Wie funktioniert Plasma?

• Die Zündung eines Lichtbogens erfolgt in einem dafür geeigneten Brennerkörper zwischen einer Elektrode (Kathode) und einer Düse (Anode) mithilfe einer Hochfrequenz oder einer Hochspannung.
• Der Lichtbogen wird durch einen sogenannten Pilotlichtbogen gestartet. Dieser energiearme Pilotlichtbogen besitzt nur eine geringe Stromstärke und eignet sich nicht zum Schneiden. Er ist jedoch für den Start des Schneidprozesses erforderlich. Er ist quasi der erste Lichtbogen, der auf das Metall trifft.
• Durch den Lichtbogen wird das hindurchströmende Gas ionisiert, es entsteht das Plasma, ein leitfähiges Gas. Dabei werden Temperaturen um 30.000° Kelvin erreicht. Man bezeichnet den Plasmazustand auch als den 4. Aggregatzustand: 1. Fest - 2. Flüssig - 3. Dampf - 4. Plasma.
• War die Zündung des Pilotlichtbogens erfolgreich, schaltet die automatische Leistungserhöhung der Stromquelle auf den Hauptstrom um und der Zuschnitt kann beginnen. Dabei werden je nach Plasmastromquelle Ströme von 10 A bis 600 A zum Schneiden eingesetzt.
• Beide Teile, Düsen und Elektroden, werden als Verschleißteile betrachtet, sie nutzen durch den Lichtbogen ab.
• Das ionisierte Gas bläst das flüssige Material aus der Schnittfuge heraus, wodurch ein Schnittspalt entsteht. Die entstehenden Gase müssen über einen geeigneten Filter abgesaugt werden.
• Wird das Plasma durch die Gasströmung von der Innenseite der Düse auf ein zu leitendes Stück Metall, dem Werkstück, übertragen, spricht man von "übertragenden Lichtbogen", der primär in der metallverarbeitenden Industrie zum Schneiden von Metallen eingesetzt wird.
• Das Plasmagas besitzt je nach Plasmastromquelle einen Druck von 4 - 8 bar. Automatisierte Maschinenbrenner, Mehrgasbrenner, Feinstrahlplasmabrenner arbeiten mit höherem Druck von 8 - 12 bar. Die kinetische Energie des Plasmastrahls ist geprägt von der hohen Temperatur.
• Mehrgasplasmabrenner, wie beispielsweise die Hydefinition® oder XPR® von Hypertherm Europe und HiFocus® oder Q-Serie von Kjellberg Finsterwalde verfügen über ein Sekundärgas, das zur Kühlung des Schnittes und zur Einschnürung des Lichtbogens beim Schneiden dient.
• Wird der Plasmabrenner zusätzlich in mehreren Dimensionen bewegt, sei es manuell von Hand oder durch ein CNC-gesteuertes Koordinatensystem, so lassen sich Konturteile, Zuschnitte plasmaschneiden.
• Eine LIBO (Lichtbogengesteuert, automatisch arbeitende Höhenregelung), die den Abstand zwischen Brenner und Schneidmaterial konstant und in Echtzeit nachführt, sorgt für gleichbleibende Qualität und geringen Verschleiß.

In einer detaillierten Anleitung zum Schneiden erklären wir wie mit dem Handbrenner, dem Maschinenbrenner geschnitten wird, gehen nochmals tiefer in die Funktionsweise ein und beschreiben, was alles zum Schneiden erforderlich ist.

Was genau im Inneren des Brenners passiert, hängt ein Stück weit vom Modell des Brenners ab. Ausgehend von den weit verbreiteten Maschinenbrennern wird die erste Zündung, der Pilotlichtbogen, zwischen Elektrode und Düse im Inneren des Brennkopfes gezündet. War die Zündung erfolgreich wird der Hauptlichtbogen durch Freigabe des Gasflusses auf das Werkstück übertragen.

Plasmastromquellen und die Schneidmaschine sowie dem Brenntisch müssen sehr gut geerdet sein.

Die Plasmahersteller geben hier unterschiedliche Richtlinien vor, an die man sich aber tunlichst halten sollte, denn die Ströme und Spannungen sind hoch genug, um Personen zu gefährden. Daher ist eine sorgfältige Erdung der Anlage zwingend erforderlich.

So verlangt beispielsweise Hypertherm® für seinen weit verbreiteten Plasmabrenner HT2000® und die HPR®-Baureihe einen Erdungswiderstand von 0,3 Ohm.

Störungen beim Schneiden treten mitunter häufig dadurch auf, dass einer der Leitungswege unterbrochen ist oder Übergangswiderstände oder lose Schraub- oder Klemmverbindungen den Stromfluss behindern.

In einem besonderen Fall sollte eine Plasmaschneidanlage bei einem Kunden im Rheingebiet aufgebaut werden. Da das Grundwasser im Gebiet des Rheinufers für die Trinkversorgung der Gegend verwendet wird, liegt der Grundwasserspiegel sehr tief. Der Hersteller eines japanischen Plasmaschneiders gab nun vor, dass der Erdungswiederstand kleiner 3 Ohm einzuhalten sei, was nur durch einen eigenen Erder zu erreichen war. Dieser Erder sollte aber auch im Sommer immer mit dem Grundwasser in Kontakt stehen. Damit diese Vorgaben erfüllt werden konnte, musste ein 18 m tiefer Erder in den Boden eingeschlagen werden. Sicherheit geht vor. Planen Sie solche Unwägbarkeiten lieber im voraus mit ein, wenn Sie sich dafür entscheiden, ein Plasmaschneidsystem zu installieren.

An anderer Stelle im Schneidforum sprechen wir auch über Fundamente, Logistik, Krananlagen und weiteren Tools, die mit dem wirtschaftlichen Schneiden zusammen hängen.