Plasmaschneiden: Vorteile und Nachteile

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Zuschnitt in Stahl 2 mm dick mit einem Qualitätsplasmabrenner erzeugt: Kleinstes Loch 4 mm Durchmesser und einem gepiercten Loch (Einschussloch beim Plasmastart)
Zuschnitt in Stahl 2 mm dick mit einem Qualitätsplasmabrenner erzeugt: Kleinstes Loch 4 mm Durchmesser und einem gepiercten Loch (Einschussloch beim Plasmastart)

Plasmaschneiden besitzt viele Vorteile, doch auch die Nachteile des Schneidverfahrens wollen wir hier im Schneidforum offen ansprechen.

Plasmaschneiden muss immer im Licht eines bestimmten Plasmamodells betrachtet werden. So erzeugt beispielsweise ein Handplasmaschneider andere Schnittqualitäten als ein Maschinenschneidbrenner mit Mehrgastechnik und einschnürendem Plasmagasstrahl der Qualitätsplasmabrenner. Die Schnitteigenschaften sind in Relation zu betrachten. Plasmabrennertypen und Plasmaschneider können in ihren Schnitteigenschaften weit auseinander driften, auch wenn hier aus Gründen der Übersicht generelle Punkte zur Orientierung genannt werden. So besteht auch die Möglichkeit, dass der eine oder andere Plasmaschneider, den Sie möglicherweise einsetzen, die hier genannten Eigenschaften nicht erfüllt. Einfache konventionelle Maschinenbrenner, die nur mit Druckluft schneiden oder nur eine Eingas-Technik besitzen, verfügen nicht über die alle der hier genannten Vorteile. Den maximalen Output aus einem Plasmabrenner erreichen wir bei Verwendung der leistungsfähigsten Feinstrahlplasmabrenner, die Mehrgastechnik mit automatischen Gaskonsolen und optimierten Stromquellen einsetzen, die wir im folgenden Qualitätsbrenner nennen. Auch sollte man Plamaschneiden nicht mit dem Laser- oder Wasserstrahlschneiden in einen Topf werfen oder gleichsetzen. Soweit also die Einschränkungen zur Betrachtung.

Plasmaschneiden Vorteile

  • Zählt zu einem der wirtschaftlichsten Schneidverfahren im Stahlbereich bis ca. 35 max. 40 mm Dicke
  • Plasmaschneiden zählt zu den schnellen thermischen Schneidverfahren
  • Erreicht eine hohe Schnittqualität (nicht "hoch" im Vergleich und im Sinne zu Laserschneiden bzw. Wasserstrahlschneiden, wenngleich modernste Qualitätsplasmabrenner gewisse Genauigkeitsüberschneidungen zum Laser erreichen!)
  • Weniger thermischen Einfluss als beim autogen Brennschneiden
  • Mannloses Schneiden zum Teil gut möglich, gute Automatisierbarkeit
  • Schneidet alle elektrisch leitfähigen Metalle
  • Schnittgeschwindigkeiten abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Materials und nicht von seiner Härte
  • Relativ wenig Nachbearbeitung (meist lediglich wenig Grat oder leichte Schlackeanhaftung zu entfernen!)
  • Kleinere Innenkonturen und Bohrungen als beim Autogenschneiden sind schneidbar
  • Schneiddicken bis 160 mm sind möglich und beim Schneiden von Edelstahl oft eingesetzt
  • Spezielle Schneidtechnologien verwendbar: Trockenschnitte und Unterwasserschnitte (Achtung: Beim Unterwasserplasmaschneiden ändern sich die Schnitteigenschaften, Qualitäten und die Schnittparameter)
  • Spezielle Anwendungen verfügbar: Maschinen- und Handgeführte Brenner; Tafel-, Coil- und Rohranwendungen
  • Komplette CAD/CAM gesteuerte Fertigung mit durchgehendem Datenbestand ist realisierbar
  • Robustes Verfahren, dass keine besonderen Anforderungen an die Umgebung stellt im Gegensatz zum Laser
  • Schneidet auch rostigen Stahl und ölige Oberflächen, sogar lackierte Flächen, wenn der Lack eine bestimmte Dicke nicht überschreitet
  • Schnelles Einstechen in Dicken bis 50 mm Materialdicke kein Problem und dauert nur wenige Sekunden. Das max. Lochstechen in volles Material ist mit besonderen Hochleistungsplasmabrennern bis ca. 120 mm in Luft und bis ca. 80 mm Unterwasser möglich.
  • Investitionskosten sind geringer als beim Laserschneiden
  • Der wahrscheinlich wichtigste Vorteil: Es ist das wirtschaftlichste Trennverfahren für Stahl bis max. 40 mm Dicke. Oberhalb 40 mm Dicke liegt der Autogenbrenner vorn. Unterhalb von ca. 10/12 mm ist der Faserlaser wirtschaftlicher. Die Bereiche sind in Abhängigkeit neuer Entwicklungen ständig in Bewegung und können sich daher in alle Richtungen verschieben.

