Optical Manufacturing Solutions. Schwermetallfreie Brillenglasfertigung Projektnr. 135

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1 Schwermetallfreie Brillenglasfertigung Projektnr. 135

2 Idee und Gesamtkonzeption Ergebnisse ergibt die Suche nach der Begriffskombination Brille Design im Internet. Brillen sind weltweit zum Stilelement geworden und unterliegen modischen Trends. In der Brillenoptik hat der Begriff "Design" viele Aspekte : Design des Brillengestells: Den Status der Brille als einer "Prothese" oder eines medizinischen Hilfsmittels ausgehend haben die Brillengestelle dazu beigetragen, dass Brillen heute zum Modeaccessoir und damit zu einem Massenprodukt geworden sind. Für die Sehleistung der Brille ist aber das Design des progressiven Korrekturglases wichtiger. Die Gläser für Brillen werden wie viele andere Designerprodukte in bestimmten Regionen der Welt unter Bedingungen hergestellt, die kritisch für die Gesundheit der Arbeitskräfte und umweltgefährdend für den jeweiligen Standort sind. Die Firma Satisloh baut Maschinen, mit denen Brillenglashersteller auf der ganzen Welt Brillengläser formen und bearbeiten. Für diesen Bereich des Maschinenbaus ist das Design der Maschinen und des Produktionsverfahrens wichtig. Beides muss einerseits ins Programm bzw. Produktportfolio der Unternehmen passen, andererseits soll möglichst wenig Platz, Ressourcen und Energie verbraucht werden. Im hier vorgestellten Beitrag präsentiert Satisloh das im eigenen Hause entwickelte und patentierte Verfahren der schwermetallfreien Brillenglasfertigung und die dafür entwickelte Maschine ( ART/Nucleo-Blocker ), mit dem die industriellen Brillenglasproduzenten weltweit das beim Trendobjekt Brille zentrale Element Brillenglas auf nachhaltigere Weise fertigen können.

3 Idee und Gesamtkonzeption In der Elektroindustrie hat sich schon seit einigen Jahren durchgesetzt, dass Lötmaterial kein Blei mehr enthalten darf. Entgegen ihres trendigen Images ist die Brillenindustrie insofern wenig innovativ. Vorausschauend hat Satisloh zum Nutzen seiner Kunden mit seiner Entwicklung der schwermetallbzw. Alloy-freien Brillenglasproduktion einer in der Branche seit 2013 erwarteten UN- Vereinbarung Rechnung getragen. Diese UN-Vereinbarung sah vor, dass nach Quecksilber dann auch die Verwendung von Blei und Cadmium strenger reguliert werden soll, die sog. Minnamata Convention (

4 Idee und Gesamtkonzeption Bedürfnisse der Nutzer bzw. Kunden Satisloh steht als Maschinenbauunternehmen stets in engem Kontakt mit seinen Kunden und ist bemüht deren Bedürfnisse zu erfüllen. Außerdem agiert es vorausschauend im Hinblick auf zu erwartende gesetzliche Veränderungen, um seinen Kunden sofort mit Gültigkeit neuer Gesetze und Regelungen, z.b. im Umweltbereich, erprobte und praxistaugliche Lösungen anbieten zu können. Die Kunden von Satisloh sind Unternehmen, die Brillengläser produzieren. Diese Unternehmen stehen vor drei Herausforderungen: 1. Sie wollen ihre Kosten und finanziellen Risiken für Energieeinkauf, für die Entsorgung von Sonderabfällen, aber auch für die Versorgung mit den Seltenen Erden für die im alten Verfahren verwendete schwermetallhaltige Legierung, das sogenannte Alloy, reduzieren. 2. Sie wollen das Image des sauberen, gesundheitsaffinen Produkts Brillenglas nicht durch Produktionsverfahren gefährden, die dem westeuropäischen Umwelt- und Gesundheitsbewusstsein widersprechen. 3. Den Brillenglasproduzenten insbesondere in Schwellenländern bietet Satisloh mit seinem neuen Verfahren eine gute Möglichkeit, den allgemein gültigen Ansprüchen an Arbeits- und Gesundheitsschutz eher zu genügen.

