Plasmaschneidanlagen mit Wirbelgastechnik schneiden bis zu 180 mm dicke Bleche effizient und sauber. Bei hochlegierten Stählen sorgt der Einsatz von Stickstoff als Wirbelgas für metallisch blanke und bartfreie Schnittflächen.
Dipl.-Ing. Volker Krink ist Geschäftsführer und Chefkonstrukteur, – Dipl.-Ing. Hugo Simler ist Produktmanager Plasmatechnik der Kjellberg Finsterwalde GmbHwww.kjellberg.de
Die Entwicklung des Plasma-Feinstrahlschneidens gab den entscheidenden Impuls für den wachsenden Marktanteil des Plasmaschneidens bei den thermischen Trennverfahren für alle elektrisch leitenden Werkstoffe. Die in den 90er Jahren eingeführte Wirbelgastechnik der Kjellberg Finsterwalde GmbH, Finsterwalde, verbesserte das Plasma-Feinstrahlschneiden qualitativ weiter. Um dies zu erreichen, wird ein zusätzliches Gas in das Verfahren eingebracht. Das als Wirbelgas bezeichnete Sekundärmedium umströmt den zwischen einer Kathode und einer Düse erzeugten Plasmastrahl und bildet eine schützende Gashülle.
Das Zusatzgas bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich: Es eignet sich sehr gut, um das bei Einstecharbeiten hochspritzende Material von der Schneiddüse abzuschirmen. Zudem verhindert es unerwünschte, beim Einstechen ohne Wirbelgas manchmal auftretende Doppellichtbogen. Dies steigert die Standzeiten der Düsen und hält die Schnittqualität, die durch den Einsatz von Wirbelgas ohnehin verbessert wird, über einen langen Zeitraum stabil.
Kjellberg Finsterwalde hat ein Anlagenkonzept für das Wirbelgas-Plasmaschneiden erarbeitet, mit dem alle marktüblichen Gase und Gasgemische als Wirbelgas einzusetzen sind. Dazu gehören Gasgemische wie Argon-Wasserstoff, Argon-Wasserstoff-Stickstoff, Argon-Stickstoff sowie Luft, aber auch reiner Sauerstoff.
Mit der fachkundigen Auswahl des Wirbelgases kann der Anwender den Schneidprozess sehr gut an die metallurgischen Eigenschaften des jeweiligen Materials anpassen und die Schnittqualität für jeden Werkstoff optimieren. So bewirkt etwa der Einsatz von Stickstoff als Wirbelgas, dass bei hochlegierten Stählen metallisch blanke und absolut bartfreie Schnittflächen entstehen.
Bei der Einsatzbreite des Wirbelgases in ein und derselben Anlage kommt es auf die exakte Abstimmung aller Leistungsdaten der Stromquelle und des Plasmabrenners an. Der Hersteller entwickelt, konstruiert, produziert, testet und erprobt daher die gesamten Ausrüstungen selbst, so dass der Nutzer aufeinander abgestimmte Anlagentechnik aus einer Hand erhält. Das Unternehmen hat in einem betriebseigenen Technikum die für die Tests geeigneten Bedingungen geschaffen.
Das Technikum ist für alle technologischen Untersuchungen auf dem Gebiet des Plasmaschneidens ausgelegt. Außerdem werden dort Entwicklungsaufgaben gelöst und Kunden praktisch beraten: An Hand des mitgebrachten Materials wird gemeinsam die effizienteste Schneidtechnologie ausgewählt. Hierzu besitzt das Technikum mehrere moderne CNC-Führungseinrichtungen und Roboter, die die Plasmabrenner führen.
Zunächst ist zu klären, welches Material in welchen Dicken zu schneiden ist und wie hoch die Toleranzanforderungen an das Werkstück sind. Geht es um das Ausschneiden kleiner Konturen, um häufiges Einstechen oder um das Schneiden unterbrochener Materialien wie Gittern, bietet sich der Einsatz der Wirbelgastechnik an. Gleiches gilt für das Bearbeiten von Chrom-Nickel-Stählen oder Aluminium-Werkstoffen, wo eine besonders hohe Schnittqualität gefordert ist.
Hinsichtlich der Materialdicke wird zwischen Trenn- und Qualitätsschnitten unterschieden: Um letztere handelt es sich in einem Bereich unterhalb von etwa 60 bis 70 % der maximal schneidbaren Blechdicke. Die Qualitätsschnitte zeichnen sich durch eine metallisch reine Oberfläche, Bartfreiheit und einen annähernd senkrechten Verlauf aus. Zu den Vorzügen entsprechender Systeme gehört, dass die gleiche Anlagentechnik sowohl für das Trocken-Plasmaschneiden als auch für das Unterwasser-Plasmaschneiden eingesetzt werden kann.
Unterwasser-Plasmaschneiden
Auch beim Unterwasser-Plasmaschneiden bleiben die abschirmende Wirkung des Wirbelgases und der damit verbundene Schutz der Brenner sowie die verfahrenstechnischen Vorteile erhalten. Bei diesem Verfahren wird der Schneidprozess etwa 80 bis 100 mm unter die Wasseroberfläche verlegt. Dies senkt die Lärm-, Staub- und Aerosolbelastung der Umgebung erheblich. Der Lärmpegel liegt deutlich unter 85 dB(A). Zusätzlich filtert das Wasser die beim Prozess entstehende ultraviolette Strahlung. Die Qualitätsschnitte sind nachbearbeitungsfrei. Sie sind metallisch blank und weisen annähernd senkrechte und planparallele Schnittfugen auf. Zudem ist der Verzug gering.
Selbst Trennschnitte, die durch Unterwasser-Plasmaschneiden im Wirbelgasverfahren erzeugt wurden, zeichnen sich durch eine im Vergleich zu anderen thermischen Schneidverfahren deutlich glattere Oberfläche aus. Die Bartbildung ist gering. Mit diesem Verfahren lassen sich bis zu 120 mm dicke Bleche mit einem Schneidstrom von 750 A schneiden.
Trocken-Plasmaschneiden
Beim Trocken-Plasmaschneiden sind die schneidbaren Blechdicken größer und der Stromverbrauch geringer als beim Unterwasser-Plasmaschneiden. Derzeit möglich sind 180 mm, wobei ein Schneidstrom von 600 A eingesetzt wird. Der Lärmpegel ist jedoch höher als beim Unterwasser-Plasmaschneiden, und die auftretenden Schadstoffe müssen abgesaugt und gefiltert werden.
Das Trocken-Plasmaschneiden lässt sich nicht nur über horizontale 2D-Portalführungsmaschinen, sondern auch mit Industrierobotern realisieren. Damit können im 3D-Bereich Schnitte aller Art ausgeführt werden. Die Plasmabrenner-Konstruktion von Kjellberg Finsterwalde erlaubt auch, Fasen zu schneiden, die als fertige Schweißnahtvorbereitung dienen. Dies macht sich beispielsweise die ZIS Industrietechnik GmbH in Meerane für Dienstleistungen zu Nutze: Dort werden Rohre so zugeschnitten, dass sie unmittelbar nach dem Schneiden geschweißt werden können. Die Schneidzelle besteht aus einem Kuka-Roboter, einer CNC-gesteuerten Drehvorrichtung sowie einer Plasmaschneidanlage aus Finsterwalde.
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