Plasmaschneiden - optimale Schnitte, Kosten, Einstellungen, Gase, Vorteile

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Beim Lochstechen mit Doppel-Plasmabrenner starker Funkenflug beim Plasmaschneiden
Bild 1: Plasmaschneiden mit Doppel-Plasmaschneidbrenner mit Feinstrahlplasma 260A-Brennern. Zuschnitt von Stahl S235 mit einer Materialdicke von 12mm.

Plasmaschneiden zählt generell zu den wirtschaftlichen Trennverfahren bei Stahl- und Metallzuschnitten, doch dies 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. Geringe Kosten und hohe Schnittqualitäten erreicht man im Plasmazuschnitt nur dann, wenn der Plasmaschneider auch in seinem optimalen Betriebspunkt arbeitet und in einer betriebswirtschaftlich austarierten Umgebung betrieben wird. Für einen optimalen Zuschnitt müssen bestimmte Randbedingungen berücksichtigt werden. Plasmaschneider besitzen Vorteile aber auch technische Grenzen, die es zu kennen und zu berücksichtigen gilt. Für den optimalen Einsatz der Plasmaschneidtechnologie lohnt es sich, zu verstehen, wie Plasmaschneiden funktioniert, was die Grenzen des Schneidverfahrens sind.

Plasmaschneiden gehört zu der Gruppe der thermischen Schneidverfahren, zu der auch das Brennschneiden mit Autogenbrenner und das Laserschneiden zählen. Bild 1 zeigt eine Plasmaschneidanlage mit zwei gleichzeitig arbeitenden Feinstrahlplasmacuttern für hohen Output.

Plasmaschneiden: Wie funktioniert es?

Schnelle Funktionserklärung zur groben Übersicht

In einem Brennerkörper wird ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode (Kathode) und einer Düse (Anode) erzeugt, dies geschieht entweder mit Hilfe einer Hochfrequenz oder einer hohen Spannung. Beide Teile werden als Verschleißteile betrachtet.

Durch den Brennerkörper lässt man ein geeignetes Gas, das man gemäß seiner Funktion als Plasmagas bezeichnet, hindurch strömen. Der Lichtbogen wird durch diese Gasströmung von der Innenseite der Düse auf ein zu leitendes Stück Metall übertragen und gleichzeitig wird das Gas durch den elektrischen Strom ionisiert. Der anfängliche zur Zündung des Lichtbogens erforderliche "Pilotlichtbogen", der nur einen geringen Stromfluss besitzt und daher nicht zum Schneiden geeignet ist, wird, nachdem die Steuerelektronik der Plasmastromquelle den Wechsel des Lichtbogens auf das zu schneidende Material registriert hat, auf den Hauptlichtbogen umgeschaltet und ein großer Strom je nach Brennermodell von 10 A bis 600 A wird auf den Brenner geschaltet. Dieses Verfahren nennt man "übertragender Lichtbogen". Das ionisierte Gase bläst das flüssige Material aus der Schnittfuge heraus, wodurch ein Schnittspalt entsteht. Wird der Plasmabrenner zusätzlich in mehreren Dimensionen bewegt, so lassen sich Konturteile, Zuschnitte erzeugen.

Wie funktioniert ein moderner Feinstrahlplasmabrenner?

Was ist ein eingeschnürter Plasmastrahl?

Bild 2 zeigt das Schnittbild eines modernen Plasmaschneidkopfes für HighQualityCutting, einen sogenannten Feinstrahlplasmabrenner oder auch Mehrgasschneidkopf mit eingeschnürtem Plasmastrahl bezeichnet.

Der Brennerkörper unterscheidet sich von Normalplasmacuttern durch seine zwei Gasströmungskanäle und den Einsatz von min. zwei verschiedenen Gasarten. Er besitzt zwei Schraubköpfe, einen äußeren und einen inneren, welche auch den Kühlkreislauf beinhalten.

