Dampf aus der Kartusche

Fokus/Schneiden u. Schwei

›Grünes‹ Plasmaschneiden: Leichter, bequemer, produktiver und deutlich gesünder ist das Plasmaschneiden mit Dampf aus der Kartusche statt mit Luft aus der Flasche oder dem Kompressor.

16. Februar 2010
Leicht und unabhängig von konventionellen Medienversorgungen ist das Plasma-Schneidsystem Transcut 300: Ein 230 V-Anschluss genügt.
Bild 1: Dampf aus der Kartusche (Leicht und unabhängig von konventionellen Medienversorgungen ist das Plasma-Schneidsystem Transcut 300: Ein 230 V-Anschluss genügt.)

Trennen bildet einen wesentlichen Arbeitsschritt sowohl in der Fertigung als auch in Reparatur, Wartung und Recycling. Oft 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 um ganze Baugruppen neu anzufügen. Thermisches Trennen weist gegenüber mechanisch spanenden Verfahren mehrere Vorteile auf. Dazu gehört die Möglichkeit, im automatisierten Betrieb grat- und staubfreie Schnittflächen zu erzeugen.

Beim Plasmaschneiden konzentriert Druckluft oder ein anderes komprimiertes 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 20000 °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 enge Grenzen. Diese Einschränkungen galt es zu beseitigen. Mitglieder eines Forschungs- und Entwicklungsteams bei Fronius nahmen die Idee auf, Wasserdampf statt der üblichen Plasma-Medien zum Schneiden zu verwenden.

Schneiden mit Dampf

Fronius greift mit Transcut eine Idee auf, die deren russische Urheber seinerzeit jedoch nicht bis zur praktikablen Lösung vorantrieben: 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 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 konventionellen Geräte.

Zu den Praxisnutzen der vollen Mobilität und den gesünderen, komfortableren Arbeitsbedingungen beim Schneiden kommt ein weiterer, sehr gewichtiger Vorteil: Die Schnittflächen, die mit Dampf statt Luft als Plasmagas entstehen, sind qualitativ besser zum nachfolgenden Schweißen vorbereitet, das heißt, sie bieten günstigere Voraussetzungen für eine feste, haltbare Verbindung.

Bevor ›Transcut‹ zur Marktreife gediehen war, hatten die Entwickler zahlreiche Aufgaben im Kontext der spezifischen Technik des Plasmaschneidens gelöst. Das Plasmagas wird direkt im Plasmabrenner durch Verdampfen des flüssigen ›Transcut Liquid‹ erzeugt. Ein Regelsystem gewährleistet einen stabilen Prozess des Überführens in den gasförmigen Aggregatzustand. Ein komplexes thermisches Management stellt sicher, dass immer ein vollständiges Verdampfen des Mediums gewährleistet ist.

Dem Einschalten der Stromquelle folgt zunächst eine kurze Aufheizphase. Eine Kontaktzündung initiiert dann den Lichtbogen: Das Betätigen 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.

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. Bis zu 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 zehn Millimeter dicke Bleche kann Transcut trennen.

Seit ihrer Markteinführung hat sich die innovative Plasmaschneid-Technik bei Praktikern in Handwerk und Industrie bewährt.

In der Schlosserei Geisler im hessischen Schöffengrund zum Beispiel verarbeiten die Fachleute überwiegend Edelstahl (etwa 70 Prozent), des Weiteren auch Aluminium (20 Prozent) und Stahl (10 Prozent). Die Balkon- und Treppenkonstruktionen, Kücheneinrichtungen, Messebau- und Werbe-Elemente, lebensmitteltechnischen Anlagenteile oder Sonderanfertigungen sind weit über die Region um Wetzlar hinaus gefragt. Das präzise Schneiden einer Öffnung für Anschlüsse an Leitungen, Behälter oder Fördertechnik ist eine alltägliche Aufgabe. Zu ihren Kunden in Architektur, Industrie und Messebau kommen Helmut und Jan Geisler vor Ort zum Montieren und zum Service. Ihr Urteil über das neue Werkzeug fällt positiv aus: »Die Transcut ist ideal auf Baustellen, denn wir arbeiten ohne den einschränkenden Druckluftanschluss oder die unhandlichen schweren Gasflaschen, und der benötigte Stromanschluss von 230 Volt ist praktisch überall verfügbar. Die glatten, nahezu porenfreien Schnittflächen brauchen fast keine Nacharbeit vor dem Anschweißen von Blechteilen. Das macht die Transcut für unsere Einsätze nochmals interessanter.«

