Alle Schneidverfahren im Vergleich

Welches ist das beste Schneidverfahren? Plasma-, Laser-, Autogen- oder Wasserstrahlschneiden?

Frage 1: Welches ist das wirtschaftlichste Schneidverfahren?

Eine pauschale Aussage ist kaum möglich, da die Schneidkosten von vielen Parametern abhängig sind.

Zuerst definieren wir die Schneidkosten etwas genauer. Mit Schneidkosten beziehen wir uns in dieser Betrachtung auf die reinen Betriebskosten der Schneidverfahren und deren erzielbare Schnittgeschwindigkeiten bei bestimmten Materialgüten. 

Die Betriebskosten im Schneidprozess

Die Betriebskosten umfassen insbesondere Verschleißteile, Betriebsstoffe und Energiekosten. Dabei stellt sich gleich die erste Frage, was sind überhaupt Verschleißteile und was sind Ersatzteile? In jedem Fall sehen die Verschleißteile für den jeweiligen Schneidprozess anders aus, beispielsweise benötigt das Wasserstrahlschneidverfahren ein Abrasivmittel, wenn man Metalle oder dickere oder festere Stoffe, beispielsweise Granit schneiden möchte. Abrasivmittel benötigen die anderen thermischen Schneidverfahren nicht, jedoch erfordert das thermische Schneiden im Gegenzug mindestens ein geeignetes Schneidgas. Somit wird schon mal zu Beginn der Betrachtung deutlich, dass ein Vergleich der Schneidkosten aufwendig werden wird.

In einem gesonderten Kapitel gehen wir auf die Unterscheidung zwischen Ersatzteilen und Verschleißteilen ein. In einer ersten vereinfachten Betrachtung  gehen wir bei Verschleißteilen insbesondere von Düsen, Elektroden, Dichtungen, etc., aus. Zu den Betriebskosten tragen insbesondere auch die Energiekosten bei, also elektrische Energie, die zumindest in Deutschland mittlerweile einen hohen Stellenwert ausmacht sowie die erforderlichen technischen Gase und Schneidstoffe wie Abrasivmaterial. Natürlich dürfen auch die Wartungs- und Servicekosten der Schneidsysteme nicht vernachlässigt werden. Diese können sich je nach Maschine, Auslastung, Umgang, Zustand und Pflege der Anlage erheblich auswirken. Die Hallenmiete und die Personalkosten vernachlässigen wir in dieser ersten Analyse, da diese Posten für jedes Unternehmen individuell ermittelt werden müssen. In einer exakten Kalkulation ergeben sich prozessbedingt Unterschiede: Eine Plasmaschneidanlage stellt andere Umgebungsanforderungen an die Halle als beispielsweise eine Laserschneidanlage, die häufig ein gleichmäßig temperiertes Umfeld erfordert und auch auf Staub allergischer reagiert. Muss eine solche Halle zunächst erstellt werden, kommen andere Kosten auf einen zu, als wenn man die Brennschneidanlage in einer Garage aufstellt. Auch beim Personal muss genau hingeschaut werden, denn die Schneidprozesse erfordern häufig auch andere Qualifikationen der Mitarbeiter. Da alle diese Faktoren nicht über einen Kamm geschert werden können, blenden wir sie an dieser Stelle aus, behalten aber diese Zusammenhänge für spätere Berechnungen im Hinterkopf. Die Abschreibungskosten der Schneidanlagen sind hingegen noch von Interesse, denn es macht schon einen erheblichen Unterschied ob mit einer Investitionssumme von 1 Mio. EUR oder 100.000,- EUR gerechnet werden muss.

Vorschlag, auf Basis unserer Erfahrungen für den wirtschaftlichen Einsatz der Schneidverfahren:

  • Bei Blechdicken von 1 mm bis ca. 8 - 10 mm (Tendenz weiter steigend) gilt der Laser als das schnellste und wirtschaftlichste Schneidverfahren. Dabei übertrumpft der Faserlaser den CO-Laser. Dieser Bereich wird sich in Zukunft weiter ausdehnen.  

