1) Methodisches Vorgehen der Untersuchung. 2) Technologie-, Methoden- und Peripheriematrix

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1 Inhalte 1) Methodisches Vorgehen der Untersuchung 2) Technologie-, Methoden- und Peripheriematrix Seite 1

2 Methodisches Vorgehen der Untersuchung Seite 2

3 Methodik: Grobpotenzialanalyse 6 Hauptgruppen der Metallverarbeitenden Industrie 3 Hauptgruppen mit insgesamt 19 Branchen 4 9 Branchen 3 Branchen Definition des Untersuchungsrahmens und Festlegung der Branchennomenklatur Bewertung und Gewichtung der Verbrauchsintensitäten für die Ressourcen Energie, Wasser, Material und den umweltrelevanten Output in Form von Emissionen und Abwasser Bewertung der Material- und Energieverbrauchsintensitäten für alle 19 Branchen Entwicklung eines zweidimensionalen Scoring-Modells zur Bewertung der erwarteten Branchenentwicklungen durch Expertenbefragung 5 Priorisierung der in der Detailanalyse zu verfolgenden Branchen Reflexion der Ergebnisse anhand polischer Schwerpunktthemen Auswahl von 3 Fokusbranchen für Arbeitspaket 2 Seite 3

4 Methodisches Vorgehen der Untersuchung Seite 4

5 Feinpotenzialanalyse Relevante Prozessketten und Verfahren der Subbranchen Seite 5

6 Feinpotenzialanalyse Relevante Prozessketten und Verfahren der Subbranchen Seite 6

7 Matrizen und Methode zur konservativen Abschätzung der Potenziale Seite 7

8 Peripheriematrix Auswertung von Studien zur Maschinenperipherie Übersicht der Ergebnisse von Analysen zu Potenzialen der Energieeffizienz in der Peripherie sowie Best-Practice Technologien Peripheriematrix.xls Q1 = unteres Quantil = Low-Potential Q3 = oberes Quantil = High-Potential Seite 8