Im Zentrum des Brennerkörpers befindet sich die Elektrode, auch Kathode genannt, die für die Erzeugung des Lichtbogens verantwortlich ist. In der Elektrode befindet sich ein Hafnium-Kern, welcher den Abbrand der Elektrode verzögert. Einfache Elektroden setzen das preiswerte Zirkonium ein, doch damit verkürzt sich die Lebensdauer der Elektrode enorm.

Als Plasmagas kommt beim Schneiden von FE-Stählen häufig Sauerstoff zum Einsatz. Dies wird von einem einschnürenden Sekundärlichtbogen umspült. Häufig wird als Sekundärgas Stickstoff oder auch Druckluft eingesetzt. Je nach zu schneidendem Material werden andere Gaszusammenstellungen verwendet, über die sich jedoch der Maschinenbediener nur selten Gedanken machen muss, da Premiumhersteller die Gasversorgung automatisch mit den passenden Werten, Drücken und Durchflüssen aus der Datenbank ansteuern. Was natürlich nur bei den Maschinenbrenner möglich, Handplasmabrenner oder einfach Normalplasmastromquelle müssen sich in der Regel mit manuellen Einstellungen und Tabellenbüchern begnügen.

Der Plasmalichtbogen wird durch das Sekundärgas stark verjüngt und stabilisiert, so dass er nahezu rechtwinklige und glatte Schnittfugen erzeugt. Ebenso erhält der Anwender damit eine höhere Schnittgenauigkeit. Durch spezielle Ansteuermethoden dieser Hochleistungscutter können nahezu rechtwinklige Löcher geschnitten werden. Gleichzeitig übernimmt der Sekundärlichtbogen die Kühlung der Schnittflanken.

Erforderlich für Plasmaschneiden: Der Plasmaschneidkopf des Brenners - hier im Schnittbild gezeigt.  Aufwendig: Seine Kühlung sowie die Einschnürung des Plasmastrahls durch Bündelung des Gasflusses.
Bild 2: Erforderlich für Plasmaschneiden: Der Plasmaschneidkopf des Brenners - hier im Schnittbild gezeigt.

