Friss die Hälfte

© Illustration | TRUMPF / Markus Weißenhorn

Der Druck wächst, mit weniger Ressourcen mehr zu erreichen. Das stärkt Lieferanten, die mit dem Laser umgehen können.

Es ist eine einfache Erkenntnis. Aber manchmal ist es wichtig, sich selbst daran zu erinnern, sagt Marko Pfeifer. „Nichts verbrauchen geht nicht. Wer etwas fertigen will, muss Energie und Ressourcen einsetzen.“ Pfeifer weiß wovon er redet: Am Fraunhofer-IWU arbeitete er am Green-Carbody-Projekt mit.

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Das Green Carbody Project

  • Bei der Herstellung eines Fahrzeugs fallen etwa 20 Prozent der Energie an, die es während seines Lebenszyklus verursacht. Die Innovationsallianz Green Carbody Technologies ist eine langfristig angelegte Partnerschaft, die diesen Energieanteil maßgeblich reduzieren will. Im Netzwerk entwickeln große, kleine und mittelständische Unternehmen effiziente Technologien und neuartige Produkte.

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Ressourceneffizienz bei TRUMPF

  • Ressourceneffizienz bei TRUMPF bedeutet: höchst produktive Maschinen, die höchst effiziente Fertigung ermöglichen und selbst verschwendungsfrei hergestellt wurden. Dafür steht effiziency+

 

 

Ziel des Projekts war es, Wege zu finden, um den Energie- und Ressourceneinsatz für die Herstellung von Autos zu senken. Pfeifer koordinierte das Teilprojekt InnoCaT4, das die Potenziale in der Karosseriefertigung erkundet hat. „Aber das Gleiche ließe sich natürlich auch für einen Kühlschrank oder ein Handy machen.“ Die Verfahren, um die es ginge, wären andere. Aber eine Erkenntnis dürfte dieselbe sein: „Es geht nur in Kooperation mit den Lieferanten“, so Pfeifer.

Karosserie oder Kühlschrank, wo ist der Unterschied?

Viele Unternehmen haben weniger als die Hälfte des Energie- und Ressourcenverbrauchs ihres Endprodukts in der Hand. Der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen wird so zu einem Thema in der Lieferkette — nicht nur in der Automobilindustrie. Dort macht es sich nur früher und stärker bemerkbar.

Die Autoindustrie zählt zu den weltweiten Schlüsselbranchen und den „Early Adopters“ neuer Verfahren und Prozesse. Wenn den Herstellern etwas wichtig ist, strahlen ihre Verhaltensänderungen und technologischen Entscheidungen auf Verhalten und Investitionen von Unternehmen weltweit aus.

Nichts verbrauchen geht nicht. Wer etwas fertigen will, muss Energie und Ressourcen einsetzen.

Marko Pfeifer, Fraunhofer IWU

Wie wichtig das Thema Energie- und Ressourceneffizienz in dieser Branche wird, zeigt ein Vortrag, den Ingrid Paulus, Senior Manager Green Production bei der Audi AG in Ingolstadt, vor 270 Gästen im Auditorium des Lieferanten TRUMPF hielt: „Wir erfassen jeden Energieverbraucher in unserer Fertigung, um zu sehen, wo die Potenziale liegen“, berichtet Paulus und zählt Maßnahmen auf, die meist die Zusammenarbeit mit Lieferanten einschließen.

So spart Audi im Detail

Im Karosseriebau des neuen Audi A3 wurden zum Beispiel die Schweiß- und die Zangensteuerung zusammengefasst, sodass sowohl die Invest- als auch die laufenden Kosten sowie der Flächenbedarf reduziert werden konnten. Ähnlich intensiv betrachten die Fertigungstechniker bei Audi die Bewegungsabläufe der Roboter. Runde, weiche Bewegungen erfordern weit weniger Energie als kantige.

Großes Potenzial sieht Paulus außerdem in intelligent gesteuerter Anlagenbeleuchtung: „Die Roboter arbeiten ohne Licht, nur bei Eingriffen des Menschen in die Anlagen muss das Licht sofort zur Verfügung stehen“, sagt sie. Abschaltkonzepte der Anlagen für kurze wie lange Pausen spielen eine zunehmend wichtige Rolle, um Energie- und Medienverbräuche zu reduzieren. In der Summe lassen sich Hunderte von Megawatt sparen.

