Wasserstoff: Neues Potenzial für die Sauerstoffschneidetechnik
Das Brennschneiden, auch als Gasschneiden bezeichnet, ist seit vielen Jahren bekannt und in zahlreichen Industriezweigen weit verbreitet. Es zeigt sich zudem, dass diese Methode, obwohl sie die älteste ist, nach wie vor ein enormes Entwicklungspotenzial besitzt und dank des technologischen Fortschritts neue Möglichkeiten eröffnet. Der Einsatz von Wasserstoff beim Sauerstoffschneiden ist ein neues Kapitel, das in vielen Bereichen zu besseren Ergebnissen führt.
Der mit Abstand größte Vorteil der Autogenschneidetechnologie ist die Fähigkeit, kohlenstoffarme und niedriglegierte Stähle mit großen Dicken zu bearbeiten; in dieser Hinsicht ist diese Methode praktisch konkurrenzlos. Gleichzeitig zeichnet sie sich durch eine geringere Schnittdynamik und eine größere Wärmeeinflusszone aus, beispielsweise im Vergleich zur Plasmatechnologie. Die derzeit unter anderem von führenden Brennerherstellern durchgeführten Forschungen zur Nutzung von Wasserstoff zielen darauf ab, zu prüfen, ob in diesem Bereich zufriedenstellendere Ergebnisse erzielt werden konnten.
Grüne Revolution. Die Nutzung von Wasserstoff ist eine neue Richtung in der Sauerstoffschneidetechnologie
Der Fokus auf umweltfreundliche Lösungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen hat die Industrie dazu gezwungen, nach alternativen Rohstoffen und Technologien zu suchen. Eine davon ist Wasserstoff, der in der CNC-Schneidmaschinenindustrie breitere Anwendung finden könnte. Er wird bereits seit einiger Zeit unter anderem von Brennerherstellern als Alternative zu Acetylen oder Propan im Sauerstoffschneidverfahren getestet. Sicher und vor allem umweltfreundlich, da bei seiner Verwendung keine schädlichen Gase entstehen, könnte sich Wasserstoff als bahnbrechende Lösung erweisen. Auch in Bezug auf andere Parameter wie Durchbruchsgeschwindigkeit, Schnittdynamik und Einfluss der Wärmezone. Die ökologischen Vorteile des Einsatzes von Wasserstoff enden hier jedoch keineswegs.
Dekarbonisierung des Autogenschneidverfahrens
Die Forschung zur Nutzung von Wasserstoff im Sauerstoffschneidverfahren ist in eine entscheidende Phase getreten, und Lösungen wie vollautomatische Brenner und Gaskonsolen, die den Einsatz dieses Elements anstelle von beispielsweise Acetylen ermöglichen, sollen bereits 2025 auf den Markt kommen.
Es handelt sich in erster Linie um ein sicheres und außergewöhnlich sauberes Schneidsystem, da die Emission von Kohlendioxid – einer der wichtigsten Verbindungen, die aufgrund globaler Umweltprobleme unter die Vorschriften für Industrieemissionen fallen – theoretisch gleich Null ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, die fossile Brennstoffe nutzen, erzeugt das Schneiden mit Wasserstoff eine äußerst geringe Rauchentwicklung. Es handelt sich um ein Schneidsystem der neuen Generation, das die Arbeitsbedingungen erheblich verbessert. Wenn Wasserstoff als Brenngas verwendet wird, ist die einzige Emission reines Wasser (H2O).
Höhere Dynamik und bessere Durchschneideparameter. Schneiden so schnell wie mit Acetylen, so sicher wie mit Propan
Bislang diente Acetylen als Vorwärmgas, das es ermöglichte, in kurzer Zeit sehr hohe Temperaturen zu erreichen, was zu einem schnellen und effizienten Schneiden führte. Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Verwendung von Wasserstoff eine deutlich schnellere Vorerwärmung sowie bessere Ergebnisse hinsichtlich der Schneiddynamik im Vergleich zu Acetylen oder Propan ermöglicht.
Dank der hervorragenden Wärmekonzentration wird die Durchschneidezeit deutlich verkürzt, was zu einer höheren Effizienz des gesamten Wasserstoff-Schneidprozesses führt. Vorläufige Tests der Firma GCE (gemäß einer Pressemitteilung des Unternehmens) haben gezeigt, dass das Aufheizen einer 50 mm dicken Platte mit Wasserstoff zwei bis drei Sekunden dauert. Zum Vergleich: Das Aufheizen derselben Platte mit Propan dauert 10 bis 11 Sekunden, was die deutlich höhere Effizienz von Wasserstoff als Brenngas verdeutlicht. Ein Produktmanager von GCE erklärte: „Die konzentrierte Wasserstoff-Schneidflamme, die einen bestimmten Punkt erwärmt, verringert das Risiko einer übermäßigen Überhitzung der Metallplatte, was den Durchschneidevorgang unterstützt und beschleunigt.“
Was hingegen die Schnittgeschwindigkeit betrifft, so haben erste Tests gezeigt, dass Wasserstoff ein um etwa 10 % besseres Ergebnis erzielt als beim Schneiden mit Acetylen, das bisher als das effektivste Gas galt. Was hingegen das Erreichen hoher Schnittgeschwindigkeiten und hoher Schnittqualität in der Sauerstofftechnologie betrifft: „Die Standard-Schnittgeschwindigkeit von 30 mm dickem Stahl mit einem Acetylen-Sauerstoff-Brenner liegt zwischen 400 und 450 mm/min. Mit unserem Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner haben wir im Labor Ergebnisse von mindestens 480 mm/min erzielt.“ Offiziell von der Firma GCE übermittelte Informationen.