Kosten und Wirtschaftlichkeit

Plasmaschneiden mit Feinstrahlplasmacutter von Edelstahl 10 mm dick
Bild 4: Plasmaschneiden mit Feinstrahlplasmabrenner von Edelstahl 10 mm dick, mit hoher Stückzahl pro Schneidstunde
  • Aufgrund seiner hohen Schneidgeschwindigkeit, der geringen Nachbearbeitung der erzeugten Plasmateile, der hohen Schachteldichte von Teilen auf einem Blech, sowie der Robustheit des Plasmaschneider zählt das Plasmaschneiden zu den besonders wirtschaftlichen Trennverfahren mit vergleichsweise geringen Schnittkosten.
  • Natürlich müssen wir auch hier wieder unterscheiden, ob es sich um einen Handplasmabrenner oder eine Schneidanlage mit CNC-Steuerung und Automatisierung handelt.
  • Beim Handplasmacutter sprechen wir von geringen Investitionskosten von einigen Hundert Euro bis wenigen Tausend Euro. Handplasmabrenner sind bei Lidl, Aldi, ebay oder Amazon schon für kleine Summen erhältlich. Ein aufwendiges Equipment ist nicht erforderlich, Gehör- und Augenschutz, Hand- und Sicherheitsschuhe, Sicherheitskleidung werden einfach mal vorausgesetzt. Die Schnittgeschwindigkeiten sind manuell von Hand kaum einhaltbar, noch weniger exakt kalkulierbar. Daher eignet sich eher die Verbrauchsrechnung: Eingesetzte Energiekosten, Standzeit der Verschleißteile: Hier liegen viele Anlagen bei Schneidkosten pro Stunde von 10,- bis 15,- Euro, netto, zzgl. Personal.
  • Ganz anders verhalten sich die Kosten bei Maschinenplasmabrennern. Es beginnt schon bei den Plasmaschneidmaschinen selber. Handelt es sich um einfache Kompaktanlagen, Tischgeräte mit kleinen Abmessungen von z.B: 1,5 m x 3 m und für das Plasmaschneiden geringe Materialdicken unter 30 mm, dann sind solche Anlagen bereits für Kosten um 50.000,- Euro erhältlich, zzgl. Fundamente, Absaugung, Energieanschluß etc. Die Betriebskosten eines einfachen Plasmabrenners, der nicht besonders dick schneiden muss, liegen im Bereich von 20,- bis 35 ,- Euro. Zzgl. Abschreibung, Miete, Personal. Wir befinden uns im B2B-Bereich, daher sind alle Angaben immer als Netto-Werte zu verstehen.
  • Handelt es sich jedoch um Großanlagen von 25 m bis 100 m Schneidlänge, meistens mit zusätzlicher Bestückung mit Autogenbrennern oder multifunktionalen Werkzeugspindeln mit Werkzeugwechseler, Fasenkopf und auto. selbstreinigenden Schneidtischen, Markiereinheiten, zweiter Portalbrücke etc. dann sprechen wir hier schnell von Investitionskosten von über 0,5 Mio. Euro. Daher ist es unmöglich, nein es ist unseriös von einem Stundensatz zu reden, was leider oft im Internet zu finden ist. Die Betriebskosten der Plasmabrenner, die bei solchen Großanlagen auch im dickeren Blechbereich betrieben werden, liegen dann schnell im Bereich 30,- bis 60,- pro Stunde, zzgl. Abschreibung, Miete, Personal, Rüstzeiten etc.
  • Die Wirtschaftlichkeit der Plasmacuttter ist sehr hoch. Ihr elektrischer Wirkungsgrad liegt bei über 60%. Der Austrag ist aufgrund der hohen Schnittgeschindigkeiten beeindruckend. So kann ein Plasmaschneider in nur einer Schneidstunde schnell mal 200 Plasmateile erzeugen oder mehr, je nach Schnittlänge und Dicke.
  • Die Auslastung solcher Anlagen, natürlich abhängig von den Rüstzeiten und damit von der internen Logistik, liegt, wenn alles optimal läuft bei über 70%.
  • Die Verfügbarkeit der Plasmaschneider liegt bei über 90%, was sie ihrer Robustheit verdanken. Plasmaschneider kommen mit harten Umweltbedingungen gut zurecht, sie sind baustellentauglich. Sie stellen auch keine hohen Anforderungen an das zu schneidende Blech, egal ob es drinnen gelagert wird oder kalt von außen geholt wird, egal ob es ölig ist oder rostig - Plasmaschneider kennen da kein Pardon, alles was Strom leitet, wird geschnitten. Das macht diese Systeme auch so beliebt.
  • Natürlich gibt es mittlerweile Plasmaschneider die wesentlich leiser sind. Es gibt Plasmaschneider mit sehr hohen Schneidströmen oder sehr moderaten. Es gibt Plasmaschneider für verschiedenste Gase, die sich wiederum für verschiedene Schneidaufgaben bestens eignen. Auch dieser Umstand sorgt für eine hohe Wirtschaftlichkeit, wenn ein System genau zur Aufgabe passt.

Auf den folgenden Seiten findet Ihr viele Tipps und Erfahrungsberichte aus unserer Beratungspraxis. Das Thema Plasmaschneiden ist zu umfangreich, als dass man es in Gänze auf einer Seite darstellen könnte. Darum viel Spaß beim Einlesen - so werdet Ihr zu Experten auf dem Gebiet.

