Wovon hängt die Schnittqualität eines Plasmaschnittes ab?

Sie sehen ein Plasmazuschnitt mit leichtem Grat.
Leichter Grat unter dem Schnittgut, Schnittgeschwindigkeit zu hoch oder zu niedrig, beides ist möglich!

Die Schnittqualität bestimmt nicht nur der Brennertyp, die Maschine oder die Erfahrung des Bedieners, sondern eine Reihe weiterer Faktoren kommen dabei in Betracht. Die Qualität des Plasmaschnittes wird elementar von der Schnittgeschwindigkeit und der richtigen Höhe des Brenners zum Schneidmaterial bestimmt, die korrekten Einstellwerte und präzisen Verschleißteile werden dabei vorausgesetzt.

 

 

Qualitätskriterium beim Plasmaschneiden: Prozesshöhe des Brenners

Die Höhe des Plasmabrenners beim Zuschnitt ist mit dem Augenmaß nicht einstellbar, da die Schnitthöhe sich in einem Bereich von wenigen Zehntel-Millimetern bis zu wenigen Millimetern bewegt.

Im Brennfleck herrschen Temperaturen von rund 30.000 Kelvin - in einem solchen Lichtbogen kann das Auge nichts mehr erkennen. Außerdem arbeitet das Plasmaschneidverfahren mit recht hohen Schnittgeschwindigkeiten, bei denen jede nachträgliche Korrektur zu spät käme. Diese Aufgabe übernimmt in der Regel eine hochwertige elektronische Regeleinheit oder ein mechanisches System.

Historie:

Anfang der 1990er gab es nur wenige Hersteller die in der Lage waren, lichtbogengesteuerte Höhenregelungen sogenannte "LIBos" zu bauen. Häufig wurde die Höhenregelung des Plasmaschneidkopfes über einen mechanischen Abstandsteller geregelt, der über einen Pneumatikzylinder den Brennkopf auf das Blech drückte. Über einen zur Schneiddüse einstellbaren Auflageschlitten mit Kugelrollen konnte der Relativabstand von der Düse zu den Kugelrollen eingestellt werden. Das ist eine sehr einfache Lösung mit einigen Nachteilen, die aber auch heute noch bei einfachen Anwendungen zum Beispiel im Dünnblechbereich in der Klimaindustrie vorzufinden ist und dort durchaus ihre Berechtigung hat. Diese mechanische Höhenregelung des Plasmaschneidkopfes nennt man "Platerider".

Die LIBO - Lichbogengesteuerte Höhenregelung

Hochwertige CNC-gesteuerte Schneidmaschinen und Anwendungen bei denen dickeres Material geschnitten werden soll, sind häufig mit einer elektronischen Lichtbogen Höhenregelung und einer CNC gesteuerten Z-Achse ausgestattet - Kurzbezeichnung: LIBO.

Kriterien, die Ihnen bei der Auswahl einer Höhenregelung helfen können:

  • Der Z-Achsensupport sollte einen Havarieschutz besitzen, der in allen Bewegungsrichtungen des Schneidportals auslöst, ohne dass der Brennerkopf beschädigt wird, dies ist umso mehr von Bedeutung, wenn es sich um einen hochwertigen teuren Brennerkopf handelt. Auch werden durch einen Havarieschutz die Ausfallzeit und die Wartungskosten bei einer Crashfahrt und der damit verbundenen Unfallgefahr drastisch reduziert.
  • Der Brenner darf weder bei kleinen Löchern noch am Ende eines Trennschnittes in die Schnittfuge abtauchen, d.h. sich in das Loch absenken und dem Material so unerlaubt zu nahe kommen. Geschieht dies dennoch und sei es nur um wenige Zehntel Millimeter, quasi unbemerkt, steigt der Düsenverbrauch schleichend an - es kostet also Ihr Geld!

 

Das Geheimnis der Lichtbogenspannung beim Plasmaschneiden

Die Lichtbogenspannung ist eine Funktion, die sich in Abhängigkeit vieler Parameter ändert.

  • Zum einen ändert sich die Lichtbogenspannung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit, das bedeutet eine brauchbare Messgröße wird erst erzeugt, wenn die Geschwindigkeit konstant ist, das Delta-v also = 0 ist. Dies wird nur bei konstanten Bewegungen erreicht.
  • Beim Richtungswechsel hingegen, muss die Maschine abbremsen und wieder neu beschleunigen, die Geschwindigkeit ändert sich also stetig. Daraus folgt, dass in dieser Zeit die Lichtbogenmessung nicht arbeiten darf, sie muss disabled (gesperrt) werden, sonst wären ihre Messergebnisse, die sie liefern würde, falsch.
  • Ebenso bei Kreiszuschnitten, wo die geforderte Winkelgeschwindigkeit aufgrund eines kleinen Radiuses erst gar nicht erreicht werden kann und die Maschine 180° beschleunigt und 180° für die Bremsung verwenden muss. Also muss auch hier die Höhenregelung ein entsprechendes Signal von der CNC erhalten, um gesperrt zu werden.
  • Außerdem ändert sich die Lichtbogenspanung in Abhängigkeit des Zustandes der Verschleißteile und nicht selten beträgt der Unterschied zwischen frischen Verschleißteilen und abgenutzten einige 10 Volt, was bereits einige Millimeter falscher Stellgröße ausmacht.
  • Die Lichtbogenspannung ändert sich natürlich auch mit dem Abstand des Plasmaschneidkopfes zum Schneidmaterial.

Viele Höhenregelungen neusten Typs berücksichtigen diese Zusammenhänge und sorgen für eine konstante Schnittqualität in Abhängigkeit des Verschleißes der Teile und somit für eine längere Lebensdauer der Verschleißteile.

Zündhöhe für den Einstich beim Plasmaschneiden

Doch auch beim Start des Pilotlichtbogens müssen bestimmte Parameter eingehalten werden, die sogenannte Zündhöhe. Je nach Brennertyp gibt es große Unterschiede in der Zündhöhe.
In der Vergangenheit mussten diese Einstellungen der Höhenregelung manuell in Volt aus einer Tabelle entnommen und eingegeben werden, häufig war eine Nachjustage erforderlich. Während moderne Höhenregelungen bei der Erstfindung sich selber kalibrieren und somit lästige und ungenaue Handeinstellungen entfallen. Auch wurden die Volt-Tabellen vieler Brenner in echte Millimeter-Abstandsangaben übertragen, so dass die Benutzer heute exakte Werte beispielsweise 3,4 mm Zündhöhe und 1,2 mm Schneidhöhe eintragen können. Je nach Maschinenmodell liefert bereits die CNC-Steuerung eine Schneiddatenbank, die diese Werte kennt und die Vorgaben selber an die Regelelemente weitergibt. 

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

Weitere Schnitteigenschaften beim Plasmaschneiden

Aufhärtung und Gefügeänderung

Der Plasmastrahl bringt eine hohe Energie in das Material ein, so dass die Schnittränder aufhärten und das Materialgefüge in der Randzone des Schneidmaterials beim Plasmaschneiden 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 Plasmaschneidverfahren 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.

 

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