Schneidverfahren für Stahlblech -
Technologiewahl nach Werkstoff und Bauteil
Die Wahl des Schneidverfahrens ist selten eine Wahl zwischen besserer und schlechterer Technologie. Ein Faserlaser mit 6 kW schneidet Baustahl bis 25 mm, hochwertiges Plasma schneidet bartfrei bis 38 mm und trennt bis 80 mm, das Brennschneiden arbeitet bei Dicken bis 500 mm. Jedes Verfahren liefert eine andere Schnittqualität, eine andere Genauigkeit und andere Stückkosten. Über das Ergebnis entscheidet die Kombination aus Dicke, Stahlsorte, geforderter Toleranz und Stückzahl, nicht der Name der Technologie.
Laserschneiden
Der Faserlaser dominiert das Schneiden dünner und mittlerer Bleche, vor allem dank Genauigkeit und Schnittkantenqualität. Die Dickenbereiche hängen direkt von der Resonatorleistung ab. Für die Basisversion einer Maschine eines der führenden europäischen Hersteller ergibt sich folgendes Bild.
| Resonatorleistung | Baustahl | Edelstahl | Aluminium |
|---|---|---|---|
| 3 kW | bis 20 mm | bis 16 mm | bis 16 mm |
| 6 kW | bis 25 mm | bis 25 mm | bis 25 mm |
Mehr Leistung führt nicht linear zu größerer Schneiddicke. Ab einer gewissen Schwelle steigt vor allem die Schneidgeschwindigkeit im mittleren Dickenbereich, nicht die maximale Dicke. Das ist bei der Bewertung von Lohnangeboten wichtig: Eine Maschine mit höherer Leistung bedeutet meist kürzere Lieferzeit, nicht unbedingt ein breiteres Werkstoffspektrum.
Auch Schneidgas und Prozesstechnik spielen eine Rolle. Maschinenhersteller entwickeln Lösungen zur Senkung des Gasverbrauchs und geben Einsparungen von bis zu 70 % an, was bei großen Serien die Stückkosten spürbar beeinflusst.
Bei der Schnittqualität liegt das Laserschneiden typischerweise in den Bereichen 2-4 nach EN ISO 9013, also im oberen Teil der für thermische Verfahren erreichbaren Skala.
Plasmaschneiden
Plasma hat unter den thermischen Verfahren das breiteste Anwendungsspektrum. Hochwertige Industriesysteme erreichen bei unlegiertem Stahl bartfreies Schneiden bis 38 mm, Produktionstrennen bis 50 mm und maximales Trennen bis 80 mm. Bei Edelstahl sind es 75 mm beim Produktionstrennen und 160 mm beim maximalen Trennen. Präzisionssysteme anderer Hersteller geben für unlegierten Stahl einen Bereich von 0,45 mm bis 152 mm an.
Die Genauigkeit hängt vor allem von der Ausstattungsklasse der Maschine ab, nicht von der Plasmaquelle selbst.
| Systemart | Typische Genauigkeit |
|---|---|
| Handschneiden | etwa ±1,6 mm |
| einfaches CNC-System ohne Brennerhöhenregelung | etwa ±0,77 mm |
| CNC-System mit automatischer Brennerhöhenregelung | ±0,38-0,64 mm |
| hochwertiges Industriesystem | ±0,25-0,51 mm bei Stahl bis 50 mm |
Die Wärmeeinflusszone beim Plasmaschneiden ist schmal, typischerweise unter 0,25 mm. Die Winkelabweichung der Kante beträgt 2-3 Grad bei Material unter 10 mm und sinkt bei 50 mm Dicke unter 1 Grad, was Konstrukteure, die den umgekehrten Zusammenhang erwarten, oft überrascht.
