Wirtschaftlichkeit, Betriebskosten, Schnittgeschwindigkeit beim autogenen Brennschneiden

Moderne Brennschneidanlage auf schwerer Portalbrücke, kombiniert mit mehreren Schneidportalen auf einem 50 m langen S49-Schienensystem mit Absaugtischen mit Kammerabsaugung
Moderne Brennschneidanlage auf schwerer Portalbrücke, kombiniert mit mehreren Schneidportalen auf einem 50 m langen S49-Schienensystem mit Absaugtischen und Kammerabsaugung

Autogenschneiden gilt allgemein nicht gerade als ein schneller Schneidprozess. Dass es aber an vielen Stellen keine wirtschaftlichere Alternative zum Autogenschneiden gibt, sollte ebenso den Anwendern bewusst sein. Die Frage, die sich stellt lautet, wie hoch sind die Kosten beim Brennzuschnitt? Von welchen Einflussgrößen hängen seine Wirtschaftlichkeit und seine Betriebskosten ab? Wie kann man die Kosten beim autogenen Brennschneiden reduzieren?

Schnittgeschwindigkeiten beim autogenen Brennschneiden

Schnittgeschwindigkeiten für das Brennschneiden im Vergleich zum Plasmaschneiden:

Die folgende Tabelle zeigt Schnittgeschwindigkeiten im Vergleich: Brennschneiden mit Acetylen, Brennschneiden mit Propan versus Plasmaschneiden mit modernem Sauerstoff-Mischgasekopf. Die Beispielwerte entstammen aus konkreten Tabellenbüchern einiger Düsenhersteller für autogene Brennschneider, die wir ebenso als Durchschnittswerte zusammengefasst haben.

Dabei haben wir als Heizgas Acetylen versus Propan gegenübergestellt. Die Werte verstehen sich als Durchschnittswerte und können daher von Ihren Schneiddatentabellen, die für die von Ihnen verwendeten Düsen gelten, abweichen.

Blechdicke:
Baustahl S235
Schnittgeschwindigkeit
Sauerstoff-Autogenbrenner
mit Acetylen als Heizgas (ø-Werte)
Schnittgeschwindigkeit
Sauerstoff-Autogenbrenner
mit Propan als Heizgas (ø-Werte)
Schnittgeschwindigkeit
Plasma Qualitätsschnitt
(ø 260A bis 360 A)
10 mm 630 mm/min 510 mm/min 2.600 mm/min
15 mm 560 mm/min 475 mm/min 2.537 mm/min
20 mm 520 mm/min 450 mm/min 2.235 mm/min
25 mm 450 mm/min 420 mm/min 1.700 mm/min
30 mm 420 mm/min 400 mm/min 1.350 mm/min
35 mm 405 mm/min 395 mm/min 1.112 mm/min
40 mm 395 mm/min 390 mm/min 875 mm/min

Hinweis:
Die hier vorgestellten Zahlen können von dem jeweiligen Gerätetyp abweichen. Je nach Einstellungsvorlieben wählen erfahrene Maschinenbediener ihre eigenen Schnittgeschwindigkeiten, so dass auch dabei Abweichungen von ± 10 % bis 15 % möglich sind. Beim Plasmaschneiden entstehen beim Wechsel eines Strombereichs Sprünge in den Schneidtabellen, so dass nicht immer lineare Schnittgeschwindigkeitsverläufe, die sich bequem interpolieren lassen, anwendbar sind. Alle Angaben ohne Gewähr.

Vergleich von Schnittgeschwindigkeiten beim Autogenschneiden versus Plasmaschneiden

  • Plasma schneidet 40 mm dicken Stahl mit 750 mm/min bis 900 mm/min, je nach Brenner und Leistung auch noch schneller, bis zu 1.400 mm/min sind möglich!
  • Plasma kann 10 mm dicken Stahl, je nach Brenner und Leistung von 1.900 mm/min bis 4.500 mm/min schneiden - je nach gewünschten Qualitätserfordernissen. 
  • Autogenes Brennschneiden: 40 mm dicker Baustahl wird je nach Brenner und Gasart, verwendeter Düse mit ca. 280 mm/min bis 380 mm/min gebrannt.
  • Autogenes Brennschneiden: 10 mm dicker Baustahl kann mit ca. 550 mm/min bis 750 mm/min gebrannt werden.

