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Kombinierte Plasma- und Brennschneidmaschinen

Bild 1: Plasma mit Fasenkopf
Dieses Bild zeigt einen Plasmabrenner, einen mehrfachen Autogenbrenner sowie ein 3-Brenneraggregat von Messer
Bild 2: Fasenkopf Plasma und Autogen und Rohrbearbeitung
Auf diesem Bild sind mehrfach Plasma und Autogenbrenner zu sehen

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? Denkbar sind eine Vielzahl von Maschinen-Kombinationsmöglichkeiten - doch welche Maschinenkombination gibt es? Wie sind die Randbedingungen? Worauf sollten Sie achten?

▼▲ 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? 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?

Diese Kombination 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.

 

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. Die Anforderungen an die Rahmenbedingungen sind sehr hoch. Der Aufwand zum Erlernern beider Systeme stellt für die Bediener eine höhere Herausforderung dar. Der Investitionsaufwand ist nicht geringer, als bei zwei getrennten Maschinen. Die Fehlerquote und auch die gegenseitige Beeinflussung beider Schneidsysteme kann jedoch störende Wirkungen besitzen.

▼▲ Flachbett und Rohr- Profilbearbeitung:

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 so ausführen, dass die Werkzeuge den normalen Flachbettbereich verlassen und auf einen anderen Bereich übersetzen, wo ein Drehfutter mit tangentieller Ansteuerung ein Rohr oder ein Profil dreht, während die Schneidwerkzeuge ihre Arbeit verrichten. 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 nur selten nachträglich so möglich ist, dass dies Wirtschaftlichkeitskriterien entspricht.

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!

Nachteil:
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.

▼▲ Plasma-, Brennschneidanlage mit CNC-Bohrspindel und Werkzeugwechsler

Plasmascheidanlagen/Brennschneidanlagen-Kombination mit Bohrspindel und Gewindeschneider

Häufig finden wir Anlagen, die mit einer zusätzlichen mechanischen Bearbeitung ausgestattet sind. Hierbei müssen die Randbedingungen aber sorgfältig berücksichtigt werden, damit man später seine Freude an solch einem System hat.

 

Randbedingungen, die zu bedenken sind:

