Plasma: Vorteile, Nachteile, Vergleiche zu anderen Schneidverfahren

Plasma Vorteile:

• Hohe Schnittgeschwindigkeit
• Geringe Schnittkosten und hohe Wirtschaftlichkeit im Stahlbereich bis ca. 35 max. 40 mm Dicke
• Plasma erlaubt eine hohe Schachteldichte von Teilen auf einem Blech
• Hohe Robustheit des Verfahrens und des Plasmaschneiders
• Geringe Betriebskosten, hoher elektrischer Wirkungsgrad bei über 60 %
• Universeller Einsatz: Schneidet alle elektrisch leitfähigen Metalle
• Schneidet auch rostigen Stahl und ölige Oberflächen, sogar lackierte Flächen können mit Plasma geschnitten werden, wenn der Lack eine bestimmte Schichtdicke nicht überschreitet
• Seine Vorteile gelten für beide Arten: Handplasmabrenner und Maschinenplasmabrenner für CNC-Steuerungen mit Automatisierung
• Geringe Investitionskosten von einigen Hundert Euro für einen Handplasmabrenner von beispielsweise Lidl, Aldi, OBI, Bauhaus, Ebay, Amazon etc.
• Kein aufwendiges Equipment für das Plasmaschneiden erforderlich. Ausnahme bei automatisierten CNC-Schneidanlagen
• Weites Anwendungsgebiet: Bleche von 0,5 mm bis 12 mm Materialdicke können bereits Einstiegsgeräte plasmaschneiden
• Komplette CAD/CAM gesteuerte Fertigung mit durchgehendem Datenbestand ist bei Einsatz eines MMS/PPS-Systems realisierbar
• Relativ wenig Nachbearbeitung (meist lediglich wenig Grat oder leichte Schlackeanhaftung, Grat zu entfernen!)
• Schneiddicken bis 160 mm sind möglich und beim Schneiden von Edelstahl oft eingesetzt
• Spezielle Schneidtechnologien verwendbar: Trockenschnitte und Unterwasserschnitte
• Spezielle Anwendungen verfügbar: Maschinen- und handgeführte Brenner; Tafel-, Coil- und Rohranwendungen
• Mit Plasma können auch Profile und Rohre geschnitten werden. Ebenso ist das Fasen mit entsprechenden Vorrichtungen mit Plasma möglich.

Nachteile Plasma:

• Strombedarf hoch, modellabhängig
• Belastung durch Stäube und Ozon, ein Filter ist erforderlich, Pflicht!
• Lärmentwicklung bei Trockenschnitt (z.T. >108 dBA bei 200A), wobei neuste Plasmabrennertechnologie den Lärm bereits nahezu halbiert (bis zu einer Schnittdicke von zur Zeit 15 mm, Stand Sommer 2022)
• Innenkonturen durch Nachlaufeffekt des massebehafteten Gases oft nicht präzise genug
• Aufhärtung des Plasmaschnittes in den Randzonen - wobei wie erwartet, das Schneidverfahren Wasserstrahl Vorteile in diesem Punkt besitzt und besser abschneidet
• Die hohe Schnittqualität von Laserschneidanlagen sind nicht erzielbar. Vorsicht, vor falschen Erwartungen der Endverbraucher! Plasma ist kein Laser, es erreicht nicht dessen Genauigkeitsklasse!
• Besondere technische Gase müssen vorgehalten werden für optimale Schnittergebnisse
• Die Schnittqualität ist nicht konstant – ist von weiteren Parametern wie Verschleiß,  Schneiddauer, Lochstechzyklen etc. abhängig
• Je nach Brennertyp, Einstellung, Zustand, Erfahrung sind höhere Verschleißteilekosten möglich, wenn die Anlage nicht optimal betrieben wird!

Vergleich der thermischen Schneidverfahren: Plasma versus Brennschneiden (Autogenschneiden)

