Lukrativer Mehrweg-Gedanke

Die aktuellen Diskussionen und Entwicklungen im Bereich der spangebenden Verfahren sind geprägt von dem Ziel, in einer Maschine mit möglichst hoher ­Geschwindigkeit und möglichst geringen Rüstzeiten möglichst fix und fertige Werkstücke produzieren zu können. Hochdynamische Komplettbearbeitung heisst hier das neue Zauberwort für mehr Wettbewerbsfähigkeit im internationalen Marktgeschehen.

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So stehen derzeit beispielsweise mehrachsige Fräsmaschinen für die 5-Seiten-Bearbeitung ebenso hoch im Kurs wie Drehmaschinen, auf denen durch die Integration einer zusätzlichen B-Achse auch anspruchsvoll gefräst werden kann, oder Fräsmaschinen, die dank eines schnell rotierenden CNC-Rundtischs in der Lage sind, auch stattliche Drehleistungen zu realisieren. Weitere Stichworte in dem Zusammenhang sind die Hochgeschwindigkeitszerspanung oder der Einsatz hochdynamischer Linearantriebe in den Verfahrachsen. In der Tat gibt es kaum einen Aspekt im Prozess, der im Zuge der Optimierungsbestrebungen nicht von den Entwicklungsbossen der Unternehmen und den einschlägigen Hochschulen oder Instituten unter die Lupe genommen wurde.

Doch eins haben die Protagonisten der Szene ganz offensichtlich ausser Acht gelassen, nämlich den Blick über den Tellerrand. Wie sonst ist zu erklären, dass eine nachweislich lukrative Verfahrenskombination noch immer auf den grossen Durchbruch wartet. Wobei entschuldigend angefügt werden muss, dass das Wasserstrahlschneiden, von dem hier die Rede ist, sich nicht im Blickwinkel der Dreher und Fräser entwickelt hat, sondern weit entfernt im Bereich der Stein-, Glas- oder Blechbearbeitung.

Gleichwohl hat manch findiger Dienstleister die Möglichkeiten dieser Mehrwegstrategie bereits erkannt und für sich erschlossen. Die Reihe der (monetären) Vorteile beginnt schon beim Materialeinsatz: Statt fertige Zuschnitte als Rohlinge für die Zerspanung teuer einzukaufen, kann mit dem Wasserstrahl aus einem günstigen Standardformat heraus gearbeitet werden. Und statt eines, je nachdem, rechtwinkligen oder runden Zuschnitts, können mit dem Wasserstrahl die Rohlinge selbst bei komplexen Geometrien bis nahe an die Endkontur gefertigt werden. Teils sogar bis auf Endkontur, wenn es keine anders lautenden Vorgaben für die Oberfläche der Kanten gibt beziehungsweise wenn keine Genauigkeiten gefordert sind, die über die Möglichkeiten des Wasserstrahlschneidens hinausgehen, die im Bereich von wenigen Zehntelmillimetern liegen.

Sollte schon dieser Aspekt die Spaner zum Nachdenken anregen, gibt es in punkto Materialeinsatz noch weitere gravierende Vorteile. Denn eben weil mit Standardformaten gearbeitet wird und das Wasserstrahlschneiden als kaltes Verfahren keinerlei Gefügeveränderungen generiert, können zum einen die Rohlinge auf der vorhandenen Fläche optimal verschachtelt werden. Zum anderen ist es unter Umständen gar möglich, in den eigentlichen Verschnitt der einen Rohteilgeometrie gleich noch einen zweiten Rohling zu integrieren. Zudem können nicht nur Aussengeometrien geschnitten werden, sondern auch innen liegende Geometrieelemente wie Bohrungen oder Ausbrüche.

Das heisst, dass im besten Fall fixfertige Werkstücke von der Anlage kommen, die mit keiner Fräs- oder Drehmaschine so schnell und so günstig herstellbar gewesen wären. Dennoch wird es oftmals so sein, dass sich Wasserstrahl und Zerspanung die Arbeit an einem Werkstück teilen und Letztere das Finishing der Teile übernimmt.

Welches Verfahren welche Arbeiten übernimmt, lässt sich in erster Linie aus den geldwerten und zeitlichen Effekten ableiten, die in einem direkten Wirtschaftlichkeitsvergleich deutlich werden, beispielsweise an einer Seitenplatte (siehe Abbildung), die als eigentlicher Fräsauftrag in einer Losgrösse von 10 Stück zu produzieren ist. Dank der Schachtelmöglichkeit der Wasserstrahlschneidanlage liegen hier allein schon die Materialkosten gegen-über dem Fräsen um 40% niedriger.