9 Methodenmatrix Auswertung von VerMat-Berichten der demea Übersicht der relevanten Analyse- und Optimierungsmethoden zur Umsetzung prozessualer und struktureller Maßnahmen im Fabrikbetrieb sowie Qualifizierungs- und Weiterbildungsmaßnahmen im Personalbereich Alle Angeben pro Jahr. Die Berichte wurden von den Unternehmensberatern selbst erstellt. DEMEA - Deutsche Materialeffizienz Agentur, Beratung von Kunsmann Klaus Peter 22,4 Mio 105 optimierung Ablauf/Aufbauorganisation, B3 Mechanik, Fräsmaschine, Lagerung, Einsparptential: kleinen und Maschinenbau GmbH Birschhof Reduzierug Fehldisposition, Neuordnung Fräsmaschinen und Reinigung, internet Lagerwirtschaft, Verbesserung externes QS Bearbeitungszentrum Transport, Produktion Nebeneffekte: durch Schulung und Aufsicht, Reintegration der Fräskopffertigung in eigene Fertigung, Aufrüsten Lackiererei mit Reinigungsgeräten Beratung von Adolf Schnorr GmbH, Thomas 29 Mio. 178 Werkstoffspezifische Erfassung der Späne bessere Ausnutzung Metall, Tellefedern und Tellerfedern Arbeitsvorbereitung, kleinen und Sauer der Dreherei, Rückgewinnug Härtesalze der Halbzeuge, Sicherungselemente Produktion, QS durch Eindampfen, Optimierung Vormaterial Rückführungen der an die Federabmessung, Durchführung Härtesätze vertiefungsberatung, Internes Projekt "Steigerung der Materialeffizienz" Beratung von Impreglon AG, Carsten 450 Optimierung der Applikationstechnik- und Konzept zur B3 Beschichtung von Behälter, Rohre, Arbeitsvorbereitung, kleinen und Gralla Tel: vefahren, Anpassung Beschichtungssystem Erhöhung der Metallen für Schnecken, Mischer, Produktion, QS; zur elektrostatischen Verarbeitung, Materialeffizienz in Spezialanwendungen Ventile, Reaktoren, Produktionsprozess, 114, Hans Schlunung MA, rechtrzeitiger Düsenwechsel, der Verdichter, Pumpen, Reinigungsprozess Peter Simsa Optimierung Schichtdicke, bauteilbezogene Oberflächenveredel Schalldämpfer, Bearbeitungsparameter Optimierung der ung eines Werkzeuge Pistolenreinigung Metallabschichters für Spezialanwendunge n Beratung von KMPT AG, Gert Schulze, 42 Mio. 236 Konstruktive Anpassung der wesentlichen B3 Metall / Maschinenbau Zentrifugen, Wareneingang, kleinen und gert.schulze Bauteile, Forsetzung interdisziplinäerer Trockner, Filter Workshop zur Bauteilanalyse, Senkung der Konstruktion, Verschrottungsrate bei Schwarzstahl, Arbeitsvorbereitung, Anpassung der Druckroutinen des ERP Produktion, Montage, QS, Systems, Reduzierung Ausschuss durch Verpackung; Lagerung, Schulung MA, Produktionsprozess, Reinigungsprozess, interner Transport Beratung von KORDEL GmbH, Cristoph 112 Mio. 570 Standzeitverlängerung der Öl- und KSS- Maschinenbau Planeten-, Kegel-, Lagerung, kleinen und Kordel, Bäder, Reduzierung der eingesetzten Farben Stirnradgetirebe,Gleic Produktionsprozess, ch.kordel@k und Lacke durch Standardisierung, h- und Reinigungsprozess, ordle.de Stickstoff- und Methanolreduzierung durch Drehstrommotore, interner Transport Chargenvergrößerung, Drehkranzlager Gießharzreduzierung im Motorenbau; Ölmengenreduzierung in der Montage durch genaue Vorgaben; Vermeidung von Fehlteilen (durch systematische Fehlerursachenanalyse) 8,10% RHB, Profilmaterialien, Öle, Stahl; Stahlprofile 2,5t, Reingungsmittel 5000l Feferstähle 1850t, 2,7 Mio, Edelstähle 48t, Federstähle 30t, Nickel- Basis-Stähle 40t, Härtesalze 25t, Öle 5t 20% Metalle 3t euro, Chemikalien- Lösungsmittel 5,1t , Polymere (Beschichtungsstoffe) 8,4t , MKS 6,3t 20% Edelstahl 120t, Schwarzstahl 526t. Gußteile 473t,Lacke 4,5t, Schweißmaterial 8,2t, Beizmaterial22t, Wasser 500m³ 0,20% Öle und Fette l, Farbe