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passtdas - ein Hilfsprogramm für die CNC

Schallbert — Mon, 08 Sep 2025

Das Problem

Ein Bekannter von mir schrieb mich an. Er betreibt eine CNC-Portalfräsmaschine als Hobby so wie ich und fertigt oft Einzelstücke. Die dabei entstehenden Reste sind aber teils zu schade zum Wegwerfen. Für eine bestmögliche Materialausnutzung probiert er, diese Reste als Rohlinge für weitere Projekte zu verwenden.

“Weißt du, wie ich an der Maschine herausfinden kann, ob mein Frästeil auf den Rohling passt?” - Anonym

Schnell ist es passiert: Den Maßen zufolge passt das Werkstück so gerade auf den Rohling. Setzt man den Nullpunkt nur leicht falsch, so fährt der Fräser über die Werkstückgrenzen hinaus und man kann das Werkstück wegwerfen.

Die Lösung

Es wäre doch toll, wenn die Maschine vor Beginn des Fräsvorganges die Kontur des Werkstückes abfahren würde, oder? So könnte man unkompliziert herausfinden, ob sich der Rohling wirklich komplett innerhalb der Werkstückgrenze befindet.

Da ich auf Anhieb keine schnelle Lösung online finden kann, denke ich an selbstgeschriebene Software für die Umsetzung. Daher mache ich mich an die Arbeit.

TODO: ADD VIDEO LINK

Die Software

Für einen schnellen Prototypen wähle ich die Hochsprache python. Warum? Ich beherrsche python recht gut, Bibliotheken für die erforderlichen geometrischen Berechnungen sind verfügbar, und das geschriebene Programm lässt sich leicht in eine all-in-one-Datei kompilieren.

Das Programm soll Maschineninstruktionen (G-Code) lesen und die Fräspfade analysieren. Die Stellen, an denen im Fräsprogramm die maximalen und minimalen X- und Y-Werte angefahren werden, sollen abgespeichert und selbst als Bewegungskommando in einer Pfaddatei ausgegeben werden.

Lädt man dieses Programm auf die Maschine, so wird ein so ermittelter “Extremwert” angefahren und die Z-Achse von Sicherheits- auf Messhöhe abgesenkt. Anschließend wird das Programm pausiert, sodass der Bediener Anpassungen der Werkstückposition vornehmen kann. Erst durch Einabe eines weiteren Startbefehls wird der nächste Extremwert angefahren usw.

Dieses Programm wird passtdas heißen.

Programmart

Ich entscheide mich für ein Konsolenprogramm mit wenigen Parametern:

Shortcut	Parameter name	Description
`-f`	`--file`	The source file to be analyzed. Required.
`-s`	`--zsafety`	Safety height the machine will do flyovers with. Optional.
`-p`	`--zprobe`	Probe height the machine will pinpoint to. Optional.

Die beiden Höhenparameter bekommen Default-Werte, sodass sie nicht immer mit angegeben werden müssen.

Eingabe

passtdas liest Dateien ein und durchsucht sie zeilenweise nach Bewegungsbefehlen G00, G01, G02, G03. Während die Auswertung für lineare Bewegungen wie G00, G01 einfach ist - Lineare Bewegungen lassen sich durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ausdrücken, deren Extremwerte nicht zwischen den Punkten liegen können - kann das für Kreissegmente durchaus herausfordernd sein.

Die Höheninformation auf der Z-Achse wird ebenfalls mitgelesen und gespeichert. So kann die Zerspanungstechnikerin schnell prüfen, ob die maximale Frästiefe mit der Gewünschten übereinstimmt.

Befinden sich in der G-Code-Datei keine oder falsch formulierte Anweisungen, so gibt das passtdas entsprechende Fehlermeldungen aus und bricht die Analyse ab.

Definition Kreissegmente

Zum Hintergrund: Im G-Code können Kreissegmente auf zwei Arten definiert werden.

[...]
G00 X5.660 Y-0.000 Z10.000
G02 X-5.660 Y0.000 R5.660 F1600
[...]

Kommando:

“Fahre einen Kreisbogen im Uhrzeigersinn ab dem Punkt X5.66 Y0 mit Radius 5.66mm bis zum Punkt X-5.66 Y0 mit Vorschub 1600mm/min auf Höhe 10mm.”

Zeichnet man diese Kommandos, entsteht ein hängender Halbkreis. Kreise können mittels dreier Punkte definiert werden. Doch nur zwei Punkte sind gegeben. Der dritte Punkt muss mit Hilfe von Anfangs- und Endpunkt aus dem ebenfalls angegebenen Kreisradius berechnet werden.

