Leichtbau: Game Changer für das Klima - ingenieur.de

2021-12-15 01:42:12 By : Ms. Tina Lee

Unternehmen jeder Größe sind verpflichtet, bis 2050 klimaneutral zu werden. Best-Practice-Beispiele zeigen, wie die Leichtbauphilosophie sie auf ihrem Weg zu einer nachhaltigen Produktgestaltung unterstützt.

Die Leichtbauweise des Nadelbettträgers einer Strickmaschine reduzierte den Energiebedarf deutlich: Dadurch wurde der CO2-Ausstoß um 30 Prozent pro Jahr gesenkt. Grafik: wbk Karlsruhe

Die alarmierenden Ergebnisse des jüngsten Berichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) sprechen für sich: Eine Entwicklung wie die jetzige droht bereits 2030 mit einer globalen Erwärmung um 1,5 Grad Celsius – zehn Jahre früher als bisher angenommen. Diesem Trend kann nur durch eine strikte Begrenzung der globalen Treibhausgasemissionen entgegengewirkt werden. Auch die Hilfe der Industrie ist gefragt – nicht nur wegen der gesamtgesellschaftlichen Aufgabe des Klimaschutzes, sondern auch im Hinblick auf die eigene Wettbewerbsfähigkeit. Denn: Der sogenannte „Green Deal“ der Europäischen Union verpflichtet Unternehmen jeder Größe, bis 2050 klimaneutral zu werden. Eine CO2-neutrale Lieferkette etabliert sich zunehmend als Kundenanforderung. Die Konstruktionsphilosophie des Leichtbaus bietet Unternehmen zuverlässige Unterstützung auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Entwicklung ihrer Produkte.

Leichtbau bedeutet, Produkte komplett zu überdenken und konventionelle Konstruktionsmethoden zu hinterfragen. Der Ansatz geht über eine bloße Substitution von Materialien hinaus. Durch intelligentes Design, den Einsatz neuer Technologien, optimierter Prozesse und digitaler Wertschöpfungsketten können Zeit und Kosten sowie wertvolle Ressourcen eingespart und CO2-Emissionen reduziert werden.

Diese lässt sich in nahezu allen Branchen einsetzen: ob im Bauwesen, Maschinenbau, der Automobilindustrie oder in der Luft- und Raumfahrt. Durch die frühzeitige, ganzheitliche Betrachtung der Anforderungen über den gesamten Produktlebenszyklus leistet der Leichtbau einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz, u. a. in folgenden Handlungsfeldern:

Um das CO2-Einsparpotenzial durch Leichtbau zu konkretisieren, wird exemplarisch der Maschinenbau näher betrachtet. Maßgeblich hierfür ist der enorme Wettbewerbsdruck, der immer bessere und gleichzeitig kostengünstigere Produkte verlangt. Dabei sind zwei Wege denkbar: Material und damit indirekt auch CO2 bei der Herstellung der Maschine einzusparen und/oder durch Optimierung des Maschinenbetriebs weniger Energie zu verbrauchen, wenn bewegliche Teile leichter werden.

Vor der Optimierung: In einer Wellpappen-Verarbeitungsmaschine bewegt ein schwerer Schlitten die Produktstapel im zyklischen Start/Stopp-Modus. Grafik: Wilhelm Bahmüller GmbH

Dieser Ansatzpunkt prädestiniert Leichtbau als Lösungsansatz mit großem Umsatz- und Kostensenkungspotenzial – bei gleichzeitiger Ressourcenschonung, wie die nachfolgend beschriebenen Business Cases verdeutlichen.

Durch die Optimierung der Topologie eines Nadelbettträgers, also einer gewichtsintensiven Komponente einer Flachstrickmaschine, konnten deutliche Einsparungen erzielt werden. Mit dem Bauteil der Firma H. ​​Stoll AG & Co. KG war es möglich, Material nur dort anzubringen, wo tatsächlich Kräfte wirken. Auf diese Weise konnten Materialeinsparungen von rund 30 Prozent und eine Reduzierung der Herstellkosten um 7 Prozent erreicht werden.

