Wirtschaftlichkeit beim Plasmaschneiden

Schneidanlage mit zwei drehbaren 3-Brenneraggregaten
Schneiden mit zwei drehbaren 3-Brenneraggregaten verdoppelt den Ausstoß

Wie kann man die Betriebskosten beim Plasmaschneiden senken? Welche Kriterien beeinflussen die Verschleißteilekosten und die Lebensdauer des Schneidkopfes? Wie lange halten die Düsen und Elektroden des Plasmabrenners, wieviele Starts kann man erzielen? Diese exemplarischen Fragestellungen stehen stellvertretend für eine Reihe von Unsicherheiten im täglichen Geschäft eines Zuschnittspezialisten. Pauschale Antworten gibt es hierbei nicht, wie wir gleich zeigen werden. 

Plasmaschneiden -  das wirtschaftlichste Trennverfahren?

Bei der nun folgenden Aufzählung spielte allein der Ausstoß an Teilen pro Zeiteinheit, das bedeutet die Schnittgeschwindigkeit und der erforderliche Energie- und Materialeinsatz eine Rolle. In dieser Aufzählung besitzen andere Parameter wie die Schnittgenauigkeit, der Wärmeeinfluss, die Nacharbeit etc. keine Bedeutung.

Die Wirtschaftlichkeit beziehen wir hier auf also rein auf die Betriebskosten und die erzielbaren Schnittgeschwindigkeiten bei Baustahl: (Stand 2016)

  • Bei Blechdicken bis ca. 6 - 8 mm gilt in der Literatur der Laser als das schnellste und wirtschaftlichste Trennverfahren. Dabei übertrumpft der Faserlaser immer mehr den CO2-Laser. Zur aktuellen Situation "Laser" sowie einen Vergleich zwischen Faserlaser versus Plasma finden Sie den Artikel "Quo vadis Plasma".
  • Bei Blechdicken ab 8 - 10 mm aufwärts beginnt der Plasmaschneidprozess seine Vorteile im Bezug auf Schnittgeschwindigkeit und Schneidkosten auszuspielen.
  • Dieser Vorteil bleibt bis zu einer Materialdicke von ca. 30 bis 40 mm erhalten. Erst darüber gilt das autogene Brennschneiden als das preiswertere Schneidverfahren. Je dicker das Material, desto höher der Vorteil des Autogenschneidens. 

 

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.
  • Die Lebensdauer der Plasmateile, Düsen, Elektroden, Shield etc. hängen von den Einstechzahlen und der Schneiddauer ab. Je nach Brennertyp variieren sowohl die Standzeiten als auch die Kosten der Verschleißteile.
    Einfache Single-Gas Druckluftbrenner benötigen als Hauptverschleißteile nur eine Düse und Elektrode (Wirbelringe, Schraubkappen etc. halten länger), die nur wenige Euros kosten, während leistungsfähige Dual-Gas-Systeme mit aufwendiger Strahleinschnürung und Wasserkühlung auch bis zu 100 Euro pro Satz Düse-Elektrode kosten können. Die Bandbreite ist zu groß, als dass man einen Wert angeben könnte.
  • Ein Plasmaschneidkopf besteht aus einer Vielzahl an Verschleißteilen mit unterschiedlichen Lebensdauern. Je nach Modell, Kühlungsart und Gasauslegung besitzt ein moderner Hochleistungsqualitätsplasmakopf eine innere und eine äußere Schraubkappe, ein Shild, einen Wirbelring, ein Wasserrohr, die Düse und die Elektrode, die auch Kathode genannt wird. Wobei der Hauptkostentreiber beim Plasmaschneiden in der Regel Düse, Elektrode (Kathode) und das Shild sind. Die anderen Bauteile halten in der Regel wesentlich länger. Beispielsweise kann ein Wirbelring bis zu einem Monat lang betrieben werden und die Schraubkappen können bis zu einem Jahr ihre Funktion aufrecht erhalten, Typabhängig. Des weiteren kommen je nach Brenner noch Dichtungen, Schmierstoffe und Kühlmittel hinzu.   
  • Die Arbeitsvorbereitung, die CNC-Code-Erstellung und Verschachtelung tragen als Nebenkosten ebenso zum Plasma-Stundensatz bei, wie die Logistik, die Maschinenbestückung, die Teilentnahme und die Teilereinigung. Auch diese Posten sind unternehmensspezifisch, je nach Struktur des Betriebs verschieden.
  • Die Investitions- bzw. Abschreibungskosten sind unternehmensspezifisch abhängig von der Auslastung der Anlage. Die Zinsen und die Abschreibungsdauer der Investition mögen für alle Betriebe ähnlich sein, doch die Auslastungen sind es nicht, so dass auch dieser Posten in der Wirtschaftlichkeitsberechnung zu verschiedenen Stundensätzen führt.  

 

Wie beeinflusst die Anzahl der Starts die Lebensdauer von Plasmaverschleißteilen?

Die Lebensdauer von Plasma-Verschleißteilen 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 Verschleiß- und was sind Ersatzteile. Eine ausführliche Diskussion zu diesem Thema haben wir hier im Schneidforum für Sie 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. So eine Grafik sagt aus, dass je länger ein Schnitt dauert, desto weniger Plasmastarts möglich sind. 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 kann, 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 kann man bei einer Schneiddauer von 4 Sekunden ungefähr 2.500 bis 3.000 Starts je Düse/Elektrode erwarten. Schneidet man mit dem gleichen Plasmabrenner Zuschnitte mit einer Dauer von z.B. 2.000 mm aus, so sinkt die Anzahl der Starts auf z.B. 350 - 400 Starts. Wird der Strom erhöht, ergo das Material dicker, gilt eine andere e-Funktions-Kennlinie mit entsprechend weniger Starts.


Wie liest und deutet man die e-Funktionskennlinen der Plasmaverschleißteile-Hersteller?

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 Verschleißteile. 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 Düse/Elektrode, 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. 

10 Kriterien entscheiden über die Lebensdauer von Plasmaverschleißteilen?

Der Maschinenbediener entscheidet durch Sichtkontrolle und Prozessbeobachtung, wann ein Plasmaverschleißteil 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 Verschleißteile sind folgende Kriterien:

  1. Richtige Schnittparameter: Schneidhöhe, Zündhöhe, Schnittgeschwindigkeit, Gase
  2. Anzahl der Anstiche und die Schnittlänge
  3. Qualität der Verschleißteile
  4. Oberflächenbeschichtung des Materials und damit verbunden der Rückwurf
  5. Schneidstrom
  6. Kühlung des Schneidkopfes
  7. Erfahrung des Bedieners
  8. Metallkontakt, Crash
  9. Sauberkeit beim Wechsel der Teile
  10. Verwendung der richtigen Verschleißteile, Verwechselung von Teilenummern ausschließen.

 

Was Sie hier erfahren?

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  • Wie kann man die Schnittkosten beim Plasmaschneiden senken? Die oben genannten 10 Punkte haben wir in  Kurzform bereits genannt, doch was genau steckt dahinter, was kann man tun und was sollte man lassen um die Schnittkosten beim Plasmaschneiden zu optimieren? Dies erfahren Sie in dem folgenden Bericht.
  • Welche 12 Parameter beeinflussen die Betriebskosten? Warum lassen sich keine einheitlichen Kosten für das Plasmaschneiden ermitteln?

 

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