Vorteile Brennschneiden - Vergleich zu Plasma und Laser. Lohnt es sich?

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Autogenbrenner beim Zuschnitt
Autogenbrenner mit Propan als Heizgas und Sauerstoff als Schneidgas

Das autogene Brennschneiden besitzt auch nach über 100 Jahren Anwendung immer noch ein großes Einsatzgebiet aufgrund folgender Vorteile und Eigenschaften, die das Autogenschneiden einzigartig machen und sehr wahrscheinlich auch in Zukunft unersetzbar sein lassen. Ob nun die Liste der Vorteile oder die Aufzählung der Nachteile bei Ihnen den Ausschlag für oder gegen den Einsatz des autogenen Brennschneidens bewirken, muss jeder Anwender für sich selber entscheiden.

Vorteile Brennschneiden

  • Kostengünstiges Schneidverfahren
  • Standzeiten der Schneiddüsen sehr hoch
  • Wirtschaftlichstes Verfahren beim Schneiden von Baustählen im Grobblechbereich, dicker als 30 / 40 mm
  • Kaum Dickenbeschränkungen: Autogenschneiden von meterdicken Blechen ist möglich
  • Einfachere CNC-Maschinentechnik genügt bereits
  • Keine besonders großen Anforderungen an den Brennschneidtisch bzw. seine Materialauflage
  • Materialauflagen selber herstellbar
  • Schneidanwendungen mit Mehrfachbrennern sind relativ einfach zu lösen
  • Verkettete Anlagen mit wirtschaftlichen Übergrößen sind einfach realisierbar
  • Robustes Schneidverfahren, auch für raue Umgebungen geeignet
  • Aufwand an Filtertechnik ist geringer als beim Plasmaschneiden
  • Auch geeignet für Fasenanwendungen, Kippwinkel durch spezielle Düsen i.d.R. größer als beim Plasmaschneiden
  • Variationen durch Einsatz andere Heizgastechnik und anderer Düsen möglich
  • CO2-Einsparung, wenn "grüner" H2 Wasserstoff als Heizgas verwendet wird
  • Benötigt für den Schneidprozess keinen elektrischen Strom (natürlich wird für die CNC, Antriebe, Überwachung, Ventile etc. ein wenig elektr. Energie benötigt, dies gilt auch für alle anderen Schneidverfahren)
  • Neue Technologien erlauben auch die Digitalisierung des Verfahrens, samt Zugriff auf Schneidparameter über Datenbank und Visualisierung des Prozesses über App und Smartphone oder Tablett
  • Lautstärke des Verfahrens ist i.d.R. wesentlich geringer als beim Plasmaschneiden
  • Senkrechte oder nahezu senkrechte Schnittkanten sind bei einwandfreier Anwendung und richtiger Einstellung die Regel
  • Rauheit des Schnittes ist sehr gering, wenn alle Einstellungen korrekt sind erhält man ein sauberes Schnittbild
  • Schnitt lassen sich hervorragend weiter verarbeiten, z.B. Schweißen
  • Aufhärtung an den Schnittflanken geringer als bei Plasma- oder Laserzuschnitten.

Nachteile Autogenschneiden:

  • Langsameres Schneidverfahren als z.B. Plasmaschneiden
  • Hohe Hitzeeinbringung in das Material
  • Gefügeveränderung im Randzonenbereich möglich
  • Thermische Ausdehnung des Materials hoch
  • Beeinflussung der Maßhaltigkeit durch thermischen Einfluss
  • Probleme bei filigranen Konturen insbesondere bei Innenkonturen  
  • Lochstechen beim Brennschneiden erforderlich, dies kostet zusätzliche Zeit für das Vorheizen
  • Autogenes Brennschneiden kann nicht mannlos erfolgen
  • Automatisierung des Brennschneidprozesses zwar möglich, jedoch eingeschränkt
  • Schnittfuge beim Brennschneiden sowie Anstichfahnen größer als beim Plasmabrenner
  • Bedienererfahrung erforderlich und darf nicht unterschätzt werden
  • Abhängigkeit von Material: Nur bestimmte Stahlsorten sind schneidbar, idealerweise mit einem Kohlenstoffanteil von < 0,3%.
  • Abhängigkeit von Oberfläche: Geölte und verrostete Bleche können Probleme bereiten, da zurückfliegende Spritzer den Schneidprozess unterbrechen können
  • Material kann Spannungsrisse bekommen
  • Einrichtung der Anlage mit Mehrkopfbrennern für das Fasenschneiden ist aufwendiger als bei Plasmabrennern
  • Höhenregelung beim Schneiden von Dickbblechen kann problematisch sein
  • Überfahren von Schlacke kann zum Schnittabriss führen
  • Schachtelabstand der Konturen ist größer zu wählen als beim Plasmaschneiden, dadurch gegebenenfalls höherer Materialverschnitt
  • Bei Schnittabriss muss neu angestochen und vorgeheizt werden - oftmals muss die Schnittgeometrie manuell nachgearbeitet werden
  • Es fällt viel Schlacke an: Brennschneidtisch muss häufiger gewartet werden
  • Das Brennen kleinerer Löcher ist problematisch
  • Hantierung mit zum Teil gefährlichen Gasen (Acetylen, Sauerstoff, Wasserstoff etc.) erfordert spezielle Fachkenntnisse
  • Störanfälligkeit durch Löcher und Risse in Schläuchen sowie durch Funkenflug, sorgfältiger Umgang erforderlich

Brennschneiden versus Plasmaschneiden: Was ist besser?

Betrachtung der Wirtschaftlichkeit, Vor- und Nachteile beider Schneidverfahren

  • Autogenschneiden ist ein Verfahren, das auf der Verbrennung von Kohlenstoff mit dem Sauerstoffstrahl basiert. Während beim Plasmaschneiden ein durch elektrischen Strom ionisiertes Gas beim Auftreffen auf das elektrisch leitfähige Schneidmaterial dieses schmilzt und damit wesentlich höhere Schnittgeschwindigkeiten erreicht. Beide Verfahren unterscheiden sich gravierend, daher betrachten wir zunächst die Wirtschaftlichkeit.  
  • Liegt die Blechdicke überwiegend im unteren bis mittleren Dickenbereich bis ca. 30-40 mm Blechdicke, so konnten wir bis ca. 2018 noch davon ausgehen, dass Plasma mit einem Brenner wesentlich preiswerter schnitt, als drei Autogenbrenner mit Propan dies zu leisten vermochten. Wenngleich der konkrete Wert modellabhängig ist und für den Einzelfall ermittelt werden muss.
  • Im Rahmen der rapide steigenden Energiekosten der letzten Jahre sehen die wirtschaftlichen Vergleiche heute jedoch ganz anders aus. Vorstellbar ist heutzutage, dass das Plasmaschneiden möglicherweise nur noch bis 25 oder 30 mm seine wirtschaftlichen Vorzüge ausspielen kann.
  • Nicht zuletzt sind auch die Anforderungen, die Genauigkeiten, das Konturteil mit seiner Geometrie und die Automatisierung der Schneidmaschine entscheidend für die Auswahl eines Schneidverfahrens. Plasmaschneiden erreicht in der Regel eine höhere Genauigkeit und eine bessere Rauheit. Wobei der Autogenzuschnitt meistens die bessere Rechtwinkligkeit erzielt, wobei bestimmte Plasmabrennertypen mit Mehrgastechnik und eingeschnürtem Lichtbogen in der Rechtwinkligkeit durchaus mithalten können. Bei filigranen Ausschnitten mit kleinen Innenkonturen ist der Plasmabrenner die bessere Wahl.
    Je nachdem welches Kriterium dem Anwender besonders wichtig ist, spricht es für das eine oder andere Schneidverfahren.
  • Die Schachtelabstände sind aufgrund kleinerer Anstich- und Ausstichfahnen bei Plasma geringer und somit erzielt Plasma eine bessere Materialausnutzung.
  • Plasma kann einfacher mannarm bis mannlos betrieben werden, während beim Autogenzuschnitt der Maschinenbediener dabei bleiben sollte.
  • Auf einem maschinellen Schneidsystem können mehrere Plasmaschneider und mehrere Autogenschneidköpfe zusammen arbeiten. Anlagen mit 12 Brennschneidköpfen und bis zu 4 Plasmaschneidköpfen sind technisch möglich. Wobei eine so hohe Brenneranzahl in der Regel nicht auf einem einzigen Maschinenportal adaptiert ist.
  • Sowohl für Plasma- als auch für Autogenschneidbrenner gibt es spezielle Faseneinrichtungen, mit denen sich die Schneidköpfe für eine Schweißnahtvorbereitung schwenken lassen. Außerdem gibt es für  Autogenbrenner spezielle Drei-Brenner-Aggregate, welche beispielsweise eine Y- oder X-Naht in einem Durchgang brennen können.
  • Autogenbrenner können mit Heizduschen ausgestattet werden, die das Material gezielt aufwärmen und langsam abkühlen lassen, so dass Spannungsrisse reduziert bzw. verhindert werden, was vorteilhaft ist beim Schneiden von dicken hochfesten Stählen.  