Die Lochstech-Vorheizzeit dabei kann je nach Gassorte 20 - 45 sek. betragen. Bei Acetylen liegt die Lochstechzeit bei einem 20 mm dicken Baustahl um die 20 Sekunden, wird mit Propan aufgeheizt verlängert sich diese Zeit üblicherweise auf rund 30 - 40 Sekunden, je nachdem mit welchem Druck vorgeheizt wird. Mit speziellen Vorheiztechniken lässt sich jedoch auch bei Propan die Vorheizzeit erheblich reduzieren.

Wie dick schneidet das autogene Brennschneiden?

Das Schneiden dicker kohlenstoffhaltiger Stähle ist bis zu einer Dicke von ca. 3.000 mm im Labor bereits bewiesen worden.
Diese Schneiddicke wurde mit einem Sauerstoffschneiddruck von weit über 100 bar erzielt.

Industriell werden Dicken bis 1.500 mm von einigen wenigen Spezialbetrieben geschnitten. 
Dabei ist zu beachten, dass der Kohlenstoffgehalt des Stahls kleiner als 0,3 % betragen sollte. Liegt er darüber, muss das Material vor- und eventl. auch nachgewärmt werden, um Risse und Spannungen zu reduzieren.
Liegt der Kohlenstoffgehalt über 1,5 / 1,8 % ist autogenes Brennschneiden in dieser Form nicht mehr möglich.

Übrigens: Geschnitten wird immer mit Sauerstoff, der eine Reinheit von min. 99,95 % besitzen muss. Je höher der Reinheitsgrad des Sauerstoffschneidgases, desto besser und schneller erfolgt der Schnitt.
Geschnitten wird beim autogenen Brennschneiden immer mit Sauerstoff, das Heiz- und Brenngas dient lediglich dazu, den Oxidationsprozess in Gang zu setzen und ihn während des Schneidens aufrecht zu halten.

Wirtschaftlichkeit und Betriebskosten beim Autogenschneiden

Wir haben eine Gesamtbetrachtung der Wirtschaftlichkeit in unserem Artikel "Schneidverfahren im Vergleich" im Menü Potentiale & Kosten/Betriebskosten detaillierter erfasst und dort auch die Vor- und Nachteile im Bezug auf die anderen Schneidverfahren ergänzt.

Die Tabelle legt darüber hinaus offen, dass nicht allein der Stundensatz über die Wirtschaftlichkeit einer Anlage entscheidet, sondern die Schnittleistung, d.h. wie lange braucht das eine System gegenüber dem anderen, um einen Auftrag abzuwickeln.

Diese Tabelle sagt hingegen nichts aus über die Wertschöpfung, die mit dem jeweiligen Zuschnitt erzeugt wurde. Eine solche Berechnung ist nur an konkreten Musterteilen mit konkreten Rahmenbedingungen möglich. Das Ergebnis einer Wirstschaftlichskeitsanalyse kann auch zeigen, dass das langsamste der vier Schneidverfahren, in unserem Fall sei dies das Wasserstrahlabrasivschneiden unter bestimmten Anforderungen, sogar das Wirtschaftlichste sein kann. Es hängt damit immer von konkreten Einzelfall ab und kann nicht verallgemeinert werden.

Kostenfallen beim Autogenschneiden: Wie senke ich die Betriebskosten beim Brennschneiden?

Diese sechs Kostentreiber beeinflussen Ihre Betriebskosten:

  1. Gasverbrauch
  2. Verschleißteile
  3. Elektrische Energie
  4. Maschinenkosten
  5. Investitionskosten
  6. Personal- und Hallenkosten

Zu 1. Gasverbrauch

Die Betriebskosten bei Sauerstoffbrennern werden zum größten Teil von den Gaskosten bestimmt. Diese lassen sich in Abhängigkeit der verwendeten Düse und der zu schneidenden Materialdicke gemäß Schneidtabellen des Herstellers ermitteln. Die Betriebskosten müssen auftragsbezogen ermittelt werden. Der Einfachheit halber können die Gaskosten für Propan und Sauerstoff im Durchschnitt pro Brenner mit ca. 7,- € pro Stunde angesetzt werden. In diesem Wert sind weder die Abschreibung noch Personal, Wartung, Strom, Miete enthalten. Dabei liegen gemittelte Flaschenpreise zu Grunde, wird mit einem Tankvorrat gearbeitet, senken sich die Gaskosten adäquat. Beim Einsatz von Acetylen erhöhen sich die Betriebskosten pro Stunde.

