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Plasmaschneidgerät
Aufgabe des Plasmaschneidgerätes
Das Plasmaschneidgerät wurde zusammen mit den großen Hebekissen, Betonkettensäge und Kernbohrgerät als Anti-Terror-Pack (ATP) als Reaktion auf die Anschläge vom September 2001 für die Bergungsgruppe 2 beschafft. Hauptaufgabe dieses Paketes, und somit aus der Betonkettensäge, ist das Bergen und Retten von Personen aus Trümmerkegeln .
Selbstverständlich lassen sich die Komponenten aber auch gut für Unglücke kleineren Ausmasses verwenden.
Was ist Plasma?
Jeder weiß das Wasser unter 0°C gefriert über 0°C flüssig wird und bei 100°C verdampft. Es durchläuft also bei jeweils steigender Temperatur die 3 Aggregatzustände von fest, über flüssig zu gasförmig. Doch was passiert wenn die Temperatur noch weiter erhöht wird? Das gasförmige geht irgendwann in den 4. Aggregatzustand über, das w:Plasma. Der Name Plasma kommt vom US-amerikanischen Chemiker und Physiker w:Irving Langmuir. Er hat als einer der ersten Wissenschaftler das Plasma erforscht. Das Plasma wird auch als ionisiertes Gas bezeichnet. Gas ist ionisiert wenn sich aus den Gas Molekülen durch Energiezufuhr Elektronen lösen. Durch diesen Vorgang werden elektrisch nicht leitende Gase elektrisch leitend. Nur dadurch kann mit dem Plasmaschneider geschnitten werden. Der Plasmazustand kommt bei uns auf der Erde in natürlicher Form eher selten vor, z.B. bei Blitzen, Feuer ist schwach ionisiert und Nordlichter sind ionisiertes Gas. Im Universum ist Plasma eher der Normalfall, denn weit mehr als 90% der sichtbaren Materie ist Plasma z.B. unsere Sonne.
Inbetriebnahme
Um das Plasmaschneidgerät in Betrieb zu nehmen, sind folgende Dinge nötig:
- Stromversorgung über 32A Stecker des Plasmaschneidgerätes (max. Leistungsaufnahme 20kVA).
- Druckluftversorgung des Plasmaschneidgerätes mit 4,5 - 5,5 bar, Verbrauch bei 5,5 bar ca.180 l/min (z.B. durch Druckluftflaschen, LKW Druckluftanlage oder durch einen Kompressor).
- Masseleitung am zu trennenden Objekt anbringen um den Stromkreis zwischen Transformator und Werkstück zu schließen.
- Der Helfer schützt sich zusätzlich zur Persönliche Schutzausstattung mit Lederschürze und verdunkelte Schutzbrille der Stufe 4 oder 5 gegen Funkenflug und Verblitzen.
Funktion
Der Plasmaschneider besteht aus einem Inverter zur Gleichspannungserzeugung und Transformierung der Netzspannung von 380V und 32A auf eine Betriebsspannung von 100V und bis zu 100A. Außerdem ist in dem Inverter eine Hochfrequenz (HF) Hilfsstromquelle untergebracht die den Pilotlichtbogen mit Spannung versorgt. Zum Betrieb sind nur noch eine Druckluftquelle mit mindestens 4,5 bar (Kompressor) und ein Plasma-Schneidbrenner notwendig.
Was im Brenner beim Schneiden vor sich geht zeigen die Bilder 1 und 2. In Bild 1 baut sich der sogenannte Pilotlichtbogen auf. Zuerst strömt die Druckluft, beim betätigen des Startknopfs am Brenner, durch die Düse. Dann zündet die Hochfrequenz Hilfsstromquelle zwischen Wolfram Kathode und Düse den Pilotlichtbogen. Der Lichtbogen wird durch die Druckluft, durch die Bohrung der Düse, nach außen geblasen und ionisiert dabei die Luft d.h. die Luft wird leitfähig. So wird eine leitende Verbindung zum Werkstück (Anode) hergestellt. Als nützlicher Nebeneffekt werden außerdem nicht leitende Stoffe wie Lacke verbrannt und der elektrische Kontakt so verbessert. Der Anschnitt erfolgt absolut berührungslos, was den Verschleiß der Düse reduziert. Durch den Pilotlichtbogen zündet jetzt der Hauptlichtbogen mit der vollen Leistung (die Leistung entspricht bis zu 28 PS). Der Pilotlichtbogen schaltet sich automatisch ab. Durch den Hauptlichtbogen verwandelt sich der Druckluftstrahl zum Teil in einen Plasmastrahl der durch die Düse gebündelt wird (siehe Bild 2). Der Rest der Luft dient zur Kühlung. Durch die Umwandlung der Luft in Plasma treten an der Wolfram Kathode bis zu 30000°C[1] (am Werkstück immerhin noch bis zu 10000°C) auf und der Strahl erreicht durch die hohe kinetische Energie beim aufspalten der Moleküle mehr als Überschallgeschwindigkeit. Die hohe Energie, die aufs Werkstück auftrifft, schmilzt und verdampft das Material sofort und schleudert es aus der Schnittfuge. Am Ende des Schnitts schaltet sich die Hauptstromquelle automatisch ab. Zur Kühlung der Düse bläst die Druckluft noch etwa 1 Minute nach.Die Versorgung mit Druckluft sollte erst nach erlöschen des Zischlautes unterbrochen werden.
Bei dem Schlauchpaket zwischen Handstück und Aggregat sollte man stets bedenken das es sich dabei nicht nur um ein Kabel zur Stromversorgung sondern auch um einen Höchstdruckschlauch handelt der bei unsachgemäßes Behandlung abgeklemmt oder undicht werden kann.
Sobald man ein wenig Übung mit dem Gerät hat, kann man die Faustformel 20A für 5mm dicken Baustahl anwenden.Im Einsatzfall wo hoffentlich Stromzähler und saubere Schnitte keine Bedeutung haben, kann man diese jedoch vernachlässigen und immer bei voller Leistung (100A) arbeiten. <mediaplayer>http://www.youtube.com/watch?v=mJJydOxHwZU</mediaplayer>
Bild 1 Pilotlichtbogen
Bild 2 Hauptlichtbogen
Vorteile gegenüber dem Autogenbrennschneiden
- es können alle metallischen Materialien geschnitten werden die elektrisch leitend sind (nicht nur Stahl wie beim Brennschneiden)
- für einen einfachen Trennschnitt werden keine teuren Gase verbaucht, Druckluft ist durch den mitgeführten Kompressor immer vorhanden und kann nicht ausgehen
- geringere Wärmeeinbringung ins Werkstück (durch die hohe Energie des Plasmastrahls wird das Material so schnell getrennt, dass sich das umgebende Material nicht so stark erhitzt wie beim Brennschneiden)
- geringer Wärmeverzug des Werkstücks
- keinen brennbaren oder brandfördernde Gase wie w:Acetylen oder Sauerstoff
- die Bedienung des Geräts ist leicht zu erlernen
Nachteile gegenüber dem Autogenbrennschneiden
- Materialstärke ist auf max. 35 mm beschränkt
- längere Zeit bis zur Funktionsherstellung
- abhängig von Strom (es muss immer ein großes Aggregat mitgeführt werden)
- geringe Flexibilität beim Standortwechsel verglichen mit dem tragbaren Version des Autogenbrenners