Werkzeugbau denkt grün

Der Werkzeugbau und die damit verknüpfte Kunststoffindustrie stehen vor großen Herausforderungen. Steigende Qualitätsanforderungen, mehr Umweltbewusstsein und strengere gesetzliche Vorgaben zwingen die Branche zum Umdenken. Geschlossene Kreisläufe und optimierte Werkzeug-Supply-Chains rücken in den Fokus. Genau hier setzte das länderübergreifende CORNET-Forschungsprojekt „SustainTool“ an. Es sollte kleinen und mittleren Unternehmen aus Deutschland und Österreich helfen, Nachhaltigkeitsprinzipien effizient in ihre Prozesse zu integrieren. Die Kooperation zwischen Forschungseinrichtungen und Industriepartnern gewährleistete dabei eine anwendungsnahe Lösung.

Intelligent steuern

Der großen themenübergreifenden Klammer widmete sich vorrangig Fraunhofer Austria mit seiner Expertenrolle im Bereich der nachhaltigen Wertschöpfung. 

„Wer Energie und Material intelligent steuert, Fachkräfte bindet und seine Lieferkette beherrscht, reduziert Kosten und verbessert Qualität sowie Resilienz“, betont Stephan Martineau, Projektleiter bei Fraunhofer Austria. 

Auf der Fertigungsseite überzeugte ihn vor allem die einfache Formel: weniger Kilowattstunden pro NC-Minute, weniger Spanvolumen, weniger Nacharbeit.

Messen und vergleichen

Der Projektbericht von Fraunhofer Austria zeigt, dass Rohstoffe ein Engpass bleiben und hebt in diesem Zusammenhang Rezyklatanteile im Stahl, EPD-gestützte Beschaffung, sortenreine Späneerfassung, Remanufacturing sowie ein professionelles Management von Kühlschmierstoffen hervor. Ein weiterer großer Hebel liegt bei der Belegschaft. Qualifizierte Teams entscheiden über Durchlaufzeit und Erstgutquote. Damit das alles steuerbar bleibt, empfiehlt der Bericht ein kompaktes KPI-Set. Energie, Material, Gesundheit und Sicherheit, Lieferkettentransparenz und Datenqualität werden so messbar und vergleichbar.

Energiebedarf simulieren

Die Montanuniversität Leoben entwickelte eine Simulationsmethode, um den Energiebedarf für die Herstellung von Spritzgussbauteilen abzuschätzen. Die Methode ermöglicht es, aus bestehenden Standardergebnissen der Spritzgieß-Simulationssoftware Moldflow energiebezogene Kennwerte für ein Werkzeug bzw. einen Prozess zu ermitteln. 

„Eine höhere Massetemperatur reduziert zwar die Einspritzarbeit durch eine geringere Viskosität, der erhöhte Energiebedarf für das Erwärmen der Schmelze auf die höhere Temperatur übersteigt aber das Einsparungspotenzial der Einspritzarbeit bei weitem“, berichtet Thomas Lucyshyn vom Department Kunststofftechnik der Montanuniversität Leoben.

Gleiche Qualität, weniger Ressourcen

Mit der Werkzeugentwicklung bzw. -konstruktion beschäftigte sich die Hochschule Schmalkalden. 

„Wir wollen Spritzgießwerkzeuge so gestalten, dass sie unter Beibehaltung funktionsspezifischer Qualitätskriterien über den gesamten Lebenszyklus ressourcenschonend und effizient eingesetzt werden können“, skizziert Thomas Seul, Professor für Fertigungstechnik und Werkzeugkonstruktion. 

Zu Beginn haben die Expertinnen und Experten das System Werkzeug in seine grundlegenden physikalischen und technischen Wirkprinzipien gegliedert. Die Lösungsansätze wurden mithilfe eines morphologischen Kastens dargestellt und sinnvoll sowie innovativ miteinander kombiniert. Aus den gewonnenen Erkenntnissen entstand ein Leitfaden zur Entwicklung nachhaltiger Spritzgießwerkzeuge.

CO₂-Werkzeugpass schafft Transparenz

Die Nachhaltigkeitspotenziale in der Herstellungsphase von Spritzgießwerkzeugen untersuchte das Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen. Unter anderem wurden Daten erhoben, um unternehmensindividuelle Product Carbon Footprints zu berechnen. Mithilfe des zertifizierten „CO₂-Werkzeugpasses“ hat das Projektteam fünf repräsentative Spritzgießwerkzeuge ausgewertet, die Emissionen entlang der drei Scopes transparent dargestellt und die wesentlichen Verursacher der Werkzeugemissionen identifiziert. Ein Leitfaden präsentiert darüber hinaus Nachhaltigkeitsmaßnahmen, die von Werkzeugbauspezialistinnen und -spezialisten bewertet wurden, enthält Best Practices aus der Industrie und bietet konkrete Hilfestellungen für eine zielgerichtete Weiterentwicklung.

