Schneidverfahren im Kostenvergleich

Eine pauschale Aussage, welches der Schneidverfahren Plasmaschneiden, Laserschneiden, Brennschneiden oder Wasserstrahlschneiden wirtschaftlicher ist, ist kaum möglich, da die Schneidkosten von vielen Parametern abhängig sind.

Deshalb definieren wir die Schneidkosten etwas genauer und betrachten auf dieser Seite die reinen Betriebskosten der einzelnen Schneidverfahren und deren erzielbare Schnittgeschwindigkeiten bei bestimmten Materialgüten, so dass ein wirtschaftlicher Vergleich möglich ist.

1. Schnittgeschwindigkeit und Produktivität
   Die einzelnen Schneidverfahren besitzen unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten und damit eine jeweils andere Produktivität. In der Regel sind neuere Systeme weiter entwickelt worden und oftmals leistungsfähiger, produzieren damit schneller.   
2. Nacharbeit und Folgekosten
   Neuere Systeme können oftmals genauer schneiden und produzieren Teile mit weniger Grat, was die Nachbearbeitungskosten senkt  
3. Materialausnutzung
   Neue Systeme profitieren oftmals von neuer CNC und Software, die nicht selten weniger Verschnitt produziert. Auch kein Wechsel von Plasma zum Laser mit einer besseren Materialausnutzung verbunden sein, da die Schnittfuge beim Laser wesentlich schmaler ist.
4. Anlageninvestition und Auslastung
   Der Preisverfall in vielen Branchen macht auch bei Schneidanlagen nicht Halt, viele Systeme sind erschwinglicher geworden, vor allem trifft dies auf Faserlaser zu. Da Laser durch ihren Automatisiierungsgrad oftmals die höchste Auslastung erlauben, lassen sich die Stundensätze runter brechen.

Investition und laufende Kosten

An diesem Punkt gibt es wahrscheinlich die größte Überraschung: Die Anlagenkosten liegen relativ nah beieinander. Während man noch vor wenigen Jahren 0,5 Mio. bis über 1 Mio. Euro für einen Laser bezahlen musste, liegt ein Faserlaser aus asiatischer Produktion heute im Bereich einer Plasma- oder Wasserstrahlschneidanlage. Für den Endverbraucher ist das eine gute Ausgangsbasis, da nun mehr oder weniger alle Schneidverfahren in die engere Auswahl kommen können - an der Höhe der Investition muss es jedenfalls nicht mehr scheitern.
Die laufenden Kosten und die Systemkosten sind bei jedem Schneidverfahren unterschiedlich und sollten in der Finanzplanung mit berücksichtigt werden. Sobald ein Schneidsystem hoch automatisiert werden soll, beispielsweise mit auto. Lager und Beschickungssystem, bewegt sich die Investition schnell im siebenstelligen Bereich.  

Kosten in Abhängigkeit von Material und Dicke

Während Plasma und Wasserstrahl relativ anspruchslos gegenüber den zu schneidenden Materialien sind, verhält es sich beim Laser anders. Das Metall muss lasertauglich sein, rostige, ölige Bleche aus dem Freilager stehen nicht so gerne auf der "Speisekarte" des Lasers.
Wird der Auftrag durch häufige Materialwechsel bestimmt, so steigen auch die Betriebskosten durch Rüstzeiten. Auch automatisierte Blechlagersysteme benötigen Zeit für einen Dicken- oder Materialwechsel.

Produktivität und Auslastung - Kleine und große Losgrößen

Die Auslastung ist ein eigenes Kapitel und so entscheidend, wenn es um den Maschinenstundensatz geht. Je nach Schneidverfahren stellt sich auch eins typische Auslastungskennzahl ein. Der Automatisierungsgrad jeder Anlage ist verfahrensbedingt unterschiedlich hoch. Der Laser bietet systembedingt die höchste Ausbaumöglichkeit an - dann jedoch zu anderen Invesitionskosten.

Einfluss der Schnittqualität auf die Gesamtkosten

In der Gegenüberstellung der Kosten muss auch der Output betrachtet werden. Sowohl der Laser als auch der Wasserstrahl produzieren Zuschnitte in der höchsten Genauigkeitsklasse nach ISO 9013. Innenausschnitte stellen kaum ein Problem dar. Mit dem Wasser können zum Teil einbaufertige Teile ohne mechanische Nachbearbeitung erzeugt werden. Verlangt der Auftrag eine hohe Schnittqualität so gibt dies einen guten Hinweis, welches Schneidverfahren noch zum Einsatz kommen kann.

Flexible versus standardisierte Fertigung

Wie flexibel muss eine Fertigung aufgestellt sein - ist ein Lagersystem mit 36 Lagerfächern ausreichend? Kann mit "wildem" Lager, Stehlager und / oder Freilager gearbeitet werden? Antworten auf diese Fragen bestimmen die Investition, die Produktivität und damit den Stundensatz.

