Wie Ingenieure und Konstrukteure die Nachhaltigkeit verbessern können

Fragen: Michael Corban, Chefredakteur KEM Konstruktion

Inhaltsverzeichnis

1. Die Bedeutung der Nachhaltigkeit und der Produktentwicklung
2. Wie Ingenieure und Konstrukteure die Nachhaltigkeit beeinflussen können
3. Die Bedeutung der Nachhaltigkeit beim Einsatz der Produkte
4. Chancen für mehr Nachhaltigkeit durch IoT-Lösungen

Die Bedeutung der Nachhaltigkeit und der Produktentwicklung

KEM Konstruktion: Welchen Stellenwert nimmt das Thema Nachhaltigkeit bei der Entwicklung Ihrer Produkte bereits ein und welche Aspekte betrachten Sie dabei?

Davide Cesaretti (Lenze): Den bei weitem größten Beitrag können wir leisten, indem wir unsere Geräte möglichst energieeffizient auslegen. Viele Geräte laufen im 24-Stunden-Betrieb über mehr als 10 Jahre, da sind selbst kleinste Unterschiede in der Energieeffizienz relevant. Da sind wir besonders stolz, dass unsere Geräte zu den effizientesten am Markt zählen. Des Weiteren sind unsere Geräte im Vergleich zu den Marktbegleitern klein und bestehen aus relativ wenigen Bauteilen – auch das trägt zur Verkleinerung des CO₂-Footprints bei.

Björn Griese (Weidmüller): Sowohl Weidmüller als auch die Entwicklungsabteilung beschäftigen sich schon lange mit dem Thema Umweltschutz und Energieeffizienz. Für uns ist es eine Selbstverständlichkeit, dass wir uns den Herausforderungen des Klimawandels stellen und unseren Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasen leisten. Seit 2021 nehmen wir an einem in Deutschland einmaligen Pilotprojekt teil: ‚Wege zum klimaneutralen Unternehmen‘, das vom Verein ‚Klimaschutzunternehmen‘ initiiert und vom Fachgebiet ‚Umweltfreundliche Produkte und Prozesse‘ (upp) der Universität Kassel unterstützt wird. Darüber hinaus haben wir unseren Prozess zur Ermittlung der produktspezifischen CO₂-Emissionen optimiert und die ersten softwarebasierten Product Carbon Footprints berechnet. Die Ergebnisse dieser ersten Analysen fließen bereits jetzt in den Entwicklungs- und Optimierungsprozess unserer Produkte ein.

Oliver Jost (SMC): Das Thema Nachhaltigkeit bei der Produktentwicklung nimmt bei SMC seit Jahren einen hohen Stellenwert ein – und zwar über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Bereits bei der Ideenentwicklung überlegen wir uns sinnvolle Losgrößen eines Produkts oder dessen Verpackung, wodurch sich Ressourcen einsparen lassen. Denn grundsätzlich gilt: Je kleiner ein Produkt ist, desto geringer ist der CO₂-Footprint. Das erkennen Sie etwa am Vergleich zwischen ISO-Zylindern und Kompaktzylindern oder ISO-Ventilen und modernen Ventilinseln. Ressourceneffizienz erreichen wir zudem durch beanspruchungsgerechte, FEM-optimierte und einheitliche Materialien, die einen mehrfachen Einsatz ermöglichen. Unsere Produkte gestalten wir außerdem langlebig, leicht reparierbar und modular. Zudem setzen wir bei Neuentwicklungen grundsätzlich auf eine RoHS-3-Konformität – auch bei rein mechanischen Produkten. Ebenso vermeiden wir gesundheits- und umweltgefährdende Stoffe. So greifen wir statt auf SVHC-haltige Klebstoffe auf umweltverträgliche Typen zurück oder nutzen bleifreie Messing-Werkstoffe.

Benjamin Kampmann (Pöppelmann): Nachhaltigkeit und insbesondere Klimaneutralität sind Ziele der Automobilindustrie und vieler weiterer Branchen, in denen unsere Kunden agieren. Als Lieferant für nachhaltige Produktentwicklung sehen wir uns in der Verantwortung, den Ressourcen- und Energieverbrauch unserer Produkte zu reduzieren und so Teil einer klimaneutralen Lieferkette zu werden. Um dies zu gewährleisten, entwickeln wir unsere Produkte nach den Maßgaben des Eco-Designs. Dazu analysieren wir den Lebenszyklus unserer Lösungen unter ökologischen und ökonomischen Aspekten und schöpfen alle Möglichkeiten zur Materialeinsparung, zum Einsatz recycelbarer Werkstoffe und für ein hochwertiges Recycling aus. Im Jahr 2020 war zirka ein Drittel des von der Pöppelmann Gruppe in Lohne eingesetzten Materials Post-Consumer-Rezyklat (PCR). Insgesamt wurde die Hälfte der Produkte aus Recyclingkunststoff (Post-Industrial- und Post-Consumer-Rezyklat) hergestellt. Bis 2025 soll der PCR-Anteil auf 50 % des insgesamt eingesetzten Materials gesteigert werden. Darüber hinaus führen wir schon in der Entwicklungsphase eine erste Berechnung für den produktbezogenen CO₂-Fußabdruck durch, um aus verschiedenen Lösungsmöglichkeiten die klimaschonendste auswählen zu können. Dadurch zahlen wir auch auf die Ziele zur Reduktion unseres unternehmensbezogenen CO₂-Fußabdrucks ein.