Wir erfassen jeden Energieverbraucher in unserer Fertigung, um zu sehen, wo die Potenziale liegen.

Ingrid Paulus, Audi AG

Das sind Maßnahmen, die auch in den Berichten zum Green-Carbody Projekt vorkommen, und keine davon ist produktspezifisch. Aber sie werden bei den Lieferanten zu neuen Lösungen führen und diese werden in anderen Branchen auftauchen.

Das Auto fährt vor. Wer kommt nach?

2012 berichtete die Laser Community über die Fertigung von Backöfen bei Electrolux. Die EDAG AG hat für den Hersteller eine Laserschweiß- und Schneidlinie entworfen und dabei gezielt die Erfahrungen mit Produktionslinien für Automobilhersteller genutzt: Ein Ofen ist auch nur eine Karosserie mit Backröhre. Auf dieser Erkenntnis bauen auch viele Lohnfertiger ihr Geschäft auf.

Oft ist es das sichere und hohe Auftragsvolumen aus der Automobilindustrie, das die Investition in moderne Fertigungstechnik wie etwa 3-D-Laserschneidanlagen ermöglicht. Einmal ausgestattet mit der Technologie, kann der Lohnfertiger auch anderen Kunden Laserverfahren anbieten, um deren Produkte effizienter zu fertigen. Die Regeln der Automobiler verstärken dies.

VW etwa legt Lieferverträgen unter anderem eigene Normen über Umweltverträglichkeit, Recyclingfähigkeit und Werkstoffverbote zugrunde. Von Hauptlieferanten fordert der Konzern zudem ein zertifiziertes Umweltmanagement gemäß ISO 14001.

Entsprechend breitet sich das gezielte Management von Energie- und Ressourceneinsatz bei Automobilzulieferern aus. Michelfelder Automotive ist ein Beispiel dafür: Das Unternehmen fertigt hauptsächlich Komponenten für Abgasanlagen aus Edelstahl.

Energiesparkonzept, KVP, Materialverschwendung vermeiden … Wir machen viel und wir treten mit unseren Erwartungen an Lieferanten heran.

Peter Sohmer, Michelfelder Automotive

Dem Wunsch der Kunden nach regelmäßigen Effizienzgewinnen begegnet Geschäftsführer Peter Sohmer so: „Wir optimieren die Anlagentechnik und planen die Fertigung intensiv, um die Maschinenbelegung zu optimieren. Mit unseren Kunden schließen wir Grenzmustervereinbarungen ab, um Materialverschwendung zu verhindern. Es gibt mittlerweile ein Energiesparkonzept und unser interner KVP-Prozess erschließt immer wieder Potenziale“, erläutert er. „Außerdem wenden wir uns an unsere Lieferanten und Partner, um weitere Einsparungspotenziale zu finden.“

In der Gruppe günstiger

Die Erkenntnisse und Ideen, die daraus entstehen, fließen auch bei den anderen Unternehmen der Michelfelder Gruppe ein, die weniger oder nichts mit dem Automobilsektor zu tun haben. Das ist zum einen die Michelfelder Metalle- und Lasertechnik. Sie bündelt das Laser- Know-how der Gruppe und bietet es als Lohnfertiger auch externen Kunden aus den unterschiedlichsten Branchen an.

Und dann ist da noch die Michelfelder Edelstahltechnik. Sie setzt die Erfahrung der Gruppe mit Edelstahl in anderen Industriezweigen um: für die Reinraumtechnik, die Lebensmittelindustrie, für den Maschinenbau oder die Gebäudetechnik. Werner Huprich, einer der zwei Geschäftsführer des Unternehmens, sagt dazu: „Wettbewerbsdruck, Technologiesprünge und hohe Ansprüche der Kunden sind kein Monopol der Automobilindustrie. Wir reagieren, indem wir den Automatisierungsgrad erhöhen und Nachbearbeitungsschritte beseitigen. Damit spielen Laserbearbeitung und vor allem Laserschweißen eine immer wichtigere Rolle.“

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Welches Werkzeug braucht mehr Energie, um 5-Millimeter-Edelstahlblech auf einen Meter zu trennen?

