Sie wissen es vielleicht nicht, aber viele Ihrer Produkte kosten tatsächlich viel mehr als den ursprünglichen Preis. Nehmen wir beispielsweise an, Sie haben 25.000 Dollar für Ihr Auto bezahlt. Wie weit fahren Sie und wie viele Liter Benzin verbrauchen Sie pro Woche? Wie oft wechseln Sie das Öl, wechseln die Reifen oder lassen andere Wartungsarbeiten durchführen?

Über einen Zeitraum von fünf Jahren können sich die Betriebskosten Ihres Fahrzeugs leicht auf 12.000 US-Dollar belaufen – etwa die Hälfte des Fahrzeugpreises. Die Zeit, die Sie mit Online-Recherchen, dem Lesen von Autobewertungen und der Besichtigung potenzieller Kauffahrzeuge verbringen, trägt ebenfalls zu den Kosten des Fahrzeugbesitzes bei.

Eine ähnliche Logik gilt beim Kauf von Investitionsgütern: Wenn man nur auf den ursprünglichen Kaufpreis schaut, können sowohl vor als auch nach dem Kauf schnell unerwartete Kosten zum Eigentumserlebnis hinzukommen.

Die kurzfristig „billige“ Lösung kann auf lange Sicht teurer werden. In diesem Artikel untersuchen wir die Gesamtbetriebskosten (TCO) für Linearantriebssysteme.

Linearbewegungssysteme, auch als Linearmodule oder elektromechanische Aktuatoren bezeichnet, kombinieren typischerweise einen linearen Antriebsmechanismus, beispielsweise eine Präzisions-Kugelumlaufspindel oder einen Zahnriemen, mit einem linearen Führungssystem – oft einer Kugelschienenführung oder einer Nockenrollenführung – in einem Gehäuse, um eine einzelne lineare Achse zu bilden.

Es sind viele Größen und Ausführungen verfügbar, sodass sie sich problemlos zu benutzerdefinierten mehrachsigen Robotersystemen für eine breite Palette von Anwendungen kombinieren lassen.

Aus extrem kleinen Systemen lässt sich beispielsweise ein 3-Achs-Dosiersystem für die Laborautomation zusammenstellen oder aus sehr großen Systemen ein Handlingsystem für schwere Automobilkomponenten bauen.

Für ein stärker integriertes System sind Motoren, Antriebsverstärker und Steuerungen erforderlich. Um die Spezifikation und Bestellung zu vereinfachen, haben einige Unternehmen für lineare Bewegung damit begonnen, komplette, vorkonfigurierte kartesische Bewegungssysteme anzubieten.

Unternehmen, die medizinische Produkte herstellen und verpacken, entscheiden sich häufig für diese vorkonfigurierten und vormontierten Systeme, um sich den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Montage und Ausrichtung mehrerer Achsen, die Auswahl der richtigen Motor- und Antriebskombination sowie die Gestaltung von Montageschnittstellen zu sparen. So können sie sich auf ihr Fachwissen konzentrieren: Geräteherstellung, Hochdurchsatz-Screening oder Verpackung.

TCO Angewandt auf lineare Bewegung
Das Total-Cost-of-Ownership-Prinzip wurde erstmals in den 1980er Jahren definiert, um die Kosten für die Implementierung von Personalcomputern am Arbeitsplatz zu quantifizieren.

Seitdem wird die TCO-Theorie in allen wichtigen Branchen, einschließlich der Fertigungsindustrie, breitflächig angewendet, um die Lebenszykluskosten wichtiger Anlagen zu analysieren. Ein gut implementierter kartesischer Roboter oder ein anderes mehrachsiges Fertigungssystem kann beispielsweise nicht nur die Produktionszeit verkürzen und den Durchsatz erhöhen, sondern auch Qualität und Gewinn steigern.

Bei einer mangelhaften Umsetzung können diese Gewinne jedoch durch Nacharbeiten, Neukonstruktionen oder unerwartete Wartungskosten verloren gehen. In unserem Autobeispiel haben wir die laufenden Kosten für Betrieb und Wartung des Fahrzeugs als wichtige Faktoren neben dem ursprünglichen Kaufpreis bewertet. Doch welche Faktoren sollten Sie bei der Kostenbewertung eines Linearbewegungssystems berücksichtigen? In diesem Fall fallen ungeplante oder selten berücksichtigte Kosten oft in drei separaten Phasen der Systemimplementierung an.

Aktivitäten vor dem Kauf wie Design und Spezifikation.
Der Einkauf umfasst die Bestellung, die Abnahme, die Montage und Inbetriebnahme der Anlage.
Die Phase nach dem Kauf, einschließlich der Wartung und Umnutzung Ihres Systems.

