Nachhaltiges Denken in der Maschinenindustrie

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TU Dortmund Institut für Spanende Fertigung

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Mit Blick auf die Nachhaltigkeit empfiehlt er die ganzheitliche Brille, mit der Verfahren prozessübergreifend betrachtet werden: So lässt sich beispielsweise die Härte und Festigkeit von bainitischen Stählen ohne signifikante Verluste der Zähigkeit steigern. Die gezielte Entwicklung der Legierung und des Prozesses sorge ausserdem dafür, dass die sonst übliche kosten- und energieintensive Wärmebehandlung für die Vergütung entfallen kann. «Es lässt sich hier die erforderliche Festigkeit nur durch Abkühlen aus der Schmiedehitze erzielen», erläutert der Professor.

Einschmelzen der Späne fällt weg

Beim Thema Nachhaltigkeit kommt es in Dortmund zu einem Schulterschluss mit dem Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL). «Wir verdichten Aluminiumspäne, die eine Strangpresse zu Profilen formt», sagt Biermann. «Wir erreichen jetzt schon Profile mit einer Festigkeit, die bei 95 Prozent der Ausgangsfestigkeit liegt.» Das Plus: Es entfällt das sonst nötige, bei Aluminium sehr energieaufwändige Einschmelzen der Späne.

Alles in allem sieht der Fachmann Deutschland als das führende Land auf dem Gebiet der nachhaltigen und energieeffizienten Fertigung an, bei der nicht nur Schwellenländer noch einen Nachholbedarf haben. Biermann: «Sogar Hightech-Länder wie Japan entwickeln ihre energieeffizienten Maschinen in erster Linie für den europäischen Markt.»

Kaltumformen spart Energie

Mit einer Fokussierung auf Ressourceneffizienz rechnet auch Prof. Dr.-Ing. Reimund Neugebauer, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz. Für ihn steht fest, dass sich die Umformtechnik generell durch Materialeffizienz, Leichtbau und höhere Festigkeiten im Aufwind befindet. Als eine gute Möglichkeit zum Energiesparen bezeichnet der Experte das Kaltumformen, bei dem einerseits energieintensive Erwärmungsprozesse entfallen. Der Betreiber müsse aber andererseits mit hohen Presskräften und entsprechend viel Energie verbrauchenden Antrieben arbeiten. Ein Weg betrifft die endkonturennahe Fertigung durch Kaltumformung, die viele Fertigungsschritte und Energie einspart. Das Fraunhofer IWU hat dazu beispielsweise ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Laufverzahnungen herstellen lassen. Die Chemnitzer walzen zum Beispiel in einem Schritt Verzahnungen für Pkw-Getriebe. Für das Verfahren spricht seiner Ansicht nach:

• Es kommt zur echten Fertigung einer Endkontur, die das Rohmaterial ohne Späneanfall ausnutzt.

• Die Umformung sorgt für eine optimale Faserverteilung und so für bessere Akustik- und Festigkeit-Eigenschaften.

• Die Fertigungszeit sinkt um mehr als 80 Prozent, was eine deutliche Kostensenkung nach sich zieht.

Doch das Kaltumformen stösst an Grenzen. «Wenn gigantische Presskräfte zum Kaltumformen nötig wären, kommt nur Warmumformung infrage», stellt Neugebauer fest. «Die Wärme eignet sich aber auch zum Einstellen von gradierten Festigkeitseigenschaften, bei dem in einem Blech über das gezielte Abkühlen sich Bereiche mit hoher und Bereiche mit geringer Festigkeit erzeugen lassen.» Auch beim Warmumformen lässt sich Energie einsparen. Als ein Beispiel bezeichnet der Institutsleiter das Presshärten im Karosseriebau, das viel Energie zum Erwärmen benötigt. «Wir gehen das Thema mit Partnern aus der Industrie auf zwei Arten an», sagt der Fachmann. «Zum einen werden Legierungen entwickelt, die mit weniger Temperatur auskommen. Zum anderen entstehen Werkzeuge, deren Abwärme beim Abkühlen wieder in den Fertigungsprozess zurückgeführt wird.»

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