Lohnt sich CNC-Drehen für Einzelteile und Prototypen?

Antwort für die Sprachsuche:

Ja, CNC-Drehen lohnt sich auch für Einzelteile, wenn hohe Präzision, komplexe Geometrien oder schwer zerspanbare Werkstoffe gefordert sind. Allerdings sind die Stückkosten bei Prototypen aufgrund der einmaligen Programmierung und Einrichtung der Maschine (Rüstkosten) deutlich höher als bei einer Serienfertigung, wo sich diese Fixkosten auf viele Einheiten verteilen.

1. Einleitung: Die ökonomische Realität der Fertigung in der DACH-Region

Die Fertigungslandschaft in Deutschland, Österreich und der Schweiz (DACH) nimmt weltweit eine Sonderstellung ein. Geprägt durch einen extrem hohen Anspruch an Präzision („German Engineering“) und gleichzeitig konfrontiert mit einigen der höchsten Lohn- und Energiekosten weltweit, stehen Unternehmen in diesem Raum unter einem enormen Effizienzdruck. In diesem Spannungsfeld müssen Einkäufer, Konstrukteure und Fertigungsleiter täglich abwägen: Wann ist der Einsatz hochtechnologischer, kapitalintensiver CNC-Maschinen (Computerized Numerical Control) gerechtfertigt und wann ist das konventionelle Handwerk an der Drehbank die wirtschaftlichere Alternative?

Besonders bei der Beschaffung von Einzelteilen, Ersatzteilen und Prototypen ist diese Entscheidung nicht trivial. Während die Serienfertigung längst standardisiert auf CNC-Automaten läuft, ist die „Losgrösse 1“ ein komplexes ökonomisches Problem. Die Fixkosten der Fertigungsvorbereitung – Programmierung, Werkzeugauswahl, Maschineneinrichtung – schlagen bei einem einzigen Bauteil voll durch.

Dieser Bericht analysiert die Kostenstrukturen, technologischen Implikationen und strategischen Hebel für die Beschaffung von Drehteilen im DACH-Raum. Er richtet sich an technische Einkäufer, Entwicklungsingenieure und Fertigungsplaner, die verstehen müssen, wie sich Preise bilden und wie diese durch intelligentes Design („Design for Manufacturing“) aktiv beeinflusst werden können. Wir untersuchen die Break-Even-Punkte zwischen manueller und automatisierter Fertigung und beleuchten, warum die Skalierungseffekte im CNC-Bereich oft drastischer ausfallen als in anderen Fertigungsverfahren.

1.1 Der Strukturwandel in der Zerspanungstechnik

Historisch betrachtet war die Dreherei ein Handwerk. Der Facharbeiter an der konventionellen Drehbank bestimmte durch seine Hand-Auge-Koordination die Qualität. Mit dem Einzug der CNC-Technik verlagerte sich die Kompetenz zunehmend in die Arbeitsvorbereitung und Programmierung. In der DACH-Region führte dies zu einer Professionalisierung, aber auch zu einer Kostenexplosion bei den Stundensätzen, da teure Maschinen und hochqualifizierte CAM-Programmierer (Computer Aided Manufacturing) finanziert werden müssen.

Dennoch hat das konventionelle Drehen nicht ausgedient. Es besetzt Nischen, in denen die Flexibilität des menschlichen Bedieners die Starrheit des Programmierprozesses schlägt. Wir werden sehen, dass die Antwort auf die Frage „Lohnt sich CNC?“ nicht binär ist, sondern von einem Vektor aus Geometrie, Material, Toleranz und Zeit abhängt.

2. Technologische Grundlagen und Kostenimplikationen

Um die Wirtschaftlichkeit zu beurteilen, ist ein tiefes Verständnis der beiden konkurrierenden Technologien notwendig. Die Wahl des Verfahrens definiert die Kostenstruktur.