5 Zur Präsentation im Wettbewerb Die besondere Bedeutung der hier im Wettbewerb präsentierten Innovation von Satisloh erschließt sich besonders gut im Vergleich von altem und neuem Verfahren der schwermetallfreien Brillenglasproduktion. In der Präsentation präsentieren wir daher auch relativ ausführlich die wesentlichen Materialien des alten Verfahrens. Optik und Haptik der Komponenten erweckt den Eindruck, dass man es dabei noch mit alter Industrie zu tun hat. Im Gegensatz dazu passen die hellen, leichten, transparenten Materialien und die daraus geformten Blockstücke des neuen Verfahrens sehr viel besser zur modernen Brille als Designobjekt. Die deutlich bessere Umweltverträglichkeit und die gesundheitliche Unbedenklichkeit der neuen Materialien sowie das in einem geschlossenen System (dem ART/Nucleo-Blocker) ablaufende Verfahren der Verbindung von Blockstück zu Brillenglas verstärken diesen Eindruck. Bitte nehmen Sie die in den Vitrinen gezeigten Komponenten in die Hand und wiegen Sie sie. Für die Teile zum alten Verfahren verwenden Sie bitte aus Sicherheitsgründen einen Handschuh oder waschen Sie sich baldmöglichst gründlich die Hände, nachdem Sie die alloy-haltigen Komponenten angefasst haben.

6 Produktion Die Symbiose von Design und umweltschonenderem Material Die umweltentlastende Innovation der Firma Satisloh für den industriellen Produktionsprozess von Brillengläsern besteht im Austausch einer schwermetallhaltigen Substanz ( Alloy = Legierung von Blei, Cadmium und weiteren Stoffen Seltene Erden ) durch Kunststoffe, die gefahrloser verarbeitet und entsorgt werden können. In dem hier vorgestellten neuen Produktionsverfahren wird das Alloy, das bisher in den Maschinen, in denen die Brillenrohlinge geschliffen werden, als Verbindungssubstanz zwischen Brillenglasrohling und dessen Aluminiumgusshalterung ( Blockstück ) verwendet wird, durch einen ökologisch unbedenklicheren Kunststoffkleber und ein ebenfalls neu entwickeltes Blockstück aus Kunststoff ersetzt. So werden sehr viel weniger Emissionen verursacht.

7 Produktion Altes Verfahren: Alloy (Legierung aus verschiedenen Schwermetallen und Seltenen Erden ) als Verbindungssubstanz und Blockstück aus Aluminiumguss, zum Schutz des Brillenglases mit Plastikfolie zwischen Alloy und Glas. Neues Verfahren: alloyfreies Blockstück aus Kunststoff, mit dem Brillenglas verbunden durch einen umweltfreundlichen Kunststoffkleber.

8 Produktion Das alte Verfahren Optical Manufacturing Solutions Hier zunächst Folien zum alten Verfahren, der Brillenglasproduktion mit dem schwermetallhaltigen Alloy

9 Produktion Materialeinsatz beim alten Alloy-Verfahren Optical Manufacturing Solutions Komponenten, d.h. zentrale Bestandteile des neuen Produktionsverfahrens mit der ökologisch relevanten Innovation: Bei der Bearbeitung von Brillenglasrohlingen in Form von Schleifen werden folgende Elemente oder Bausteine benötigt, um den Brillenglasrohling zu halten und bearbeiten zu können: Ein Werkstückträger, das sog. Blockstück, also eine bestimmte Art Halterung, hier im alten Verfahren aus Aluminiumguss ein Material, das das Blockstück sicher mit dem Brillenglasrohling verbindet: Im alten Verfahren die umweltschädliche Schwermetallverbindung Alloy, hier zu sehen ausgehärtet als silbriger Ring. Zwischen Blockstück und Alloy-Ring muss im alten Verfahren eine (blaue) Plastikfolie eingezogen werden, um das Brillenglas zu schützen.

