Dampf aus der Kartusche

Himmel, Herrgott … Massige Geräte, Schläuche und Leitungen lassen auf der Baustelle so manchen Fluch entfleuchen – auch und gerade wenn es Material zwecks Wiederverwendung zu zerlegen gilt. Plasmafeuer aus der Kartusche könnte Schweißers Aufenthalt im Fegefeuer verkürzen – und auch sein Diesseits erleichtern.

19. Oktober 2009

Produktions- und Wartungsarbeiten, Reparaturservice, Recycling und Ent-sorgen, Um- und Aufrüsten veralteter Technik zu vollwertig einsatzfähigem Equipment bilden ein zunehmend wichtiges Geschäftsfeld in Metall verar-beitenden Unternehmen. Dabei ist das Demontieren und Trennen von Blechen ein wesentlicher Arbeitsschritt. Auf Gerüsten und unter Baustel-lenbedingungen ist möglichst mobiles, handliches Trennwerkzeug gefragt. Häufig setzen an den entstehenden Schnittflächen in nachfolgenden Ar-beitsgängen Schweißnähte an. Eine praktikable Lösung ist das innovative Plasmaschneidverfahren Transcut 300 von Fronius. Es arbeitet mit dem Plasmamedium Dampf aus einer Flüssigkeit auf Wasserbasis, die in wechselbaren Kartuschen zur Verfügung steht. In der so gegebenen Un-abhängigkeit von Druckluftanschlüssen oder Gasflaschen sowie in den besseren Arbeitsbedingungen mit weniger Lärm- und Schadstoffemission sehen viele Nutzer die Hauptvorteile. Drei Anwender berichten von positi-ven Erfahrungen.

Trennen bildet einen wesentlichen Arbeitsschritt sowohl in der Ferti-gung als auch in Reparatur, Wartung und Recycling. Meist sind exakte Schnitte oder Öffnungen anzubringen, etwa für das nachfolgende Anfügen von Rohren. Oft müssen Schnitte für das anschließende Substituieren der abgetrennten, unbrauchbaren Teile gesetzt werden oder für ganz neue Baugruppen. Thermisches Trennen weist gegenüber mechanisch zerspanenden Verfahren mehrere Vorteile auf. Dazu gehört die Möglichkeit, im automatisierten Betrieb grat- und staubfreie Schnittflächen zu erzeugen.

Beim Plasmaschneiden konzentriert Druckluft oder ein anderes kom-primiertes Gas den Lichtbogen zwischen Elektrode und Werkstück über eine Düse auf die zu trennende Stelle im Blech. Der Gasstrahl fließt durch eine an der Düse stark verengte Öffnung. Ionisiertes Gas, das heißt hoch energiedichtes Plasma, entlädt sich als über 20.000 °C heißer Lichtbogen. Die permanente Gasströmung legt die in ihr entstehende Fuge kontinuierlich vom sich bildenden Schmelzbad frei.

Ein komplettes Plasmaschneidsystem besteht aus einer Stromquelle und einem Schneidbrenner, der über ein Schlauchpaket mit der Stromquelle verbunden ist.

Plasmaschneiden zeichnet sich gegenüber anderen thermischen Trennverfahren wie dem autogenen Schneidbrennen durch die geringere Wärmeeinbringung und die wesentlich höhere Schneidgeschwindigkeit aus. Dem steht beim traditionellen Prozess der Nachteil weitgehender Mobilitätsbarrieren gegenüber – bedingt vor allem durch die Abhängigkeit von der externen Zufuhr des Plasmamediums. Stationäre Druckluftleitungen, sperrige Kompressoren oder schwere Gasbehälter setzen dem Anwender bei Bau-, Reparatur- und Montagearbeiten in luftiger Höhe, in engen Räumen oder beim mobilen Rettungseinsatz im Wortsinne enge Grenzen.

Diese Einschränkungen galt es zu beseitigen. Mitglieder eines For-schungs- und Entwicklungsteams bei Fronius nahmen die Idee auf, Wasserdampf statt der üblichen Plasma-Medien zum Schneiden zu verwenden.

Transcut schneidet mit Dampf

Fronius greift mit Transcut eine Idee auf, die deren russische Urheber seinerzeit jedoch nicht bis zur praktikablen Lösung voran trieben: Eine Flüssigkeit auf Wasserbasis steht in Minitanks bereit und erübrigt den Kompressor, die Druckluftleitung oder die Gasgebinde. Der Anwender ist sowohl von gewichtigen Teilen des Equipments entlastet als auch von gesundheitsschädlichen Stoffen am Einsatzort und dem Lärm der Absaugvorrichtung. Denn die Emissionen an Staubpartikeln, Ozon, NOx, Chrom und Nickel der mit dem Medium Wasserdampf arbeitenden Plasmaschneidsysteme sind wesentlich geringer als die der konventio-nellen Geräte.

