Plasmaverschleißteile beeinflussen die Wirtschaftlichkeit beim Plasmaschneiden

Bild 1: Plasmaverschleißteil mit aufgeschnittenem Plasmaschneidkopf für Qualitätsplasmazuschnitt mit Verschleißteilen
Bild 1: Aufgeschnittener Plasmaschneidkopf mit Verschleißteilen (Quelle: © Schneidforum Consulting)
  • Wie können die Betriebskosten beim Plasmaschneiden gesenkt werden?
  • Welche Kriterien beeinflussen die Verschleißteilekosten und die Lebensdauer des Schneidkopfes?
  • Wie lange halten die Düsen und Elektroden, die wesentlichen Plasmaverschleißteile des Plasmacutters?
  • Wie viele Starts kann man mit den Plasmaverschleißteilen erzielen?

Diese exemplarischen Fragestellungen stehen stellvertretend für eine Reihe von Unsicherheiten im täglichen Geschäft eines Lohnschneiders oder einer Schneidabteilung. Pauschale Antworten gibt es hierbei nicht, wie wir gleich zeigen werden. Sie erfahren in diesem Abschnitt, welche Parameter die Schneidkosten und damit die Wirtschaftlichkeit eines Plasmacutters beeinflussen und wie man diese optimieren kann.

Hierzu ein Fallbeispiel aus unserer Beratungspraxis eines Plasma-Lohnschneiders:

"Sie irren sich", so begrüßte uns der Betriebsleiter eines ratsuchenden Schneidbetriebs. Er wollte wissen, wie er preiswerter Plasmaschneiden kann. Wir rechneten ihm die Vorteile für sein Produktspektrum aus und konnten ihm eine Senkung von 25% seiner Schneidkosten in Aussicht stellen, wenn er ein bestimmtes Sortiment mit Plasma anstatt mit Autogen zuschneidet.

Der Betriebsleiter wähnte sich nun im Recht als er uns einen Fehler in der Berechnung vorwarf, denn er setzte bereits eine Plasmastromquelle ein, doch er teilte uns diesen Sachverhalt vorher nicht mit, quasi als Prüfstein. Gemäß seiner Kostenrechnung verdiente er damit kein Geld.

Darauf hin stellten wir ihm nur eine einzige Frage, wir wollten wissen, ob sein Plasmabrenner das Modell xyz sei? Er bestätigte dies. Er setzte einen Plasmabrenner ein, mit dem man tatsächlich kein Geld verdienen konnte. Dieses Modell war im Markt dafür bekannt, hohe Verschleißteilekosten mit kurzer Lebensdauer, zu besitzen. Dies hatte er vor dem Kauf jedoch nicht berücksichtigt und es überraschte ihn sehr. Danach entschuldigte er sich und zahlte die Beratungsgebühr gerne. Der Plasmabrenner wurde gegen ein besseres Gerät ausgetauscht, mit dem er dann auch die Standzeiten erreichte, die seine Betriebskosten erheblich senkten.

Fazit: Es kommt sehr darauf an, welches Werkzeug man wie einsetzt und wie lange die zugehörigen Plasmaverschleißteile halten.

Vermeide diese 10 Fehler und reduziere die Betriebskosten beim Plasmaschneiden

Lebensdauer von Plasmaverschleißteilen verlängern und optimieren

Der Maschinenbediener entscheidet durch Sichtkontrolle und Prozessbeobachtung, wann ein Plasma-Verschleißteil zu wechseln ist. Plasma-Hersteller können diesen Wert nicht fix angeben, da die Lebensdauer von vielen Parametern abhängig ist, die meistens gar nicht mehr in der Hand des Herstellers liegen. Häufig werden Düse und Elektrode gemeinsam gewechselt.

Ausschlaggebend für die Lebensdauer der Plasmaverschleißteile sind unter anderem folgende Kriterien:

  1. Die passende Plasmastromquelle zur gestellten Aufgabe
  2. Richtige Schnittparameter, dazu zählt unter anderem: Schneidhöhe, Zündhöhe, Schnittgeschwindigkeit, Gasmenge und Gasqualität. Verwendung der richtigen Verschleißteile, Verwechselung von Teilenummern ausschließen.
  3. Anzahl der Anstiche und die Schnittlänge
  4. Qualität der Verschleißteile: Originalteile oder zweifelhafte Nachbauten?
  5. Oberflächenbeschichtung des zu schneidenden Materials und damit verbunden der Rückwurf
  6. Schneidstrom
  7. Kühlung des Schneidkopfes
  8. Erfahrung des Bedieners
  9. Metallkontakt, Crash
  10. Sauberkeit beim Wechsel der Teile

