Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ökologische Bilanzierung von Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- und nachgelagerter Prozessschritte

 

Kleinere und mittlere Unternehmen agieren heutzutage in einem globalen Umfeld, wodurch diese zu Elementen einer komplexen Wertschöpfungskette werden. Der zunehmende Anstieg der Preise für industriell essentielle Ressourcen, wie Primärenergie und Rohstoffe, sowie sich ausweitende klimapolitischen Restriktion führen zur Notwendigkeit, die Wettbewerbsfähigkeit durch innovative Fertigungsprozesse langfristig zu sichern.

Die geplanten Forschungsarbeiten umfassen die Ökobilanzierung ausgewählter Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- sowie nachgelagerter Fertigungsschritte wie Vor- und Nachwärmen oder die Herstellung der Nahtvorbereitung. Die Ökobilanzierung ist eine weit verbreitete und standardisierte Methode zur Abschätzung der Umweltwirkungen eines Produktes oder Prozesses.

In einer Ökobilanz erfolgt eine Lebenswegbetrachtung, von der Rohstoffgewinnung über die Energieerzeugung bis zur Anwendung eines Produktes oder Prozesses.

Die analysierten Schweißprozesse sowie Grundwerkstoffe umfassen dabei ein breites für kmU relevantes Spektrum. Durch Bereitstellung der aufgestellten Umweltprofile ist der Anwender in der Lage, Schweißprozesse unter ökologischen Aspekten zu bewerten und die effizienteste Variante zu identifizieren. Des Weiteren ermöglichen die Forschungsarbeiten die komplexen Wechselgrößen bezüglich der betrachteten Verfahren sowie Vor- und Nachprozesse ganzheitlich ökologisch zu bewerten.

Die Quantifizierung der Umweltwirkungen stellt eine direkte Forderung für kmU dar, beispielsweise wenn diese als Zulieferer für OEM fungieren, für welche Ökobilanzierung bereits etablierter Bestandteil der Produktplanung ist, oder sich klimapolitische Restriktionen verstärken. Des Weiteren stellen ökologisch effiziente Verfahrensvarianten oftmals die wirtschaftlichsten Lösungen dar, wodurch sich eine weitere Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit ergibt.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurde ein Workflow zur automatisierten Ökobilanzierung von Schweißverfahren implementiert. Dem Anwender im Bereich der KMU steht somit ein Werkzeug zur Verfügung, die Umweltwirkungen von Schweißprozessen in-situ ohne erhöhtem Dokumentationsaufwand unter Berücksichtigung entsprechender Regelwerke und Normen abzuleiten. Dadurch werden KMU in die Lage versetzt, den Anforderungen bezüglich der Bewertung der Ökoeffizienz von Fertigungsverfahren gerecht zu werden und somit auf die nationalen sowie internationalen klimapolitischen Rahmenbedingungen vorbereitet zu sein.

Die Analysen eines breiten Spektrums an Schweißverfahren haben gezeigt, dass eine Verringerung der Umweltwirkungen von Schweißverfahren nur durch eine Reduktion des Zusatzwerkstoffs sowie Energieverbrauches zu realisieren ist. Hierbei zeigen Verfahren mit niedrigem Werkstoffeinsatz die geringsten Umweltwirkungen. Im Produktentstehungsprozess ist es notwendig, unter Berücksichtigung der Schweißbarkeit die ökologischen Verfahrenscharakteristika hinsichtlich konstruktiver, fertigungstechnischer sowie werkstoffspezifischer Randbedingungen zu bewerten, um die vorgeschriebenen Produkteigenschaften zu gewährleisten und die Umweltbelastung zu minimieren. Gleichzeitig stellen ökoeffiziente Fertigungsverfahren oftmals auch die wirtschaftlichsten Verfahren dar, wodurch die Effizienz der gesamten Fertigungskette analysiert und wirtschaftliche Optimierungspotenziale erschlossen werden können.

Damit der Workflow, der bei der Ökobilanzierung zu durchlaufen ist, vereinheitlicht und für jeden verständlich ist, fließen die Forschungsergebnisse direkt in die DIN SPEC 35235 „Nachhaltigkeit in der Schweißtechnik – Ökobilanzierung von Schweißverfahren“ ein. Dies ist die Grundlage, um die Vergleichbarkeit von Ökobilanzen in der Schweißtechnik zu gewährleisten und so deren Akzeptanz in der Industrie, vor allem innerhalb der KMU, zu erhöhen.