Hohe Schnittqualität bei geringer Wärmeeinflusszone
Das Sauerstoffschneidverfahren unter Verwendung von Wasserstoff ähnelt weitgehend dem thermischen Schneiden mit Propan oder Acetylen. Im Vergleich zu herkömmlichen Gasen wird bei diesem Verfahren jedoch bis zu 60 % weniger Wärme zugeführt. Bei Tests hat sich nämlich gezeigt, dass das Verhältnis der zugeführten Wärme beim Schneiden mit Wasserstoffgas zum Schneiden z. B. mit Propan 3:5 beträgt. Das bedeutet, dass die Wärmezufuhr bei der Verwendung von Wasserstoff deutlich geringer ist. Diese Reduzierung minimiert die Erwärmung des Grundmaterials, was zu einer erheblichen Verringerung thermischer Verformungen führt. Im Ergebnis ermöglicht das Wasserstoff-Schneidsystem die Herstellung hochwertiger Bauteile. Die Schnittfläche ist glatt und die Kanten scharf, was ein Produkt von hoher Präzision gewährleistet.
Vollautomatisches Wasserstoff-Schneidsystem
Moderne Lösungen nutzen unter anderem fortschrittliche Sensorsysteme, deren Aufgabe es ist, die geeigneten Schnittparameter auszuwählen. Die neue Generation der Gaskonsolen von IHT ermöglicht die volle Ausschöpfung des Potenzials des Wasserstoffschneidbrenners und sorgt für die korrekte Einstellung der Flamme. Die getesteten Brenner sorgen dafür, dass der Schneidprozess vollständig automatisiert und sicher ist und Fehler, die bei der manuellen Bedienung unvermeidlich sind, eliminiert werden. Wir erhalten ein umfassendes Funktionspaket, das den Produktionsprozess vorhersehbar und wiederholbar macht: Gassteuerung, für das Schneiden mit Wasserstoff geeigneter Brenner, Sensorenpaket. Eine Datenbank mit vordefinierten Daten, d. h. gebrauchsfertige Parameter für Flammenzündung, Vorwärmung, Durchschneiden und Schneiden, erhöht die Effizienz des Prozesses erheblich und eliminiert menschliche Fehler.
Einsparungen und geringere Kosten. Geringerer Sauerstoffverbrauch
Laut GCE zeigen vorläufige Wirtschaftlichkeitsberechnungen, dass das Schneiden mit Wasserstoff etwa ein Fünftel weniger kostet als mit Acetylen und 30 % weniger als mit Propan. Außerdem wird weniger Sauerstoff verbraucht. Das Wasserstoff-Brennschneidsystem nutzt zwar ebenfalls Hochdruck-Sauerstoff, dessen Verbrauch ist jedoch unvergleichlich geringer als bei herkömmlichen Brennschneidsystemen. Tests haben gezeigt, dass beim Schneiden mit Wasserstoff der Sauerstoffverbrauch für den Vorwärmprozess auf 1/5 oder weniger sinkt und der Gesamtsauerstoffverbrauch, einschließlich des Schneidprozesses, um etwa 20 % reduziert wird. Dadurch lassen sich die Gaskosten deutlich senken. Zu beachten ist auch, dass sich aufgrund der hohen Schnittgeschwindigkeit die Schnittlänge des Werkstücks erheblich verkürzt, was sich natürlich letztlich auf die Senkung der Produktionskosten auswirkt.
Einfache Schlackeentfernung. Deutlich reduzierter Nachbearbeitungsaufwand nach dem Schneiden
Einer der entscheidenden Vorteile des Wasserstoff-Gasschneidens ist die einfache Entfernung der beim Prozess entstehenden Schlacke. Im Vergleich zu herkömmlichen Schneidgasen erfolgt die Schlackeentfernung schneller und effizienter. Dadurch verkürzt sich die für die Nachbearbeitung der geschnittenen Teile benötigte Zeit erheblich, was zu einer Steigerung der Produktivität, einer Kostensenkung und einer Verbesserung der Qualität der Endprodukte führt. Darüber hinaus erzeugt das Schneiden mit Wasserstoff glatte Oberflächen, und der Arbeitsaufwand für Pflege und Reinigung kann erheblich reduziert werden.
Fazit: Zusammenfassung und Sicherheit
Das Wasserstoff-Brennschneiden ist ein Verfahren, das sich nicht nur aus ökologischen Gründen als absolut bahnbrechend erweisen könnte: Der größte Vorteil von Wasserstoff ist die CO2-Freiheit bei der Verbrennung. Untersuchungen und Tests zeigen, dass es gegenüber herkömmlichen Gasen Vorteile hinsichtlich Durchbruchszeit, Schnittdynamik und Kosten bietet. Es zeichnet sich durch eine geringe Wärmeeinflusszone und minimale Verformungen durch die einwirkende Wärme aus. Darüber hinaus hat Wasserstoff eine höhere Selbstentzündungstemperatur und Explosionsgrenze und ist somit sicherer als Propan und Acetylen. Moderne Wasserstoff-Schneidbrenner, die in Kürze für Eckert-Maschinen erhältlich sein werden, verbinden das volle Potenzial dieser Technologie mit Lösungen, die ein Höchstmaß an Sicherheit gewährleisten.