7 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Die Wirtschaftlichkeitsberechnung ist dann sinnvoll, wenn eine Firma plant, eine Investition durchzuführen. Hier kann es zu drei grundsätzlichen Fragestellungen kommen [59]:

• Gibt es für das benötigte Kapital außerhalb des Unternehmens eine bessere Verzinsung (Einzelne Investition)?
• Welche Investition ist die beste Alternative (Wahlproblem)?
• Soll eine bereits vorhandene Anlage durch eine neue ersetzt werden (Ersatzproblem)?

Bei Wirtschaftlichkeitsberechnungen gibt es eine Reihe verschiedener Verfahren. Diese lassen sich in die statischen Verfahren (zum Beispiel die Kostenvergleichsrechnung oder die Amortisationsrechnung) und die dynamischen Verfahren (wie zum Beispiel die Kapitalwertmethode oder die interne Zinsfußmethode) unterteilen. In der vorliegenden Arbeit wird das statische Verfahren der Kostenvergleichsrechnung angewendet. Es sollen im Rahmen des Wahlproblems die Kosten der Niederdruckplasmaanlage (Alternative I) mit den Kosten der Atmosphärendruckplasmanlage (Alternative II) verglichen werden. Im Wesentlichen werden bei einer Kostenvergleichsrechnung folgende Kosten berücksichtigt: die Kapitalkosten (kalkulatorische Abschreibungen, kalkulatorische Zinsen), die Betriebskosten (Energiekosten, Werkzeugkosten, Löhne/Gehälter, Raumkosten, Versicherungskosten) und die Instandhaltungskosten (Materialkosten, Personalkosten, Kosten für die Instandhaltung). In der vorliegenden Diplomarbeit werden allerdings die Kapitalkosten nicht berücksichtigt, da nur ein Vergleich der Kosten für die Arbeitsprozesse interessant ist (und nicht die Zinsen). Die Daten für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung stammen aus Quellen der Firma Diener und aus eigenen Ermittlungen. Die Kosten werden zuerst pro Betriebstunde und anschließend für einen Prozess berechnet. Die Gaskosten sind in Tabelle 6 dargestellt. Es werden keine Druckluftkosten erwähnt, da sich diese zum größten Teil aus Energiekosten zusammensetzen und von der Gesamtanlage abhängen. In den meisten Firmen sind Druckluftkompressoren vorhanden und müssen nicht extra angeschafft werden. Firma Diener electronic geht von Druckluftkosten für den PlasmaBeam von 0,34 €/h aus (Berechnung vgl. Anhang 3).

Fixe Kosten der Plasmaanlage Pico (Niederdruckanlage) pro Betriebsstunde: Maschinenkosten:

• Anschaffungskosten: 12.700 €
• Betriebsstunden: 10.000 h

Æ 1,27 €/h Wartungskosten im Einschichtbetrieb (8 h/Tag):

• Erfahrungswert (Firma Diener electronic): 200 €/Jahr Æ 0,08 €/h

Variable Kosten der Plasmaanlage Pico (Niederdruckanlage): Stromkosten pro Betriebstunde:

• Pumpe: 280 W,
• HF-Generator: 200 W

• Arbeitsaufnahme = W = P ? t = 480 W ? 1 h = 480 Wh = 0,48 kWh Stromkosten (lokaler Stromanbieter Göttingen: eon Mitte, Basistarif für Unternehmen inklusive Stromsteuer [60]): 14,3 Cent/kWh

Æ 0,48 kWh ?14,3 Cent = 0,07 €/h Gasverbrauch pro Betriebsstunde:

• Verbrauch Prozessgas bei 60 % Gasdurchfluss: ca. 14 l/h (ca. 0,2 l/min)

1,90 €/h + Gaskosten

Fixe Kosten der Plasmaanlage PlasmaBeam (Atmosphärendruckanlage) pro
Betriebsstunde:
Maschinenkosten:

• Anschaffungskosten: 9.200 €
• Betriebsstunden: 10.000 h

Æ 0,92 €/h Wartungskosten:

• Alle 5.000 Betriebsstunden ein neuer Erzeuger: 2.000 €
• Alle 400 Betriebstunden eine neue Düse: 25 € Æ 0,46 €/h

Variable Kosten der Plasmaanlage PlasmaBeam (Atmosphärendruckanlage): Stromkosten pro Betriebstunde:

• HF-Generator: 300 W

• Arbeitsaufnahme = W = P ? t = 300 W ? 1 h = 300 Wh = 0,3 kWh Stromkosten (lokaler Stromanbieter Göttingen: eon Mitte, Basistarif für Unternehmen inklusive Stromsteuer [60]): 14,3 Cent/kWh

Æ 0,3 kWh ?14,3 Cent = 0,04 €/h Gasverbrauch pro Betriebsstunde:

• Verbrauch Prozessgas: ca. 600 l/h = 10 l/min
• Verbrauch Druckluft: ca. 900 l/h = 15 l/min

1, 44 €/h + Gaskosten

Tabelle 6: Gaskosten der verwendeten Prozessgase

Es wird oben nur auf die Kosten für eine Betriebsstunde eingegangen. Für den Vergleich der beiden Anlagen ist es aber interessant, sich die Prozessdauer anzuschauen. Die Niederdruckanlage benötigt außer der reinen Plasmabehandlungszeit (Prozesszeit) noch Zeit, das Vakuum aufzubauen, und es wird Zeit benötigt, um die Vakuumkammer wieder zu belüften. Für die Niederdruckanlage Pico werden durch Zeitmessung folgende Zeiten ermittelt: es dauert etwa 1 min, bis Gas bei ca. 1,0 hPa zugeführt werden kann, dann dauert es eine weitere Minute, um das Vakuum auf 0,20 hPa abzupumpen. Am Ende des Prozesses müssen noch etwa 36 Sekunden eingeplant werden, um die Kammer zu belüften und die Tür wieder öffnen zu können. Diese Zeit muss bei Atmosphärendruck nicht berücksichtigt werden. Für die Wirtschaftlichkeitsberechnung dieser Arbeit werden zwei Plasmaanlagen (Atmosphärendruckanlage „PlasmaBeam“ und Niederdruckplasmaanlage „Pico“) der Firma Diener electronic verglichen. Allerdings müsste man für industrielle Zwecke die Niederdruckanlagen „Tetra 30“ oder „Tetra 50“ mit der Atmosphärendruckanlage „PlasmaBeam“, die mit Roboter arbeiten, vergleichen. Die Anlage „Pico“ ist eine Versuchsanlage und erreicht nicht den Durchsatz, der mit den Anlagen „Tetra 30“ oder „Tetra 50“ möglich ist. Deren durchschnittliche Preis beträgt 50.000 €. Es kommt jeweils auf die Ausführungen an.

Kosten für einen Prozess mit der Niederdruckplasmaanlage Pico: Aktivieren von PE mit Sauerstoff:

• Fläche, die durch die Elektrode behandelt wird: 299 cm²
• Gesamtprozessdauer: 2,5 min für Vakuumprozess + mindestens 0,5 min Behandlung = 3 min
• fixe und variable Kosten für den Prozess (anteilig): 0,10 €
• Gasverbrauch (0,5 min Behandlungszeit): 0,12 l
• Gaskosten: 0,0005 €

0,100005 €

Kosten für einen Prozess mit der Atmosphärendruckplasmaanlage PlasmaBeam: Aktivieren von Kunststoff PE mit Sauerstoff:

• Fläche, die durch die Düse abgefahren wird: 299 cm² (entspricht der Fläche der Elektrode beim Niederdruck)
• Gasamtprozessdauer für 299 cm² bei ca. 4 cm/s (Behandlungsbreite 1,2 cm): 63 Sekunden (1,1 min)
• fixe und variable Kosten (anteilig): 0,03 €
• Prozessgasverbrauch: 11 l
• Prozessgaskosten 0,04 €
• Kühlgasverbrauch: 16 l
• Kühlgaskosten vernachlässigbar

0,07 €

An den oben betrachteten Kosten der Prozesse ist zu erkennen, dass die Gaskosten für die Atmosphärendruckanlage im Vergleich zu den Gaskosten der Niederdruckanlage höher sind. Allerdings dauert ein Prozess mit der Niederdruckanlage deutlich länger als mit einem Atmosphärendruckplasmagerät. Die Kosten für die Arbeitszeit werden hier nicht berücksichtigt. Bei Atmosphärendruck ist zu beachten, dass ein kontinuierlicher Prozess möglich ist und die Anlage in den bestehenden Prozess integriert werden kann. Wenn bei der Atmosphärendruckanlage außerdem Druckluft als Prozessgas eingesetzt wird, verringern sich die Gaskosten deutlich bzw. fallen fast weg. Zudem können lokal begrenzte Bereiche behandelt werden. Wenn man die Atmosphärendruckanlage in einem Prozess unterbringt, können mehrere Düsen nebeneinander geschaltet werden. Im industriellen Einsatz ist es auch möglich die Plasmadüse schneller als 4 cm/s fahren zu lassen. Das Niederdruckplasma hingegen ermöglicht es die Oberfläche ohne thermische Belastung zu behandeln und auch dreidimensionale Geometrien benetzbar zu machen. Eine Zusammenstellung der Vor- und Nachteile der verwendeten Plasmaquellen ist in Tabelle 7 dargestellt.

Tabelle 7: Vergleich von Niederdruck- und Atmosphärendruckplasma