Martin Kandziora (Panduit): Effizienz ist wichtig und betrifft jeden in allen Bereichen. Effizienz – und das Klima – sind zentrale Themen bei Panduit. Wie können wir mehr Energie sparen? Wie können wir Abfall noch mehr reduzieren? So haben wir den Wasser- und Energieverbrauch in der Panduit-Unternehmenszentrale bei Chicago erheblich reduziert und sind mit dem LEED-Gold-Zertifikat ausgezeichnet. Ein weiteres Beispiel: Costa Rica war Gastgeber der PreCOP25-Konferenz zum Klimawandel 2019, auf der Menschen aus der ganzen Welt zusammenkamen, um Strategien zur Stärkung von Maßnahmen und Lösungen zur Verringerung der negativen Auswirkungen auf das Klima zu diskutieren. Während der Konferenz wurde das Werk von Panduit in Costa Rica als Pionier bei der CO2-Reduzierung ausgezeichnet. Wir haben dort verschiedene Maßnahmen umgesetzt, zum Beispiel auf die Nutzung erneuerbarer Energien umgestellt und ein System aufgebaut, das jährlich 22 Millionen l Abwasser aufbereitet und 16 t zu 100 % organischen Dünger mit der Takakura-Kompostierungsmethode hergestellt, indem wir Bio-Abfälle aus unserer Cafeteria verwenden. Deswegen wurden wir mit dem von Inteco genehmigten Carbon Neutrality Verification Statement ausgezeichnet. Außerdem heben wir mit unseren Lösungen deutliche Energie-Einsparpotenziale in den Industrie- und IT-Infrastrukturanwendungen, etwa im Rechenzentrum.

Übrigens: Gerade im IT-Bereich ist der Nachweis energieeffizienter Angebote immer entscheidender. Viele europäische Großstädte verlangen nach CO₂-neutralen Lösungen und deshalb kommt es auf alle Einzelbausteine an. Unsere Haltung und unser Handeln bietet unseren Mitarbeitern sowie unseren Kunden eine ganz andere Sicht und bringt uns auf eine ganz andere Ebene – auch thematisch.

Arndt Neues (Omron): Bereits in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts prägte der Omron-Gründer Kazuma Tateishi das Unternehmensmotto ‚We work for the benefit of society‘. Dies ist bis heute zentrales Element in der Führung des Unternehmens. Hierbei orientiert sich Omron auch an der 2015 verabschiedeten ‚Agenda 2030‘ der Unesco zu den 17 nachhaltigen Entwicklungszielen. Diese Unternehmenskultur zieht sich durch alle Ebenen, was auch durch verschiedenste Auszeichnungen wie beispielsweise EcoVadis-Rating Gold dokumentiert wird. Zur Beurteilung der Nachhaltigkeit werden unter anderem die Produkte des Unternehmens, Ratings, CO₂-Fußabdruck, Risikomanagement, Lieferantenmanagement oder Produktionsmanagement herangezogen. Bei der Omron Gruppe wird demzufolge der Umfang des Umweltbeitrags aus direkten Auswirkungen der Produkte selbst sowie den indirekten Auswirkungen durch die Nutzung von Produkten oder Dienstleistungen bei unseren Kunden berücksichtigt.

Uwe Prüßmeier (Beckhoff): Wir sind als gesamtes Unternehmen bilanziell CO₂-neutral, das heißt wir geben der Dekarbonisierung einen übergreifenden Stellenwert. Das betrifft auch direkt unsere Produkte. Wesentlich wichtiger und wirkungsvoller ist allerdings die Verwendung unserer Produkte. Damit meine ich die positive Einflussnahme auf die Maschinen und Anlagen unserer Kunden. Letztlich muss das große Ziel die Vermeidung von CO₂-Emissionen für unsere gesamte Volkwirtschaft und ganz am Ende aller Produktionsstätten der Welt sein. Wir treiben Innovationen schnell voran, damit der Einsatz unserer Produkte die Produktionsanlagen noch effizienter macht. In enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden erhöhen wir den Durchsatz einer Maschine und vermeiden Ausschuss im Produktionsprozess. Damit sinkt der Energiebedarf pro Produkt und es wird Abfall vermieden. Durch den Einsatz von mechatronischen Transportsystemen wie XTS und XPlanar helfen wir unseren Kunden, den Verschleiß zu verringern. Damit entsteht weniger Schmutz, es werden weniger Ersatzteile gebraucht und letztlich können diese verschleißfreien Teile am Ende des Lebenszyklus einer Produktionsanlage ausgebaut werden und in einer neue Anlage Verwendung finden.

Dr. Frauke Reinders (Phoenix Contact): Sprechen wir von Nachhaltigkeit im täglichen Handeln, dann steht dahinter zum einen eine innere Haltung. Zum anderen geht es darum, die Augen offen zu halten, um immer besser zu werden. Phoenix Contact handelt – und dieses mit ganz unterschiedlichen Projekten innerhalb der Wertketten. Sie alle haben das Ziel, vor allem den CO₂-Fußabdruck zu minimieren, dabei den Energiebedarf zu senken und die Ressourceneffizienz generell zu verbessern. Sichtbar wird dieses Ziel unter anderem mit der unternehmensweit angelegten PV-Offensive auf den Dächern unserer Standorte. Energie stellt allerdings nur einen Aspekt nachhaltigen Handelns dar. Wir testen zum Beispiel im Spritzguss alternative Kunststoffe, die bei ihrer Herstellung weniger CO₂ verursachen – ohne dabei an ihren technischen Eigenschaften zu verlieren. Hierzu zählt ebenfalls der weitgehende Verzicht auf Blei in Metalllegierungen.