Fairerweise muss der Gasverbrauch auch auf die zu schneidenden Dicken umgelegt werden, denn je dünner das Material, desto kleiner die zum Einsatz kommende Düse, desto geringer der damit verbundene Gasverbrauch. 

Sauerstoff und Heizgas Propan, Acetylen oder Erdgas oder andere technische Gase sind beim autogenen Brennschneiden die Hauptverbrauchsstoffe. Und diese Kosten fallen pro Schneidkopf an. Da Autogenschneidanlagen in der Regel mit mehreren Schneidköpfen von oftmals 4 - 12 Stück pro Schneidportal bestückt, manchmal sogar darüber hinaus, so muss auch der Gesamtverbrauch mit der Anzahl der gleichzeitig sich in Betrieb befindenden Schneidköpfe multipliziert werden. Dementsprechend hoch steigt dann auch der Gasverbrauch.

Zu 2. Verschleißteile beim Autogenschneiden

Verschleißteile beim Brennschneiden stellen einen wesentlich geringeren Posten dar, als dies beispielsweise beim Plasmaschneiden der Fall ist. In der Regel beträgt die Lebensdauer einer Autogendüse bis zu einem Monat im Einschichtbetrieb. Setzen wir je nach Modell einen Einkaufspreis für eine Autogenbrennerdüse von 20 Euro bis 40 Euro an, kann im Durchschnitt mit rund 1 Euro pro Stunde pro Brenner gerechnet werden. Bezogen auf die lange Standzeit der Verschleißteile fällt ihr Anschaffungspreis kaum ins Gewicht. Dies gilt jedoch nur für konventionelle Autogenbrenner, wenn alle Parameter stimmen.

Natürlich gilt beim Autogenschneiden ebenso wie beim Plasma und sogar beim Laser, dass zurück spritzendes Material, Aufsetzen der Düse auf das Material oder sonstige Fehler eine Düse schon beim ersten Einstechen beschädigen können. Doch dies sollte nicht der Normalfall sein, sondern die Ausnahme und wird daher in der weiteren Betrachtung nicht berücksichtigt.

Als Verschleißteile kommen eventuell noch die Zündkerzen der elektrischen Zündung und die Abtastringe für die Höhenregelungen hinzu. Schraubkappen des Brennkopfes können auch von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Rückschlagventile, Druckminderer und Gasschläuche fallen im Rahmen der Wartung ebenso an. Doch diese Posten schlagen im Betriebsstundensatz mit nur einem kleinen Prozentsatz auf.

Zu 3. Elektrische Energie

Da Gasbrenner keinen elektrischen Strom als Schneidmedium benutzen, fallen nur geringe elektrische Energiekosten für den Betrieb der Antriebsmotoren der Maschine und der CNC-Steuerung und dem Filtersystem an. Auch dieser Posten ist damit erheblich geringer als bei den drei anderen Schneidverfahren. Dabei gehen wir von einer Solo-Brennschneidanlage aus.

Befinden sich die Autogenbrenner jedoch auf einer schweren Portalbrücke einer Plasma- oder einer Multi-Schneidanlage, bei der die Antriebe bauartbedingt besonders leistungsstark ausgelegt sind und die darüber hinaus auch über eine leistungsfähige Kammerabsaugung mit Filtersystem verfügt, so können die Energiekosten für den elektrischen Strom durchaus einen beachtlichen Wert erreichen, den es zu berücksichtigen gilt.

Zu 4. Maschinenkosten

Neben den Anschaffungskosten sind in jedem Fall auch die Wartungs- und Reparaturkosten einer Schneidanlage mit zu berücksichtigen. Hierzu wird in der Regel ein fester Prozentsatz des Anschaffungspreises der Anlage angesetzt und über den Auslastungsfaktor auf die Schneidstunden umgelegt.

Gasschläuche, Druckminderer, Rückschlagventile, Antriebsritzel, Zahnstangen, Getriebe, elektrische Leitungen und Sensoren unterliegen ebenso einem Verschleiß und können störanfällig werden.

