Vor- und Nachteile von Plasmaschneid-Dienstleistungen

Das Plasmaschneidverfahren ist ein Blechbearbeitungsverfahren. Es hat sich zu einem der beliebtesten und am weitesten verbreiteten thermischen Schneidverfahren in der industriellen Fertigung entwickelt. Die Fähigkeit, alle leitfähigen Metalle präzise und schnell zu schneiden, macht es zu einer vielseitigen Wahl für viele Anwendungen. Wie bei jedem Verfahren gibt es jedoch auch beim Plasmaschneiden Vor- und Nachteile.

Vorteile des Plasmaschneidens

Schneidgeschwindigkeit

Einer der größten Vorteile des Plasmaschneidverfahrens ist die sehr hohe Schneidgeschwindigkeit. Plasmasysteme können bei dünnem Metall mit weniger als 1/4" Dicke gerade Schnitte mit über 100 Zoll pro Minute ausführen. Das ist etwa 2-3 Mal schneller als Verfahren wie Autogenschneiden oder Laserschneiden. Die hohe Geschwindigkeit wird erreicht, weil der Plasmastrahl nur eine sehr schmale Schnittbreite von 1/16" bis 1/8" schmilzt.

Auch bei dickeren Stahlblechen erreicht Plasma immer noch schnellere Schnittgeschwindigkeiten als andere Methoden. Bei 1" Baustahl erreichen Hochstrom-Plasmaschneider Schnittgeschwindigkeiten von 30-40 Zoll pro Minute. Diese Produktivität macht Plasma ideal für Fertigungsbetriebe mit hohem Volumen und das Schneiden dickerer Materialien.

Schneidqualität

Plasmaschneiden erzeugt makellose und präzise Schnittkanten mit einer glatten Oberfläche, die nur minimal nachbearbeitet werden muss. Die kleinere Wärmeeinflusszone und die Oxidation durch den Plasmabogen erzeugen einen quadratischen, dichten Schnitt mit minimaler Schlackeanhaftung. Das ist ein Vorteil gegenüber anderen thermischen Schneidverfahren.

Die durch die Brennerdüse gepresste konzentrierte Plasmabogensäule ermöglicht eine hervorragende Schnittqualität. Sie fokussiert die Hitze in einem intensiven Strahl, der das Metall sauber schmilzt. Präzise geschnittene Teile und Formen können mit minimaler Nachbearbeitung erreicht werden.

Schnittstärkenfähigkeiten

Plasmaschneiddienste bieten eine Schnittstärkenkapazität, die außer dem Autogenschneiden von anderen Methoden nicht erreicht wird. Hochstrom-Plasmaschneider im Bereich von 80-200 Ampere können Baustahl von 1/4" bis zu 2" Dicke zuverlässig in einem Durchgang schneiden. Mit mehreren Durchgängen und Kantenfase sind Dicken über 6" möglich.

Der konzentrierte Plasmabogen ermöglicht es der Hitze, in dickere Materialien einzudringen und einen zuverlässigen, vollständigen Schnitt zu erzeugen. Bediener müssen sich keine Sorgen über Materialdickenbeschränkungen machen, wie sie beim Laser- oder Wasserstrahlschneiden auftreten.

Kostengünstiges Verfahren

Die Betriebskosten des Plasmaschneidens sind im Vergleich zu anderen Schneidverfahren relativ günstig. Das Hauptverbrauchsmaterial ist komprimierte Luft oder Stickstoffgas, zusammen mit dem periodischen Austausch von Brennerteilen wie Elektroden und Düsen. Dennoch sind die Kosten deutlich niedriger als der Gasverbrauch bei Lasern oder die Abrasivkosten bei Wasserstrahlschneiden.

Die Anschaffungskosten für Plasmasysteme liegen ebenfalls im unteren Bereich industrieller Schneidmaschinen. Selbst Hochleistungs-automatisierte Plasmatische Schneidtische sind im Vergleich zu Lasern oder Wasserstrahlschneidern mit ähnlicher Schneidleistung preislich angemessen. Die Kosteneffizienz dieser Technologie macht sie für die meisten Fertigungsbetriebe zugänglich.

