Stickstoffgenerator für Laserschneiden: Reinheit, Druck und Menge richtig auslegen
An einer Maschine, die mit Stickstoff schneidet, ist das Gas der größte variable Kostenblock und der einzige, den vor dem Kauf des Generators niemand durchrechnet. NITROBERG® erzeugt diesen Stickstoff bei Ihnen vor Ort aus Druckluft, in Reinheiten von 97 % bis 99,999 %. Diese Seite zeigt, was Ihr Schnitt an Reinheit, Druck und Menge wirklich verlangt, damit ein Stickstoffgenerator fürs Laserschneiden auf Ihre Bauteile ausgelegt wird.
Was ein Stickstoffgenerator beim Laserschneiden leisten muss
Schneiden mit Stickstoff ist Schmelzschneiden. Der Strahl schmilzt den Werkstoff auf, und das Schneidgas bläst die Schmelze aus der Schnittfuge. Sauerstoff würde mitreagieren und verbrennen. Das ist schneller und billiger, hinterlässt aber eine Oxidschicht auf der Kante. Stickstoff reagiert nicht. Die Kante kommt metallisch blank heraus, lackier- oder schweißfertig ohne zweiten Arbeitsgang, und der Gasstrom kühlt die Schnittzone, was dünnes Blech vor Verzug bewahrt.
Bezahlt wird das über den Gasverbrauch. Weil die Schmelze mechanisch ausgetrieben und nicht weggebrannt wird, braucht Schmelzschneiden Menge und Druck zugleich. Ein Faserlaser mit 6 kW zieht unter Volllast zwischen 40 und 60 Nm³/h. Multiplizieren Sie das mit Ihren Maschinenstunden, und die Zahl ist kein technisches Detail mehr: Am Laser, der mit Stickstoff schneidet, ist das Schneidgas in der Regel der größte variable Posten im Stundensatz.
Deshalb ist die interessante Frage nicht, welcher Generator die höchste Zahl im Datenblatt hat. Sie lautet, wie viel Gas Ihre Bauteile tatsächlich brauchen, bei welcher Reinheit und bei welchem Druck. Ein PSA-Generator gewinnt dieses Gas aus Druckluft, indem er sie durch Kohlenstoff-Molekularsieb führt, das Sauerstoff und Feuchte sehr viel schneller aufnimmt als Stickstoff, während ein zweites Bett regeneriert und das erste produziert. Die Seite zum PSA Stickstoffgenerator beschreibt das Verfahren, und der Beitrag zum Kohlenstoff-Molekularsieb erklärt, warum ausgerechnet das Sieb bestimmt, was die Anlage erreichen kann.
Welche Stickstoffreinheit Ihr Laserschnitt wirklich braucht
Bei der Reinheit werden Laseranlagen am häufigsten zu hoch spezifiziert. Die folgende Tabelle nennt die Klassen, die in der Praxis üblich sind. Gleichen Sie sie mit Ihren eigenen Schnittparametern und Kantenanforderungen ab, denn sie hängen von Werkstoff, Blechdicke und der Weiterverarbeitung ab.
| Werkstoff und Kantenanforderung | Übliche Klasse | Warum |
|---|---|---|
| Baustahl, mit Stickstoff geschnitten | 99,9 % | Metallisch blanke Kante ohne Zunder |
| Edelstahl, dünnes Blech | 99,9 % | Übliches Schmelzschneiden |
| Edelstahl, Sichtkante oder schweißfertig | 99,95 % | Rest-Sauerstoff beginnt, die Kante anzufärben |
| Edelstahl, dicke Querschnitte | 99,95 % und höher | Längere Verweilzeit in der Schnittfuge, mehr Zeit zu reagieren |
| Aluminium | 99,95 % | Oxidschicht bildet sich sofort |
| Präzisionsteile, keine Nacharbeit erlaubt | 99,999 % | Sonderfall, nicht die Regel |
Was unterhalb dieser Klassen passiert, zeigt sich schleichend. Rest-Sauerstoff reagiert mit der Schmelze an der Wand der Schnittfuge, und das Erste, was Sie sehen, sind Anlauffarben auf der Schnittfläche, strohgelb bis blau. Danach folgt eine dünne Oxidschicht, die vor dem Lackieren oder Schweißen wieder herunter muss, und damit wird aus einer fertigen Kante wieder ein zweiter Arbeitsgang. Bei dicken Querschnitten verstärkt sich der Effekt, weil die Schmelze länger in der Schnittfuge bleibt und mehr Zeit zum Reagieren hat.
