Kombinierte Schneidanlagen

Kann man nicht gleich "zwei Fliegen mit einer Klappe" schlagen? Wenn schon eine CNC-gesteuerte leistungsfähige Schneidanlage angeschafft werden soll, warum bestückt man sie nicht gleich mit mehreren Werkzeugen und Schneidprozessen? Denkbar sind eine Vielzahl von Maschinen-Kombinationsmöglichkeiten - doch welche Maschinenkombination gibt es? Wie sind die Randbedingungen? Worauf sollten Sie achten?

Plasmaschneidanlage mit zwei Schneidköpfen beim Schneiden von Konturen in Baustahl
Plasmaschneidanlage mit zwei Schneidköpfen beim Schneiden von Konturen in Baustahl

Kombinierte Plasma- und Brennschneidmaschinen

Eins und Eins gleich Drei?

Kann man nicht gleich "zwei Fliegen mit einer Klappe" schlagen? Wenn schon eine CNC-gesteuerte leistungsfähige Schneidanlage angeschafft werden soll, warum bestückt man sie nicht gleich mit mehreren Werkzeugen und Schneidprozessen und erhält so eine multifunktionale Blechbearbeitung? Denkbar sind eine Vielzahl von Maschinen-Kombinationsmöglichkeiten - doch welche Maschinenkombination gibt es? Wie sind die Randbedingungen? Worauf sollten Sie achten?

Häufig anzutreffende Kombinationen:

Plasmaschneiden - Autogenschneiden:

Eine Plasmaschneidanlage ist führungstechnisch in der Lage die Anforderungen des Autogen-Prozesses zu erfüllen, wenn sichergestellt ist, dass die Plasmaschneidanlage auch mit der zusätzlichen Hitzeentwicklung gut umgehen kann, was aber für manche Leichtbaumaschinen zum Problem werden könnte.

Voraussetzung für die Aufrüstung einer Plasmaschneidanlage mit Brennschneidtechnik:
  • Ein gutes Hitzeschutzschild,
  • genügend Abstand zwischen Brenntisch und Portalachse wegen der erhöhten thermischen Belastung,
  • sowie Führungen, die mit der Hitze resistent umgehen können (Materialausdehung und Verspannung).
  • Es muss Platz für den Anbau der erforderlichen Gas-Verteilungen, Schläuche und Ventile zur Verfügung stehen.
  • Auch muss die CNC in der Lage sein, beim Autogen-Prozess vorzuheizen, benötigt also zusätzliche Steuer- und Regelorgane.
  • Leichte Plasmananlagen, für Dünnblechanwendungen eignen sich in der Regel nicht für Autogenanwendungen.

Grundsätzlich:

Wird eine Maschine von Beginn an mit der zusätzlichen Nachrüstbarkeit für den Autogenschneidprozess ausgelegt, so besteht eher die Möglichkeit einer sinnvollen und einfachen Nachrüstung mit Brennschneidtechnik. Auch können so die erforderliche System- und Steuerungselemente wie Elektrik, Schalter und Bedienelemente gleich mit berücksichtigt werden.

Kombinierte Plasma- und Wasserstrahlschneidmaschinen

Plasmaschneiden versus Wassstrahlschneiden oder Wasserstrahlschneiden versus Plasmaschneiden?

Die Kombination Plasma- mit Wasserstrahlschneidkopf auf einem Schneidportal ist noch seltener in der Praxis anzufinden. Wasserstrahlschneiden erfordert immer einen Wassertisch, damit die hohe Restenergie des Wasserstrahls effektiv vernichtet werden kann. Dementsprechend muss auch das Plasmaschneiden für den Kontakt mit dem Medium Wasser vorbereitet sein. Grundsätzlich ist dies für bestimmte Plasmatypen und Hersteller möglich, kann aber nicht pauschaliert werden. Ob eine Nachrüstung möglich ist, hängt von der Spezifikation und Auslegung der Maschine ab. Hierzu sollte der Hersteller VOR dem Kauf der Anlage zu Rate gezogen werden. Außerdem sollte man auch die EMV-Belastung durch Plasma-Hochfrequenz berücksichtigen. Der Sinn dieser besonderen Kombination wird klar, wenn man sich die Eigenschaften beider Schneidsysteme vor Augen hält: Wasserstrahlschneiden versus Plasmaschneiden:
Wasserstrahlschneidanlagen sind präzise!
Plasmaschneidanlagen hingegen sehr schnell, jedoch weniger genau!

