Welche Gase werden zum Plasmaschneiden benötigt?

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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.

Wieso schneidet der Plasmabrenner bis zu 160 mm dicken Stahl?

Bild 2 erklärt die Funktionsweise beim Plasmaschneiden. Der Plasmastrahl wird durch einen elektrischen Strom erzeugt, der das Schneidgas ionisiert und Temperaturen oberhalb von 30.000 Kelvin erreicht. Seine Energie reicht aus, um beispielsweise 160 mm Edelstahl zu trennen.

Wo kommt diese enorme Energie beim Plasmaschneiden her?

  • Beim Plasmaschneiden versteht man einen thermischen Schneidprozess, bei dem ein Gas durch elektrische Energie ionisiert wird, d.h. die Elektronen auf den äußeren Atomschalen werden frei gesetzt. Beim Auftreffen des ionisierten Gases auf das Schneidgut fallen die Elektronen auf ihre ursprünglichen Schalen zurück und geben so Rekombinationsenergie frei, die am Auftreffpunkt des Materials Temperaturen um die 30.000 K erreicht. Das zu schneidende Material verflüssigt sich quasi sofort und wird durch den Gasstrahl aus der entstehenden Schnittfuge heraus geblasen. Aufgrund der hohen Energie wird ein geringer Teil des Materials auch subklimiert.
  • Als Plasmagas wird häufig, aber nicht immer, Sauerstoff eingesetzt. Wir sprechen beim Plasmaschneiden von einem Schmelzschneidprozess, da der Einfluss der extremen Hitze durch den Lichtbogen größer ist, als der des Brennschneidprozesses, der bei Verbrennung mit Sauerstoff zum Tragen kommt.
  • Plasma wird als der 4. Aggregatzustand in der Natur bezeichnet. Wahrscheinlich hatte bereits jeder Mensch schon einmal Kontakt mit Plasma in der freien Natur - nämlich während eines Gewitters. Die elektrische Entladung des Lichtbogens erzeugt Plasmagas - ein Gas, das man sogar riechen kann. Manche Menschen sprechen auch von "reiner Luft" nach einem Gewitter und meinen dabei das als "frisch" riechende Gas - Ozon O3, das durch die elektrische Entladung entsteht.
  • Die dazu gehörigen Plasmaschneidmaschinen werden in einem gesonderten Kapitel unter "Schneidmaschinen" betrachtet.

Welche Rolle spielt Ozon beim Plasmaschneiden?

  • Durch Ionisation des Plasmagases und seiner anschließenden elektrischen Entladung entsteht ebenfalls Ozon.
  • Ozon ist ein Gas, dass der Mensch über die Lunge gut aufnimmt und es bewirkt neben einem "frischen" Geruch auch ein Schwindelgefühl im Kopf. Es zerfällt im Körper nach kurzer Zeit von allein und verflüchtigt sich auch im Betrieb. Dennoch muss beim Betrieb einer Plasmaschneidanlage für genügend Frischluft bzw. für eine geeignete Filteranlage gesorgt werden. Ozon gilt als keimtötendes Desinfektionsmittel und kann daher zu einer Reizung der Atemwege führen.

Gasarten und Gasreinheit bei Plasmaschneidern

Einfluss der Gasqualität auf das Schnittergebnis

Grundsätzlich gilt, dass bei allen Plasmagasen und Sekundärgasen die Reinheit der Gase genügend hoch sein muss. Im Handbuch Ihres Plasmabrenners finden Sie sicherlich qualifizierte Angaben hierzu. Die Anforderungen an die Reinheit des Gases sind von Brennerhersteller zu Brennerhersteller und von Plasmabrenner zu Plasmabrenner verschieden. Daher führen wir hier grundlegende Erfahrungen an und zeigen, was es beim Gas für das Plasmaschneiden zu beachten gibt.