Der praktische Bereich fürs Laserschneiden liegt damit zwischen 99,9 % und 99,95 %. Höhere Klassen haben in anderen Anwendungen gute Gründe, gelegentlich auch hier, aber sie sind die Ausnahme; als Ausgangswert für die Auslegung taugen sie nicht.
Was höhere Reinheit an Druckluft kostet
Jede NITROBERG® Baugröße verbraucht je Kubikmeter Stickstoff eine definierte Menge Druckluft. Dieses Verhältnis, der Luftfaktor, ist über die gesamte Baureihe identisch und hängt allein von der eingestellten Reinheit ab.
| Reinheit | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Luftfaktor | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Setzen Sie Ihre eigenen Zahlen ein. Ein Betrieb, der 50 Nm³/h Stickstoff braucht, zieht bei 99,9 % rund 170 Nm³/h Druckluft. Spezifizieren Sie stattdessen 99,999 %, benötigen dieselben 50 Nm³/h etwa 320 Nm³/h. Das bedeutet nahezu den doppelten Kompressor, den doppelten Stromverbrauch und den doppelten Platzbedarf im Kompressorraum, für eine Gasqualität, die der Schnitt gar nicht nutzt.
Das ist die teuerste Entscheidung im ganzen Projekt, und sie fällt auf dem Anfrageformular und nicht an der Maschine. Zehn Minuten Blick in Ihre Schnittparameter lohnen sich, bevor jemand Technik anbietet.
Welchen Druck ein Stickstoffgenerator liefert und wo der Booster anfängt
Der Schneidgasdruck an der Schneiddüse liegt bei Edelstahl bei etwa 8 bis 14 bar. Bei dicken Querschnitten und leistungsstarken Faserlasern geht er in Richtung 20 bar, und er erreicht 22 bis 30 bar, wenn dicker Baustahl mit Stickstoff statt mit Sauerstoff geschnitten wird. Genau wegen dieser Drücke heißt das Verfahren in der Branche auch Hochdruckschneiden.
Eine PSA-Stufe erzeugt das nicht aus sich heraus, und zwar bei keinem Hersteller. NITROBERG® arbeitet mit 10 bar Betriebsdruck bei 7 bar(g) Druckluft am Eingang. Branchenweit enden Standard-PSA- und Membrananlagen bei rund 14 bar. Alles darüber kommt aus einem Booster, also aus einem Nachverdichter. Wirbt ein Anbieter mit 30 bar am Schneidkopf, kommen die aus dem Booster.
Der Unterschied liegt darin, woher dieser Booster kommt. Berg baut den Generator, und die BERG Group baut ebenso die Kompressoren, die Druckluftaufbereitung und die Hochdruck-Booster, darunter die stickstofffähige KOMPBERG® Boosterreihe bis 350 bar. Kompressorstation, Aufbereitung, Trockner, Generator, Speicher und Booster kommen damit aus einer Gruppe statt von vier Lieferanten. In der Praxis heißt das eine Garantie, einen Ansprechpartner und ein Haus, das die ganze Kette ausgelegt hat. Statt vier Anbietern, von denen im Störungsfall jeder auf die Schnittstelle des Nächsten zeigt.
Stickstoffgenerator im Direktbetrieb oder mit Pufferspeicher?
Diese Entscheidung legt die Größe der gesamten Anlage fest, noch bevor ein Modell auf dem Tisch liegt. Und sie wird am häufigsten übergangen.
