Viele Wege zu mehr Ressourcen-Effizienz

„Solange Leben auf der Erde existiert, werden Ressourcen verbraucht und im Sinne der Nachhaltigkeit ist es weise, dass jede Generation die ihr zur Verfügung stehenden Ressourcen so effizient wie möglich nutzt, um der jeweils folgenden Generation einen gleichen oder höheren Lebensstandard zu ermöglichen. Kunststoffe tragen bei genauerem Hinsehen erstaunlich viel zur globalen Ressourceneffizienz bei und verharren doch oft in der Defensive. Dabei bietet die Kenntnis der Zusammenhänge genügend Stoff, offensiv mit der positiven Bilanz von Kunststoffen und Kunststofftechnik zu argumentieren“, führte Prof. Dr.-Ing. Christian Bonten,  Leiter Institut für Kunststofftechnik (IKT), Universität Stuttgart seinen Leitartikel zur K 2016, in das Thema Ressourceneffizienz ein.

Ressourcen sparen senkt Kosten

Ressourceneffizienz ist ein Thema, das viele Dimensionen hat. Politische, wirtschaftliche und technische Aspekte spielen hinein und beeinflussen die Bilanzen. Wie wichtig es ist, lässt sich an verschiedenen politischen Entscheidungen und diversen Förderprogrammen ablesen. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz, die Entscheidung für höhere Recyclingquoten, Programme und Wettbewerbe des BMUB, Initiative verschiedener Verbände wie des VDI oder des VDMA. Eine große Zahl engagierter Akteure bemüht sich darum, die verfügbaren Ressourcen besser zu verwerten und politische und technologische Wege dafür zu ebnen.

Eine höhere Ressourceneffizienz bedeutet nicht nur mehr Nachhaltigkeit, sondern auch weniger Kosten. Und das ist die Stelleschraube, um die es in nahezu allen industriellen Prozessen geht und mit der sich im globalen Wettbewerb punkten lässt. In der Kunststoffbranche lässt sich das Ziel beispielsweise mit dem sparsamen Einsatz der Werkstoffe, die Verwertung von Reststoffen und Rezyklaten sowie dem Einsatz energieeffizienter Technik und digitaler Technologien erreichen.

Verschwendungsfaktoren indentifizieren

„Nicht etwa der Materialpreis, denn Kunststoffe sind eher die teureren Werkstoffe, sondern die energiesparende und kostengünstige Kunststoffverarbeitung verleiten immer wieder dazu, klassische Konstruktionswerkstoffe durch Kunststoffe zu ersetzen. Zur noch weiteren Einsparung von Maschinen-, Arbeits- und Energieaufwand werden immer wieder Prozessschritte kombiniert und Verfahren integriert. Stete Aufgabe der Ingenieure ist es, selbst den bereits niedrigen Energieverbrauch von Dauerläufern wie Extrudern und Spritzgießmaschinen immer weiter zu optimieren,“ wie Bonten im Innovationskompass zur K 2016 erklärt.

„Energie- und Ressourcen-effiziente Techniken haben das Bewusstsein für Umweltschutz und Nachhaltigkeit in der gesamten Branche gestärkt“, meint Thomas Siegel, anwendungstechnische Beratung für die Elastomerverarbeitung bei Arburg, Loßburg. Und Leopold Praher, Verkaufsleiter elast/LIM von Engekl Austria, Schwertberg, Österreich, ergänzt: „Die Herausforderung besteht generell darin, die für die jeweilige Anwendung und die individuellen Gegebenheiten größten Verschwendungsfaktoren zu ermitteln. Zu diesen Faktoren gehören schlecht ausgelegte Antriebskonzepte, zu lange Heizzeiten, aber zum Beispiel auch Wärmeverluste durch mangelnde Isolierung.“

In die Steuerung der Spritzgießmaschine integrierte Assistenzsysteme aus dem inject 4.0 Programm sorgen dafür, dass Prozessschwankungen ausgeglichen werden, noch bevor Ausschuss entsteht. (Bildquelle: Engel)

