Es mag Ihnen nicht bewusst sein, aber viele Produkte, die Sie kaufen, kosten tatsächlich viel mehr als der ursprüngliche Kaufpreis. Nehmen wir beispielsweise an, Sie haben 25.000 Dollar für Ihr Fahrzeug bezahlt. Wie viele Kilometer fahren Sie und wie viele Liter Benzin verbrauchen Sie pro Woche? Wie oft wechseln Sie das Öl, lassen Sie die Reifen rotieren oder andere Wartungsarbeiten durchführen?

Über einen Zeitraum von fünf Jahren können die Betriebskosten Ihres Fahrzeugs leicht 12.000 US-Dollar erreichen – das entspricht etwa der Hälfte des Fahrzeugpreises. Auch die Zeit, die Sie für Online-Recherchen, das Lesen von Testberichten und die Besichtigung potenzieller Fahrzeuge aufwenden, trägt zu den Fahrzeugkosten bei.

Eine ähnliche Logik gilt für den Kauf von Investitionsgütern: Es ist leicht, sowohl vor als auch nach dem Kauf unerwartete Kosten in die Besitzerfahrung einfließen zu lassen, wenn man nur den anfänglichen Kaufpreis betrachtet.

Die kurzfristig vermeintlich günstige Lösung kann langfristig teurer werden. In diesem Artikel untersuchen wir, wie sich die Gesamtbetriebskosten (TCO) auf Linearantriebssysteme auswirken.

Lineare Bewegungssysteme, auch als Linearmodule oder elektromechanische Aktuatoren bezeichnet, kombinieren typischerweise einen linearen Antriebsmechanismus, wie z. B. eine Präzisionskugelgewindespindel oder einen Zahnriemen, mit einem linearen Führungssystem – oft einer Kugel-Schienen- oder Kurvenrollenführung – in einem Gehäuse, um eine einzelne lineare Achse zu erzeugen.

Es stehen zahlreiche Größen und Ausführungen zur Verfügung, wodurch sie sich leicht zu kundenspezifischen Mehrachsen-Robotersystemen für ein breites Anwendungsspektrum kombinieren lassen.

Extrem kleine Systeme können kombiniert werden, um beispielsweise ein 3-Achsen-Dosiersystem für die Laborautomatisierung zu schaffen, oder sehr große Systeme können verwendet werden, um ein Handhabungssystem für schwere Automobilkomponenten zu bauen.

Für ein stärker integriertes System werden Motoren, Antriebsverstärker und Steuerungen benötigt. Um die Spezifikation und Bestellung zu vereinfachen, bieten einige Unternehmen im Bereich der Lineartechnik mittlerweile komplette, vorkonfigurierte kartesische Bewegungssysteme an.

Medizinproduktehersteller und Verpackungsunternehmen entscheiden sich oft für diese vorkonfigurierten, vormontierten Systeme, um den Zeitaufwand und die Mühe der Montage und Ausrichtung mehrerer Achsen, der Auswahl der richtigen Motor- und Antriebskombination und der Entwicklung von Montageschnittstellen zu vermeiden. Dadurch können sie sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren: Geräteherstellung, Hochdurchsatz-Screening oder Verpackung.

TCO angewendet auf lineare Bewegung
Das Prinzip der Gesamtbetriebskosten wurde erstmals in den 1980er Jahren definiert, um die Kosten der Einführung von Personalcomputern am Arbeitsplatz zu quantifizieren.

Seitdem findet die TCO-Theorie in allen wichtigen Branchen, einschließlich der Fertigungsindustrie, breite Anwendung, 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 die Qualität und den Gewinn steigern.

Bei mangelhafter Umsetzung können diese Gewinne jedoch durch Nacharbeiten, Neukonstruktionen oder unerwartete Wartungskosten wieder zunichtegemacht werden. In unserem Beispiel mit dem Auto haben wir die laufenden Betriebs- und Wartungskosten neben dem Kaufpreis als wichtige Faktoren berücksichtigt. Doch welche Aspekte sollten Sie bei der Kostenbewertung eines Linearbewegungssystems berücksichtigen? In diesem Fall treten ungeplante oder selten beachtete Kosten häufig in drei verschiedenen Phasen der Systemimplementierung auf.