Gase mit zu geringer Reinheit:

  • Führen generell zu schlechteren Schnittergebnissen
  • Bewirken Startprobleme beim Zünden des Plasmalichtbogens
  • Düsenverschleiß und Elektrodenverbrauch können zunehmen
  • Schlechtere Kühlung des Plasmaschneidkopfes
  • Verstopfung der feinen Düsenkanäle in den Verschleißteilen
  • Die Lebensdauer des Plasmasystems kann sich verringern

Gasarten beim Plasmaschneiden:

Es dürfen nur die vom Hersteller des Plasmabrenners zugesagten Gase eingesetzt werden. Schneiden Sie niemals mit Sauerstoff, wenn der Brenner nicht ausdrücklich dafür zugelassen ist. Schneiden Sie niemals mit Gasen, für die Ihr Plasmabrenner keine Zulassung und keine passenden Verschleißteile besitzt, es können bei unsachgemäßer Gasverwendung erhebliche Personen- und Sachschaden entstehen. Auch wenn wir jetzt verschiedene Gasarten vorstellen, so gelten immer primär und einzig die Vorschriften Ihres Herstellers. Wenn wir Zahlen einsetzen, so gelten diese als Richtschnur, da auch diese modellabhängig sind und keine universellen Aussagen getroffen werden können.

Es ist uns ein Rätsel, auf wie vielen Webseiten Verbräuche und Drücke von Gasen für Plasmabrenner universell angegeben werden. Denn alle Angaben können sich immer nur auf ein konkretes Plasmabrennermodell und einem Einsatzzweck beziehen. Darüber hinaus gibt es Schwankungsbreiten von mehr als 100% was die Gasverbräuche angeht, je nach Hersteller. Seriöse Richtwerte, die universell gelten, sind daher nicht angebbar. Dennoch versuchen wir hier eine groben Überblick zu schaffen.

Druckluft: Am häufigsten werden Plasmaschneider mit Druckluft betrieben. Der übliche Druck beträgt je nach Modell 4-6 bar. Je nach Brennertyp werden ca. 120 - 160 l/min benötigt. Druckluft eignet sich als universelles Plasmagas für viele Anwendungen. Schneiden von Stählen vieler Güten ist möglich. Auch Edelstahl kann damit geschnitten werden, wenn gleich auch die Schnittkanten schwarz verzundert mit starkem Grat behaftete sind. Die Filterung der Druckluft über einen Mikropartikelfilter ist zu empfehlen. Außerdem sollte ein Ölabscheider vorgeschaltet sein, denn die Druckluft muss trocken und ölfrei sein. Der Schnittwinkelfehler ist relativ hoch, höher als dies beim Einsatz von Sauerstoff der Fall ist.

Sauerstoff sollte eine Reinheit von min. 2.5 besitzen, also 99,5% erforderlich. Je reiner der Sauerstoff, desto besser die Schnittqualität und die Standzeiten der Verschleißteile. Schauen Sie im Handbuch Ihres Herstellers nach, was dieser verlangt. Der Gasdruck für Schneidsauerstoff liegt je nach Brenner von 6 bis 8,5 bar. Der Sauerstoffverbrauch schwankt je nach Modell gewaltig, auch um mehr als 100% bei einigen Modellen. Dies ist dem Konzept des Plasmamodells geschuldet und stellt keinen Nachteil dar, sondern einfach eine andere Art und Weise der Auslegung mit anderen Eigenschaften. Mit Sauerstoff werden oyxidfrei kohlenstoffhaltige Baustähle geschnitten, die sich im Anschluß auch porenfrei verschweißen lassen. Die Schnittkanten weisen deutlich weniger Grat auf als beim Druckluft- oder Stickstoffplasmazuschnitt. Die Schnittgeschwindigkeit beim Einsatz von Sauerstoff steigt um ca. 10 bis 15 % gegenüber Druckluft an. Der Schnittwinkelfehler ist beim Einsatz von Sauerstoff beim Zuschnitt von Baustählen sehr gering. Sauerstoff als Plasmagas eignet sich nicht für das Zuschneiden von Edelstahl.

Stickstoff eignet sich als universelles Gas. Damit lassen sich viele Metalle schneiden. Es wird besonders beim Zuschnitt von Aluminium bevorzugt eingesetzt und kann auch beim Zuschnitt von Edelstahl bessere Schnittqualitäten vorweisen als beim Einsatz von Druckluft. Die Schnittdaten liegen ähnlich, wie beim Drucklufteinsatz. Die Schnittkanten beim Schneiden von Edelstahl sind ebenso schwarz, verzundert und mit Grat behaftet. Stickstoff wird bei modernen Qualitätsbrennern, ebenso wie Druckluft, dies ist modellabhängig, als Sekundärgas verwendet. Der Schnittwinkelfehler ist ähnlich, wie beim Druckluftschneiden relativ hoch.