 

Plasmaschneiden Nachteile

  • Stromverbrauch relativ hoch
  • 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 12mm, Stand Sommer 2018)
  • Innenkonturen durch Nachlaufeffekt des massebehafteten Gases oft nicht präzise genug
  • Aufhärtung des Plasmaschnittes in den Randzonen (bei Unterwasserschnitten größer)!
  • Nachbearbeitung kann je nach Anforderung erforderlich sein (je nach Material und Brennertyp)
  • Investition ist höher als bei Autogenschneidanlagen
  • Die hohe Schnittqualität von Laserschneidanlagen sind nicht erzielbar - Vorsicht, vor falschen Erwartungen der Endverbraucher - Plasma ist kein Laser, erreicht nicht dessen Genauigkeitsklasse bei allen Schneidkonturen.
  • Besondere techn. Gase müssen vorgehalten werden, um optimale Schnittergebnisse zu erzielen.
  • Die Schnittqualität ist nicht konstant – ist von vielen Parametern/Verschleiß/
    Schneiddauer/Lochstechzyklen etc. abhängig.
  • Je nach Brennertyp/Einstellung/
    Zustand/Erfahrung sind hohe Verschleißteilekosten möglich, wenn die Anlage nicht optimal betrieben wird! Durch eine weitere Qualifizierung der Bediener und durch sinnvolle Einsatzbereiche kann hier gegengesteuert werden.
  • Brennschneidtisch wird stark belastet und wird zu einem Verschleißelement

In welchen Bereichen haben Plasmabrenner Vorteile gegenüber Autogenschneiden?

Vorteile, Nachteile des Plasmaschneidens gegenüber Autogenschneiden:

  • 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. Im Handgeräteplasmabereich ist in der Regel ein Vorwärmprozess werde nötig noch realisierbar.
  • Plasma schneidet rostige Stähle ebenso gut wie geprimerte, grundierte, geölte oder pulverbeschichtete Stähle, wenn die Schichtdicke ein bestimmtes Maas nicht überschreitet. Das Brennschneiden reagiert empfindlich auf Oberflächenrost und kommt mit Beschichtungen gar nicht zurecht.
  • Damit ist der manuelle Handplasmabrenner das Werkzeug erster Wahl, wenn es auf der Baustelle schnell gehen muss. Die Geräte sind in der Regel leicht transportabel, einfach an eine 400V-Steckdose anzuschließen und manche Geräte erlauben auch den Betrieb am normalen 230V-Netz. Noch ein wenig Druckluft oder Stickstoff hinzu und schon kann man schneiden. Sind jedoch besonders dicke Stähle zu trennen, beispielsweise Schienen und Profile, Bauträger etc., so eignet sich das autogen Brennschneiden hierfür besser.
  • Sind Staub und Gase ein Problem, schränkt dies den Einsatz von Plasma Cuttern weiter ein.

Möglichkeiten des Plasmaschneidens: Schneiden verschiedener Metalle

  • Unlegierter Stahl lässt sich hervorragend mit Qualitätsplasma schneiden, wenn die Konturen und Genauigkeitserfordernisse nicht zu hoch sind. Als Schneidgas wird Sauerstoff eingesetzt, doch auch mit Luft oder Stickstoff kann geschnitten werden, je nach gewünschtem Resultat.
  • Bei Edelstahl bildet sich eine Zunderschicht auf der Schnittkante, wenn Stickstoff als Plasmagas eingesetzt wird, die nicht nur bei Sichtkanten störend wirkt, sondern auch zum Verschweißen ungeeignet ist und daher abgeschliffen werden muss. Durch Verwendung von bestimmten Plasmabrennern beim Edelstahlzuschnitt, die mit Argon/Wasserstoff oder Formiergas betrieben werden können, kann diese Eigenart jedoch erheblich reduziert bis vermieden werden.
  • Aluminium läßt sich mit einigen Plasmatypen bis zu einer Dicke von 40 mm, laut Herstellerangaben neuster Brenner sogar bis 80 mm Dicke schneiden. Die Schnittkantenoberfläche ist leicht porös, aber überwiegend senkrecht und sauber und besitzt nur wenig bis keinen Grat. Geschnitten wird mit Luft, Stickstoff, H35 je nach Brenner und Materialdicke.
  • Messing, Kupfer können ebenfalls geschnitten werden. Häufig werden die Aluminium-Schneidtabellen auch für diese Metalle verwendet und lediglich vom Bediener leicht angepasst. Die Schnittgeschwindigkeit bzw. die maximale Schneiddicke reduzieren sich bei diesen Metallen erheblich.  
  • Auch Nichtmetalle lassen sich mit dem Plasmaschneider schneiden, wenn sie elektrisch leitfähig sind.
  • Über das Plasmaverfahren mit "nicht übertragendem" Lichtbogen lassen sich mit Hilfe einer Opferelektrode auch nicht elektrisch leitfähige Stoffe wie Beton schneiden.