2.1 Konventionelles Drehen: Die Charakteristik der manuellen Arbeit

Beim konventionellen Drehen werden die Vorschubbewegungen und Schnitttiefen manuell über Handräder oder einfache Vorschubgetriebe eingestellt.

Prozessarchitektur bei Losgrösse 1:

Der Prozess ist extrem schlank. Ein Zeichnungsteil wird analysiert, der Rohling eingespannt, und der Dreher beginnt unmittelbar mit der Zerspanung. Es gibt keine digitale Abstraktionsebene; der Arbeiter steht im direkten haptischen Kontakt zum Prozess.

• Vorteil der Unmittelbarkeit: Für einfache Geometrien (z.B. Abdrehen eines Durchmessers, Plandrehen einer Fläche) ist die „Time-to-Chip“ (Zeit bis der erste Span fällt) unschlagbar kurz. Es fallen keine Programmierkosten an.

• Kostenstruktur: Die Kosten sind fast rein variabel und linear zur Bearbeitungszeit. Der Maschinenstundensatz ist niedrig, da die Maschinen oft längst abgeschrieben sind und weniger Wartung benötigen. In der DACH-Region liegen typische Sätze für konventionelles Drehen bei 45–65 € bzw. 80–110 CHF.

• Grenzen: Die Komplexität ist durch die Kinematik begrenzt. Kontinuierliche Radien, komplexe Freiformflächen oder hochpräzise Gewindesteigungen sind manuell nur sehr schwer und zeitaufwendig herzustellen. Zudem ist die Wiederholgenauigkeit menschlich limitiert.

2.2 CNC-Drehen: Die Ökonomie der Automatisierung

CNC-Drehen basiert auf der digitalen Steuerung der Maschinenachsen durch einen G-Code.

Prozessarchitektur bei Losgrösse 1:

Der Prozess ist zweigeteilt in Rüstung/Programmierung (Fixkostenblock) und Fertigung (Variabler Block).

1. Programmierung: Ein CAM-System oder die Maschinensteuerung muss programmiert werden. Dies erfordert ein 3D-Modell oder eine detaillierte Zeichnung.

2. Rüsten: Werkzeuge müssen vermessen und in den Revolver geladen werden. Nullpunkte müssen definiert werden.

3. Einfahren: Das erste Teil wird oft vorsichtig „eingefahren“, um Kollisionen zu vermeiden.

• Kapitalkosten: Eine moderne CNC-Drehmaschine kostet zwischen 100.000 € und 500.000 €. Dies resultiert in hohen Maschinenstundensätzen (60–150 € in Deutschland, bis zu 200 CHF in der Schweiz).

• Präzision als Kostentreiber: CNC ermöglicht Toleranzen im Mikrometerbereich (IT6, IT5). Diese Präzision erfordert jedoch klimatisierte Hallen, teure Messmittel und hochwertige Werkzeuge, was die Overhead-Kosten treibt.

2.3 Systemvergleich der Kostenarten

3. Analyse der Losgrösse 1: Der Break-Even-Point

Die zentrale wirtschaftliche Frage ist der „Break-Even-Point“ (Gewinnschwelle), ab dem der Wechsel von konventionell zu CNC sinnvoll ist.

3.1 Kostenstruktur im Vergleich

Die Berechnung der Stückkosten unterscheidet sich fundamental zwischen den Verfahren:

Bei der konventionellen Fertigung setzen sich die Kosten fast ausschliesslich aus der direkten Bearbeitungszeit und den Materialkosten zusammen. Da kaum Rüstzeit anfällt, ist der Preis für das erste Teil nahezu identisch mit dem Preis für das zehnte Teil.

Bei der CNC-Fertigung hingegen gibt es einen massiven Block an Fixkosten. Bevor der erste Span fällt, müssen das Programm geschrieben und die Maschine eingerichtet werden. Diese Kosten fallen einmalig an, egal ob ein Stück oder tausend Stück produziert werden. Bei einem Einzelteil muss dieses eine Teil die gesamten Vorbereitungskosten tragen, was den Preis extrem in die Höhe treibt.