Standard-Plasmaschneiden liegt meist im Bereich 5 nach EN ISO 9013, Präzisionssysteme erreichen die Bereiche 2-4 bei einer Winkelabweichung von etwa 2 Grad, also ein mit dem Laserschneiden vergleichbares Niveau. Verfügbar sind auch Unterwasserschneiden, das Lärm und Emissionen reduziert, sowie Fasenschneiden, das die Kante in einem Arbeitsgang für das Schweißen vorbereitet.
Brennschneiden
Das Brennschneiden bleibt das Verfahren der ersten Wahl für die dicksten Werkstoffe. Maschinenbrenner für den Hüttenbereich arbeiten je nach Ausführung bei Dicken bis 500 mm und bis 600 mm, mit Propan oder Erdgas im Gemisch mit Sauerstoff.
Die Grenze des Verfahrens liegt im Prozessmechanismus selbst, der auf der exothermen Verbrennung von Eisen im Sauerstoffstrahl beruht. Er funktioniert bei unlegiertem und niedriglegiertem Stahl. Maschinenhersteller bestimmen diese Geräte ausdrücklich für unlegierten Werkstoff. Bei hochlegierten Stählen und Aluminium läuft der Prozess nicht ordnungsgemäß ab, daher werden diese Werkstoffe mit Plasma, Laser oder Wasserstrahl geschnitten.
Wasserstrahlschneiden
Abrasiv-Wasserstrahlschneiden deckt praktisch alle Werkstoffe und Dicken bis etwa 200 mm ab. Kennzeichen ist das Fehlen einer thermischen Einwirkung, wodurch Wärmeeinflusszone und Gefügeänderungen an der Kante entfallen.
Aufschlussreich ist der Vergleich mit dem Laser, den ein Hersteller beider Maschinentypen angibt. Bei Schwarz- und Edelstahl bis etwa 2 mm liefert der Laser die bessere Kantenqualität. Oberhalb dieser Dicke hat der Wasserstrahl den Qualitätsvorteil. Der Laser bleibt jedoch deutlich schneller: bei 3 mm Blech fünf- bis zehnmal, bei 10 mm drei- bis fünfmal. Die ungefähren Betriebskosten beider Verfahren sind ähnlich und liegen im Bereich von einigen Dutzend Zloty pro Maschinenstunde.
Die praktische Schlussfolgerung: Wasserstrahl wird gewählt, wenn thermische Veränderungen im Werkstoff unbedingt vermieden werden müssen oder der Werkstoff thermische Verfahren ausschließt, nicht wenn die Leistung zählt.
Mechanisches Schneiden und Materialvorbereitung
Eine eigene Gruppe bilden Verfahren, die keine Kontur schneiden, sondern das Material für die Weiterverarbeitung vorbereiten.
Tafelscheren ermöglichen schnelles und günstiges gerades Schneiden. Die Kante zeigt einen typischen Bruch mit Grat, und das Material wird in der Schnittzone örtlich verformt, was bei Teilen mit geforderter gerader Kante zum Schweißen oder Lackieren von Bedeutung ist.
Stanzen auf Revolverpressen eignet sich für wiederkehrende Teile mit vielen Löchern, bei denen der Vorteil aus der Zahl der Arbeitsgänge in einem Durchlauf entsteht.
Längsteilen von Coils (Slitting) und Querteilen auf einer Querteilanlage sind Arbeitsgänge eines Stahl-Service-Centers, nicht eines Verarbeitungsbetriebs. In Polen verarbeiten Längsteilanlagen typischerweise Material von 0,2 bis 3,0 mm Dicke und bis etwa 1500 mm Breite, bei einer Mindestbandbreite von etwa einem guten Dutzend Millimetern und Coil-Innendurchmessern von 508 oder 610 mm. Die Breitentoleranzen nach dem Schneiden legt EN 10051 fest: Bei geschnittener Kante betragen sie 0 bis +3 mm bei Breiten unter 1200 mm, 0 bis +5 mm im Bereich 1200-1500 mm und 0 bis +6 mm über 1500 mm. Die Dickentoleranzen beschreibt ein eigener Artikel über Dickentoleranzen bei Stahlblech.