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Anleitung und Einstellung des Plasmaschneiders

Plasmaschneiden: Plasmabrenner beim Lochstechen in S235, 12 mm dick
Bild 5: Plasmabrenner beim Lochstechen in S235, 12 mm dick

Unterscheidung: Handplasmaschneider zu Maschinenplasmabrenner

Anleitung: Plasmaschneiden mit dem Handbrenner

  • Wir starten beim Plasmaschneiden mit dem Handplasmaschneider mit der Betrachtung des zu schneidenden Materials. Im Handbuch entnehmen wir die Einstellungsdaten, insbesondere die Seriennummern für die einzusetzenden Plasmaverschleißteile. Diese bestehen in der Regel aus der Düse und einer zum Schneidstrom passenden Elektrode.
  • Das Schneidgut ist mit dem Gegenpol der Plasmastromquelle zu verbinden. Die Anlage ist vorschriftsmäßig zu erden.
  • Einstellung und Überprüfung der Energien, Gase und natürlich des Schneidstroms. Einstellung der Werte gemäß Handbuch.
  • Anlegen der Sicherheitsausrüstung
  • Für gute Absaugung oder Frischluft sorgen
  • Test der Schneidtauglichkeit an einer unkritischen Stelle des Materials
  • Wenn alles soweit positiv ist, kann der Schnitt erfolgen. Die Düsen der Handbrenner besitzen oftmals einen Kragen bzw. Überstand, der dafür sorgt, dass der Schneidkopf den richtigen Abstand zum Schneidmaterial besitzt. Dieser Abstand zwischen Brenner und Material sowie die richtige Schnittgeschwindigkeit sind ausschlaggebend für die Schnittqualität. Einleuchtend dabei, dass ein Mensch die Schnittgeschwindigkeit mit ein wenig Übung recht gut dosieren kann, doch niemals an die Exaktheit eines CNC-gesteuerten Antriebssystems heran kommt. Daher sind manuell erzeugte Plasmazuschnitte nicht vergleichbar mit denen aus einer Schneidmaschine stammenden.
  • Mit ein wenig Übung erhält man auch beim Einsatz des Handplasmschneiders ansehnliche Ergebnisse.

Anleitung: Schneiden mit dem Maschinenplasmabrenner

  • Auch hier beginnen wir als erstes mit der Klärung, welches Material als nächstes zu schneiden ist. Danach entnehmen wir die einzubauenden Plasmaverschleißteile aus den Handbuch oder der CNC-Steuerung, falls diese über eine Werkzeugdatenbank verfügt.
  • Als Verschleißteile kommen Düse, Elektrode, Wirbelring, Schraubkappen sowie das Shield zum Einsatz. Das Shield schirmt die hochwertigen Verschleißteile wie Düse, Elektrode vor zurück fliegenden Funken und Materialspritzern ab.
  • Die erforderlichen Daten, wie Gasdurchflüsse, Schneidstrom, Abstandsregelung des Plasmabrenners zum Material, wird auch LiBO (Lichtbogensteuerung) genannt sowie die Schnittfugenkorrektur sind in die CNC einzutragen. Wobei moderne Plasmaschneidmaschinen dies heute vollautomatisch übernehmen, was natürlich die Bedienung enorm vereinfacht und Fehlerquellen reduziert.
  • Auch hier empfiehlt sich vorher ein Testschnitt im Reststück des Materials, um sicher zu gehen, alles richtig gemacht zu haben.
  • Die fest installierte Maschinenanlage verfügt in der Regel auch über einen ordnungsgemäß geerdeten Schneidtisch. Auch der Minuspol des Plasmastromkreislaufes ist mit dem Schneidtisch fest verbunden.
  • Übliche Schneidspannungen liegen um 100 V bis 160 V, je nach Brenner.
  • Übliche Schneidströme, je nach Brennertyp und Anforderung, liegen um die 50 A bis 600 Ampere, abhängig von der verwendeten Stromquelle.
  • Übliche Abstände zwischen Brennerdüse und Material liegen zum Einstechen um 0,8 mm bis 1,5 mm, bei besonders dicken Blechen auch bis 4 mm oder darüber, was natürlich abhängig ist vom Plasmaschneider. Die Schneidhöhe hingegen ist weitaus geringer, sie liegt bei 0,3 bis 1, 2 mm, je nach Materialdicke, abhängig von den Angaben im Tabellenhandbuch des Plasmaherstellers. Bei diesen geringen Abständswerten, die auch noch während des Plasmaschnittes konstant gehalten werden müssen, wird deutlich, wie aufwendig und genau die LiBo z-Achsen-Höhensteuerung arbeiten muss - und dies auch noch bei voller und hoher Plasmaschnittgeschwindigkeit.
  • Ist man mit der Qualität zufrieden, dann lassen sich viele Plasmazuschnitte erzeugen, bis zum nächsten Verschleißteilewechsel. Hat man etwas falsch gemacht, z.B. falscher Abstand, falsche Verschleißteile, unsaubere Gase, Stromschwankungen in der Zuleitung etc. dann wird der Verschleiß an Düsen, Elektroden zunehmen und die Schnittqualität darunter leiden. Meistens äußert sich dieser Umstand in höheren Nachbearbeitungskosten oder Reklamationen des Endkunden.
  • 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 die Plasmazuschnitte teuer, wenn die Schnittgeschwindigkeit sinkt und damit der Output reduziert wird.
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Was wird zum Plasmaschneiden benötigt?