10 Produktion Blockstück aus Aluminiumguss, Plastikfolie, Alloy-Verbindung

11 Produktion herkömmlicher Alloy-Arbeitsplatz: Handarbeit. Optical Manufacturing Solutions Hier besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit der Kontamination durch Dämpfe und Alloy-Rückstände

12 Produktion herkömmlicher Alloy-Arbeitsplatz Optical Manufacturing Solutions

13 Produktion herkömmlicher Alloy-Arbeitsplatz Optical Manufacturing Solutions unten links in der Metallform und auf dem Fußboden: Alloy-Rückstände

14 Produktion Ausschuss durch unsaubere Dosierung des Alloys Optical Manufacturing Solutions

15 Produktion Arbeitsplätze mit dem alten Verfahren: Alloy-Verschmutzung Spritzer des flüssigen Alloys verteilen sich an den Arbeitsplätzen, trocknen dort und verursachen hohe Kosten bei der Reinigung. Von den gesundheitlichen Risiken durch Hautkontakt ganz abgesehen. Durch die Produktion von weltweit ca. 300 Millionen Brillengläsern pro Jahr werden im bisherigen Verfahren ca. 250 Tonnen Alloy verwendet. Pro bearbeitetem Brillenglas muss mit einem Verlust von ca. 0,3 Gramm Alloy gerechnet werden, was bislang zu ca. 90 Tonnen verlorenem Alloy führt.

16 Produktion Impressionen einer schmutzigen Produktion im alten Verfahren hier: Alloy- Rückstände bei der Verarbeitung und zum Abblocken

17 Produktion aus der Praxis Optical Manufacturing Solutions Hier das Foto von Alloy-Rückständen ( Schlacken ). Satilsloh übernimmt von seinen Kunden diese Sonderabfälle der Produktion, wie sie durch das alte Verfahren anfallen, zur ordnungsgemäßen Entsorgung. Das Foto zeigt Schlacken aus der Brillenproduktion eines Jahres.

18 Produktion zum praktischen Umgang mit dem gefährlichen Material Alloy Auf dem USB- Stick finden Sie hierzu zwei Filme: Alloy_Prozess_Blocken.mov Alloy_Prozess_Abblocken.mov

19 Produktion Kosten des alten Verfahrens mit Alloy Umweltkosten Optical Manufacturing Solutions Energieverbrauch: Bei der maschinellen Herstellung von Brillengläsern entstehen mit den bisherigen Verfahren hohe Kosten für die Energieerzeugung, denn das bisher verwendete Alloy muss quasi rund um die Uhr flüssig gehalten werden. Abfallentsorgung: Wenn zukünftig Produktionsmaschinen auf Grund ihres Alters bzw. aus Abschreibungszwecken durch Maschinen mit dem innovativen und von sich aus schon umweltschonenden Verfahren ersetzt werden, sparen die Brillenproduzenten ca. 0,30 pro Brillenglas alleine an Entsorgungs- und Abwasserkosten, zudem ist die Fertigungsgenauigkeit deutlich verbessert. Auf Kosten der Natur: Alloy gilt als sehr giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben.

20 Produktion Kosten des alten Verfahrens mit Alloy Menschliche Kosten Gesundheitsgefahren Das Alloy ist giftig beim Einatmen, es kann Krebs erzeugen. Es birgt die Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen und durch Verschlucken. Irreversible Schäden sind möglich. Es kann möglicherweise die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen. Es kann das Kind im Mutterleib möglicherweise schädigen. Probleme besonders in Schwellenländern Aus Angst vor Verlust des Arbeitsplatzes verschweigen Frauen häufig ihre Schwangerschaft, obwohl die Schwermetallemissionen die gesunde Entwicklung der Leibesfrucht gefährden. Neben den gefährlichen Schwermetallen sind noch seltene Erden in dem Alloy, die z.t. unter schwierigen Bedingungen v.a. in China abgebaut werden.

21 Produktion Das neue Verfahren Komponenten der Alloy-freien Produktion und die dafür entwickelte Maschine

22 Produktion Gestaltung und Konstruktion im neuen Verfahren Optical Manufacturing Solutions Aus ökologischen Gesichtspunkten zentral ist dabei insbesondere der Austausch des alten Verbindungsmaterials Alloy durch einen Kunststoffkleber. Die Mixtur des Klebers ist patentiert, die Rechte liegen bei der Firma Satisloh. Um dem Kunststoffkleber gerecht zu werden musste allerdings auch der Werkstückträger, also das Blockstück neu entwickelt werden, so dass wir hier nun auch von einem neuen Design sprechen können.

