Genauigkeit beim Plasma optimieren

Im Stahlbau müssen häufig typische 17 mm Durchgangslöcher an den Kopf- und Fussplatten eingebracht werden. Bei diesen Löchern ist es wichtig, dass eine 17 mm Schraube problemlos hindurch passen muss.

Problem: Lochgenauigkeit

Beim Plasmazuschnitt ist der obere Ausschnitt größer als der untere, das Loch läuft konisch zu. Die Schraube passt zwar oberhalb in das Loch aber nicht durch das Loch. Also wird das Loch in der Praxis einfach größer geschnitten, so dass es oben einen größeren Durchmesser als 17 mm besitzt und an der Materialunterseite die Schraube so gerade durch passt. So spart man sich vermeintlich die Nacharbeit ein, dem Aufbohren. Doch so einfach und zulässig ist das nicht. Der Überdeckungsfaktor ist hierbei nicht selten zu gering, d.h. die Schraube hat zu wenig Material zum Festziehen zur Verfügung, dies gefährdet unter Umständen die Statik eines Gebäudes und wird vom Architekten, Statiker nicht zugelassen.

Lösung:

Um das Problem zu lösen, wird die Bohrung so eng und passend wie möglich geschnitten, vorausgesetzt das Bauvorhaben erlaubt generell die Nutzung eines thermischen Trennverfahrens.

Die besten Schnittgenauigkeiten erreicht ein Qualitätsplasma mit einschnürendem Plasmastrahl und Sekundärgastechnik, das in der Lage ist, das 17 mm große Loch in beispielsweise 20 mm dicken Stahl mit einer Toleranz von z. B. ± 0,3 mm zu erzeugen. Während beispielsweise ein konventioneller Plasmacutter nur eine Toleranz von ± 0,6 mm oder schlechter in gleichem Material erreichen würde.

Dies bedeutet: Mit Normalplasma schneidet man das Loch z.B. mit 18,2 mm Durchmessern an der Oberseite und erhält am Lochaustritt die gewünschten 17 mm Durchgang. Während der Zuschnitt mit Feinstrahlplasma ein oberes Loch mit beispielsweise 17,6 mm Lochdurchmesser erzeugen könnte.

Fazit:

Gesetz dem Fall der thermische Zuschnitt sei erlaubt, dann besteht die Chance mit einem modernen Qualitätsplasmabrenner eine bessere Toleranz zu erreichen als mit dem Normalplasmabrenner und spart so aufwendige Bohrarbeiten ein.

Die erzielbare Genauigkeit beim Plasmaschneiden wird im Kapitel über die Schneidnorm ISO 9013 vorgestellt.

Die Lochgenauigkeit ist nur ein wichtiges Thema von weiteren.

So unterscheidet man noch die Positioniergenauigkeit sowie die Wiederholgenauigkeit der Plasmaschneidanlage. Beide Größen haben Einfluss auf die Genauigkeit des Plasmazuschnitts, die wir nun im einzelnen konkreter betrachten wollen.

Die Genauigkeit beim Plasmaschneiden darf niemals so verstanden werden, wie bei einem Laser oder einem mechanischen Bearbeitungsprozess. Beim Plasmaschneiden hängt die Genauigkeit immer von dem zu schneidenden Teil, seiner Geometrie und dem verwendeten Material ab, sowie von diversen Prozessparametern, daher kann man die Genauigkeit beim Plasmazuschnitt in gewisser Weise als "inkonsistent" bezeichnen.

Beispiel:
Eine rechteckige Figur mit den Abmessungen von 250 x 750 mm mit einigen Ecken und Ausbrüchen in 10 mm Normalstahl stellt für Qualitätsplasma im Normalfall keine große Herausforderung dar. Das Teil sollte mit ±0,3 mm sauber und gratfrei erzeugt werden können, wenn alle Parameter optimal eingestellt sind.

ABER: Erhält das gleiche Teil beispielsweise eine Vielzahl an Bohrungen und einen oder mehrere große Ausschnitte und schon wird eine Aussage über die Genauigkeit weitaus schwieriger. Denn: Durch die vielen Ausschnitte wird eine nicht geringe Menge an Wärmeenergie in das Material eingebracht, das Material dehnt sich aus und die Zehntel "wandern" nur so dahin. Das, was vorher gut passte, ist anschließend statt ± 0,3 mm, nun ± 0,4 mm oder mehr "weggelaufen". Doch selbst wenn es einem guten Bediener gelänge, die Außenkontur durch entsprechende Schnittspaltkorrekturen und Wegoptimierung auf Kurs ± 0,2 mm zu halten, so sind die Abstände der Innenkonturen zueinander und die Bohrungsdurchmesser und die Ausschnitte etc. unter Umständen weit weg vom ursprünglichen Ziel.

• Je komplizierter ein Plasmateil bzw. seine Geometrie wird, desto schwieriger ist es, seine konstante Genauigkeit vorher zu sagen.
• Die DIN EN ISO 9013 (alt DIN2310) gibt Aufschluss über die erzielbaren Genauigkeitsklassen.
• Je abgenutzter die Düsen, die Verschleißteile sind, desto größer die Toleranz, die Genauigkeit ändert sich mit zunehmender Betriebsdauer.
• Ändert die Maschine bestimmte Prozessparameter, wie den Abstand zum Bauteil, ändert sich auch die Genauigkeit. Sie kann noch in der zulässigen Toleranz liegen, sie kann aber auch aus ihr heraus fallen.

Die erzielbare Schnittgenauigkeit bei Plasmazuschnitten ist abhängig von vielen verschiedenen Parametern:

• Materialdicke
• Material
• eingestelltem Strom
• Gasen und Gasqualität
• Brenner-, Maschinentyp
• Höhenregelung —
• Düsenqualität und deren Alter, Betriebsstunden
• Kontur, Geometrie
• Bedienererfahrung
• Maschinenqualität

• Die Genauigkeit ist nicht konstant, sie ist nicht determiniert! Mit zunehmender Schneiddauer verändert sich der Düsendurchmesser durch den entstandenen Abbrand in der Düse und somit auch die Konturgenauigkeit. Das erste Teil einer Charge hat andere Genauigkeitswerte als das 100., 200. oder 1.000. Teil.
• Die Genauigkeit kann je nach Geometrie und Lage des zu schneidenden Teils im Blech schwanken
• Die Genauigkeit beim Plasmaschneiden darf nicht mit der des Laser- oder Wasserstrahlschneidens verwechselt werden.
• Bohrungen und Ausschnitte im Innenteil des Zuschnitts beeinflussen die Genauigkeit des gesamten Plasmakonturteils ebenfalls durch zusätzliche Wärmeeinbringung. —
• Je komplizierter die Geometrie des Teils, desto schwieriger das Erzielen einer konstanten Genauigkeit.

10 Tipps, wie Sie die Genauigkeit beim Plasma verbessern