Zu den Praxisnutzen der vollen Mobilität und den gesünderen, komfor-tableren Arbeitsbedingungen beim Schneiden kommt ein weiterer, sehr gewichtiger Vorteil: Die Schnittflächen, die mit Dampf statt Luft als Plasmagas entstehen, sind besser zum nachfolgenden Schweißen vorbereitet; das heißt, sie bieten günstigere Voraussetzungen für eine feste, haltbare Verbindung. Dieser Qualitätsvorteil resultiert gleichfalls aus den Unterschieden in den chemischen Eigenschaften der Plasmamedien Wasserdampf einerseits und stickstoffhaltiger Luft andererseits.

Bevor Transcut zur Marktreife gedieh, haben die Entwickler zahlreiche Aufgaben im Kontext der spezifischen Technologie des Plasmaschnei-dens gelöst. Das Plasmagas wird direkt im Plasmabrenner durch Ver-dampfen des flüssigen Transcut Liquid erzeugt. Ein Regelsystem ge-währleistet einen stabilen Prozess des Überführens in den gasförmi-gen Aggregatzustand. Ein komplexes thermisches Management stellt sicher, dass immer ein vollständiges Verdampfen des Mediums gewährleistet ist.

Dem Einschalten der Stromquelle folgt zunächst eine kurze Aufheiz-phase. Eine Kontaktzündung initiiert dann den Lichtbogen: Das Betäti-gen des Brennertasters setzt die Pumpe in der Stromquelle in Betrieb und baut Druck im System auf. Der Druck bewirkt das Abheben der Kathode von der Düse, und der Pilotlichtbogen zündet. Dieser schaltet bei Annäherung an das Werkstück auf den Hauptlichtbogen um, und der Schneidvorgang kann starten. Transcut 300 nützt die dabei frei werdende thermische Energie zum Verdampfen des flüssigen Mediums.

Geringes Gewicht und geringer Verbrauch

Das per Hand zu führende Plasmaschneidgerät Transcut 300 wiegt nur 14,6 kg. Ein integrierter Vorratstank für das flüssige Medium Transcut Liquid fasst 1,5 Liter und lässt sich mit Kartuschen einfach auffüllen. Der Verbrauch beträgt lediglich wenige Gramm pro Minute, so dass eine Tankfüllung im typischen Baustelleneinsatz bis zu einem Monat reicht. Außerdem benötigt der Anwender zum Betrieb des Systems nur einen 230-Volt-Anschluss. Die Transcut 300 ist voll generatortauglich. Den Schneidstrom kann der Nutzer im Bereich zwischen 16 und 30 A stufenlos regeln. 10 mm dicke Bleche aus Stahl, Aluminium, hoch legiertem (Edel-)Stahl oder anderen elektrisch leitenden Werkstoffen kann der Nutzer schneiden. Die Nennblechstärke beträgt 6 mm. Maximal 10 mm dicke Bleche kann Transcut trennen.

Anwenderpraxis in Mittelstand und Industrie

Der auf Abwassertechnik spezialisierte mittelständische Maschinenbauer FSM im hessischen Pohlheim agiert auf seinem Kernkompetenzfeld der kompletten Kompaktanlagen zum Räumen und Reinigen. Das Spektrum der zu Rechenpressen, Förderschnecken oder Sandrechen verarbeiteten Metalle ist außerordentlich breit. Den höchsten Anteil hat Normalstahl, aber auch zahlreiche Legierungen bis hin zu Duplex sowie beschichtete Bleche sind – anwendungs- und kundenspezifisch eingesetzt – im Werkstoffspektrum vertreten. Zwischen 2 und 10 mm variieren die Blechdicken, meist von 4 bis 6 mm. Montageleiter Marcus Huth nennt neben der Fertigung auch Umbauten, Nachrüstungen, Modernisierungen, Reparatur- und Wartungsarbeiten als wichtiges Geschäftsfeld. Er beschreibt eine typische Aufgabe: »Vor dem Umrüsten eines Greifrechens hatten wir diesen zu zerlegen. Die Demontage-Arbeiten an der Maschinenbaugruppe führten die Mitarbeiter auf einem Gerüst in 5 m Höhe aus. Das Blech, aus dem die betreffenden Teile des Greifrechens bestehen, ist 10 mm dick und mit einem Farbanstrich versehen. Die Kollegen schnitten zügig und sauber mit der handlichen Transcut – und nahmen sogar den vom Farbanstrich herrührenden etwas schnelleren Düsenverschleiß in Kauf. So arbeiteten sie immer noch wesentlich schneller und komfortabler als mit dem staubemittierenden mechanischen Trennschneider. Der hätte zu oft verkantet und damit die Demontagearbeiten verzögert.«

