Schnittfehler vermeiden - so gelingt der Plasmazuschnitt

Schnittfehler sind auch beim Plasmazuschnitt möglich. Neben schlechten Verschleißteilen sind ungünstige Schneidparameter die häufigsten Fehlerquellen. Erfahren Sie, wie Sie Schnittfehler erkennen und reduzieren können.

Inhaltsverzeichnis:

Typische Schnitteigenschaften, Schnittfehler beim Zuschnitt mit Plasma

Schnittqualität ist nicht optimal, Schlacke unter dem Schnittgut. Schnittgeschwindigkeit zu hoch oder zu niedrig, beides ist möglich! Teil muss im Nachgang entgratet werden.
Schnittqualität ist nicht optimal, Schlacke unter dem Schnittgut. Schnittgeschwindigkeit zu hoch oder zu niedrig, beides ist möglich! Teil muss im Nachgang entgratet werden.

Die Schnittqualität im Zuschnitt beim Plasmaschneiden wird nicht nur durch den Brennertyp, die Schneidanlage oder die Erfahrung des Bedieners bestimmt, sondern auch durch eine Reihe weiterer Faktoren. Schnittqualität des Plasmaschnittes wird elementar von der Schnittgeschwindigkeit und der richtigen Höhe des Plasmabrenners zum Schneidmaterial bestimmt, die korrekten Einstellwerte und präzisen Verschleißteile werden dabei vorausgesetzt.

Die Schnittqualität wird in der ISO 9013 beschrieben und definiert die Genauigkeit eines Zuschnitts, die Rechtwinkligkeit und die Rauheit der Schnittkanten.

In einer vergleichenden Übersicht über alle Schneidverfahren haben wir eine Gegenüberstellung der Schneidprozesse für Sie erstellt. Die Schnittfehler ergeben sich zum Teil aus den physikalischen Eigenschaften des Plasmastrahls, die es zu kennen und zu beachten gilt und die den typischen Schnitteigenschaften des Plasmaverfahrens folgen. Oftmals wird ein schlechter Plasmaschnitt einem Schnittfehler zugeordnet, doch in Wirklichkeit ist das Plasma nur an seine physikalischen Grenzen gestoßen und als solches sind manche Fehler nicht vermeidbar. Es gilt zu erkennen, wann ein Schnittfehler nicht auf einem Schnittfehler beruht sondern eine typische Schnitteigenschaft darstellt. Gemäß dem Motto: "It is not a bug, it is a feature!"

Halten wir folgenden Gedanken einmal fest: Plasma besitzt als ionisiertes Gas neben elektrischen Eigenschaften auch eine Masse und unterscheidet sich damit wesentlich von masselosem Licht des Lasers. Masse ist bekanntlich träge, positiv ausgedrückt könnte man auch sagen "gemütlich". Diese Massenträgheit sowie die elektrischen Eigenschaften des ionisierten Gases bewirken nun das ganz spezielle und typische Verhalten beim Plasma, das wir uns nun genauer ansehen werden. Doch auch seine elektrischen Eigenschaften, die mit dem Stromfluss verbunden sind sowie die geometrische Ausprägung des Lichtbogenkegels erzeugen physikalisch bedingte Störeinflüsse auf die Schnittqualität des Plasmazuschnitts und fordern die Schneidsysteme sowie die Maschinenbediener heraus und definieren somit seine Schnitteigenschaften elementar.

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Ursachen für Schnittfehler:

  • Wärmeausdehnung des Schneidmaterials - Verlust der Genauigkeit
  • Falsche Schnittparameter: Schnittgeschwindigkeit zu hoch oder zu langsam
  • Falsche Höhe zwischen Brenner und Material
  • Falscher Schneidstrom, nicht passend zur Materialdicke
  • Plasmabrenner zu heiß, mangelnde Kühlung
  • Schlechte Gasqualität
  • Schwankende Energiezufuhr, Stromschwankungen
  • Geringe Nutzererfahrung
  • Ungünstige Blechtafel Oberflächentemperatur
  • Schlechte Führungsmaschine
  • Mangelnde Wartung oder Crash gefahren
  • Defekte Steuerung
  • Unterschiedliche Widerstände der Masseverbindung, kann sich auch dadurch bemerkbar machen, dass die Schnittergebnisse an verschiedenen Stellen des Plasmaschneidtisches anders aussehen. Erdung im Plasmaschneidtisch ungenügend.
  • Düsenabbrand zu hoch (hochwertige Verschleißteile einsetzen!)
  • Materialqualität, Legierung und Materialdicke entsprechen nicht den Tabellenangaben
  • Falsche Düsen, Elektroden eingesetzt, passen nicht zum Material.

Physikalische Effekte bestimmen die Schnitteigenschaften und die Schnittfehler beim Plasmazuschnitt

Nicht nur der Typ des Plasmabrenners, Feinstrahl- oder Normalplasma, bestimmt das Schnittbild eines Plasmabrennteils, sondern seine physikalischen Schnitteigenschaften geben die grundlegenden Parameter vor.