Argon, Argon im Kombination mit Wasserstoff, Formiergas: Sind die idealen Plasmagase beim Zuschnitt von Edelstahl. Je nach Materialdicke wird eine Kombination aus z.B. 5% Argon oder 10% Argon mit Wasserstoff eingesetzt. Diese Mischgase werden als Formiergas in Flaschen oder Bündeln betriebsfertig angeboten. Die Schnittkanten bei Edelstahl sehen sehr gut aus, sind glatt und meist metallisch glänzend. Sie besitzen sehr wenig bis keinen Grat. Der Schnittwinkelfehler ist dabei meistens ein wenig schlechter, als dies beim Einsatz von Sauerstoff beim Baustahl der Fall ist.

Wasser H2O: Bestimmte Brenner setzen beim Schneiden von Edelstahl und Aluminium Wasser als Sekundärgas ein. Dabei entstehen metallisch saubere Kanten, wenig Grat und die Schnittwinkelfehler sind noch ein wenig geringer bis gleich, gegenüber dem Einsatz mit Formiergas.

Fazit:

Druckluft und Stickstoff sind im Makrt die häufigsten benutzten und universellen Kompromiss-Gase, mit denen sich eine Vielzahl von Metallen schneiden lassen. Richtig gut werden die Schnitte erst dann, wenn das zur Schneidaufgabe passende Gasgemisch eingesetzt wird.

Der Einsatz eines anderen Gases erfordert natürlich auch den Einsatz bestimmter Verschleißteile und die Zulassung durch den Hersteller. Viele Plasmabrenner sind nicht für den Einsatz von Mehrgastechnik und verschiedenen Gassorten konzipiert.

Will man das Maximum an Schnittqualität beim Plasmabrennen heraus holen, ist man gut beraten, den passenden Plasmabrenner bereits im Vorfeld ausgesucht zu haben.

Auswahltipps und Kaufkriterien für Plasmaschneider

Stahlbau nutzt häufig den Plasmaschneidbrenner für schnelle Änderungen vor Ort
Im Stahlbau häufig eingesetzt: Plasmaschneidbrenner für schnelle Änderungen vor Ort

Welches Gas braucht der Plasmaschneider?

Generelle Anforderungen an Gase:

  • Handplasmageräte arbeiten in der Regel nur mit einem Gas, meistens die auf Baustellen leichter verfügbare Druckluft oder Stickstoff. Manche Handplasmabrenner sind mit einem integrierten Druckluftkompressor ausgestattet, der auch gleich für das richtige Plasmagas sorgt. Natürlich können auch Gasflaschen mit entsprechenden Druckminderer eingesetzt werden.
  • Für alle Brennerarten gilt: Das Gas, besonders bei Druckluft, sollte immer sauber, partikelarm, rein und entölt sein. Der Einsatz von Druckluft-Wartungseinheiten ist sinnvoll. Hier hat jedes Modell seinen individuellen Vorgaben. Übrigens auch autogenes Brennschneiden sowie Laserschneiden benötigen Gase, dies ist also nichts außergewöhnliches.
  • Maschinentaugliche Plasmabrenner nutzen meist verschiedenste Gas-Sorten und Mengen um eine optimale Gasmischung des Plasma und des Sekundärgases zu erreichen.
  • Mischung: Während Mehrgasplasmabrenner mehrere Gase in aufwendigen oftmals von einem Rechner gesteuerten Gasmischpult kombinieren und regeln können, besitzen Handplasmageräte und Eingasplasmabrenner häufig nur einen Gasanschluss
  • Die Gaskonsole besteht aus einem Gasanschluss, einen Druckminderer und evtl. aus einem Mikropartikelfilter
  • Besonders bei Eingasbrennern dient das Plasmagas auch zur Kühlung der Schneiddüsen

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