Welche Arten von Plasmabrennern gibt es?

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Man sieht eine Sortierbox voller Plasma-Verschleißteile, die nur für einen einzigen Plasmabrenner gebraucht werden
Die Auswahl an Plasmabrennern ist eben so hoch, wie die Auswahl an Düsen, Elektroden, die für einen einzigen Plasmabrenner benötigt werden.

Die beiden grundlegenden Arten von Plasmabrennern

Grundsätzlich unterscheidet man die beiden Arten von Plasmabrennern:

  • Übertragender Lichtbogen
  • Nicht übertragender Lichtbogen

Plasmabrenner mit übertragendem Lichtbogen

Das weitaus häufiger anzutreffende Plasmaschneidverfahren in der Metallbearbeitung in der Schneidindustrie ist der übertragende Lichtbogen. Dabei wird der Pilotlichtbogen des Plasmabrenners, so bezeichnet man den Startlichtbogen, der meist mit Hochfrequenz zwischen Düse und Elektrode auf der Innenseite der Düse im Brennerkopf gezündet wird und mit Hilfe einer Gasströmung auf das leitfähige zu schneidende Material übertragen wird - daher der Name "Übertragender Lichtbogen". Nach erfolgtem Pilotlichtbogenstart und der Übertragung auf das elektrisch leitfähige Schneidmaterial erfolgt die Freigabe des Hauptlichtbogens. Mit diesem Verfahren lassen sich ausschließlich elektrisch leitfähige Materialien schneiden.

Plasmaschneider mit nicht übertragendem Lichtbogen

Beim nichtübertragenden Lichtbogen brennt der konstante Lichtbogen zwischen Elektrode und Düse. Aus der Düse entweicht das heiße Plasmagas und trennt durch Aufschmelzung das Material, auf das der Lichtbogen auftritt. Da hierbei nur wenig Einfluss auf die Geometrie und Stabilität des Lichtbogens gelegt werden kann, lassen sich mit dem Verfahren keine Qualitätsschnittanforderungen erwarten. Sein Vorteil liegt darin, dass sich damit auch nichtmetallische Stoffe schneiden lassen, beispielsweise Beton, Glas, Stein etc. Doch mehr als ein Trennschnitt darf man dabei in der Schnittqualität nicht erwarten.

Wo setzt man Plasmabrenner ein?

Während sich 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 oder auch zum Plasmaschneiden von Gitterrosten eingesetzt werden.

Einsatzbereiche des übertragenden Plasmalichtbogens

  • 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 nicht übertragenden Plasmalichtbogens

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

Was ist der Unterschied zwischen handgeführten und maschinengeführten Plasmabrennern?

Handgeführte Plasmabrenner

  • Handgeführte Plasma Cutter besitzen in der Regel geringere Leistungen und geringere Gewichte. Ihr Schwerpunkt zielt auf hohe Mobilität und störungssichere und einfache Handhabung. Der Brenner wird von Hand geführt. Eventuell kommen maschinelle Führungseinrichtungen zum Einsatz, beispielsweise Kreisschneider oder einfache Linearschlitten mit oder ohne externe Antriebshilfen.
  • Da von Hand kaum konstante Bewegungsgeschwindigkeiten möglich sind, ist auch die Schnittqualität in der Regel weit aus geringer als beim maschinengeführten Brenner.
  • Stromquellen für Handgeräte sollen leicht transportierbar sein, daher sind derartige Plasma Cutter leichter als die Maschinenstromquellen.
  • Häufig verfügen Baustellen oder auch Haushalte nicht über große elektrische Energiequellen auf der Basis von 400V Drehstrom. Daher sind viele handgeführte Plasmaschneider auf die normalen 230 V Haushaltsanschlüsse ausgelegt.
  • Die Beschränkung auf verfügbare Stromstärken limitiert damit natürlich auch die Einsatzmöglichkeiten der Plasmaschneider im mobilen Gebrauch.
  • Ebenso ist der Einsatz für technische Gase bei handgeführten mobilen Plasmabrennern beschränkt auf den Einsatz von i. d. R. Druckluft / Stcikstoff.
  • Die handgeführten Plasma Cutter werden meist vor Ort an Baustellen eingesetzt, wenn es darum geht, noch schnell ein Öffnungsloch in einen Behälter zu schneiden oder ein Schrottteil zu zerlegen. Sie finden weite Verbreitung in Werkschätten, Schlosserein und Metallbau bis hin zum Hobby-Heimwerker, der gerne mal ein Metall durchschneiden möchte.
  • Die Einschaltdauer bei Handplasmageräten liegt in der Regel eher bei 60-80% ED. Würde man die Plasmastromquellen auf 100% Einschaltdauer auslegen, wäre ein erheblicher Kühlaufwand erforderlich, was die Gewichte und damit auch die Mobiltät der Stromquellen drastisch beeinflussen würde.

