Schneidverfahren im Kostenvergleich

Wie sieht der Kostenvergleich der Schneidverfahren im Vergleich aus? Übersicht und Gegenüberstellung der vier Schneidverfahren.

Inhaltsverzeichnis:

Schneidverfahren im Vergleich: Welches ist das wirtschaftlichste Schneidverfahren?

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 aus dieser Seite die reinen Betriebskosten der einzelnen Schneidverfahren und deren erzielbare Schnittgeschwindigkeiten bei bestimmten Materialgüten.

Die Auswahl des richtigen Schneidverfahrens ist daher bei weitem nicht schwarz/weiß, wie es auf den ersten Blick erscheint.

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Der richtige Schneidprozess entscheidet über die Wirtschaftlichkeit

Alte Brennschneidanlage - ist das die preiswerteste Art zu schneiden?
Alte Brennschneidanlage - alt aber bezahlt - ist das die preiswerteste Art zu schneiden?

Alle Bemühungen um Wirtschaftlichkeit sind vergeblich, wenn das Schneidverfahren nicht zur gestellten Aufgabe passt!

Ein Zuschnitt ist nur dann wirtschaftlich, wenn er mit dem optimalen Instrument erzeugt wurde. Hierzu ein Beispiel aus der Praxis: In einem Unternehmen werkelte eine alte Brennschneidanlage mit einem Autogenkopf. Der Eigentümer versicherte uns, man könne keinesfalls preiswerter schneiden, da - und hier seine Gründe:

  1. "Die alte Brennschneidanlage abgeschrieben sei,
  2. Autogenschneiden die geringsten Betriebskosten habe,
  3. er nur sehr wenig teuren Strom benötige, im Gegensatz zu Laser-, Wasserstrahl- oder Plasmaschneidanlagen,
  4. eine teure Filteranlage brauche er auch nicht
  5. und er in der Regel sowieso nur wenig gleiche Teile zu schneiden seien, so dass Mehrbrenneranlagen sich nicht lohnen würden."

Hat er Recht mit seiner Behauptung? Die Antwort lesen Sie jetzt ...

Der Anwendungsfall entscheidet über das Schneidverfahren

Stahlschlüssel
Auf das Endprodukt kommt es an! Stahlschlüssel aus 2 mm S235 mit Qualitätsplasma geschnitten.

Nein, der Unternehmer hat sich geirrt - er verschenkte 25% seiner Marge, weil er zu teuer produzierte. Dabei war die Analyse und Betrachtung seines Material- und Dickenspektrums ausschlaggebend. Der Einkauf von Zuschnitten über externe Lieferanten war nicht möglich, da die Lieferzeiten für die Zuschnitte in der Regel bis zu zwei Wochen betrugen und dies sei zu lang für ihn, so der Unternehmer.
Sein Hauptblechdickenbereich verteilte sich wie folgt:

  • Stahl von 3 bis 5 mm, ca. 25 %,
  • Stahl von 5 bis 15 mm, ca. 50 %
  • Stahl von 20 bis 40 mm, ca. 20 %
  • Stahl von 40 bis 80 mm, 5%

Der Schwerpunkt seines Blechdickenspektrums lag im Bereich von 5 bis 25 mm Materialdicke. Daraus ableitend ergab sich als wirtschaftlichste Lösung für seinen Schneidbetrieb der Einsatz einer Plasmaschneidanlage mit entsprechend passendem Brenner.

Der Spruch "Alt aber bezahlt" stimmte in diesem Fall also nicht. Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung ergab, dass er 25 % zu teuer produzierte.

Wobei hierbei mit der Anzahl der Zuschnitte gerechnet wurde. Noch genauer wird die Analyse, wenn die tatsächlichen Schnittmeter, Innen- und Außenkonturen in Abhängigkeit der Tonnagen zugrunde gelegt werden. Die Kalkulation ergab, dass er seine Fertigungskosten um im Minimum 25 % senken könnte, wenn er eine kombinierte Plasma-, Autogenschneidanlage einsetzen würde, da sein Hauptanwendungsgebiet im klassischen Plasmabereich lag. 

In dem Fall bestand sein Fehler darin, dass der ausgesuchte Prozess Autogenschneiden zwar preiswert zu sein schien, keine Investition erforderlich war, aber keinesfalls eine befriedigende Lösung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit erreichte.

Plasmaschneiden, so konnten wir belegen, ist bei diesem Anwender wesentlich wirtschaftlicher im unteren Blechdickenbereich von 3 bis ca. 35 mm im Bezug auf das Autogenschneiden. 
Der Wert bis 35 mm Materialdicke ist nicht einzementiert, er unterliegt natürlich den Randbedingungen: Gegen wieviel Autogenbrenner soll ein Plasmaschneidkopf antreten? Welches Heizgas setzt der Autogenbrenner ein? Wie ist der Gleichzeitigkeitsfaktor etc. In manchen Fällen ist der Plasmabrenner nur bis 30 mm wirtschaftlicher, in anderen jedoch sogar bis 40 mm wirtschaftlicher als Autogenschneiden.

Wie ermittelt man das beste Schneidverfahren für seine Fertigung?

Um eine fundierte Antwort zu erhalten, ist eine qualitative und quantitative Beurteilung des Istzustands erforderlich. Der hier vorgestellte Fragenkatalog hilft bei der Klärung.

Zuallererst ist es sinnvoll, sich einen umfassenden Überblick über die Schneidtechniken zu verschaffen, deren Vor- und Nachteile und Einsatzfelder zu kennen. Gebündelte Informationen dazu findet man im Wissensportal des Schneidforums. Danach beginnt die eigentliche Arbeit: die Analyse des Istzustands.

Betriebskosten der Schneidverfahren in der Übersicht:

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 Plasmaschneidmaschinen

  • 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 Laserschneidmaschinen

  • 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.  

Betriebskosten Wasserstrahlschneidmaschinen

  • 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.

Weitere Kriterien, welche die Betriebskosten beeinflussen

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.

Welches ist das beste Schneidverfahren?

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 Marktbeobachtungen für den wirtschaftlichen Einsatz der Schneidverfahren:

  • 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. 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 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 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, 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 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.