Nutzungsphase optimieren

Da die meisten Emissionen im Werkzeuglebenszyklus während der Nutzungsphase entstehen, lag dort ein besonderer Fokus auf Analyse und Optimierung. Die Montanuniversität Leoben untersuchte mithilfe von Simulationen deshalb auch, wie sich unterschiedliche Werkzeugausführungen auf den Energieverbrauch auswirken. Die Moldsonics GmbH steuerte dafür moderne Sensorsysteme bei, mit denen Prozessdaten direkt im Werkzeug erfasst werden können. Darauf aufbauend entwickelte die WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH eine Methode zur ökologischen Bewertung der Werkzeugnutzung. Das Ergebnis ist ein Berechnungstool, mit dem sich die CO₂-Emissionen eines Werkzeugs während der Nutzungsphase bestimmen lassen.

Kurzvorstellung der Projektergebnisse im Überblick

SustainTool Überblick

Entsprechend der Arbeitspakete und Schwerpunkte der Forschungsinstitutionen sind daraus für die Branche wichtige Erkenntnisse und auch Tools entwickelt worden, die von der gesamten Branche genutzt werden können.

AP2 Nachhaltigkeitsmanagement Fraunhofer

AP3 Werkzeugentwicklung Morpologischer Kasten HSM

AP3 Werkzeugentwicklung-Energiesimulation MUL

AP4 Werkzeugherstellung WZL

AP5 Nutzungsphase MUL

AP5 Nachhaltigkeitsbewertung in der Nutzungsphase WBA

AP6 Werkzeugkreislauf WZL

Leitfaden für nachhaltige Spritzgießwerkzeuge

Aus den gewonnenen Erkenntnissen ist mittlerweile ein Leitfaden zur Entwicklung nachhaltiger Spritzgießwerkzeuge entstanden.

Leitfaden

 

Leitfaden zur Durchführung einer Klimarisikoanalyse 

Derzeit gibt es keine einheitliche, verpflichtende Methode zur Durchführung einer Klimarisikoanalyse. Das folgende Dokument soll österreichische Unternehmen dabei unterstützen, eine Klimarisiko- und Vulnerabilitätsanalyse durchzuführen, und das Vorgehen wesentlich erleichtern.

Leitfaden

 

CCF-Tool Spritzgusswerkzeugbau – Corporate Carbon Footprint nach GHG Protocol

Dieses Tool berechnet den Corporate Carbon Footprint (CCF) eines Herstellers von Spritzgusswerkzeugen, getrennt nach Scope 1, Scope 2 (dual: location-based und market-based) und Scope 3 (alle 15 Kategorien). Zusätzlich enthält es ein Branchenmodell (Hochrechnung des Branchen-Footprints aus wenigen Kennwerten), eine Materialherkunfts-Logik über Handelsdaten, ein Datenqualitätsmodell, automatische Plausibilitätsprüfungen und ein Dashboard.

CCF-Tool

 

CO₂ Berechnungstool

Dieses xls Berechnungstool ist im Zuge des Projekts Sustain-Tool seitens WZL nach bestem Wissen erarbeitet worden.
Weder der Ersteller, die Projektpartner bzw. die Business Upper Austria übernehmen etwaige Haftungen in Bezug auf die Nutzung.

CO2 Berechnungstool

Forschungsinstitute

• Fraunhofer Austria Research GmbH
• WZL (Werkzeugmaschinenlabor) der RWTH Aachen
• Hochschule Schmalkalden, Studiengang Angewandte Kunststofftechnik
• Montanuniversität Leoben, Department Kunststofftechnik

Die treibenden Kräfte im Projekt sind neben den vier Forschungsinstituten die beiden Koordinatoren Kunststoff-Cluster für Österreich und FGW – Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. für Deutschland.

Firmenpartner aus Österreich

• Aspöck Systems GmbH
• Brandt GmbH
• BTH Ing. Martin Böhm Heidenreichstein Austria
• Hasco Austria Gesellschaft m.b.H
• IFW Manfred Otte GmbH
• imm-solutions GmbH
• Meusburger Georg GmbH & Co KG
• Miraplast Kunststoffverarbeitungs Ges.m.b.H
• Norbert Neidlinger Gesellschaft m.b.H
• PC Electric GmbH
• Rico Elastomere GmbH
• voestalpine BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG
• ZKW Lichtsysteme GmbH

Firmenpartner aus Deutschland

• AHP Merkle GmbH
• Braunform GmbH
• Deckerform Technologies GmbH
• Formconsult Werkzeugbau GmbH
• Ingenierbüro Falke
• OC Oerlikon Corporation AG
• REHAU Industries SE & Co KG
• Simcon kunststofftechnische Software GmbH
• WBA Aachener Werkzeugbau Akademie

Projektlaufzeit Österreich

01.01.2024-30.06.2026

Projektlaufzeit Deutschland 

01.03.2024-01.03.2026

Dieses Projekt wird aus Mitteln der FFG gefördert und im Rahmen des Programms CORNET durchgeführt.

CORNET ist ein Netzwerk von Ministerien und Förderorganisationen, die ihre bestehenden Förderprogramme bündeln, um die Wettbewerbsfähigkeit von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) zu steigern. Auf diese Weise unterstützt CORNET weltweit neue Förderorganisationen bei der Einführung von Pilotaktionen und Programmen für vorwettbewerbliche Gemeinschaftsforschung.