Bei autogenen Brennschneiden handelt es sich um ein thermisches Schneidverfahren, das mit Temperaturen von meist über 1000 °C arbeitet. Es eignet sich zum Zertrennen von Metallen und Legierungen mit niedrigen Kohlenstoffwerten.

Das Autogen-Brennschneiden ist eines der ältesten Trennverfahren weltweit. Es blickt auf eine über 100-jährige Geschichte zurück.

Auch heute ist es noch ein verbreitetes Trennverfahren. Die Möglichkeit, größere Materialdicken zu zertrennen, als auch die geringen Anschaffungskosten wirken attraktiv. Dennoch gibt es einige Gründe, die gegen das Brennschneiden sprechen. 

Hauptsächlich findet das autogene Brennschneiden in den nachfolgenden Gebieten Anwendung:

• Stahlbau
• Maschinen- und Anlagenbau
• Schiffswerften
• Rückbau von Kerntechnologien

Wie autogenes Brennschneiden funktioniert

Beim Brennschneiden wird, wie der Name erahnen lässt, der Werkstoff beim Schneiden verbrannt. Für den normalen Baustahl wird zum thermischen Schneiden eine Zündtemperatur der Brennerflamme von etwa 1150 °C bis 1250 °C benötigt.

Damit derart hohe Temperaturen der Brennerflamme erreicht werden können, wird zugeführter Sauerstoff und ein Schneidgas benötigt. 

Der Schneidkopf von Brennschneidanlagen besteht aus zwei Düsen: Einer zentralen Düse und einer ringförmigen, die um die zentrale Düse herum verläuft. Durch die ringförmige Düse wird zur Entstehung der Brennerflamme ein Brenngas-Sauerstoff-Gemisch geleitet. Aus der zentral liegenden Düse entweicht purer Sauerstoff, der die Verbrennung massiv fördert.

Das Gasgemisch am Rand des Schneidkopfes bildet beim Brennschneiden die Zündflamme. Der Sauerstoff aus der zentralen Düse macht die Verbrennung des Werkstoffes möglich und drückt zugleich anfallende Abfälle aus der Schnittfuge.

Beim Brennschneiden von Stahl entsteht am Schnittrand ein Eisenoxid-Gemisch – auch bekannt als Schlacke. Der verbrannte Sauerstoff treibt aufgrund des hohen Drucks den Großteil der Schlacke aus der Schnittfuge heraus. Auch un- und niedriglegierte Metalle sind davon betroffen.

Zum Brennschneiden eignet sich eine Reihe an Brenngasen. Hauptsächlich verwendet werden:

• Propan
• Acetylen
• Erdgas
• Spezial-Gasgemische einzelner Hersteller

In der Industrie wird für den Betrieb von Brennschneidmaschinen überwiegend Acetylen verwendet. Acetylen bietet die höchste Flammtemperatur und Zündgeschwindigkeit. Das Gas arbeitet damit am schnellsten, ist aber deutlich teurer als Propan oder Erdgas.

Woher autogenes Brennschneiden kommt

Am Ende des neunzehnten Jahrhunderts revolutionierten frühzeitige Erfindungen, wie ein Sauerstoff-Gebläse für Leuchtgas, die Möglichkeit des Schneidbrennens. Der erste Brennschneider, der mit Acetylen betrieben wurde, erhielt 1903 in Frankreich ein Patent.

In den 1920er Jahren fanden erste Entwicklungen der Brennschneid-Technologie mit Flüssiggas statt. Zuvor war dies nicht möglich, da das Linde-Verfahren (Luftverflüssigung) und die Rektifikation (Gasstromdestillation) erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckt wurden.

Die Herstellung von flüssigem Sauerstoff konnte erst mit diesem Verfahren erfolgreich umgesetzt werden. Zuvor konnte nicht mit reinem Schneidsauerstoff gearbeitet werden.

Im Jahr 1964 wurde der erste CNC-Brennschneider entwickelt.

Was ist CNC?

CNC steht für Computerized Numerical Control. Schneidmaschinen sind mit der Einführung dieser Technologie in der Lage, komplexe Formen mit hoher Präzision automatisch zu schneiden. 

Mit dem Einsatz erster Plasma- und Laserschneidmaschinen in den 1980er-Jahren bekam das Brennschneiden ernsthafte Konkurrenz. Im Vergleich zum Laserschneiden kann beim Brennschneiden aufgrund der enormen Hitze nur eine deutlich geringe Auswahl an Werkstoffen bearbeitet werden.

Aufgrund der Vorteile anderer Schneidverfahren, hat sich die Entwicklung beim Brennschneiden ab den 1990er Jahren auf die Prozessautomation gerichtet. Es wird nicht mehr gezielt an der Verbesserung des Verfahrens gearbeitet. Vielmehr wird Wert auf den Einsatz von Robotern und die Zerlegung großer Blechdicken gelegt.