Schneidvielfalt

Plasmaschneider können alle elektrisch leitfähigen Metalle schneiden, von Baustahl und Edelstahl bis hin zu Aluminium, Messing und Kupferlegierungen. Auch lackierte oder verrostete Metalle sowie solche mit Oberflächenkontaminationen können effektiv geschnitten werden. Diese Vielseitigkeit unterstützt eine breite Palette an Fertigungs- und Reparaturanwendungen.

Der Plasmabogen konzentriert sich zu einer engen Säule, was das Schneiden kleiner und komplexer Muster oder Arbeiten wie Lochstechen oder Metallgravur ermöglicht. Präzisionsteile mit detaillierten Konturen und engen Toleranzen sind realisierbar.

Begrenzte wärmebeeinflusste Zone

Der Plasmastrahl fokussiert die Hitze auf eine schmale Zone an der Materialoberfläche. Das bedeutet, dass nur eine winzige wärmebeeinflusste Zone an beiden Seiten der Schnittlinie entsteht. Die konzentrierte Plasmasäule minimiert Verzug und Materialverschlechterung, wie sie bei Autogenschneiden oder abrasiven Verfahren auftreten.

Teile weisen weniger thermische Schäden und Verformungen auf, was den späteren mechanischen Nachbearbeitungs- oder Schleifbedarf reduziert. Das Schweißen nahe der Schnittzone ist einfacher, da die Materialeigenschaften außerhalb der Schnittlinie unverändert bleiben – insgesamt weniger Material- und Arbeitsverschwendung.

Tragbarkeit & Konstruktion

Im Vergleich zu Alternativen wie Laser- oder Wasserstrahlschneidern sind Plasmasysteme leicht und kompakt. Handgeführte Brenner ermöglichen es dem Bediener, den Schneider zum Werkstück zu bringen, anstatt umgekehrt. Das macht den Einsatz im Feld, in beengten Räumen oder bei Außenschnittanwendungen flexibel.

Die Verbrauchsteile des Brenners und das robuste Design von Plasmaschneidern machen sie auch gut geeignet für Baustellen und schwere Fertigungsschneidarbeiten. Sie halten mehr Schmutz, Vibrationen, Wettereinflüsse und grobe Behandlung aus als andere Präzisionsschneidwerkzeuge.

Nachteile des Plasmaschneidens

Einschränkungen bei hochreflektierenden Metallen

Der Plasmabogen ist auf elektrische Leitfähigkeit angewiesen, um Materialien zu schneiden. Metalle wie Aluminium, Messing und Kupfer haben jedoch hochreflektierende Oberflächen, was es schwierig macht, einen guten Kontakt zwischen Plasmabogen und Werkstück aufrechtzuerhalten. Der Bogen neigt dazu, zu „springen“ statt das Material zu durchdringen. Dies kann zu einem ungleichmäßigen Schnitt führen.

Für diese Metalle wurden spezielle Plasmaschneidverfahren entwickelt, die jedoch in der Regel niedrigere Schnittgeschwindigkeiten beinhalten. Die Ergebnisse müssen oft mit der Leichtigkeit des Schneidens von Baustahl mithalten. Für Aluminium und Kupferlegierungen wird bevorzugt Laserschneiden eingesetzt, um die beste Leistung zu erzielen.

Einschränkungen beim Schneiden dünner Materialien

Während Plasma dicke Materialien schneiden kann, gibt es Einschränkungen beim Schneiden von empfindlichen Metallen unter 1/8" Dicke. Der hohe Plasmagasdruck und die Bogenkraft blasen diese dünnen Materialien weg. Präzises Schneiden wird bei dünnem Material ebenfalls schwierig.

Alternative Verfahren wie Laser- oder Wasserstrahlschneiden sind für dünne Bleche besser geeignet. Plasmaschneiden sollte auf 1/8" Dicke und darüber beschränkt werden, um beste Ergebnisse zu erzielen.

