Mit Massivumformung Bauteile ressourceneffizient herstellen

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Ähnliche Betrachtungen können für die Warmumformung angestellt werden. Ein genereller Fingerzeig kann hier also nicht gegeben werden, der Energieeinsatz muss sehr bauteil- und werkstoffspezifisch betrachtet werden und hängt noch von einer Reihe weiterer Randbedingungen ab.

Der Gesamtenergieverbrauch hängt stark vom Werkstoffeinsatz ab

Für den Gesamtenergieeinsatz eines Fertigproduktes kann aber noch der typische Energieeinsatz der massivumformenden Prozesskette im Vergleich zur Energie, die im Stahlwerkstoff gebunden ist, gegenübergestellt werden. Für das Produktspektrum der Hirschvogel Automotive Group, welches aus Kalt-, Halbwarm- und Warmprodukten ergibt sich, (nur bezogen auf die Massivumformung, ohne Zerspanung) ein Energieverbrauch von 0,9 MWh/t Fertigerzeugnis. Dies entspricht 3,2 MJ/kg. Für die Herstellung von Rohstahl (Stahl aus Erz, erzeugt im Hochofen) wird ein Wert von 18 MJ/kg angegeben. Für Elektrostahl (Stahl aus der Schrottroute, erschmolzen im Lichtbogenofen) beträgt der Energieeinsatz 6 MJ/kg. (Der Energiebedarf eines Menschen wird im Übrigen mit etwa 10 MJ pro Tag als Richtwert angegeben, nur um hier einmal die Relationen aufzuzeigen). Daraus kann Folgendes geschlossen werden:

• Der Gesamtenergieverbrauch für ein Umformfertigprodukt hängt sehr stark davon ab, aus welcher Herstellungsroute der Stahl kommt.

• Für die Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs sind damit an erster Stelle nicht Energieverbräuche in der umformenden Fertigung zielführend, sondern eher die Frage, wie mit minimalem Werkstoffeinsatz ein Umformprodukt erzeugt wird.

• Trotzdem ist die Massivumformung absolut betrachtet in jedem Fall eine energieintensive Branche. Deshalb ist natürlich die Verbesserung der Energieeffizienz immer noch ein vordringliches Thema.

• Am Beispiel des Umformbereiches der Hirschvogel Automotive Group, Hauptwerk Denklingen, können hier auch Fortschritte attestiert werden. So lag der spezifische Energieeinsatz 1998 um 38 % höher als 2008.

Im Zuge der aktuellen CO₂-Diskussion (eigentlich den Emissionen zurechenbar, aber auch als Ressource Klima umdeutbar) muß dann aber noch sehr detailliert betrachtet werden, wie der in der Massivumformung eingesetzte elektrische Strom (für die induktive Erwärmung der Rohlinge sowie für die Pressenantriebe) erzeugt wird. Je nach regionalem Strommix können hier unterschiedlichste Klimaverbräuche (CO₂-Emissionen) bilanziert werden.

Die Erhöhung der Energieeffizienz wird in zahlreichen Projekten in der verarbeitenden Industrie vorangetrieben, so auch in der Massivumformung. In den folgend beschriebenen Themenschwerpunkten wird dieses Ziel angestrebt:

• Verringerung des Werkstoffeinsatzes;

• in Bauteilen gespeicherte Prozesswärme sammeln, weiterleiten und in eine nutzbare Energieform verwandeln;

• Reduzieren der Erwärmenergie in Induktionsanlagen durch Einsatz von supraleitenden Werkstoffen für die Induktionsspulen sowie durch die Optimierung (beispielsweise der Leistungselektronik) von klassischen Induktionsanlagen.

Werkstoffe und Energie sind die wichtigsten Ressourcen für die Herstellung von massivumgeformten Komponenten. Zudem sind sie, wie beschrieben, miteinander verknüpft. Weitere Ressourcen, die verbraucht werden, sind:

• Öle und Fette, die vor allem in der Maschinenschmierung, aber zum Teil auch in der Prozessschmierung eingesetzt werden. Vergleichsweise geringe Mengen gelangen hier als Korrosionsschutz auf umgeformten Bauteilen zum Einsatz.

• Umformschmierstoffe, die auf unterschiedlichsten Zusammensetzungen beruhen. Im Einzelnen werden hier die Stoffe Graphit, Wasserglas, Silikate, Molybdän (als Disulfid) und viele weitere Chemikalien verbraucht. Hierzu gehören auch die Chemikalienverbräuche, die für das Bondern (Vorbeschichtung zur Kaltumformung) eingesetzt werden.

• Technische Gase, vor allem Stickstoff für Wärmebehandlungsverfahren;

• Reinigungsmittel für Bauteile, die nach der Umformung gewaschen werden;

• Strahlmittel, die beim Reinigungsstrahlen nach der Warm- und Halbwarmumformung oder nach Glühverfahren eingesetzt werden;

• weitere Betriebsstoffe, wie beispielsweise Wasserentkalker oder Ölbinder;

• Wasser, welches in zahlreichen Prozessschritten eingesetzt wird. Wasser ist weniger ein Problem aus Sicht der Ressource, sondern vielmehr in Form der Emission: Die Einleitung von erwärmtem Kühlwasser in Flüsse oder Sickerbrunnen ist reglementiert.

• In typischen Umweltbilanzen wird auch der Verbrauch des Bodens (versiegelte Fläche) als Ressource aufgenommen.

Außerhalb der Umformtechnik werden weitere Ressourcen benötigt

Weitere Ressourcen werden außerhalb der eigentlichen Umformtechnik für die Herstellung massivumgeformter Komponenten benötigt. In der Weiterbearbeitung wird wiederum Energie eingesetzt wie auch für weitere Wärmebehandlungsvorgänge. Zerspanwerkzeuge enthalten seltenere Elemente, wie beispielsweise Tantal. Ansätze zur Erhöhung der Ressourceneffizienz dürfen hier nicht nur auf Teile der Prozesskette schauen, sondern müssen für die fertige Komponente die eingesetzten Ressourcen entlang der gesamten Prozesskette bilanzieren, um somit zu tragfähigen Lösungen zu gelangen.

Die Ressourceneffizienz in der Massivumformung hat das Ziel, Massivumformung vollständig nachhaltig zu betreiben. Wird diese Strategie umgesetzt, werden also für sehr lange Zeit alle für die Massivumformung benötigten Ressourcen vorhanden bleiben und nicht durch diese industrielle Tätigkeit verbraucht.

* Dr.-Ing. Hans-Willi Raedt ist Vice President Advanced Engineering bei der Hirschvogel Automotive Group in 86920 Denklingen

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