Aufgabe: Finde heraus, wo dieser Kreis seine Extremwerte in XY hat.

Aber auch so kann ein Kreissegment definiert sein:

[...]
G00 X-2.5696 Y5.0431
G03 X-4.6258 Y3.2616 Z-0.5000 I2.5696 J-5.0431
[...]

Kommando:

“Fahre einen Kreisbogen gegen den Uhrzeigersinn ab dem Punkt X-2.56 Y5.04 mit Mittelpunktkoordinaten I2.56 J-5.04 bis zum Punkt X-4.62 Y3.26.”

Zeichnet man diese Kommandos, entsteht ein kurzes Kreissegment im oberen linken Quadranten. Hier sind zwar drei Punkte (Start- und Endpunkt sowie Kreismittelpunkt) gegeben. Doch auch hier kann es mitunter schwierig werden, herauszufinden, ob irgendwo auf dem Kreisbogen ein Extremwert angefahren wird.

Aufgabe: Finde heraus, wo dieser Kreis seine Extremwerte in XY hat.

Extremwerte von Kreissegmenten berechnen

Ein Kreissegment kann je nach Spanne bis zu vier zusätzliche Extremwerte haben: X+, Y+, X-, Y-. Bei einem Vollkreis sind dies stets die Koordinatenschnittpunkte vom Radius aus gesehen.

def get_extremes_from_arc(arc, coordinates):
 # [...]
 x_plus_radius = [center_x + radius, center_y, xyz[2]]
 y_plus_radius = [center_x, center_y + radius, xyz[2]]
 x_minus_radius = [center_x - radius, center_y, xyz[2]]
 y_minus_radius = [center_x, center_y - radius, xyz[2]]
 extremevalue_order = [x_plus_radius, y_plus_radius, x_minus_radius, y_minus_radius]
 if (arc[1] - arc[0]) < 0:
 # crossing the 0° line (x-axis), handle overflow with nested if below
 arc[1] += 360
 result = []
 for crossing_angle in range(0, 721, 90):
 if crossing_angle in range(int(arc[0]), int(arc[1] + 1)):
 i = int(crossing_angle / 90)
 if i > 3:
 i -= 4
 result.append(extremevalue_order[i])
 # [...]

Sind Kreismittelpunkt sowie Kreisradius bekannt, kann aus den Anfangs- und Endpunkten der überstrichene Winkel bestimmt werden. Hierdurch wird nun klar, ob Kreisanfangspunkt und/oder -Endpunkt selbst Extremwerte darstellen, oder ob durch Überstreichen eines Koordinatennullpunktes zusätzliche Extremwerte entstehen. Genau dies tut das obige Codebeispiel.

Datentabelle

Alle möglichen Extremwerte (zwei bei einer Linie, bis zu vier bei einem Kreissegment) werden nun in einer Datentabelle gesammelt. Sobald jede G-Codezeile ausgewertet und die Liste damit komplett ist, werden die Maximal- und Minimalwerte für jede Achse aus dieser Liste bestimmt.

So entstehen schließlich vier XYZ-Koordinaten, welche für jede Raumrichtung die maximale Ausdehnung des Werkstückes beschreibt.

Parallel durchsucht das Programm alle Befehle an die Z-Achse und merkt sich die maximale Eintauchtiefe.

Ausgabe

Das Kommandozeilenprogramm verfügt über keine visuelle Ausgabe. Daher beschränke ich mich auf die Erstellung eines Simulationsprogramms für die Fräsmaschine, in dem die Werkstückausdehnung angefahren wird und bei jedem Punkt pausiert:

G90

# Go to coordinate zero
MSG "Zmin of this job: -1.0"
G00 Z40
G00 X0 Y0
G01 Z15 F1200

MSG "PathPreview: Hit START to go to Ymin: ['0.0', '-5.66']"
M00
G00 Z40
G00 X0.0 Y-5.66
G01 Z15 F1200

MSG "PathPreview: Hit START to go to Xmin: ['-5.66', '0.0']"
M00
G00 Z40
G00 X-5.66 Y0.0
G01 Z15 F1200

MSG "PathPreview: Hit START to go to Ymax: ['0.0', '5.66']"
M00
G00 Z40
G00 X0.0 Y5.66
G01 Z15 F1200

MSG "PathPreview: Hit START to go to Xmax: ['5.66', '0.0']"
M00
G00 Z40
G00 X5.66 Y0.0
G01 Z15 F1200
# [...]

