Plasmaschneiden ist eine leistungsstarke Technologie zum Trennen von Metallen. Mit Temperaturen von bis zu 30.000°C schmilzt der Plasmastrahl das Material und bläst es aus der Schnittfuge. Dieser effiziente Prozess ermöglicht das präzise Schneiden praktisch aller elektrisch leitfähigen Werkstoffe bis zu einer beachtlichen Dicke von 200 mm.

Die Stromstärke handgeführter Plasmaschneider liegt üblicherweise bei bis zu 120 Ampere, während maschinell geführte Systeme Stromstärken von etwa 300 Ampere erreichen können. Dank der hohen Energiedichte des Lichtbogens und optimierter Schutzgasgemische lassen sich gratfreie, rechtwinklige Schnitte mit blanken Oberflächen realisieren – vergleichbar mit Ergebnissen beim Laserschneiden.

Was ist ein Plasmaschneider?

Ein Plasmaschneider ist ein leistungsfähiges Werkzeug, das in der Lage ist, elektrisch leitfähige Materialien wie Stahl, Edelstahl, Aluminium und Kupfer präzise zu schneiden. Dieses vielseitige Gerät findet hauptsächlich in der metallverarbeitenden Industrie Anwendung, kann aber auch im privaten Bereich eingesetzt werden. Mit einem handgeführten Plasmaschneider lassen sich Bleche bis zu einer Dicke von 32 mm durchtrennen, während maschinengeführte Modelle sogar Werkstücke von bis zu 70 Millimetern Stärke bearbeiten können.

Der Plasmaschneider erzeugt einen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem zu schneidenden Werkstück. Durch die hohe Temperatur des Plasmastrahls von etwa 30.000 °C wird das Metall geschmolzen und mit Hilfe von Druckluft ausgeblasen. Für den Betrieb eines Plasmaschneiders wird eine Stromquelle benötigt, die Stromstärken bis zu 40 Ampere bereitstellen kann. Zudem ist ein Luftkompressor erforderlich, der einen Luftdruck von 4-6 bar und eine Luftleistung von mindestens 150 Litern pro Minute erzeugt.

Definition von Plasma

Plasma ist ein Teilchengemisch bzw. Gas, das aus neutralen Atomen, Ionen und freien Elektronen besteht. Durch die Anwesenheit der freien Elektronen besitzt Plasma eine charakteristische elektrische Leitfähigkeit. Beim Plasmaschneiden werden ionisierte Gase auf Temperaturen über 20.000 °C erhitzt, um das Metall zu schmelzen und präzise Schnitte zu erzeugen.

Bestandteile eines Plasmaschneiders

Ein hochwertiger Plasmaschneider setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

• Stromquelle: Sie liefert die notwendige elektrische Energie für den Plasmaschneider und ermöglicht Stromstärken bis zu 40 Ampere.
• Handstück: Das Handstück dient zur Führung des Plasmabrenners und beinhaltet die Elektrode sowie die Kupferdüse.
• Massekabel: Das Massekabel stellt die elektrische Verbindung zwischen dem Werkstück und der Stromquelle her.
• Stromzuleitung: Die Stromzuleitung verbindet das Handstück mit der Stromquelle und überträgt die elektrische Energie.
• Druckluftzuleitung: Über die Druckluftzuleitung wird die benötigte Druckluft zum Ausblasen des geschmolzenen Metalls zugeführt.

Der Preis für einen hochwertigen Plasmaschneider wie den Scheppach PLC 40 liegt bei etwa 200 Euro. Zusätzlich fallen Kosten für einen geeigneten Kompressor von circa 119 Euro an. Beim Arbeiten mit einem Plasmaschneider ist das Tragen von Schutzausrüstung wie einem Schweißerhelm, fester, nicht brennbarer Kleidung und Lederhandschuhen unerlässlich.

Funktionsweise eines Plasmaschneiders

Die Funktionsweise eines Plasmaschneiders basiert auf dem Prinzip der Erzeugung eines hochenergetischen Plasmas, das in der Lage ist, Metalle zu schmelzen und zu durchtrennen. Durch die Kombination von elektrischem Strom, Druckluft und einer speziellen Düse entsteht ein präziser und leistungsstarker Schneidstrahl.