Die Leichtbauweise des Nadelbettträgers ermöglichte durch den reduzierten Energiebedarf eine CO2-Einsparung von 30 Prozent pro Jahr. Hochgerechnet auf den gesamten deutschen Maschinenbau könnten allein die Materialeinsparungen aus diesem Beispiel den Stahlverbrauch um rund 1,53 Mio. Tonnen und den CO2-Ausstoß um rund 2 Mio. Tonnen senken [1].

Ein weiteres Beispiel zeigt, dass insbesondere in der frühen Entwicklungsphase erhebliche Materialeinsparungen möglich sind. Bei der Wellpappenbearbeitungsmaschine der Wilhelm Bahmüller Maschinenbau Präzisionswerkzeuge GmbH bewegt ein Schlitten die Produktstapel im zyklischen Start-/Stopp-Modus innerhalb der Maschine. Für diese Bauteilgruppe wurde das größte Potenzial zur Optimierung der Funktion der Maschine ermittelt. Die Masse der beweglichen Teile mit Antriebskomponenten wurde durch ein neues Design um rund 50 Prozent gegenüber der ursprünglichen Konstruktion reduziert. Dies führt zu einer Energieeinsparung von rund 40 Prozent im Betrieb der Maschine und einer Reduzierung der Herstellkosten um bis zu 25 Prozent.

Nach der Optimierung: Die Masse der beweglichen Teile mit Antriebskomponenten konnte durch ein neues Design um rund 50 Prozent reduziert werden. Grafik: Wilhelm Bahmüller GmbH

Noch beeindruckender wird das Klimaschutzpotenzial durch Leichtbau aus folgender Perspektive: Die Firma LCS Life Cycle Simulation GmbH hat anhand zunächst nur einiger Beispiele baden-württembergischer Mittelständler aus dem Netzwerk der Leichtbau BW GmbH berechnet, wie viele Millionen Tonnen CO2 jährlich durch die Umsetzung von Leichtbauprinzipien eingespart werden kann. Berücksichtigt wurden Leichtbaulösungen aus den Bereichen Maschinenbau und Mobilität. Insgesamt könnten die Leichtbauoptimierungen für die betrachteten Branchen ein Einsparpotenzial von bis zu 36 Millionen Tonnen erschließen. Dies entspricht in etwa dem jährlichen CO2-Ausstoß der Schweiz. Der Beitrag und das Zukunftspotenzial des Leichtbaus zum Klimaschutz sind enorm.

In der Industrie schlummert großes Zukunftspotenzial, um unsere Ressourcen zu schonen, Klimaziele zu erreichen und gleichzeitig Kosten zu sparen. Die Konstruktionsphilosophie des Leichtbaus vermag dieses Potenzial zu wecken. Die Werkzeuge, um konventionelle Engineering-Methoden neu zu denken, sind vorhanden – sie müssen nur angewendet werden.

Aktuelle Leichtbauprojekte und Unterstützung auf dem „Weg Leichtbau“ für Unternehmen aller Art finden Sie unter: www.leichtbau-bw.de. Die Leichtbau BW GmbH ist ein Wirtschafts- und Wissenschaftsförderunternehmen in Baden-Württemberg und repräsentiert das wohl größte Leichtbau-Netzwerk der Welt, dem über 2.400 Unternehmen und 360 Forschungseinrichtungen angehören. Als 100-prozentige Landesgesellschaft fungiert sie als neutraler und branchenübergreifender Ansprechpartner und unterstützt Industrie und Forschung auf dem Weg an die Spitze des Leichtbaus.

Zur Arbeit von Leichtbau BW gehört selbstverständlich auch der Technologie- und Wissenstransfer, auch in Form von Veranstaltungen. „Nachhaltigkeit durch Leichtbau in der Praxis“ ist das Thema des kommenden „Technologietages Leichtbau – Global Lightweight Summit“. Am 9. und 10. November 2021 erleben Interessierte weitere zukunftsweisende Lösungen im Hinblick auf die Klimakrise. Beim Hybrid-Event erwarten die Teilnehmer internationale Beispiele aus dem praktischen Leichtbau, der Austausch mit der Community und exklusive Science & Business Tours. Mehr unter: www.leichtbau-technologietag.de

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