Wenn man diese Zusammenhänge nicht kennt oder nicht berücksichtigt, wird man viele Fehler im praktischen Alltag nicht beheben können. Daher ist es wichtig, die Schnitteigenschaften des Plasmas zu verstehen und so das Instrument richtig anwenden zu können.

1. Schnittfehler: Nachlaufeffekt des Plasmastrahls

Stellen Sie sich den Plasmastrahl wie Wasser vor, das aus einen Gartenschlauch ausströmt. Wird der Rasen gesprengt und der Schlauch schnell hin- und herbewegt, so dauert es ein wenig bis die Spitze des Strahls in sagen wir mal 10 Metern Entfernung auf den Rasen trifft. Der Wasserstrahl folgt der Bewegung nach und benötigt Zeit - dies ergibt einen Nachlauf.
Das gleiche Verhalten wie beim Wassersprengen finden Sie beim Plasmastrahl wieder, es kostet Zeit bis der Gasdruckstrom der Bewegung nachfolgen konnte. 

Die Ecken sind oben scharfkantig und von unten sind sie verwaschen, eben nachlaufend.

Besonders negativ fällt diese Eigenschaft in Innenkonturen und kleinen Löchern auf. Dies ist dann auch eine große Einschränkung gegenüber dem Laserstrahl. Besonders die Maßhaltigkeit von Löchern zeichnete sich in der Vergangenheit durch hohe Abweichungen aus.

Ein weiterer Zusammenhang der sich aus der Massenträgheit und dem damit verbundenen Nachlauf ergibt, liegt in der Begrenzung der Schneidkopfgeschwindigkeit, mit der der Brenner bewegt wird. Je schneller das Antriebssystem schneidet, desto größer ist der Nachlauf des austretenden Gasstromes.

2. Schnittfehler: Elektrische Eigenschaften des übertragenden Lichtbogens auf den Plasmaschnitt

Nach der Zündung des Pilotlichtbogens erfolgt der Start des Hauptlichtbogens. Mit Hilfe des ausströmendes Gases wird der Lichtbogen auf das Material übertragen und der Hauptstrom frei gegeben. Damit nun ein Stromfluss zustande kommt, muss der elektrische Kreislauf geschlossen sein. Das bedeutet, das zu schneidende Material muss eine elektrische Leitfähigkeit besitzen und es muss eine Masseverbindung zur Stromquelle bestehen.
Der Energieerhaltungssatz aus der Physik erklärt das nun folgende Verhalten: Ist eine Innenkontur nahezu fertig ausgeschnitten, so löst sich bereits das Innenteil des Ausschnitts und fällt nach unten weg bzw. wenn die Kontur groß genug ist, trifft der Strahl mit seinem Durchmesser in jedem Fall auf den zuvor erzeugten Schnittspalt des Anfangs. Da der Strom aber nicht gerne durch die Luft abfließt, sucht er sich seinen elektrischen Gegenpol im Material, so dass sich die Restenergie des Strahls im Restmaterial entlädt und damit die bei Plasma berühmten Ausfahrkerben (üblicher Fachbegriff beim Beenden einer geschlossenen Kontur, wenn der Brenner aus der Sollgeometrie entfernt wird: engl. "Leadout") erzeugt.

Somit wird beim Beenden des Plasmastrahls die Schnittkontur durch die plasmatypische Kerbe beschädigt.

3. Schnittfehler: Die Strahlform des Lichtbogens führt zur Schnittschräge

Die Strahlform des Lichtbogens sorgt für die Schnittschräge. Hierbei gilt: Je dünner das Material, desto größer tritt die Schräge beim Plasmazuschnitt in Erscheinung. Bei dicken Materialien stabilisiert sich der Gasstrahl, so dass häufig sogar konventionelle Plasmabrenner im Dickblechbereich geringe Schnittschrägen erzielen können, wenn gleich die Schnittschrägen bei Verwendung eines Qualitätsplasmabrenners weitaus besser ausfallen.

Die konische Form des Lichtbogens erfordert eine Z-Achsen-Höhensteuerung. Diese Regelung des Abstands zwischen Brenner und Material erfolgt mit Hilfe der Lichtbogenspannung, die man abgekürzt LIBO-Höhenregelung nennt und zu der wir einen eigenen Beitrag erstellt haben, die den Brenner in einem günstigen Abstand nachführt und so für eine wesentlich bessere Schnittqualität sorgt.