und Lacke l, Stickstoff m³, Methanol - 110t; Metalle 4.130t, Gußteile/Alu/Messing 922t/129t/18t mech. Teile: , Profilstahl: 300kg-660euro, Klein und Normteile 500 Metallabfälle: 1109t ausgehärteter Lackabfall, nicht mehr verwendbarer Beschichtungsstoffe Materialverluste: Edetlastahl - 62,3t, Schwarzstahl - 126,4t 1300t Mischschrott und Eisenspäne (25%) - 2,5Mio., 1% Fehlteile Profilstahl:100kg, Klein/Normteile:220 p.a, Chemkalien:2277, mech. Teile und Komponenten Materialien im Wert von p.a., Halbzeuge t/a, Härtesalze12t/a Materialflussanalyse, Analyse Prozesse und Abläufe, Analyse der Geschäftsprozesse Methodenmatrix.xls Methodik des Materialflussmanagements (alle Materialströme mit beeinflussenden Fertigungsbereichen und zugehörigen Prozessen), euro, Polymere 1,65t , Lösemittel 350kg-2100 p.a, Edelstahl 7,3t , Werstromanalyse, Schwarzstahl 32,6t , Materialeinsatzstatistik, Beizmaterial 2200 kg , interdisziplinäre Workshops für KSM-Öle-Lacke 0,3t-936l-0,2t - Bauteilanalyse 5700 ; p.a.; Prozesskettendarstellung, Stoff- und Metalle/Guß/Alu/Messing - 10t; Werstromsanalyse, detaillierte Lacke - 500l, Gase m³ Prozessanalyse, MA-Interviews, Begehung, Workshops Beratung von Feuerland- Simone 1,85 Mio. 24 Fertitgungsvorrichtungen und versstärkter kleinen und Werkstätten GmbH & Hünig, Einsatz CNC Technologie; Co. KG, feuerlandwerkstaetten Schulung insb. beim schweißen; Einführung Werkerselbstprüfung und MA- vermehrter Einsatzvon Guss- und Schmieerohlingen anstelle DIN Halbzeuge; vermehrter Einsatz von Guss- und Schmiederohlingen anstelle Schweisstellen; Lieferantenqualität für lunkerfreien Guss Maschinenbau Lokomotivteile, Stoßdämpfer, Drehgestellteile, Schakengehänge, Schmiedeteile, Buchsen, Bolzen Produktionsprozess 2,50% Stahl- und Rohmaterial - 206,8t ; Alu - 16,4t ; Buntmetall - 6,9t ; Guß- Rohmaterial - 75t ; Stahl 67,3t ; Alu Stahl -55,4t ; Alu 2,8t - Input/Output Analyse 5,3t ; Buntmetall ; Buntmetall 1,2t ; 2,2t ; Guss 24,4t - Gus 12,8t ; Beratung von HÜHOCO Irle Ulrich, 78,6 Mio. 198 Umstellung auf multimetallfähiges kleinen und Metalloberflächenver u.irle@hueh Entfettungssystem; edelung GmbH, oco.de Umstellung auf schlammarme Passivierung; kleinere Gebinde für Passivierungsmittel für Edelstahl und Alu; Teilstrombehandlung des Abwassers durch Vakuumverdampfung Beratung von LINATEC GmbH, Stefan Kötitz, 2,9 Mio. 17 Prozessparameterdatenbank; kleinen und atec- Brennschneidtechnolodie; s.koetitz@lin Bestandsmanagement; gmbh.de Gasmanagement; MA-Schulung/Arbeitsabläufe; Optimierung von Fertigungszugaben; Werkzeugschneidsystem B3 Metallbearbeitung, mit organischen Lagerung, Bandbeschichtung von Stoffen beschichtete Produktionsprozess, Metallbändern Metallbänder, Reinigungsprozess lackierte Metallbänder Maschinenbau Vor- und Lagerung, Fertigfabrikate, Produktionsprozess, Vorrichtungen zum Reinigungsprozess Fertigen und Spanen Reinigungsmittel 9,2t ;Passivierungsm ittel für Edelstahl 9,2t ; Passivierungsmittel für Eisenwerkstoffe 3,6t ; Metallbänder t ; 5,70% Stahl 400t , Hilfs- und Betriebsstoffe , Verpackungsmaterialen t Metallschrott, 61t ; Reinigungsmittel 1,8t - Prozesswasserschlamm 5000 ; Passivierungsmittel für Edelstahl 433kg ; Passivierungsmittel für Eisenerkstoffe 850kg ; Metallbänder 28t ; Prozesswasser 3000m³ ; Chemikalien Wasserbehandlung 18,2t - Schrott: Ausschuss 35,4t, Stahl 66,8t , Input/Output Analyse, Verschnitt 44t; Späne 79.4t Hilfs- und Betriebsstoffe Dokumentenstudie, Interviews ; Abwasser 119 m³ ; Verpackungsmaterial 2.1t ; Q1 = unteres Quantil = Low-Potential Q3 = oberes Quantil = High-Potential Seite 9