Schweißmeister Carsten Coors fügt ein weiteres Praxisbeispiel hinzu: »Die Behälter an den Sandwäschern sind wegen ihrer konischen Form für das Trennwerkzeug schwer zugänglich. Mit der Transcut lösen wir das viel bes-ser als mit der Trennscheibe – und schneiden außerdem sauberer, exakt und gerade.«

Einen industriellen Anwender repräsentiert der Motorradhersteller KTM im österreichischen Mattighofen. Hier gilt es die funktionswichtigen und zudem prestigeträchtigen Auspuffrohre der Renn- und Straßenmaschinen zu schneiden und anschließend zu schweißen. Bis 2006 war in Mattighofen das traditionelle Plasmaschneiden mit Druckluft gebräuchlich, jetzt schnei-den die Fachleute mit dem Plasmagas aus Wasserdampf und dem System Transcut. Die Fertigung der Zweitakt-Auspuffanlagen gehört zum Verantwortungsbereich von Josef Baier, Produktionsleiter Werk 1 / Vorbetriebe. Er beschreibt die Aufgabe und nennt den Hauptnutzen: »Aus einem 0,88 mm dicken Stahlblech ST04, das zuvor in die Form einer Halbschale gepresst wurde, schneiden wir entlang einer Schablone die exakte Innenschale des Doppelauspuffs heraus. Die Schnittqualität ist deutlich besser als mit Plasmagas aus Druckluft. Und im Unterschied dazu brauchen wir für die Schnittflächen der getrennten Teile keine Nacharbeit einzuplanen; die Flächen sind weniger verzundert. Das bringt uns einen Produktivitätsgewinn – und zusätzlich eine bessere Arbeitsatmosphäre.«

Ebenso wie die Qualitäts- und Effizienzsteigerung sieht Baier auch das Aufwerten der Arbeitsumgebung als wichtig an. Gesundheitsgefährdende Stäube beim Trennen von Stahl reduzieren sich auf 1/18, und die NOx-Emissionen auf 1/8; bei Edelstahl (1.4301) betragen die entsprechenden Werte 0,55 bzw. 1/3. Der „grüne“ Faktor geht zudem auch in die Kosten-Nutzen-Rechnung ein, denn Absaugvorrichtungen erübrigen sich.

Transcut: Verfahren und Produkt

Transcut 300 heißt das kleinste und leichteste komplette Plasma-Schneidsystem seiner Klasse. Es wird per Hand geführt. Mit einem Ge-wicht von 14,6 kg lässt es sich bequem auf Leitern, Gerüste oder an andere exponierte Einsatzorte mitnehmen. Ein integrierter Vorratstank für das flüssige Schneidmedium Transcut Liquid fasst 1,5 Liter und lässt sich mit Kartuschen einfach auffüllen. Im erwärmten, dampfförmigen Zustand dient diese Flüssigkeit als Medium für das Plasma. Der Verbrauch beträgt lediglich wenige Gramm pro Minute; eine Tankfüllung reicht im typischen Baustelleneinsatz bis zu einem Monat. Außerdem benötigt der Anwender zum Betrieb des Systems nur einen 230-Volt-Anschluss. Es ist voll generatortauglich. Den Schneidstrom kann er im Bereich zwischen 16 und 30 A stufenlos regeln. 10 mm dicke Bleche aus Stahl, Aluminium, hoch legiertem (Edel-)Stahl oder anderen elektrisch leitenden Werkstoffen kann der Nutzer schneiden. Die Nennblechstärke für Qualitätsschnitte beträgt 6 mm, die Trennschnittkapazität 10 mm. Der Prozess stickt die Schnittflächen nicht auf, denn die stickstoffreiche Luft als Schneidmedium ersetzt Transcut durch eine Flüssigkeit auf Wasserbasis. Dadurch reduziert sich bei nachfolgenden Schweißarbeiten das Risiko der Porenbildung. Die oxidfreien Schnittflächen der bearbeiteten Werkstücke lassen ein deutliches Reduzieren der sonst erforderlichen Nacharbeiten zu.