JÄGER Busi­ness Blog

Kli­ma­schutz: Mit intel­li­gen­tem Pro­dukt­de­sign

den CO2-Aus­stoß verringern

07.12.2022   | Robert Gurka

Fließband für Personalcomputer, Herstellungsprozess.

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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 neu­es
Grafik einer Druckrolle altes

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:

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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Mitarbeiter im Vertrieb Robert Gurka

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.

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