Die Wahl der Lieferform, also Coil, Spaltband oder Tafel, fällt in diesem Stadium und beeinflusst die Ausbeute je Tonne stärker als das spätere Verfahren zum Ausschneiden des Teils.
Schnittqualität in der Bestellung
Das thermische Schneiden hat eine eigene Qualitätsnorm. EN ISO 9013 beschreibt die Schnittfläche mit zwei Kenngrößen: der Rechtwinkligkeits- oder Neigungstoleranz u und der gemittelten Rautiefe Rz5. Darauf aufbauend definiert sie Qualitätsbereiche, auf die sich eine Bestellung anstelle beschreibender Formulierungen über eine saubere Kante beziehen kann.
Diese Norm sollte nicht mit ISO 17916 verwechselt werden, die die Sicherheit von Maschinen für das thermische Schneiden betrifft, nicht die Schnittqualität. Diese Verwechslung findet sich in Branchenunterlagen.
Bei Tragwerken nach EN 1090-2 sind die Anforderungen direkt formuliert. Die Norm ordnet die Ergebnisse der Prüfung von Rauheit und Rechtwinkligkeit thermisch geschnittener Kanten den Ausführungsklassen zu. Für die am häufigsten geforderten Klassen EXC3 und EXC4 gilt der Bereich 4 sowohl für die Rauheit als auch für die Rechtwinkligkeit. Die Norm sieht außerdem eine Härteprüfung in der Schnittzone für aufhärtungsempfindliche Stähle vor, mit einem Grenzwert von 450 HV10 für S460, sowie eine Sichtprüfung der Kante.
Schneiden von beschichtetem Blech
Jedes thermische Verfahren entfernt den Überzug in der Schnittzone. Die Kante bleibt ungeschützt, und in einem schmalen angrenzenden Streifen wird der Überzug durch Wärme geschädigt. Bei verzinktem Blech hat das begrenzte praktische Bedeutung, weil Zink die Kante kathodisch schützt, wobei die Reichweite dieses Schutzes von der Blechdicke abhängt. Bei dünnem Material kann die Kante über die gesamte Nutzungsdauer rostfrei bleiben, bei dickerem Material ist ein Schutz erforderlich.
Plasmaschneiden von verzinktem Blech ist technisch möglich, erfordert aber wegen der in der Schnittzone freigesetzten Zinkdämpfe eine Lüftung. Es ist derselbe Mechanismus, der beim Schweißen Zinkoxidrauch entstehen lässt.
Auswahlkriterien
In der Betriebspraxis ergibt sich die Entscheidung aus einigen Fragen in fester Reihenfolge.
Welcher Werkstoff und welche Dicke. Hochlegierter Stahl und Aluminium schließen das Brennschneiden aus. Dicken über 25-30 mm schließen in der Praxis den Laser aus. Dicken über 80 mm weisen in Richtung Brennschneiden.
Welche Bauteiltoleranz. Genauigkeiten im Zehntelmillimeterbereich erreichen Laser und Präzisionsplasma mit automatischer Brennerhöhenregelung. Handschneiden und einfache CNC-Systeme arbeiten mit um eine Größenordnung weiteren Toleranzen.
Was geschieht danach mit der Kante. Eine Schweißkante in einem Tragwerk nach EN 1090-2 muss den der Ausführungsklasse zugeordneten Qualitätsbereich erfüllen. Eine Kante zum Lackieren muss entgratet werden. Eine sichtbar bleibende Kante stellt zusätzliche optische Anforderungen.
Wie viele Teile und wie gleichartig. Bei großen Serien gleichartiger Teile zählen Taktzeit und Gaskosten. Bei großformatigen Einzelteilen überwiegen Verfügbarkeit und Vielseitigkeit des Verfahrens.
Ist thermische Einwirkung zulässig. Wenn nicht, bleiben Wasserstrahl oder mechanische Verfahren.
