Plasmaschneiden Hot-Wire-Verfahren schneidet sogar Beton

Aus dem Süden Brandenburgs, der beschaulichen Sängerstadt Finsterwalde, kommt eine bahnbrechende Neuerung in der Schneidtechnik: Mit dem Hot-Wire-Plasmaschneid-Verfahren der Firma Kjellberg ist es erstmals möglich, auch nicht leitende Werkstoffe zu trennen. Auf der Euroblech 2006 wurde die Entwicklung mit einem „MM Award“ belohnt.

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Nicht einmal vor Beton, Glas oder Isoliermaterialen macht das Hot-Wire-Plasmaschneiden halt. Bislang baute sich der bei Werkstücken aus diesen Materialien der Lichtbogen erst gar nicht auf, da kein elektrisches Potenzial zwischen Werkstück und Schneidbrenner gebildet werden konnte. Beim Hot-Wire-Verfahren übernimmt eine kontinuierlich zugeführte Drahtelektrode diese Aufgabe. Sie fungiert als Anode und gewährleistet anstelle des Werkstücks die Aufrechterhaltung des stabilen Lichtbogens, während der Brenner wie gewohnt als Kathode dient.

Das aufgeschmolzene Material wird durch die kinetische Energie des Gasstrahles aus der Schnittfuge ausgetragen. Die Idee zur Entwicklung des Hot-Wire-Verfahrens stammt von dem Dresdner Unternehmen DIWA Gärtner Schweißtechnik, die Entwicklung zur Produktionsreife und die Vermarktung erfolgen durch die Firma Kjellberg.

Großteil der Energie bliebt für Schmelzprozess erhalten

Beim Hot-Wire-Prinzip wird dem Plasmastrahl zum Abschmelzen des Drahtes nur sehr wenig Energie entzogen, ein Großteil der thermischen Energie steht also für den Schneidprozess zur Verfügung. Auf Grund der hohen Temperatur im Kern des Plasmastrahls, der weit oberhalb des Schmelzpunktes aller bekannter Materialien liegt, lässt sich jeglicher Stoff mit diesem Verfahren trennen.

Gegenüber dem konventionellen Plasmaschneiden verbessern sich mit dieser Technologie Schneidprozess und -ergebnis. Die Schneidgeschwindigkeit und Prozesssicherheit erhöhen sich erheblich. Schneidgeschwindigkeiten bis zu 1,1 m/min sind in Abhängigkeit von Material, Steghöhe und gewünschter Qualität möglich. Die erreichbare Toleranz der Schnittwinkel liegt bei maximal 4°. Die mögliche Werkstückdicke wird dabei nicht vom Abstand der Elektroden bestimmt, sondern hauptsächlich von der zur Verfügung gestellten Energie.

Labortests der mittlerweile zum Patent angemeldeten Technologie zeigten, dass sich exakte Trennschnitte bis etwa 150 mm durchführen lassen. Im Gegensatz zum konventionellen Plasmaschneiden erlischt der Lichtbogen beim Hot Wire-Verfahren nicht, wenn durch eine zu geringe Vorschubgeschwindigkeit der Ansatz des Lichtbogens durch das abschmelzende Material nicht mehr gegeben ist.

Die kann Schnittgeschwindigkeit beliebig reduziert werden, ohne dass der Prozess instabil wird. So konnte bei Metallen mit der gleichen Schneidenergie etwa die doppelte Trennstärke erreicht werden.

Trennvorgang erfolgt ohne nennenswerte Schwingungen

Bereits bewährt hat sich diese Technologie beim Schneiden von Gitterrosten, Rohrbündeln und Hohlprofilen. Gegenüber dem traditionell eingesetzten Autogenschneiden entfällt das Vorwärmen. Ein zweiter Brenner, der mit einem Drehaggregat exakt ausgerichtet werden muss, ist ebenfalls nicht notwendig.

Zusätzliche Einsatzmöglichkeiten beim Trennen mineralischer Werkstoffe könnten unter anderem im Bereich Havarie- und Katastrophenschutz liegen. Eingeschlossene Personen könnten risikofrei freigelegt werden, da die Wärme punktuell konzentriert ist und sich das Verbrennungsrisiko somit minimiert.

Ein weiterer großer Vorteil des Plasmaschneidens ist, dass der Trennvorgang ohne nennenswerte Schwingungen oder Erschütterungen durchgeführt wird, so dass auch herabhängende Teile oder instabile Baugruppen sicher getrennt werden können. Ein ferngesteuerter Roboter wurde für diesen Zweck bereits entwickelt.

Von der Schweißelektrode zum HiFocus-Plasma

Das 1922 im Süden Brandenburgs gegründete Unternehmen verdankt seine Entstehung dem Schweden Oscar Kjellberg und dem Patent für ummantelte Schweißelektroden von 1908. Mit der Produktion von Schweißumformern und Schweißautomaten avancierte das Unternehmen im Jahr 1941 zum weltgrößten Hersteller von Lichtbogenschweißtechnik.

Gemeinsam mit dem Dresdner Forschungsinstitut „Manfred von Ardenne“ wurde die Produktpalette für das Fügen von Metallen durch Schweißen später um das Trennen mit Hilfe des Plasmastrahls erweitert. Grundlagenversuche dazu fanden bereits 1959 in Dresden statt. Die erste industriereife Plasmaschneidanlage wurde 1962 in die Produktion eingeführt.

Seitdem erfolgt mit Hilfe eines starken Teams von Technikern und Ingenieuren eine kontinuierliche Entwicklung des Plasmaschneidens.

In den vergangenen Jahren wurde eine Wandlung vom Produzenten von Maschinen zum Technologieanbieter vollzogen. Derzeit ist es möglich, elektrisch leitfähige Werkstoffe wie Bau- und Edelstähle oder Aluminium in einem sehr weiten Bereich zwischen 0,5 und 160 mm kostengünstig und zugleich mit sehr guter Qualität zu Schneiden. Das einst recht „grobe“ Verfahren macht heute im Dünnblechbereich dem Laser ernsthaft Konkurrenz. Dazu wurde vor nunmehr sechs Jahren das HiFocus-Plasmaschneiden eingeführt.

Nach einigen wirtschaftlichen Turbulenzen in den Jahren nach 1990 stabilisiert sich das Unternehmen seit dem Jahr 2000 zunehmend. Durch die Gründung einer Stiftung hat sich Kjellberg weitgehend von fremden Zugriffen gelöst. Die Auftragslage ist |gut, so dass heute mehr als 200 Mitarbeiter sowohl Plasmaschneidtechnik als auch Schweißtechnik und Schweißelektroden entwickeln, produzieren und vertreiben.

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