Maschinengeführte Plasma Cutter versus Handplasma Cutter

  • Einschaltdauer: Die maschinentauglichen CNC-gesteuerten Plasmastromquellen unterscheiden sich zum Beispiel durch ihre Fähigkeit eine Einschaltdauer von 100 % zu besitzen. Wenngleich auch einige wenige Handplasmamodelle existieren, die die 100% Einschaltdauer erreichen - für die Masse gilt dies jedoch nicht.
  • Gase: Maschinentaugliche Plasmabrenner nutzen meist verschiedenste Gas-Sorten und Mengen um eine optimale Gasmischung des Plasma und des Sekundärgases zu erreichen. Handplasmageräte arbeiten meist nur mit einem Gas, meistens der auf Baustellen leicht verfügbaren Druckluft oder Stickstoff.
  • Mischung: Während Hochleistungsplasmabrenner in der Regel mehrere Gase in aufwendigen oftmals von einem Rechner gesteuerten Gasmischpult kombinieren und regeln können, besitzen Handplamageräte meist nur einen Gasanschluss und damit nur eine einfache Gaskonsole, bestehend aus einen Gasanaschluss, einen Druckminderer und evtl. aus einem Micropartikelfilter.
  • Kühlung: Maschinenplasmabrenner verwenden eine aufwendige Flüssigkeitskühlsysteme. Ihre Verschleißteile verfügen über mehrere Kanäle, die die Düse und die Elektrode während des Schneidvorgangs effektiv kühlen. Handplasmabrenner verfügen meist nur über eine einfache Luftkühlung.
  • Ströme: Maschinenplasmaschneidbrenner arbeiten in der Regel mit wesentlich höheren Strömen als die Handplasmageräte.
  • Mobilität: Handplasmabrenner sind auf Mobilität geeicht, sie sind tragbar und können oftmals an das normale 230 Volt Netz angeschlossen werden. Maschinenplasmabrenner eignen sich nur für eine feste Montage, dementsprechend hoch ist auch ihr Installationsaufwand.
  • Datenbank: Maschinenplasmabrenner verfügen über manuelle und automatische Gaskonsolen. Die auto. Gaskonsolen lassen sich über ±10 V oder ± 20 mA oder digitale Schnittstellen von der CNC oder dem CAD/CAM ansteuern. Die Schneiddaten für verschiedenste Materialien sind oftmals in einer Datenbank hinterlegt. 
  • Genauigkeit, Schnittqualität: Ein ungerechter Vergleich, denn wird ein Handplasmabrenner manuell geführt, kann der Mensch niemals eine gleichmäßige und für die Schneiddicke passende Bewegungsgeschwindigkeit mit seinem Handgelenk erreichen, wie dies eine CNC-gesteuerte Schneidanlage problemlos vermag. Damit sinkt natürlich auch die Schnittqualität. Allerdings wird im Heizungs-Klima-Lüftungs-Bereich (HKL) häufig aus Kostengründen eine Handplasmastromquelle an eine CNC-gesteuerte Schneidanlage adaptiert - und das Ergebnis kann sich sehen lassen. Wird der Handplasmabrenner maschinell geführt entstehen ansehnliche Schneidresultate. Wird jedoch Luft oder Stickstoff als Plasmagas eingesetzt, eignen sich die Zuschnitte nicht für ein porenfreies Verschweißen.  
  • Betriebskosten: Sowohl die Betriebskosten der Handplasma Cutter liegen aufgrund der preiswerten Verschleißteile i. d. R. sehr viel günstiger als die aufwendigen Verschleißteile der Maschinenplasmabrenner als auch die Investition in die Plasmastromquelle selber.
Schnitt durch einen modernen Qualitätsplasmabrenner für Mischgase mit Sekundärgastechnik mit starker Einschnürung des Lichtbogens
Schnitt durch einen modernen Qualitätsplasmabrenner für Mischgase mit Sekundärgastechnik mit starker Einschnürung des Lichtbogens

Unterscheidungsmerkmale bei Maschinenplasmabrennern

In der Literatur werden unterschiedliche Angaben zu Plasmaschneidbrennern veröffentlicht, bei denen wir manchmal die Vollständigkeit oder die Objektivität vermissen. Daher bemühen wir uns, unsere Sichtweise so objektiv und umfassend darzulegen, wie möglich, damit kein falsches bzw. ein unvollständiges Bild über das Plasmaschneiden beim Leser entsteht.

Schneidforum befasst sich primär mit Maschinenschneidbrennern, da deren Einsatz weitaus mehr Details und Automatisierungsmöglichkeiten beinhaltet. Über Handplamaschneider und deren Auswahl haben wir in diversen Fachzeitschriften Artikel veröffentlicht und haben auch hierzu im Schneidforum einen grundlegenden Artikel erstellt, den wir Ihnen empfehlen.

Plasmabrenner unterscheiden sich durch die Gastechnik

Es gibt Plasmabrenner, die nur mit einer Gasart betrieben werden und es gibt komplexe Plasmabrenner, die mit Mehrgastechnik betrieben werden.

- Einfache Druckluft-Plasmaschneider

Der Plasmaschneider ist nur für ein Gas konzipiert worden. Die Kühlung des Plasmabrenners erfolgt in der Regel mit Luft.