4. Schnittfehler: Plasma erzeugt eine schräge Schnittkante

Zunächst einmal unterscheiden wir die Plasmaarten: Normalplasma und Qualitätsplasma bzw. Feinstrahlplasma.
Normalplasma setzt i.d.R. ein Gas als Plasmagas ein, z.B. Druckluft oder Stickstoff. Die Kühlung des Brenners erfolgt über Luft. Feinstrahlplasmabrenner setzen Mehrgastechnik auch Mischgase ein, sie nutzen als Plasmagas die Sorten, die für das jeweilige Metall das beste Schnittergebnis liefern. Die Kühlung erfolgt über einen geschlossenen internen Wasserkreislauf. Der Plasmalichtbogen wird durch ein Sekundärgas eingeschnürt und stabilisiert. Eine aufwendige Ansteuerelektronik regelt das Hochfahren der Gase und des Stromes. Auf diese Weise erreichen Feinstrahlplasmabrenner hervorragende Schnittqualitäten. Gemeinsam haben alle Brenner, dass sie zur Verwirbelung des Plasmagases einen Wirbelring verwenden. Es gibt Wirbelringe mit Links- oder Rechtsdrall. Und genau darin finden wir die Erklärung für die schrägen Schnittkanten. Die Verwirbelung hat das Ziel, den Lichtbogen zu stabilisieren, ihn einzuschnüren.

Betrachten wir in der Draufsicht den Gaswirbel und zeichen im Kopf einen Vektorpfeil in Drehrichtung des Wirbels. Und nun legen wir im Gedanken diesen Wirbel an das Metall an und bewegen gleichzeitig den Wirbel in Schneidrichtung. Dann stellen wir fest, dass die Vektoren der Bewegungsrichtung der Maschine und der Drehrichtung des Wirbelvektors sich in zwei Achsen aufheben und in den anderen zwei Achsen verstärken. Damit besitzt das System an zwei Achsen nicht mehr die idealen Schneidvoraussetzungen, woraus sich die Schnittschräge der zwei Seiten beim Normalplasma ergeben. Bei Feinstrahlplasmen ist der Effekt an drei Seiten weniger stark ausgeprägt, nur an einer Seite fällt die Schnittschräge ins Auge. Feinstrahlplasma setzt ein weiteres Gas, das Sekundärgas, mit einer speziellen Düsen- und Schraubkappengeometrie ein und erreicht so eine effiziente weitere Einschnürung des Lichtbogens.

Schnittschrägen bei konventionellen Normalplasmabrenner können im Bereich 5 - 15° liegen, während die Schnittschrängen bei Qualitätsplasma im Bereich 1-3° liegen sollten, abhängig von der Schneiddicke, dem Gas und der Materialgüte und den korrekten Maschinen- und Brennereinstellungen.

Die meisten Feinstrahlplasmen arbeiten im Normalstahlbereich optimal, der häufig mit Sauerstoff als Plasmagas geschnitten wird. Wird hingegen Edelstahl geschnitten können die Schnittwinkel etwas schlechter ausfallen.

Erdung der Plasmastromquelle und des Brenntisches

Beispiel für eine saubere Masseverbindung mit ausreichendem Leitungsquerschnitt an einer Führungslaufbahn einer CNC-Plasmaschneidanlage
Beispiel für eine saubere Masseverbindung mit ausreichendem Leitungsquerschnitt

Plasmastromquellen und die Schneidmaschine sowie dem Brenntisch müssen sehr gut geerdet sein und die Maschinenelemente insbesondere der Brennschneidtsich mit dem Masse-Potential der Plasmastromquellen sauber verbunden sein.

Diese Massnahmen sind zum einen für die Sicherheit des Bedienpersonals sowie für eine saubere Lichtbogenführung von Bedeutung. Verliert ein Schneidtisch seine Masseverbindung, z. B. durch Korrosion, Erschütterung, Kabelbruch etc., so wird der Lichtbogen an verschiedenen Stellen am Brenntisch ein anderes Verhalten, einen anderen Schnittwinkel zeigen oder ein schlechtes bis gar kein Zündverhalten mehr besitzen.

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.

Fallbeispiel aus unserer Beratungspraxis:

In einem besonderen Fall sollte eine Plasmaschneidanlage bei einem Kunden im Rheinland aufgebaut werden. Da das Grundwasser im Gebiet des Rheinufers für die Trinkversorgung der umliegenden Ortschaften 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.

5. Schnittfehler: Aufhärtung des Schneidmaterials sowie Gefügeveränderung

Der Einfluss der Hitze beim Zuschnitt ist an den Lochrändern gut zu erkennen. Sie gibt Aufschluss über die starke Hitzeeinwirkung des Plasmastrahls.
Der Einfluss der Hitze ist an den Lochrändern gut zu erkennen. Sie gibt Aufschluss über die starke Hitzeeinwirkung des Plasmastrahls.

Aufgrund der hohen thermischen Energie erfolgt eine Aufhärtung der Schnittflanken, die bei einer mechanischen Nacharbeit des Zuschnitts zu unterwartenden Problemen beispielsweise erhöhtem Werkzeugverschleiß führen kann. So erlebten wir hier und da den einen oder anderen Abbruch eines Gewindeschneiders in einer Bohrung, die mit Plasma erzeugt wurde. Das tritt zum Glück nicht immer auf, aber man muss damit rechnen.