Direktbetrieb
Der Generator produziert, während der Laser schneidet. Generator und Kompressor müssen beide die Spitze tragen, also werden beide auf die Bedarfsspitze des Tages ausgelegt. Das ist der sinnvolle Weg, sobald der Laser mehr als etwa zwölf Stunden am Tag läuft oder der Jahresverbrauch in der Größenordnung von 100.000 Nm³ liegt.
Speicherbetrieb
Der Generator läuft auch dann, wenn der Laser steht, und füllt einen Speicher, aus dem sich die Maschine bedient. Spitzen kommen aus dem Puffer statt aus dem Generator, deshalb können Generator und Kompressor spürbar kleiner ausfallen. Das passt zu Betrieben, die unter rund zwölf Stunden am Tag schneiden, und das sind die meisten Einschichtbetriebe.
Die Schwellen sind Faustwerte, keine Zusagen. Sie hängen davon ab, wie gleichmäßig sich Ihre Schneidzeiten über den Tag verteilen. Wichtig ist, dass die Frage überhaupt gestellt wird. Zwei Betriebe mit demselben Laser und demselben Jahresverbrauch können bei ganz unterschiedlichen Anlagen landen, und der Unterschied sitzt in der Investition, nicht im Schnitt.
So legen Sie einen Stickstoffgenerator fürs Laserschneiden aus
Ermitteln Sie den Spitzenbedarf
Aus Düsendurchmesser, Schneidgasdruck und Werkstoff, je Maschine. Bei mehr als einem Laser rechnen Sie mit einem realistischen Gleichzeitigkeitsfaktor statt mit der Summe aller Maschinen. Die Spitzen jeder Maschine zu addieren, ist der häufigste Weg zu einer überdimensionierten Anlage, denn zwei Laser schneiden selten im selben Moment dickes Material bei vollem Druck.
Legen Sie die Reinheit nach der Anforderung an die Schnittkante fest
Nicht nach der höchsten verfügbaren Klasse. Die Tabelle oben ist der Ausgangspunkt, Ihre eigenen Schnittparameter sind die Bestätigung.
Entscheiden Sie zwischen Direktbetrieb und Speicherbetrieb
Darüber entscheiden die Schneidstunden pro Tag, und die Entscheidung verändert die Generatorgröße, bevor überhaupt ein Modell gewählt wird.
Prüfen Sie die Druckluft
Menge mal Luftfaktor ergibt den Bedarf. Die Qualität zählt dabei genauso viel wie die Menge, und sie ist der Teil, der vergessen wird: Ölrückstände und Restfeuchte verkürzen die Standzeit des Kohlenstoff-Molekularsiebs. Auf fünf Jahre gerechnet kostet ein zu klein gewählter Trockner deshalb mehr als ein leicht zu klein gewählter Kompressor. NITROBERG® setzt Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 bei 7 bar(g) voraus.
Auslegung für Ihre Anwendung?
Senden Sie uns Ihr Verbrauchsprofil und die Betriebsdaten. Unser Engineering-Team legt den passenden Generator aus.
NITROBERG® Baugrößen für das Laserschneiden
Die folgenden Baugrößen decken den Bereich ab, in den die meisten Laserschneidanlagen fallen. Die Stickstoffleistung ist bei den drei Klassen angegeben, die hier zählen, dazu die Druckluft, die bei 99,9 % nötig ist.
| Modell | N₂ bei 99,9 % | N₂ bei 99,99 % | N₂ bei 99,999 % | Druckluft bei 99,9 % |
|---|---|---|---|---|
| NITROBERG® 1000 | 34,4 Nm³/h | 18,5 Nm³/h | 10,1 Nm³/h | 117,1 Nm³/h |
| NITROBERG® 1100 | 45,1 Nm³/h | 24,2 Nm³/h | 13,2 Nm³/h | 153,3 Nm³/h |
| NITROBERG® 1200 | 55,8 Nm³/h | 29,9 Nm³/h | 16,3 Nm³/h | 189,6 Nm³/h |
| NITROBERG® 1300 | 78,7 Nm³/h | 42,2 Nm³/h | 23,0 Nm³/h | 267,6 Nm³/h |
| NITROBERG® 1400 | 109,9 Nm³/h | 59,0 Nm³/h | 32,2 Nm³/h | 373,6 Nm³/h |
Ein einzelner Faserlaser mit 6 kW und 40 bis 60 Nm³/h landet bei 99,9 % zwischen der 1100 und der 1200. Eine zweite Maschine oder dickeres Material führt eine Baugröße höher, der Speicherbetrieb eine Baugröße tiefer. Die Baureihe hört dort nicht auf und reicht bis 1.709,1 Nm³/h für Betriebe mit einer Halle voller Maschinen.