Aktuelle Energiesituation:

Nach heutigen Gesichtspunkten, verschiebt sich die Wirtschaftlichkeit zu Gunsten des Brennschneidens:

  • Plasmascheiden erfordert sehr viel elektrische Energie, vor allem im leistungshungrigen oberen Dickenbereich.
  • Anschlusswerte für leistungsstarke Plasmastromquellen von 100 kVA und mehr sind am Markt erhältlich. Kleinere Plasmaanlagen kommen mit 20 bis 50 kVA aus. Von Handgeräten, die ab 2 kVA Anschlussleistung benötigen reden wir hier aber nicht, da diese sich nicht mit automatisierten Autogenbrennern im oberen Blechdickenbereich vergleichen lassen.
  • Und genau an dem Punkt spielt das Brennschneiden seinen Joker aus. Der Strombedarf liegt für das Autogenschneiden bei Null kVA! Lediglich die CNC-Schneidanlage benötigt Strom, doch dies gilt auch für die Plasmaschneidanlage. Der Energiebedarf der Brennschneidanlage ist nicht hoch, er liegt eher bei weniger als 2 - 4 kVA. Auch hier sind Brennschneidanlagen klar im Vorteil, da sie weitaus weniger Antriebsleistung benötigen, die Beschleunigungen sind i.d.R. bei Brennschneidmaschinen geringer und damit auch die Antriebsleistungen. Bei Plasma- und erst recht bei Laserschneidanlagen sind starke Antriebsleistungen erforderlich, welche die hohen Beschleunigungskräfte und die erforderliche Dynamik zu leisten vermögen, so dass hier auch höhere Leistungen erforderlich sind als bei Brennschneidanlagen.

CO2-Neutralität: Schneiden mit grünem Wasserstoff H2

Auf dem Weg zur Klimafreundlichkeit zeigt sich gerade ein neuer Trend: Schneiden mit grünem Wasserstoff H2! Anstelle von fossilen Gasen zum Vorheizen des Lochstechpunktes kann Wasserstoff anstelle von Propan, Erdgas oder Acetylen zum Brennschneiden eingesetzt werden.

Ein großer Vorteil beim Autogenschneiden.

Brennschneiden versus Lasermaschneiden: Was ist besser?

Betrachtung der Wirtschaftlichkeit, Vor- und Nachteile

Laserschneiden mit dem Faserlaser dringt im immer höhere Leistungsstufen vor. Laser mit 30 KW Laserleistung sind heute verfügbar. Auf der BlechExpo 2023 wurden Faserlaser mit bis zu 50 kW Leistung vorgestellt, die bis 80 mm Materialdicke schneiden sollen. Man munkelt bereits über Laser in der Erprobung, die mit über 100 kW Leistung antreten. Es scheint keine Grenzen zu geben.