  • Der einfache, normale Brenntisch besitzt kein ausreichendes Spannsystem für die zu bohrenden Teile: Kleine, leichte Bleche könnten durch die Bohrkräfte herum geschleudert werden - was gefährlich sein kann! Daher ist hier ein stabiler Niederhalter Pflicht.  
  • Ein Brenntisch ist kein Bohrtisch oder Messtisch! Die Schlacke und die abgebrannten Streben des Brenntisches erzeugen Unebenheiten, die zu einem Weglaufen der Bohrerspitze führen können und damit für Ungenauigkeiten bei der Bohrlocherstellung sorgen. Ein stabiler Materialniederhalter ist hier die Mindestanforderung, dieser kann den Fehler reduzieren aber nicht gänzlich ausschliessen. Regelmässige Reinigung und Wartung der Anlage sowie Sauberkeit beim Arbeiten sind für den Maschinenbediener von hoher Bedeutung. 
  • Bohrerbruch: Wenn der Bohrer auf Schlacke oder unglücklich gegen eine Strebe des Brenntisches trifft, bricht der Prozess ab. Eine Bohrerbruchkontrolle oder eine andere adäquate Lösung, z.B. eine gesteuerte und überwachte CNC-Achse kann den Bediener hier unterstützen. Eine höhere Sorgfalt bei der Bearbeitung ist hilfreich.
  • Bohrerkühlung bei bestimmten Durchmessern erforderlich: Wird anschließend plasmageschnitten oder autogengebrannt oder lasergeschnitten, so muss die Emulsion vorher entfernt werden, da giftige Dämpfe entstehen können und die Emulsion auch auf den Schnitt negative Auswirkungen besitzen kann. Als Abhilfe eignet sich eine Sprühtechnik, bei der nur kleine Mengen Bohremulsion auf die Bohrerspitze gezielt gespritzt werden, so dass die Emulsion schnell verdampfen kann und das Blech nicht überflutet wird.
  • Eine Durchbiegung des Blechs durch die Bohrkräfte kann sich je nach Brenntisch einstellen. Daher muss der Brenntisch entsprechend massiv ausgeführt werden. 
  • Der Durchmesser der Bohrung ist von der Leistung der Drehspindel begrenzt - je geringer der Durchmesser, desto unproblematischer lässt sich die Bohrung durchführen. Durchmesser im Bereich von 4 bis 8mm sind unkritischer (wenn gleich die Bohrer schneller abbrechen können) als Bohrungen größer 12mm oder gar bis 40mm, die dabei entsprechenden Antriebsleistungen sind enorm - die dabei auftretenden Kräfte sind es ebenso. Die dann erforderliche Bohrleistung erfordert große Antriebe mit schweren Gewichten - diese wiederum erfordern stabilere Portale mit Brücken, die für höhere Gewichte ausgelegt sind. Hier ist es dann zwangsläufig erforderlich, dass auch die Antriebe stärker ausgelegt werden.
  • Für präzise Bohrungen, und dies wird meist gefordert, müssen auch präzise Werkzeuge eingesetzt werden. Stumpfe Bohrer müssen entsprechend regelmässig ausgetauscht werden. Das Personal muss darauf geschult werden und den Prozess begleiten. Durch die Überwachung der elektrischen Spindelleistungsaufnahme kann eine spezielle Überwachung den Bediener rechtzeitig vor Werkzeugwechsel warnen.
  • Die zusätzliche Belastung der Portalachse durch die Anpresskraft beim Bohren und durch die dynamischen Kräfte durch das Eigengewicht der Bohreinheit erfordert eine steifere Portalbrücke, Lager und Antriebe. 
  • Der wirtschaftliche Gesichtspunkt ist zu berücksichtigen: Während beispielsweise eine 200.000 Euro teure Portalschneidanlage bohrt, kann sie nicht gleichzeitig schneiden - der Bohrprozess blockiert das lukrative Schneiden. Hier ist jeder Betrieb selber gefragt, eine eigene Berechnung auszuführen. Bei vielen Unternehmen sind die Bohrarbeiten so dominant vertreten, dass sich so eine kombinierte Anlage lohnen kann, die Anreisarbeiten, das Umschichten von Teilen, körnen etc. entfallen - alle Arbeiten können auf einer Anlage in einem Schritt erfolgen, dies sind durchaus lohnenswerte Überlegungen, wenn auch alle Randbedingungen positiv berücksichtigt wurden und man genügend Bohrteile zur Verfügung hat.
  • Und nicht zuletzt: Der Bediener muss auf die herumfliegenden, heissen Späne achten, die bei einem spanenden Prozess auftreten.

 

Fazit: Bohren auf einer Brennanlage ist mittlerweile möglich und für viele Betriebe sinnvoll geworden. Viele Maschinenhersteller haben Lösungen zu den Detailfragen erarbeitet und am Markt umgesetzt.
Das Bedienpersonal muss sich auf einen zusätzlichen mechanischen Bearbeitungsschritt einstellen können und benötigt eine spezielle Schulung.
Wirtschaftlich muss natürlich jeder Betrieb für sich entscheiden, ob sich dieser Mehraufwand für das eigene Portfolio lohnt.

Mit der Bohr-, Gewinde-, Senk-Kombination betreten moderne Plasmaschneidanlagen auch das Gebiet komplexer Automatisierungssysteme, wie man sie aus der Werkzeugindustrie kennt und erreichen einen höheren ReturnOnInvestment ROI, wodurch sich der finanzielle Mehraufwand gegenrechnen lässt.

Darüber hinaus gibt es auch Systeme auf dem Markt die aus der Werkzeugindustrie stammen und zuerst das Bohrportal entwickelten, um es dann mit einer Plasma- Autogenanwendung zu verknüpfen.
Man kann diese beiden Systeme aber nicht 100% miteinander vergleichen - da auch ihre Schwerpunkte eine andere Betonung besitzen. Beide Systeme haben ihre individuellen Eigenschaften und Berechtigungen. Hier ist der Anwender gefragt, sich vorher gut beraten zu lassen. Meist ergibt sich aus dem eigenen Anforderungskatalog, das am besten auf Basis eines Lastenheftes nach DIN 69901 Teil1-5 aufgebaut sein sollte, ein Hinweis auf die richtige Anlagenauswahl. 

