Smarte Herstellung von Leichtbauteilen aus Stahl

Eine ökologisch motivierte Produktion muss nicht teurer als gängige Fertigungsverfahren sein. Ecodesign kann die Bauteilherstellung vereinfachen und auf diese Weise die Umweltbelastung und die Kosten reduzieren, und zwar über die gesamte Wertschöpfungskette: von der Stahlproduktion bis zur Endanwendung. Das im Folgenden dargestellte Beispiel aus dem automobilen Leichtbau zeigt, wie hoch das Potenzial für Kosten- und CO²-Einsparungen mit Ecodesign ist.

Die horizontale Vernetzung entlang der Wertschöpfungskette vom Automobilzulieferer über Komponentenhersteller bis zum Stahlproduzenten wird immer wichtiger, um dem steigenden Anspruch der Fahrzeughersteller hinsichtlich einer kontinuierlichen CO²-Reduktion gerecht zu werden. Ein Beispiel dafür ist eine Produktentwicklung des Verbindungstechnikherstellers HEWI G. Winker GmbH & Co. KG für den Automobilbau, der das Design einer Leichtbaumutter mit dem Stahlprodukt Swissbain-7MnB8 des Schweizer Stahlherstellers Swiss Steel verknüpft hat. Die Mutter dient als Verbindungselement im Automobil und ist ein Beweis, dass der stoffliche und geometrische Leichtbau auch bei kleinen Teilen eine große Wirkung entfalten kann. So wurde HEWI G. Winker 2015 für dieses Produkt mit dem dritten Platz des deutschen Stahlinnovationspreises ausgezeichnet und hat den Umwelttechnikpreis des Bundeslandes Baden-Württemberg gewonnen.

Nach den Ecodesign-Prinzipien ist der erste Ansatzpunkt für ein energie- und kosteneffizientes Produkt die Auswahl des Stahlherstellers. Das zeigt auch die Studie Entwicklung der Energiemärkte – Energiereferenzprognose, die im Auftrag des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie durchgeführt wurde: Demnach fallen beim Einschmelzen von Recycling-Stahlschrott deutlich weniger CO²-Emissionen je Tonne Rohstahl an als bei der Verhüttung von Eisenerz. Darüber hinaus legt die Auswahl des Werkstoffs die Basis für weitere Wertschöpfung.

Energieeinsparungen in der Herstellung

Bei der Kaltmassivumformung wird das Volumen des Einsatzmaterials fast vollständig zum fertigen Produkt umgeformt. Zudem ist der Energieaufwand bei diesem Verfahren geringer als beispielsweise bei der Warmmassivumformung. Der bainitische Kaltformstahl Swissbain-7MnB8 ist eine Alternative zu konventionell eingesetztem Vergütungsstahl und verbessert laut Swiss Steel die bereits gute Energiebilanz beim Kaltfließpressen. Mit seiner hohen Festigkeit und guten Umformbarkeit im Lieferzustand entfallen mit dem Swissbain-7MnB8 energieintensive Wärmebehandlungsschritte, wie das Glühen vor und das Vergüten nach der Kaltumformung. Dadurch entfallen auch zusätzliche, schadstoffbelastete Transportwege zu externen Verarbeitern. Die Durchlaufzeit in der Fertigung ist spürbar verkürzt. Kombiniert mit dem Leichtbaudesign einer Mutter kann das Gewicht um bis zu 30 Prozent reduziert werden.

Bei einem repräsentativen Auftrag im Umfang von 6,4 Mio. Stück und dem Einsatz von 216 Tonnen Stahl spart HEWI G. Winker rund 47 Tonnen Material im Vergleich zur Produktion der Normmutter ein – das entspricht 18 Prozent weniger Materialeinsatz. Die Verkürzung der Fertigungskette der Leichtbaumuttern durch Entfall der Wärmebehandlung und der geringere Materialeinsatz führen nach Angaben von Swiss Steel zu um ca. zehn Prozent reduzierte Kosten. Nach Berechnungen von Züst Engineering aus der Schweiz wird das CO²-Aufkommen über die gesamte Prozesskette bis zur fertigen Leichtbaumutter um bis zu 1.850 Tonnen reduziert, wenn statt Vergütungsstahl auf LD-Basis (hergestellt unter dem Einsatz von Eisenerz nach dem Linz-Donawitz-Verfahren) der Elektrostahl Swissbain-7MnB8 eingesetzt wird.

Bei einem Jahresauftrag über 6,4 Mio. Leichtbaumuttern von HEWI G. Winker sparen die damit ausgestatteten Fahrzeuge laut Züst Engineering im Lauf der Kfz-Lebensdauer ca. 200.000 Liter Treibstoff und ca. 500 Tonnen CO². Über die gesamte Wertschöpfungskette von der Stahlherstellung bis zum Einsatz des Bauteiles summieren sich die maximal möglichen CO²-Einsparungen auf insgesamt 2.350 Tonnen.

Quelle: SCHMOLZ + BICKENBACH Artikelfoto: Bei der Verwendung des Kaltformstahls Swissbain-7MnB8 sind deutliche CO₂-Einsparungen möglich. (Foto: Swiss Steel)