Darüber hinaus zeigt sich bei der direkten Gegenüberstellung, dass neben der extrem guten Materialausnutzung noch einige weitere Faktoren für den Einsatz des Wasserstrahlschneidens sprechen:

- Hohe Flexibilität

- Kurze Einrichtzeiten

- Hohe Materialflexibilität

- Spannungsfreie Bearbeitung

- Geringe Werkzeugkosten

- Mehrlagiges Schneiden

- Einsatz von mehreren Schneidköpfen

Als Ausgangslage gab es in der Beispielrechnung für beide Aufträge ein DXF-File mit der Geometrie des Werkstücks aus Aluminium als Basis. Gestoppt wurde anschliessend noch vor jeder Rechnung zunächst der reine Zeitaufwand für die Produktion der zehn Werkstücke, also inklusive Programmierung, Rüstaufwand und Bearbeitung. Das Ergebnis mag die Fräser erschrecken. Während nämlich beim Fräsen allein schon fürs Programmieren und Einrichten 42 Minuten benötigt wurden, hat der Wasserstrahlschneider mit einem Werkzeug und einem Arbeitsgang nach bereits 32 Minuten den kompletten Auftrag erledigt. Der Spaner benötigt hingegen sieben verschiedene Werkzeuge und 9 Arbeitsgänge pro Teil sowie mit Ein- und Umspannen der Werkstücke noch weitere 104 Minuten, also insgesamt 146 Minuten, bis er die 10 Teile auf der Werkbank liegen hat.Welches Verfahren welche Arbeiten übernimmt, lässt sich in erster Linie aus den geldwerten und zeitlichen Effekten ableiten, die in einem direkten Wirtschaftlichkeitsvergleich deutlich werden, beispielsweise an einer Seitenplatte (siehe Abbildung), die als eigentlicher Fräsauftrag in einer Losgrösse von 10 Stück zu produzieren ist. Dank der Schachtelmöglichkeit der Wasserstrahlschneidanlage liegen hier allein schon die Materialkosten gegenüber dem Fräsen um 40% niedriger.

Dass er diese dann erst noch entgraten muss, während die mittels Wasserstrahl geschnittenen Werkstücke wirklich fertig aus der Maschine kommen, und dass für die Fräsbearbeitung noch eine entsprechende Vorrichtung erforderlich ist, wurde bei diesem Direktvergleich nicht einmal berücksichtigt. Hinzu kommt, dass der Bediener einer Wasserstrahlschneidanlage erstens weniger qualifiziert sein kann als der Kollege an der Fräsmaschine und er zweitens weit weniger in die Prozesskette eingreifen muss, da keine Rohlinge eingewechselt werden müssen. Letztlich reduzieren sich dadurch auch die Personalkosten und die Personalbindung.

Dieser Hinweis deutet bereits an, was eine anschliessende Rechnung offensichtlich macht: Der Wasserstrahl ist nicht nur in vielen Fällen das weitaus schnellere Verfahren, sondern trotz höherer Investitionen in die Anlagentechnologie und also höherem Maschinenstundensatz auch der mit weitem Abstand günstigere Prozess. So kostet den Anwender eines Vertikal-Bearbeitungszentrums in einer Beispielrechnung ein repräsentativer Auftrag über 10 Werkstücke insgesamt 131,70 Euro, während der Anwender einer Wasserstrahlschneidanlage für den gleichen Auftrag lediglich 79,00 Euro berechnen muss.

Noch eklatanter wird der Vergleich zu einer Wasserstrahlschneidanlage mit zwei Schneidköpfen. Hier kostet der Auftrag nur mehr 53,00 Euro. Und beim Einsatz einer 2-Kopf-Anlage mit Wechseltisch sind es sogar lediglich 48,40 Euro. Selbst im Vergleich mit einer aufgerüsteten Fräsmaschine mit automatischem Werkstückwechsel, wo der Auftrag mit 88,50 zu Buche schlägt, sind das Dimensionen, die jeden Zerspaner zum Nachdenken anregen sollten. Zumal, wenn er sich die Vorteile des Wasserstrahlschneidens nochmals vor Augen führt:

- Wirtschaftlichkeit trotz höheren Beschaffungskosten

- Kostendeckende Fertigung kleiner Losgrössen durch minimale Einrichtkosten

- Umsatz- und Gewinnsteigerung dank 2-Kopf-Bearbeitung

- Keine Vorrichtungen oder Lehren notwendig

- Keine Werkzeuglager- und Unterhaltskosten

- Möglichkeit zur Herstellung von Prototypen, Lehren, usw.

- Höherer Umsatz und Ertrag durch optimale Nutzung des Betriebsmittels und geringeren Materialverbrauch

- Verbesserte Wettbewerbsfähigkeit auch bei kleinen Losgrössen

- Kürzere Lieferzeiten: flexible Auftragsbearbeitung, kein Lehren- oder Vorrichtungsbau nötig

- Reduzierte Lohnkosten und geringere Personalbindung

Zugegeben: Trotz aller Möglichkeiten des Wasserstrahlschneidens hat das Verfahren auch seine Grenzen im Vergleich zur Zerspanung. So reichen die maximal erzielbaren Genauigkeiten und die maximale Oberflächengüte selbstverständlich nicht an die beim Fräsen oder Drehen heran. Auch kann man mit dem Wasserstrahl nicht in der dritten Dimension arbeiten, keine Sacklöcher und Gewinde schneiden. Gleichwohl kann der Wasserstrahl weitaus mehr als ihm von Seiten der Zerspaner zugetraut wird. Und eben deshalb wird sich im Bereich der 2-D-Bearbeitungen ein Anruf bei einem Anbieter von Wasserstrahl-Dienstleistungen in vielen Fällen lohnen - fragen kostet nichts, die Anwendung des nicht optimalen Verfahrens allerdings schon.