Dabei ist zu bedenken, dass der größte Teil der Materialkosten bereits feststeht, bevor das Teil auf den Schneidtisch kommt. Die Abstimmung von Tafelformat, Bandbreite und Dicke auf eine konkrete Schachtelung beeinflusst die Ausbeute stärker als die Optimierung des Schneidprozesses selbst.
Verfügbare Stahlsorten, Überzugsarten sowie Formate von Coils, Spaltband und Tafeln zeigt das Stahlblech-Angebot von HEN-STOL, mit eigenen Seiten zu verzinktem Stahlblech, kaltgewalztem Stahlblech und warmgewalztem Stahlblech.
Erfahren Sie, wie wir helfen können
HEN-STOL stimmt Lieferform und Materialabmessungen auf die geplante Schachtelung ab, um den Verschnitt bereits bei der Bestellung zu verringern. Senden Sie uns die Spezifikation und die geplante Schachtelung, wir prüfen die Verfügbarkeit und schlagen die günstigste Variante vor.
Häufig gestellte Fragen
Bis zu welcher Dicke schneidet ein Faserlaser?
Das hängt von der Resonatorleistung ab. Eine 3-kW-Maschine schneidet Baustahl bis 20 mm, eine 6-kW-Maschine bis 25 mm. Mehr Leistung über dieses Niveau hinaus erhöht vor allem die Schneidgeschwindigkeit im mittleren Dickenbereich.
Worin unterscheidet sich Standard-Plasma von Präzisionsplasma?
In der Schnittqualität. Standard-Plasmaschneiden liegt meist im Bereich 5 nach EN ISO 9013, Präzisionssysteme erreichen die Bereiche 2-4 bei einer Winkelabweichung von etwa 2 Grad, nahe am Laserschneiden.
Warum eignet sich Brennschneiden nicht für Edelstahl?
Der Prozess beruht auf der Verbrennung von Eisen im Sauerstoffstrahl und funktioniert bei unlegierten und niedriglegierten Stählen. Hersteller bestimmen Maschinenbrenner ausdrücklich für unlegierten Werkstoff, hochlegierte Stähle werden mit Plasma, Laser oder Wasserstrahl geschnitten.
Wann lohnt sich Wasserstrahlschneiden?
Wenn thermische Einwirkung auf den Werkstoff unbedingt zu vermeiden ist, bei Dicken über einigen Millimetern, wo die Kantenqualität das Laserschneiden übertrifft, sowie bei Werkstoffen, die thermische Verfahren ausschließen. Der Preis ist eine deutlich geringere Leistung.
Wie wird die geforderte Schnittqualität in der Bestellung angegeben?
Durch Bezug auf EN ISO 9013 und Angabe des Qualitätsbereichs für Rechtwinkligkeitstoleranz und Rauheit. Bei Tragwerken nach EN 1090-2 ist für die Ausführungsklassen EXC3 und EXC4 der Bereich 4 für beide Kenngrößen gefordert.
Kann verzinktes Blech thermisch geschnitten werden?
Ja, bei ausreichender Lüftung wegen der in der Schnittzone freigesetzten Zinkdämpfe. Der Überzug wird an der Schnittstelle entfernt, bei dünneren Blechen bleibt die Kante durch das umgebende Zink kathodisch geschützt.
Quellen
- EN ISO 9013, Thermisches Schneiden - Einteilung thermischer Schnitte, geometrische Produktspezifikation und Qualität
- EN 1090-2, Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken - Technische Regeln für die Ausführung von Stahltragwerken
- EN 10051, Kontinuierlich warmgewalztes Blech und Band - Grenzabmaße und Formtoleranzen
- TRUMPF, technische Daten der Maschinen TruLaser Serie 1000
- Hypertherm, Dokumentation der HyPerformance-Systeme und Unterlagen zur Genauigkeit beim Plasmaschneiden
- Kjellberg, Dokumentation der HiFocus-neo-Systeme und Parameter der Schnittqualität
- Messer Cutting Systems, Maschinenbrenner für das Brennschneiden im Hüttenbereich