Schneidanlagen

Was sind Schneidanlagen?

Eine Schneidanlage ist eine Maschine, die zum Trennen von Materialien eingesetzt wird. Dadurch können verschiedenste Materialien getrennt oder in bestimmten Formen ausgeschnitten werden, beispielsweise Aluminium, Blech, Stahl (auch gehärteter Stahl), Titan, Holz, Keramik oder Kunststoffe.

Bei Schneidanlagen kann man zwischen zwei verschiedenen Verfahren unterscheiden: Abtragende Schneidmaschinen, die mit physikalisch-chemischen Trennverfahren arbeiten (Laser-, Plasma- und Brennschneiden) und zerspanende Schneidmaschinen, die mittels eines Hochdruckstrahls das Werkstück zertrennen (Wasserstrahlschneiden).

Wie funktionieren Schneidanlagen und die verschiedenen Schneidverfahren?

Abtragende Schneidmaschinen

Brennschneiden

Beim Brennschneiden besteht die Schneidmaschine aus einer ringförmigen Heizdüse und einer in der Mitte liegenden Sauerstoffschneiddüse. Das Werkstück wird auf Zündtemperatur erhitzt, dann wird die Gaszufuhr geöffnet. Durch den austretenden Sauerstoff oxidiert der Stahl des Werkstücks. Die Schneidschlacke besitzt einen tieferen Schmelzpunkt und ist dünnflüssiger. Vom Gas wird die Schlacke aus der Fuge geblasen, der Brenner wird so weitergeführt, dass der Brenner keine ausreichende Energie in das Werkstück einbringen kann und nicht in der Lage ist, es aufzuschmelzen. Es entsteht eine saubere, vom Grundwerkstoff stark abgegrenzte Schnittfuge. Am Aussehen der Schnittfuge ist erkennbar, ob die eingebrachte Wärme und die Vorschubgeschwindigkeit stimmen. Als Brenngase werden in der Regel Acetylen-Sauerstoff oder Propan-Sauerstoffgemische eingesetzt.

Vor allem Stahl, Edelstahle sowie Titan und Titanlegierungen können durch Brennschneiden geschnitten werden. Die Grenzen sind hier vor allem durch die Entzündungstemperatur des Werkstoffs gesetzt. Diese muss niedriger als seine Schmelztemperatur sein. Außerdem muss der Schneidsauerstoff eine Reinheit von mindestens 99,5% besitzen. Der Kohlenstoffgehalt muss zwischen 0,1 und 1,5% liegen. Vorteil des Brennschneidens ist, dass es ab einer Werkstückdicke von 30/35 Millimetern sehr kostengünstig ist. Für dünnere Werkstücke sind jedoch andere Verfahren besser geeignet.

Plasmaschneiden

Das Plasmaschneidverfahren wird beim Schneiden von elektrisch leitfähigen Metallen eingesetzt. Hier wird elektrisch leitfähiges Gas verwendet. Ein grundsätzliches Plasmalichtbogen-Schneidsystem besteht aus einer Stromquelle, einem Lichtbogen-Startschaltkreis und einem Brenner. Ein Hochfrequenz-Schaltkreis wird zwischen der Düse und der Elektrode gestartet. Das Gas strömt durch den entstehenden Lichtbogen. Dieser dadurch entstehende Plasmalichtbogen wird durch die Gasströmung herausgezwängt und erstellt einen Pilotlichtbogen. Die Temperatur des Plasmalichtbogens beträgt rund 30.000 °C und schmilzt das Metall und durchsticht das Werkstück. Die hohe Geschwindigkeit der Gasströmung schleudert das geschmolzene Material aus der Unterseite der Schnittfuge heraus. Das Verfahren ist sehr preisgünstig, auch lässt sich unlegierter Stahl hervorragend mit Feinstrahlplasma schneiden. Die Schnittqualität bei ist bei einer Plasmaschneidmaschnine allerdings nicht so hoch wie bei anderen Verfahren. Außerdem bildet sich bei Edelstahl bei manchen Schneidemaschinen eine Zunderschicht, wodurch der Werkstoff daher im Anschluss zum Verschweißen ungeeignet ist. Beim Plasmaschneiden können alle elektrisch leitfähigen Metalle geschnitten werden. Allerdings ist die Schnittqualität nicht so hoch wie beim Laserschneiden.