Wenn vor Ort keine passende Druckluft vorhanden ist, wird der Stickstoffgenerator fürs Laserschneiden als komplette Anlage geplant, nicht als einzelne Maschine: Kompressorstation, Druckluftaufbereitung, Puffer, Generator, Stickstoffspeicher und Nachverdichterstation, als eine Kette ausgelegt. Die Stickstoff-Komplettanlage deckt die vormontierten Plug-and-play-Konfigurationen am unteren Ende der Baureihe ab, darüber wird dieselbe Kette als Projekt zusammengestellt. Die betreffenden NITROBERG® Druckgeräte durchlaufen die Konformitätsbewertung nach der Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU im Rahmen des zertifizierten Geltungsbereichs. Entwicklung und Fertigung sind Made in Germany.
Stickstoff vor Ort im Vergleich mit Tank und Flaschen
Bei diesen Drücken hält eine einzelne Flasche Minuten, keine Schichten. Für ein Musterteil reicht das, für die Versorgung einer Fertigung nicht. Ein Tank mit Flüssigstickstoff löst das und liefert beides, Reinheit und Spitzenmenge. Nicht gelöst ist damit, dass die Kosten weiterlaufen, ob Sie schneiden oder nicht: Die Miete läuft auch durch ruhige Wochen, über Nacht entstehen Abdampfverluste, die Verträge enthalten Preisgleitklauseln, und ein Lieferrhythmus, den Sie nicht steuern, entscheidet, wann der Tank voll ist.
Die Erzeugung vor Ort ersetzt das durch eine Investition und eine Stromrechnung, die Sie in den Stundensatz einrechnen können. Gegenüber dem Flüssiggasbezug amortisiert sich ein PSA-Generator von Berg typischerweise in zwei bis drei Jahren.
Reinheit, die Sie einstellen
Der Generator wird auf die Klasse eingestellt, die Ihre Bauteile brauchen, und nicht auf die höchste im Datenblatt. Diese eine Einstellung entscheidet über die Größe des Kompressors dahinter, und dort entstehen die eigentlichen Betriebskosten.
Standardverschleißteile
Filter und Verbrauchsmaterial sind Standardware aus dem freien Handel. Nach dem Kauf bindet Sie kein herstellereigenes Ersatzteilprogramm. Die Frage lohnt sich bei jedem Anbieter im Vergleich: Woher kommen die Filter?
Die ganze Kette aus einer Unternehmensgruppe
NITROBERG® Generator, KOMPBERG® Kompressoren und Booster, Druckluftaufbereitung, Trockner und Speicher entstehen alle innerhalb der BERG Group. Eine Garantie und ein Haus, das die Kette ausgelegt hat, statt vier Lieferanten, die einander an einer Schnittstelle begegnen.
Direkter Zugang zum Engineering
Auslegungsfragen gehen an die Leute, die die Anlagen konstruieren, nicht an ein Callcenter. Die Garantie beträgt standardmäßig drei Jahre, mit Servicevertrag bis zu fünf Jahre.
FAQ: Stickstoffgeneratoren zum Laserschneiden
Ein Faserlaser mit 6 kW zieht bei voller Schnittgeschwindigkeit rund 40 bis 60 Nm³/h. Der Wert hängt von Düsendurchmesser, Schneidgasdruck und Werkstoff ab, nicht allein von der Laserleistung, denn eine größere Düse lässt bei gleichem Druck mehr Gas durch. Bei dickem Baustahl, mit Stickstoff bei 22 bis 30 bar geschnitten, kann der Verbrauch 40 bis 120 Nm³/h erreichen. Für die Auslegung nehmen Sie den Spitzenbedarf jeder Maschine, rechnen bei mehreren Maschinen mit einem realistischen Gleichzeitigkeitsfaktor und legen Reserve für die Maschine dazu, die Sie als Nächstes kaufen.