▼▲ Wann können Maschinen-Kombinationen problematisch werden?

Wann können Maschinen-Kombinationen problematisch werden?

 

Autogenschneiden versus Plasmaschneiden:

1. Man muss den hohen dynamischen Bedarf bei Plasma anerkennen, um dann zu überprüfen, in wie weit eine alte Autogen-Anlage diese hohen Plasma-Anforderungen erfüllen kann. Sicher hat eine Autogenschneidanlage keine Probleme mit der thermischen Hitzeentwicklung.

Aber: Plasmaschneiden erzeugt eine wesentlich feinere Form von metallischen Staub, die Autogenschneidanlagen in der Menge nicht kennen.

Daher muss geprüft werden, ob die Führungen und Mechanik und Elektronik den aggressiven Metall-Schmutz vertragen. 


2. Es muss geklärt werden, ob die Anlage schnell genug und STEIF verfährt. Jede Anlage kann schnell sein, auch eine Seifenkiste rollt den Berg schnell herab - das ist keine Kunst und auch nicht das Problem. Die Frage ist, kann die Anlage ruckartig um eine 90° Ecke fahren - oder bricht sie nach 1.000 Richtungswechseln auseinander?

3. Ein weiteres Problem bei Brennschneidanlagen/Autogenschneidanlagen, die mit Plamastromquellen nachgerüstet werden liegt in der EMV-Belastung der CNC durch die Hochfrequenz-Zündung der Plasmastromquelle. 

Besitzt die Brennschneidanlage keine ausreichende Entstörung und Abschirmung der Kabel, CNC etc., so dürfte der Betrieb mit vielen Komplikationen gekoppelt sein - wir raten dann von einer Umrüstung auf Plasma ab, bzw. den Hersteller zu Rate ziehen. Eine zusätzliche Entstörung der Schneidanlage kann erhebliche Nachrüstungskosten und zu unvorhergesehene Störungen bei der Abarbeitung der CNC-Daten im Speicher der Steuerung führen. Daher sollte dies von Beginn an mit eingeplant werden. Und auch bei einer Retrofitting-Massnahme ist es wert, sich darüber im Vorfeld Gedanken zu machen.
 

 

Grundsätzlich:

Wird eine Schneidanlage gleich mit der zusätzlichen Nachrüstbarkeit für den Plasmaschneidprozess ausgelegt, so besteht eher die Möglichkeit einer sinnvollen Nachrüstung mit Plasmabrennern.

Im Gegenzug kann es aber auch zu Problemen kommen, wenn Plasmaschneidanlagen mit Autogen nachgerüstet werden, wenn die thermische Ausdehnung der Portalbrücke, die beim Autogenschneiden wesentlich höher ist, nicht mit berücksichtigt wurde. Die Portalbrücke kann sich aufgrund der thermischen Energie sogar verbiegen, Lager können kaputt gehen. Auch hier sollte es daher bei einer Nachrüstung von Beginn an mit eingeplant werden.

Kennt der Maschinenhersteller ihre Wünsche, kann er die Anlage auch dementsprechend auslegen und für die spätere Nachrüstung vorbereiten. 

Planen Sie daher eine Schneidanlage mit genügend zeitlichem Vorlauf - holen sie viele Ansichten Ihres Personals mit ins Boot. Und teilen sie all dies auch ihren Maschinenlieferanten mit.

Grundsätzlich kann man viele Arbeitsschritte (beispielsweise: Markieren, Strahlen, Kleben, etc.) auf die komplexen CNC-gesteuerten Schneidbrücken verlegen, wenn man die Randbedingungen kennt und von Beginn an mit berücksichtigt hat.
 
 
Wenn Sie einen Neukauf oder eine Modernisierung einer Schneidanlage beabsichtigen, dann planen Sie das Know how von Schneidforum mit ein - wir beraten neutral und in Ihrem Sinne. 

Nehmen Sie mit uns Kontakt auf, wir rufen Sie gerne zurück. Ihr Dipl.-Ing. Gerhard Hoffmann

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