Der Stundensatz differiert im Markt sehr stark, er ist abhängig vom jeweiligen Betrieb und seinem Stammgeschäft. Schon der Gedanke über die unterschiedlichen Auslastungsgrade macht deutlich, dass die Streubreite der Stundensätze extrem groß sein muss und tatsächlich auch ist.
Weitere beeinflussende Parameter sind:

• Wird das Schneiden als Nebenjob gehandhabt oder handelt es sich um einen Lohnschneider mit angehängtem Stahlhandel und großem Maschinenpark?
• Werden überwiegend Dünnbleche oder dickes Grobblech geschnitten?
• Sind die Maschinen automatisiert und die Logistik optimiert?
• Arbeitet man mit übergroßen  Blechtafeln mit 12 Meter Länge und Überbreite oder nur mit kleinen Standardabmessungen, die schlechtere Schachtelergebnisse aufweisen?
• Wird mehrschichtig gearbeitet oder nur stundenweise?
• Und nicht zuletzt: Welche Kalkulationsart liegt dem Betrieb zugrunde und wie sehen die Personal- und die Gemeinkosten aus?

Aufgrund dieser Streuung ist die Angabe eines generellen Stundensatzes überhaupt nicht möglich.

Die folgenden Verbrauchswerte entstammen Angaben aus der Praxis, sie variieren von Betrieb zu Betrieb und sind abhängig vom Schneidspektrum, den Kundenanforderungen und daher individuell zu bewerten. Dennoch können zur Marktorientierung diese Angaben weiter helfen. In der Angabe dieser Werte ist weder das Personal, noch die Abschreibung, Miete oder sonstige Aufschläge enthalten, wir betrachten lediglich die reinen Betriebskosten, um so einen besseren Überblick zu erhalten.

Betriebskosten Plasma

• Nach unserer Erfahrung sind ca. 4.000,- € bis 8.000,- € Verschleißteile pro Jahr im Einschichtbetrieb pro Brenner anzusetzen.
  (abhängig von Materialdicke, Brennertyp, Maschinenpflege, Wartungskosten, Bedienererfahrung, Betriebsstrukturierung und weiteren Parametern)
• Wobei uns auch Zahlen vorliegen, bei denen Unternehmen im Einzelfall Verschleißteilekosten im Wert von bis zu 40.000,- € bei Einschichtbetrieb einkaufen mussten, weil die Anlage nicht im optimalen Betriebspunkt eingesetzt wurde. Nicht immer muss dabei ein Maschinen- oder Bedienungsfehler vorliegen.
• Die Verschleißteilekosten sind einer der Hauptkostentreiber bei den Betriebskosten von Plasmaschneidanlagen. Auf einem ähnlich hohen Niveau befinden sich noch die additiven Energiekosten, Gas und Strom. Weder der Verbrauch an Verschleißteilen noch der Verbrauch an Energien kann exakt vorhergesagt werden, da diese vom Teile-, Dickenspektrum und den Schneidgeometrien abhängig sind.
• Wenn wir die Verschleißteile, die Energiekosten Strom und Gas zu den Betriebskosten zählen, ergibt sich aus unserer Erfahrung folgender Kostenüberblick. Die Betriebskosten eines Plasmabrenners schwanken je nach Modell, je nach Schneidstrom und der zu schneidenden Dicke erheblich:

  • Handplasmabrenner zwischen 5,- bis 10,- Euro pro Schneidstunde

  • Maschinenbrenner liegen die Kosten im Mittel eher bei 20,- Euro bis 40,- Euro, je nachdem in welchen Materialdicken man sich bewegt, auch darüber.

  • Je dicker man schneidet, desto höher der Energiebedarf und desto kurzlebiger die Verschleißteile.

Betriebskosten Brennschneidmaschinen

• Bei Brennschneidanlagen stellen die Gaskosten den Löwenanteil dar. Je nach Anzahl der Brenner, je nach Gasart (Propan, Acetylen, Erdas, sonstiges) rechnet man pro Autogenbrenner gemäß Literaturangaben ca. mit rund 7,- Euro/h pro Brenner. Bei Acetylen sind die Kosten entsprechend höher.
• Die Schneiddüse bei einem guten Autogenbrenner kann gemäß unseren Berechnungen mit ca. 1 €/Schneidstunde angesetzt werden.
• Auch hier gilt: Verbrauch an Verschleißteilen und Energien kann nicht exakt vorhergesagt werden, da diese vom Teile-, Dickenspektrum und den Schneidgeometrien abhängig sind und dementsprechend weit ist die Schwankungsbreite.
• Die Betriebskosten liegen bei Brennschneidanlagen mit einem Brenner bei rund 10 - 12 €/h pro Brenner, je nachdem, wie dick man schneidet auch darüber.