Die Vorkaufsphase: Der kritische Ausgangspunkt
Die Vorkaufsphase ist die wichtigste Phase bei der Implementierung eines Linearsystems. In dieser Phase hängen die Kostenfaktoren, die die Gesamtbetriebskosten beeinflussen, vom Zeitaufwand für die Entwicklung, Spezifikation und Beschaffung des passenden Linearsystems ab. Die richtigen Entscheidungen in der Vorkaufsphase sparen Zeit bei der Systementwicklung und der Komponentenbeschaffung. Eine frühzeitige Entscheidung gewährleistet zudem eine reibungslose Inbetriebnahme und einen störungsfreien Betrieb. Mit guter Planung lässt sich hier Geld sparen, ohne später Probleme zu verursachen.

Der Schlüssel zum Erfolg in dieser Phase liegt in der Dimensionierung und Auswahl des oder der passenden Linearmodule für Ihr System. Um den Dimensionierungs- und Auswahlprozess zu vereinfachen, bieten die meisten renommierten Lineartechnik-Unternehmen umfangreiche webbasierte Tools zur Dimensionierung und Auswahl an.

Ein typisches dreiachsiges kartesisches System erfordert in der Regel mindestens 17 Stunden Entwicklungszeit, nur um die richtige Systemgröße zu finden und sicherzustellen, dass die Module den Anwendungsanforderungen entsprechen – weder zu klein noch zu groß. Beispielsweise erfordert die Laborautomatisierung oft kleinere Systeme. Ist das System größer als die Anwendung benötigt, verschwendet man Geld und Platz.

Gute Dimensionierungstools führen den Anwender durch die wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren und können diesen Zeitaufwand auf maximal drei Stunden verkürzen. In Verbindung mit automatisierten Zeichnungsgeneratoren, die selbst für komplexe Systeme sofortigen Zugriff auf 2D- und 3D-Modelle ermöglichen, kann der Anwender allein an Engineeringkosten 1.120 US-Dollar oder mehr einsparen.

Kosteneinsparungen durch gute Planung gehen weit über die eingesparte Entwicklungszeit hinaus. Bedenken Sie die Folgen eines schlecht konstruierten Systems. Ein System, das nicht robust genug für die Anwendung ist, führt bei der Installation zu erheblicher Verschwendung durch schlechte Leistung, Produktivitätsverlust und Umsatzeinbußen durch verpasste Markteinführungsmöglichkeiten.

Berücksichtigen Sie außerdem die zusätzlichen Kosten und den Aufwand für die Deinstallation des ineffektiven Systems, die Anpassung der Anwendungsgröße, die Neubestellung, Neuinstallation und Inbetriebnahme eines neuen Systems. Die damit verbundene Zeit- und Kostenverschwendung kann schnell mehrere Tausend Dollar übersteigen und kann Sie als Maschinenbauer sogar einen Kunden kosten.

Sobald das Linearbewegungssystem ausgewählt und in die Anwendung integriert ist, beginnen die Beschaffungsaktivitäten. Manche Unternehmen bieten eine einzige Teilenummer für ein komplettes, mehrachsiges elektromechanisches System an. Dadurch wird der Bestellvorgang vereinfacht, da 20 oder 30 Teilenummern auf eine reduziert werden.

Das Ergebnis: Einsparungen bei der Anzahl der Lieferanten, Bestellungen und Einzelposten, was wiederum zu Zeitersparnissen bei Genehmigungs-, Beschaffungs- und Wareneingangsprozessen führt. Bei Bearbeitungskosten von 100 US-Dollar pro Bestellung können sich die Einsparungen auf weitere 2.000 US-Dollar oder mehr pro System belaufen (siehe Tabelle 1). Und falls Sie ein zweites System bestellen müssen, sind die Folgekosteneinsparungen bereits einkalkuliert.

Nach Erhalt des Linearsystems kann die Montage und Inbetriebnahme viel Zeit in Anspruch nehmen. Um die Kosten in dieser Phase des Produktlebenszyklus zu senken, ist es wichtig, ein System zu wählen, das einfach zu installieren ist und keine komplexen Inbetriebnahmeverfahren erfordert.

Vormontierte Linearmodule und kartesische Systeme bieten in dieser Hinsicht die geringste Komplexität, da 80 Prozent der Montage-, Integrations- und Programmierarbeiten vom Hersteller übernommen werden.