Während in der Anfangszeit der Faserlaser in den 1990er Jahren für 1 KW Laserleistung grob mit 100.000,- € (damals DM) gerechnet wurde, so fiel der Preis Anfang der 2000er schnell auf rund 50.000,- € pro 1 kW Laserleistung.

Ab den 2020ern fiel der Preis weiter ab und dürfte im Schnitt bei ca. 10.000,- bis 20.000,- pro 1 kW Laserleistung liegen.

Diese Budget-Angaben beziehen sich nur auf die Strahlquelle, die entsprechende Schneidanlage samt Sicherheits- und Filtertechnik muss noch hinzu addiert werden.

Will man mit 30 kW oder 50 kW schneiden, so muss neben dem hohen Gasverbrauch auch ein erhöhter Aufwand an Verschleißteilen, wie beispielsweise den Linsen im Schneidkopf berechnet werden. Der Verschleiß an Düsen ist ebenso mit zu erfassen, wie die hohen Stromkosten. Der Faserlaser besitzt einen mittlerweile sehr guten Wirkungsgrad, der modellabhängig auch die 40%-Marke übersteigt. Dennoch sind für einen 30 kW Laser Anschlußwerte um die 100 kVA, ähnlich wie beim Plasma, erforderlich.

Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit jedoch liegen keine belastbaren Werte vor, die einen Einsatz solcher hohen Laserleistungen beim Schneiden dicker Stähle zur Zeit berechenbar machen. Wenngleich der technisch machbare Reiz sehr hoch ist, so muss doch aus wirtschaftlicher Sicht rational betrachtet der Einsatz des Lasers in hohen Materialdicken bei Normalstahl hinterfragt werden, sofern nicht triftige Gründe dafür sprechen, z.B. Materialien, Legierungen, die nicht brenngeschnitten werden können, hohe Genauigkeitsanforderungen, schnelle Verfügbarkeit.

Der Faserlaser mit 20, 30 kW oder mehr schneidet modellabhängig 20 mm Baustahl mit über 6 m/min und ist damit rund 10 bis 12 mal so schnell, wie ein Autogenbrenner es vermag.

Wir sehen, es spricht einiges für den Laserzuschnitt, in Abhängigkeit vom Material und seiner Dicke. In jedem Fall gilt es, vorher die zu erwartenden Schnittkosten des Lasers zu klären und keine negativen Überraschungen zu erhalten.

Nachteil des Lasers: Die Aufhärtung der Schnittkanten ist höher als beim Brennschneiden. Für manche Anwendungen auch zu hoch. Die Schnittkosten sind zum Teil, je nach Lasermodell, noch unklar.

Vorteil des Lasers: Hohe Geschwindigkeit, sehr hohe Genauigkeit, schneiden filigraner Konturen und Innenausschnitte kein Problem. Hohe Automatisierbarkeit und mannlose Bearbeitung möglich.

Einsatzmöglichkeiten des autogen Brennschneidens

Das autogene Brennschneiden kann im 2D-Bereich für Senkrechtschnitte ebenso eingesetzt werden, wie für Fasenschnitte für die Schweißnahtvorbereitung. Wikipedia schätzt (Stand 26. Oktober 2020), dass ca. 75% aller Schweißfugen durch das Brennschneiden erzeugt werden. Die Schnittlänge aller durch das Brennschneiden erzeugten Schnitte soll allein in Deutschland ca. 750.000 km betragen.

Brennschneiden besitzt den Vorteil, dass mit verhältnismäßig geringem Aufwand maschinell geschnitten werden kann. Ein weltbekannter CNC-Maschinenhersteller hat 2020 ein neues manuelles Schneidsystem weiterentwickelt auf den Markt gebracht. Für wenige Hundert Euro erhält man bereits manuelle Führungsvorrichtungen, die einen gleichmässigen Schnitt in einer Achse erlauben, sogar mit Schrägstellung des Brenners für einen Fasenschnitt. Doch auch CNC-gesteuerte Brennschneidanlagen mit einer einfachen Auslegerachse sind bereits für geringe fünfstellige Summen erhältlich, mit denen dann auch freie Konturen und beliebige Geometrien gebrannt werden können.

