Vom 18. bis 23. September präsentierten internationale Hersteller von Produktionstechnologie zur EMO in Hannover smarte Technologien für die gesamte Wertschöpfungskette.

Unter dem Motto„ Innovate Manufacturing" zeigte die Weltleitmesse der Produktionstechnologie die gesamte Bandbreite moderner Metallbearbeitungstechnik, die das Herz jeder Industrieproduktion ist.

„Future of Sustainability in Production“

Die Werkzeugmaschine ist ein kostbares Gut. Je teurer sie in der Anschaffung ist, umso mehr gute Gründe dürfte es geben, sie sorgsam zu warten, im Bedarfsfall zu reparieren und sie möglichst lange im Produktionsprozess zu halten. Eine Lebensdauer von 20 oder 30 Jahren ist für diese Maschinen keine Seltenheit.

Doch sollte in Zeiten von Retrofit oder Re Manufacturing überhaupt noch von einem „End of Life“ die Rede sein? Obwohl die Werkzeugmaschine bereits als Vorbild für die moderne Kreislaufwirtschaft gehandelt wird, dürfte in der Welt der Produktionstechnik noch viel Überzeugungsarbeit zu leisten sein. Das gilt für den ökologischen Nutzen digitaler Wartungs und Instandhaltungsstrategien ebenso wie für die Erkenntnis, dass sich selbst sehr alte Maschinen ressourcenschonend und ökonomisch sinnvoll auf Hightech Niveau aufrüsten lassen.

Die Knappheit bestimmter Rohstoffe sowie Klima und Umweltziele erfordern ein Umdenken

Mit dem aktuellen Stand der Produktionstechnik würde allein die Herstellung von Stahl, Aluminium, Plastik und Zement im 21. Jahrhundert etwa 800 Gigatonnen CO2 verursachen, rechnet Prof. Dr. Holger Kohl vor, stellvertretender Institutsleiter und Leiter des Geschäftsfeldes Unternehmensmanagement beim Fraunhofer IPK (Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik), Berlin. Damit wäre das Zwei--Grad--Ziel des Pariser Klimaabkommens bereits verfehlt. Deshalb sei es so wichtig, betont Kohl, der auch Mitglied der WGP (Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik) ist, dass solche Materialien im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zurückgeführt werden. Ressourcen zu schonen, sei neben der Reduzierung des Energieverbrauchs die zweite große Säule nachhaltigen Wirtschaftens.

Kreislaufwirtschaft ist mehr als Recycling

Anders als bei der gegenwärtig noch vorherrschenden Linearwirtschaft, bei der eher kurzlebige Produkte nach der Nutzung entsorgt werden, setzt die Kreislaufwirtschaft auf eine möglichst lange Nutzungsdauer, Reparatur, Wiederverwertung und Recycling. Ressourcen werden im Kreislauf gehalten und möglichst für neue Produkte genutzt. Unter kreislaufwirtschaftlichen Aspekten seien für die Werkzeugmaschine Themen wie Wartung und Instandhaltung zur Lebensdauerverlängerung sowie die Wieder- und Weiterverwendung von Komponenten und Bauteilen höchst relevant, so Professor Kohl. Das gilt für die Industrie nicht anders als für Wissenschaft und Forschung.

Möglichkeit der präventiven Wartung

In der Regel werden Werkzeugmaschinen, vor allem in den DACH-Ländern (Deutschland, Österreich, Schweiz) bereits so konstruiert, dass sie viele Jahre, wenn nicht Jahrzehnte, störungsfrei, präzise und rentabel arbeiten können. Für Fräs-, Dreh- oder Schleifmaschine gilt aber auch: „Wie lange es dauert, bis sich Genauigkeit und Zuverlässigkeit verschlechtern, hängt vom grundsätzlichen Aufbau der Maschine ab, wie stark sie beansprucht und wie gut sie gewartet wird“, erläutert Paul Kössl, Global Head of Business Development and Marketing der international aufgestellten United Grinding Group mit Hauptsitz in der Schweiz, die mit diversen Marken auf der EMO Hannover 2023 präsent war. Die Unternehmensgruppe mit weltweit rund 2500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern setzt auf präventive Wartung, wie Kössl sagt, um Ausfallzeiten zu minimieren und die Lebensdauer der Maschinen zu verlängern. Präventive Wartung soll nicht nur Erkenntnisse über den aktuellen Zustand der Ausrüstung liefern, sondern auch über Teile und Prozesse sowie darüber, was in naher Zukunft repariert, ersetzt oder aufgerüstet werden muss. Ergänzend dazu bietet United Grinding zunehmend digitale Produkte und Assistenzsysteme an, etwa den „Service-Monitor“, der Wartungsaufgaben, auch für mehrere Maschinen gleichzeitig, zentral verwaltet, überwacht und dokumentiert.