Reinholt Schlechter (Schneider Electric): Für uns hat Nachhaltigkeit in der Produktentwicklung eine doppelte Bedeutung. Zum einen geht es dabei natürlich um den Produktionsprozess selbst. Wie unser Schneider Sustainability Impact dokumentiert, beziehen wir unseren Strom weltweit zu 82 % aus erneuerbaren Quellen und 51 unserer Standorte sind bereits CO₂-neutral – darunter unser Produktionsstandort in Regensburg. Außerdem achten wir darauf, dass unsere Produkte möglichst frei von umweltschädlichen Substanzen sind und nach kreislaufwirtschaftlichen Gesichtspunkten entwickelt werden. Bestes Beispiel sind unsere jüngst gelaunchten Schalter und Steckdosen aus recyceltem Ozeanplastik. Zum anderen entwickeln wir unsere Hard- und Softwarelösungen mit dem Anspruch, dass sie unsere Kunden beim nachhaltig erfolgreichen Wirtschaften unterstützen. Dabei geht es etwa darum, Industrieanlagen ausfallsicher sowie ressourcen- und energieeffizient aufzustellen oder den Energieverbrauch in Gewerbeimmobilien oder Rechenzentren zu reduzieren. Mit Blick auf die Herausforderungen, die der Klimawandel uns und unserer Wirtschaft stellt, ist das ein integraler Bestandteil unseres Geschäftsmodells.

Gunter Streng (ebm-papst): Nachhaltigkeit ist für uns bei ebm-papst schon immer ein großes, bestimmendes Thema und sie ist tief in unserer DNA verwurzelt. Unser Firmengründer, Gerhard Sturm, prägte den Satz: ‚Jedes neue Produkt muss seinen Vorgänger ökonomisch und ökologisch übertreffen.‘ Diese Devise leitete unsere Entwicklungen durch fast sechs Jahrzehnte Unternehmensgeschichte und bestimmt ebenfalls unser heutiges und zukünftiges Handeln. Für unsere Produkte und Lösungen bedeutet dies, dass wir nicht nur energieeffizient, sondern auch ressourcen- und materialeffizient arbeiten. Aus demselben Ressourceneinsatz erzielen wir mit einer durchdachten Konstruktion eine immer höhere Performance – das geht nur durch ständigen Fortschritt und das Bestreben nach innovativen Lösungen. Unsere Außenläufermotoren kommen beispielsweise schon seit jeher ohne Seltene Erden aus. Ein weiteres Beispiel: Bei unserer Alu-Druckguss-Schaufel, welche prinzipbedingt über einen vergleichsweise hohen Primärenergiebedarf verfügt, konnten wir durch eine hybride Auslegung und Substitution von hochenergetischen Materialien den CO₂-Footprint deutlich reduzieren.

Was kann der CO2-Fußabdruck – und was nicht?

Wie Ingenieure und Konstrukteure die Nachhaltigkeit beeinflussen können

KEM Konstruktion: Welche Möglichkeiten sehen Sie konkret für Ihre Ingenieure und Konstrukteure, Themen der Nachhaltigkeit zu beeinflussen?

Cesaretti (Lenze): Das Thema Nachhaltigkeit ist eine Frage der Firmenkultur, das hat wesentlich mehr Einfluss als irgendwelche Vorschriften. Unsere Ingenieure und Konstrukteure beschäftigen sich in der Freizeit allesamt mit nachhaltigen Themen wie Solarenergie und Elektromobilität. Dieses Bewusstsein für Nachhaltigkeit fließt im Job dann auch in unsere Produkte ein.

Griese (Weidmüller): Wir setzen in der Entwicklung und auch in der Konstruktion vermehrt Simulationen ein. Auf diese Weise können wir die Anzahl der Prototypen, die für eine Produktentwicklung benötigt werden, reduzieren. Bei der Entwicklung von neuen Gehäusen und Elektromechaniken spielt bei Weidmüller die Wiederverwendung und Standardisierung von Einzelkomponenten eine wichtige Rolle. Dadurch reduzieren wir die Anzahl der Betriebsmittel – etwa der Spritzgusswerkzeuge –, die neu gebaut werden müssen. Durch beide Maßnahmen können wir schon im Entwicklungsprozess Material, Kosten und Energie einsparen.

Jost (SMC): Unseren Ingenieuren stehen dazu vielfältige Möglichkeiten offen. Bei der Produktentwicklung sind es unter anderem die zuvor erwähnten Aspekte – von der Reduktion von Materialien durch kompakte, langlebige und modulare Produktdesigns bis hin zur Auswahl von umwelt- und gesundheitsschonenden sowie wiederverwendbaren Materialien. Auch die Entscheidung, einen geeigneten Standort aus unseren fünf globalen Entwicklungszentren auszuwählen, zahlt positiv darauf ein. Zum einen mit Blick auf die Verkürzung von Vertriebswegen, zum anderen auch im Sinne einer zeit- und kostenoptimierten Umsetzung. Beim Produkt-Support helfen unsere Ingenieure wiederum bei der Auswahl geeigneter Technologien und energiesparender Produkte. Oder sie unterstützen dabei, einen energieeffizienten Betrieb in einer Applikation zu ermöglichen. Das gelingt beispielsweise in Form der Auslegung von Zylinderkräften für eine maßvolle Dimensionierung oder indem statt eines Vakuumsaugers ein Magnetgreifer mit permanenter Haltekraft empfohlen wird.

Kampmann (Pöppelmann): Durch unseren Eco-Design-Ansatz beeinflussen wir schon frühzeitig in der Produktentwicklung die Nachhaltigkeit unserer Lösungen. Durch das Zusammenspiel von Ingenieuren und Konstrukteuren kommen wir zu qualitativ und technisch herausragenden Produkten, die alle ökologischen und ökonomischen Anforderungen erfüllen. Zum Beispiel können wir Produkte gezielt für das sogenannte MuCell- Verfahren auslegen. Dieses Verfahren zum physikalischen Schäumen von Thermoplasten bewirkt nicht nur eine deutliche Gewichtsreduzierung unserer Bauteile, sondern gleichzeitig auch eine verbesserte Dimensionsstabilität sowie Reduzierung von Einfallstellen. Insbesondere in Kombination mit dem Einsatz von Rezyklaten sind wir in der Lage, die Anforderungen unserer Kunden – mehr Funktionen bei reduziertem Gewicht und Kostenkontrolle – zu erfüllen und mit der Ressourcenschonung in Einklang zu bringen.