In der Praxis bewährt

Der auf Abwassertechnik spezialisierte mittelständische Maschinenbauer FSM im hessischen Pohlheim agiert auf dem Kernkompetenzfeld der kompletten Kompaktanlagen zum Räumen und Reinigen. Das Spektrum der zu Rechenpressen, Förderschnecken oder Sandrechen verarbeiteten Metalle ist außerordentlich breit. Dies ergibt sich aus den kundenspezifisch differierenden Ansprüchen und aus den anwendungspezifisch durch das jeweilige Medium bedingten chemisch-korrosiven oder mechanisch-abrasiven Belastungen. Den höchsten Anteil hat Normalstahl, aber auch zahlreiche Legierungen bis hin zu Duplex sowie beschichtete Bleche sind im Werkstoff-Spektrum vertreten. Zwischen 2 und 10 mm variieren die Blechdicken, wobei die am häufigsten verarbeiteten Bleche 4 bis 6 mm dick sind.

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 fünf Metern 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 sich 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 besser als mit der Flex – und schneiden außerdem sauberer, exakt und gerade. Die Transcut ist für unsere Einsatzbedingungen optimal.«

Einen industriellen Anwender repräsentiert der Motorradhersteller KTM im österreichischen Mattighofen. Hier sind es die funktionswichtigen und zudem prestigeträchtigen Auspuffrohre der Renn- und Straßenmaschinen, die zu schneiden und anschließend zu schweißen sind. Bis 2006 war in Mattighofen das traditionelle Plasmaschneiden mit Druckluft gebräuchlich, jetzt schneiden 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 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 fast 5 Prozent, und die NOX-Emissionen auf ein Achtel; bei Edelstahl (1.4301) betragen die entsprechenden Werte 55 Prozent beziehungsweise ein Drittel.

Der ›grüne‹ Faktor geht zudem auch in die Kosten-Nutzen-Rechnung ein, denn Absaugvorrichtungen erübrigen sich. »Noch setzen wir die Transcut ausschließlich handgeführt ein. Automatisiertes Schneiden ist ein nächstes Ziel. Wenn die entsprechenden Entwicklungen anwendungsreif sind, wollen wir sie nutzen«, äußert sich Josef Baier zur Perspektive.

›Grünes‹ Plasmaschneiden

Unter Praktikabilitäts- und Qualitätsaspekten bietet das Plasmaschneiden auf der Basis von Wasserdampf eine Reihe Nutzwerte und Vorteile – sowohl gegenüber konventionellem Plasmaschneiden als auch mechanischen Schneidgeräten.

Im Unterschied zum Arbeiten mit Plasmaschneidgeräten mit Druckluft genießt der Anwender beim Trennen mit Plasmagas auf Dampfbasis eine weitgehende mobile Unabhängigkeit und damit höhere Beweglichkeit. Das von Fronius entwickelte Werkzeug Transcut arbeitet mit Kartuschen zum Nachfüllen des Tanks. Weitere Vorteile gegenüber Luft sind geringere Schadstoffemissionen und damit ›grünes Schneiden‹, das heißt gesündere Arbeitsbedingungen.

Die Qualitätsvorteile resultieren gleichfalls aus den Unterschieden in den chemischen Eigenschaften der Plasmamedien Wasserdampf einerseits und stickstoffhaltiger Luft andererseits. Gemäß Praxiserfahrungen sind die von Plasmagas aus Dampf beeinflussten Schnittflächen deutlich besser zum anschließenden Schweißen geeignet sind als diejenigen, die der aus komprimierter Luft generierte Plasmastrahl hinterlässt.

Dipl.-Ing. Gerd Trommer

Fachjournalist aus Gernsheim

Verfahren und Produkt

TransCut 300 heißt das kleinste und leichteste komplette Plasma-Schneidsystem seiner Klasse. Es wird per Hand geführt. Mit 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. Der Verbrauch beträgt nur wenige g/min; eine Tankfüllung reicht also im typischen Baustelleneinsatz bis zu einem Monat. Außerdem benötigt man nur einen 230-Volt-Anschluss. Transcut ist voll generatortauglich. Den Schneidstrom kann man im Bereich zwischen 16 und 30 A stufenlos regeln. Bis 10 mm dicke Bleche aus Stahl, Aluminium, hoch legiertem (Edel-)Stahl oder anderen elektrisch leitenden Werkstoffen kann man schneiden.

Erschienen in Ausgabe: 01/2010