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Volkswagen sucht die Differenz am Differenzial

Dass Laserschweißen zu den Schlüsseltechnologien für energieeffiziente Konstruktionen gehört, bestätigt das, was Schweißfachingenieur Holger Fischer über die Fertigung des ZSB-Differenzials und der ZSB-Doppelkupplung bei der Volkswagen AG erzählt:

„Wir haben im ersten Schritt das Schrauben oder Nieten als Fügeverfahren durch das Laserstrahlschweißen mit CO2-Lasern und Zusatzwerkstoff ersetzt. Das reduzierte das Bauteilgewicht um circa ein Kilogramm“, erklärt Fischer. „Im zweiten Schritt stiegen wir um auf Scheibenlaser. Diese haben im Vergleich einen nahezu doppelten Wirkungsgrad und erhöhen die Prozessgeschwindigkeit deutlich.“

Fischers zweites Beispiel, die ZSB-Doppelkupplung, hat neun Fügestellen, die alle lasergeschweißt werden. Bis auf zwei Ausnahmen sind es Stoßnähte, die Flansche und damit Werkstoffzugaben ersparen. Dabei nutzt VW die Scheibenlaser sehr effizient, wie Fischer erklärt: „Eine Strahlquelle versorgt über Laserlichtkabel mehrere Schweißstationen. So gibt es kaum unproduktive Stand-by-Zeiten.“

Laser: im Großen und Ganzen besser

Die Strahlquelle effizient zu nutzen, gehört zu den vielen Möglichkeiten, das scheinbare Handicap des Lasers gegenüber anderen Verfahren — seine hohe Leistungsaufnahme — mehr als auszugleichen. Das wird deutlich, sobald der Vergleich den ganzen Prozess einbezieht. Frank Riedel vom Fraunhofer-IWU etwa hat sich beim Green Carbody-Projekt mit den thermischen Fügeprozessen auseinandergesetzt.

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Der Wirkungsgrad steigt, die Leistungsaufnahme geht zurück. Doch die wahre Stärke des Lasers ist die Effizienzsteigerung, die er ermöglicht.

Dabei hat er sehr früh Dinge wie Leistungsaufnahme und Streckenenergie als alleinige Vergleichsgrößen verworfen: „Zu viele Faktoren bleiben damit unberücksichtigt. Wir haben deshalb die Fügeprozesse als Blackbox betrachtet. In diese Box haben wir alles gepackt, was notwendig ist, um zwei Werkstücke auf einer Strecke von einem Meter zu fügen: den direkten Energiebedarf und den indirekten Bedarf für die Prozessvorbereitung, die Nachbearbeitung, die Prozessdauer, Materialeinsatz, Raumbedarf …“

Anschließend verglich das Team Szenarien mit verschiedenen Fügeprozessen und Riedel stellte fest: „Wenn wir nach der maximalen Energieeffizienz für eine Baugruppe suchen, finden wir als ideales Ergebnis meist einen Mix aus Verfahren inklusive Laser.“ Doch das läuft gegen einen wesentlichen Trend in der Fertigung: „Dort geht es aktuell darum, weniger Verfahren flexibler einzusetzen“, wie Riedel erklärt. So nimmt die Bedeutung des extrem flexiblen Lasers weiter zu.

Die Dosis macht die Effizienz

Auch durch die Energie- und Ressourcenbrille betrachtet, sieht Riedel den Laser klar im Vorteil gegenüber anderen Schweißverfahren. „Sie müssen den Werkstoff zwar auch schmelzen, aber durch die starke Energiefokussierung ist das Schmelzvolumen extrem klein“, sagt er. Darum setzt sich der Laser in vielen Szenarien durch, obwohl sein Steckdosenwirkungsgrad deutlich hinter dem von anderen Prozessen zurückbleibt.