Die Vorteile einer Kombination von Plasma und Wasserstrahlschneidmaschine:

Oft werden Teile geschnitten, die schnell und preiswert gefertigt werden sollen. Dabei ist die Außenkontur häufig einfach mit Plasma herstellbar, die Innenkonturen jedoch stellen präzise Anforderungen an den Schnitt. Also schneidet man die Innenkonturen, die Bohrungslöcher und die Ausschnitte etc. mit Wasserstrahl, die dabei zurückgelegte Schneidlänge ist in der Regel geringer, während die langen Ausschnitte und die zeitaufwendige Aussenkontur, die eventl. eine niedrigere Präzision erfordert, mit dem Plasma-Schneidprozess erzeugt wird. Also vereint man die Vorzüge aus beiden Welten und erhält obendrein ein universelles Schneidsystem.

Der Investitionsaufwand in eine kombinierte Anlage sollte in der Regel geringer sein, als bei zwei getrennten Maschinen. Auch der Platzbedarf ist geringer als beim Einsatz zweier getrennter Anlagen.
Bedürfen zwei Systeme häufig zwei verschiedene Anwender, so kommt die kombinierte Plasma-Wasserstrahlschneidanlage mit nur einem Bediener aus.

Nachteil einer kombinierten Plasma-Wasserstrahlschneidanlage:

Ist ein Schneidsystem bei der Arbeit, liegt das andere brach. Kaufmännisch ist eine derartige Hybridschneidanlage schwerer zu kalkulieren. Das gleiche gilt auch für den Servicefall, wenn die Steuerung ausfällt, kann man mit keinem der beiden Schneidsysteme mehr arbeiten. Beide Schneidsysteme, die hier in der Regel zum Einsatz kommen, machen etwa jeweils 50% der Anlagenkosten aus. Sowohl die Qualitätsplasmaanlage, als auch die Hochdruckpumpe liegen in etwa in der gleichen Preiskategorie - doch nur ein System kann zu einer Zeiteinheit arbeiten. Daher muss hier sorgfältig überlegt werden, für welchen Kunden und für welche Anwendung sich eine kombinierte Hybridanlage wirtschaftlich rechnet. Der Gedanke einer solchen Kombinationsanlage ist nach wie vor reizvoll und kann im Einzelfall auch richtig sein, wenn alle Randbedingungen berücksichtigt und erfüllt wurden. Neben einer guten Schulung des Bedieners ist auch eine wirtschaftliche Kalkulation im Vorfeld sinnvoll und sehr zu empfehlen. Der Aufwand zum Erlernen beider Systeme stellt somit für die Bediener eine höhere Herausforderung dar. Die Anforderungen an die Rahmenbedingungen sind höher als bei einer Soloanlage - dem sollte durch eine ausreichende Schulung und Einarbeitungsphase Rechnung getragen werden.

  

Was leistet eine Maschinen-Kombination: Plasma-Wasserstrahl

Tatsächlich erfordern viele Teile in der Praxis präzise Bohrungen oder exakte Ausschnitte freier Innenkonturen, wohingegen die Außenkontur mit Genauigkeitsanforderungen der Klasse 2 gemäß ISO 9013 auskommt.

Das Plasmaschneidverfahren erfüllt oftmals die hohen Anforderungen bei Innenkonturen nicht, so dass sich der Gedanke einer Maschinenkombination Plasma-Wasserstrahl aufdrängt, sofern der Einsatz des Lasers diese Kombi nicht obsolet macht.

Mindestens zwei entscheidende Argumente sprechen für dessen Einsatz einer Plasma-Wasserstrahlschneidkombination:

  • Zum einen die Produktdiversifikation, d.h. ein Lohnbetrieb weitet sein Angebot aus und kann mit Wasserstrahl nahezu jedes Material schneiden, so dass sich erst gar nicht ein Vergleich zu Plasma oder Laser aufdrängt.
  • Und zum anderen schneidet Wasser filigrane Konturen und ohne signifikante Materialbeeinflussung, so dass auch hierzu kaum Alternativen existieren.

 

Wird nun Wasserstrahl genau in diesem optimalen Betriebspunkt - der Genauigkeit - eingesetzt und zusätzlich der Vorteil der hohen Schnittgeschwindigkeit mit Plasma kompensiert, so ergibt sich ein interessantes Double-Team in der Materialbearbeitung.