Obiges Beispiel fährt die Extremwerte eines Kreises mit r=5.66mm ab. Dabei fährt es stets eine Sicherheitshöhe von Z40 zum Überstreichen der Punkte an und bewegt die Z-Achse bei Ankunft langsam mit F1200 auf die Zielhöhe von Z15. Wichtig dabei ist, dass der Nullpunkt in Z vorher korrekt vermessen wurde - sonst kommt es möglicherweise zur Kollision mit dem Werkstück.

Test und Verifikation

Um zu sehen ob das Programm auch wie erwartet funktioniert habe ich drei Testdateien erstellt:

Unit tests: Prüft einzelne Funktionen im Programm, z.B. ob Linien- und Kreissegmente korrekt erkannt werden
integration tests: Testen, ob Funktionen im Verbund korrekt funktionieren, z.B. die richtige Berechnung von Extremwerten anhand von Eingabewerten
End to end tests: Diese Tests prüfen über die gesamte Funktionskette, z.B. ob falsch formatierte Eingabedateien erkannt werden

Zum Schluss erstelle ich mehrere Testdateien mit dem Programm und fahre die daraus erzeugten Extremwerte mit meiner CNC an.

Open-source software

Der Quellcode für passtdas steht kostenlos auf GitHub zur Verfügung, muss allerdings durch Python interpretiert werden.

Ich baue ein Endanwenderfreundliches und leicht zu bedienendes Programm daraus, sobald genügend Leute den Wunsch dafür geäußert haben.

Klingenbutler

Schallbert — Mon, 14 Oct 2024

Warum Klingenbutler?

Nachdem das Problem der fehlenden Ablage für feste Shampoos in meiner Dusche gelöst hatte - daraus entstand der Seifenbutler - fielen mir dort herumfliegende Rasierer mehr und mehr störend auf.

Liegen sie unten auf dem Rand der Dusche, bildet sich um sie herum eine Lache. Dort entstehen dann besonders viele Kalkflecken und die Reinigung geht schlechter von der Hand. Legt man die auf die Armaturen, fallen sie früher oder später herunter und werden beschädigt. Selbiges gilt für die wackelige Ablage auf dem Rand der Duschkabine.

Es liegt nahe, die Klemmmechanik des Seifenbutler wiederzuverwenden. Somit muss nur der “vordere Teil” neu designt werden und schon erhalte ich eine formschöne Ablage für Rasierer - den Klingenbutler.

Das Design

Ich mag die runde Formgebung des Seifenbutler und möchte den Klingenbutler ähnlich gestalten. Die Rasierer sollen allerdings nicht allzu leicht versehentlich berührt werden können. Daher entschließe ich mich, sie möglichst “innen” anzubringen. Hierfür erstelle ich einen Ring mit Öffnung, der wiederum drei Einkerbungen für Rasierer besitzt. Die Radien der Einkerbungen gestalte ich so, dass alle mir zur Verfügung stehenden Nassrasierer dort hineinpassen und sogar Zahnbürsten sich ohne Kontakt der Borsten zum Klingenbutler einhängen lassen.

Die Öffnung (in der Zeichnung links) gestalte ich für Ober- und Unterschale so, dass die Oberschale in allen möglichen geschlossenen Positionen stets die Unterschale überdeckt. Damit vermeide ich überstehende Kanten bei besonders großen oder kleinen Duschstangendurchmessern.

Einrasten der Rasierer

Schwieriger war schon die Planung von Rasthilfen, sodass die Rasierer sich nicht von allein lösen können. Hier entschied ich mich beim ersten Entwurf für eine Kerbe in Form eines Doppeltetraeders. Im Bild oben ist die Kerbe mit “drain” beschriftet. Sie besitzt auf ca. 15mm Länge ein Gefälle von 3mm, lässt Spritzwasser ablaufen und ermöglicht eine schnelle Trocknung der Rasierer.

G2-Kurven

Als ich einen meiner Entwürfe kurz vor Einstieg in die Fertigung einem Bekannten von mir zeigte - er ist 3D-Designer von Beruf - fiel ihm sofort auf, dass ich keinen fließenden Übergang zweier Kurvenradien vorgesehen hatte. Er meinte, dass in solchen Fällen “G2-Kurven” im CAD eingesetzt werden und das Modell so viel harmonischere Übergänge bekäme.

Im Fachjargon scheint man dabei von geometrischer Stetigkeit zu sprechen. Sogleich fragte ich die Softwarefirma hinter meinem CAD-Werkzeug, ob sie so etwas ebenfalls unterstütze und siehe da - es gibt das Werkzeug tangentenstetige Verbindung erzeugen. Von nun an werde ich dieses Werkzeug verwenden, wenn ich Radien miteinander verbinde.

