Schützende Gashülle

Plasmaschneiden mit Wirbelgas erhöht die Schnittqualität bei dicken Blechen. Zu den markanten Meilensteinen der Plasmaschneidtechnik gehörte die Entwicklung des Plasma-Feinstrahlschneidens 1964 im...

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Plasmaschneiden mit Wirbelgas erhöht die Schnittqualität bei dicken BlechenZu den markanten Meilensteinen der Plasmaschneidtechnik gehörte die Entwicklung des Plasma-Feinstrahlschneidens 1964 im Dresdener Forschungsinstitut Manfred von Ardenne. Dieses Plasma-Feinstrahlschneiden gab den entscheidenden Impuls für den wachsenden Marktanteil des Plasmaschneidens bei den thermischen Trennverfahren für alle elektrisch leitfähigen Werkstoffe. Die Kjellberg Finsterwalde Elektroden und Maschinen GmbH war mit der Entwicklung der dazu notwendigen Gerätetechnik von Anfang an dabei. Ein Beispiel, wie das Plasma-Feinstrahlschneiden stetig verbessert wurde, zeigt die Wirbelgastechnik, bei der ein zusätzliches Gas in das Verfahren eingeführt wird. Das als Wirbelgas bezeichnete Sekundärmedium umströmt dabei den eigentlichen Plasmastrahl, der zwischen einer Kathode und einer Düse erzeugt wird, und bildet eine schützende Gashülle. Dieses Wirbelgas bewirkt eine Reihe von Verfahrensvorzügen: Zum einen eignet sich das Wirbelgas bestens, um bei Einstecharbeiten das dabei hochspritzende Material von der Schneiddüse abzuschirmen. Des Weiteren verhindert es das Entstehen von unerwünschten, beim Einstechen ohne Wirbelgas aber manchmal auftretenden Doppellichtbogen. Auf diese Weise erhöhen sich die Standzeiten der Düsen. Die nützliche Folge ist, dass die Schnittqualität über einen sehr langen Zeitraum stabil bleibt. Ohnehin verbessert der Einsatz von Wirbelgas die Schnittqualität. Ein breites Spektrum an Wirbelgasen einsetzbarKjellberg Finsterwalde hat ein Anlagenkonzept für das Wirbelgas-Plasmaschneidverfahren erarbeitet, das es ermöglicht, alle marktüblichen Gase und Gasgemische als Wirbelgas einzusetzen. Dazu gehören beispielsweise Argon-Wasserstoff, Argon-Wasserstoff-Stickstoff, Argon-Stickstoff sowie Luft, aber auch reiner Sauerstoff. Daher kann mit der fachkundigen Auswahl des Wirbelgases der Schneidprozess optimal an die metallurgischen Eigenschaften des jeweiligen Schnittmaterials angepasst werden. Beispielsweise bewirkt der Einsatz von Stickstoff als Wirbelgas, dass bei hochlegierten Stählen metallisch blanke und absolut bartfreie Schnittflächen entstehen. Der Anwender erhält damit den Vorteil, über die Wahl des Wirbelgases eine stets optimale Schnittqualität für jeden zu schneidenden Werkstoff zu erzielen.Gerade bei dieser Breite des Wirbelgaseinsatzes in ein und derselben Anlage kommt es auf die genaue Abstimmung aller Leistungsdaten der Stromquelle und des Plasmabrenners an. Kjellberg Finsterwalde entwickelt, konstruiert, produziert, testet und erprobt deshalb die gesamten Ausrüstungen selbst, so dass der Anwender optimal aufeinander abgestimmte Anlagentechnik aus einer Hand erhält. In einem betriebseigenen Technikum hat sich Kjellberg Finsterwalde dafür alle Bedingungen geschaffen. Das Technikum dient zunächst allen technologischen Untersuchungen auf dem Gebiet der Plasmaschneidtechnik. Zudem werden dort Kunden praktisch beraten: An Hand des mitgebrachten Materials kann man gemeinsam die effizienteste Schneidtechnik auswählen. Zunächst gilt es zu klären, welches Material und welche Materialdicken zu schneiden und wie hoch die