• Plasma erzeugt weniger thermische Energie im Zuschnitt als das autogene Brennschneiden, wenngleich beide thermische Verfahren sind
• Schnelles Einstechen in Dicken bis 50 mm Materialdicke dauert nur wenige Sekunden. Lochstechen beim Brennschneiden dauert durch das Vorheizen je nach Materialdicke 15 - 40 sek. und länger
• Nachteilig beim autogenen Brennschneiden ist bis zu ca. 40 mm Materialdicke die deutlich langsamere Schneidttgeschwindigkeit gegenüber Plasma
• Plasma kann kleinere Innenkonturen und kleinere Bohrungen schneiden
• Die Investition in eine automatisierte CNC-gesteuerte Plasmaschneidanlage ist höher als bei die in eine CNC-gesteuerte Autogenschneidanlage
• Die erforderliche Ausstattung im Bereich der Absaugung und Filterung ist bei der Plasmatechnik höher als beim Brennschneiden, vor allem beim Schneiden von dickem Stahl
• Die Aufhärtung an der Schnittkante ist bei Brennschneiden geringer
• Die Rechtwinkligkeit (definiert in der Norm ISO 9013) beim Brennzuschnitt ist höher
• Plasma schneidet nahezu jeden elektrisch leitfähigen Stoff - während das autogene Brennschneiden nur für Kohlenstoffstähle mit einem C-Anteil < 0,3 % und einigen Titanlegierungen geeignet ist.
• Ist der Kohlenstoffanteil höher als 0,3 % sind weitere Vor- und Nacherwärmungsschritte beim Brennschneiden erforderlich, sonst kommt es zur Rissbildung im Schneidmaterial.
• Plasma schneidet rostige Stähle ebenso gut wie geprimerte, grundierte, geölte oder pulverbeschichtete Stähle. Das Brennschneiden reagiert empfindlich auf Oberflächenrost und kommt mit Beschichtungen gar nicht zurecht.
• Sind Staub und Gase ein Problem, schränkt dies den Einsatz von Plasma Cuttern weiter ein.
• Die Schachteldichte bei Plasma ist höher.
• Die Ein- und Abstiche sind kürzer.
• Die Schnittfugenbreite bei Plasma ist geringer. Es fällt mehr Schrott an beim Brennschneiden.
• Das Brennschneiden ist deutlich leiser als das Plasmaschneiden.
• Plasma braucht große Mengen an Strom, während Autogen seine Hauptenergie aus der Gasverbrennung von Sauerstoff bezieht
• Für Autogen beginnt das Wasserstoffzeitalter, dass C02-neutral gewonnen werden kann.

Vergleich: Plasma versus Laser

Im direkten Vergleich Laser vs. Plasma gibt es keinen eindeutigen Sieger, beide Schneidverfahren besitzen Stärken und Schwächen. Entscheidend bei der Auswahl ist vielmehr, welche Anforderungen der Anwender besitzt und welche Leistung, und Wirtschaftlichkeit gewünscht wird.

• Plasma ist ein robustes Verfahren, das geringere Anforderungen an die Umgebung stellt, was Betriebstemperatur, Durchzug, Feuchtigkeit, Schwingungen, etc. betrifft  - im Gegensatz zum Laser
• Investitionskosten sind geringer als bei Laserschneidanlagen
• Ist bei dicken Blechstärken > 30 mm bisher das preiswertere Schneidverfahren
• Materialunabhängigkeit bei Plasma höher,
• Plasma ist wesentlich toleranter was die Oberfläche und die Temperatur des zu schneidenden Metalls betrifft, Rost, Grundierung, unterschiedliche Materialeigenschaften haben weitaus weniger Einfluss, als beim Laser
• Die Materialaufhärtung der Schnittkante ist bei Plasma etwas geringer
• Plasma erreicht eine hohe Schnittqualität, jedoch nicht so hoch wie das Laserschneiden bzw. Wasserstrahlschneiden, wenngleich modernste Qualitätsplasmabrenner gewisse Genauigkeitsüberschneidungen zum Laser erzielen
• Ausschnitte, vor allem Innenkonturen und kleine Löcher sind mit dem Laser wesentlich präziser schneidbar
• Der Grat und die Schnittschräge ist bei Plasma höher
• Der Laserzuschnitt ist mit den neuen Hochleistungslasern mit 20 kW, 30 kW oder mehr erheblich schneller als Plasma. Die hohe Schnittgeschwindigkeit des Lasers im Dünn- und Mittelblech ist für Plasma nicht erreichbar. Spielen wirtschaftliche Faktoren die Hauptrolle kommt es auf eine konkrete Wirtschaftlichkeitsberechnung an
• Die Gefügeveränderung im Zuschnitt ist bei Plasma höher ausgeprägt, da mehr Hitze eingebracht wird als beim Laser
• Plasmaschneidanlagen lassen sich gut automatisieren, doch die Funktionsweise von Laserschneidanlagen erlaubt einen noch höheren Automatisierungsgrad bis zu bestimmten Blechdicken.
• Plasmazuschnitte können sehr laut und staubig sein.
• Das Plasmagas erzeugt Funkenflug und UV-Strahlung. Wobei parasitäre Laserstrahlung noch einen wesentlich höheres Sicherheitsrisiko darstellt, so dass der Laser eingehaust werden muss.