Ebenso ist eine Gefügeveränderung im benachbarten Metallbereich der Schneidflanken feststellbar, die Einfluss auf die Materialeigenschaften besitzt.

Im Vergleich zum Autogenschneiden fällt die Gefügeveränderung beim Plasmazuschnitt geringer aus als beim Autogenschneiden. Jedoch höher als beim Laserzuschnitt. Hingegen ist die Aufhärtung der Schneidflanken beim Laser i. d. R. höher als beim Plasma, Autogenzuschnitte besitzen die geringste Aufhärtung der drei thermischen Schneidverfahren.

Der Plasmastrahl bringt eine hohe Energie in das Material ein, so dass die Schnittränder aufhärten und das Materialgefüge in der Randzone des Schneidmaterials verändert werden. Diese Eigenschaft hat Einfluss auf EN 1090 Verordnung. Die Gefügeveränderung, Aufhärtung ist bei manchen Schneidaufgaben nicht gewünscht und lässt sich nur minimieren aber gänzlich nicht abstellen. Mit einem Unterwasserschnitt wird die Gefügeänderung zwar kleiner, die Aufhärtung an den Schnittkanten jedoch größer. 

Tröstlich an dieser Stelle sei angemerkt, dass das Plasmaverfahren noch ganz gut dasteht.
Zum Vergleich: 

  • Beim Laserschneiden ist die Aufhärtung an den Schnittkanten gegenüber dem Plasmazuschnitt in der Regel größer.
  • Beim Autogenschneiden ist die Gefügeänderung gegenüber dem Plasmazuschnitt in der Regel größer.
FAQ Plasmathemen zu Schneidfehlern, Einstellungen, Parametern etc.

Plasmaschnitt zugeflossen

Bernd K. fragt: "Beim Schneiden habe ich das Problem, dass auf einer kurzen Strecke der Schnitt auf einmal wieder mit Plasma zufließt. Geschnitten wird eine Stahlplatte 15 mm dick. Bei größeren Schnittlängen ab 60 cm funktioniert es bestens, nur auf einer Strecke von 10 cm wurde der Schnitt wieder mit Plasma verschlossen. Am Luftdruck und an der Luftmenge kann es kaum liegen, da ich einen ausgewachsenen Baukompressor verwende. Woran könnte es sonst noch liegen?"

Gerhard Hoffmann fragt: Mit welchem Brenner arbeitest du?"
Bernd K. "Ich verwende ein Stamos Plasmagerät (S-Plasma 85). Die Stromstärke war auf Maximum mit 86 A. Druckschwankungen kann ich natürlich nicht ausschließen. Düse: 1,5 mm."

Gerhard Hoffmann, empfiehlt: Überprüfe alle Einstellungen und ebenso die korrekten Verschleißteile. Was uns bereits oft begegnet ist, waren Komplikationen mit Druckschwankungen am Kompressor. Hintergrund: Wenn nebenan die Lackiererei am sprühen war, konnten wir die Schnittqualität beim Plasma vergessen. Plasma braucht eine ganze Menge Luft und dies konstant. Wenn die Luftmenge durch Druckschwankungen nicht stimmt, kann man so manches Problem bekommen. Eine Störung mit dem Plasmazuschnitt lag auch bei verschmutzen Gasen oder Partikeln in der Gaszuleitung. Hier auch sicherstellen, dass alles stimmt. In einem anderen Fall traten Störungen auf, wenn die elektrische Spannung starken Schwankungen ausgesetzt war, was beispielsweise durch eine schwere Presse oder mehrere Schweißgeräte in der Nachbarhalle der Fall war.

Schräger Schnitt mit Plasma vermeiden?

Bernd K. fragt: "Ich möchte ein Rechteck aus einer 15 mm dicken Stahlplatte ausschneiden. Dabei habe ich folgendes Problem: Wenn ich das Rechteck ausschneide, dann ist der Schnitt auf den Seiten A und B gerade, also senkrecht, der Schnitt auf den Seiten C und D ist aber leicht schräg. Wie kann ich den schrägen Schnitt vermeiden?"

Gerhard Hoffmann: "Genau dies ist bei Plasma physikalisch bedingt normal. Wobei wir hier von Normalplasma reden. Beim Normalplasma sind häufig 2 Seiten besonders schräg. Die Erklärung findest Du im Wirbelring des Brenners. Das Plasmagas wird im Brenner verwirbelt. Es gibt Wirbelringe die linksrum verwirbeln oder rechtsherum. Die Verwirbelung hat das Ziel, den Lichtbogen zu stabilisieren, ihn einzuschnüren. Bei Normalplasmabrennern gelingt das in der Regel weniger gut, als bei Feinstrahlplasmabrennern.