3.2 Szenario-Analyse: Wann kippt die Entscheidung?

Fallstudie 1: Einfacher Bolzen (Länge 50mm, Durchmesser 20mm, 2 Absätze)

• Konventionell: Rüstzeit 10 min, Bearbeitungszeit 15 min. Gesamtzeit: 25 min. Kosten bei 80 €/h Satz: 33,33 €.

• CNC: Programmierung 20 min, Rüsten 30 min, Bearbeitung 3 min. Gesamtzeit: 53 min. Kosten bei 100 €/h Satz: 88,33 €.

• Ergebnis: Konventionell ist fast 3x günstiger.

Fallstudie 2: Konturteil (Halbkugel, Passung H7, Gewinde M20x1.5)

• Konventionell: Rüstzeit 20 min. Die Kugelform erfordert Formwerkzeuge oder manuelles "Kurbeln" (ungenau). Bearbeitungszeit sehr hoch (60 min) wegen ständiger Messung der Passung. Kosten: 106 €.

• CNC: Programmierung 30 min (im CAM schnell erstellt), Rüsten 30 min, Bearbeitung 5 min. Gesamtzeit: 65 min. Kosten: 108 €.

• Ergebnis: Kostengleichheit (Parität). Aber: Die CNC-Qualität ist bei der Kugelform und Passung weit überlegen. Hier entscheidet die Qualität zugunsten der CNC, auch wenn der Preis ähnlich ist.

Fallstudie 3: Prototyp aus Titan Grade 5 (Schwer zerspanbar)

• Konventionell: Hohes Risiko von Werkzeugbruch und Werkstückverlust durch manuelle Vorschubschwankungen. Extrem langsame Bearbeitung nötig.

• CNC: Kontrollierte Schnittwerte, Hochdruckkühlung. Prozesssicherheit garantiert das teure Rohteil.

• Ergebnis: CNC ist wirtschaftlicher, da das Ausschussrisiko beim manuellen Drehen zu hoch wäre.

3.3 Der "Hidden Cost" Faktor Qualität

Ein oft übersehener Aspekt in der reinen Kostenrechnung ist die Qualitätssicherung. Ein konventionell gefertigtes Einzelteil unterliegt menschlichen Schwankungen. Wenn der Prototyp für Validierungstests verwendet wird, muss er exakt die Eigenschaften der späteren Serie aufweisen. Ein CNC-gefertigter Prototyp liefert genau diese Datenvalidität. Ein manueller Prototyp könnte "zu gut" (Handpoliert) oder "zu schlecht" (Toleranzabweichung) sein und Testergebnisse verfälschen. Insight: Für funktionale Prototypen in der DACH-Automobil- oder Medizintechnikbranche ist CNC daher oft Pflicht, unabhängig von den Mehrkosten.

4. Skalierungseffekte: Die drastische Preissenkung ab 10-50 Stück

Sobald die Losgrösse steigt, entfaltet die CNC-Technik ihre volle wirtschaftliche Macht. Dies ist der Bereich, in dem Einkäufer die grössten Hebel haben.

4.1 Die Kostenkurve und ihre Wendepunkte

Der Preisverlauf bei CNC-Teilen zeigt eine starke Degression:

• 1 bis 10 Stück: Hier findet der steilste Preisverfall statt. Die Rüstkosten (Setup), die oft mehrere hundert Euro betragen können (z.B. 150-300 € für komplexe Teile), verteilen sich extrem schnell. Ein Sprung von 1 auf 5 Teile reduziert den Stückpreis oft um 60-80%.

• 10 bis 50 Stück: Die Kurve flacht langsam ab. Hier beginnen Optimierungen der Zykluszeit zu greifen. Der Programmierer kann bei 50 Teilen Zeit investieren, um den Pfad zu optimieren und Sekunden zu sparen, was bei 1 Stück unwirtschaftlich wäre.