Einsatzmöglichkeiten der Druckluft-Plasmaschneider:

  • Für einfache Aufgaben
  • Als Plasmagas wird Druckluft oder Stickstoff eingesetzt
  • Geringe Betriebskosten, preiswerte Verschleißteile, geringere Schnittqualität
  • Auszug Typenbeispiele: Hypertherm® HT40C, MAX100®, Thermadyne PAK®, StakPak®, Cebpora... 

- Konventionelle Dualgas/Mischgase Brenner

Bei Mehrgasplasmabrennern übernimmt das Sekundärgas mehrere Funktionen.

  • Zum einen ist das Sekundärgas verantworlich für die Kühlung des Plasmaschneidkopfes, der Plasmaschneiddüse.
  • Zum anderen besitzt es Einfluss auf die Schnittqualität und kann zum Schneidmaterial passend gewählt werden, um eine bessere Schnittqualität zu erreichen.
  • Zwei Gase können eingesetzt werden, dies ermöglicht eine bessere Anpassung an die Schneidaufgabe/Material
  • Sauerstoff bei Normalstahl
  • Geeignet für komplexe Aufgaben und wird eingesetzt bei Plasmaströmen von bis zu 1.600 A, Schneiddicke bis zu 160 mm
  • Mittlere Schnittqualität, wobei im dicken Materialbereich die Qualität sogar für viele Anwendungen akzeptabel gut ist
  • Auszug Typenbeispiele: Hypertherm® HT2000, HT4000, Kjellberg Finefokus® 800 / 1600, SmartFocus®, Thermadyne AutoCut, Kaliburn und weitere

    - Mehrgasplasmabrenner mit erhöhter Einschnürwirkung

    Diese Art der Plasmabrenner, welche die zur Zeit höchste Schnittqualität erreichen wird auch als Qualitätsplasma oder Feinstrahlplasma oder sonstige firmeneigene Bezeichnung je nach Hersteller, betitelt. Im Schneidforum verwenden wir die Begriffe synonym und sprechen von Qualitäts- oder Feinstrahlplasma. Gemeint sind damit immer Mehrgasplasmabrenner mit erhöhter Einschnürwirkung des Plasmastrahls.

    • Zwei oder mehr Gase können für verschiedene Metalle eingesetzt werden
    • Gasdruck und Stromanstieg werden geregelt, so dass Stoßbelastungen reduziert werden und höhere Standzeiten möglich sind
    • Schneidkopfaufbau unterscheidet sich wesentlich: Meist werden zwei Schraubkappen eingesetzt, die normale äußere, sowie eine innere Schraubkappe, die auch den Kühlwasserkreislauf abschirmt
    • Aufwendige auto. Gase-Mischkonsolen kommen bei diesen Feinstrahlplasmabrennern zum Einsatz
    • 100% Einschaltdauer der Systeme ist die Regel bei maschinentauglichen Brennern
    • Die Plasmaverschleißteile kosten im Durchschnitt zwar mehr als die konventioneller Brenner, doch halten diese i.d.R. auch wesentlich länger
    • Plasmaschneidanlagen mit erhöhter Einschnürwirkung erzeugen die maximale Schnittqualität, die im Bereich Plasmaschneiden zur Zeit zu erreichen ist.
    • Typenbeispiele: Hypertherm®: Alt HD3070/HD4070, HPR130/260/400/600 Neu: XPR-Baureihe. Kjellberg: HiFocus® 80i/161i/280i/360i/440i/600i, Thermadyne Ultracut 200/300/400, Spirit von Kaliburn, sowie die M3 von Esab, OCP Osytome-Baureihe von SAF und weitere.
    • Besondere Ausführungen mit einer Wasserinjektionstechnik, die H2O als Sekundärmedium einsetzen.

    In der Literatur existieren noch weitere Unterteilungen, doch für den praktischen Alltag genügt uns dieser Terminus.

    Hinweis: Die Listung der Plasmastromquellen ist weder beispielhaft, sie ist weder komplett noch besitzt die Reihenfolge eine Wertung. Im Marktplatz finden Sie eine Reihe von Lieferanten für weitere Modelle. Die hier genannten Brennerbeispiele umfassen auch Modelle die zum Teil nicht mehr erhältlich sind, doch aufgrund ihrer hohen Popularität eine besondere Bedeutung besitzen und häufig in vielen Betrieben noch im Einsatz sind!

    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 nichts asudrücklich dafür zugelassen ist. Schneiden Sie niemals mit Gasen, für die Ihren Plasmabrenner keine Zulassung besitzen, 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 können keine universellen Aussagen getroffen werden.

    Es ist uns ein Rätsel, wie auf vielen Webseiten Verbräuche und Drücke von Gasen für Plasmabrenner universell angegeben werden können. 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 Schnitte schwarze verzunderte mit starkem Grat behaftete Schnittkanten erhalten. Die Filterung 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. 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, aufgezundert und mit Grat behaftet. Stickstoff wird bei modernen Qualitätsbrennern, ebenso wie Druckluft, dies ist wie immer 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, als beim 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 Plasmabrenner

    Wenn Sie weitere Fragestellungen haben, können Sie diese im Forum stellen oder setzen Sie sich mit uns in Verbindung.


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