Das Problem im einzelnen erklärt: Stelle Dir in der Draufsicht den Gaswirbel vor und zeichne im Kopf einen Vektorpfeil in Drehrichtung des Wirbels. Und nun bringe im Gedanken diesen Wirbel an das Metall und bewege den Wirbel in Schneidrichtung. Dann kannst Du feststellen, dass die Vektoren der Bewegungsrichtung der Maschine und der Drehrichtung des Wirbelvektors sich in zwei Achsen aufheben und in den anderen zwei Achsen verstärken. Damit besitzt das System an zwei Achsen nicht mehr die idealen Voraussetzungen und zwei Seiten werden schräg. Diese Physik gilt auch bei Feinstrahlplasmabrennern, doch dort wird durch eine zusätzliche innere Schraubkappe durch die ein zusätzliches Sekundärgas geleitet wird, der Lichtbogen weitaus stärker eingeschnürt und stabilisiert, so dass dort in der Regel drei Seiten gerade sind und nur eine Seite ein wenig schräg verläuft.

Auch die Schnittschräge unterscheidet sich elementar: Während bei Normalplasma Schnittschrägen um 8° vorkommen können, liegen sie bei Feinstrahlplasma in der Regel unter 3°.

Soweit zur Physik der Plasmaschneidsysteme. Es kann aber auch eine andere ganz einfache Ursache haben:

1. Sitzt der Brennerkörper 100% senkrecht auf dem Blech? Das kannst Du mit einem Winkel sehr schnell selber nachprüfen und solche Fehler sind die einfachsten und die häufigsten. Nach einem Crash oder einem Düsenwechsel kann sich die Brennerhalterung dejustieren. Also einfach nachstellen.

2. Eine weitere Ursache können abgebrannte, abgenutzte Düsen sein, wenn z.B. die Innenbohrung nicht mehr 100% rund ist, bekommst Du auch Probleme dieser Art.

3. Ein weiterer Grund könnte in einer schlechten Masseverbindung/Erdung des Schneidtisches liegen, so dass der Lichtbogen einseitig abgelenkt wird - dies tritt zwar deutlich seltener auf, ist aber möglich."

Trennschnitt mit dem Plasma

Bernd K. fragt: Wir möchten mit unserer CNC Plasmaschneidanlage mit Lichtbogenhöhenregelung eine 8 mm starke Stahlplatte mit der Tafelgröße 1,5 m x 3 m sauber trennen, d.h. ohne Einstichloch. Ein Workaround wäre ja, neben der Platte eine kleine Hilfsplatte zu fixieren, wo der Einstich erfolgt und der Trennschnitt startet. Aber gibt es nicht elegantere und einfachere Möglichkeiten per Software oder EInstellungen am Gerät?

Gerhard Hoffmann: Prinzipiell kann man das so machen. Aber es geht schneller und wird in der Regel auch so gemacht, wenn Du den Plasmaschneidkopf an den Rand des Blechs bewegst und den Schnitt von dort aus direkt startest. Du willst doch nur eine Blechplatte abtrennen, d.h. es kommt dabei nicht auf die beste Schnittqualität an. Und deshalb wird häufig die Höhenregelung ausgeschaltet und man fährt mit konstanter, unter Umständen auch falscher Höhe, den Trennschnitt manuell ab. Aufpassen, dass der Brenner nicht aufsetzt, daher lieber etwas zu hoch, als zu nah dran. Und dann geht das ziemlich schnell. Einfach seitlich ran fahren, Libo aus, Starten und losfahren. Der Plasmabrenner zündet sobald er das Blech erreicht. Kleiner Nachteil: Die Elektrode brennt ein wenig schneller ab und Du solltest auf eine mögliche Crashgefahr achten.

Wenn Dir jedoch auch die Schnittqualität wichtig ist, dann gibt es noch eine andere Möglichkeit.

Daher probiere mal folgendes aus: Fahre den Schneidkopf an den Rand des Bleches, aber ein oder zwei (muss man ausprobieren) Millimeter darüber hinaus, so dass der Brenner jetzt nah am Blech aber dennoch in der Luft zündet. Schalte vorher die Libo aus und starte erst dann den Brenner. Der Pilotlichtbogen zündet unter Umständen mehrmals, vielleicht muss man dann noch manuell ein Stück näher dran ans Blech, bis der Pilotlichtbogen den Rand findet. Hat er das Blech erkannt, zündet der Hauptlichtbogen und Du kannst starten. Jetzt kannst Du sogar die Libo wieder einschalten und bekommst eine geregelte Schnitthöhe. Kurz vor dem Ende muss man die Libo aber wieder ausschalten, damit der Brenner nicht abtaucht, sonst ist der Düsenverschleiß zu hoch. Damit sollte es gelingen, einen sauberen Schnitt hinzubekommen."

Bernd K.: Ist eine Trennung durch Programmierung möglich?

