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Kunststoffe bringen Nachhaltigkeit voran

Tribo-Kunststoffe
Kunststoffe bringen Nachhaltigkeit voran

Dass die Produktentwicklung den Umgang mit Ressourcen und damit die Nachhaltigkeit positiv beeinflussen kann, zeigt anschaulich das Beispiel igus mit seinen Hochleistungskunststoffen. Diese bieten Vorteile bei Energieersparnis, Lebensdauer, geringem Gewicht, Schmierfreiheit und Wiederverwendbarkeit (Recycling) – sei es durch den Verzicht auf Schmiermittel bei Gleitlagern oder über die Rücknahme ausgedienter Energieführungsketten und deren Recycling. Gerade gegenüber metallischen Werkstoffen sind die technischen Kunststoffe damit häufig die bessere Wahl.

Inhaltsverzeichnis

1. Erdölverbrauch technischer Kunststoffe
2. Erste Produkte aus zu 100 % regranuliertem Material verfügbar
3. Recycling alter Energieketten als Basis
4. ECO-Materialien machen auch Gleitlager nachhaltiger
5. Die 5 Vorteile von Tribo-Kunststoffen
6. Wiederverwendung durch Rückgewinnung der Ausgangsstoffe
7. Konstruktive Auslegung senkt Energiebedarf im Einsatz
8. Fazit

Stehen Konstrukteur*innen vor der Frage, wie groß der CO2-Footprint ihrer Produkte ist, spielen die Werte zugekaufter Teile oft eine wichtige Rolle (Scope-3-Emissionen). Die Kölner igus GmbH hat deswegen begonnen, den CO2-Footprint für die meistverkauften Werkstoffe in ihrem Webshop auszuweisen. Das gibt den Konstruktionsabteilungen die Chance, zum Beispiel gezielt Gleitlager mit den geringsten CO2-Werten einzusetzen.

Die Kölner selbst arbeiten parallel daran, diese Werte weiter zu reduzieren – unter anderem sollen der aktuelle Neubau des Unternehmens CO2-neutral arbeiten und bis 2025 alle weiteren Gebäude folgen, betont Tobias Vogel, Geschäftsführer Gleitlager & Lineartechnik. „Auf diese Weise können wir den CO2-Fußabdruck jedes verkauften Bauteils nicht nur messen und für unsere Anwender transparent machen, sondern auch konsequent verringern.“

Erdölverbrauch technischer Kunststoffe

Dass das Thema Nachhaltigkeit neben dem CO2-Footprint weit mehr Facetten umfasst, wird gerade beim Thema der technischen Kunststoffe deutlich, auf denen das Angebot der Kölner fußt. „Das beginnt bereits mit dem Erdölverbrauch zur Herstellung unserer ‚motion plastics‘ und damit generell der Ressourceneffizienz“, erläutert Vogel. „Generell lässt sich sagen, dass nur etwa 4 % des weltweiten Erdölverbrauchs in die Kunststoffproduktion gehen. Da dazu aber unter anderem auch Verpackungsmaterialien zählen, reduziert sich der Anteil für die Hochleistungskunststoffe, wie wir sie anbieten, auf nur noch 0,5 %.“ Dennoch arbeite man daran, auch hier noch umweltfreundlicher und damit nachhaltiger zu werden.

Polymerlager von Igus: So werden Öltanker zu Segelschiffen

Erste Produkte aus zu 100 % regranuliertem Material verfügbar

So sind unter den zur Hannover Messe 2022 vorgestellten Produkten bereits die ersten vertreten, die zu 100 % aus recyceltem oder regranuliertem Material hergestellt werden. Dazu gehören die Energiekette cradle-chain E2.1.CG sowie das iglidur-ECO-Gleitlagerprogramm.

Die Energiekette E2.1.CG ist aus igumid CG gefertigt, das aus 100 % recyceltem Material gewonnen wird. Die Materialqualität wurde im Labor von igus getestet und erreicht bei der Zugkraft 94 % des Wertes des konventionell hergestellten igumid G, beim Bruchmoment sogar 96 %. „Die neue Energiekette E2.1 besteht somit zu 100 % aus recyceltem Material und bietet dennoch fast die gleichen technischen Eigenschaften und Belastungsgrenzen wie ihr Pendant aus dem Standardmaterial igumid G“, betont Michael Blaß, Geschäftsführer e-kettensysteme bei igus. „Und: Wir bieten die Energieketten aus Rezyklat preisneutral zu den e-ketten in Standardmaterial an.“ Mit Blick auf die CO2-Bilanz führt das recycelte Material entsprechend der Environmental Product Declaration (EPD) zu einer deutlichen Einsparung verglichen mit dem Standardmaterial.

