10 Regeln, die Fertigungskosten senken

Wer Fertigungskosten senken will, fängt meist beim Stundensatz an, beim Einkaufspreis oder bei der Maschinenlaufzeit. Dabei ist der größte Teil der Kosten zu diesem Zeitpunkt längst festgelegt. Nicht in der Fertigung, sondern am CAD. Eine Toleranz, die aus einer alten Zeichnung übernommen wurde. Eine scharfe Innenecke, die kein Fräser herstellen kann. Eine Bohrung von der Rückseite, die eine zweite Aufspannung erzwingt. Jede dieser Entscheidungen kostet in der Konstruktion eine Minute und in der Fertigung bei jedem einzelnen Teil Geld. Bei Fakler sitzen Konstruktion und CNC-Fertigung im selben Haus. Wir sehen deshalb jeden Tag, welche Details an der Maschine Zeit fressen und welche nicht.

Die Fachliteratur zum kostengünstigen Konstruieren nennt seit Jahrzehnten dieselbe Faustregel: Entwicklung und Konstruktion verursachen selbst nur einen kleinen Teil der Produktkosten, legen aber rund 70 bis 80 % der späteren Kosten fest. Die Richtlinie VDI 2235 widmet sich genau diesem Thema, den wirtschaftlichen Entscheidungen beim Konstruieren.

Der Grund ist einfach. Werkstoff, Rohteilmaß, Bearbeitungsrichtungen, Toleranzen und Oberflächen bestimmen, welche Maschine gebraucht wird, wie oft ein Teil umgespannt werden muss und wie aufwendig die Prüfung ausfällt. Dazu kommt: Jede Änderung wird mit jedem Projektschritt teurer. Im 3D-Modell ist sie schnell erledigt. Nach der Zeichnungsfreigabe zieht sie Abstimmungen, neue Programme und im ungünstigsten Fall Ausschuss nach sich.

Fertigungsgerechte Konstruktion, international Design for Manufacturing (DFM), heißt: Ein Bauteil erfüllt seine Funktion zuverlässig und lässt sich trotzdem mit möglichst wenig Aufwand herstellen, prüfen und montieren. Die Funktion steht dabei immer an erster Stelle. Fertigungsgerecht heißt nicht billig um jeden Preis. Es heißt, keine Anforderung in die Zeichnung zu schreiben, die das Bauteil nicht braucht.

Enge Toleranzen gehören zu den größten Kostentreibern. Jede Verschärfung kann zusätzliche Schlichtgänge, Schleifen oder eine temperierte Messung auslösen. Branchenangaben nennen je Toleranzstufe schnell 15 bis 30 % Mehraufwand. Lager, Führungen und Zentrierungen brauchen enge Werte. Freimaße und Außenkonturen ohne Anschlussteil kommen mit der Allgemeintoleranz nach ISO 2768-1 aus. Die einfachste Prüffrage: Was passiert funktional, wenn dieses Maß am Rand der Allgemeintoleranz liegt? Lautet die Antwort „nichts“, braucht es keine Einzeltoleranz. Mehr dazu im Beitrag Toleranzen im Maschinenbau.

Ra 3,2 µm ist beim Schlichtfräsen in der Regel ohne Zusatzaufwand erreichbar, häufig auch Ra 1,6 µm. Darunter wird es teuer, weil Feinschlichten, Schleifen oder Polieren dazukommen. Bewährt hat sich eine allgemeine Oberflächenangabe für das ganze Teil und feinere Werte nur an Dichtflächen, Gleitflächen oder Lagersitzen. Bei Teilen, die ohnehin eloxiert oder beschichtet werden, lohnt die Frage, welche Rauheit danach überhaupt noch zählt.

Ein Fräser ist rund. Scharfe Innenecken in Taschen entstehen nur durch Erodieren oder Stoßen, und das kostet ein Vielfaches. Auch sehr kleine Radien treiben die Kosten, weil sie lange, dünne Werkzeuge mit geringen Schnittwerten erfordern. Als Richtwert sollte der Innenradius mindestens ein Drittel der Taschentiefe betragen und an einem Bauteil möglichst einheitlich sein. Muss ein scharfkantiges Gegenstück hinein, sind Freistiche in den Ecken meist günstiger als ein erodiertes Profil.

