Leichtbau

Mit Ecodesign Kosten und Emissionen senken

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Energie sparen und CO 2 -Emissionen senken – das auf Nachhaltigkeit abzielende Ecodesign ist in Kombination mit Spezialstahl ein probater Weg, diese Ziele zu erreichen: Durch intelligente Produktionsverfahren und Konstruktionsformen lässt sich ökologischer und ökonomischer Mehrwert entlang der gesamten Wertschöpfungskette erzielen.

Kostet weniger, kann mehr – das ist die Idee hinter dem Ecodesign-Konzept. Gleichzeitig ist es der Nachweis, dass eine ökologisch motivierte Produktion nicht teurer als gängige Fertigungsverfahren ist, im Gegenteil: Ecodesign kann die Bauteilherstellung vereinfachen und auf diese Weise die Umweltbelastung und die Kosten über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg reduzieren. Das im Folgenden dargestellte Beispiel aus dem automobilen Leichtbau zeigt, wie hoch das Potenzial für Kosten- und CO2-Einsparungen mit Ecodesign selbst im Bereich vermeintlicher Kleinteile ist.

Aller Anfang ist leicht

Die horizontale Vernetzung entlang der Wertschöpfungskette vom Automobilzulieferer über Komponentenhersteller bis zum Stahlproduzenten ist unverzichtbar, um dem steigenden Anspruch der führenden Fahrzeughersteller hinsichtlich einer kontinuierlichen CO2-Reduktion gerecht zu werden. Ein Vorzeigeprojekt ist in diesem Bereich die Produktentwicklung des Verbindungstechnikherstellers Hewi G. Winker GmbH & Co. KG, der das Design einer Leichtbaumutter mit einem Spezialstahl von Swiss Steel kombiniert hat.

Die Mutter dient als Verbindungselement im Automobil und belegt eindrucksvoll, dass der stoffliche und geometrische Leichtbau auch bei kleinen Teilen eine große Wirkung entfalten kann: Hewi G. Winker wurde 2015 für dieses Produkt mit dem dritten Platz des deutschen Stahlinnovationspreises ausgezeichnet und hat damit auch den Umwelttechnikpreis des Bundeslandes Baden-Württemberg gewonnen. Worin genau bestehen hier die ökologischen Vorteile gegenüber vergleichbaren Produkten aus konventioneller Fertigung?

Energieeinsparungen schon bei der Herstellung

Nach den Ecodesign-Prinzipien ist der erste Ansatzpunkt für ein energie- und kosteneffizientes Produkt die Auswahl der Rohstoffe – hier: des Stahls. Greift der Stahlhersteller etwa auf Recycling-Stahlschrott zurück, dann fallen bei gleicher Qualität deutlich weniger CO2-Emissionen je Tonne Rohstahl an als bei der Verhüttung von Eisenerz.

Weiter geht es mit der Ressourcenveredelung. Die Kaltmassivumformung zählt zu den ressourcenschonenden Herstellungsverfahren: Das Volumen des Einsatzmaterials wird fast vollständig zum fertigen Produkt umgeformt. Zudem ist der Energieaufwand bei diesem Verfahren deutlich geringer als beispielsweise bei der Warmmassivumformung. Bainitischer Kaltformstahl, wie ihn u. A. Swiss Steel herstellt, ist eine Alternative zu konventionell eingesetztem Vergütungsstahl und verbessert die bereits gute Energiebilanz beim Kaltfließpressen. Mit hoher Festigkeit und guter Umformbarkeit im Lieferzustand entfallen zudem energieintensive Wärmebehandlungsschritte wie das Glühen vor und das Vergüten nach der Kaltumformung sowie in der Folge auch zusätzliche, schadstoffbelastete Transportwege zu externen Verarbeitern.

Um auf den Anwendungsfall zurückzukommen: Kombiniert mit dem Leichtbaudesign einer Mutter kann deren Gewicht um bis zu 30 % reduziert werden. Bei einem repräsentativen Auftrag im Umfang von 6,4 Mio. Stück und dem Einsatz von 216 Tonnen Stahl konnte die Hewi G. Winker GmbH rund 47 Tonnen Material im Vergleich zur Produktion der Normmutter einsparen – das entspricht 18 % weniger Materialeinsatz. Die Verkürzung der Fertigungskette der Leichtbaumuttern durch Entfall der Wärmebehandlung und der geringere Materialeinsatz reduzierten die Kosten um ca. 10 %.

Gewicht verlieren – Treibstoff sparen

Bei einem Jahresauftrag über 6,4 Mio. Leichtbaumuttern von Hewi G. Winker sparen die damit ausgestatteten Fahrzeuge nach Berechnungen des Schweizer Beratungsunternehmens Züst Engineering im Lauf der Kfz-Lebensdauer ca. 200 000 Liter Treibstoff und dadurch ca. 500 Tonnen CO2. Über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg (von der Stahlherstellung bis zum Einsatz des Bauteiles) summieren sich die maximal möglichen CO2-Einsparungen auf insgesamt 2 350 Tonnen – das entspricht dem jährlichen CO2-Fußabdruck von rund 250 Einwohnern in Deutschland.

Dieser Erfolg lässt sich skalieren: Beim Einsatz von 6 000 Tonnen Stahl für Leichtbaumuttern, die im Gegensatz zum Normteil 20 % weniger Gewicht aufweisen, entspräche die jährliche CO2-Einsparung bereits dem Äquivalent einer Kleinstadt mit knapp 10 000 Einwohnern.

Weltweit werden pro Jahr rund 100 Mio. neue Autos in Betrieb genommen. Jede herstellerübergreifend angewendete Ecodesign-Maßnahme in diesem Bereich könnte also theoretisch um einen Faktor von 100 000 000 über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg skaliert werden. Dieser Multiplikator verdeutlicht die Größenordnung des CO2-Einsparpotenzials bezogen auf Leichtbaukomponenten im Fahrzeugbau, die mit neuen Stahlsorten hergestellt werden.

Hanna Hagedor ist für die Agentur Additiv PR in Montabaur tätig.

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