  • Ab Blechdicken von 8 - 10 mm aufwärts beginnt der Plasmabrenner seine Vorteile im Bezug auf Schnittgeschwindigkeit und Schneidkosten auszuspielen. Plasmaschneiden gilt als eines der wirtschaftlichsten Schneidverfahren, doch gilt dies nur für bestimmte Blechdickenbereiche und bei bestimmten Randbedingungen, beispielsweise einer einfachen Schnittgeometrie und bei geringeren Genauigkeitsanforderungen.
    Ein moderner Plasmabrenner schneidet bis ca. 30 mm / max. bis 40 mm Blechdicke Normalstahl günstiger, als drei Acetylen-Autogenbrenner dies zu leisten vermögen. Diese Aussage basiert auf einem 2D-Senkrechtschnitt, dessen genaue Kalkulation den Experten und Kongressteilnehmern auf dem Deutschen Brennschneidtag® vorgestellt wurde.

  • Oberhalb von 30 bis 40 mm Blechdicke ist das autogene Brennschneiden das preiswertere Verfahren. Je dicker das Material, desto höher der Vorteil des Autogenbrenners. Autogenes Brennschneiden ist bei unlegiertem Material dicker als 40 mm das wirtschaftlichste Trennverfahren. Die Blechdickengrenze kann nicht exakt angegeben werden, da beim autogenen Brennschneiden häufig ein Mehrbrennerbetrieb gefahren wird. Auf dem Deutschen Brennschneidtag haben wir daher rechnerisch einen Plasmabrenner mit 260 A bzw. 360 A Schneidstrom gegen 3 Acetylen-Brenner antreten lassen.
    Fazit: Der 260 A - 360 A Plasmabrenner war bis 35 mm Blechdicke deutlich preiswerter im Zuschnitt als drei Acetylen-Brenner gleichzeitig. Bei Propan-Brennern war es ähnlich, die Schnittgeschwindigkeit sinkt beim Einsatz von Propan um ca. 10 %, siehe Schneiddaten-Vergleich im Artikel Autogenbrenner, doch aufgrund des preiswerteren Gases hob sich der Geschwindigkeitsnachteil gegenüber Acetylen nahezu wieder auf, so dass auch hier ein ähnliches Ergebnis erzielt wurde. Allerdings wurden dabei die Lochstechzeiten nicht berücksichtigt. Schneiden Sie Brennteile mit vielen Ausschnitten, so dass häufiges Lochstechen mit langen Vorheizzeiten erforderlich ist, werden die Vorteile von Acetylen sich noch deutlicher bemerkbar machen.

  • Neue Entwicklungen im Faserlaserbereich senken auch seine Betriebskosten, so dass die untere Schnittgrenze zu schmelzen beginnt und in absehbarer Zeit der Faserlaser auch in Blechdicken oberhalb von 8 - 10 mm Dicke mit den Schnittkosten des Plasmaschneidens gleichziehen oder ihn gar überrunden wird. Die Grenzen sind im Fluss.

  • Betrachtet man hingegen Zuschnitte, die nachbearbeitungsfrei und ohne thermischen Einfluss von der Maschine geliefert werden, so kommt als viertes Verfahren das Wasserstrahlschneiden ins Spiel und alle Berechnungen müssten aufgrund der Einbringung dieser neuen Randbedingung erneut kalkuliert werden. Sollen die unterschiedlichsten Materialien geschnitten werden, von Stahl, Aluminium bis Stein, Marmor, Granit, Glas, Kunststoffen jeglicher Art, Schaum- und Isolierstoffe etc. erübrig sich die Frage nach der Wirtschaftlichkeit - denn an dieser Stelle scheiden fast alle anderen Verfahren aus. Geht es um Universalität ist das Wasserstrahlschneiden der eindeutige Sieger. Kein Verfahren schneidet mehr unterschiedliche Stoffe als das Wasserstrahl-Abrasivverfahren.
    Auch in der Frage der Wirtschaftlichkeit braucht sich das Wasserstrahlschneiden nicht zu verstecken, wenn die Nachfolgekosten mit ins Kalkül gezogen werden.
    Neue Wasserstrahlpumpentechnik mit energiesparenden Servomotoren oder die neue Suspensionstechnik, bei der das Abrasivmittel mit hohem Druck in die Mischkammer befördert wird, sorgen dafür, dass der Wirkungsgrad weiter steigt und die Betriebskosten erheblich gesenkt werden.
    Fallen eventuelle Nacharbeiten an den erzeugten Zuschnitten dank dem Wasserstrahl weg, stehen in der Gesamtkostenbetrachtung nicht selten die Wasserstrahlschneidanlagen ganz vorne bei der Wirtschaftlichkeit. 