Laserschneiden

Beim Laserschneiden werden die Werkstücke am wenigsten thermisch belastet, denn die Wärme wird aufgrund der stark fokussierten Laserstrahlung lediglich auf einen eng begrenzten Bereich des Werkstücks konzentriert. Dadurch wird nur eine kurze Einwirkzeit benötigt, was das Schneiden mit einer hohen Geschwindigkeit erlaubt. Beim Laserschneiden lassen sich fast alle Werkstoffe bearbeiten (neben Stahl auch Leder, Plastik, PVC, Holz, Glas, etc). Mit dem Verfahren können die Werkstücke präzise und maßgenau geschnitten werden. Nachteilig bei diesem Verfahren sind ein hoher Energieverbrauch sowie hohe Anlagenbeschaffungskosten.

Zerspanende Schneidmaschinen

Wasserstrahlschneiden

Beim Wasserschneiden – oder Waterjet Cutting – wird das Werkstück mittels eines Hochdruckwasserstrahls getrennt. Dabei schießt die Düse das Wasser mit einem Druck von bis zu 6000 Bar und einer Austrittsgeschwindigkeiten von bis zu 1000m/s heraus. Das Material erwärmt sich dabei kaum im Vergleich zu den drei anderen bisher beschriebenen Verfahren. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Varianten beim Wasserstrahlschneiden: Das Schneiden mit Reinwasser und das Schneiden mit Abrasivmittel. Beim Reinwasserschneiden wird lediglich die Strahlenergie des Wassers ausgenutzt. Die Schneidleistung ist bei harten Materialien sehr begrenzt. Heutzutage können dadurch aber auch Werkstoffe wie Aluminium bis etwa vier Millimeter Dicke ohne Verwendung von Abrasivmitteln mit einem 6000 Bar-Wasserstrahl getrennt werden. Wird dem Wasser ein Schneidmittel zugesetzt (wie z. B. Granat oder Korund) spricht man vom Wasserstrahlschneiden mit Abrasivmittel. Dadurch können auch härtere Werkstoffe geschnitten werden. Um den hohen Druck des Wassers zu dämpfen, muss der Strahl in einem Wasserbecken abgefangen werden. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Wassers im Becken. Vorteil des Wasserschneidens ist, dass es frei von thermischen Einflüssen auf das zu schneidende Material ist. Es gibt auch keine Einschränkungen in der Dicke des Werkstückes. Verschiedenste Materialien wie Holz, Metall, Aluminium, Plastik oder auch Lebensmittel lassen sich damit schneiden, auch ist hierbei die Schnittkantenqualität sehr gut. Die Schnittgeschwindigkeit ist dafür aber verhältnismäßig niedrig und insbesondere die Feuchtigkeit und der Wasserkontakt können für manche Materialien von Nachteil sein.

Kombination aus mehreren Methoden

Durch die Kombination von verschiedenen Methoden werden die Vorteile der einzelnen Systeme gebündelt und die eventuellen Nachteile reduziert. Am häufigsten kommen Plasma-Brennschneide-Kombinationen vor. So können sowohl dicke und dünne Bleche, aber auch massive Stahlteile geschnitten werden.
Selten gibt es Maschinen zum Plasma-Wasserstrahlschneiden, denn nur wenige Unternehmen sind in der Lage beide Technologien zu vereinen. Bei dieser Kombination werden die Vorteile des sehr sauberen Schneidens mit Wasser mit der schnellen Schneidgeschwindigkeit des Plasmaschneidens kombiniert.

Die Vorteile von igus®-Produkten für Schneidanlagen

In sämtlichen Schneidemaschinen können e-kettensysteme® und chainflex®-Leitungen von igus® durch eine lange Lebensdauer hohe Standzeiten sicherstellen. Die Energiezuführung und Schlauchführung wird durch die Energieketten abgesichert. Selbst auf engem Bauraum können Glasfaserleitungen und Wasserzuführungen verbaut werden. Dabei kann die Kettenlänge von Anlage zu Anlage variieren. Deshalb gilt: Die günstigste Lösung die technisch funktioniert, ist die richtige Lösung. Deswegen können sich Hersteller von Schneideanlagen speziell auf ihre Größe angepasste Energieketten anfertigen lassen. Beim Wasserschneiden ist es außerdem wichtig, dass Wasser und Abwasser nicht mit Schmierstoffen verschmutzt werden.

Bereits realisierte Kundenanwendungen