Verschleißteile bestimmen einen großen Teil der Betriebskosten beim Plasmaschneiden

  • Die Betriebskosten beim Plasmaschneiden variieren extrem und lassen sich daher nicht in einer einzigen Zahl generalisiert aufführen. Die Einflussgrößen für die unterschiedlichen Betriebskosten haben wir weiter unten summativ aufgeführt.
  • Im wesentlichen wird der Stundensatz beim Plasmaschneiden von den Verschleißteilekosten sowie von den Energiekosten, Gase und Strom bestimmt. Maschinenbediener, Hallenmiete und Gemeinkosten betrachten wir nicht weiter, da diese betriebsintern von Unternehmen zu Unternehmen variieren und jedes Unternehmen seine eigenen Kosten kennt.
  • Ein Plasmaschneidkopf besteht aus einer Vielzahl an Verschleißteilen mit unterschiedlichen Lebensdauern. Je nach Modell, Kühlungsart und Gasauslegung besitzt ein moderner Plasmaschneidkopf eine innere und eine äußere Schraubkappe, ein Shild (Spritzer- und Funkenschutz), einen Wirbelring, ein Wasserrohr, die Plasmadüse und die Plasmaelektrode, die bei manchen Herstellern auch Kathode genannt wird.
  • Der Hauptkostentreiber der Verschleißteile ist beim Plasmaschneiden in der Regel Düse, Elektrode (Kathode) und das Shild. Die anderen Bauteile halten in der Regel wesentlich länger.
  • Beispielsweise kann ein Wirbelring bis zu einem Monat lang betrieben werden und die Plasmaschraubkappen können bis zu einem Jahr ihre Funktion aufrecht erhalten, abhängig vom Modell und von der Anwendung. Des Weiteren kommen je nach Brenner noch Dichtungen, Schmierstoffe und Kühlmittel hinzu.
  • Die Lebensdauer der Plasmateile, siehe Bild 1: Düsen, Elektroden, Shield, innere und äußere Schraubkappe, Wirbelring und Brennerkörper etc. hängen von den Einstechzahlen und der Schneiddauer ab. Die Plasmaverschleißteile Düsen, Elektroden, Shield halten unter Umständen nur wenige Stunden. Während Wirbelringe, Schraubkappen und die Brennerkörper wesentlich längere Austauschzyklen besitzen, da reden wir von Tagen oder Wochen.
    Je nach Brennertyp variieren sowohl die Standzeiten als auch die Kosten der Verschleißteile erheblich.
  • Einfache Single-Gas Druckluftbrenner benötigen als Hauptverschleißteile nur eine Düse und Elektrode, die je nach Modell ca. 5,- bis 10 Euro kosten.
  • Moderne leistungsfähige Dual-Gas-Systeme für Maschinenanwendungen (siehe Bild 1) besitzen häufig aufwendige Strahleinschnürungen und Wasserkühlung: Hier kann ein Satz Plasmadüse und Plasmaelektrode auch von 40,- bis zu 100 Euro kosten. Die Bandbreite der unterschiedlichen Plasmaschneidanlagen ist zu groß, als dass man einen einzigen Wert angeben könnte. Bei manchen Modellen hält so ein Verschleißteilesatz nur 1 bis 2 Stunden, bei anderen hingegen 3 bis 4 Stunden oder länger.
  • Der Maschinenstundensatz setzt sich neben den Betriebskosten zusätzlich aus der Arbeitsvorbereitung, der CNC-Code-Erstellung und Verschachtelung sowie der Finanzierung, Abschreibung, der Hallenmiete der Gesamtkostenumlage zusammen. Die Intralogistik beeinflusst die Rüst- und Nebenzeiten, die Maschinenbestückung, die Teilentnahme und die Teilereinigung. Auch diese Posten sind unternehmensspezifisch, je nach Struktur des Betriebs verschieden und erhöhen die Betriebskosten.
  • Die Auslastungen der Plasmaschneidmaschinen sind in der Regel von Betrieb zu Betrieb verschieden. Die Auslastung einer Plasmaschneidanlage ist unternehmensspezifisch und trägt zur Höhe des Maschinenstundensatzes ebenso bei.