Entfernung von Oberflächenbeschichtungen

Vor Beginn des Plasmaschneidens müssen Farbe, Pulverbeschichtung, Epoxidharz und andere Oberflächenbehandlungen im Schnittbereich entfernt werden. Diese Beschichtungen isolieren das Metall vom guten elektrischen Kontakt mit dem Plasmabogen. Ein 6-8" breiter Streifen entlang des Schnittpfads muss auf blankes Metall gereinigt werden.

Oberflächenbeschichtungen führen außerdem zu Verunreinigungen im Schnittspalt, die die Schnittqualität verringern. Die sekundäre Reinigung erhöht Zeit- und Kostenaufwand im Vergleich zum Schneiden von blankem Metall.

Schnitt-Toleranzen

Obwohl Plasmaschnitte für viele Anwendungen präzise sind, können sie nicht mit den Toleranzfähigkeiten von Laser- oder Wasserstrahlschneiden mithalten. Diese Verfahren bieten schmalere Schnittfugen und gleichmäßigere Schnittgeometrien. Plasma hält üblicherweise Toleranzen von +/- 0,005" bis 0,020", abhängig von der Materialstärke.

Für extrem präzise Teile mit Schnitt-Toleranzen von +/- 0,005" und minimaler wärmebeeinflusster Zone ist Plasma nicht die ideale Wahl. Der leichte, aber erkennbare Schnittfugenkegel und die Wärmeeffekte begrenzen die erreichbare Genauigkeit.

Langsamere Schnittgeschwindigkeit bei dickem Material

Wie bereits erwähnt, erreicht Plasmaschneiden bei dünnen Blechen sehr hohe Geschwindigkeiten. Beim Schneiden von Stahlplatten über 1" Dicke sinkt die Schnittgeschwindigkeit jedoch erheblich auf 10-30 Zoll pro Minute, je nach Schnittdicke und Stromstärke.

Obwohl diese Schnittgeschwindigkeiten für dickes Metall immer noch schneller sind als Alternativen, bedeutet dies eine geringere Produktivität bei schweren Fertigungsaufträgen mit Stahlplatten. Dies kann für Betriebe mit großen Materialstärken eine Einschränkung sein.

Schnittfugenkegel

Alle thermischen Schneidverfahren führen zu einem gewissen Schnittfugenkegel, bei dem die Eingangsschneide etwas schmaler als die Ausgangsschneide ist. Dies wird durch die Reibung der Schnittwände verursacht, die sich beim Eindringen des Schnitts verengen. Beim Plasmaschneiden beträgt der Schnittfugenkegel typischerweise 1-3 Grad.

Obwohl dies für viele Anwendungen kein großes Problem darstellt, führt der Schnittfugenkegel zu gewissen dimensionsbedingten Abweichungen von oben nach unten. Präzisionsschnitte erfordern möglicherweise eine Kompensation der programmierten Maße. Der Schnittfugenkegel ist bei dickeren Materialien ausgeprägter.

Spannvorrichtungen

Das Werkstück muss fest eingespannt oder fixiert werden, um die hohen Schnittgeschwindigkeiten und die Qualität des Plasmaschneidens optimal zu nutzen. Jegliche Vibration oder Bewegung des Werkstücks während des Schneidens führt zu Dimensionsfehlern und abgerundeten Schnittlinien. Das Entfernen der Unterlage wird ebenfalls erschwert.

Eine ordnungsgemäße Fixierung erfordert zusätzlichen Einrichtungsaufwand und -kosten. Wasserbett-Systeme, die das Metall eintauchen und stützen, sind ideal, erfordern jedoch eine beträchtliche Investition. Für andere Schneidverfahren wie handgeführtes Autogenschneiden ist die Fixierung weniger kritisch.

Abweichungen vom Schnittpfad

Ähnlich dem Kegel-Effekt kann das Plasmaschneiden leichte Bogenwanderungen und Pfadabweichungen verursachen, wenn der Schnitt tiefer in das Material eindringt. Dies kann dazu führen, dass die Austrittskante um mehr als die Schnittbreite vom Ziel abweicht. Präzises Schneiden hängt davon ab, den exakten Schnittpfad einzuhalten.