„Das energieintensive Spritzgießverfahren verlangt […] nach einer ganzheitlichen Betrachtung der Prozesse. So lässt sich der Energiebedarf reduzieren bei gleichzeitiger Steigerung der technischen Leistungsfähigkeit. Arburg trägt seinen Teil bei, Prozesssicherheit und Stabilität in der Produktion auf ein sehr hohes Niveau zu heben“, sagt Thomas Siegel, anwendungstechnische Beratung für die Elastomerverarbeitung bei Arburg, Loßburg. Welche technischen Hebel eine Rolle spielen und von Engel bedient werden erläutert Leopold Praher, Verkaufsleiter elast/LIM von Engekl Austria, Schwertberg, Österreich: „Neben den Servoantrieben tragen heute immer mehr vollelektrische Maschinenkonzepte zu einer hohen Gesamteffizienz bei. Sowohl ecodrive als auch vollelektrische Antriebe reduzieren nicht nur den Energiebedarf, sondern steigern auch die Präzision der Maschinenbewegungen und damit die Reproduzierbarkeit, was Ausschuss und Nacharbeit sowie manuelle Tätigkeiten weitestgehend vermeidet. […] Aber das ist nicht die einzige Stellschraube. Auch Heizzeitrechnerprogramme, wie elast timer von Engel, leisten einen wichtigen Beitrag. Diese Programme berechnen auf Basis aussagekräftiger Prozessparameter die für die jeweilige Anwendung optimale Heizzeit und stellen den entsprechenden Wert automatisch ein. Schnittstellen für im Markt bereits verwendete und etablierte Programme sind Stand der Technik. In der Praxis spart dies deutlich Energie ein, denn meistens sind die auf Basis von Erfahrungswerten festgelegten Heizzeiten unnötig lang.“

Weiteres Sparpotenzial liegt in der Werkzeugkonstruktion. „Zielgerichtete Werkzeugkonstruktion und effiziente Temperierung zeigen aus unserer Sicht das größte Potenzial die Produktion auch in Zukunft noch schneller, stabiler und effizienter zu gestalten. Frontloading mit Hilfe der Simulation ist dafür schon seit längerem ein etabliertes Werkzeug, das dazu beiträgt, von Beginn an die „richtigen“ Formteile zu produzieren. Simulation ermöglicht es virtuelle Werkzeuge unter realen Bedingungen zu fahren und so vor dem Werkzeugbau zu optimieren. Damit werden sowohl Artikel, Werkzeuge und Prozesse als auch die letztendlich entstehen Eigenschaften des Formteils vorab ausgelegt. Eine optimale virtuelle Auslegung ist jedoch nur möglich, wenn alle nötigen Informationen für die Berechnung zur Verfügung stehen und alle Effekte, die innerhalb des Produktionsprozesses auftreten können, abgebildet werden“, führt Tobias Mansfeld, Technical Sales Manager beim Softwareunternehmen Sigma Engineering, Aachen.

Aber nicht nur die Heizzeit und Energiebedarf, sondern auch die Rüstzeit trägt zur Effizienz der gesamten Prozesskette bei, wie Andreas Reich, Produktbereichsleiter Werkzeugspanntechnik / Magnetspannsysteme bei Roemheld. „Dank Hochtemperatur-Magnetspannplatten und intelligenten Werkzeugwechselsystemen mit Transportwagen, Kupplungstechnik und Vorwärmstation ist es heute möglich, dass eine Person selbst 240 °C heiße Werkzeuge innerhalb von wenigen Minuten produktionsfertig tauschen kann. Das bedeutet: weniger Stillstandzeiten und eine höherer Produktivität bei einer verbesserten Qualität und geringerem Werkzeugverschleiß. Außerdem spannen Magnetspannplatten vollflächig, so dass eine Standardisierung von Werkzeugen hinsichtlich Spannrändern, Geometrien oder Größen nicht nötig ist – auch das spart Ressourcen und Kosten.“

Mit digitaler Technik Prozesse effizienter machen

Der Einsatz moderner effizienter Technologien lohnt sich und wird von vielen Stellen gefördert. Das VDI Zentrum für Ressourceneffizienz beispielsweise bietet eine Plattform für Gute-Praxis-Beispiele, Informationen und Analysen. So sagen circa 82 Prozent der Unternehmen in der Kunststoffverarbeitung laut einer Umfrage des VDI Zentrums Ressourceneffizienz aus dem Jahr 2011, dass die Effizienzpotenziale in ihrer Branche nicht ausgeschöpft sind.