Bedeutung der Lebensdauer von Verschleißteilen

Der Fallbericht zu Beginn des Beitrags macht deutlich, wie sehr die Lebensdauer der Plasmaverschleißteile über Erfolg oder Misserfolg entscheiden. Da die Kosten der Plasmaverschleißteile auch Hundert Euro betragen können, wird deutlich warum sich eine Optimierung der Lebensdauer der Verschleißteile lohnt. Es macht den entscheidenden Unterschied im Wettbewerb, ob Ihre Plasmaverschleißteile sich beispielsweise auf 4 Schneidstunden verteilen oder ob Sie jede halbe Stunde diesen Betrag einsetzen müssen.

Wie im wahren Leben ist alles eine Frage der Relation. Man kann den Maschinenstundensatz mitsamt Personal, Halle, Abschreibung, Gemeinkosten und Betriebskosten erfassen. Liegt der Maschinenstundensatz dann beispielsweise bei 200,- sehen die Verschleißteilekosten darin prozentual betrachtet, gering aus und man relativiert diesen Wert. Daher lohnt es sich, die Betriebskosten als Maßstab bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zu erheben und nur die echten Verbrauchskosten zu betrachten. Denn die anderen Kostenblöcke werden in der Regel nicht von der Plasmastromquelle bestimmt, sondern vom Unternehmen.

Stellen die Betriebskosten jedoch unsere Bezugsgröße mit 100% dar, wird die Aussagekraft über die Wirtschaftlichkeit einer Plasmschneidanlage deutlicher. Jetzt kommt es ans Licht, wie gut die Plasmaverschleißteile wirklich sind.

Es macht eben doch einen Unterschied, ob die Plasmaverschleißteile, die beispielsweise 80,- kosten (Düse und Elektrode) jede Stunde oder alle 8 Stunden ausgetauscht werden müssen. In dem einen Fall liegt der Verschleißteilepreis bei 80,- die Stunde und im anderen Fall bei 10,- pro Stunde. Gas und Strom kommen noch hinzu, sowie die anderen Verschleißteile, die jedoch längere Standzeiten besitzen. In diesem Beispiel wird mit dem ersten Plasmabrenner, dessen Verschleißteile nur kurz halten, deutlich weniger Geld verdient.

Plasmaverschleißteile: 3 Düsen im Vergleich: ganz rechts: Neu; unten: noch gut; oben: Unrundes Loch erzeugt schräge Schnittkanten, damit ist die obere Düse auszutauschen
Plasmaverschleißteile: 3 Düsen im Vergleich: ganz rechts: Neu; unten: noch gut; oben: Unrundes Loch erzeugt schräge Schnittkanten, damit ist die obere Düse auszutauschen

Wie lange halten Verschleißteile?

Die Lebensdauer von Plasmaverschleißteilen ist nicht determiniert, sondern nimmt kontinuierlich mit zunehmender Betriebsdauer und Zündungsanzahl der Starts ab. Der Verschleiß eines Bauteils drückt sich in zunehmend schlechterer Schnittqualität, größerem Schnittspalt oder Zündproblemen des Plasmalichtbogens aus. 

Üblicherweise liegen die Verschleißteilekosten pro Brenner im Einschichtbetrieb bei einem vierstelligen bis fünfstelligen Wert pro Jahr. 

Damit wird deutlich, warum es besonders wichtig ist, den Verbrauch und die Leistungsfähigkeit der Plasmaverschleißteile zu überwachen und zu optimieren. Dabei stellt sich als erstes die Frage, was sind denn überhaupt Verschleißteile und was sind Ersatzteile? Zu diesem Thema haben wir hier im Schneidforum für Sie eine ausführliche Diskussion ausgearbeitet.

Die meisten Hersteller geben die Lebensdauer der Verschleißteile in einer e-Funktion-ähnlichen Grafik für jeden seiner Brennertypen gesondert an. Diese Grafik ist sehr aussagekräftig, wenn man sie richtig anwendet. Denn in der Grafik wird der Zusammenhang zwischen der Schneiddauer und der maximalen Anzahl von Starts bezogen auf den Schneidstrom deutlich.

Die typische Grafik besagt, dass je länger ein Schnitt dauert, desto weniger Plasmastarts sind möglich.

Des Weiteren sagt die Grafik, dass je höher der Schneidstrom ist und damit verbunden die Schneiddicke, desto weniger Starts sind möglich.

Die Genauigkeit einer solchen Kennlinie läßt keine absolute Aussage zu, die auf ± 10 Starts genau bestimmt werden kann. So kann niemand exakt vorher sagen, wie viele Starts eine Düse wirklich ausführen wird, sondern man gibt einen Bereich an, der eher in ± einigen Hunderten Starts liegt und nur bei optimalen Bedingungen und dem Einsatz der Originalverschleißteile des Herstellers gilt.