Das Werkzeug erzeugt eine Bezier-Kurve, deren Endpunkte tangential an die beiden Kreissegmente anschließen und die Knickstelle auf diese Weise beseitigen.

Diese Herangehensweise hat außer der gefälligeren Optik sogar noch einen Vorteil in der Fertigung: Beim Abfahren von Knickstellen muss die CNC-Maschine plötzliche Richtungsänderungen durchführen, ähnlich wie bei verbundenen Liniensegmenten, die in einem Winkel aufeinandertreffen. Somit muss abgebremst und im neuen Kurvenradius beschleunigt werden. Durch Verwendung tangentenstetiger Verbindungen hingegen werden Beschleunigungsspitzen deutlich abgemildert und die Maschine läuft mit gleichmäßigerer Geschwindigkeit durch.

Hat man wie mit dem Klingenbutler Projekte mit vielen “Knickstellen” in der Zeichnung, so kommen hier schnell ein paar Sekunden Fertigungszeit pro Teil zusammen, die leicht einzusparen sind - dazu vielleicht später mal mehr.

Erster Prototyp - Version 1.0

Die Fertigung trat ich mit meinem “klassischen” Prototypenmaterial an: gegossenes PMMA (Acrylglas) mit 5mm Stärke in opak weiß. Verwendet man einigermaßen passende Parameter, so verhält sich das Material äußerst gutmütig. Gleichzeitig legt das Material schonungslos alle Fehler offen: Hier eine Fase etwas zu weit, dort leichte Rattermarken durch Herausbeschleunigen der Maschine aus einer Ecke, im Boden des Gewindes gefangene Späne - All das tritt die etwas lichtdurchlässige Materialkomposition und starke Reflexionen an Materialkanten stark hervor. Daher ist dieses Material hervorragend geeignet, Design- und Fertigung von Produkten zu verbessern.

Durch meine Erfahrungen mit dem Seifenbutler gingen Niederhalten während der Fertigung und Zusammenbau des Klingenbutler problemlos vonstatten. Zahnbürsten und Rasierer sind von nun an an einem festen Platz in der Dusche zu finden 🙂.

Version 1.1 - Fertigung in Bambus

Eigentlich will ich ja weg von Kunststoff. Die Produktion meiner Seifenbutler habe ich im Laufe des Jahres zwar bereits auf “greencast” Acrylglas umgestellt - also PMMA, das selbst aus 100% recycelter Ware besteht - aber besser wäre ja noch, gar keinen Kunststoff einzusetzen.

Dafür ließ ich mir ein paar Muster “Moso-Bambus” kommen: Stäbchen-Leimholz in drei Schichten kreuzverleimt, ähnlich wie Sperrholz, knapp 7.5mm stark. Für die Fertigung in Bambus legte ich die Passtoleranzen etwas großzügiger aus (0.1mm Untermaß )und wandelte metrische Gewinde im Plan schlicht in einfache Bohrungen für Holzschrauben um.

Unnötiges weglassen

Beim Zusammenbau des ersten Prototypen wurde mir klar, dass das dritte Bajonett überflüssig geworden war. Zusammen mit ein paar kleineren, weiteren Änderungen entwickelte ich Version 1.1:

Dritte Verschraubung im Rastkreis weglassen
Rastnasen/Ablaufrinne: Durchgängige Gravur ohne Stoppen bei “Schlüsselloch”
Bajonett: Innenseiten auf Rückseite anfasen und so die Oberfläche durchbrechen

Drehzahl und Vorschub

Für das Vollnutfräsen nutze ich einen DLC-beschichteten (Diamond-like-carbon) 4mm Zweizahnfräser ohne Drall mit 12mm Schneidenlänge. Ich betreibe ihn bei S30000U/min mit einem Vorschub vonF3000mm/min. Ich gehe direkt in die volle Materialtiefe mit Z+ 7.5mm und fahre Bohrungen und Materialrampen mit 20°.

Fasen bringe ich mittels eines 90° Gravurfräser, dreischneidig, Durchmesser 10mm an. Ihn betreibe ich mit F5000mm/min bei S15000U/min und einem Mittenabstand von 2mm, was bei einer glatten Kante mit 0.5mm Breite schon bedeutet, dass er 2.5mm Luft “nach unten” in Z-Richtung benötigt.

Für Bohrungen, Taschen und kleine Aussparungen verwende ich einen hinterschliffenen 2mm Zweischneider Fischschwanz mit 15° Drall und 20mm Schneidenlänge. Ihn betreibe ich mit vorsichtigen 1700mm/min bei S30000U/min und einer Tiefenzustellung von nur Z+1.5mm. Auch hier tauche ich mit 20° ins Material ein.

