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. 

  • 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 immer mehr den CO2-Laser.

  • Ab Blechdicken von 8 - 10 mm aufwärts beginnt der Plasmabrenner seine Vorteile im Bezug auf Schnittgeschwindigkeit und Schneidkosten auszuspielen. Plasmaschneiden gilt tatsächlich 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 260A bzw. 360 A Schneidstrom gegen 3 Acetylen-Brenner antreten lassen.
    Fazit: Der 260A Plasmabrenner war bis 35mm 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 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 Verfahrens 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.

Jedes Trennverfahren besitzt bestimmte Einsatzbereiche, in denen es besonders vorteilhaft aufgestellt ist.

Eckpunkte, Kriterien für die grobe Auswahl eines Schneidprozesses

  • Plasmaschneiden von 160 mm dickem Edelstahl
  • Plasmaschneiden von 160 mm dickem Aluminium
  • Autogenschneiden von 1.500 mm dicken Stahl
  • Wasserstrahlschneiden bis 200 mm Stahl, Alu bis 300 mm
  • Wasserstrahlschneiden, wenn der Schnitt verzugsfrei, nachbearbeitungsfrei und ohne Aufhärtung erfolgen soll 
  • Wasserstrahlschneiden von Verbundstoffen, Kunstoffen, Glas, Stein, Granit, Lebensmittel etc.
  • Laserschneiden von Dünnblech, wenn es extrem schnell und nachbearbeitungsarm sein soll oder besonders genau
  • Laserschneiden von Mittelblechformaten, wenn es besonders genau sein soll
  • Laserschneiden mit dem Faserlaser von Stahl, Edelstahl bis 50 mm
  • Laserschneiden von Teilen ohne Oberflächenbeschädigung, kratzerfreie Sichtflächen
  • An dieser Stelle haben wir die Mikroschneidtechnik noch gar nicht erwähnt. Sowohl der Laser als auch der Wasserstrahl verfügen über sogenannte Mikroschneidsysteme, die in der Lage sind im µ-Meter Bereich Teile exakt zu produzieren. 
  • Fairerweise sind im Werkzeugbau Erodiermaschinen das Werkzeug der Wahl, wenn es darum geht, beispielsweise einen Stahlklotz aus hochwertigem Werkzeugstahl mit einer Dicke von 200 mm mikrometergenau für ein Pressverwerkzeug anzufertigen. Das Drahterodieren ist bei diesen Aufgaben in der Werkzeugbranche das häufig bevorzugte Schneidsystem. Doch ob dies in der Zukunft so bleibt oder die Mikroschneidanlagen diesen Part übernehmen werden, wird der Markt entscheiden.
  • Klassische Sägeanlagen für alle Arten des Ablängens von Profilen, Stangen, Rohren, Coils etc. wobei die Anforderungen an derartige Schnitte in der Regel anders sind, als dies bei Portalschneidmaschinen der Fall ist, denn freie Konturen und beliebige Geometrien lassen sich nach unserem gegenwertigem Kenntnisstand mit diesem Schneidverfahren nicht in adäquater Art und Weise zu denselben Bedingungen und Kosten herstellen. Daher hat das Sägeverfahren nach wie vor seine Berechtigung dort, wo es seine Stärken gegenüber den anderen Schneidverfahren ausspielen kann.

 

Fallbeispiel: Vor einigen Jahren haben wir in einem speziellen Fall ein Unternehmen beraten, für das bisher ausschließlich die Trennung von Rohren mit einer Säge das Nonplusultra darstellte. Es sollte geprüft werden, ob ein anderes Schneidverfahren die Taktzeit und die Schneidkosten erheblich senken kann. In diesem speziellen Fall wurde eine Anlage konfiguriert, mit der sich mit zwei gleichzeitig arbeitenden Plasmabrennern mit je 200 A Schneidstrom und einer speziellen Vorrichtung die Schneidzeiten und vor allem die Schneidkosten erheblich senken ließen.
Daraus ableitend können wir festhalten, der Status quo ist manchmal änderbar, neue Prozesse dürfen angedacht, ausprobiert und diskutiert werden.

 

Fazit: Es gibt keinen eindeutigen Sieger in der Frage, wer das beste, das wirtschaftlichste Schneidverfahren darstellt. Zu verschieden sind die Anforderungen. Der Vorteil für den Anwender liegt in der hohen Auswahl der Verfahren und der exakten Anpassung an seine Schneidaufgabe. Fakt ist aber auch, dass ein falsch gewähltes Verfahren dazu führen kann, dass man zu teuer schneidet. Beispiel: Ein Zuschnitt von 10 mm dickem Normalstahl wäre mit Autogen geschnitten und bei gleichzeitigem Betrieb von bis zu drei Schneidbrennern noch immer mindestens 25 % teurer in der Fertigung gegenüber einem Plasmazuschnitt!

Frage 2: Wie sehen die Schnittkosten im Vergleich aus?

Sie finden hier eine tabellarische Auflistung mit den groben Schneidmerkmalen und den Grenzen der Schneidverfahren. Außerdem haben wir eine exemplarische Aufstellung der Betriebskosten der einzelnen Schneidverfahren erstellt.

Doch dies allein sagte uns zu wenig aus. Daher haben wir beispielhaft einige konkrete Materialien berechnet. Aus der Schnittgeschwindigkeit ergibt sich eine Schnittmeterleistung, die auf die Schnittkosten pro Meter Schneidlänge umgerechnet werden kann. So erhält man eine wesentlich aussagestärkere Tabelle.

Was in einer universellen Tabelle nicht erfasst werden kann, sind die Bauteile bezogenen Randbedingungen wie Aufhärtung, Wärmeverzug, Schnittgenauigkeit, Rauheit, Universalität und Nacharbeitsaufwand etc. Will man diese Parameter mit berücksichtigen, so ist dies nur an konkreten Teilen möglich, d.h. hier ist eine konkrete Abwägung von Teil zu Teil erforderlich. 

Vorher einloggen erforderlich, sind Sie verifiziert, dann finden Sie an dieser Stelle die Grafik mit der Tabellendarstellung vor.  

Hinweis: Die folgende Tabelle zeigt die Schnittleistungen in Kosten pro Schnittmeter im Vergleich der vier Schneidverfahren an, so dass konkrete Bauteilekosten ermittelt werden können, wenn deren Schnittlänge bekannt ist. Wobei Personalkosten und Hallenmieten nicht berücksichtigt wurden. Auch die Abschreibungskosten sind nur als Beispiel zu verstehen. Die hier gezeigten Tabellenwerte weichen von denen des Schnittkostenkalkulators ab, da die Randparameter jeweils anders definiert wurden, doch die Aussagen in Relation zueinander sind im wesentlichen identisch, gleichgültig welche Werte angezeigt werden. Die tatsächlichen Kosten verhalten sich natürlich in jedem Betrieb anders. Diese Tabelle dient als Überblick über die Kosten der Schneidverfahren in Relation zueinander. Die tatsächlichen Kosten können in der Realität von diesen Zahlen abweichen, da diese von weitaus mehr Parametern abhängig sind, die firmenspezifisch sind. 

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