Beispiel: Mit einem Brenner xy gibt ein Hersteller in seiner Kennlinie für die Lebensdauer seiner Plasmaverschleißteile einen Wert von ungefähr 2.500 bis 3.000 Starts je Düse/Elektrode bei einer erwartenden Schneiddauer von 4 Sekunden an. Schneidet man mit dem gleichen Plasmabrenner Zuschnitte mit einer Dauer von beispielsweise 60 Sekunden je Teil, so sinkt die Anzahl der möglichen Starts auf 350 - 400 Starts. Wird der Strom erhöht, also das Material dicker, gilt eine andere e-Funktions-Kennlinie mit entsprechend weniger Starts.

Setzt der Bediener einen höheren Anspruch an die Schnittqualität so ist es denkbar, dass er bereits die Plasmaverschleißteile schon bei 50% oder 75% der maximal möglichen Lochstechzahlen austauscht.


Wie liest und deutet man die e-Funktionskennlinen für Düsen und Elektroden?

Mit Plasma kann man sehr schnell schneiden. In 4 Sekunden kann z.B. ein 30 mm Loch in 10 mm dickem Stahl geschnitten werden und davon dann 2.500 - 3.000 Stück mit nur einem Satz Plasmaverschleißteile, wenn alles optimal läuft und man auch den passenden Brenner einsetzt. Oder man schneidet, um bei unserem Beispiel zu bleiben, 350 - 400 große Blechteile aus, die eine Kantenlänge von gesamt 2.000 mm besitzen - das sind bereits ganz ansehnliche Teile mit hohem Stückgewicht. Diese würden eventuell bereits einen LKW befüllen - und diese Leistung kann mit nur einem Satz Verschleißteile, wie in diesem Beispiel erreicht werden. Damit wird deutlich, wie leistungsfähig und preiswert mit Plasma geschnitten werden kann. Die maximal erreichbare Anzahl an Starts ist nur eine Kenngröße, die andere mitunter nicht weniger interessante, ist die Schneiddauer, denn über sie wird die Größe des ausgeschnittenen Bauteils definiert. 

Verwendet man Nachbau-Verschleißteile gelten die Schnitttabellen des Geräteherstellers nicht mehr automatisch. Aussagen über die Standzeit, Schnittdauer und Anzahl der Starts treffen somit nicht mehr zu. 

Das Zählen der Starts hat darüber hinaus auch eine kontrollierende, überwachende Funktion. Es kann trotz aller Qualitätskontrollen vorkommen, dass eine Charge unglücklich mit kurzen Standzeiten negativ auffällt. In so einem Fall sollte der Hersteller schnellstens informiert werden, damit er die Charge überprüfen und gegebenenfalls aus dem Verkehr ziehen kann. 

FAQ-List zum Schneidforum-Webportal

Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen. Ist das Passende nicht dabei, zögern Sie nicht mit Hilfe des unten stehenden Formulars Ihre Frage zu stellen. Stammen die Antworten von Dritten, z.B. Anwendern oder Herstellern, so entsprechen diese nicht immer unserer Meinung. Keineswegs sind die Antworten ein Garant dafür, dass diese Tipps auch für Ihren Betrieb zutreffen, da die Randbedingungen in jedem Unternehmen anders sind. Die Antworten stellen keine Beratung dar.

Plasmaverschleißteile
Ist dieser Verschleiß bei einer Kjellberg HiFocus 360i normal?

Randbedingungen: Wir schneiden Bleche in den Dicken 10 - 30 mm mit einer Kjellberg HiFocus 360i mit Brennkopf 370.1 und 370.2.
Der Verbrauch der Elektroden/Kathoden und Düsen liegt bei 200 bis 250 Einstichen mit einer Gesamtschnittlänge von 300 bis 350 m. Der Abbrand des Hafiumkerns liegt bei ca. 1.8 - 2 mm. Schneiden wir über diesen Punkt hinaus, leidet die Schnittqualität darunter.

Ob der Verschleiß hoch oder niedrig ist, kann ich Dir aus der Ferne nicht sagen. Ich hatte Kunden, die beklagten sich, dass sie nur wenige Dutzend Einstiche erzeugen konnten, dabei aber die Tatsache unter den Tisch fallen ließen, dass sie mit Hilfe der Brücken- und Kettenschnitttechnik etliche Schnittmeter an einem Stück fuhren und so mit einer Düse/Elektrode zwei bis drei Blechtafeln in 2 x 6 m komplett zerschnitten. Die Kosten pro Bauteil fielen damit gar nicht ins Gewicht und eine Beschwerde war völlig fehl am Platz - ganz im Gegenteil, es war sogar eine hervorragende Leistung der Verschleißteile. Also, nicht die absoluten Zahlen an sich müssen abschrecken, sondern der Ertrag aus dem Zuschnitt muss in die Betrachtung gezogen werden.   