Fertigung

Das Arbeiten im mir bis Dato noch völlig unbekannten Material “Bambus” ging überraschend leicht von der Hand. Dank meiner noch neuen und sehr scharfen Fräser waren keinerlei Ausrisse zu beklagen und das Material selbst hatte ebenfalls kaum Defekte oder Schadstellen.

Klingenbutler CNC-fräsen↗

Bei der Bearbeitung entstanden recht feine Späne, die ein wenig an Staub von der Verarbeitung von MDF-Platten erinnern. Ich bin mir noch nicht sicher, ob ich mit der Drehzahl weiter heruntergehen sollte oder ob dies an den geraden Schneiden des Fräsers liegt. Dieser muss Späne beim Fräsen in der Vollnut unter Umständen mehrere Umdrehungen lang mit sich führen, bevor er sie in der Nut hinter sich lassen kann.

Bohrungen jedenfalls sind mit diesem Fräser und unveränderten Parametern nicht zu empfehlen. Sämtliche Bohrlöcher haben verkohlte Ränder, was auf viel zu hohe Drehzahlen schließen lässt. Zudem habe in einem Stück gebohrt, anstatt den Fräser mehrfach zurückzuziehen. Nehmen wir den Dreisatz zur Hilfe: Beim Vorschub von FZ+2000mm/min, S30000/U/min und Z7.5mm führt der Fräser 112.5 Umdrehungen im Bohrloch aus, reiben die Schneiden also 225 mal sinnlos an der Wand des Bohrloches entlang - abtragen tut ja nur die Zentrumsschneide unten. Zudem werden die Späne ja nicht ausgeworfen sondern die ganze Zeit über mitgeführt.

Für den nächsten Prototypen werde ich Bohrlöcher also entweder mit Rückzügen und drastisch reduzierter Drehzahl fertigen oder schlicht einen kleineren Fräser verwenden.

Ergebnis

Das kann sich sehen lassen. Ich habe die Fase zum Kantenbrechen aus der Fertigung in Acrylglas übernommen. Sie fällt mit 0.5mm sehr schmal aus. Trotzdem zeigt sich auch im Detail ein sehr sauberes Bild. Ober- und Unterschale des Klingenbutler lassen sich weich gegeneinander verschieben und auch der Klemmer, mein Sorgenkind noch aus diesem Video ließ sich ohne Ausrisse fräsen.

Der Zusammenbau geht problemlos vonstatten und auch die Holzschrauben lassen sich leicht in die vorgebohrten Löcher eindrehen. Der Klingenbutler aus Bambus hält an der Duschstange sogar noch besser als sein Pendant aus Acrylglas - der raueren Oberfläche und höheren Materialstärke sei dank.

Bleibt abzuwarten, ob das Material auch im Feuchtraum langlebig genug ist. Für Schneidbretter in der Küche wird es ja noch immer gern verwendet.

Ausblick

Die Verwendung von Bambus hat mich sehr motiviert hinterlassen: Ein toller Werkstoff. Hart und fest aber dabei leicht, gut maschinell zu bearbeiten, formstabil und kaum Materialdefekte: So wünscht man sich das Arbeiten mit Naturmaterialien!

Dieser Prototyp landet nun zum Dauertest bei uns in der Dusche. In der Zwischenzeit verfeinere ich das Design weiter.

Version 1.2

Für V1.2 habe ich folgende kleine Verbesserungen in Planung:

Bohrungen: Kleineren Fräser wählen (zu Lasten der Zykluszeit)
Befestigung: Ausschnitt fräsen, sodass das Rändelrad nicht mehr übersteht
Aussparung innen an der Oberschale ist überflüssig
Unterschiedliche Radien mit G2-Kurven übergehen lassen
Rastnasen durch harmonischere, runde Ablaufrinne ersetzen
Maserung ausrichten: Alle Teile “senkrecht” fertigen
Die Klemmer nun in der ersten Aufspannung fräsen und um 0.04mm aufdicken

Auch hier ist das Ziel, mittels stetiger Verbesserung hin zu einem guten Produkt zu kommen.

Seifenbutler - Nullserie!

Schallbert — Thu, 08 Feb 2024

Jetzt ist mein Hardware-Projekt Seifenbutler abgeschlossen. Nach langer Entwicklungszeit habe ich einige Exemplare in weiß, schwarz, transparent und opalweiß hergestellt und sie in einem ersten Online-Shop platzieren lassen können.

Wie bestimme ich den Verkaufspreis?