Viele Systemintegrationsunternehmen sind sich dieser Kosteneinsparungen bewusst und verwenden vorkonfigurierte kartesische Systeme, um ihre Kosten und Vorlaufzeiten zu senken. Als Wettbewerbsvorteil geben sie diese Einsparungen an ihre Endbenutzer weiter.

In Verbindung mit vormontierten Systemen können benutzerfreundliche Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) und Programmierprotokolle noch mehr Zeit und Geld sparen, indem sie Maschinenbauern und Endbenutzern einfache, offene Programmieroptionen bieten.

Die Nachkaufphase
oder Was bedeutet „lebenslang geschmiert“?
Nach der Inbetriebnahme des Systems können Wartungsarbeiten die Betriebskosten über die gesamte Lebensdauer um mehrere tausend Dollar erhöhen. Dieser wichtige Aspekt wird von Maschinenbauern (und der Einkaufsabteilung) oft unterschätzt. Einige Linearprodukte werden geschickt als „lebenslang geschmiert“ vermarktet.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Lebensdauer (Anzahl der zurückgelegten Meter oder Umdrehungen) oft ohne Belastung des Systems angegeben wird. Achten Sie darauf, das Kleingedruckte des Herstellers zu verstehen. Bei einer Belastung von nur 45 kg kann sich die Lebensdauer dieser lebensdauergeschmierten Komponenten um das Fünffache reduzieren, beispielsweise von 25.000 km auf 5.000 km.

Bei einer Maschine mit einem Hub von einem Meter und einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde, die 16 Stunden am Tag läuft, entspricht dies einem Verlust von etwa einem vollen Lebensjahr. Bei einem planmäßigen Austausch des Linearsystems alle drei Jahre erhöht sich die Austauschhäufigkeit durch ein verlorenes Lebensjahr um 33 Prozent.

Um Wartungs- oder Austauschkosten zu senken, wählen Sie ein Linearsystem mit Vollkontaktdichtungen. Diese gewährleisten die Schmierung der beweglichen Komponenten und verhindern das Eindringen von Verunreinigungen. Auch der Nachschmieraufwand lässt sich durch ein System mit leicht zugänglichen Schmieranschlüssen oder die Möglichkeit eines automatischen Schmiersystems reduzieren. Das Wartungspersonal wird ein solches Design zu schätzen wissen.

Über Schmierung und vorbeugende Wartung hinaus ist manchmal eine Reparatur oder Modernisierung einer Maschine notwendig, um die Leistung zu steigern. Dies erfordert oft den Austausch oder die Modernisierung des Linearsystems. In vielen Fällen muss nicht das gesamte Linearsystem modernisiert oder ausgetauscht werden, sondern nur ein oder zwei Komponenten.

Einige Hersteller von Linearprodukten erleichtern den Austausch nur eines Teils ihres Systems, indem sie austauschbare Komponenten anbieten, beispielsweise Profilschienen und Führungswagen. Dies reduziert nicht nur die Kosten der benötigten Teile, sondern auch den Zeitaufwand für die Änderungen an der Maschine. Mit austauschbaren Komponenten können die Kosten für den Austausch oder die Aufrüstung eines Linearsystems um 75 Prozent gesenkt werden, beispielsweise wenn nur der Führungswagen und nicht die Profilschiene ausgetauscht werden muss.

TCO relativiert niedrigen Preis
Die heutige Fertigungsumgebung ist zunehmend von Lean-Initiativen geprägt, um Verschwendung so weit wie möglich zu reduzieren. Lean Thinking wird jedoch häufig nur zur Reorganisation von Fertigungsprozessen eingesetzt.

Wie wir gesehen haben, kann die Reduzierung von Verschwendung zur Optimierung der Gesamtbetriebskosten in jeder Phase eines Investitionsgüterprojekts erfolgen. Von der anfänglichen Forschung und Entwicklung über die Anschaffungs- und Inbetriebnahmekosten bis hin zu Betrieb und Wartung Ihres Systems trägt alles zu Ihren Gesamtbetriebskosten bei.

Betrachten Sie nicht nur den Preis im Angebot des Anbieters, sondern auch die Kosten für Spezifikation, Design, Kauf und Wartung des Systems. Die kurzfristigen Einsparungen durch den Kauf der Produkte mit dem niedrigsten Anschaffungspreis werden schnell durch unerwartete Kosten in anderen Bereichen zunichte gemacht.

Wenn bei der Spezifikation und dem Kauf von Fertigungstechnologien die Gesamtbetriebskosten (TCO) berücksichtigt werden, können Sie hervorragende Fertigungsergebnisse erzielen, Abfall vermeiden, die Mitarbeiterzufriedenheit verbessern, Umsatz und Gewinn steigern und die Qualität erhöhen.