Betriebskosten Laser

• Bei Laseranlagen ist der treibende Kostenfaktor Gas und Strom. Je nach Laserart CO₂ oder Faserlaser müssen hier andere Kosten angesetzt werden, da beim CO₂ zusätzliches Kühlgas verbraucht wird und sein elektrischer Wirkungsgrad wesentlich geringer ist. Je dicker der Laser schneidet, desto erheblich höher ist sein Gasverbrauch. Die Angabe von Betriebskosten für einen Laser ist seriös gar nicht möglich, denn sie muss immer in Korrelation mit den zu schneidenden Materialien betrachtet werden. Daher sind exakte Betriebskosten nicht pauschal aufführbar.
• Nicht unerheblich sind auch die Wartungskosten bei CO₂-Laseranlagen, die schnell 15.000 bis 20.000 € pro Jahr betragen können. Die Wartungskosten bei Faserlaseranlagen sind weitaus geringer.
• Auch hier kann man keine feste Betriebskostenaussage treffen, da diese von den zu schneidenden Dicken abhängig sind. Die Verschleißteile liegen häufig im Bereich der Plasmaverschleißteile für Qualitätsplasma und halten ähnlich lange. Der Aufwand für Gase und Strom kann dabei höher ausfallen, so dass man hier je nach zu schneidenden Dicken einen Stundensatz etwas über Plasma ansetzen muss. Die reinen Betriebskosten pro Stunde für Faserlaser können zwischen 30,- bis 70,- Euro betragen, aber auch darüber, wenn der Materialmix dies erfordert oder dicke Blechstärken geschnitten werden.

Betriebskosten Wasserstrahl

• Bei Wasserstrahlanlagen liegt der Hauptkostenfaktor beim Abrasivsand und den Verschleißteilen sowie elektrischer Energie.  Exakte Zahlen im voraus anzugeben ist nicht möglich, da auch diese vom Teile-, Auftrags- und Dickenspektrum abhängig sind.
• Die reinen Betriebskosten für Wasserstrahlschneidanlagen können im Mittel zwischen 20,- bis 60,- Euro liegen, aber auch darüber hinaus, je nach Materialmix.  

Randbedingungen zu den Betriebskosten:

Zur Ermittlung der Stundensätze gesellen sich zu jeder Anlage noch die Abschreibung, Finanzierungskosten, Stromkosten, Druckluftkosten, Wartung, Personal und Kosten für sonstige Energien hinzu.
Hallenmiete, Personal für Bediener, Abräumer, Entgrater, Kranfahrer, Lager und Logistikkosten und die Programmierer aus der AV schlagen anteilig mit im Stundensatz auf. 

Bei genauer Berechnung des Stundensatzes dürfen auch der Verschnitt und damit die Qualität der CAD/CAM Verschachtelung sowie die Störausfälle nicht unterschlagen werden.

In einer Vollkostenrechnung werden auch die nicht produktiven Kräfte aus der Verwaltung sowie die Kosten des Unternehmens auf die Schneidstunden der Maschinen umgelegt. Alle diese Kosten sind firmenspezifisch zu erfassen und ergeben in Summe Ihren Maschinenstundensatz.

Wenn Schneidmaschinen-Hersteller einen Betriebsstundensatz angeben, ist das lobenswert. Es hilft Ihnen jedoch nur wenig, wenn Sie nicht wissen, für welches Material, bei welcher Dicke, Schnittgeschwindigkeit, Auslastung, Energiepreisen etc. diese Kostenberechnung statt gefunden hat. Erfragen Sie daher die Randbedingungen zu den Kostenangaben oder holen Sie sich konkrete Angebote über unseren Maschinenkonfigurator ein, in dem Sie auch nach den Betriebskosten fragen können.

Alle Angaben ohne Gewähr.

Wie empfehlen immer, die exakte Bestimmung des Betriebsstundensatzes konkret für Ihren Einsatzfall zu ermitteln, so dass auch die Schnittmeter und die Schneiddicken mit berücksichtigt werden.

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.

Der Anwendungsfall entscheidet über das Schneidverfahren

Auf Basis unserer Marktbeobachtungen für den wirtschaftlichen Einsatz der Schneidverfahren ergeben sich folgende Gesichtspunkte:

• Bei Blechdicken von 1 mm bis ca. 15 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 ca. 15 mm aufwärts beginnt der Plasmabrenner seine Vorteile im Bezug auf Schnittgeschwindigkeit und Schneidkosten auszuspielen. Plasma 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 leistungsfähiger Plasmabrenner der mittleren Klasse schneidet bereits 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 40 bis 50 mm Blechdicke ist das autogene Schneiden das preiswertere Verfahren. Je dicker das Material, desto höher der Vorteil des Autogenbrenners. Autogene Brennverfahren ist bei unlegiertem Material dicker als 50 mm das wirtschaftlichste Trennverfahren. Die Blechdickengrenze kann nicht exakt angegeben werden, da dies von der Anzahl der gleichzeitig benutzen Brenner abhängig ist. 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, 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 25 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 der Wasserstrahl 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 der Wasserstrahl 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 der neuen 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, steht in der Gesamtkostenbetrachtung nicht selten das Wasserstrahlverfahren ganz vorne im Wirtschaftlichkeitsvergleich.