In der Praxis zwischen 99,9 % und 99,95 %. Das untere Ende liefert an dünnem Edelstahl und an Baustahl, der mit Stickstoff geschnitten wird, eine metallisch blanke Kante ohne Anlauffarben. Das obere Ende ist üblich, wo die Kante am fertigen Bauteil sichtbar bleibt, wo sie direkt ins Schweißen geht, oder bei dickeren Querschnitten und bei Aluminium, weil Rest-Sauerstoff dort mehr Zeit hat, die Kante anzufärben. Klassen von 99,999 % gibt es für Präzisionsarbeit, die überhaupt keine Nacharbeit zulässt, aber sie sind ein Sonderfall, und sie erhöhen die nötige Druckluft für dieselbe Gasmenge fast auf das Doppelte.
Die PSA-Stufe selbst liefert bei NITROBERG® 10 bar, aus einer Druckluftversorgung mit 7 bar(g). Branchenweit enden Standard-PSA- und Membrananlagen bei rund 14 bar. Höhere Schneidgasdrücke kommen aus einem Booster, und das gilt für jeden Anbieter, auch für die, die mit 30 bar an der Düse werben. Bei Berg entsteht der Booster innerhalb der BERG Group, wo die stickstofffähige KOMPBERG® Reihe bis 350 bar reicht, sodass der Generator und die Verdichtungsstufe dahinter zusammen ausgelegt und nicht getrennt eingekauft werden.
Möglicherweise: Multiplizieren Sie Ihre Stickstoffmenge mit dem Luftfaktor für die gewählte Reinheit, 3,4 bei 99,9 % und 6,4 bei 99,999 %, dann haben Sie den Druckluftbedarf. Die Rechnung steht, bevor ein Angebot geschrieben wird. Der Speicherbetrieb statt des Direktbetriebs senkt den Wert deutlich, weil der Kompressor die Spitze dann nicht mehr abdecken muss. Auch die Luftqualität zählt und nicht nur die Menge, denn die Standzeit des Siebs hängt daran. NITROBERG® setzt Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 voraus.
Darüber entscheiden die Schneidstunden. Ab rund zwölf Schneidstunden am Tag oder einem Jahresverbrauch in der Größenordnung von 100.000 Nm³ ist der Direktbetrieb meist sinnvoll, weil dem Puffer die ruhige Zeit zum Nachfüllen fehlen würde. Darunter lässt der Speicherbetrieb Generator und Kompressor kleiner ausfallen, weil die Spitzen aus dem Puffer kommen. Beide Werte sind Faustwerte und hängen davon ab, wie gleichmäßig sich Ihre Schneidzeiten über den Tag verteilen.
Die Schnittqualität hängt von der Reinheit und vom Druck an der Düse ab, nicht von der Herkunft des Gases. Ein Generator, der auf die Klasse eingestellt ist, die Ihre Bauteile brauchen, und dessen Druck am Schneidkopf ansteht, erzeugt dieselbe Kante wie angeliefertes Gas derselben Spezifikation. Der Unterschied: Die Reinheit ist eine Einstellung, die Sie wählen und laufend überwachen, und keine Zahl auf einem Lieferschein. Sinkt sie ab, sehen Sie das als Alarm und nicht erst am Bauteil.
Nein. Die Verschleißteile sind Standardkomponenten aus dem freien Handel, und das hält Sie im Einkauf frei: Sie können Filter beziehen, wo Sie wollen, und Serviceangebote vergleichen. Über die Nutzungsdauer der Anlage wiegt das meist schwerer als der Unterschied im Anschaffungspreis. Die Garantie läuft drei Jahre als Standard und bis zu fünf Jahre in Kombination mit einem Servicevertrag.