Die Grenzen des Plasmaschneidens:

  • Die Herstellung kleiner Bohrungen mit dem Plasma Cutter stellte früher oftmals ein Problem dar. Mit den modernen Qualitätsplasmabrennern mit spezieller Lochschneidtechnologie hingegen können ansehnliche kleine Löcher, in manchen Dickenbereichen sogar im Verhältnis von 1 zu 1 (Materialdicke zu Lochdurchmesser) produziert werden.
  • Bisherige Lochgrenzen: Der kleinste Lochdurchmesser gleich min. 1½ der Materialdicke, d.h in 5 mm dickes Blech sollte das kleinste Loch 8 mm betragen. Ab 10 mm (Grenzen sind abhängig vom Plasma Cutter) gilt Faktor 1¼, ab 20 mm Materialdicke gilt Faktor 1, d.h. ein Loch mit einem Durchmesser von 20 mm in 20 mm dicken Baustahl sollte kein Problem für den Plasmaschneider sein. Vorsicht: Angaben sind natürlich vom Brennertyp und vom persönlichen Empfinden abhängig!
  • Erzielbare Höchstleistungen aktueller Lochgrenzen - sofern man über den geeigneten Plasmabrenner UND die geeignete Führungsmaschine verfügt: Lochdurchmesser ab 6 mm Blechdicke Faktor 1 und zum Teil noch besser. D.h. ein 6 mm Loch in 6 mm Baustahl ist für gute Plasma Cutter und Schneidanlagen modernster Bauart möglich. Diese Angaben beziehen sich immer auf Normalstahl. Bei Edelstahl sind die meisten Plasmabrenner noch nicht so weit.
  • Innenecken und Innenradien sind bei neusten Qualitätsplasmabrennern und Hochleistungsportalen heute ein geringeres Problem im Normalstahl-Bereich
  • Die typische Kerbe kann durch die neuen Lochschneidtechniken der Qualitätsplasmen weitestgehend vermieden bis stark reduziert werden.
  • Normalplasma erzeugen mehr Schlackereste und mehr Grat als moderne Qualitätsplasmabrenner
  • Die Schnittergebnisse und Einstellparameter sind abhängig von örtlichen Gegebenheiten und der Materialzusammensetzung, der Maschine und der Bedienererfahrung und können in weiten Grenzen variieren.
  • Gratbildung ist abhängig von der Material-Temperatur und dem Silizium-Gehalt des unlegierten Kohlenstoffstahls.
  • Gratbildung bei anderen Legierungen als Normalstahl können größer sein.
  • Eine Stärke beim Plasmaschneiden: Oberflächenbeschichtungen wie Rost, Öle, Farben sind weitaus unproblematischer für den Plasmaschneidprozess als dies beim Laser- oder Autogenschneiden der Fall ist
  • Plasma erfordert eine gute Masseverbindung des Schneidgutes mit der Stromquelle und eine spezielle Erdung des Tisches aus Sicherheitsgründen. Herstellerangaben beachten!
  • Falsch eingestellte Schnittparameter beeinflussen die Einstechzahlen beim Plasmaschneiden erheblich.
  • Enge Konturen oder enge Schnittspalte oder kleine Löcher oder exakt einzuhaltende Toleranzen von weniger als zwei/drei Zehnteln stellen für Plasma in der Regel ein Problem dar.

    • Auswahl Qualitäts- oder Normalplasma, abhängig von:
      • Geometrie
      • Größe und Komplexität —
      • Toleranz der Kontur
      • weiterer Verarbeitung des Teils

     

    Hinweis: In jedem Fall gelten die Vorschriften und die Schneidtabellen des Herstellers, daher zuerst die Anweisungen im Handbuch beachten und im Zweifel den Hersteller zu Rate ziehen.

Ein Edelstahlteil mit kleinen Löchern plasmageschnitten mit Stickstoff: Nicht optimal
Grenzen von Plasma: Kleine Löcher in Edelstahl, hier mit Stickstoff geschnitten, sind nicht besonders schön, Stand: 2012. Genau das ist der Grund, warum man heute Feinstrahlplasma mit spezieller Lochschneidtechnologie und einem Formiergas einsetzt.

Fazit zum Plasmaschneiden:

Die Komplexität und Toleranz der zu schneidenden Kontur sowie die beabsichtigte weitere Verarbeitung des auszuschneidenden Materials entscheiden darüber, ob der Qualitätsplasma- oder Normalplasmaschnitt, der Wasserstrahl- oder der Laserzuschnitt die optimale Lösung für das Schneidproblem darstellen. Erst die Einbeziehung dieser Kriterien gibt uns den nötigen Aufschluss, welches Schneidverfahren einzusetzen ist.

Prinzipiell kann aber angenommen werden, dass Teile, die anschließend eingeschweißt oder in der weiteren Verarbeitung gefräst, gedreht oder gekantet werden oder sonstigen mechanischen Bearbeitungsschritten unterzogen werden, preiswert mit Plasma geschnitten werden können (Vorausgesetzt das Dickenspektrum und die Materialgüte passen!).