Vorbereitende Aktivitäten vor dem Kauf, wie z. B. Design und Spezifikation.
Einkauf, einschließlich Bestellung, Warenannahme, Systemmontage und Inbetriebnahme.
Die Phase nach dem Kauf, einschließlich der Wartung und der möglichen Wiederverwendung Ihres Systems.

Die Phase vor dem Kauf: Der entscheidende Ausgangspunkt
Die Phase vor dem Kauf ist die wichtigste Phase bei der Implementierung eines Linearantriebssystems. In dieser Phase hängen die Kostenfaktoren, die die Gesamtbetriebskosten (TCO) beeinflussen, vom Zeitaufwand für die Entwicklung, Spezifikation und Beschaffung des passenden Linearantriebssystems ab. Durch die richtige Auswahl in der Phase vor dem Kauf lässt sich Zeit bei der Systementwicklung und der Beschaffung der Komponenten sparen. Eine frühzeitige und korrekte Entscheidung gewährleistet zudem eine reibungslose Inbetriebnahme und einen störungsfreien Betrieb. Mit guter Planung können hier Kosten gespart werden, 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 die Dimensionierung und Auswahl zu vereinfachen, bieten die meisten renommierten Hersteller von Linearantrieben umfangreiche webbasierte Tools zur Dimensionierung und Auswahl an.

Ein typisches dreiachsiges kartesisches System benötigt normalerweise mindestens 17 Stunden Entwicklungszeit allein für die Dimensionierung, um sicherzustellen, dass die Module die Anwendungsanforderungen erfüllen – weder zu klein noch zu groß. Beispielsweise erfordert die Laborautomatisierung oft kleinere Systeme. Ist das System größer als für die Anwendung nötig, werden sowohl Geld als auch Platz verschwendet.

Gute Dimensionierungswerkzeuge führen den Anwender durch die wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren und können die Berechnungszeit auf drei Stunden oder weniger verkürzen. In Kombination mit automatisierten Zeichnungsgeneratoren, die auch für komplexe Systeme sofortigen Zugriff auf 2D- und 3D-Modelle ermöglichen, kann der Anwender allein bei den Entwicklungskosten 1.120 US-Dollar oder mehr einsparen.

Die durch gute Planung erzielten Kosteneinsparungen gehen weit über die eingesparte Entwicklungszeit hinaus. Man denke nur an die Folgen eines mangelhaft entwickelten Systems. Ein System, das nicht robust genug für die jeweilige Anwendung ist, führt nach der Installation zu enormen Kosten durch schlechte Leistung, Produktivitätsverluste und Umsatzeinbußen aufgrund verpasster Markteinführungschancen.

Berücksichtigen Sie außerdem die zusätzlichen Kosten und den Aufwand für die Entfernung des ineffektiven Systems, die Anpassung der Anwendung, die Neubestellung, die Neuinstallation und die Inbetriebnahme eines neuen Systems. Der damit verbundene Zeit- und Geldverlust kann leicht Tausende von Dollar übersteigen und Ihnen, falls Sie Maschinenbauer sind, möglicherweise einen Kunden kosten.

Sobald das Linearantriebssystem ausgewählt und in die Anwendung integriert ist, beginnen die Beschaffungsaktivitäten. Einige Unternehmen bieten eine einzige Artikelnummer für ein komplettes, mehrachsiges elektromechanisches System an, wodurch der Bestellvorgang vereinfacht wird, da 20 oder 30 Artikelnummern auf eine reduziert werden.

Das Ergebnis: Einsparungen bei der Anzahl der Lieferanten, Bestellungen und Artikelpositionen, was wiederum zu Zeitersparnissen in den 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 summieren (siehe Tabelle 1). Und falls Sie ein zweites System bestellen müssen, sind die wiederkehrenden Kosteneinsparungen bereits berücksichtigt.

Nach Erhalt des Linearbewegungssystems kann die Montage und Inbetriebnahme viel Zeit in Anspruch nehmen. Um die Kosten in dieser Phase des Produktlebenszyklus zu reduzieren, ist es wichtig, ein System zu wählen, das sich einfach installieren lässt und keine komplexen Inbetriebnahmeprozeduren 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 haben diese Kosteneinsparungen erkannt und setzen daher auf vorkonfigurierte kartesische Systeme, um ihre Kosten und Lieferzeiten zu reduzieren. Als Wettbewerbsvorteil geben sie diese Einsparungen an ihre Endkunden weiter.