Vergleich: Plasma versus Wasserstrahl

• Die Schnittgeometrien bei Wasserstrahl können sehr filigran ausfallen, so dass feinste Konturen mit dem Mikrowasserstrahl geschnitten werden können
• Die Schnittgenauigkeit beim Wasser ist höher
• Wasser erzeugt im Gegensatz zu den thermischen Schneidverfahren keine Hitze im Material, dadurch kein Verzug, keine thermische Verformung, keine bzw. kaum gehärtete Schnittkanten der Zuschnitte
• Das Verfahren Plasma ist wesentlich schneller
• Der Plasmazuschnitt ist bei Betrachtung der reinen Zuschnittkosten preiswerter
• Der Wasserzuschnitt ist bei komplexen Werkstücken preiswerter, wenn die Nachbearbeitung der Werkstücke entfällt
• Wasser ist flexibler, schneidet nahezu fast alle Stoffe und Materialien, während der ionisierte Gasstrahl der Plasmaschneidtechnologie nur elektrisch leitfähige Materialien mit seinem Lichtbogen schneiden kann
• Beide Schneidverfahren können gleichzeitig mit mehreren Schneidköpfen arbeiten, wobei Wasser mehr Köpfe einsetzen kann
• Plasma und Wasserstrahl sind effektive Technologien, die beide auch unter Wasser schneiden können
• Beide Schneidverfahren sind laut
• Die CNC-gesteuerten Schneidanlagen als Trägermaschinen kosten in etwa das gleiche
• Wasser eignet sich für Recycling-Prozesse: Aufbereitung des Wassers und des Abrasiv-Materials
• Damit besitzt Wasser eine höhere Nachhaltigkeit
• Die elektrischen Anschlussleistungen der Schneidquellen sind ähnlich hoch, für Hochleistungsaggregate sind schnell 50, 60, 100 kW und mehr an Anschlussleistung erforderlich
• Beide Schneidverfahren erzeugen Stäube und Schmutz mit materialabhängigen Eigenschaften
• Beide Verfahren zerschneiden den Auflagetisch, dieser muss regelmäßig gewartet werden
• Beide Verfahren benötigen Verschleißteile und zusätzliche Energien: Beim Plasma ist es das Gas, beim Wasserstrahl das Abrasivmittel.

Warum Plasma so beliebt und weit verbreitet ist

• Plasma erlaubt hohe Schnittgeschwindigkeiten
• Einfache Führung durch mechanische Linearführungen möglich
• Einsatz mit kostengünstigen CNC-gesteuertes Koordinatensystem kein Problem
• Einfach zu bedienen, geringer Lernaufwand
• Breites Einsatzgebiet: Bearbeitung von Blechen je nach Modell bis 160 mm Materialstärke möglich
• Günstige Betriebskosten bei manuellen Handplasmabrennern Verbrauchsrechnung: Eingesetzte Energiekosten, Standzeit der Verschleißteile Übliche Schneidkosten pro Stunde von 10,- bis 15,- Euro, netto, zzgl. Personal, Material, Miete, sonstige Kosten
• Betriebskosten bei Maschinenplasmatechnik:
  Verbrauchsrechnung: Höherer Investitionsaufwand für Plasmaschneidmaschinen von einfachen Kompaktanlagen mit kleinen Tischgeräten und geringen Abmessungen von z. B.: 1 m x 2 m bis 1,5 m x 3 m Bearbeitung und bei geringen Dickenspektrum  z. B. bei unter unter 15 mm liegen die Kosten um 50.000,- Euro.
  Große Plasmaschneidanlagen können auch über 200.000,- EUR zzgl. Nebenkosten betragen.
  Großanlagen mit 25 m bis 100 m Schneidlänge, oftmals mit zusätzlicher Bestückung mit Werkzeugen wie Autogenbrennern, Plasmaschneiden von Fasen, Schweißnahtvorbereitung, Plasma mit erhöhter Einschnürwirkung für gute Schnittqualität oder multifunktionalen Werkzeugspindeln mit Werkzeugwechseler, Fasenkopf und auto. selbstreinigenden Schneidtischen, Markiereinheiten, zweiter Portalbrücke etc. sind Investitionskosten von über 0,5 Mio. Euro nicht unüblich
• Schwankung der Betriebskosten für derartige Anlagen von 20,- bis 60 ,- Euro zzgl. Abschreibung, Miete, Personal, Material, etc.
  Alle Preisangaben bei uns im B2B-Bereich beziehen sich immer auf Netto-Werte und sind nur zur Marktorientierung als Richtgrößen zu verstehen! Modell- und auftragsbezogen sind auch hohe Abweichungen der Angaben möglich!
• Hoher Austrag aufgrund hoher Schnittgeschwindigkeiten, z. B. Plasmaschneider schafft in nur einer Schneidstunde schnell mal 200 Plasmateile oder mehr, je nach Schnittlänge und Dicke
• Auslastung von Plasmaschneidanlagen bei optimalen Rüstzeiten und guter interner Logistik bei über 70 %
• Verfügbarkeit der Plasmaschneider bei über 90 %, was sie ihrer Robustheit verdanken
• Plasmacutter kommen mit harten Umweltbedingungen gut zurecht, sie sind baustellentauglich
• Sie stellen nur geringe 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 ist - Plasmaschneider kennen da kein Pardon, alles was Strom leitet, wird geschnitten.
• Plasma kann auch leise! Es gibt Plasmaschneider von Kjellberg Finsterwalde mit SilentCut®-Technologie mit moderaten Schneidgeräuschen
• Es gibt Plasmabrenner für verschiedenste Gase und für verschiedene Schneidaufgaben. Die Hypertherm® XPR®-Serie kann für verschiedenste Aufgaben eingesetzt werden und optional sogar Unterwasser Plasmaschneiden

Nun wird deutlich, warum Plasmaschneiden so erfolgreich und beliebt ist.