Engineering 2036: Konferenz für Nachhaltigkeit

Kandziora (Panduit): Es ist für uns eher eine Frage der Einstellung als eine Frage der Qualifikation. ‚Environmental Stewardship‘ steht bei uns ganz oben auf der Liste, angefangen beim Firmeninhaber. Das Thema mag für ein amerikanisches Unternehmen etwas ungewöhnlich klingen, aber es ist sehr spannend, weil es auch mit all unseren Initiativen verbunden ist. Mutiges Handeln, umfassende Innovationen und eine gerechte Umsetzung von Investitionen in unseren Planeten und die Menschen stehen im Mittelpunkt des Earth Day 2022. Indem wir unsere kulturellen Überzeugungen ‚Be Focused and Think Differently‘ anwenden und einen kundenorientierten Ansatz für den Umweltschutz verfolgen, investieren wir in ökologisch nachhaltige Praktiken, die uns helfen, unseren Kohlenstoff-Fußabdruck zu reduzieren, die Kreislaufwirtschaft zu unterstützen, Abfall zu vermeiden und nachhaltige Produktinnovationen voranzutreiben, etwa biologisch abbaubare Werkstoffe.

Neues (Omron): Omron entwickelt gemeinsam mit Zielkunden individuell angepasste Lösungen für die Verpackungsindustrie, um Nachhaltigkeitsziele umzusetzen. Ein Beispiel ist die Umstellung der Schlauchbeutelverpackungungsmaschine der Firma Martini s.r.l auf die Omron-Sysmac-Technologie. Dieses integrative Automatisierungskonzept ermöglicht die Selbstoptimierung auf neue Folienmaterialien. Dadurch lässt sich eine ausschussreduzierte und stabile Produktion umsetzen, bei der gegenüber der zuvor verwendeten Technologie 30 % Energie eingespart werden. Dass dabei die Geschwindigkeit um 10 % erhöht werden konnte, zeigt das Potenzial von Omron Sysmac für die Produktion mit nachhaltigen Materialien. Das Applikationsteam von Omron steht den Konstrukteuren des Maschinenbaus für solche Projekte mit seiner Expertise zur Verfügung und ist gerne zu ‚Proof of Concepts‘ bereit. Für neue Materialien bieten wir anpassungsfähigere und präzisere Regelungen, Möglichkeiten zur Energieüberwachung, Optimierung von Prozessen über Künstliche Intelligenz sowie Condition Monitoring und Data Management.

Prüßmeier (Beckhoff): Die schon genannte Wiederverwendbarkeit der Komponenten ist nur sinnvoll, wenn diese auch lange funktionsfähig bleiben. Wir betreiben deshalb einen besonderen Aufwand, um unserer Produkte mechanisch haltbar zu gestalten. Es ist aber ebenso wichtig, dass ein Produkt technologisch nicht veraltet. Das stellen wir sicher, indem Hardware updatefähig konstruiert wird. Das bedeutet, dass viele Produkte vom gesamten Entwicklungsfortschritt profitieren. Sie können im eingebauten Zustand, beim Endanwender in der Produktionsanlage, mit ganz neuen Eigenschaften ausgestattet werden. Das gestaltet sich auch deshalb besonders einfach, weil große Teile der komplexen Funktionen in einem zentralen Rechner, einem sehr leistungsfähigen Beckhoff Industrie-PC, durchgeführt werden. Dieser lässt sich besonders leicht aktualisieren. Die Betriebszeit einer Produktionsanlage lässt sich so deutlich verlängern. Ein Neubau kann vermieden werden, weil auch ein ganz neues Produkt auf einer älteren Anlage durch wenige Anpassungen gefahren werden kann. Manchmal genügt sogar eine Anpassung der Software.

Reinders (Phoenix Contact): Ohne Frage: Unsere Produkte sind keine Wegwerfartikel, sondern arbeiten über Jahrzehnte hinweg in den Schaltschränken. Dennoch machen wir uns intensiv Gedanken darüber, wie sich die Lösungen von Phoenix Contact am Ende ihrer Lebensdauer demontieren lassen. Die Recyclingfähigkeit wird damit zu einer Disziplin, die es in der Konstruktion zu berücksichtigen gilt. Das verändert in der Produktentwicklung den Fokus. Standen früher vor allem Funktionen, Leistung und Miniaturisierung im Vordergrund, betrachtet die Entwicklung heute ebenfalls, wie nachhaltig die eingesetzten Materialen unter dem Strich sind. Das Ganze mündet in einem so genannten ‚Product Environmental Profil‘. Dafür gibt es mittlerweile bei Phoenix Contact eine eigene Abteilung. Das Ziel lautet, Nachhaltigkeit nicht nur zu propagieren, sondern klar bewerten zu können. Hier sind auch unsere Kunden und Lieferanten gleichermaßen gefordert.

Schlechter (Schneider Electric): Den Ingenieuren und Konstrukteuren kommt hier natürlich eine Schlüsselrolle zu. Denn niemand kennt die Maschinen und Anlagen so gut wie sie. Gerade wenn es um die Auslegung und die Inbetriebnahme von Maschinen geht, lässt sich mit einer Kombination aus Fachwissen und Erfahrungswerten an vielen Stellen ein enormes Optimierungspotential identifizieren und nutzen. Digitale Hilfsmittel erweitern die Möglichkeiten dann nochmal um ein Vielfaches. Etwa, wenn in Sachen Antriebsauslegung ein virtueller Zwilling zum Einsatz kommt. Fehlkonstruktionen lassen sich dann bereits vor der Produktion des jeweiligen Bauteils verhindern. Ein weiterer nachhaltigkeitsfördernder Aspekt betrifft die dezentrale Antriebstechnik. Wird bereits in der Planungs- und Konstruktionsphase auf eine entsprechende Umsetzung geachtet, lässt sich im späteren Betrieb etwa eine aktive und energieintensive Kühlung von Schaltschränken vermeiden.