Da ich hochwertige Materialien verwende und die Fertigungs- sowie Montagezeit lang ausfällt, habe ich bei der Preisgestaltung nicht so viel Luft nach unten. Andererseits kann ich für einen Gebrauchsgegenstand wie den Seifenbutler keine Mondpreise aufrufen - es sei denn, ich verwendete edle Hölzer oder andere, ausgefallene oder aufwendig zu bearbeitende Materialien. Für solche Kalkulationen gibt es eine Menge Material online. Ich habe mich dafür an einem Youtube-Video des Kanals “Cutting It Close” orientiert.

Meine Preisberechnung setzt sich aus folgenden Posten zusammen:

Endpreis = Materialpreis
 + Maschinenzeit (Investition, Verschleiß, Werkzeuge, Verbrauchsmaterialien)
 + Fertigungs- und Montagezeit 
 + Verpackungskosten 
 + Gebühren (Porto, Zahlungsdienstleister, Shops)

Wie zu erkennen ist, habe ich meine eigene Zeit für die Produktentwicklung da überhaupt nicht eingerechnet - müsste ich dies tun, so würden ganz locker noch einmal der Gegenwert zu 250h Arbeitszeit hinzukommen.

Materialpreise

Stand Ende 2023

Ok, dann listen wir mal schnell die Auslagen pro Teil auf:

Sückzahl	Artikel	Preis/Einheit	Verwendete Einheit	Endpreis
2	PMMA 5mm XT	90€/m²	0,03	2,70€
1	Rändel M4 A2 22mm	7,54€/25St	0,04	0,30€
1	Scheibe M4 A2 12mm	0,94€/100St	0,01	0,01€
1	Stift M4 A2 12mm	6,70€/50St	0,02	0,13€
5	Schraube M4 A2 8mm	12,40€/200St	0,025	0,31€
			Materialpreis/Teil	3,45€

Maschinenzeit

Die Maschinenzeit setze ich für dieses Projekt mit 100€/h an. Der Löwenanteil sind hierbei Investitions-, Wartungs-, sowie Verschleißkosten der Maschine mit 50€/h plus meiner eigenen Arbeitszeit, die ich einfach mal mit 30€/h ansetze.

Die Werkzeugkosten liegt mit ca. 15€/h recht hoch, da ich vier verschiedene Werkzeuge, allesamt mit kleinem Durchmesser und damit entsprechen hohem Verschleiß benutzen muss.

Verbrauchsmaterialien sind Vakuumvliese, Positionierstifte, Schnittschutzhandschuhe und Klebeband. Letzeres benötige ich für die Fixierung der kleinen Frästeile sowie der Spirale. Ihr Anteil an den Maschinenzeitkosten liegt bei etwa 5€/h.

Die Maschinenzeit beträgt momentan 8min/Teil. Somit beläuft sich Posten Maschinenzeit auf 13,30€/Stück.

Montagezeit

Für die Montage eines Seifenhalters benötige ich etwa 5 Minuten. Lege ich einen Stundensatz von 30€ zugrunde, so komme ich hier auf 2,50€/Stück.

Verpackungskosten und Materialeinkauf

Ich verpacke die Seifenhalter in einfache DIN A6-Briefumschläge, nachdem ich sie sorgfältig in Packpapier eingewickelt habe. Die Kosten belaufen sich hier auf lediglich 0,20€/Stück. Rechne ich nun jedoch meine Arbeitszeit für Verpackung und Versandaufkleber mit ein, liegen wir bereits bei 0,90€/Stück. Hinzu kommen Aufwendungen für Porto beim Materialeinkauf und Kosten für Papier und Druck der Bedienungsanleitung, die ich mit weiteren 0,50€/Stück berechne - hier schlagen die geringen gefertigten Mengen voll durch.

Gebühren

Gebühren fallen z.B. für Versand- und Zahlungsdienstleister an. Hier variieren die Preise je nach Anbieter, sodass ich einen Versandaufschlag von 3,50€ (Versand per Großbrief) einplane - dieser entfällt bei Verkäufen “an der Theke”.

Der Gesamtpreis

Summiere ich alle Posten zusammen, so müsste ich einen Ladenpreis von 20,15€ (bei Barzahlung) für die unverpackte Ware und 24,75€ im Versandfalle mit bargeldloser Zahlung aufrufen. Und dann wäre in der Firma noch immer kein Cent Gewinn gemacht.

Ich bin mir nicht sicher, ob sich der Seifenbutler für solche Preise verkaufen lässt. Wenn man sich aber ehrlich macht und am Ende nicht draufzahlen will, sind solche Rechnungen zumindest überschlagsweise unumgänglich.

