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Der Betriebsleiter 6/2017

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Der Betriebsleiter 6/2017

FERTIGUNGSTECHNIK

FERTIGUNGSTECHNIK Smartes Ecodesign Bei der Herstellung von Leichtbauteilen aus Stahl Kosten und Emissionen senken 01 Swiss Steel produziert seine Stahlprodukte im Elektrolichtbogenofen und setzt dafür sortenreinen Stahlschrott ein. Im Vergleich zur Eisenerzverhüttung fallen dabei deutlich weniger CO 2 -Emissionen je Tonne Rohstahl an Aller Anfang ist leicht Energie signifikant einsparen und CO 2 -Emissionen senken – Ecodesign ist in Kombination mit Spezialstahl der Schlüssel, um dieses Ziel nachhaltig zu erreichen und gleichzeitig Kosten zu reduzieren. Neben der Auswahl des Werkstoffs entscheiden Produktionsverfahren und Konstruktionsweise eines Bauteils über den ökologischen und ökonomischen Mehrwert entlang der gesamten Wertschöpfungskette bis hin zum Einsatz. Wie entfalten Automobilzulieferer das Potenzial des Ecodesigns und profitieren von einer signifikanten Kosten- und CO 2 -Reduktion? Autoren: Dr. sc. techn. Rainer Züst, Mitglied des Verwaltungsrates, Züst Engineering AG; Dr.-Ing. Levente Kertesz, Leiter strategische Neuprojekte, HEWI G. Winker GmbH & Co. KG; Dr.-Ing. Peter Unseld, Bereichsleiter Entwicklung, HEWI G. Winker GmbH & Co. KG; Stephan Hasler, Manager Research & Development, Swiss Steel AG K ostet 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 massiv reduzieren, und zwar über die gesamte Wertschöpfungskette: von der Stahlproduktion bis zur Endanwendung. Das im Folgenden dargestellte Beispiel aus dem automobilen Leichtbau zeigt, wie hoch das Potenzial für Kosten- und CO 2 -Einsparungen mit Ecodesign ist. 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 CO 2 -Reduktion gerecht zu werden. Ein Vorzeigeprojekt ist eine Produktentwicklung des Verbindungstechnikherstellers HEWI G. Winker GmbH & Co. KG für den Automobilbau, der das Design einer Leichtbaumutter mit dem Stahlprodukt Swissbain-7MnB8 des Schweizer Stahlherstellers Swiss Steel, eines Tochterunternehmens der Schmolz + Bickenbach Gruppe, verknüpft hat. Die Mutter dient als Verbindungselement im Automobil und ist ein Beweis, dass der stoffliche und geometrische Leichtbau auch bei kleinen Teilen eine große Wirkung entfalten kann. So wurde HEWI G. Winker 2015 für dieses Produkt mit dem dritten Platz des deutschen Stahlinnovationspreises ausgezeichnet und hat den Umwelttechnikpreis des Bundeslandes Baden-Württemberg gewonnen. Nach den Ecodesign-Prinzipien ist der erste Ansatzpunkt für ein energie- und kosteneffizientes Produkt die Auswahl des Stahlherstellers. Das belegt auch eine Studie [1], die im Auftrag des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie durchgeführt wurde: Demnach fal- 02 Durch stofflichen und geometrischen Leichtbau kann HEWI G. Winker das Gewicht der Leichtbaumutter (rechts im Bild) für den Fahrzeugbau um bis zu 30 Prozent reduzieren 18 Der Betriebsleiter 6/2017