Jegliche Instabilität des Plasmabogens oder Vibrationen des Werkstücks werden über die gesamte Materialdicke verstärkt. Automatisierte CNC-Steuerungen kompensieren einen Großteil dieser Abweichungen, dennoch kann die Schnittpräzision beeinträchtigt werden.

Düsen- und Elektrodenwechsel

Die Brennerdüse und die Innenelektrode sind übliche Verschleißteile. Die Düsenöffnung verschlechtert sich im Laufe der Zeit durch den heißen Plasmastrahl. Die Elektroden nutzen sich langsam durch den Lichtbogen ab, der das Plasma erzeugt.

Diese Teile müssen nach einer bestimmten Anzahl von Lichtbogenzündungen und Schneidminuten ausgetauscht werden. Bei stark genutzten Maschinen kann es erforderlich sein, die Düsen sogar täglich zu wechseln. Dies trägt erheblich zu den Gesamtkosten des Plasmaschneidbetriebs bei.

Geräuschentwicklung

Der Plasma-Schneidbogen erzeugt einen hohen Geräuschpegel, der in der Schnittzone durchschnittlich etwa 85-95 Dezibel erreicht. Dies überschreitet den OSHA-Grenzwert von 85 dB für längere Exposition. Geeigneter Gehörschutz ist für den Bediener und in der Nähe befindliche Personen Pflicht.

Die Notwendigkeit von Gehörschutz und die potenziellen Sicherheitsrisiken für die Mitarbeiter aufgrund des Lärmpegels müssen berücksichtigt werden. Lärm kann auch in Werkstätten mit mehreren gleichzeitig laufenden Prozessen störend sein.

Dampf- und Staubentwicklung

Der Plasma-Schneidbogen reagiert mit dem Metall, verdampft das Basismaterial und erhitzt die Luft, wodurch eine Oxidschicht entsteht. Es werden erhebliche Mengen an Staub und Dämpfen erzeugt, die durch Abluftsysteme erfasst und gefiltert werden müssen. Der Staub enthält giftige Metalle wie Chrom, Nickel und Mangan und stellt ein Gesundheitsrisiko dar.

Die Installation von industriellen Rauchabsaugungen, die Auslegung geeigneter Gehäusehauben und der Kauf von Filtersystemen sind kostenintensiv. Unzureichende Rauchabsaugung lässt den Staub in der Arbeitsumgebung verbreiten. Eine sorgfältige Planung der Belüftung ist bei der Verwendung von Plasma unerlässlich.

Hohe Stromstärkenanforderungen

Das Plasmaschneiden erfordert Stromquellen mit sehr hohen Stromstärken, von etwa 30 Ampere bei handgeführten Brennern bis zu 300 Ampere bei CNC-Schneidtischen. Dieser dauerhafte Stromverbrauch benötigt eine leistungsfähige Stromversorgung, aufgerüstete Werkstattverkabelung, spezielle Hochstromstecker und Überspannungsschutz.

Die Bereitstellung der erforderlichen elektrischen Infrastruktur ist ein Kostenfaktor für Einrichtungen, die Plasmasysteme installieren. Glücklicherweise wandeln die Stromversorgungen den eingehenden Wechselstrom intern in Gleichstrom um, sodass kein Drehstromanschluss benötigt wird. Dennoch muss die Stromkapazität der Leitungen gewährleistet sein.

Das Plasmaschneiden bietet eine hervorragende Schnittqualität und hohe Schnittgeschwindigkeiten, die von anderen Metallbearbeitungsmethoden nicht erreicht werden. Es ist ein kosteneffizientes und vielseitiges Fertigungsverfahren. Einschränkungen bei hochreflektierenden Metallen, Präzisionstoleranzen, Lärm und Dämpfen müssen jedoch bei einer Investition in Plasma berücksichtigt werden. Für viele Fertigungsbetriebe überwiegen die Produktivitätsvorteile die Nachteile von Plasmaschneidern.