Zu 5. Investitionskosten

Es erstaunt immer wieder, wie gering diese Kosten in die Betriebskosten eingehen. Viel bedeutender hingegen als die eigentliche Finanzierung sind andere Parameter, wie Personalkosten und die Auslastung der Schneidanlage. Die Auslastung einer Brennschneidanlage, bzw. generell von jeder Schneidanlage, wird unter anderem auch von der Reparatur- und Störanfälligkeit, sowie vom Auftragsbestand mit beeinflusst. Ist der Auslastungswert gering, so verteilt sich die Investition auf weniger Betriebsstunden - der Stundensatz steigt zum Teil rapide an. Manches Unternehmen hat bei seiner Maschineninvestition diesem Punkt zu wenig Beachtung geschenkt und schneidet am Ende zu teuer.

Zur Vertiefung besuchen Sie den neuen Schnittkostenkalkulator.

Nicht die zu finanzierende Summe ist das KO-Kriterium, sondern die Auslastung der Schneidanlage.

Ein Rechenbeispiel:
Kosten der Anlage 1 = 100
Kosten der Anlage 2 = 150
Anlage 2 ist um 50% teurer, Der Mehrpreis kommt dadurch zu stande, dass die Anlage mehr Leistung besitzt, z.B. mehr Automatisierungsfunktionen, einen Austragsförderer im Schneidtisch, mehr Werkzeuge, eine Schweißnahtvorbereitung etc. und sie dadurch in der Anlage ist, mehr Aufträge abzuwickeln und somit mehr Betriebsstunden zu schneiden. Wir setzen dabei voraus, dass beide Anlagen qualitativ hochwertig sind und nur normale Wartungsintervalle anfallen.

Annahme:
Maximal erzielbare Auslastung mit Anlage 1 beträgt 30%, entsprechen 1.760 h p. a. * 0,3 = 528 h: Investitionskosten: 100 (Investition) / 528 (Schneidstunden) = 0,19
Maximal erzielbare Auslastung mit Anlage 2 beträgt 60%, da sie mehr Arbeiten annehmen und ausführen kann, entsprechen 1.760 h p. a. * 0,6 = 1.056 h. Die
Investitionskosten der teuren Anlage 2 betragen: 150 (Investition) / 1.056 (Schneidstunden) = 0,14

Das bedeutet eine 50% teuere Investition, die aufgrund ihrer Funktionen und Leistungen mehr Schneidstunden erzielt, erzeugt am Ende pro Stunde rund 35% geringere Abschreibungskosten als die billigere Anlage, wenn diese weniger Schneidstunden erreicht.

Dies ist natürlich nur ein Beispiel, es kommt auf den konkreten Anwendungsfall an. Dieses Beispiel will zeigen, dass es nicht allein auf den Anschaffungspreis ankommt, sondern auf die Kosten und Leistungen über die gesamte Laufzeit einer Schneidanlage.

Zu 6. Personal- und Hallenkosten

Natürlich addieren sich zu den Verbrauchskosten noch die Personalkosten, die Arbeitsvorbereitung, die Lager- und Logistikkosten, die Gemeinkosten, die Hallenmiete etc. hinzu. Da diese Kosten firmenindividuell sind, müssen diese auch individuell für jedes Unternehmen gesondert betrachtet werden.

Fazit:

Die durchschnittlichen Betriebskosten für einen Autogenbrenner können mit ca. 7 Euro bis 10 Euro für die Betriebsart Propan im Einschichtbetrieb angesetzt werden. Bei beispielsweise gleichzeitigem Betrieb von 3 Autogenbrennern fallen dementsprechend rund 21 Euro bis 30 Euro an. Bei der Verwendung von Acetylen erhöhen sich diese Werte entsprechend. Nicht berücksichtigt sind die Gaspreisanstiege und die höheren Energiekosten der letzten sowie der kommenden Jahre.

Diese Angaben sind ohne Gewähr und beziehen sich auf eine fiktive Beispielanlage ohne Personal-, Investitions-, Miet-, Gemein-, Wartungskosten und ohne Auslastungsberücksichtigung. Speziell in Deutschland gehören die Energie- und die Personalkosten zu den höchsten im Vergleich zu anderen Industriestaaten und lassen sich nur geringfügig verändern.

Betriebs-, Verbrauchskosten und die Auslastung der Anlage lassen sich hingegen sehr gut durch Automatisierungs- und Digitalisierungsmaßnahmen signifikant optimieren.

Gibt es in Ihrer Fertigung noch Optimierungspotential? Sprechen Sie uns an, gerne unterstützen wir Sie auf dem Weg zu einer optimierten Fertigung mit geringeren Betriebskosten. Kontaktaufnahme Schneidforum Consulting

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