Erforderliche Ausstattung, Equipment zum erfolgreichen Plasmaschneiden:

  • die Plasmastromquelle, die oft umgangssprachlich Plasmaschneider genannt wird
  • der Plasmaschneidkopf, der oftmals auch als Plasmabrenner bezeichnet wird oder auch das Handstück,
  • die Verbindungsschlauchpakete, die den Plasmabrenner mit der Stromquelle verbinden
  • eine Gaskonsole mit dazugehörigen Gasen,
  • 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, dass man Plasmaschneidanlage bzw. Plasmaschneidmaschine nennt.

Darüber hinaus wird noch benötigt:

Plasmaschneiden ohne Filter sollte man in jedem Fall vermeiden. Im Außenbereich, auf Baustellen und in freier Umgebung ist der Einsatz eines Filtersystems oftmals nicht möglich, dann sollte aber für genügend Frischluft und eine geeignete Filtermaske für den Bediener gesorgt werden. Schutzkleidung und Augenschutz sind auch beim manuellen, handgeführten Plasmaschneider erforderlich.

Beim Plasmaschneiden mit einer CNC-gesteuerten Schneidmaschine sind der Brennschneidtisch und ein geeignetes Filtersystem Grundvoraussetzung.

Wenn man maschinell plasmaschneiden möchte, sollte man auch Plasmaschneidmaschinen mit CAD/CAM-Software zur Verfügung haben, die über eine geeignete schnelle Höhenregelung der motorischen Z-Achse verfügen, damit der z-Abstand des Plasmabrenners zum Schneidmaterial exakt nachgeführt werden kann.

Setzt man eine Plasmaschneidmaschine ein, so muss diese auch auf einem hierfür geeignetem Fundament montiert werden. Für ein wirtschaftliches Arbeiten mit einer Plasmaschneidanlage sollte diese an eine gute Intralogistik, Krananlagen, Schneidtische etc. adaptiert werden, so dass auch umfangreiche Aufträge wirtschaftlich abgearbeitet werden können.

Für die Materialvorhaltung braucht man Lagerfläche und Ablagefläche für die Fertigprodukte.

Man benötigt auch Platz für die Anarbeitung der Plasmazuschnitte, beispielsweise dem Entgraten der Teile oder dem Strahlen.

Natürlich sind auch die elektrischen und die gastechnischen Energiequellen bereit zu stellen. Abhängig vom Plasmaschneider ist der elektrische Anschluss zu wählen und der kann je nach Plasmastromquelle ziemlich hoch sein, Anschlussleistungen von mehr als 120 kVA sind möglich und natürlich modellabhängig.

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Welche Gase benötigt der Plasmaschneider?

Die Gase für den Plasmaschneider hängen von dem zu schneidenden Material und der eingesetzten Plasmabrennerart ab. Es gilt: Immer primär die Vorgaben und Anweisungen der Hersteller im Handbuch beachten!