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

Die Phase nach dem Kauf
Oder: Was bedeutet „lebenslang geschmiert“?
Nach der Inbetriebnahme können Wartungsarbeiten die Gesamtbetriebskosten über die gesamte Lebensdauer des Systems um mehrere Tausend Dollar erhöhen. Dieser Aspekt wird von Maschinenkonstrukteuren (und der Einkaufsabteilung) oft unterschätzt. Manche Linearprodukte werden geschickt mit dem Slogan „lebensdauergeschmiert“ vermarktet.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Lebensdauer (Anzahl der zurückgelegten Meter oder Umdrehungen) oft ohne Belastung des Systems angegeben wird. Lesen Sie daher unbedingt das Kleingedruckte des Herstellers. Bereits eine Belastung von nur 45 kg kann die Lebensdauer dieser als „lebensdauergeschmiert“ beworbenen Bauteile um das Fünffache reduzieren, beispielsweise von 25.000 km auf 5.000 km.

Bei einer Maschine mit einem Meter Hub, die 16 Stunden täglich mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s läuft, entspricht dies einem Verlust von etwa einem Jahr Lebensdauer. Wenn der planmäßige Austausch des Linearantriebssystems alle drei Jahre erfolgt, erhöht ein verlorenes Jahr die Austauschhäufigkeit um 33 Prozent.

Um Wartungs- und Austauschkosten zu senken, empfiehlt sich ein Linearführungssystem mit vollflächigen Dichtungen. Diese halten das Schmiermittel in den beweglichen Komponenten und verhindern das Eindringen von Verunreinigungen. Der Zeit- und Arbeitsaufwand für die Nachschmierung lässt sich zudem durch leicht zugängliche Schmiernippel oder die Möglichkeit des Einsatzes eines automatischen Schmiersystems reduzieren. Das Wartungspersonal wird diese Konstruktion zu schätzen wissen.

Neben Schmierung und vorbeugender Wartung ist es manchmal notwendig, eine Maschine zu reparieren oder aufzurüsten, um ihre Leistung zu steigern. Dies beinhaltet oft den Austausch oder die Modernisierung des Linearantriebssystems. In vielen Fällen muss nicht das gesamte Linearsystem modernisiert oder ersetzt werden – es reichen ein oder zwei Komponenten aus.

Einige Hersteller von Linearprodukten erleichtern den Austausch einzelner Systemkomponenten durch austauschbare Bauteile – beispielsweise Profilschienen und Laufrollen. Dies reduziert nicht nur die Kosten der benötigten Teile, sondern auch den Zeitaufwand für die Umrüstung der Maschine. Mit austauschbaren Bauteilen lassen sich die Kosten für den Austausch oder die Modernisierung eines Linearsystems beispielsweise um bis zu 75 Prozent senken, wenn nur die Laufrolle und nicht die Profilschiene ersetzt werden muss.

TCO setzt den niedrigen Preis in den Kontext
Die heutige Fertigungsumgebung ist zunehmend von Lean-Initiativen geprägt – mit dem Ziel, Verschwendung so weit wie möglich zu reduzieren. Lean-Prinzipien werden jedoch häufig nur zur Reorganisation von Fertigungsprozessen eingesetzt.

Wie wir gesehen haben, lässt sich die Abfallreduzierung zur Optimierung der Gesamtbetriebskosten in jeder Phase eines Investitionsprojekts umsetzen. Von der ersten Recherche und Planung über die Anschaffungs- und Inbetriebnahmekosten bis hin zum Betrieb und der Wartung Ihres Systems trägt alles zu Ihren Gesamtbetriebskosten bei.

Betrachten Sie nicht nur den im Angebot des Anbieters genannten Preis, sondern berücksichtigen Sie 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 von unerwarteten Kosten in diesen anderen Bereichen übertroffen.

Die Erzielung von Fertigungsexzellenz, die Vermeidung von Verschwendung, die Verbesserung der Mitarbeiterzufriedenheit, die Steigerung von Umsatz und Gewinn sowie die Erhöhung der Qualität können allesamt erreicht werden, wenn bei der Spezifizierung und dem Kauf von Fertigungstechnologien TCO-Überlegungen (Total Cost of Ownership) berücksichtigt werden.