• Ab 100 Stück: Der Preis nähert sich den reinen Material- und Maschinenlaufzeitkosten an. Die Fixkosten pro Stück werden vernachlässigbar.

Beispielrechnung aus der Praxis (Aluminiumteil):

Datenquelle: Aggregiert aus

4.2 Strategische Bündelung für Einkäufer

Die Analyse der Kurve zeigt ein klares Handlungsmuster für den Einkauf in der DACH-Region:

1. Vermeidung der "Eins": Wenn technisch vertretbar, sollten immer mindestens 3-5 Teile bestellt werden. Die Zusatzkosten für 2-4 weitere Teile sind oft marginal im Vergleich zu den Rüstkosten. Diese "Überproduktion" dient als günstiges Lager für Ersatzteile oder zerstörende Prüfungen.

2. Jahresbedarfe abrufen: Statt 4-mal im Jahr 25 Stück zu bestellen (4x Rüstkosten), ist ein Rahmenauftrag über 100 Stück mit Teillieferungen (1x Rüstkosten + Lagerkosten) fast immer günstiger. Lagerkosten für Drehteile sind in der Regel deutlich niedriger als Rüstkosten von CNC-Zentren (ca. 100-150 €/h Rüstzeit).

4.3 Die Rolle der Automatisierung bei mittleren Losgrössen

Ab Stückzahlen von 50 bis 100 kommen in modernen DACH-Fertigungen oft Beladeroboter oder Stangenlader zum Einsatz.

• Stangenlader: Erlaubt den "Geisterschicht"-Betrieb. Die Maschine produziert nachts ohne Personal. Dies senkt den gemischten Stundensatz drastisch, da keine Personalkosten anfallen.

• Auswirkung: Für Losgrössen, die eine mannlose Schicht füllen, können DACH-Fertiger oft Preise anbieten, die mit Osteuropa oder Asien konkurrenzfähig sind, da der Lohnkostenanteil gegen Null geht.

5. Design for Manufacturing (DfM): Konstruktionstipps zur Kostensenkung

Der grösste Hebel zur Kostensenkung liegt nicht beim Einkäufer, sondern beim Konstrukteur. Untersuchungen zeigen, dass ca. 70% der Produktkosten in der Designphase festgelegt werden. Durch die Einhaltung spezifischer DfM-Regeln für das Drehen können die Rüst- und Laufzeiten signifikant reduziert werden.

5.1 Innenradien und Werkzeuggeometrie

Ein klassischer Kostentreiber sind scharfe Innenecken oder unnötig kleine Radien.

• Problem: Jede Wendeplatte hat einen Eckenradius (Standard: 0.4mm, 0.8mm, 1.2mm). Will der Konstrukteur eine "scharfe" Innenecke (R < 0.2mm), muss der Fertiger ein sehr spitzes, bruchempfindliches Werkzeug verwenden oder die Ecke freistechen. Beides kostet Zeit und Geld.

• Lösung: Definieren Sie Innenradien so gross wie möglich (mindestens R 0.8mm), damit stabile Standardwerkzeuge verwendet werden können. Noch besser: Erlauben Sie Radien als "R max", damit der Fertiger sein vorhandenes Werkzeug nutzen kann ohne Werkzeugwechsel.

5.2 Toleranzen: Der Preis der Perfektion

In der DACH-Region neigen Ingenieure zu "Angsttoleranzen".

• Kostenfaktor: Eine Passung IT6 (z.B. 20h6) ist um ein Vielfaches teurer als eine Allgemeintoleranz (ISO 2768-m). Sie erfordert häufiges Nachmessen, Kompensieren des Werkzeugverschleisses und potenziell klimatisiertes Fertigen.