Der angenommene Kaufmann mit Ladengeschäft

Wäre ich nun Kaufmann¹, so müsste ich noch Mehrwertsteuer aufschlagen und würde auch die Entwicklungskosten irgendwie amortisiert sehen wollen. Ich bin mir auch nicht sicher, ob ich “als Kaufmann” mit einem Stundensatz von 30€ durch die Tür käme.

Puh. Rechnet man jetzt noch Dinge wie Ladenmiete, Kosten für Lagerfläche, Werkstattmiete, Strom, Abfallentsorgung, Mitgliedschaft beim “Grünen Punkt” nach Verpackungsgesetz, Beiträge für IHK, Berufsgenossenschaft sowie Steuern und Abgaben mit ein, so muss selbst bei einem weiteren Preisaufschlag von 20% schon ein ganzer Haufen Seifenhalter verkauft werden, um am Ende nicht ärmer dazustehen als vorher!

Nehmen wir mal an, ich kann mich in eine Werkstatt einmieten und einen winzigen Laden eröffnen.

Ein fiktiver Laden

Überschlagen wir mal kurz mit ein paar angenommenen Werten:

Posten	Preis/Einheit	Verwendet	Endpreis
Laden	16€/m² u. Monat	40m²	640€
Lagerfläche	4€/m² u. Monat	8m²	32€
Werkstatt	8€/m² u. Monat	30m²	240€
Nebenkosten	pro Monat	1	200€
Abgaben	IHK / BG / Vers.	1	125€
Gebühren	20€/Monat	3	60€
		Summe	1297€
		Personal	1600€

Und würde ich in diesem Laden nun nochmal für 20h/Woche jemanden für den Verkauf anstellen, entstünden hier überschlagsweise 1600€ an Kosten.

Summa summarum

Ok, fassen wir zusammen: Ich gehe mit einem Aufschlag von 20% auf die Herstellungskosten ins Rennen. Als angenommener Kaufmann müsste ich allerdings Mehrwertsteuer abführen, die ich erneut aufzuschlagen hätte.

Ladenpreis = Herstellungspreis 
 + Deckungsbeitrag (20%)
 + Mehrwertsteuer (19%)
 = (1,2 * 20,15€) * 1,19 = 28,77€

Oha, damit liegen wir schon bei fast dreißig Euro pro Teil.

Wie viele Seifenbutler müssen also pro Monat über die Ladentheke gehen, bevor ich als Kaufmann mit Ladengeschäft Gewinn machen würde? Der Deckungsbeitrag liegt bei 4,03€ (20% des Herstellungspreises). Wenn ich jetzt die durch Produktion und Verkauf erzeugten Kosten durch diesen Betrag teile, erhalte ich meine Mindestverkaufsmenge: 719 Stück/Monat.

Wie viele Wochenstunden müsste ich nun also mindestens an meiner CNC-Fräse stehen bzw. Seifenbutler zusammenbauen und verpacken? Nehme ich die Werte von oben, so liege ich bei insgesamt 8 + 5 + 2 = 15min/Teil.

Bei der Mindestverkaufsmenge würde mir das eine Wochenarbeitszeit von etwa 45h bescheren! Ach, 60h pro Woche gehen doch auch locker, oder?! Somit könnte ich 960 Stück pro Monat herstellen - und angenommen, sie verkaufen sich hervorragend, erzielte ich 971€ extra zur Amortisation der Entwicklungskosten (Überschlag 250h*30€ = 7.500€). Knaller!

Ich würde dann mit der Unternehmung nach nur acht Monaten (mit je 60h/Woche, ist klar) in die Gewinnzone marschieren. Oh, oder muss man etwa noch Steuern entrichten? Und wann war noch gleich meine Maschine abbezahlt?

Fazit zur Wirtschaftlichkeit

Mir ist klar, dass die Rechnung nicht so einfach zu machen ist. Einige Parameter lassen sich nicht beliebig und linear hoch- oder herunterskalieren und z.B. die Maschinenkosten kann ich gar nicht realistisch abschätzen, weil mir schlicht Erfahrungswerte im Dauerbetrieb fehlen, Stichwort Abnutzung.

Dennoch genügt mir die meinerseits zu erbringende Arbeitszeit um festzuhalten:

Das wird nix. Nettes Projekt, lohnt sich aber nicht. Jedenfalls nicht aus Eigenmitteln und allein in Eigenregie. Es bleibt bei einer Nullserie und bei meiner Freude über ein gelungenes, funktionales Produkt.