Streng (ebm-papst): Da steht zunächst der Punkt Ressourceneffizienz im Mittelpunkt, der sich vor allem auch in der Disziplin Materialeffizienz zeigt. Unser Team verfolgt stets das Ziel, die eingesetzten Materialien bestmöglich zu nutzen. Zur optimalen Auslegung nutzen wir in allen Entwicklungsbereichen (Elektronik, Mechanik, Motortechnik & Strömungstechnik) Simulationstools, die ebenfalls die Entwicklungszeiten deutlich reduzieren. Als Ventilatorenspezialist können wir jedoch nicht nur den Motorenwirkungsgrad unserer EC-Antriebe erhöhen (dieser liegt bereits bei über 90 %), auch das Laufrad spielt eine wesentliche Rolle – das heißt der Gesamtwirkungsgrad unserer Produkte. Der höchste Motorwirkungsgrad wird ad absurdum geführt, wenn das Laufrad ineffizient ist. Auch dabei setzen wir bereits heute verstärkt auf verschiedene Simulationsmöglichkeiten. Als Komponentenlieferant müssen wir darüber hinaus auch immer die Endanwendung im Blick behalten. Deshalb stehen wir kontinuierlich im konstruktiven Austausch mit unseren Kunden und unterstützen diese bereits in der Entwicklungsphase ihrer Produkte, um zusammen das beste Ergebnis hinsichtlich Effizienz und Geräusch zu erzielen.

Die Bedeutung der Nachhaltigkeit beim Einsatz der Produkte

KEM Konstruktion: Welchen Stellenwert erhält im Rahmen dieser Überlegungen der Einsatz Ihrer Produkte bei den Kunden? Können Sie hier Hilfestellung anbieten?

Cesaretti (Lenze): Ein großes Thema ist die ‚Kaskade der Überdimensionierung‘: Der Kunde rechnet bei seinem Bedarf etwas ‚Luft‘ mit ein, sozusagen am worst Case orientiert. Ich will damit sagen, die Auslegung beinhaltet ein Sicherheitspolster und die Produkte dürfen ja auch nicht komplett am Limit ausgelegt werden. Da hilft Lenze als Partner mit System-Know-how, die unnötigen Überspezifikationen zu lokalisieren und zu adressieren. Der Kunde bekommt ein maßgeschneidertes, effizienteres und so auch kostengünstigeres System – und die Umwelt profitiert auch.

Griese (Weidmüller): Bei der Entwicklung von neuen industriellen Stromversorgungen legen wir einen großen Fokus auf die weitere Optimierung des Wirkungsgrades des Netzteils. Bei unserer Protop konnten wir so die Effizienz gegenüber einem herkömmlichen Netzteil um 3 % verbessern. Was zunächst nicht nach viel klingt, bedeutet für den Kunden bei einer mittleren Produktionsanlage mit 100 Protop-Stromversorgungen eine Energieersparnis von bis zu 15.000 kWh im Jahr. Hilfestellung leisten wir zudem bei der Ermittlung des Strombedarfs. Dazu ermitteln wir den Verbrauch unserer Produkte in verschiedenen Betriebsmodi und stellen diese Informationen unseren Kunden digital und auch toolgestützt zur Verfügung. So kann der Kunde seinen Gesamtbedarf problemlos ermitteln und die Stromversorgung passend auslegen. Zum anderen bieten wir unseren Kunden verschiedene Produkte zur Energiemessung und zum Energiemanagement an. Hiermit kann der Kunde verbrauchsintensive Prozesse identifizieren und reduzieren.

In der Produktentwicklung entscheidet sich die Nachhaltigkeit

Jost (SMC): Seit Jahren wächst unser Portfolio an Produkten, die speziell für die Reduktion des Energieverbrauchs entwickelt wurden. Angefangen beim Druckluft- und Stromverbrauch einzelner Komponenten bis hin zu ihrer Gewichtsreduktion und der Verlängerung ihres Lebenszyklus. Das sorgt direkt bei Kunden für eine spürbar verbesserte Energie- und CO₂-Bilanz. Darüber hinaus stellt SMC online zahlreiche Software-Tools zur Verfügung, mit denen sich der Energieverbrauch berechnen und optimieren lässt. Dazu zählt beispielsweise unser Service ‚EnergieTransparenz@SMC‘. Hier stellen wir Kunden eine anschlussfertige Plug&Use-Baugruppe bereit, die Verbrauchswerte wie Druck- und Durchflusswerte misst und die Daten über Mobilfunk an eine SMC-eigene IoT-Plattform überträgt. Diese wertet die Daten aus und ermöglicht ein genaues Energiemonitoring in Echtzeit. Wir unterstützen die Kunden in dieser Richtung sowohl vor dem Einsatz unserer Produkte als auch in der Betrachtung bestehender Anwendungen.

Kampmann (Pöppelmann): Die Betrachtung des gesamten Produktlebenszyklus ist ein zentraler Punkt des Eco-Designs. Beginnend bei der Materialauswahl und unserer Fertigung sind auch die Montage, Nutzung und Entsorgung unserer Produkte Teil dieser Betrachtung. Für die Montage ist vor allem die Funktionsintegration richtungsweisend, durch die ein einfaches Handling sichergestellt werden kann. Für eine optimale Nutzung kommt es vor allem auf die Auswahl langlebiger Materialien und ein möglichst geringes Bauteilgewicht an. Für die Entsorgung muss geprüft werden, wie ein hochwertiges Recycling oder sogar eine Wiederverwendung gewährleistet werden kann. Alle diese Anforderungen tragen wir in unserem K-Tech Quick Check zusammen. Hieraus leiten wir unsere Konstruktion und die Materialauswahl für die nachhaltigste Lösung ab.