Düsenverschleiß kann viele Ursachen haben, einige davon haben wir auf dieser Seite vorgestellt und wie man die Lebensdauer optimieren kann. Natürlich gibt es noch mehr Tipps, doch darüber sprechen wir unter vier Augen in einer persönlichen Beratung.

Folgende Fehlerquellen treten besonders häufig auf, vielleicht trifft Dir eine davon weiter:

  1. Ein wichtiger Grund für zu starken Verschleiß ist die Schneidhöhe zwischen Düse und Material. Die Höhe des Plasmabrenners wird von der Libo bestimmt. Weicht diese Höhe in optisch kaum wahrnehmbarem Zehntelbereich ab, so steigt der Verschleiß bereits überproportional an.
    Sehr häufig in der Industrie sind die Libo-Steuerungen des Herstellers IHT Automation im Einsatz. Bei den Modellen gibt es glücklicherweise sehr viele Einstellparameter, die jedoch bei manchen Maschinenbedienern wenig bis gar nicht bekannt sind. Oder die im Laufe der Zeit derart verstellt wurden, dass die Schneidanlage nicht mehr optimal arbeitet. Daher empfiehlt es sich das Handbuch genau zu studieren oder eine Schulung bei IHT oder beim Maschinenhersteller zu besuchen. Man kann extrem viel an der Libo einstellen, was auch gut und sinnvoll ist, wenn man weiß, wie und wozu.
    Brennt man kleine Löcher aus, taucht der Brenner in das Material am Ende des Schnittes ab. Ergebnis: Zu hoher Verschleiß. Hier müssen Einstellparameter in der Libo anders gesetzt werden, damit das Abtauchen reduziert wird. Ähnlich verhält es sich, wenn manuelle Längsschnitte zum Tafelbesäumen erzeugt werden, auch dabei taucht der Brenner ab.
  2. Ein anderer Punkt ist die Kühlung des Plasmabrenners: Das Kühlwasser min. einmal jährlich komplett auswechseln, auch das Schlauchpaket und den Brenner dabei ebenso leeren, dies kann schon helfen. Und dabei das Original-Kühlwasser des Herstellers verwenden. Ursache: Im Laufe der Zeit verflockt das Kühlwasser, die kleinen Mikrokanäle der Verschleißteile verstopfen und reduzieren so eine effektive Kühlung. Sauberes Kühlwasser ermöglicht eine effektivere Kühlung. Benutzt unbedingt das Additiv, dass der Hersteller dazu entwickelt hat, alles andere macht Eure Anlage evtl. nur kaputt oder bringt nicht den gewünschten Effekt. Ist die Kühlung effektiver, sinkt der Verschleiß.
  3. Die Lebensdauer hängt zu rund 30 % bis 40 % von der Qualität der Rahmenbedingungen wie Handling, Einstechregime, Programmierung der Schneidaufgabe, Gase-Reinheit etc. ab. Hier steckt oft erhebliches Verbesserungspotential. Die Schneidaufgabe selbst hat ebenfalls großen Einfluss: welches Material und welche Gase werden eingesetzt? Mit welchem Strom und welcher Spannung wurde geschnitten? Wie lang ist der Schnitt pro Teil? Wie schnell wird geschnitten? Eine konkrete Aussage zur erreichbaren Lebensdauer kann daher nur sehr differenziert getroffen werden.
  4. Das fängt bei der Reinheit der Gase an und hört dabei auf, vorzugsweise Kettenschnitte zu nutzen.

Der empfohlene Einsatzbereich der HiFocus 360i liegt bei 0,5 mm bis 60 mm. Maximal können 80 mm getrennt werden. Die erwähnten 10 mm bis 30 mm liegen also in der unteren Hälfte dessen, was die Anlage schneiden kann. Da die HiFocus eine Präzisionsplasmaschneidanlage ist, sollten die erreichten Schnittqualitäten laut DIN EN ISO 9013 im Bereich 2 bis 4 liegen.

Tipp: Setzt den neuen Plasmabrenner PerCut 450 als Retrofit ein. Bei diesem Plasmabrenner konnte die Lebensdauer und die Schnittqualität noch einmal verbessert werden. Mit diesem Brenner ist auch das Schneiden mit der Technologie Contour Cut (präzises Konturenschneiden in Baustahl) möglich.

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