FERTIGUNGSTECHNIK 03 Die Kombination aus der Stahlsorte Swissbain-7MnB8 von Swiss Steel, energieeffizientem Kaltfließpressen und dem Leichtbaudesign der Mutter von HEWI G. Winker führt zu signifikanten CO 2 -Einsparungen über die gesamte Wertschöpfungskette 04 Bei der Verwendung des Kaltformstahls Swissbain-7MnB8 sind erhebliche CO 2 -Einsparungen möglich – je mehr Zulieferer auf Ecodesign setzen, desto größer ist das Einsparpotenzial bei den CO 2 -Äquivalenzwerten len beim Einschmelzen von Recycling- Stahlschrott, wie es beispielsweise Swiss Steel betreibt, deutlich weniger CO 2 -Emissionen je Tonne Rohstahl an als bei der Verhüttung von Eisenerz. Darüber hinaus legt die Auswahl des Werkstoffs die Basis für weitere Wertschöpfung. Signifikante Energieeinsparungen in der Herstellung 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. Der bainitische Kaltformstahl Swissbain-7MnB8 von Swiss Steel ist eine Alternative zu konventionell eingesetztem Vergütungsstahl und verbessert die bereits gute Energiebilanz beim Kaltfließpressen. Mit seiner hohen Festigkeit und guten Umformbarkeit im Lieferzustand entfallen mit dem Swissbain-7MnB8 energieintensive Wärmebehandlungsschritte wie das Glühen vor und das Vergüten nach der Kaltumformung. Dadurch entfallen auch zusätzliche, schadstoffbelastete Transportwege zu externen Verarbeitern. Die Durchlaufzeit in der Fertigung ist spürbar verkürzt. Kombiniert mit dem Leichtbaudesign einer Mutter kann das Gewicht um bis zu 30 Prozent reduziert werden. Bei einem repräsentativen Auftrag im Umfang von 6,4 Mio. Stück und dem Einsatz von 216 Tonnen Stahl spart HEWI G. Winker rund 47 Tonnen Material im Vergleich zur Produktion der Normmutter ein – das entspricht 18 Prozent weniger Materialeinsatz. Die Verkürzung der Fertigungskette der Leichtbaumuttern durch Entfall der Wärmebehandlung und der geringere Materialeinsatz führen zu um ca. zehn Prozent reduzierten Kosten. Nach Berechnungen von Züst Engineering aus der Schweiz wird das CO 2 -Aufkommen über die gesamte Prozesskette bis zur fertigen Leichtbaumutter um bis zu 1850 Tonnen reduziert, wenn statt Ecodesign kann die Bauteilherstellung vereinfachen und auf diese Weise die Umweltbelastung und die Kosten massiv reduzieren, und zwar über die gesamte Wertschöpfungskette: von der Stahlproduktion bis zur Endanwendung Vergütungsstahl auf LD-Basis (hergestellt unter dem Einsatz von Eisenerz nach dem Linz-Donawitz-Verfahren) der Elektrostahl Swissbain-7MnB8 eingesetzt wird. Gewicht verlieren – Treibstoff sparen Bei einem Jahresauftrag über 6,4 Mio. Leichtbaumuttern von HEWI G. Winker sparen die damit ausgestatteten Fahrzeuge laut Züst Engineering im Lauf der Kfz-Lebensdauer ca. 200 000 Liter Treibstoff und ca. 500 Tonnen CO 2 . Über die gesamte Wertschöpfungskette von der Stahlherstellung bis zum Einsatz des Bauteiles summieren sich die maximal möglichen CO 2 -Einsparungen auf insgesamt 2350 Tonnen. Das entspricht dem jährlichen CO 2 -Fußabdruck von rund 250 Einwohnern in Deutschland. Dieser Erfolg lässt sich skalieren. Beim Einsatz von 6000 Tonnen Stahl für Leichtbaumuttern, die im Gegensatz zum Normteil 20 Prozent weniger Gewicht aufweisen, entspräche die jährliche CO 2 -Einsparung bereits dem Äquivalent einer Kleinstadt mit knapp 10 000 Einwohnern. Für diesen Effekt bräuchte es ein Prozent der Jahresproduktion an Elektrostahl von Swiss Steel. Die Kosten- und Emissionseinsparungen sind also nicht nur für die Produzenten von Leichtbauteilen unmittelbar ersichtlich, sondern auch für die Endverbraucher. Weltweit werden pro Jahr rund 100 Mio. neue Autos in Betrieb genommen. Jede Ecodesign-Maßnahme könnte mit bis zu Faktor 1 000 000 000 über die gesamte Wertschöpfungskette skaliert werden. Dieser Multiplikator verdeutlicht die Größenordnung des CO 2 -Einsparpotenzials bezogen auf Leichtbaukomponenten im Fahrzeugbau, die mit neuen Stahlsorten hergestellt werden. Literaturhinweis: [1] Vgl. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie: Entwicklung der Energiemärkte – Energiereferenzprognose, Basel/ Köln/Osnabrück 2014, S. 99 www.schmolz-bickenbach.com Im Fokus Nachhaltigkeit Effizienz Sicherheit Der Betriebsleiter 6/2017 19

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