23 Gestaltung und Wiederverwendbarkeit Optical Manufacturing Solutions Bis zu 100 mal kann die neue Kunststoff-Fassung des Blockstücks weiterverwendet werden, ohne dass das Blockstück Prozeduren unterzogen werden muss, die Energie kosten oder die Gesundheit gefährden.

24 Produktion und Nutzung Im Unterschied zum alten Verfahren werden die Brillengläser im neuen Verfahren in einem geschlossenen System komplett maschinell zunächst geblockt und dann zur Weiterbearbeitung vorbereitet. In dem Film On-Block-Manufacturing (auf dem USB-Stick) wird gezeigt, wie der Kunststoffkleber aus einem geschlossenen System in einer sehr viel genaueren Dosierung und gleichmäßigeren Verteilung auf die Blockstücke aufgebracht wird, die jetzt aus Kunststoff sind und eine neue Fassung haben. Gehärtet wird der Kunststoffkleber mit UV-Licht. Das Verfahren und die Maschine sind patentiert und die Patente sind Eigentum von Satisloh.

25 Produktion und Nutzung Auf dem USB stick: Fotos bzw. Film zum ART/Nucleo-Blocker: Film: On-Block-Manufacturing.wmv: Sequenz: ART/Nucleo-Blocken bei 0:36-1:07 Sequenz: ART/Nucleo-Deblocken bei 5:15-6:07

26 Verwertung und Entsorgung herkömmliches Verfahren mit Alloy Optical Manufacturing Solutions Durch die Produktion von weltweit ca. 300 Millionen Brillengläsern pro Jahr werden im bisherigen Verfahren ca. 250 Tonnen Alloy verwendet. Pro bearbeitetem Brillenglas muss mit einem Verlust von ca. 0,3 Gramm Alloy gerechnet werden, was bislang zu ca. 90 Tonnen verlorenem Alloy führt. Alloy gilt als sehr giftig für Wasserorganismen und kann in Gewässern langfristig Schäden verursachen. Die Entsorgung muss in speziellen Behältern und durch spezialisierte Unternehmen erfolgen, die Verpackung muss auf einer Sondermülldeponie entsorgt werden. Zur Entsorgung der Abfälle (=Industrieabfälle) bekommen die Kunden (Brillenhersteller) zwar die bei Satisloh angewendeten Merkblätter mit; die Entsorgung vor Ort ist aber abhängig von den jeweiligen gesetzlichen Regelungen (und Möglichkeiten) des Standortes.

27 Weiter- und Wiederverwertung, Serviceleistungen Optical Manufacturing Solutions Satisloh will die Umstellung der Kunden weltweit auf das Alloy- freie Verfahren erleichtern und hat dazu das neue Kunststoffblockstück so entwickelt (ART/Nucleo), dass es zu allen Spannvorrichtungen kompatibel ist, sowohl zu denen der bisherigen Alloy-Verfahren als auch in Maschinen der Wettbewerber. Geschützt ist der Kunststoffkleber, die Firma Satisloh ist im Besitz des Patentes. Das ART/Nucleo- Blockstück ist ebenfalls geschützt, aber Großkunden können von Satisloh Lizenzen zur eigenen Produktion erwerben. Satisloh versteht sich insofern als Vorreiter in Sachen Öffnung und Transparenz, um auch die Wettbewerber zu animieren, ihre Produkte im Sinne des Umweltschutzes und der Nachhaltigkeit anpassen zu können.

28 Ausblick Satisloh ermöglicht seinen Kunden den Wechsel auf das neue, schwermetallfreie Verfahren durch spezielle Leasingverträge für die ART/Nucleo-Blocker. Vorschlag an die Politik: Ein Förderprogramm, das es den Unternehmen erleichtert ihre Produktion auf nachhaltige Verfahren und Komponenten umzustellen. National: über die KfW International: über das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit oder die Deutsche Gesellschaft für wirtschaftliche Zusammenarbeit.