  • Im Minimum bei einfachsten Anwendungen genügt Druckluft zum Plasmaschneiden.
  • Die meisten Plasmaschneider können auch alternativ mit Stickstoff betrieben werden.
  • Zu unterscheiden ist beim Plasmabrenner ob ein Eingassystem oder ein Mehrgasbrenner zum Einsatz kommen. Bei Mehrgasbrennern sind durchaus zwei und mehr verschiedene Gase im Einsatz. Ein Gas dient zum Plasmazuschnitt und das zweite Gas, meist als Sekundärgas bezeichnet übernimmt die Einschnürrung des Plasmagases und die Kühlung der Düse.

Bei Qualitäts-Feinstrahlplasmabrennern kommen in der Regel weitaus mehr Gase zum Einsatz, die wir im über die Plasmabrennerarten gesondert vorstellen. Hier eine kurze Zusammenfassung:

  • Stickstoff / Druckluft, Sauerstoff bei Stahlzuschnitten;
  • Argon-Wasserstoff, Argon-Stickstoff bzw. Formiergase, Stickstoff für den Zuschnitt von Edelstahl.

Manche Plasmabrenner benötigen darüber hinaus noch Kühleinheiten und Kühlmittel.

Sie sehen, das ganze Umfeld addiert sich schnell zu einem komplexen und leistungsfähigen System, wobei das schwächste Glied in der Kette die Wirtschaftlichkeit und den Materialausstoß bestimmt.

Welche Materialien kann man Plasmaschneiden und wie dick?

Vorteile des Plasmaschneiders: Materialienvielfalt und Dicke

Plasmaschneiden ist ein thermischer Schneidprozess, der primär mit elektrischem Strom arbeitet. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, dass auch das Schneidgut elektrisch leitfähig sein muss. Und dies umfasst primär die Gruppe der Metalle, sie lassen sich unabhängig von ihrer Materialzusammensetzung plasmaschneiden. Dies bedeutet, dass Plasmaschneider alle Metalle schneiden können und auch Materialien, die zwar nicht aus Metall sind aber doch Strom leiten, wie beispielsweise bestimmte Kunststoffe.

Es gibt jedoch eine Einschränkung: Nicht alle Metalle leiten Strom gleich gut. Kupfer besitzt einen niedrigeren elektrischen Widerstand als Stahl, so dass sich hier andere Schnittparameter ergeben, als bei Stahl. Darüber hinaus sieht die Materialzusammensetzung bei Legierungen anders, so dass sich auch dabei andere Anforderungen an das Plasmagas und den Plasmastrom ergeben.

Plasmaschneiden ist hingegen der Materialoberfläche ziemlich tolerant und unterscheidet sich damit vom Laserschneiden oder auch vom Schweißen. Egal ob die Materialien eine glänzende oder eine verrostete, schmutzige oder verölte Oberfläche besitzen, stört dies den Plasmazuschnitt wenig. Auch Beschichtungen wie Primerlack oder Grundierungen bis zu einer gewissen Schichtdicke sind kein großes Problem, wenn die Schichtdicke gemäß unseren Erfahrungen geringer als 100 µm ist. Natürlich sieht dann der Schnitt in seinem Schnittbild anders aus, aber er lässt sich plasmaschneiden.

Gerade diese gutmütige Eigenschaft prädestiniert das Plasmaschneiden als universelles und beliebtes Schneidinstrument und Verfahren in der Industrie und im Handwerk.

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 sogar sehr gut zum Plasmaschneiden bis ca. 160 mm Materialdicke mit Einschränkungen

Hinweis zum Verfahren: Beim Plasmaschneiden hoher Materialdicken und damit verbunden hoher Stromstärken treten heftige Emissionen auf, sowohl an Lärm als auch an Staub. Entsprechende Sicherheitsvorkehrungen des Verfahrens sind zu berücksichtigen.

Nicht-Metalle:

Bei Nicht-Metallen kommt in der Regel das Plasmaschneidverfahren mit dem Nicht-Übertragenden 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.

Dabei gilt: Zuerst immer die Vorgaben und Anweisungen der Hersteller im Handbuch beachten, nicht jeder Plasmabrenner ist für alle Aufgaben und für alle Materialien und Gase geeignet!