Jede zusätzliche Aufspannung bedeutet Rüstzeit, eine neue Nullpunktbestimmung und ein weiteres Risiko für Lagefehler. Bohrungen, Taschen und Funktionsflächen, die von derselben Seite erreichbar sind, entstehen in einem Zug. Schräge Bohrungen gehen auf unserer DMG CMX 50 U mit fünf Achsen zwar problemlos, sollten aber bewusst gewählt sein. Ein Tipp aus der Fertigung: Bei schwer greifbaren Teilen eine Spannfläche einplanen. Ein paar Millimeter Material, die am Ende abgetrennt werden, sind oft günstiger als eine eigene Vorrichtung.

Durchmesser, die einem Standardbohrer entsprechen, entstehen in einem Arbeitsgang. Zwischenmaße brauchen Fräser oder Reibahle und damit mehr Zeit. Tiefe Bohrungen über etwa das Vierfache des Durchmessers sind möglich, aber aufwendig. Durchgangsbohrungen sind einfacher als Sacklöcher. Und Gewinde müssen nicht endlos lang sein: Die Tragfähigkeit entsteht vor allem in den ersten Gängen, deutlich mehr als das Dreifache des Nenndurchmessers bringt in der Regel keine zusätzliche Festigkeit.

Dünne Wände und hohe, schmale Stege schwingen beim Fräsen. Das Ergebnis sind Rattermarken, Maßabweichungen und langsamere Schnittwerte, manchmal auch Verzug nach dem Ausspannen. Wo die Funktion es erlaubt, lohnen sich etwas dickere Wände oder eine Versteifungsrippe. Symmetrische Geometrien und gleichmäßige Wandstärken senken zusätzlich das Risiko, dass sich Eigenspannungen aus dem Halbzeug beim Zerspanen lösen.

Der Werkstoff wirkt doppelt: über den Materialpreis und über die Zerspanbarkeit. Edelstahl lässt sich deutlich langsamer bearbeiten als Aluminium und verschleißt Werkzeuge schneller. Die Frage lautet also, welcher Werkstoff der günstigste ist, der alle Anforderungen erfüllt. Genauso wichtig ist das Rohteil. Liegt die Außenkontur knapp über einer Standardabmessung, muss das nächstgrößere Halbzeug her, mit mehr Material und mehr Zerspanvolumen.

Stifte, Buchsen, Führungselemente, Federn oder Spannelemente gibt es als Normteil oder Katalogteil in großer Auswahl. Sie sind erprobt, dokumentiert und fast immer günstiger als eine Einzelanfertigung. Wer zusätzlich auf bereits gefertigte Wiederholteile zurückgreift, spart Konstruktionszeit, Programmierung und Erstmusterprüfung.

Jedes Einzelteil bedeutet eine Zeichnung, eine Stücklistenposition, Beschaffung, Prüfung und mindestens einen Montageschritt. Teile zusammenzufassen lohnt sich aber nur mit Augenmaß. Ein hochintegriertes Bauteil, das sechs Aufspannungen braucht, kann teurer sein als zwei einfache Teile mit einer Schraube. Für die Montage gilt: eindeutige Fügerichtung, verwechslungssichere Teile, Einführschrägen und gut erreichbare Verbindungselemente.

Die wirksamste Regel ist organisatorisch. Ein kurzer Blick eines erfahrenen Zerspaners auf das 3D-Modell zeigt oft in wenigen Minuten, welche Geometrie unnötig aufwendig ist. Dabei zählt die Stückzahl. Beim Einzelteil dominieren Rüsten und Programmieren, hier zahlen sich einfache Geometrien und wenige Aufspannungen am stärksten aus. In der Serie rückt die Bearbeitungszeit pro Teil in den Vordergrund, und auch eine Vorrichtung kann sich dann rechnen. Wer eine komplette Sondermaschine plant, findet im Beitrag Was kostet eine Sondermaschine? die wichtigsten Kostentreiber auf Anlagenebene.

Bei Fakler Engineering in Laupheim arbeiten zehn Konstrukteure im selben Haus wie die eigene CNC-Fertigung. Rückfragen gehen über kurze Wege statt über Lieferantengrenzen, und Rückmeldungen aus der Zerspanung fließen direkt in die nächste Konstruktionsschleife ein. 2025 sind so über 6.000 Bauteile entstanden, bei einer Reklamationsquote unter 0,1 %. Kleine Teile bis 120 × 100 × 100 mm laufen auf unserer Automationszelle mit 60 Spannplätzen, was auch kleine Losgrößen wirtschaftlich macht.

Das gilt auch für bestehende Bauteile. Viele Kunden kommen mit Zeichnungen, deren Teile zu teuer oder schwer zu fertigen sind. Wir prüfen die Konstruktion und schlagen konkrete Änderungen vor, bevor gefertigt wird.