Der Laser nutzt seine Energie am Werkstück extrem effizient, er erwärmt und schmilzt nur ein nahezu ideales minimales Volumen. Und: „Niemand braucht Energie aufzuwenden, um großvolumige Fugen vorzubereiten und zu verschweißen, Verzüge und Spannungen abzubauen, Teile zu richten oder zu beschleifen. Oft reicht das schon, um andere Verfahren auch in der Energiebilanz zu schlagen“, stellt Riedel fest.

Der Laser setzt in vielen Szenarien durch, obwohl sein Steckdosenwirkungsgrad deutlich hinter dem von anderen Prozessen zurückbleibt.

Frank Riedel, Fraunhofer IWU

Wenn diese Lasernähte — oder aber Laserschnitte — dazu dienen, stabilere Konstruktionen aus weniger Werkstoff zu erschaffen, verbessert das die Bilanz weiter. Das hat sich in der Automobilindustrie in den letzten Jahren zum Beispiel im Antriebsstrang aber auch bei höchstfesten Stählen im Karosseriebau bestätigt.

Die geringeren Blechstärken in entsprechend konstruierten Karosserieteilen sparen jede Menge Gewicht — sprich Werkstoffmasse. Den Weg dahin haben höchst produktive Lasermaschinen frei gemacht, die mit dem widerspenstigen Material auch in gewaltigen Stückzahlen fertigwerden. Zugleich hat das Bestreben der Hersteller, Material und Gewicht einzusparen, den Lohnfertigern in der Prozesskette Blech neue Geschäftschancen eröffnet.

Schweißen ersetzt wegschmeißen

Ähnlich positiv sieht es aus, wenn Laser helfen, mit viel Energie und Werkstoff gefertigte Komponenten länger im Betrieb zu halten: Das Reparaturschweißen hat sich zu einem eigenen Geschäftszweig entwickelt.

Einer, der sehr früh eingestiegen ist, ist Michael Francoeur. 2005 beschloss der US-Amerikaner, seinem Job-Shop Joining Technologies Instandhaltungsaufträge aus Luft- und Raumfahrt zu erschließen. Im Vordergrund standen dabei Kostenüberlegungen: Im Aerospace-Geschäft gibt es viele teuer gefertigte Präzisionsteile. Verschleiß, Schäden oder Fertigungsfehler mit Schweißungen zu reparieren, kostet oft deutlich weniger Geld, als sie komplett zu ersetzen.

In den meisten Fällen setzen wir Bauteile mit einem Bruchteil dessen instand, was ein Neuteil an Energie und Rohstoff kosten würde.

Dave Hudson, Joining Technologies

Doch Francoeurs Partner und Geschäftsführer von Joining Technologies, Dave Hudson, hat durchaus auch den ressourcenschonenden Aspekt seiner Arbeit auf seiner Seite: „Für unsere Kunden steht dies heute zwar oft noch nicht im Vordergrund. Doch in den meisten Fällen setzen wir einen Bruchteil der Energie und des Werkstoffs ein, die ein neues Teil kosten würde.“

Das beliebteste Beispiel für diese Art der Reparaturen sind Turbinenschaufeln und -räder. Aber auch massive Wellen oder die Zylinder großer Schiffsdiesel sind lohnende Objekte, deren Ersatz weit mehr Material und Energie kostet als eine Reparatur.

Das Umdenken läuft

So oder so: Das Umdenken in Sachen Ressourcen und Energieeinsatz und die Suche nach Potenzialen um der eingesetzten Energie und Rohstoffe willen, hat bereits begonnen, gerade in der extrem von Kosten getriebenen Automobilindustrie: „Unser Ziel war es, 50 Prozent Energie einzusparen“, sagt Pfeifer. „Das haben wir nicht in jedem Forschungsansatz erreicht. Aber am Ende waren sich alle einig, dass das, was wir an Einsparungsmöglichkeiten gefunden haben, auch wirklich realisiert werden kann. Da hat sich in den Köpfen viel geändert.“ Das merken auch viele Lieferanten. Und eine wachsende Zahl baut ihre Zukunft darauf auf.

Ansprechpartner: TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH, Klaus Löffler, Telefon +49 (0) 7156 303 – 30962, klaus.loeffler@de.trumpf.com

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