der Bediener anhand der Oberflächenfarbe abschätzt, so öffnet der Bediener den Schneidsauerstoff.

Sobald dieser hinzukommt, beginnt der Verbrennungsprozess ruckartig, die heisse Schlacke wird in einem Funkenregen aus dem Lochstechpunkt heraus geworfen.

Moderne Maschinen arbeiten mit digital geregelten Proportionalventilen, bei denen das Gas nicht schlagartig hinzugegeben wird, sondern der Gasdruck sich langsam aufbauen kann, so dass keine großen Rückspritzer entstehen. Dies schont nicht nur die Umgebung und den Bediener sondern auch die Lebensdauer der Düse.

Der sich nun beim Einstechen gebildete Schlackenrand ist gleichzeitig ein Hindernis auf dem Konturschnitt. Je nach Lage des Schlackehaufens, kann es vorkommen, dass der Brenner darüber fahren muss, was häufig zum Flammenabriß und damit zur Unterbrechung des Schneidprozesses führt. Deshalb haben sich viele Bediener Hilfswerkzeug gebaut, z.B. einen langen Metallschaber, mit dem sie während des Schneidens die heißen Schlackehaufen auf dem Blech wegschaben können.

Zur weiteren Tätigkeit des Brennschneiders gehört die Einstellung der Geschwindigkeit und der Höhe. Die Geschwindigkeit entnimmt er den Schneidtabellen seines Düsenlieferanten.

Die Höhe kann er bei vielen Anlagen nur abschätzen.

Aktuelle Maschinentechnik liefert jedoch automatische Abtastsysteme, die nach dem kapazitiven Verfahren arbeiten. Ein Abtastring aus Stahl und eine passende Auswerteelektronik dient als Sensor und steuert so den Support-Antrieb des Brennerwagens. Die Abtastringe verbrennen leicht beim Lochstechen unter dem Einfluss der Hitze, daher nehmen viele Bediener ab ca. 50, 70 mm Blechdicke die Ringe vorsichtshalber ab.

Zumal ab 70 mm die Gefahr des Materialverwerfens durch Thermik gering ist. Manche Hersteller besitzen automatische Lochstechvorrichtungen, die je nach Modell bis zu 140 mm und manche bereits bis 200 mm Materialdicke automatisch Lochstechen können.

Neueste Autogenbrenner besitzen integrierte Zündungen, integrierte Höhenregelungen die entweder kapazitiv oder magnetisch arbeiten und Schlackehaufen überfahren können.
Manche Maschinenhersteller entwickeln hochautomatisierte Schneidbrenner, die zum Teil mit Flammenüberwachung, einer verbesserten Höhenregelung oder einen werkzeuglosen Verschleißteilewechsel erlauben. Auch die Brennersupporte werden schneller und über die CNC-Steuerung analog oder digital angesteuert, was kürzere Zustellzeiten und mehr Dynamik erlaubt.

Die neuste Technik finden Sie im Bereich der Industrie 4.0-Anwendungen.

Dickblech: Kupferlanze versus mechanisches Vorbohren von Lochstechpunkten

In der Regel schneiden die meisten Anwender erst ab 5 mm autogen. Manche Anwender setzen Brenner ein, die bis 400 mm lochstechen können. Starkbrenner stechen sogar bis 800 mm ein. Da nicht jede Anlage mit derartiger Brennertechnik ausgestattet ist (Gaszuleitungen, Schläuche und Ventile dafür nicht ausgelegt sind!) und überdies derart dicke Stähle seltener geschnitten werden, setzen Anwender in der Regel ab ca. 250/300 mm Materialdicke das Lochstechen mit der Lanze ein.

Lochstechen mit Lanze

Beim Lochstechen mit der Lanze wird durch ein ca. 2 m langes Kupferrohr der Sauerstoff hinzugeführt, unter konstantem Durchschieben des Kupferrohres, dass hierbei in kurzer Zeit abgebrannt ist. Als Funkenspritz-Schutz bauen sich die Anwender einen einfachen Funkenschutz aus Metall.
Dies stellt eine relativ preiswerte Lösung dar, die jedoch ein wenig Erfahrung benötigt und starke Umweltnachteile (Lärm, Schmutz, Funkenflug, Hitze) mit sich bringt. Beim Lochstechen mit der Lanze ist die Unfallgefahr hoch, da durch den Funkenflug Verbrennungen hervor gerufen werden können, die Gasleitungen können beschädigt werden, so dass Explosionsgefahr besteht und in einem uns bekannten Fall haben sich die Ventile bei diesen Belastungen funktionell verabschiedet, was zu erheblichen Verbrennungen an den Händen des Bedieners führte - also höchste Vorsicht ist hier geboten.

Mechanisches Vorbohren:

Alternativ zur Lanze ist auch ein mechanisches Vorbohren der Einstechlöcher mit Hilfe einer Magnet-Bohranlage möglich. Dazu haben wir folgende Gedanken: Mechanisches Vorbohren dauert länger als das Einstechen mit der Lanze.
Es gibt Anwendungen, bei denen das Bohraggregat auf das Brennportal aufgesetzt wird und man führt den Arbeitsschritt in einem Durchgang aus. Die CNC-Steuerung kennt die exakte Positionen, an denen Lochstechpunkte erfordelrich sind. Das Material muss nicht noch einmal bewegt werden, der Bohrkopf kann genau positioniert werden und die Arbeit kann über Nacht mannlos erfolgen. Die möglichen Nachteile könnten indes sein: Z.B. stumpfer Bohrer, Bohrerbruch, erhöhter Wartungsaufwand, mechanische Belastung der Brennanlage und nicht zuletzt, die Blockade der Brennanlage für viele Stunden durch Bohrarbeiten. Manche Anwender, bei denen dickes Material häufiger geschnitten wird, setzen eine eigene CNC-Bohranlage ein und nehmen das Umladen des Materials in Kauf. Grundsätzlich ist das Vorbohren eine sichere und saubere Lösung.