Erzeugung des Plasmas durch Lichtbogen

Im Herzstück des Plasmaschneiders befindet sich eine Elektrode, die als Kathode dient, und eine gegenüberliegende Anode, die meist das zu schneidende Werkstück darstellt. Zwischen diesen beiden Polen wird mithilfe einer Hochfrequenzzündung ein Lichtbogen gezündet. Dieser Lichtbogen erhitzt das hindurchströmende Gas, typischerweise Druckluft oder ein spezielles Schneidgas, auf extrem hohe Temperaturen von bis zu 30.000 °C. Durch diese enorme Hitze wird das Gas ionisiert und in den Plasmazustand versetzt.

Einschnürung des Lichtbogens durch Kupferdüse

Um den Plasmastrahl zu fokussieren und seine Energiedichte zu erhöhen, wird der Lichtbogen durch eine wassergekühlt Kupferdüse geleitet. Diese Düse fungiert als elektrische Isolation und schnürt den Lichtbogen ein, wodurch ein sehr dünner und präziser Schneidstrahl entsteht. Die Einschnürung des Lichtbogens ist entscheidend für die Schnittqualität und Genauigkeit des Plasmaschneiders.

Schmelzen und Ausblasen des Metalls

Sobald der fokussierte Plasmastrahl auf das Werkstück trifft, schmilzt das Metall an der Schnittstelle aufgrund der extrem hohen Temperatur. Gleichzeitig wird durch den Gasstrom, der den Lichtbogen umgibt, das geschmolzene Metall aus der Schnittfuge herausgeblasen. Dieser Prozess ermöglicht saubere, gratarme Schnittkanten und hohe Schnittgeschwindigkeiten. Je nach Anwendung und Materialanforderungen können verschiedene Gase wie Druckluft, Stickstoff oder Sauerstoff eingesetzt werden, um die Schnittqualität und die Oxidation an den Schnittflächen zu beeinflussen.

Durch das Zusammenspiel von Hochfrequenzzündung, eingeschnürtem Lichtbogen und gezieltem Ausblasen des geschmolzenen Metalls ermöglicht der Plasmaschneider präzise und effiziente Schnitte in einer Vielzahl von Materialien und Dicken. Seine Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit machen ihn zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der modernen Metallverarbeitung.

Anwendungsbereiche von Plasmaschneider

Plasmaschneider finden in verschiedenen Bereichen der Industrie und des Rettungswesens vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Sie zeichnen sich durch ihre Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit aus, wenn es darum geht, elektrisch leitende Werkstoffe präzise und effizient zu trennen.

Einsatz in der Metallverarbeitung

In der Metallverarbeitung kommen sowohl handgeführte als auch maschinell gesteuerte Plasmaschneider zum Einsatz. Je nach Stromstärke des Geräts lassen sich Werkstoffe mit einer Dicke von bis zu 200 mm schneiden, weswegen der Plasmaschneider gerne auch bei Tresoren und anderen Verbrechen zum Einsatz kommt. Besonders bei CNC-Plasmaschneidanlagen zeigen sich die Vorteile gegenüber dem autogenen Brennschneiden in Form von höheren Schnittgeschwindigkeiten und einem geringeren Wärmeverzug. Beim Präzisionsplasmaschneiden wird anstelle von Druckluft technisches Gas verwendet, um eine Schnittqualität zu erreichen, die nahezu dem Laserschneiden entspricht.

Verwendung im Rettungswesen

Auch im Rettungswesen haben sich Plasmaschneider als wertvolles Werkzeug etabliert. In Form von mobilen Varianten kommen sie bei der technischen Nothilfe zum Einsatz, insbesondere dann, wenn der Einsatz hydraulischer Rettungsgeräte nicht möglich ist. Dank ihrer Leistungsfähigkeit und Flexibilität tragen sie dazu bei, Rettungseinsätze effektiv und schnell durchzuführen.

