Nachhaltige Metallbearbeitung: Vier Firmen zeigen wie's läuft

Viele Unternehmen der Metallbearbeitungsbranche beschäftigen sich mit der Frage, wie weitere signifikante Beiträge zu nachhaltigem Wirtschaften geleistet werden können.

Beispielsweise setzt der Spannmittelhersteller Hainbuch beim Thema Ressourcenschonung vor allem auf Langlebigkeit: „Viele Produkte auf dem Markt landen nach ihrem Verschleiß direkt im Müll“, sagt Stefan Nitsche, Leiter Produktmanagement bei Hainbuch. Deshalb habe es im Unternehmen Priorität, eine extrem lange Einsatzzeit der Produkte zu gewährleisten, die über den natürlichen Verschleiß einzelner Bauteile hinausgeht.

Dafür bietet Hainbuch seinen Kunden regelmäßige Wartungen und Inspektionen an. Hier werden beispielhaft die werkstückberührenden Spannelemente nachvulkanisiert, entstandene Unebenheiten egalisiert und Verschleißstellen neu beschichtet. Die Kosten für die Instandsetzung betragen dabei einen Bruchteil von der Anschaffung eines Neuprodukts. Ein Win-Win Deal also – für Umwelt und Industrie.

Doch auch die Anwender selbst, könnten laut Nitsche durch vorbeugende Wartung zur Langlebigkeit ihrer Spannmittel beitragen: „Im Idealfall sollten die Maschinen einmal am Tag kurz angehalten werden, um sie von Spänen und Schmutz zu befreien. Das Problem ist, dass viele Kunden sich das nicht leisten können, weil sie hohe Stückzahlen zu produzieren haben.“

Nachhaltigkeit und Effizienz gehen Hand in Hand

Für viele Anwender habe die Wirtschaftlichkeit ihres Unternehmens nach wie vor oberste Priorität, bestätigt auch Nitsche. Das liege vor allem am immer weiter steigenden Wettbewerbsdruck, berichtet er von seinen Erfahrungen. Die Aufgabe der Werkzeugindustrie sei es deshalb, Nachhaltigkeit und Effizienz für die Kunden zu vereinen. Hainbuch bietet Anwendern dafür ein Baukasten-System an, mit dem Werkzeugmaschinen ohne Mehraufwand an unterschiedliche Fertigungsaufträge angepasst werden können:

So muss für unterschiedliche Werkstückgeometrien nicht mehr das ganze Spannmittel ausgetauscht, sondern lediglich die entsprechende Adaption in das Spannmittel eingesetzt werden. Vor allem für Lohnfertiger mache das einen großen Unterschied. Hier wechseln Fertigungsbetriebe oft mehrmals täglich ihre Spannmittel, um unterschiedliche Bauteile zu bearbeiten. Beim Wechseln ganzer Spannmittel nimmt ein solcher Wechselvorgang 20 bis 30 Minuten in Anspruch, mit dem Baukasten System sind es nur ein bis zwei.

„Durch unsere Schnellwechsel-Schnittstellen können unsere Kunden so schnell umrüsten, sodass sie damit aufgrund der eingesparten Rüstzeit ganze Maschinen einsparen können“, erklärt Nitsche. Das wiederum sei dann umso mehr auch im Sinne der Nachhaltigkeit.

„Unsere Kunden versuchen bereits heute Bauteile möglichst ressourcenschonend herzustellen. Wir als Hersteller für Werkzeugmaschinen unterstützen sie dabei, indem wir technologisch möglichst viele unterschiedliche Bearbeitungsschritte weitestgehend in einer Maschine konzentrieren“, sagt der Geschäftsführer von Burkhardt+Weber, Olaf Furtmeier. Es sei auch heute noch keine Seltenheit, dass beispielsweise ein Bauteil mit neun Aufspannungen in vier verschiedenen Maschinen produziert werde: Drehbearbeitung, kubische Bearbeitung, Verzahnung und Schleifen. „Wenn diese Schritte in drei Aufspannungen und nur einer Maschine passieren, wird der gesamte Prozess effizienter. Und wir verhindern zudem den sogenannten Teile-Tourismus“, betont er.

