Innovative getaktete Fertigung von wärmebehandelten Stanz-Biege-Teilen

Kurzbeschreibung

Die Idealspaten-Bredt GmbH & Co. KG ist ein Traditionshersteller von Spaten und ähnlichen Garten- und Bauwerkzeugen. Allerdings wurden vor der Umsetzung dieses Projektes in Deutschland nur noch hochwertige Werkzeuge selbst gefertigt, die Produkte für das Mittel- und Niedrigpreissegment dagegen als Rohlinge aus Fernost importiert und vor Ort lediglich nachbearbeitet und auf Stiele montiert. Angesichts der gestiegenen Kosten des Vormaterials, zunehmender Qualitätsproblemen und des dadurch erforderlichen Nachbearbeitungsaufwands zielte das Vorhaben darauf ab, die Herstellung dieser Produkte mit Hilfe eines innovativen, material- und energieeffizienten Anlagenkonzepts wieder zurück nach Deutschland zu verlagern.

Die Fertigung der Spaten und anderen Garten- und Baugeräte umfasst vielfältige Prozessschritte, vom Ausstanzen des Materials über Wärmebehandlung, Formgebung, und Lackierung bis hin zur Montage der Stiele. Bei der konventionellen Fertigung finden diese Prozessschritte an mehreren getrennten Stationen statt, zwischen denen die Rohlinge jeweils transportiert und zwischengelagert werden müssen. Zusätzlich zu Prüfung und Einstielung der aus Fernost zugekauften Rohlinge waren zunehmend auch Nacharbeiten wie Schweißen, Anlassen, Schleifen und Lackieren nötig.

Bisher gingen beim Ausstanzen des Materials, beim Schweißen, Schleifen einschließlich der Nachbearbeitung ein erheblicher Anteil des eingesetzten Stahls (2,6 Kilogramm Stahl pro erzeugtem Spaten) als Verschnitt oder Materialabtrag verloren. Zudem war die Spatenfertigung mit einem erheblichen Energiebedarf verbunden, u.a. durch die vollständige Erwärmung des Spatenblatts zwecks Härtung.

Ziel des Vorhabens war es, alle Prozessschritte in Hinblick auf den Energie- und Materialverbrauch zu optimieren und zugleich soweit wie möglich zu automatisieren, um mit einer effizienten Fertigungstechnik die Herstellung von Spaten und ähnlichen Garten- und Bauwerkzeugen – auch im unteren ("Baumarkt"-) Preissegment – in Deutschland wieder wirtschaftlich zu machen.

Der innovative Ansatz des Vorhabens lag in der Verknüpfung sämtlicher Fertigungsschritte in einer Anlage, bei der die Rohlinge ohne (arbeits- und zeitaufwändige) Zwischenlagerungen im Minutentakt von einer Anlagenkomponente zur Nächsten weitergereicht werden. Sämtliche formgebenden Fertigungsschritte (Zuschnitt, Schweißen, Schleifen) wurden in Hinblick auf eine Minimierung der Materialverluste optimiert. An Stelle der vollständigen Erwärmung des Spatenblatts in einem gasbefeuertem Ofen wird nur noch die zu härtende Partie des Spatenblatts induktiv erwärmt.

In einem umfangreichen Messprogramm wurden der Material- und Energieverbrauch erfasst und die damit verbundenen CO₂-Emissionen berechnet. Mit dem Vorhaben wurden folgende  Umweltentlastungen erreicht (im Vergleich zu einer herkömmlichen Fertigung der Spaten einschließlich Nacharbeit und Endmontage vor Ort):

• Senkung des spezifischen Materialeinsatzes (Stahl) um 0,6 Kilogramm pro hergestelltem Spaten.
• Senkung des spezifischen Energieverbrauchs um 1,55 Kilowattstunden/Stück (Reduzierung um 46 Prozent), davon 0,67 Kilowattstunden Strom und 0,87 Kilowattstunden Erdgas  pro produziertem Spaten.
• Minderung der direkt oder indirekt mit dem Energie- und Materialverbrauch verbundenen CO₂-Emissionen um 1,14 Kilogramm CO₂/Stück (Reduzierung um 26 Prozent). 87 Prozent der erreichten CO₂-Minderung resultieren aus dem effizienteren Materialeinsatz (Versatzoptimierung) sowie der entfallenden Nacharbeit.

Bezogen auf eine Produktionskapazität von 100.000 Spaten pro Jahr bedeutet das eine Einsparung von etwa 60 Tonnen Stahl, 67 Megawattstunden Strom und 87 Megawattstunden Erdgas sowie eine Minderung der direkt oder indirekt damit verbundenen CO₂-Emissionen in Höhe von jährlich etwa 115 Tonnen.