Recycling alter Energieketten als Basis

Bereits vor 2 Jahren führte igus das ‚chainge Recycling Programm‘ ein. Anwender können damit ausgediente Energieketten – übrigens auch die von Drittanbietern – einfach zurückgeben und erhalten abhängig vom Gewicht einen Voucher für das Material. Der Montageservice der Kölner übernimmt dazu Ausbau und Abholung alter Energieketten und führt diese wieder dem Wertstoffkreislauf zu.

Bei jedem neuen Montageauftrag wird übrigens der Recycling-Service automatisch mit angeboten – ohne Zusatzkosten oder Mehraufwand für den Kunden. „Ziel ist, dass die Anwender mit dem Montageservice wertvolle Zeit sparen und ihnen gleichzeitig eine nachhaltige Lösung für die Altmaterialentsorgung geboten wird“, ergänzt Blaß. „Zudem wollen wir mit dieser Maßnahme einen weiteren Beitrag zu einem nachhaltigeren Umgang mit begrenzten Ressourcen leisten.“

ECO-Materialien machen auch Gleitlager nachhaltiger

Auch die ECO-Materialien für Gleitlager werden kostengünstig durch die Wiederverwendung bereits verarbeiteter Rohstoffe erzeugt. Auch diese Materialien lassen sich an die Einsatzbedingungen anpassen:

  • Temperatur- und medienbeständig ist iglidur ECO H, der sich damit für stark korrosive und heiße Umgebungen eignet, genauso wie für den Einsatz unter Wasser und bei hoher Luftfeuchtigkeit.
  • Robust in feuchten Umgebungen ist iglidur P Eco. Dieser Werkstoff bietet eine hohe mechanische Festigkeit bei geringer Feuchtigkeitsaufnahme und eignet sich dadurch gut für den Einsatz bei hoher Luftfeuchtigkeit im Außenbereich.
  • Besonders kostengünstig und universell einsetzbar ist iglidur A180 Eco, der sich daher vor allem für preissensitive Anwendungen empfiehlt. Zusätzlich bietet das Material gute Verschleißeigenschaften und eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme.
  • Für verschiedenste Gleitlager-Anwendungen eignet sich auch iglidur G Eco, der auf dem meistverkaufen iglidur-Werkstoff basiert. Auch dieses Material ist beständig gegen hohe Lasten und eignet sich für den Einsatz bei mittelhohen Temperaturen und Gleitgeschwindigkeiten.

Kunststoff-Gleitlager von Igus sind schmier- und wartungsfrei

Die 5 Vorteile von Tribo-Kunststoffen

Über die jeweils spezifischen Eigenschaften hinaus punkten alle Tribo-Kunststoffe von igus aber auch im Sinne der Nachhaltigkeit bei der Betrachtung der gesamten Ökobilanz – über die Punkte Energieersparnis, Lebensdauer, geringes Gewicht, Schmierfreiheit und Wiederverwendbarkeit. „Diese 5 Punkte sprechen von Vornherein für den Einsatz von Hochleistungskunststoffen – gegenüber metallischen Werkstoffen sind sie in vielenhttps://kem.industrie.de/gleitlager/kunststoff-gleitlager-von-igus-sind-schmier-und-wartungsfrei/ Fällen deutlich im Vorteil“, so Tobias Vogel weiter. Im Einzelnen sind dies:

  • Energieersparnis:
    Bei der Herstellung von Kunststoff wird deutlich weniger Energie verbraucht als bei der von Metall. Insbesondere gegenüber Stahl und Aluminium sind nur rund 50 % der Energie erforderlich, um aus den Rohstoffen einsatzfähigen Kunststoff zu erzeugen.
  • Lebensdauer:
    „Kunststoff hat in vielen Anwendungen eine höhere Lebensdauer als Metall – und diese können wir bei igus sogar berechnen“, betont Vogel. Erfahrungswerte etwa aus einer Lackieranlage zeigen, dass metallische Lager kontinuierlich nach 2 Wochen ausgetauscht werden müssen – durch den Einsatz von Polymerlagern (im konkreten Fall ein Kunststoffstehlager) ließ sich die Einsatzdauer auf mindestens 4 Monate steigern.
    „Wir testen solche Anwendungen natürlich vorab in unserem Laboratorium – und auch da zeigt sich, dass bei metallischen Lagern der Verschleiß deutlich höher ist als bei unseren Kunststofflagern“, fährt der igus-Manager fort. Generell werden etwa die iglidur-Werkstoffe einer sehr detaillierten Testung auf unterschiedlichen Wellenwerkstoffen unterzogen. „Die Ergebnisse fließen in unsere Konfiguratoren ein, von denen wir inzwischen 34 auf unseren Websites anbieten.“ Konstrukteur*innen können damit abhängig von den Anwendungsparametern bei bestellbaren Produkten die Lebensdauer berechnen.
    Analog gilt das auch für die Energieketten und chainflex-Leitungen der Kölner. Das nach eigenen Angaben größte Labor für Polymertribologie und Energieführungssysteme führt dazu pro Jahr rund 15.000 Tests mit 135 Milliarden Testbewegungen durch; damit kommen weitere 11.000 Verschleißtestergebnisse jährlich dazu – „die zudem auch unsere eigene Produktentwicklung voranbringen, weil wir durch die Tests sehr viel lernen“, sagt Michael Blaß.
  • Geringeres Gewicht:
    Kunststoffe sind leichter als metallische Werkstoffe – was den Energiebedarf sowohl im Einsatz (es wird weniger Antriebsenergie benötigt) als auch vorab beim Transport zum Kunden senkt (Ware mit weniger Gewicht muss versendet werden).
    Die realen Zahlen zeigen, dass dabei durchaus beachtliche Energiemengen eingespart werden können. „Kunststoffe sind über den Daumen um den Faktor 8 leichter als Stahlmaterialien“, erläutert Vogel. „Und im Bereich Automotive lässt sich das Gewicht von Lagern durchschnittlich von 5 auf nur noch 1 g senken – angesichts der jährlich normalerweise rund 200 Millionen Gleitlager für die Automobilindustrie macht allein das einen Unterschied von 800 t aus.“ Ähnlich lässt sich das nach Angaben der Kölner übrigens auch bei kleineren Stückzahlen nutzen – insbesondere der 3D-Druck kann dann eine Alternative sein.
  • Schmierfreiheit:
    Gleitlager von igus müssen nicht geschmiert werden – gerade gegenüber dauergeschmierten Lagerstellen ist das deutlich weniger wartungs-, zeit- und kostenintensiv. „Das leistet einen wichtigen Beitrag mit Blick auf die Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit“, so Vogel weiter. „Dazu muss man sich vor Augen halten, dass rund 50 % der eingesetzten Schmiermittel auch in unsere Umwelt gelangen – pro Jahr sollen das über 20 Millionen t sein.“ Eingeschlossen sind dabei generell alle Maschinen, insbesondere die mit Schwerlastlagerstellen – sowohl stationär in der Produktion als auch mobil etwa bei Bau- oder Landmaschinen. „Ein Liter Schmiermittel kann übrigens bis zu 1 Million Liter Trinkwasser verunreinigen – das ist mit Blick auf Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung also schon ein wichtiges Thema.“
  • Wiederverwendbarkeit:
    Auch Kunststoffe sind im Sinne der anzustrebenden Kreislaufwirtschaft eine wiederverwendbare Ressource. „In unserer Produktion gelingt es uns, alles nicht verwendete Material erneut der Herstellung zuzuführen, in dem es regranuliert und beigemengt wird“, sagt Michael Blaß. „Parallel arbeiten wir natürlich auch an Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen – unser Gleitlager iglidur N54 besteht beispielsweise bereits zu 54 % aus nachwachsenden Rohstoffen“, ergänzt Tobias Vogel. Das Produkt habe man schon seit einigen Jahren im Angebot – gerade vor dem Hintergrund der Diskussionen um die Nachhaltigkeit steige die Nachfrage aber.

Wiederverwendung durch Rückgewinnung der Ausgangsstoffe

Eine vielversprechende Idee bezüglich Recycling ist auch die Umwandlung von ‚Kunststoffmüll‘ aller Art (also auch einschließlich Verpackungsmaterialien) zurück zu Öl mittels ‚Hydrothermal Plastic Recycling Solution‘ (HydroPRS). Entwickelt wurde das Verfahren von dem Startup Mura Technology; igus ist neben dem Ingenieurdienstleister KBR und Dow Chemical seit 2021 als Partner mit an Bord. Ziel ist, eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe aufzubauen und auch zu verhindern, dass Kunststoffabfälle in die Umwelt gelangen. Die erste Linie mit einer Kapazität von 20.000 t pro Jahr soll 2022 in Betrieb gehen, geplant sind vier Linien. Mura wäre damit in der Lage, bis zu 80.000 t Kunststoffabfälle pro Jahr zu recyceln.