Kandziora (Panduit): Die Nachfragesensorik ist eindeutig ganzheitlich. Vom umweltfreundlichen Design unseres neuen FlexFusion-Schranks über die Einführung biobasierter Materialien in unseren Produkten bis hin zu Recyclingprojekten zur Abfallreduzierung ergreifen wir konkrete Maßnahmen, um unsere Ziele zu erreichen. Wir sind begeistert von den Effizienzgewinnen, den neuen Produktmöglichkeiten und den Beiträgen zu einem nachhaltigen Planeten, die unser Denken und Handeln bewirken. Als wir uns der Herausforderung stellten, Nachhaltigkeitschancen zu identifizieren, kamen die Projekte wie Pilze aus dem Boden. Tatsächlich waren wir erstaunt, wie viel wir bereits erreicht haben. Wir werden auf unserem Weg in die Zukunft weiterhin mutig handeln, Innovationen auf breiter Basis einführen und umsetzen, um in unseren Planeten zu investieren. Das wollen wir – und unsere Kunden.

Neues (Omron): Omron legt aufgrund seiner Prinzipien hohen Wert auf nachhaltige Automatisierungslösungen und stellt die dazu notwendige Technologie bereit. Unsere Kunden schätzen gemeinsam erarbeitete Lösungskonzepte, die dem Thema Nachhaltigkeit und Regularien ebenso Beachtung schenken wie dem Bestreben nach höherer Produktionseffizienz bei steigender Flexibilität. Damit werden wir als wertvoller Partner unserer Kunden gesehen, um Businesskonzepte für die Zukunft in der Produktion umzusetzen, sei es für E-Commerce, individualisierte Produktion oder Optimierung von Bestandsprozessen. Konstruktion und Produktion unterstützen wir durch die Simulation der Prozesse für die Anlagenplanung, die einfache Integration in die Produktionsumgebung sowie intelligente Optimierungsmethoden für die schnelle Inbetriebnahme. Dies umfasst die Maschine ebenso wie den Materialfluss über mobile Robotik und gestattet so das Umsetzen einer vollautomatisierten und flexiblen Produktion.

Prüßmeier (Beckhoff): Wie schon gesagt, sehen wir unsere Produkte nicht isoliert. Wir versuchen zusammen mit unseren Kunden an der Neugestaltung von Produktionsanlagen zu arbeiten. Erst kürzlich haben wir ein völlig neues Anlagenkonzept eines Kunden in Form einer umfangreichen Simulation auf Machbarkeit geprüft. Nach positivem Ergebnis startete der Bau der Anlage. Die weitere Optimierung der Abläufe konnte parallel in der Simulation fortgesetzt werden.

Reinders (Phoenix Contact): Nachhaltigkeit und Klimaschutz lassen sich auf effektive Weise mit Technik verbessern – und hier sind wir in der Tat breit aufgestellt. Aus gutem Grund haben wir die ‚All Electric Society‘ (AES) in den Mittelpunkt unseres Handelns gelegt. Wir forschen und fördern Lösungen für eine nachhaltige Welt auf Grundlage regenerativ erzeugter Energie. Hierbei handelt es sich um smarte Systeme für die Sektorenkopplungen, Technik für die Ausrüstung von Energiespeichern, intelligente Steuerungen für die Regelung von Wind- und Solarparks. AES-Produkte für eine nachhaltige Welt sind auch Produkte, die zum Beispiel in der Elektromobilität in der Lage sind, Fahrzeug und Gebäude miteinander zu verbinden – damit das Auto zum Energiespeicher für das Haus wird. Selbstverständlich lassen wir unseren Kunden nicht allein. Wer nachhaltig handeln will, muss zusammenarbeiten. Es geht schließlich um die gesamte Wertkette.

Schlechter (Schneider Electric): Unser gesamtes Hard- und Softwareportfolio für den Maschinenbau ist darauf ausgelegt, Ingenieuren mehr Freiheiten für die Maschinenentwicklung zu bieten, sprich: Sie dazu zu befähigen, noch bessere, effizientere und idealerweise nachhaltigere Maschinen zu entwickeln. Auch dazu ein Beispiel: Innerhalb unserer Automatisierungsplattform PacDrive 3 stellen wir eine einheitliche Softwareumgebung für sämtliche Phasen des Maschinenlebenszyklus bereit – von Planung über Konstruktion bis Inbetriebnahme. Auf diese Weise können Anlagen energieeffizient ausgelegt und ohne unnötigen Materialverschleiß in Betrieb genommen werden. Hinzu kommt, dass wir es den Maschinenbauern auch deutlich einfacher machen, detailliertes und valides Wissen über die reale Performance ihrer Maschinen zu sammeln. Mit unserem Softwaretool EcoStruxure Machine Advisor ist es etwa möglich, auch über den Verkauf einer Maschine hinaus mit dieser verbunden zu bleiben. Während der Endkunde so von spezialisierten Serviceleistungen des OEM profitiert, ist es dem Maschinenhersteller möglich, Leistungsdaten seiner Maschine in realen Anwendungsszenarien zu erheben. Für die Entwicklung effizienterer und nachhaltigerer Maschinen ist das Gold wert.

Streng (ebm-papst): Hier setzen wir auf eine enge Zusammenarbeit mit unseren Kunden und versuchen, bereits am Anfang in die Entwicklung des Endproduktes einbezogen zu werden. Dadurch können wir zu einem frühen Zeitpunkt, in dem noch Änderungen in der Applikation möglich sind, einen Einfluss auf die Auslegung nehmen und somit das Gesamtgerät optimieren. Ein effizienter Ventilator, bei dem die Zu- oder Abströmung durch zum Beispiel einen Filter oder die falsche Einbauposition behindert wird, wirkt sich am Schluss negativ auf die Anwendung aus. Verschiedene Simulationen und Messungen helfen hier im Vorfeld, dies zu analysieren und eventuelle Verwirbelungen oder Sprungdiffusionen zu vermeiden. In eine ähnliche Richtung geht auch unser Bestreben, möglichst einbaufertige Module, so genannte Plug&Play-Lösungen zu liefern, die einfach zu montieren und gut in die Applikation zu integrieren sind.