Brennschneiden haben wir im Schneidforum unabhängig gegen Plasmaschneiden verglichen und wir sind rechnerisch zu dem Schluss gekommen, dass Autogenschneiden bis ca. 2018 ab ca. 35/40 mm Materialdicke das wirtschaftlichste Trennverfahren für kohlenstoffhaltigen, unlegierten, bzw. niedriglegierten Baustahl ist. Natürlich schneiden moderne Plasmaschneidanlagen auch größere Materialdicken, doch ab dieser Grenze eben nicht mehr preiswerter, als es beispielsweise drei Schneidköpfe mit dem Autogenverfahren erreichen. Seit der extremen Anhebung der Energiepreise vor allem beim Strom verschiebt sich die Wirtschaftlichkeit in Richtung Autogenzuschnitt. Denn das Brennschneiden erfordert für den eigentlichen Schneidprozess keinen elektr. Strom und besitzt damit in der gegenwärtigen Zeit einen enormen Vorteil.

Neue Entwicklungen, die es erlauben mit "grünem" Wasserstoff vorzuheizen, schlagen nochmals als Pluspunkt auf das Konto dieses bewährten Schneidverfahrens.

Im schweren Anlagenbau, in der Baufahrzeugindustrie, bei Verladekrananlagen, Auslegerkranen etc. sind autogene Brennschneidanlagen das Mittel der ersten Wahl, wenn die Schnitte senkrecht gerade oder gefast, mit hoher Genauigkeit und mit komplizierten Geometrien und mit hoher Wirtschaftlichkeit gefordert sind.

Eine weitere Stärke des Brennschneidens liegt in der nahezu fast grenzenlosen Größe der schneidbaren Brennteile. Viele Brennschneidanlagen sind extrem groß ausgeführt, so dass Brennzuschnitte auch schon mal 25.000 mm oder größer sein können und eine Breite von 2.500 mm oder mehr besitzen. Bei derart großen Teileabmessungen relativieren sich die Genauigkeiten schnell, vor allem, wenn hierzu noch keine andere wirtschaftlichere Alternative mit gleicher Vielfalt existiert.

Natürlich ist der Schneidprozess Drahterodieren noch ein Aspirant, der es mit besonders dicken Werkstoffen aufnehmen kann und dies auch noch im Mikrometer-Bereich, aber bei weitem mit einem anderen Stundensatz als beim Autogenschneiden und mit einer komplett anderen Zielsetzung, die eher im Werkzeugbau liegt.

Während das Autogenschneiden für Brennteile eingesetzt wird, die beispielsweise in der Stahl- und Metallbearbeitung verschweißt werden oder aus denen man Behälter und andere technische Anlagen erstellt.

Lohnt sich das Autogenschneiden überhaupt?

Autogenes Brennschneiden gilt als das wirtschaftlichste Trennverfahren, wenn bestimmte Blechdicken zu schneiden sind. Nach unseren Berechnungen hat es bei den reinen Schnittkosten oberhalb bestimmter Materialdicken im Vergleich der vier Schneidverfahren die Nase weit vorn.

In unserem Kostenbetrachtungen findet der interessierte Leser hierzu eine Reihe von Daten und Schneidkostenberechnungen. Ebenso im Schnittkostenkalkulator können die Schnittkosten pro einem Meter Schnittlänge für bestimmte Materialgüten und Dicken betrachtet werden.

Einige Schneidbetriebe haben sich auf das Schneiden von Blechen bis 800 mm und sogar bis 1.500 mm Materialdicke spezialisiert. Betriebe, die besonders dickes Material schneiden, können Sie über den Marktplatz Brennzuschnitte bis max. 1.500 mm Dicke anfragen. Natürlich können diese Betriebe auch dünneres Material schneiden. Weitere Lieferanten für Brennzuschnitte finden Sie im Marktplatz.

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