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Vorteile des Plasmaschneidens

Das Plasmaschneiden zeichnet sich durch eine Vielzahl von Vorteilen aus, die es zu einem bevorzugten Verfahren in der Metallbearbeitung machen. Ein wesentlicher Pluspunkt liegt in der hohen Wirtschaftlichkeit, insbesondere bei der Bearbeitung von Stahl bis zu einer Dicke von 40 mm. In diesem Bereich übertrifft das Plasmaschneiden andere Trennverfahren deutlich hinsichtlich Effizienz und Kosteneinsparungen.

Hohe Wirtschaftlichkeit bei Stahl bis 40 mm Dicke

Die beeindruckende Wirtschaftlichkeit des Plasmaschneidens bei Stahl bis 40 mm Dicke beruht auf mehreren Faktoren. Zum einen ermöglicht die hohe Schnittgeschwindigkeit eine zügige Bearbeitung der Werkstücke. Zum anderen ist der Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Verfahren deutlich geringer, was sich positiv auf die Kosten auswirkt. Darüber hinaus entfällt die Notwendigkeit einer aufwändigen Nachbearbeitung, da beim Plasmaschneiden nur minimaler Grat entsteht.

Geringe Nachbearbeitung durch wenig Gratbildung

Ein weiterer bedeutender Vorteil des Plasmaschneidens liegt in der geringen Gratbildung an den Schnittkanten. Dies ist auf die präzise Schnittführung und die konzentrierte Energie des Plasmastrahls zurückzuführen. Infolgedessen entfällt in vielen Fällen die Notwendigkeit einer zeitaufwändigen Nachbearbeitung, um Grat zu entfernen. Dieser Aspekt trägt maßgeblich zur Effizienzsteigerung und Kosteneinsparung bei, da wertvolle Arbeitszeit eingespart werden kann.

Unabhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit von der Materialhärte

Anders als bei vielen anderen Schneidverfahren hängt die Schnittgeschwindigkeit beim Plasmaschneiden nicht von der Härte des Materials ab. Stattdessen ist die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffs entscheidend. Dies bedeutet, dass auch härtere Metalle ohne Einbußen bei der Schnittgeschwindigkeit bearbeitet werden können. Zudem stellen lackierte, ölige oder rostige Oberflächen kein Hindernis dar, da der Plasmastrahl mühelos durch diese Schichten dringt. Diese Eigenschaft trägt zur Vielseitigkeit und Flexibilität des Plasmaschneidens bei.

Zusammenfassend bietet das Plasmaschneiden eine beeindruckende Kombination aus hoher Wirtschaftlichkeit, geringer Gratbildung und unabhängiger Schnittgeschwindigkeit. Diese Vorteile machen es zu einer bevorzugten Wahl für die effiziente und präzise Bearbeitung von Metallen in verschiedensten Anwendungsbereichen.

Funktion eines Plasmaschneiders

Ein Plasmaschneider funktioniert, indem er mithilfe eines Lichtbogens und eines fokussierten Gasstrahls elektrisch leitfähige Materialien wie Metalle schneidet. Die Elektronik der Schweißstromquelle spielt dabei eine entscheidende Rolle. Sie erzeugt zunächst einen Pilotstrom, der den Lichtbogen zwischen Elektrode und Werkstück zündet. Anschließend wird der Strom auf die für den Schnitt erforderliche Stärke erhöht.

Das Schneidgas, meist Druckluft oder Stickstoff, wird durch eine Kupferdüse geleitet und dabei eingeschnürt. Dies führt zu einer Erhöhung der Energiedichte des Lichtbogens. Das geschmolzene Metall wird durch den fokussierten Gasstrahl aus der Schnittfuge ausgeblasen. Einige Plasmaschneider verwenden auch die sogenannte Lift-Arc-Zündung, wie sie bei WIG-Schweißgeräten zum Einsatz kommt.

Durch die hohen Temperaturen im Lichtbogen von bis zu 30.000°C wird das Gas in den Plasmazustand versetzt. Dieses Plasma ist elektrisch leitfähig und ermöglicht so den Schneidprozess. Die Elektronik des Plasmaschneiders überwacht und regelt dabei kontinuierlich die Parameter wie Stromstärke und Gasdruck, um einen stabilen Schneidprozess zu gewährleisten.