Chancen für mehr Nachhaltigkeit durch IoT-Lösungen

KEM Konstruktion: Bietet Ihnen das Thema Digitalisierung/IoT neue Möglichkeiten, die Nachhaltigkeit im positiven Sinne zu beeinflussen – zum Beispiel darüber, dass mehr über den konkreten Einsatz der Produkte bekannt ist?

Cesaretti (Lenze): Absolut. IoT bietet die Möglichkeit, ins Innere des Prozesses zu blicken und zum Beispiel die effektiv benötigte Leistung zu messen. Auch so kann eine unnötige Überdimensionierung vermieden werden, zum Vorteil des CO₂-Footprints und der Betriebskosten für den Kunden.

Griese (Weidmüller): Digitalisierung und IoT nutzen wir vor allem, um unsere Kunden zu befähigen, mit Hilfe unserer IoT-Lösungen die Daten ihrer Anlagen oder Maschinen zu erfassen. Anschließend können diese in die Cloud oder an die IoT-Plattform des Kunden weitergeleitet werden. Dort besteht die Möglichkeit, die Daten – beispielsweise mit unserer Energiemanagementlösung ResMa – zu analysieren.

Jost (SMC): Sowohl die Digitalisierung im Allgemeinen als auch Technologien wie das IoT im Speziellen bieten zahlreiche Optionen für mehr Nachhaltigkeit. Sie können dabei helfen, Potenziale für eine CO₂-Reduzierung aufzuzeigen, konkrete Verbräuche zu quantifizieren und diese im Anschluss gezielt zu minimieren. Der zuvor erwähnte Service EnergieTransparenz@SMC nutzt eine solche IoT-Plattform für die maschinenübergreifende Datenerfassung im Energiebereich. So lassen sich etwa Leckagen und damit Verluste schnell erkennen oder Trends beim Energieverbrauch ableiten. Steigt beispielsweise der Energieverbrauch einer Maschine von Woche zu Woche an oder ist ein Verbrauch zu erkennen, obwohl eigentlich keine Produktion stattfindet? Auch der digitale Zwilling gewinnt immer mehr an Bedeutung. So können nicht nur einzelne Komponenten, sondern auch komplexe Maschinen und Systeme bereits in der Konstruktionsphase hinsichtlich ihres CO₂– und Energieverbrauchs analysiert und dementsprechend optimiert werden.

Kampmann (Pöppelmann): Digitalisierung und Nachhaltigkeit gehen Hand in Hand, die Möglichkeiten der Digitalisierung bieten viele Ansätze für eine bessere Nachhaltigkeit. Durch Digitalisierung können wir unsere internen Prozesse und die Zusammenarbeit mit unseren Kunden und Lieferanten noch einfacher, effizienter und flexibler machen. Die Weiterentwicklung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft benötigt insbesondere in der Nachverfolgbarkeit eine stärkere Digitalisierung, zum Beispiel mittels Blockchain. Wenn wir genauere und detaillierte Informationen über die von uns eingesetzten Rezyklate bekommen, lassen sich noch mehr Anwendungen für diese Materialien erschließen. Durch eine individuelle Produktmarkierung und Nachverfolgung können effektive Mehrwegsysteme aufgebaut werden. Und durch die Verknüpfung unserer Produkte mit Materialinformationen ist am Ende des Lebenszyklus ein optimales Recycling möglich.

Kandziora (Panduit): Von alleine schaffen es das Internet der Dinge oder künstliche Intelligenz nicht. Der Anstoß kommt vom Nutzer. Panduit bietet dazu neue Produktlösungen wie RapidID, ein Network Mapping System, mit dem man einerseits den arbeitsintensiven und fehleranfälligen Prozess der Kabeldokumentation automatisiert. Andererseits bieten wir einen innovativen Weg, per App unsere Produkte zu identifizieren, zu dokumentieren und Fehler schneller zu beheben. Das spart nicht nur Zeit, sondern vor allem auch Energie und Material. Derartige Ansätze integrieren sich dann etwa in ein erweitertes Infrastrukturmanagement. Mit unserer SmartZone-Cloud-Lösung für Rechenzentren können Nutzer noch einfacher und flexibler Daten wie Stromverbrauch oder Umgebung der Rechenzentrums-Infrastruktur abrufen sowie überwachen. Durch das integrierte Asset-Tracking und Konnektivitätsmanagement können Betreiber und Techniker fundierte und nachhaltigere Entscheidungen für ihre Kapazitätsplanung treffen.

Neues (Omron): Nachhaltigkeit umfasst die Vermeidung von Verschwendung aller Art, und die Digitalisierung ist ein Schlüssel für eine neuartige Produktion, die das ermöglicht. Bei Verschwendung müssen wir an Ressourcen wie Materialien, Zeit und Personal denken, aber auch an die Ineffizienz bei Prozessen wie Vermeidung von Ausschuss, Verringerung des Energieverbrauchs, Vermeidung von Stillstandzeiten und optimiertes Wartungsmanagement. Zur Erreichung von Nachhaltigkeit müssen alle Faktoren, die auf die genannten Bereiche einwirken, ganzheitlich betrachtet werden. Dazu zählen das Verschmelzen von IT und Automatisierung, die Prozessoptimierung und nicht zuletzt die Einbeziehung von Personen in der kollaborativen Produktionsumgebung einer vernetzten Fabrik. Deshalb sieht Omron das Thema Digitalisierung als Lösungs- und nicht als Produktthema. Erst durch ein solches Vorgehen werden Prozesse tiefgreifend optimierbar, Fehlereinflüsse vorhersagbar und ein adaptives Verhalten der Produktionseinrichtungen implementierbar. Auf spielerische Weise sind diese Prinzipien im Tischtennisroboter Forpheus von Omron umgesetzt, indem der Roboter die Spielweise des Menschen analysiert und sein Spiel jeweils so adaptiert, dass er den Menschen zu einer stetig besseren Spielweise bringt. Mit Forpheus wird anschaulich, wie in der Produktionsumgebung der Zukunft Bediener gemeinsam mit Maschinen kollaborativ agieren und Ihre Fähigkeiten verbessern können.