Gerhard Hoffmann: Was hingegen nicht funktioniert, ist der folgende Plan: Durch das CNC-Programm den Brenner so zu verfahren, dass der Brenner nahe an die Kante der Platte fährt, so dass die THC Steuerung beim Start die Oberfläche antippt und den Abstand messen kann. Dann fährt der Brenner wie gehabt hoch, zündet, fährt 2 cm in die entgegengesetzte Richtung, fährt bis auf den korrekten, zuvor gemessenen Abstand herunter und fährt dann die zu schneidende Linie ab.

Dies funktioniert aus folgendem Grund nicht: Wenn man ein Programm auf der CNC lädt, dann wird der gesamte G-Code in den RAM-Speicher geladen, die Verfahrdatensätze werden berechnet, die Schnittfugenkompensation wird ermittelt und vieles mehr. Normalerweise ist da ein manueller Eingriff nicht mehr möglich. Deshalb werden die Achsen auch vorher verfahren, der Startpunkt wird vorher gesetzt. Wenn Du nun einen zusätzlichen Befehl für das Verfahren der Anlage zum Blechrand von 2 cm einprogrammierst ist das zwar möglich, doch wenn Du diese 2 cm danach erneut abfährst, geht Dir sehr wahrscheinlich der Plasmabrenner aus, denn er findet dort kein Material mehr vor. Daher dürfte das auch problematisch werden. Probleme könnte es auch damit geben, dass Du keine geschlossene Kontur hast und die Ermittlung der Schnittfugenkompensation damit nicht möglich ist - die CNC wird wahrscheinlich aussteigen.

Wie reduziere ich Teile mit Nachlauf und Nasen bei der Kjellberg 360i mit PerCut 370.2 Plasmabrenner?

Das verwendete Material ist S235, 20mm. Der Vorschub beträgt 1600 mm/min. und geschnitten wir mit 250 Ampere.

Ergebnis: Die Teile haben zeigen starken Nachlaufeffekt und unschöne Nasen.

Folgende Maßnahmen schaffen Abhilfe:

  • Brenner rechtwinklig ausrichten.
  • Vorschubgeschwindigkeit reduzieren.
  • Neue Verschleißteile benutzen.
  • Höhenregelung anders einstellen: Thema Eckensignal. Am Potentiometer die Werte ausprobieren, manchmal hat bereits die Einstellung vom Wert 1 auf 10 geholfen, damit die Teile wieder akzeptabel geschnitten werden.

Qualitätsprobleme Schnittfläche Feinstrahlplasma 30A, Material C75 2mm

1. Betrachten wir als erstes den Werkstoff. C75 ist ein nicht rostfreier Federstahl mit hohem Kohlenstoffanteil, der bei uns in Solingen für besondere Projekte und wertige Küchenmesser mit hoher Schärfe eingesetzt wird. Dies liefert uns bereits einen ersten Hinweis, dass dieser Stahl nicht vom Typ 0815 ist, sondern besondere Materialeigenschaften besitzt. Dass die Schnittkante sehr scharfkantig ist, ist dem Material geschuldet. Auch der hohe Kohlenstoffanteil dürfte in Verbindung mit dem Material eine gewisse Rolle spielen. Je nach Materialzusammensetzung kann man Überraschungen erleben. Auch Chargenschwankungen können tückisch sein und die Schneidparameter auf den Kopf stellen. Es gibt  Materialgüten, die sich nur schwer schneiden lassen und wo man Abstriche bei der Schnittqualität machen muss, was aber generell für alle Schneidverfahren gilt.  

2. Ich gehe davon aus, dass Ihr Original-Verschleißteile einsetzt und diese auch richtig eingebaut sind und nicht verschlissen. Auch die Einstellung der Gasart, Gasdrücke etc. stimmt. Achtet auch auf sauberes Gas und Armaturen. Rohrleitungen, Anschlüsse sind sauber und fettfrei.

3. Wie sieht denn der Schnitt bei S235 oder S355 mit der gleichen Dicke aus? Habt Ihr diesen Test schon gemacht? Evtl. könnt Ihr mit anderen Einstellparametern am Plasmabrenner etwas optimieren.

Wenn keiner dieser Tipps hilft, dann hilft nur noch maschinelles Entgraten und Verrunden.

Probleme bei Proma THC SD

Beim Eigenbau einer CNC-Plasmaschneianlage mit Mach 3 Steuerung treten bei der Höhenkontrolle über einen Proma THC SD folgende Probleme auf: Es wird die Spannung des Plasmalichtbogens (Libo) gemessen und ein Down-Signal in Form einer Frequenz an den Schrittmotor der Z-Achse gesendet. Bei optimaler Schneidhöhe liest der THC eine Spannung von 70 V aus. Sobald die Spannung auf 71 V steigt, regelt er nicht rechtzeitig nach und der Lichtbogen wird immer größer bis er erlischt. Sobald die Spannung auf 69 V abfällt, fährt der Brenner auf das Blech. Was könnte die Ursache sein?