Bearbeitung in einer Aufspannung verbessert ökologischen Footprint

Auch Lieferzeiten und Risiko würden sinken, wenn ein Bauteil mit nur einer Aufspannung bearbeitet wird. „Der ökologische Footprint wird verbessert, indem Ressourcen, Energie, Zeit und Platz gespart werden. Um das zu realisieren, besteht die Herausforderung für uns als Maschinenhersteller darin, dass wir uns mit Bearbeitungsmethoden beschäftigen müssen, die uns bis dato eher fremd waren, wie Schleifen oder Verzahnen“, beschreibt Furtmeier die notwendigen Anstrengungen. Das gelte um so mehr, da andere Möglichkeiten weitestgehend ausgeschöpft seien. Stichwort Energieeffizienz: „Um unsere Maschinen diesbezüglich optimal aufzustellen, nutzen wir bereits seit langem entsprechende effiziente Antriebs- und Steuerungspakete unseres Lieferanten Siemens für den Einsatz in unseren Werkzeugmaschinen. Das Thema ist ziemlich ausgereizt.“

„Wir bauen Maschinen für die Schwerzerspanung. Unsere Kunden haben den Anspruch, sehr große Bauteile über einen langen Zeitraum sehr genau zu zerspanen“, sagt Furtmeier. „Es ist keine Seltenheit, dass 25 Jahre alte Maschinen von uns heute noch mit derselben Genauigkeit arbeiten. Das liegt daran, dass unsere Ingenieure die Maschinen kompromisslos für die Schwerzerspanung auslegen“, sagt Furtmeier.

Andere Hersteller würden eher den Ansatz einer hohen Flexibilität verfolgen, also Maschinen produzieren, die von der Leichtmetallbearbeitung mit hohen Spindeldrehzahlen und hohen Beschleunigungen bis hin zu schweren Bauteilen sehr flexibel einsetzbar sind. „Wir streben nicht an, beides zu können, sondern fokussieren uns auf die Schwerzerspanung und legen entscheidende Größen wie die mechanische Dimensionierung darauf hin aus. Das macht unsere Maschinen so langlebig – ein wichtiger Aspekt der Nachhaltigkeit, wie ich finde“, erläutert Furtmeier.

„Wir beobachten auch, dass die Werkzeug- beziehungsweise Bearbeitungstechnologie häufig viel weiter fortgeschritten ist als die Maschine, auf der sie eingesetzt werden“, ergänzt Furtmeier.

Das habe zur Folge, dass Leistungsoptionen von modernen Werkzeugen in vielen Fällen gar nicht abgerufen werden könnten. „Bei uns ist es gerade andersherum: Wir führen die Werkzeuge ans Limit. Beispiel Titanzerspanung für Flugzeugbauteile: Hier konnten wir Leistungen um bis zu 30 Prozent steigern. Eine vermeintlich teurere Maschine macht sich bezahlt und schont die Umwelt, weil sie länger zu nutzen ist, eine höhere Leistungsdichte hat und die Genauigkeit über viele Jahre gewährleistet ist“, sagt er. Nachhaltigkeit habe eben auch viel damit zu tun, das Maximale aus dem gesamten Prozess herauszuholen. Das spare Ressourcen wie Maschinen, Arbeitszeit, Platz, Energie und Rohstoffe.

Sparen von Rohstoffen macht Produktion nachhaltiger

Das Einsparen von Rohstoffen bei der Bearbeitung von Werkstücken ist hingegen eher als Stand der Technik zu bezeichnen. So ist laut Gerhard Knienieder, Geschäftsführer des fränkischen Werkzeugherstellers Emuge, im Zerspanungsprozess bereits seit einigen Jahren der Trend zum „near net shape“ vollzogen: Bereits vor der Bearbeitung werden die Werkstücke an die Form des fertigen Bauteils angepasst, um das Aufmaß für die Bearbeitung so weit wie möglich zu reduzieren.

Je näher bereits das Rohteil am fertigen Bauteil ist, desto schneller ist der Job erledigt, und als Zusatznutzen entsteht weniger Späneabfall in der Fertigung. In der Konsequenz sinkt beispielsweise die Schruppbearbeitung beim Fräsen, während die Schlichtbearbeitung an Bedeutung gewinnt.

Auch das Recycling der Abfälle ist in der Metallbearbeitungsindustrie seit langem eingespielt. Metallspäne und andere Produktionsabfälle werden von den Fertigungsbetrieben selbst oder von spezialisierten Verwertungsunternehmen gesammelt und wieder der Rohmetallgewinnung zugeführt.

Laut Knienieder sei das vor allem bei kobalt- und wolframhaltigen Edelmetallen, wie sie auch bei Emuge in der Werkzeugherstellung verwendet werden, ein wichtiger und geläufiger Prozess.

