Kosten und Emissionen senken

Smarte Herstellung von Leichtbauteilen aus Stahl

| Autor / Redakteur: Stephan Hasler, Levente Kertesz, Peter Unseld und Rainer Züst / Frauke Finus

Swiss Steel produziert seine Stahlprodukte im Elektrolichtbogenofen und setzt dafür sortenreinen Stahlschrott ein. Im Vergleich zur Verhüttung von Eisenerz fallen dabei deutlich weniger CO2-Emissionen je Tonne Rohstahl an.
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Swiss Steel produziert seine Stahlprodukte im Elektrolichtbogenofen und setzt dafür sortenreinen Stahlschrott ein. Im Vergleich zur Verhüttung von Eisenerz fallen dabei deutlich weniger CO2-Emissionen je Tonne Rohstahl an. (Bild: Swiss Steel)

Energie signifikant einsparen und CO2-Emissionen senken – Ecodesign ist in Kombination mit Spezialstahl der Schlüssel, um dieses Ziel zu erreichen und Kosten zu reduzieren. Neben der Auswahl des Werkstoffs entscheiden Produktionsverfahren und Konstruktionsweise eines Bauteils über den ökologischen und ökonomischen Mehrwert entlang der gesamten Wertschöpfungskette bis hin zum Einsatz.

Kostet weniger, kann mehr – das ist die Idee hinter dem Ecodesign-Konzept. Gleichzeitig ist es der Nachweis, dass eine ökologisch motivierte Produktion nicht teurer als gängige Fertigungsverfahren ist. Im Gegenteil: Ecodesign kann die Bauteilherstellung vereinfachen und auf diese Weise die Umweltbelastung und die Kosten massiv 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.

Aller Anfang ist leicht

Die horizontale Vernetzung entlang der Wertschöpfungskette vom Automobilzulieferer über Komponentenhersteller bis zum Stahlproduzenten ist unverzichtbar, um dem steigenden Anspruch der führenden Fahrzeughersteller hinsichtlich einer kontinuierlichen CO2-Reduktion gerecht zu werden. Ein Vorzeigeprojekt 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, eines Tochterunternehmens der Schmolz + Bickenbach-Gruppe, 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 belegt auch eine Studie , die im Auftrag des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie durchgeführt wurde: Demnach fallen beim Einschmelzen von Recycling-Stahlschrott, wie es beispielsweise Swiss Steel betreibt, 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.

Signifikante Energieeinsparungen in der Herstellung

Die Kaltmassivumformung zählt zu den ressourcenschonenden Herstellungsverfahren. Das Volumen des Einsatzmaterials wird fast vollständig zum fertigen Produkt umgeformt. Zudem ist der Energieaufwand bei diesem Verfahren deutlich geringer als beispielsweise bei der Warmmassivumformung. Der bainitische Kaltformstahl Swissbain-7MnB8 von Swiss Steel ist eine Alternative zu konventionell eingesetztem Vergütungsstahl und verbessert 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 % reduziert werden. Bei einem repräsentativen Auftrag im Umfang von 6,4 Mio. Stück und dem Einsatz von 216 t Stahl spart Hewi G. Winker rund 47 t Material im Vergleich zur Produktion der Normmutter ein – das entspricht 18 % weniger Materialeinsatz. Die Verkürzung der Fertigungskette der Leichtbaumuttern durch Entfall der Wärmebehandlung und der geringere Materialeinsatz führen zu um ca. zehn Prozent reduzierten Kosten. Nach Berechnungen von Züst Engineering aus der Schweiz wird das CO2-Aufkommen über die gesamte Prozesskette bis zur fertigen Leichtbaumutter um bis zu 1850 t reduziert, wenn statt Vergütungsstahl auf LD-Basis (hergestellt unter dem Einsatz von Eisenerz nach dem Linz-Donawitz-Verfahren) der Elektrostahl Swissbain-7MnB8 eingesetzt wird.

Gewicht verlieren – Treibstoff sparen

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 etwa 200.000 l Treibstoff und ca. 500 t CO2. Über die gesamte Wertschöpfungskette von der Stahlherstellung bis zum Einsatz des Bauteiles summieren sich die maximal möglichen CO2-Einsparungen auf insgesamt 2350 t. Das entspricht dem jährlichen CO2-Fußabdruck von rund 250 Einwohnern in Deutschland. Dieser Erfolg lässt sich skalieren. Beim Einsatz von 6000 t Stahl für Leichtbaumuttern, die im Gegensatz zum Normteil 20 % weniger Gewicht aufweisen, entspräche die jährliche CO2-Einsparung bereits dem Äquivalent einer Kleinstadt mit knapp 10.000 Einwohnern. Für diesen Effekt bräuchte es 1 % der Jahresproduktion an Elektrostahl von Swiss Steel. Die Kosten- und Emissionseinsparungen sind also nicht nur für die Produzenten von Leichtbauteilen unmittelbar ersichtlich, sondern auch für die Endverbraucher. Weltweit werden pro Jahr rund 100 Mio. neue Autos in Betrieb genommen. Jede Ecodesign-Maßnahme könnte mit bis zu Faktor 1.000.000.000 über die gesamte Wertschöpfungskette skaliert werden. Dieser Multiplikator verdeutlicht die Größenordnung des CO2-Einsparpotenzials bezogen auf Leichtbaukomponenten im Fahrzeugbau, die mit neuen Stahlsorten hergestellt werden.

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