Ohne Vorort zu sein, ist eine Ferndiagnose nur schwer zu stellen:
1. Checke die Einstellungen, es gibt an einer THC eine Reihe von Parametern - kontrolliere diese zuerst und ändere diese gemäß Handbuch.
2. Vielleicht ist der Regler defekt. Frage beim Lieferanten / Hersteller nach einem Austauschmodell.
3. Berücksichtige die Physik bei einer Libo-Steuerung: Die Libo-Spannung hängt nicht nur von der Höhe ab, sondern auch von der Verfahrgeschwindigkeit. Das macht die Sache etwas komplizierter. Wenn die Steuerung beschleunigt oder abbremst, dann ist die Lichtbogenspannung nicht mehr konstant, ergo ändert sich die Regelgröße auch die Libo-Spannung. Genau das gleiche Problem bekommt man in den Ecken einer Kontur oder in kleinen Kreisen. Wenn man einen kleinen Kreis ausschneiden will, dann beschleunigt die Maschine auf den ersten 180° Grad der Kontur und benötigt dann zum Abbremsen die restlichen 180° Grad des Kreises, sodass an keinem Punkt eine konstante aussagekräftige Lichbogenspannung zur Verfügung steht. In allen diesen Fällen muss man der CNC die Anweisung geben, dass sie an diesen Stellen nicht regeln darf, sondern überall da, wo eine Geschwindigkeitsänderung eintritt muss die CNC die Messung  sperren, einfrieren. Man friert dann die Höhe des Brenners auf den letzten Wert ein und verhindert so, dass an kritischen Stellen der Brenner nicht abtaucht oder hochfährt. Erst wenn die Geschwindigkeit konstant ist, z. B. auf einer längeren Gerade, wird die Höhenmessung von der CNC frei gegeben und die Messwerte ermittelt. Überprüfe, ob die CNC sich genauso verhält und wenn nicht, programmiere sie um.

Probleme mit der Hochfrequenz Zündung - Alternativen?

Wenn Probleme an der CNC-Steuerung, beispielsweise einer Roboter-Portalanlage beim Zünden des Pilotlichtbogens durch hochfreqente Strahlung entstehen, werden in der Regel folgende Maßnahmen ergriffen:

1. Abschirmen der Leitungen, Verwendung eines Metallmantels, dieser muss sorgfältig mit der Schiene des Massepotentials verbunden werden.

2. Erdung der Gesamtanlage nach Vorschrift des Herstellers. Erdungswiderstand überprüfen, notfalls weiteren Erder einsetzen.

3. Abschirmen des Schaltpultes und der CNC. Überprüfung ob alle Schirme aller Leitungen sauber geerdet sind.

4. Notfalls hat in manchen Fällen auch ein Metallkäfig als Einhausung des Bedienpultes geholfen.

5. Wenn das alles nicht zum Erfolg führt, muss an den Wechsel der Plasmaschneidanlage gegen ein Modell ohne HF-Zündung Überlegungen anstellen. Die Spirit II-Baureihe von Lincoln Electric arbeitet mit Impulse Start Technology™, mit dieser Technologie lässt sich ein Pilotlichtbogen mittels eines einmaligen unipolaren Hochspannungsimpulses zünden. Durch eine auf diese Weise erfolgende Bogenzündung entfällt die bei der konventionellen Lichtbogenzündung verwendete Funkenstrecke und auch das damit verbundene elektronische Rauschen (Hochfrequenz). Auch die anderen Hersteller wie Hypertherm, Kjellberg Finsterwalde und Thermal Dynamics zu Rate ziehen. Auch dort findet man Modelle, dass weniger Störstrahlung beim Starten produzieren.

Warum zündet die HF-Zündung meines neuen Handplasmacutters nicht in der Luft?

Bei den meisten Handplasmacuttern arbeitet die HF-Zündung wie folgt: man muss zur Zündung des Plasmalichtbogens das Werkstück nur kurz antippen und erst danach kann man kontaktfrei schneiden. Die HF-Zündung darf nicht kontaktfrei zünden. Der Brennerkopf muss auf das Metall gebracht werden, damit die Zündung mit HF erfolgen kann. Der Grund liegt in der Sicherheitstechnik, würde der Brenner in der Luft zünden, könnte man den Brenner versehentlich ins Gesicht halten und Menschen verletzen. Deshalb hat der Brennerkopf einen Mikroschalter oder einen elektrischen Kontakt, um zu überprüfen, ob er das Metall berührt. Erst dann wird die Zündung frei gegeben. Ist also kein Fehler.

Wie groß ist die Schnittfugenbreite beim Plasmaschneider PA-S45 CNC Kjellberg beim Schneiden von Baustahl in den Dicken von 5 bis 20 mm?

Wir haben eine PA-S47CNC 130 Ampère von Kjellberg im Einsatz. Mit den Einstellwerten und der Schneidtabelle ( v in mm/min - 10%) fahren wir mit einer Schnittfuge von 3 mm. In der Steuerung stellen wir die Schnittfugenkompensation zwischen 1.3 und 1.5 mm ein.