Prüßmeier (Beckhoff): Wir sehen genau bei diesem Thema eine unserer Stärken. Der Industrie-PC als Zentralrechner stellt fast beliebige Rechenleistung zur Verfügung und kann ohne großen Aufwand in seiner Leistungsfähigkeit an den jeweiligen Bedarf angepasst werden. Ein schnelles industrielles Kommunikationssystem, nämlich Ethercat, kann alle Daten in diesem Zentralrechner zentral bereitstellen. Neben den eigentlichen Rechenaufgaben zur Steuerung der Produktionsanlage können die Daten für weitere Analysen in Echtzeit zur Optimierung der Prozesse genutzt werden. Das reicht sogar bis hin zur Selbstoptimierung unter Verwendung von Machine Learning. Der Industrie-PC stellt zugleich die technischen Voraussetzungen für die Anbindung an eine Cloud zur Verfügung. Die gängigen Protokolle für die Übertragung sind verfügbar. Der Wunsch nach ‚Losgröße 1‘, also die Fertigung eines einzelnen individuellen Produktes mit den Vorteilen einer Massenfertigung, ist aus meiner Sicht vorrangig unter Marketingaspekten vorangetrieben worden. Der Endverbraucher kann über das Internet sein selbst konfiguriertes Produkt bestellen. Aus Sicht der Nachhaltigkeit kann die ‚Losgröße 1‘ hingegen zu einer ressourcenschonenden Produktion verwendet werden. Jedes Produkt kann an seine zukünftige geplante Verwendung angepasst werden.

Reinders (Phoenix Contact): Wer komplette Wertketten optimieren will, muss sich den neuen Möglichkeiten der Digitalisierung bedienen. Das tun wir – an unseren Produktionsstandorten genauso, wie in Form neuer IoT-Services für unsere Kunden. Bei allem gilt es, Daten so zu Informationen zu verdichten, dass auf einer gesicherten Grundlage Verbesserungen möglich sind. Gerade beim Energieverbrauch ist ein hohes Maß an Transparenz gefragt – damit Sie wissen, welche Auswirkung eine Maßnahme später an einer ganz anderen Stelle in der Wertkette hat. Es geht aber auch vollautomatisch. Wir haben ein Produktionssystem entwickelt, das in der Lage ist, komplette Maschinenverbünde zu optimieren. Sogar Handarbeitsplätze lassen sich einbeziehen. Und ja: Auch mit einer zustandsoptimierten Wartung lassen sich begrenzte Ressourcen einsparen. Wer weiß, wie es seiner Maschine geht, kann beim Predictive Maintenance gezielt handeln. Der sorgsame Umgang mit Betriebsstoffen und Verschleißteilen gehören schließlich auch in den Kontext der Nachhaltigkeit.

Schlechter (Schneider Electric): Dass wir analoge Erfahrungswerte der Ingenieure heute mit digitalen Leistungsdaten kombinieren können, hat sicherlich einen doppelt positiven Effekt für die Entwicklung nachhaltiger Maschinen. Zum einen lässt sich das gewonnene Wissen direkt für die Planung und Umsetzung einer Anlage, etwa unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten, nutzen. Zum anderen bieten sich damit auch ganz neue Möglichkeiten, um die Endanwender von Nutzen und Wirtschaftlichkeit einer nachhaltigeren Maschine zu überzeugen. Denn was sich in vielen Fällen datenbasiert leicht nachweisen lässt ist: Wird eine Anlage mithilfe von digitalen Hilfsmitteln nachhaltiger, zuverlässiger und insgesamt energieeffizienter, dann zahlt sich das nicht nur beim ökologischen Fußabdruck aus. Meist hat das auch einen positiven Effekt auf Produktivität und Betriebskosten. Insofern ist es also in der Tat so, dass die IoT-basierte Digitalisierung das Thema Nachhaltigkeit positiv beeinflusst hat. Denn mit den richtigen Hard- und Softwarelösungen ist es heute schon möglich, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit gewinnbringend miteinander zu verbinden.

Streng (ebm-papst): Die meisten unserer Produkte sind nicht nur intelligent, sondern auch weitreichend kommunikativ. Sie können eine große Menge Daten, beispielsweise zu Temperatur, relativer Luftfeuchte oder TVOC (total volatile organic compounds), erfassen und diese an eine übergeordnete Steuerung spielen. Das funktioniert auch in die andere Richtung: Dank der EC-Motoren in unseren Ventilatoren können sie sehr feingranular und bedarfsgerecht angesteuert werden. Beispielsweise können Sensoren anhand des TVOC-Werts oder des CO₂– Gehalts die Luftqualität in einem Raum bestimmen und mittels einer Steuerung die Drehzahl der Ventilatoren so anpassen, dass diese Werte nicht mehr in einem kritischen Bereich liegen. Das spart viel elektrische Energie im Betrieb ein. Eine große Aufgabe der kommenden Jahre wird es sein, diesen Datenschatz zu heben, um daraus weitere Optimierungen durch Datenanalysen zu erzielen.

Mehr zum Thema Nachhaltigkeit:

Nachhaltigkeit

Unsere Webinar-Empfehlung

Webinar: KEM Konstruktion│Automation

Websession Antriebstechnik - wenig Platz ist kein Argument

Antriebstechnik - wenig Platz ist kein Argument. Jetzt Webcast ansehen und mehr erfahren über Lösungsansätze für kleinere – aber leistungsfähige – Komponenten!

• Mehr lesen