Die Auswahl des richtigen Schneidverfahrens ist daher bei weitem nicht schwarz/weiß, wie es auf den ersten Blick erscheint. Bei den oben stehenden Beispielwerten sind wir von klassischen Zuschnitten ausgegangen, die entweder irgendwo eingeschweißt werden sollen oder einer mechanischen Nachbearbeitung unterzogen werden.

Frage 2: Wie sehen die Schnitteigenschaften im Vergleich aus?

Sie finden hier eine tabellarische Auflistung mit den groben Schneidmerkmalen und den Grenzen der Schneidverfahren in der Gegenüberstellung. Diese Tabelle liefert Eckdaten zu den Schneidverfahren Plasma-, Autogen-, Laser- und Wasserstrahlschneiden, mit deren Hilfe man eine Übersicht der Schneidverfahren erhält.

Als mögliches Kriterium zur Auswahl des passenden Schneidverfahrens eignet sich auch ein Bleck in den Schnittkostenkalkulator. Der Kalkulator zeigt die Schnittmeterkosten pro Meter für eine spezielle Materialgüte und basiert auf Schneidtabellen und empirischen Werten. Wobei er nur zur Verfahrensübersicht dient und keine Markdaten angibt.

Grundsätzlich können in einer universellen Tabelle Bauteil bezogene Randbedingungen wie Aufhärtung, Wärmeverzug, Schnittgenauigkeit, Rauheit, Universalität, Nachbearbeitungsaufwand etc. nicht hinreichend erfasst werden. Will man diese Parameter mit berücksichtigen, so ist dies nur an konkreten Zuschnitten mit exakten Geometrieangaben möglich. Für eine hinreichende Verfahrensbestimmung empfehlen wir daher, eigene Testmusterschnitte bei Ihren Herstellern durchzuführen und die Daten und Leistungen an einem konkreten Bauteil zu erfassen.

Generell betrachten wir den Einsatz derartiger tabellarischer Vergleiche nur als grobe Hilfe. Tabellen dieser Art stellen immer einen Kompromiss dar, denn die Realität kann nicht mit einer Zeile abgebildet werden. Hierzu ein Beispiel: Grat der Verfahren! Wie will man den Grat exakt und neutral bewerten? Brennschneiden schlecht - Laser gut? Das würde der Realität kaum gerecht werden. Der Laser schneidet derart gut und scharfkantig, dass nicht selten Teile abgerundet werden müssen, was auch Zeit kostet. Der Autogenbrenner schneidet, wenn er top eingestellt ist, häufig Teile nachbearbeitungsarm, ein wenig Schlacke entfernen empfindet ein typischer Brennschneider sogar als nachbearbeitungsfrei.

Persönliche Empfindungen, individuelles Schmerzempfinden,  Anspruchsdenken und entwicklungstechnische Neuheuten lassen sich in einer fixen Tabelle nicht abbilden, sie sind immer ein zeitlicher Snapshoot. Was für den einen Anwender ein gratfreies Bauteil bedeutet, stellt für den anderen eine mittlere Katastrophe dar. Darüber hinaus gibt es unzählig viele Sonderfälle, in denen eine Einteilung nicht zutrifft, abhängig von der Kontur, der Materialgüte, der Bedienererfahrung etc. Betrachten Sie daher die Angaben in einer Tabelle als einen Versuch, eine grobe Übersicht zu vermitteln, die sich in Abhängigkeit der technischen Entwicklung, des Werkstoffs und der Kontur ändert. Nichts ist aussagekräftiger, als der reale Schnitte mit realen Bauteilen und dem eigenen Materialsortiment.

Hinweis: Diese Tabelle dient als Überblick über die Eckdaten der Schneidverfahren in Relation zueinander und ist ohne Gewähr. Die tatsächlichen Werte können in der Realität von diesen Zahlen abweichen, da diese von weitaus mehr Parametern abhängig sind, die firmen-, auftragsspezifisch und entwicklungsabhängig sind. Die Tabelle ersetzt keine individuelle Beratung mit Ihren Lieferanten.

Tabellarische Gegenüberstellung der Schneidverfahren von Plasma-, Autogen-, Laser- und Wasserstrahlschneiden
Tabelle 2: (Stand 2020, Überarbeitung 2021) Tabellarische Gegenüberstellung der Schneidverfahren

Alle Angaben ohne Gewähr! Werte abhängig von Typ, Modell, Schneidanlage, Werkstoff, Umgebungsbedingungen, technischen Entwicklungen und Erfahrungen des Anwenders. Zu konkreten Werten fragen Sie Ihre Hersteller und Lieferanten.

 


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