JÄGER Business Blog

Klimaschutz: Mit intelligentem Produktdesign
den CO2-Ausstoß verringern

07.12.2022 | Robert Gurka

Der Klimawandel beschäftigt auch weiterhin Entscheider:innen in allen Branchen. Konzepte zur Reduzierung der CO2-Emissionen in der Industrie fokussieren sich meist auf strategische Bereiche: alternative Energieträger, Umbauten des Firmengebäudes etc. Ein vielversprechender Ansatz, da Verbesserungen an diesen Stellen enormes Einsparpotenzial für den Ausstoß von Treibhausgasen bieten. Allerdings sollten auch Maßnahmen auf der Fertigungsebene Beachtung finden. Mit intelligentem Produktdesign lassen sich gerade im Gummi- und Kunststoffbereich CO2-Einsparungen realisieren, die isoliert betrachtet zwar gering sind, in Summe allerdings eine deutliche Reduktion bewirken.

Nur so viel Material wie nötig.
Geometrieänderungen senken den Materialbedarf

Erster Ansatzpunkt ist die Geometrie eines Bauteils. Maschinenkomponenten sind oft auf ihren primären Einsatzzweck hin optimiert, nicht auf sekundäre Faktoren wie Gewicht oder Materialeinsatz. Mit intelligentem Produktdesign lassen sich in vielen Fällen Geometrien entwickeln, die nach wie vor den Anforderungen des Einsatzbereichs genügen und darüber hinaus einen deutlich geringeren CO2-Ausstoß verursachen.

Beispielsweise erhielt Jäger eine Kundenanfrage für eine Dichtungsoption, die in Schaltschränken zum Einsatz kommen sollte. Es handelte sich um ein konvexes, zylinderförmiges Bauteil, das mit einer externen Flachdichtung versehen werden sollte, die es gegen Staub und Feuchtigkeit schützt.

Unser Lösungsvorschlag bestand darin, die Geometrie des Bauteils zu überarbeiten und die Dichtung in die Komponente zu integrieren. Das neue Kombinationselement hatte eine konkave Geometrie mit vergleichbaren elektrischen und mechanischen Eigenschaften, aber einem deutlich geringeren Materialeinsatz.

Ein anderes Beispiel findet sich in einer unserer Case Studies. Vor einigen Jahren haben wir für einen unserer Kunden eine Förderrolle überarbeitet, die ursprünglich aus einem Gummi-Metall-Element bestand, mit einem Stahlkern und einer massiven Gummiummantelung. Jäger entwickelte hierfür ein alternatives Bauteil: eine Speichenkonstruktion aus Kunststoff (innen hohl), die mit einer wesentlich dünneren Gummischicht umschlossen ist.

Beide Komponenten haben vergleichbare Eigenschaften. Die Neuentwicklung ist allerdings wesentlich leichter und verbraucht weniger Material.

3D Grafik einer Druckrolle als Neukonzeption

Jäger Druckrolle für Förderbänder im alten und neuen Design

Materialeinsparungen wie diese haben mehrere Effekte, die sich positiv auf die CO2-Bilanz eines Produktionsunternehmens auswirken:

Bei der Förderung und Entsorgung der Rohstoffe entstehen geringere Treibhausgasemissionen, da sie in geringeren Mengen benötigt werden.
Der Energiebedarf während der Verarbeitung sinkt. Massive Gummielemente erfordern zum Beispiel längere Heizzeiten.
Transportbedingte CO2-Emissionen werden reduziert. Leichtere Artikel benötigen etwas weniger Treibstoff, was sich gerade bei größeren Produktionsmengen und langen Transportwegen (zum Beispiel aus Südostasien) bemerkbar macht.

Alternative Materialien können den CO2-Fußabdruck verbessern

Verschiedene Kunststoff- und Elastomersorten unterscheiden sich hinsichtlich des CO2-Ausstoßes, der bei ihrer Verarbeitung entsteht. Silikone müssen zum Beispiel nachgetempert werden, was zu längeren Heizzeiten und somit zu einem höheren Energieaufwand führt. Grundsätzlich kann sich ein Materialwechsel also positiv auf den CO2-Fußabdruck auswirken.

Auf der anderen Seite hängt die Auswahl des passenden Werkstoffs in erster Linie von den Einsatzbedingungen des Bauteils ab. Nachdem die Anforderungen hinsichtlich Abrieb, Shore-Härte, Temperaturen, statischen bzw. dynamischen Belastungen sowie chemischer Beständigkeiten berücksichtigt wurden, bleibt meist wenig Optimierungsspielraum für eine potenzielle CO2-Reduzierung.