Recycling von Spänen und Schneidölen ist wichtig

Spezialisiert beispielsweise auf den Bereich Recycling, insbesondere im Bereich der Weiterverarbeitung von Metallspänen, ist hier die Erdwich Zerkleinerungs-Systeme mit Sitz in Bayern. Das mittelständische Familienunternehmen, seit beinahe 50 Jahren aktiv am Markt mit Aufbereitungs-Lösungen für nahezu jede Branche vertreten, hat sich auf die Herstellung von Zerkleinerungsmaschinen und Hammermühlen fokussiert.

„Die effizienteste Lösung in diesem Fall ist die Berücksichtigung eines mehrstufigen Aufbereitungsprozesses innerhalb von bestehenden Produktionslinien mittels der Integration eines Zerkleinerers direkt nach den Bearbeitungsmaschinen und einem anschließenden Abtransport in eine Brikettier-Presse respektive Zentrifuge", erklärt Maximilian Gutmayr, Sales Manager bei der Erdwich Zerkleinerungs-Systeme.

Gutmayr: "Hier können sehr kostspielige Schneidöle oder Emulsionen zurückgewonnen und im Anschluss wieder im Produktionsprozess eingesetzt werden. So kann man einen Restfeuchtegehalt von zwei bis drei Prozent bei der anschließenden Abholung des aufbereiteten Spänematerials durch den Entsorger erreichen und somit kostspielige Gefahrgut-Transporte vermeiden. Viele Entsorger nehmen beispielsweise unbehandeltes Spänematerial gar nicht mehr an. Allein dieser Prozessschritt sowie das allgemeine Umdenken stellen wichtige Weichen in die Richtung einer umwelt- und ressourcenschonende Produktion nach modernen Standards."

Angefangen von einer dezentralen Lösung, das heißt hinter jeder Bearbeitungsmaschine befindet sich ein Zerkleinerer bis hin zu einer vollautomatisierten zentralen Lösung nach Industrie 4.0-Standard, mittels Hub-Kipp Vorrichtung oder anderweitiger Peripherie sowie Störteile-Handling, hat die Unternehmung Erdwich hier sämtliche Lösungen für individuelle Kundenanforderungen und Anwendungen parat.

„Im Moment erleben wir hier auch eine Trendwende, hin zu sehr besonderen Materialien, die beispielsweise sehr schwierig aufzubereiten sind wie beispielsweise GFK- und CFK-Materialien aus dem Automobil- und Luftfahrt-Bereich oder auch aktuelle Rückläufer von kompletten Lithium-Ionen-Batterien aus E-Autos, Laptops oder mobilen Geräten. Wir arbeiten hier mit weltweit bekannten Recycling-Betrieben als auch verschiedenen End-Anwendern mit ihren Produktionsausschüssen sehr eng zusammen und entwickeln hier mit unserer R&D-Abteilung anwendungsorientierte Zerkleinerungslösungen inklusive verfahrenstechnischer komplexer Aufbereitungslinien für eine nachhaltige Zukunft“, erklärt Gutmayr weiter.

Ressourcenschonende Bearbeitung ist weiterer Trend

Ein weiterer Nachhaltigkeitstrend in der metallverarbeitenden Industrie: Statt großer Mengen an Kühl- und anderen Schmiermitteln setzt man immer häufiger auf die Minimalmengenschmierung: „Für die Bearbeitung wird hier nur noch ein Hauch von Öl gebraucht, was natürlich extrem ressourcenschonend ist“, so Knienieder. Vor allem bei der Serienfertigung in der Automobilindustrie werde diese Technik bereits eingesetzt. Die Aufgabe von Werkzeugherstellern sei es nun, mehr und mehr Werkzeuge auf diese Art der Verwendung vorzubereiten.

Das größte Potenzial zur Energieeinsparung sieht Knienieder in der Fertigung: „Wir müssen in der Produktion darauf achten, dass weniger Energie verbraucht wird. Nicht nur um CO₂ zu vermeiden, sondern auch aus Eigeninteresse im Sinne der Kosteneinsparung.“ Auch die Digitalisierung helfe hier, Prozesse mit möglichst wenig Energieaufwand zu entwickeln.

Trotzdem sei es für Unternehmen langfristig unabdingbar, die gesamte Produktions- und Lieferkette auf ihre Nachhaltigkeit zu überprüfen. So müsse sein Unternehmen künftig zum Beispiel auch auf Lieferanten zugehen, um über die CO₂-Bilanz des eingekauften Rohstahls im Bilde zu sein: „In ein paar Jahren werden wir nachweisen müssen, wie der CO₂-Footprint unserer einzelnen Produkte ist. Es ist also wichtig, den Energieverbrauch nicht nur zu dokumentieren, sondern auch zuzuordnen. Und die Emissionen natürlich langfristig immer weiter zu reduzieren.“