Wie vermeide ich die 10 häufigen Fehler beim Plasma?

Die 10 häufigsten Fehler und den möglichen Ursachen

Liste ist sortiert nach der Wahrscheinlichkeit bzw. Schwere der Ursache (1. Grad = Hauptursache)

1. Schnittkante zu schräg (Winkelfehler)

Ursache 1: Brennerausrichtung: Brenner steht nicht rechtwinklig zum Material.

Ursache 2: Verschleißteile: Einseitig abgebrannte Düsenbohrung lenkt den Lichtbogen ab.

Ursache 3: Laufrichtung: Falsche Schnittrichtung (beim Plasma ist die rechte Seite in Schnittrichtung bei Außenkonturen immer die winkligere).

2. Starker Düsenabbrand / Kurze Standzeit

Ursache 1: Eintauchhöhe: Brenner ist beim Einstechen zu nah am Blech (Spritzer verstopfen die Düse).

Ursache 2: Gasqualität: Öl, Schmutz oder Feuchtigkeit in der Gaszuleitung oder der Druckluft zerstören die Elektrode/Düse.

Ursache 3: Stromstärke: Eingestellte Amperezahl liegt über dem Limit der verwendeten Düse.

3. Zu starke Bartbildung (Grat) an der Unterseite

Ursache 1: Schnittgeschwindigkeit: Zu langsam (Lichtbogen wandert nach vorn/unten aus)

Ursache 2: Falscher Brennerabstand: Zu großer oder zu niedriger Abstand zwischen Düse und Werkstück.

Ursache 3: Verschleiß: Beschädigte oder verschmutzte Düse führt zu instabilem Lichtbogen.

Hinweis: Ein fest anhaftender Bart deutet auf eine zu hohe Geschwindigkeit hin, während ein leicht entfernbarer Bart durch zu langsames Schneiden entsteht.

4. Obenliegende Schlacke (Spritzer auf der Blechoberseite)

Ursache 1: Schnittgeschwindigkeit: Zu schnell (Lichtbogen kommt nicht hinterher).

Ursache 2: Brennerabstand: Zu geringer Abstand führt zu Materialrückwürfen.

Ursache 3: Gasdruck: Zu geringer Druck bläst das Material nicht sauber nach unten weg.

5. Verrundung der Oberkante

Ursache 1: Schnittgeschwindigkeit: Zu langsam (zu viel Hitzeeinwirkung oben).

Ursache 2: Stromstärke: Zu hohe Amperezahl für die Materialdicke.

Ursache 3: Brennerabstand: Brenner fährt zu hoch über dem Blech.

6. Lichtbogen reißt während des Schnitts ab

Ursache 1: Massekontakt: Schlechtes Massekabel oder lose Klemme am Werkstück.

Ursache 2: Geschwindigkeit: Zu hohe Fahrgeschwindigkeit für die Materialstärke.

Ursache 3: Brennerabstand: Abstandssensorik regelt zu hoch (Lichtbogen wird zu lang).

7. Unregelmäßiger Schnittverlauf (Zackenbildung)

Ursache 1: Vibrationen: Instabile Führung der Maschine oder des Brenners.

Ursache 2: Verschleiß: Elektrode ist tief abgebrannt (Kraterbildung).

Ursache 3: Material: Starke Rostschicht oder Zunder auf der Oberfläche stört den Kontakt.

8. Dunkle Verfärbungen der Schnittkante (Ruß/Oxidation), sofern das passende Prozessgas ausgewählt wurde

Ursache 1: Gasreinheit: Verunreinigte Druckluft (Stickstoff/Sauerstoff-Gemisch nicht optimal).

Ursache 2: Verschmutzung: Fett oder Öl auf der Blechoberfläche verbrennt.

Ursache 3: Material: Zu hoher Kohlenstoffgehalt im Grundwerkstoff.

9. Schnittspalt ist zu breit, soweit die Schnittspaltkompensation (kerf) der CNC den Spalt nicht rechnerisch beheben kann:

Ursache 1: Stromstärke: Zu viel Ampere für die installierte Düsenöffnung.

Ursache 2: Verschleiß: Ausgewaschene Düsenbohrung (Lichtbogen wird "fett").

Ursache 3: Brennerabstand: Zu großer Abstand verbreitert den Lichtbogenkegel.

10. Unvollständiger Durchstich (Lochstechen scheitert), sofern die Materialoberfläche nicht beschichtet oder verdreckt ist und die Masseverbindung optimal ist:

Ursache 1: Einstichzeit: Zu kurz eingestellt (Brenner fährt los, bevor das Blech durchstoßen ist).

Ursache 2: Einstichhöhe: Zu hoch (Lichtbogen kann nicht auf das Material übertragen werden).

Ursache 3: Leistung: Zu geringe Amperezahl für die gewählte Materialstärke.

Falsche oder verschließene Verschleißteile eingebaut ist ebenso möglich.