Ein besserer Ansatz ist daher, auf eine möglichst lange Lebensdauer des Materials zu achten. Je häufiger eine Komponente defekt ist, desto öfter muss sie ausgetauscht und entsorgt werden. Gerade im Elastomerbereich ist das ein bedeutender Faktor, da Gummi im Gegensatz zu Kunststoffen und Metallen kaum recycelt werden kann. Die Nutzungsdauer einer Komponente zu verlängern, kann daher ihre CO2-Bilanz deutlich verbessern.

Zu diesem Zweck sollte die Konstruktion ein Material auswählen, das die Anforderungen des Einsatzszenarios übertrifft. Aus Kostengründen fällt die Wahl meist auf einen Werkstoff, der die Anforderungen gerade so erfüllt, was sich auf Dauer in höheren Abnutzungseffekten widerspiegelt.

Wenn ein Bauteil beispielsweise 150° C aushalten muss, kommt oft ein Material zum Einsatz, das genau auf diese Temperatur ausgelegt ist. Die thermische Belastung der Komponente ist entsprechend hoch, da sie stets am Limit agiert. Wählt die Konstruktion stattdessen ein Material, das erst bei 180° C an seine Grenzen gerät, ist die Belastung geringer.

Dies ist jedoch der Optimalfall. In der Praxis kommen hochwertige und damit teurere Materialien oft nicht in Frage, da sich das Unternehmen in einer Wettbewerbssituation befindet und die Herstellungskosten seiner Produkte nur bedingt erhöhen kann.

Hier gilt es, einen Kompromiss zwischen Preis und Nachhaltigkeit zu finden. Abhängig von der Positionierung des Unternehmens kann es Sinn ergeben, auf langlebigere, aber teurere Materialien zu setzen und dies auch offen zu kommunizieren.

Kombinierte Bauteile senken die CO2-Emissionen durch Synergieeffekte

Wenn ein Unternehmen kombinierte Gummi- oder Kunststoffbaugruppen von einem Hersteller bezieht, ergeben sich weitere Möglichkeiten zur CO2-Reduzierung. In diesem Fall kann der Lieferant einzelne Elemente besser aufeinander abstimmen und Synergieeffekte realisieren. Dies kann verschiedene Auswirkungen haben, abhängig von der Baugruppe. Denkbar sind unter anderem eine Materialersparnis, kürzere Heizzeiten oder geringere Transportwege.

Betrachten wir zum Beispiel erneut die zylinderförmige Dichtungsoption. Parallel zu der bereits beschriebenen Geometrieänderung hat Jäger auch das Teil und die externe Flachdichtung kombiniert. Die Flachdichtung ist nun in die Komponente integriert. Am Boden des Teils gibt es eine ringförmige Aussparung, in welche die Dichtung eingesetzt wird. Dies erleichtert nicht nur die Montage, sondern erfordert auch einen geringeren Materialeinsatz, da die Flachdichtung kleiner ist als zuvor. Sie muss nicht mehr die komplette Bodenfläche des Bauteils umfassen, sondern lediglich den Bereich, in dem die Komponente mit der Platine in Berührung kommt.

Diese Verbesserung war nur möglich, da ein einziger Partner die gesamte Fertigung und Entwicklung der kombinierten Baugruppe übernommen hat.

Fazit

Auch im Bereich der Produktentwicklung gibt es Möglichkeiten, den CO2-Fußabdruck eines Unternehmens zu verbessern. Bei Gummi- und Kunststoffartikeln bergen vor allem die Geometrie des Bauteils sowie die Materialauswahl Optimierungspotenziale.

So lassen sich oft mit einer leicht veränderten Bauweise das Gewicht einer Komponente sowie ihr Materialverbrauch reduzieren, was neben den direkten Effekten auch den transportbedingten CO2-Ausstoß verringert. Einen alternativen Werkstoff zu wählen kann die Lebensdauer des Bauteils deutlich erhöhen, wodurch es seltener ersetzt werden muss. Und bei kombinierten Baugruppen ergibt es Sinn, alles aus einer Hand zu beziehen, um konstruktionsbezogene Synergieeffekte und damit CO2-Einsparungen zu realisieren.

Jeder dieser Faktoren mag für sich genommen nur geringen Einfluss auf die CO2-Emissionen haben. Bei großen Stückzahlen machen sich die Verbesserungen aber durchaus bemerkbar, da sich der Verbrauch an CO2 pro Artikel summiert. Auf diesem Weg können Unternehmen auch mit kleinen Veränderungen einen Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels leisten.

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Autor: Robert Gurka

Robert Gurka ist Außendienstmitarbeiter bei Jäger, zuständig für Kunden im Bereich von Hannover bis Göttingen, sowie einigen Schlüsselkunden. Er verfügt über mehr als 40 Jahre Berufserfahrung im Bereich Gummi und Kunststoff.

r.gurka@jaeger-gk.de | +49 5115 358103

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