Glücklicherweise ist das alles hier “nur mein Hobby”, sodass ich die desaströse Bilanz nicht gezwungen bin zu ziehen 😉

Obacht. Meine Berufung ist nicht Händler oder Kaufmann, sondern das Ingenieur-dasein. Daher habe ich nur sehr rudimentäre Kenntnis von Betriebswirtschaft (dieses eine Semester damals im Studium eben, wo niemand so recht zuhören mochte). Alle meine Ausführungen hier sind Überschlagsrechnungen. Sie sollten also mit großer Vorsicht genossen werden. Ich freue mich allerdings sehr über Korrekturzuschriften und konstruktive Kritik! ↩︎

QR-codengrave V1.1 / V1.2

Schallbert — Sun, 12 Feb 2023

Kurze Fakten des Updates

Schnellerer Gravuralgorithmus und -Pfadoptimierung
Diverse Bugfixes
Bedienbarkeit verbessert

Demo Video

QR-codengrave Quick Demo↗

Version 1.1

Algoritmusoptimierung

Die Zeilen des QR-Codes werden nun horizontal eingelesen
Die Ausgabe der Pfade verläuft nun “rechts nach links”, danach “links nach rechts” und reduziert damit Maschinenbewegungen
Linien werden Punkten vorgezogen, da sie schneller gefertigt werden können
Linien werden nun vertikal und horizontal berechnet, die längere Linie bekommt den Vorzug
Eilgänge werden nun per XY-Vektor gefahren und nicht mehr nur eindimensional, was Zeit spart
Der neue Pfadalgorithmus benötigt 20% weniger Maschinenzeit

Bugfixes

Bei nicht vorliegendem Datensatz Persistence.dat wird das Startbild nicht angezeigt (qruwu.jpg)
Crash bei Klick auf Stop Draw wenn zuvor keine Zeichnung angefragt wurde
Crash bei Hinzufügen eines Werkzeuges bei leerer Werkzeugliste
Wird das Programm ohne Werkzeugauswahl gestartet, ist das dropdown-Menü gesperrt
Fehler in der QR-Code Größenschätzung
Fehler in der Blockbreitenberechnung bei Verwendung von V-Fräsern
Das gegenwärtig ausgewählte Werkzeug wird bei Start der Anwendung nicht im Dropdown-Feld angezeigt
QR-codes können größer dargestellt werden der Anzeigebereich

Bedienbarkeit

Default Werkzeugname geändert von name nach default zur besseren Verständlichkeit
Fräser mit geraden Schneiden (also kein V-cut) ist jetzt das Standardwerkzeug
Erstellen eines Offsets für den XY-Nullpunkt ist jetzt intuitiver gelöst (Y- nach unten, X+ nach Rechts)

Version 1.2

Kleine Änderungen zu 1.1, am Wichtigsten die Behebung eines Bugs, bei dem die Aufforderung zum Werkzeugwechsel verloren gehen kann. Außerdem werden die Winkel von V-Fräsern jetzt bei Berechnung von Pixelbreite und Größe der QR-Codes mit einbezogen.

Bugfixes

Werkzeugauswahl Tx und Werkzeugwechselkommando M06 befinden sich nun in derselben Zeile G-Code wie üblich und können so wie gewünscht Makros auslösen.
Das beim letzten Speichern verwendete Werkzeug wird nicht angezeigt, stattdessen das erste Werkzeug der Liste
Programmabsturz wenn versucht wird, den Jobstatus zu aktualisieren obwohl keine Gravurparameter vorliegen

Bedienbarkeit

Versionsnummer als Kommentar in G-code hinzugefügt
Prefix qr_ der Zieldatei im Datei-Speichern-Dialog hinzugefügt
Genauigkeit der Maschinenzeitabschätzung verbessert

Download

Der aktuelle Release ist hier zum Download verfügbar. Das Programm ist für die private Anwendung sowie Schulungszwecke kostenlos. Für weitere Informationen und Projektdokumentation stehen die readme sowie eine Projektseite zur freien Verfügung.

Upgrade von einer früheren Version

Es wird empfohlen, die Persistenzdatei von der alten Version in die neue Version zu übernehmen. Auf diese Weise werden gespeicherte Werkzeuglisten, Gravurparameter und XY-Offsets portiert. Und so geht’s:

Wechseln Sie in den Ordner, wo sich das QR-codengrave Programm befindet. Anschließend navigieren Sie zu src/assets.
Kopieren Sie die Datei Persistence.dat in einen temporären Ordner oder z.B. auf Ihren Desktop.
Entfernen Sie die alte Version durch Löschen des QR-codengrave Ordners.
Laden Sie die letzte Version herunter und verschieben Sie sie zur gewünschten Position auf Ihrem Rechner.
Verschieben Sie nun die vorab zwischengespeicherte Persistence.dat in den src/assets Ordner des aktualisierten Programms.