• Faustformel: Jede Dezimalstelle mehr in der Toleranz (0.1 -> 0.01 -> 0.001) verdoppelt bis vervierfacht die Bearbeitungskosten für dieses Merkmal.

• Tipp: Spezifizieren Sie enge Toleranzen nur dort, wo sie funktional zwingend sind (Lagersitze, Dichtflächen). Alle anderen Flächen sollten grosszügig toleriert werden.

5.3 Verhältnis Bohrtiefe zu Durchmesser (L/D)

Tiefe Bohrungen sind im CNC-Drehen problematisch.

• Grenzwert: Bis 3x D (Durchmesser) ist Standard. Bis 5-6x D ist mit Standardbohrern machbar. Alles über 6x D erfordert Spezialwerkzeuge (Tieflochbohrer), spezielle Bohrzyklen (Entspanen) und birgt das Risiko von Bohrerverlauf.

• Kosten: Eine Bohrung mit 10x D kann 5-mal so viel kosten wie eine mit 3x D, aufgrund der langsamen Schnittwerte und Werkzeugkosten.

5.4 Standardisierung von Gewinden und Passungen

Vermeiden Sie exotische Gewinde (z.B. M13x0.75), wenn ein Standard (M12, M14) möglich ist.

• Rüstzeit: Für Standardgewinde sind Gewindebohrer oder Schneidplatten meist im Revolver der Maschine vorhanden. Für Sondergrössen muss extra bestellt und gerüstet werden. Das treibt die Kosten bei Einzelteilen massiv in die Höhe.

5.5 Vermeidung von Sekundäroperationen

Versuchen Sie, das Bauteil so zu gestalten, dass es "Done-in-One" gefertigt werden kann.

• Komplettbearbeitung: Moderne Dreh-Fräs-Zentren können Bohrungen und Fräsflächen anbringen. Wenn ein Teil jedoch eine Bohrung auf der Rückseite benötigt, die nicht in der Hauptspindel gefertigt werden kann, muss es manuell umgespannt werden. Das unterbricht den Prozess und erhöht die Kosten.

• Design-Tipp: Platzieren Sie komplexe Features wenn möglich auf einer Seite oder so, dass sie mit angetriebenen Werkzeugen (C-Achse, Y-Achse) erreichbar sind.

6. Rüstzeitoptimierung (SMED): Wie Fertiger die Kosten senken

Für den Kunden ist es wichtig zu verstehen, wie fortschrittliche Fertiger in der DACH-Region die Rüstzeiten bekämpfen. Dies hilft bei der Auswahl des richtigen Lieferanten. Ein Lieferant, der SMED (Single Minute Exchange of Die) beherrscht, kann Einzelteile günstiger anbieten.

6.1 Technische Rüstzeitminimierung

• Nullpunktspannsysteme: Erlauben den Wechsel von Spannfuttern in Sekunden mit Mikrometergenauigkeit. Das langwierige "Ausrichten" der Backen entfällt.

• Modulare Werkzeuge (z.B. Capto): Werkzeugköpfe werden gewechselt, nicht der ganze Halter. Die Wiederholgenauigkeit ist so hoch, dass oft kein neues Einmessen nötig ist.

• Werkzeugvoreinstellung: Werkzeuge werden extern vermessen, während die Maschine noch den vorherigen Auftrag produziert. Die Daten werden digital übertragen.

6.2 Organisatorische Massnahmen

• Standard-Werkzeugrevolver: Ein Teil der Werkzeugplätze (z.B. Schrupper, Schlichter, Standardbohrer) bleibt permanent in der Maschine. Nur spezifische Werkzeuge werden getauscht. Dies reduziert den Rüstaufwand drastisch.

• Teilefamilien-Fertigung: Ähnliche Teile (z.B. alle Wellen aus 1.4301 Edelstahl) werden gebündelt gefertigt, um Materialwechsel und Spannmittelwechsel zu vermeiden.