Toleranzanforderung an das Werkstück sind. Geht es dabei um das Ausschneiden kleiner Konturen (Bild 1), um häufiges Einstechen oder um das Schneiden unterbrochener Materialien, beispielsweise Gitter, ist zum Einsatz der Wirbelgastechnologie genauso zu raten wie bei Schneidaufgaben von Chrom-Nickel-Stählen oder Aluminium-Werkstoffen, wo eine besonders hohe Schnittqualität gefordert ist. Beim Betrachten der Materialdicke wird zwischen Trenn- und Qualitätsschnitt unterschieden. Ab einer Blechdicke von etwa 60 bis 70% der maximal schneidbaren Blechdicke handelt es sich um Qualitätsschnitte, die sich beim Plasmaschneiden im Wirbelgasverfahren durch eine metallisch reine Oberfläche sowie bartfreie und senkrechte Schnitte auszeichnen. Ein weiterer Vorzug der Plasmaschneidtechnik mit Wirbelgas ist die Fähigkeit, dass die gleiche Anlagentechnik sowohl für das Trocken-Plasmaschneiden als auch für das Unterwasser-Plasmaschneiden eingesetzt werden kann. Auch beim Unterwasser-Plasmaschneiden bleiben die abschirmende Wirkung des Wirbelgases und der damit verbundene Schutz der Plasmabrenner sowie die verfahrenstechnischen Vorteile erhalten. Schneiden unter Wasser reduziert LärmbelastungBeim Unterwasser-Plasmaschneiden wird der Schneidprozess etwa 80 bis 100 mm unter die Wasseroberfläche verlegt (Bild 2). Im Ergebnis werden die Lärm-, Staub- und Aerosolbelastungen der Umgebung erheblich reduziert. Zusätzlich filtert das Wasser die beim Prozess entstehende ultraviolette Strahlung. Der Lärmpegel liegt bei diesem Verfahren deutlich unter 85 dB(A). Qualitätsschnitte sind nachbearbeitungsfrei, das heißt, sie sind metallisch blank und weisen senkrechte und nahezu planparallele Schnittfugen auf. Außerdem ist der Verzug sehr gering. So werden auf diese Weise bereits beim Schneiden Rationalisierungseffekte für die nachfolgenden Schritte vorbereitet. Bild 3 zeigt einen Trennschnitt, erzeugt im Unterwasser-Plasmaschneidverfahren im Wirbelgas. Selbst dieser Schnitt zeichnet sich durch eine im Vergleich zu jedem anderen thermischen Schneidverfahren deutlich glattere Oberfläche aus. Die Bartbildung ist sehr gering. Geschnitten wurde ein legierter Stahl mit einer Dicke von 100 mm. Mit einem Schneidstrom von 600 A wurde ein Vorschub von 0,2 m/min erreicht. Maximal möglich sind bei dieser Technik Blechdicken von 120 mm bei einem Schneidstrom von 750 A. Die derzeit maximal schneidbare Blechdicke beim Trocken-Plasmaschneiden liegt bei 180 mm, wobei ein Schneidstrom von 600 A eingesetzt wird. Das deutet bereits auf zwei Vorzüge im Vergleich zum Unterwasser-Plasmaschneiden hin: Die maximal schneidbaren Blechdicken sind größer und der Stromverbrauch kleiner.Das Trocken-Plasmaschneiden lässt sich nicht nur über horizontale, zweidimensionale Portalführungsmaschinen, sondern auch mit Industrierobotern realisieren. Dort sind sogar die unterschiedlichsten Schnitte im dreidimensionalen Bereich durchführbar. Die Plasmabrenner-Konstruktion von Kjellberg Finsterwalde erlaubt es auch, Fasen zu schneiden, die unmittelbar als fertige Schweißnahtvorbereitung dienen. Ein Beispiel dazu findet man in der ZIS Industrietechnik GmbH in Meerane: Dort werden als Dienstleistungsangebot Rohre so plasmageschnitten, dass sie unmittelbar geschweißt werden können. Allerdings ist beim Trocken-Plasmaschneiden der Lärmpegel etwas höher als beim Unterwasser-Plasmaschneiden und die beim Schneidprozess auftretenden Schadstoffe müssen abgesaugt und gefiltert werden.