Große Materialstärken, geringe Wirtschaftlichkeit

Die Verarbeitung großer Materialdicken ist einer der Gründe, warum sich Industrien wie der Schiffbau für das Brennschneiden entscheiden. Im Schnitt können Materialstärken von bis zu 300 mm durchtrennt werden. 

Schon gewusst?

Mit spezialisierten Hochleistungsanlagen kann Stahl sogar bis zu einer Dicke von 1.200 mm geschnitten werden. Im Labor haben es Wissenschaftler sogar geschafft, Materialdicken von bis zu 3.000 m zu zertrennen. Für einen effizienten, wirtschaftlichen Betrieb reichen aber Maschinen für 300 mm Blechdicke vollkommen aus.

Auch die Anschaffungskosten für eine Brennscheidmaschine fallen gering aus, weil die Technik nicht so komplex wie bei anderen Schneidverfahren ist. Dafür ist der Betrieb aufgrund des hohen Gasbedarfs recht teuer. 

Wenn man das Kosten-Nutzen-Verhältnis von Brennschneidmaschinen betrachtet, zeigt sich, dass sie gegenüber Laserschneiden eher unvorteilhaft sind. Der Schneidprozess beim Laserschneiden ist deutlich schneller. Zugleich ist die Materialausnutzung beim Brennschneiden nicht effektiv und es fällt ein hoher Bearbeitungsaufwand an.

Schneidprozesse inklusive der Nachbearbeitung erfordern einen Zeitaufwand, der mehr als doppelt so groß ist wie beim Laserschneiden. Da Zeit stets ein Kostenfaktor der Produktion ist, wirkt sich eine langsame Fertigungslinie negativ auf die Wirtschaftlichkeit von Brennschneiden aus.

Qualität der Schnittkante: Kein Vergleich zum Laserschneiden

Der hohe Nachbearbeitungsaufwand beim autogenen Brennschneiden liegt insbesondere an der großen Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schnittkante. Diese ist an der Oberseite der Schnittfuge deutlich größer als an der Unterseite. Zum Beispiel ist deshalb das Entgraten bei nahezu allen Schnitten notwendig.

Anders als beim Laserschneiden ist beim Schneidbrennen die Schnittkante nicht exakt rechtwinklig. Durch größere WEZ entsteht am Rand der Schnittkante ein dickerer Oxidationsbereich am Werkstoff. Je nach Anforderung an das Endprodukt wird daher auch hier eine Nachbearbeitung notwendig. Beim Laserstrahlschneiden ist die WEZ so gering, dass sie kaum ins Gewicht fällt.

Ein weiterer Nachteil beim Schneiden mit einem Brenner ist die sehr schlechte Präzision im Vergleich mit anderen Schneidverfahren. Je nach Werkstoffeigenschaften, Brenngas und Einstellungen kann die Schneiddicke auf bis zu 1.000 mm anwachsen. 

Zum Vergleich:

Die Schnittbreite bei einem Laser kann maximal 10 mm erreichen. Moderne Faserlaser können Feinschnitte mit einer Breite von bis zu 20 µm umsetzen!

Die ungenaue Schnittbreite lässt zugleich beim Schneidbrennen Toleranzen sehr weitläufig werden. Das kann beim Brennschneiden Fehler hervorrufen. Insgesamt werden beim autogenen Brennschneiden deutlich mehr Rohstoffe verbraucht, als es bei anderen Schneidverfahren der Fall ist.

Fazit: Autogenes Brennschneiden nur, wenn technisch notwendig

Der große Vorteil, den autogenes Brennschneiden bietet, ist die Materialdicke, die es durchtrennen kann. Normale CNC-gesteuerte Brennschneidmaschinen können Bleche im Schnitt mit einer Dicke von bis zu 300 mm zertrennen. 

Doch obwohl das einen Vorteil gegenüber anderen Schneidverfahren verspricht, liegt hierin auch ein weiteres Problem. Eine solche Blechdicke kann bei niedriglegierten Stählen nur aufgrund einer massiven Wärmeentwicklung zertrennt werden. Das macht die Materialvielfalt, die sich zum Schneiden eignet, sehr gering. Robuste kohlenstoffhaltige Legierungen können sogar gar nicht per Brennschneiden bearbeitet werden.

Wirtschaftlich ist Brennschneiden aber bei weitem nicht, obwohl die Anschaffungskosten einer Brennschneidanlage gering ausfallen können. Der Betrieb ist kostenintensiv, Produktionsprozesse zeitaufwendig und auch die Schnittgeschwindigkeit ist deutlich geringer als etwa beim Laserstrahlschneiden.

Neben der schwachen Wirtschaftlichkeit hat auch die geringe Präzision des Brennschneidens einen schlechten Einfluss auf die eigene Fertigung. Möglicherweise können Endprodukte nur mit einer geringeren Qualität an den Kunden ausgeliefert werden.

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