Sicher hat nicht jeder Lohnbetrieb dafür das geeignete Produktspektrum, aber die Möglichkeiten sind für manche Unternehmen schon verlockend. 

Man schneidet die Innenkonturen so präzise wie möglich mit Wasserstrahl aus und trennt das gesamte Teil an der Außenkontur mit Hilfe eines schnellen und preiswerten Plasmaschnittes, der zwar ungenauer ist, doch häufig besitzen technische Teile, je größer sie sind, auch niedrigere Genauigkeitsanforderungen, so dass Anwendungsfälle dafür sehr gut vorstellbar sind. 

Und so sieht ein derartiges Teil aus:

Gegeben ist 12 mm dickes Edelstahl!

Mit Abrasiv-Wasserstrahl wurden die folgenden Innenkonturen erzeugt: 

Eine 5 mm Bohrung, die folgende Werte aufweist: 

  • Durchmesser 5,01 mm auf der Oberseite des Materials, 
  • 4,83 mm an der Unterseite des Blechteils, 
  • d.h. ± 0,1 mm Genauigkeit bei 12 mm dickem Edelstahl.

Der 20 mm Zahnkranz ist 19,93 mm groß.

Der Schriftzug wurde ebenfalls mit Wasserstrahl erzeugt!

 

 

Mit Plasma wurde der große Innenkreis geschnitten:

Sein 29 mm Sollmaß liegt bei: 

  • 28,80 mm auf der Oberseite
  • 27,37 mm auf der Unterseite.
  • Abweichung von ± 0,8 mm bei 12 mm Edelstahl

Die erzielten Genauigkeitswerte sind für das Plasmaverfahren, dass hier bei Edelstahl mit Argon-Wasserstoff-Gemisch eingesetzt wurde, schon ein sehr gutes Resultat. Dennoch es macht deutlich, um wie viele Faktoren Wasserstrahl genauer schneidet. Die Kombination beider Systeme ist daher, sofern die Aufträge dies hergeben, eine potentielle Variante für ein Kombi-Schneidsystem aus technologischer Sicht. Wie sich dieses System aus wirtschaftlicher Sicht darstellt wurde hier ebenso wenig beleuchtet, wie die Anforderungen an Bediener, Zeichner und Wartungspersonal.

 

Flachbett und Rohr- Profilbearbeitung:

Eine CNC-Anlage besitzt häufig auch die Möglichkeit eine Tangenz-Achse anzusteuern, d.h. eine Drehbewegung interpolierent auszuführen. Mit einer CNC-Flachbettanlage können Flachmaterialien bearbeitet werden, man kann aber auch die Anlage konstruktiv so ausführen, dass die Werkzeuge den normalen Flachbettbereich verlassen und auf einen anderen Arbeitsbereich übersetzen, in dem ein Drehfutter mit tangentieller Ansteuerung ein Rohr oder ein Profil dreht, während die Schneidwerkzeuge ihre Arbeit verrichten.

Nachrüstung einer bestehenden Anlage:

Eine Nachrüstung ist nicht immer einfach, es empfiehlt sich auch hier, die Anlage vorher so zu planen und wenigstens für eine spätere Nachrüstung vorzubereiten. Zumal auch die Verlängerung einer Portalachse nachträglich nur mit erheblichen Aufwand bis gar nicht, möglich ist. Wirtschaftlichkeitskriterien rechtfertigen diesen erheblichen Aufwand oftmals nicht.

Andere Systeme eröffnen die Möglichkeit, Rohre innerhalb des Portals zu bearbeiten.

Oder bieten die Möglichkeit den Brenntisch so zu gestalten, dass eine Klöpperbödenbearbeitung möglich ist.

In jedem Fall bieten moderne Plasma- und Brennschneidanlagen heute wesentlich mehr an Automatisierungsmöglichkeiten zur Verbesserung der Wertschöpfung, Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten und Erhöhung des Automatisierungsgrads => eine positive Entwicklung aus Sicht der Wirtschaftlichkeit!

Nachteile einer Flachbett-Rohrschneidanlagen-Kombination

  • Unter Umständen ist ein erhöhter Handling-Aufwand und Umrüstung der Schneidanlage erforderlich.
  • Während die Anlage ein Rohr bearbeitet kann sie keine Brennzuschnitte erzeugen.
  • Aufwand und Anforderungen an die CNC-Steuerung und den Bediener steigen, somit sind potentielle Fehlerquellen und Störungen möglich.

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