Plasmaschneiden bietet weitere Vorteile:

  • Preiswert und robust
  • Hoher Austrag
  • Hohe Schnittgeschwindigkeit
  • Bedienerfreundlich
  • Geringe Wartungskosten
  • Hoher Schachteldichte
  • Geringe Rauheit der Schnittkanten
  • Akzeptable Genauigkeit

weitere Vorteile und Nachteile zum Plasmaschneiden

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 Equipement 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 50,- 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, so dass die realen Kosten in der Industrie weitaus höher liegen und von Betrieb zu Betrieb verschieden sind. Darüber hinaus darf auch die Kosten für den Betrieb der Filteranlage sowie die Materialauflagen im Schneidtisch, die ein Verschleißteil sind, nicht vergessen.

Wie lange hält eine Düse?

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.

Wieviel Strom braucht der Plasmacutter?

  • Die einfachsten Handplasmabrenner kommen bereits mit einer 230V Wechselstromsteckdose mit 16 A aus. Das bedeutet deren Leistung liegt im Bereich 2,5 kVA.
  • Industriell eingesetzte Maschinenplasmabrenner spielen hingegen in einer ganz anderen Liga: Übliche Anschlussleistungen bei Drehstrom mit 400V benötigen in den Highend-Ausführungen bis zu 180 kVA mit Kühlaggregat.
  • Mit einer 600-Ampere Plasmastromquelle, die eine elektrische Anschlussleistung von ca. 190 kVA samt Kühlung benötigt, kann 150 mm dicker Edelstahl mit einer Schnittgeschwindigkeit von rund 250 mm/min geschnitten werden.
  • Doch auch Plasmaschneider mit 35 kVA, 45 kVA, 65 kVA sind im Markt häufig anzutreffen.

Tipp: Klären Sie den Strombedarf für das Plasmaschneiden im Vorfeld ab, damit es nicht zu teuren Verbrauchsspitzen kommt oder Ihr Hausanschlusstrafo zusammen bricht.

Wo setzt man das Plasmaschneiden ein?

Das Plasmaschneiden kann überall dort eingesetzt werden, wo das zu schneidende Material elektrisch leitfähig ist und die Anforderungen an die Schnittqualität nicht im Laserbereich liegen.

Plasmaschneiden erzeugt zwar kleinere Löcher, das heißt Löcher mit einem geringeren Durchmesser, als das Autogenschneiden dies vermag, doch erreicht das Plasmaschneiden nicht die geringen Radien des Lasers oder des Wasserstrahlverfahrens.

Während sich beim Plasmaschneiden der übertragende Lichtbogen sehr gut für eine Regelung und Schnittoptimierung eignet und daher das Werkzeug erster Wahl für Qualitätsschnitte mit hoher Schnittqualität darstellt, so hat das Plasmaschneidverfahren mit nicht übertragendem Lichtbogen seine Berechtigung im Trennen von Nichteisen-Elementen. Plasmaschneiden mit nicht übertragbarem Lichtbogen kann auf der Baustelle zum Schneiden von Beton, Kunststoffen oder auch zum Plasmaschneiden von Gitterrosten eingesetzt werden, bei einem solchen verwendet man eine Opferanode, dies kann ein hinzugeführter Schweißdraht oder ein Opferblech sein.

Einsatzbereiche des Plasmaschneiders mit übertragenden Lichtbogen

  • Metallbau, Schlosserei
  • 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 übertragenden Lichtbogen

  • Mobiler Einsatz auf Baustellen
  • Spezielle Anforderungen, wenn nicht Strom leitende Stoffe geschnitten werden sollen
  • Lichtschächte, Gitterroste etc.
FAQ Plasmaschneiden
Trennschnitt beim Plasmaschneiden

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.

Schräger Schnitt mit Plasma vermeiden?

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.

Plasmaschnitt zugeflossen

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.

Wie ist die Auslastung einer Plasmaschneidanlage in 8 Stunden?

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.

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