Charakteristisch für Plasmaschneidfugen ist eine Abrundung der Kante an der Eintrittsstelle des Lichtbogens. Dies ist auf die hohe Energiedichte und die Wärmeeinflusszone zurückzuführen.

Die Präzision und Qualität des Schnitts hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie der Wahl der richtigen Düse, der Schnittgeschwindigkeit und der Materialstärke. Um eine lange Lebensdauer des Plasmaschneiders zu gewährleisten, sind regelmäßige Wartungsarbeiten und der Austausch von Verschleißteilen wie Elektroden und Düsen unerlässlich. Moderne Plasmaschneider verfügen oft über eine automatische Abschaltung zum Schutz der Elektronik, falls kein Lichtbogen gezündet werden kann, beispielsweise wenn sich kein Werkstück in Reichweite befindet.

Vergleich mit anderen Schneidverfahren

Plasmaschneiden hat sich als leistungsstarke Technologie in der Metallverarbeitung etabliert. Doch wie schneidet es im Vergleich zu anderen gängigen Schneidverfahren ab? Betrachten wir die Unterschiede zwischen Plasmaschneiden, autogenem Brennschneiden und Laserschneiden genauer.

Plasmaschneiden vs. Autogenes Brennschneiden

Gegenüber dem autogenen Brennschneiden punktet Plasmaschneiden mit einer rund viermal höheren Schnittgeschwindigkeit. Durch die hohe Energiedichte entsteht zudem ein geringerer Wärmeverzug im Material. Ein weiterer Vorteil: Während autogenes Brennschneiden hauptsächlich auf Baustähle limitiert ist, können Plasmaschneider nahezu alle Metalle trennen.

Plasmaschneiden vs. Laserschneiden

Im Vergleich zum Laserschneiden erfordert Plasmaschneiden weniger aufwendige Vorkehrungen. Präzisionsplasmaschneiden mit speziellen technischen Gasen erreicht eine Schnittqualität, die dem Laserschneiden nahekommt. Laserschneiden ermöglicht jedoch höhere Schnittgeschwindigkeiten und eine bessere Materialausnutzung. Dafür sind die Investitionskosten für Plasmaschneidanlagen deutlich geringer.

Letztendlich hängt die Wahl des optimalen Schneidverfahrens von den individuellen Anforderungen ab. Plasmaschneiden überzeugt mit seiner Vielseitigkeit, Wirtschaftlichkeit und hohen Schnittgeschwindigkeit, insbesondere bei Stahldicken bis 40 mm. Laserschneiden glänzt mit höchster Präzision und Schnittqualität, während autogenes Brennschneiden eine kostengünstige Option für Baustähle darstellt.

Fazit

Plasmaschneider haben sich als vielseitige Werkzeuge für das effiziente Schneiden von elektrisch leitfähigen Metallen etabliert. Dank der hohen Energiedichte des Plasmas ermöglichen sie schnelle Schnitte bei minimalem Wärmeverzug. In der industriellen Anwendung setzen sich zunehmend CNC-gesteuerte Plasmaschneidanlagen durch, die in Verbindung mit technischen Gasen auch präzise Ergebnisse liefern.

Mobile Plasmaschneider erweisen sich als wertvolle Ausrüstung für Rettungskräfte bei der technischen Nothilfe. Ihre kompakte Bauweise und leistungsstarke Schneidfähigkeit machen sie zu einer idealen Ergänzung hydraulischer Rettungsgeräte. Seit den 80er Jahren gewinnen Plasmaschneider aufgrund ihrer Vorteile gegenüber anderen Schneidverfahren stetig an Bedeutung.

Trotz des erhöhten Stromverbrauchs und der Staubentwicklung beim Plasmaschneiden überwiegen die Vorzüge wie hohe Schnittgeschwindigkeit, geringe Gratbildung und die Unabhängigkeit von der Materialhärte. Plasmaschneider haben sich als effektive Lösung zum Bearbeiten verschiedenster Metalle wie Edelstahl, Aluminium, Stahl, Eisen, Kupfer und Messing bewährt und finden auch in Hobbywerkstätten zunehmend Anwendung.