Die Methode nutzt Wasser, Hitze und Druck und wandelt dadurch Plastikmüll in nur 25 min wieder in Öl um – das sich wiederum als Grundstoff für die Kunststoffherstellung nutzen lässt. Die Kunststoffabfälle werden dazu zunächst sortenrein getrennt und dann mit überkritischem Wasser behandelt (oberhalb einer bestimmten Temperatur und eines bestimmten Druckes lässt sich dabei nicht mehr unterscheiden, ob das Wasser flüssig oder gasförmig ist – es ist dicht wie flüssiges Wasser, besitzt aber die Viskosität von Wasserdampf). Unter diesen Bedingungen lassen sich die langen Molekülketten der Kunststoffe in kürzere Kohlenwasserstoffketten aufspalten – gelegentlich spricht man bei dem Verfahren von einer ‚molekularen Schere‘.

Damit solche Technologien eine Chance haben, sich in der Praxis zu bewähren, ist Unterstützung notwendig. „Es braucht dazu starke Partnerschaften, die der Technologie zum Durchbruch verhelfen, so dass ein spürbarer Effekt für die Umwelt entsteht“, betont Vogel.

Konstruktive Auslegung senkt Energiebedarf im Einsatz

Dass die Produktentwicklung auch die Basis für einen ressourcenschonenden Betrieb legen kann, zeigt igus anschaulich mit der Neuentwicklung der Rollen-Kettenglieder der Energieketten-Serie E4.1. Im Regelfall gleitet das Obertrum einer e-kette auf dem Untertrum. Auf kurzen Wegen ist das energetisch kein Problem durch den Einsatz der Hochleistungskunststoffe, die einen reibungsarmen Lauf ermöglichen. Bei längeren Verfahrwegen von mehreren hundert Metern und hohen Zuladungen von bis zu 100 kg/m steigen die Reibwerte und damit auch der Energieverbrauch aber an.

„Deswegen bieten wir die E4.1. nun auch als Version E4.1R mit integrierten Rollen an – rollt das Obertrum über das Untertrum, reduzieren sich Reibung und Verschleiß“, erläutert Energieketten-Chef Blaß. „Werden Rollen eingesetzt, sinkt die erforderliche Antriebsleistung um bis zu 70 % – eine Ersparnis, die in der heutigen Zeit explodierender Strompreise zu einer Minimierung des Energiebedarfs führt.“ Die E4.1R läuft durch die Rollen zudem ruhiger, Geräusche und Vibrationen werden reduziert – ein angenehmer Nebeneffekt.

Die Rollen-Kettenglieder sind komplett kompatibel mit dem gesamten Baukasten der Serie E4.1. So lassen sich beispielsweise Hallenportale in der Werkzeugmaschinenindustrie auch im Nachhinein noch umrüsten. Kunden können bei der E4.1R neben Innenhöhen von 42 und 56 mm auch auf die Höhe 80 mm zurückgreifen. Zusammen mit verschiedenen Breiten und Radien stehen insgesamt über 900 Varianten für die individuelle Anwendung zur Auswahl.

Fazit

Mit seinen technischen Kunststoffen kann igus bezüglich Nachhaltigkeit bereits einiges in die Waagschale werfen. Das reicht von der Produktion über den Einsatz bis hin zum Recycling. „Natürlich gibt es Aufgaben, die wir noch lösen müssen“, sind sich Tobias Vogel und Michael Blaß abschließend einig. „Dazu zählt die weitere Reduktion der Emissionen bei der Herstellung, des Abriebs sowie der Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen.“ Die beschriebenen Vorteile der Hochleistungskunststoffe zeigten aber, dass Kunststoff und Nachhaltigkeit nicht im Widerspruch stehen. „Technische Kunststoffe können unter Abwägung aller Aspekte vielmehr einen Beitrag dazu leisten, noch schonender mit den begrenzten Ressourcen umzugehen.“ (co)

www.igus.de

Weitere Informationen zu den 175 Neuerungen im Vorfeld der Hannover Messe



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