Die Kombination aus der Maschinensteuerung und dem MES bietet dem Anwender einige Vorteile: So ist es möglich, Statusanzeigen aus dem MES auf dem jeweiligen Bildschirm der Maschinen anzuzeigen. (Bildquelle: MPDV)

Aktuell ganz oben auf der Agenda ist der Einsatz digitaler Technologien. „Digitalisierung in Unternehmen, richtig gemacht, bedeutet immer einer Steigerung der Ressourceneffizienz. Denn im Ergebnis ist sie nichts anderes als die vollständige Erfassung und Optimierung aller Energie- und Stoffströme entlang des gesamten Lebenswegs eines Produkts. Auf dem Weg dahin brauchen vor allem die KMU aber noch viel Hilfe und Unterstützung“, so Dr. Martin Vogt, Geschäftsführer der VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (VDI ZRE).

Das VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) hatte als Kompetenzzentrum und im Auftrag des Bundesumweltministeriums gemeinsam mit vier Bundesländern die Studie „Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 – Potenziale für KMU des verarbeitenden Gewerbes“ beauftragt. Sie beleuchtet Maßnahmen der digitalen Transformation anhand von zehn Unternehmensbeispielen. Dabei wurden nach Selbsteinschätzung der befragten Unternehmen Einsparungen von Material und Energie von bis zu 25 Prozent erreicht. Aus den Ergebnissen der im Juni vorgstellten Studie leiten die Macher Handlungsempfehlungen für KMU, Politik und Wissenschaft ab: ein Plädoyer für die digitale Transformation der klein- und mittelständischen Industrie für den internationalen Wettbewerb mit mehr Klima- und Umweltschutz. Prof. Dr. Prof. Liselotte Schebek von der TU Darmstadt, die gemeinsam mit Experten des Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung sowie des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz die Studie erarbeitet hat, fordert: „Die Politik sollte die Vernetzung öffentlicher Beratungsangebote für KMU zu den Themen Industrie 4.0 und Ressourceneffizienz unterstützen. Für die Wissenschaft stellen sich Forschungsfragen sowohl zur technologischen Weiterentwicklung, zum Beispiel zu zentralen Methoden der Erfassung und Auswertung von Ressourcendaten durch Verfahren der künstlichen Intelligenz, als auch zu Anwendungen im industriellen Bereich und zu gesellschaftlichen Aspekten.“

Gunther Adler, Staatsekretär im Bundesumweltministeriums, sieht in der digitalen Transformation eine Chance, nicht nur für mehr Nachhaltigkeit, sondern auch für einen neuen Markt. „Hinzu kommt der erfreuliche Nebeneffekt, die Wettbewerbsposition der GreenTech-Branche in Deutschland stärken zu können. Das bestätigt uns jedenfalls eine von meinem Haus in Auftrag gegebene Studie von Roland Berger, die prognostiziert, dass durch die digitale Transformation 20 Milliarden Euro zusätzliches Marktvolumen im Jahr 2025 erzeugt werden. Das entspricht in etwa drei Prozent des insgesamt prognostizierten Marktvolumens. All das zeigt: Wenn wir bei der digitalen Transformation frühzeitig an den richtigen Stellschrauben ansetzen, können wir dazu beitragen, die digitale Transformation zu einem wichtigen Treiber für eine ressourceneffizientere, umweltschonende und vor allem auch international wettbewerbsfähigere Wirtschaft zu entwickeln.“