10 Technologiematrix Auswertung der Technologierecherche Strukturierte Darstellung möglicher Einsparpotenziale durch den Einsatz neuer Technologien in den Fokusbranchen Technologiematrix.xls Hilfs- und Betriebsstoffe Technologie/Projekt Branche (1) Ziel / Methode(2) Prozess (3) Beschreibung [100 Wörter] Partner / Förderung Jahr Quelle Energie R1 R2 R3 R4 R5 TruPunch 3000/5000 B1 Materialeffizienz [Reduktion von eingesetztem Material] Trennen [Stanzen] Stanzen ohne Restgitter Trumpf ,3 Es wurde auf Basis eines repräsentativen Teilespektrums (92 Artikel) verschiedene Umformverfahren und Werkzeugtechnologien in einem Benchmark verglichen. Auf dieser Grundlage wurden optimale Prozesswege, Verfahren und Werkzeugtechnologien identifiziert und damit die Potenziale für eine Reduzierung des Materialeinsatzes DBU, Ministerium für Schmiede Journal Optimale Prozessführung Schmieden B1 Materialeffizienz [Reduktion von Material] Prozesskette [Schmieden] abgeschätzt. Es sind Materialeffizienzsteigerungen zwischen 16 und 38 % für Innovation, Wissenschaft und ,067 September 2011 rotationssymmetrische Teile und zwischen 13 und 30 % für Fassonteilen identifiziert worden. Forschung NRW Verantwortlich hierfür ist vor allem die gewählten Vorformstufen bezüglich Anzahl, Verfahren und Werkzeugkonzept. Gewichtet ergab sich ein theoretisches Einsparpotential von 6,7 %. Stoffsimulation FEM B1 Materialeffizienz [Reduktion von Material] Prozesskette [Schmieden] Eine Stoffsimulation auf Basis von FEM ergab, dass Verfahren und Werkzeugkonzepte mit hohem Materialwirkungsgrad eine geringe Geometrie bezüglich der herstellbaren Geometrie DBU, Ministerium für aufweisen und umgekehrt. Die in der Massivumformung eingesetzten Standardquerschnitte Schmiede Journal Innovation, Wissenschaft und 2011 Rund und Vierkant für das Vormaterial stellen nicht immer die Idealform für das Vormaterial September 2011 Forschung NRW dar. Hier wurde ein Materialeinsparpotential von 2 % ermittelt, welches aber in keinem Verhältnis zu den zusätzlich anfallenden Kosten für das Vormaterial steht. Softwareunterstützte Auslegung der Prozesskette B1 Materialeffizienz [Reduktion von Material] Prozesskette [Schmieden] Es wurde eine Methodik zur ganzheitlichen Auslegung der Prozessketten zur Schmiedegesenkund Schmiedebauteilherstellung entwickelt. Dazu wurden die einzelnen Fertigungsprozesse und deren gegenseitige Wechselwirkungen durch generische Prozessmodelle abgebildet. Mit Hilfe dieses entwickelten genetischen Algorithmus konnten in kurzer Rechenzeit die Herstellkosten für das Referenzbauteil durch die optimierten Prozessparameter um 12 DFG, IFUM Hannover, IFW Prozent gegenüber einer konventionell ausgelegten Prozesskette reduziert werden. Der Hannover signifikanteste Einfluss der Kostenreduktion ergab sich durch die Verringerung der Erwärmungstemperatur für die Rohteile von C auf C. Sowohl die FE-Analysen des Schmiedeprozesses als auch die durchgeführten experimentellen Untersuchungen zu den Prozessparametern haben gezeigt, dass das Referenzbauteil mit den optimierten Prozessparametern gefertigt werden kann. Bei der Herstellung von typischen Serienteilen von Kraftfahrzeugen wie z.b. Achsschenkeln oder Getriebewellen durch Verfahren der Massivumformung und anschließendem Zerspanen entfallen ca % der gesamten Stückkosten auf die mechanische Nachbearbeitung. Schmiede Journal März 2012 EcoForge 2020 B1 Energieeffizienz [Optimierung] Prozesskette [Schmieden] Oben angedeutetes Potential liegt gerade bei heutzutage immer stärker nachgefragten Hochleistungsbauteilen zum einen in der technologischen Verbesserung spanabhebender Fertigungsverfahren selbst und zum anderen in der Minimierung der kostenintensiven Zerspanung. Die Kombination aus Warm- und Kaltformgebung ist in modernen Schmiedebetrieben bereits Stand der Technik und ermöglicht die Herstellung technisch anspruchsvoller Bauteile mit geringer spanender Nacharbeit. Es sind Bauteile mit verbesserten Maß- und Formgenauigkeiten als durch alleinige Warmumformung herstellbar. Durch die Kaltumformung lassen sich darüber hinaus weitere funktionelle Bauteileigenschaften verbessern, die gerade heutzutage Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten sind. Die Verfahrensgrenze einer dem Schmiedeprozess AIF, BMWi ,5 nachgeschalteten Kaltumformung wird häufig durch die mechanischen Werkzeugbelastungen aufgrund der hohen und durch Entwicklung neuartiger Stahlgüten immer höher werdenden Werkstofffestigkeiten festgelegt. In modernen Schmiedeprozessketten findet aus energetischen und damit wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten eine Wärmebehandlung zur Einstellung bestimmter Werkstoffeigenschaften direkt aus der Schmiedehitze statt. Die letzte Wärmebehandlungsstufe entspricht bei modernen Legierungskonzepten einer isothermen Haltestufe zur ferritisch-perlitischen oder auch bainitischen Gefügeumwandlung. Neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Sensorik ermöglichen eine intelligente thermomechanische Prozessführung aus Schmieden und definierter Wärmebehandlung direkt aus der Schmiedehitze, wie sie im Rahmen der AiF-Leittechnologie "Schmieden Ressourceneffiziente Prozessketten für Hochleistungsbauteile" entwickelt werden soll. Die ganzheitliche Prozessbetrachtung zeigt dass in thermomechanisch behandelten Werkstücken Seite 10