Einkäufer-Tipp: Fragen Sie potenzielle Lieferanten nach deren Rüststrategien. Ein Lieferant, der mit "hoher Flexibilität" und "Nullpunktspannsystemen" wirbt, ist für Prototypen oft die bessere Wahl als ein reiner Serienfertiger.

7. Marktpreise und Stundensätze in der DACH-Region (2024/2025)

Die Kostenkalkulation basiert massgeblich auf dem Maschinenstundensatz. Dieser variiert in der DACH-Region stark je nach Maschinentyp und Standort.

7.1 Übersicht der Maschinenstundensätze

Hinweis: Diese Werte sind Durchschnittswerte. In Ballungszentren (München, Zürich) können die Sätze höher liegen, in ländlichen Regionen (Ostdeutschland, Österreich) niedriger.

7.2 Zusammensetzung des Stundensatzes

Warum ist die CNC-Stunde so teuer?

1. Abschreibung: Eine High-End Drehmaschine kostet schnell 300.000 €. Diese Investition muss über 5-8 Jahre zurückverdient werden.

2. Energie: CNC-Maschinen haben hohe Anschlussleistungen (20-50 kW). Die gestiegenen Industriestrompreise in Deutschland schlagen direkt auf den Stundensatz durch.

3. Werkzeugkosten: Wendeplatten und Halter sind Verbrauchsmaterial. Pro Stunde fallen ca. 5–15 € reine Werkzeugkosten an.

4. Raumkosten: Die Maschinen benötigen Platz, Fundamente und Peripherie (Kühlschmierstoffanlagen, Späneförderer).

8. Fazit: Strategische Empfehlungen für Einkäufer

Die Frage "Lohnt sich CNC-Drehen für Einzelteile?" ist im Jahr 2026 differenzierter denn je zu beantworten. Während das konventionelle Drehen seinen festen Platz für Reparaturen und simpelste "Quick-Fixes" behält, hat die technologische Entwicklung die Wirtschaftlichkeitsgrenze der CNC-Technik weit nach unten verschoben.

Key Takeaways für Entscheider:

1. Komplexität erzwingt CNC: Sobald Radien, Passungen oder komplexe Gewinde im Spiel sind, ist CNC auch bei Stückzahl 1 wirtschaftlicher und qualitativ überlegen. Das Risiko von Ausschuss beim manuellen Drehen teurer Rohstoffe ist zu hoch.

2. Skalierung nutzen: Der Preissprung von 1 auf 10 Stück ist enorm (bis zu 80% Ersparnis pro Stück). Bestellen Sie strategisch mehr, als der aktuelle Projektstand erfordert, um Lagerbestände für Tests oder Ersatzteile günstig aufzubauen.

3. Design bestimmt den Preis: Nutzen Sie DfM. Vermeiden Sie scharfe Innenkanten, unnötig enge Toleranzen und exotische Gewinde. Ein Gespräch mit dem Fertiger vor der Finalisierung der Zeichnung spart oft 20-30% Kosten.

4. Partnerwahl: Für Prototypen benötigen Sie spezialisierte "Rapid Prototyping"-Dienstleister, keine Serienfertiger. Diese haben ihre Prozesse auf schnelle Rüstwechsel optimiert und bieten oft Online-Kalkulationen an, die Transparenz schaffen.

5. Standortvorteil DACH: Trotz höherer Stundensätze lohnt sich die lokale Fertigung für Einzelteile oft durch wegfallende Transportkosten, keine Zollproblematiken und die direkte Kommunikation in gleicher Zeitzone und Sprache, was Missverständnisse bei komplexen Prototypen minimiert.

Zusammenfassend lässt sich sagen: CNC-Drehen ist heute der Goldstandard, auch für kleine Losgrössen. Die höheren Initialkosten sind eine Investition in Präzision, Wiederholbarkeit und Materialvielfalt, die sich durch kluges Einkaufsverhalten und konstruktive Optimierung schnell amortisiert.