Wachsende Bedeutung der Digitalisierung

Die Bedeutung digitaler Assistenzsysteme habe mit der Corona-Pandemie deutlich zugelegt, sagt Paul Kössl. Allein die Zahl der Fernwartungs-Einsätze habe sich in dieser Zeit mehr als verdreifacht. Inzwischen werde jede zweite Maschine der United Grinding Group mit dem neuen intelligenten Betriebssys-tem C.O.R.E. ausgestattet, das den Datenaustausch von Maschinen ermöglicht, über die eingebaute umati-Schnittstelle auch mit Drittsystemen. C.O.R.E. bietet Zugang zu digitalen Lösungen direkt an der Maschine, ohne zusätzliche Hardware installieren zu müssen. So kann ein Remote-Einsatz etwa über die integrierte Kamera im C.O.R.E.-Panel per Videokonferenz begleitet werden. Die Digitalisierung helfe, die Arbeiten punktgenau und engmaschiger durchzuführen, um die Produktivität zu erhalten und die Ausfallsicherheit zu erhöhen, heißt es. Kössl teilt dabei die Auffassung, dass der Trend zu Big-Data-Analysen, Künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen gehen dürfte, um eine vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance) zu implementieren, auch wenn es bei vielen Anwenderinnen und Anwendern noch sehr viele Vorbehalte dagegen gebe. „Wir sehen aber bereits eine neue junge Generation von Maschinenbetreibern, die mit dem Internet aufgewachsen ist und für die es natürlich ist, die damit verbundenen Technologien auch zu nutzen.“

Zahlreiche Forschungsprojekte entlang der Wertschöpfungskette

Dazu dürfte auch die wissenschaftliche Forschung beitragen. Das BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) fördert gegenwärtig zahlreiche Projekte entlang der Wertschöpfungskette, angefangen beim reparaturfreundlichen Produktdesign bis zur Rückgewinnung von Rohstoffen. Die Digitalisierung wird als wichtiger Schlüssel zum Erfolg der Circular Economy gesehen. Durch digitale Technologien lassen sich die entsprechen-den Akteure besser vernetzen. Unter den bislang geförderten Projekten findet sich beispielweise das Projekt Relife (Adaptives Re-Manufacturing zur Lebenszyklusoptimierung vernetzter Investitionsgüter). Dabei geht es nach Angaben des federführenden Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen um eine adaptive Instandhaltungsstrategie, die anhand von Sensorik-Auswertungen den optimalen Zeitpunkt und Umfang von Instandhaltungs-maßnahmen bestimmt. Dabei werden sowohl technische als auch ökonomi-sche und ökologische Gesichtspunkte berücksichtigt. Basierend auf dem sensorisch überwachten Verschleißzustand von Komponenten werden präventive Re-Manufacturing-Maßnahmen vorgeschlagen. So soll die älter werdende Maschine auf dem technischen Niveau einer neuen Maschine gehalten werden, eine Vorgehensweise, die auch neue Geschäftsmodelle implizieren dürfte.

R-Strategien für das zweite und dritte Leben

In der Wissenschaft ist oft von den so genannten R-Strategien und ihren Grundprinzipien Reduce, Reuse, Recycle die Rede. Die R-Strategien bilden das Grundgerüst der Transformation hin zur Kreislaufwirtschaft. Es geht darum, den Materialeinsatz zu reduzieren (Reduce), ausgemusterte Produkte nicht zu entsorgen, sondern an Dritte zu veräußern und weiter zu nutzen (Reuse). Um die Nutzungsdauer eines Produkts zu verlängern, werden Produkte repariert, damit sie ihre Funktion wieder erfüllen (Repair). Bei Refurbishment werden Bauteile nicht nur repariert, sondern auch auf den aktuellen Stand der Technik gebracht. Re-Manufacturing wiederum beschreibt den Vorgang, dass das Produkt eine äquivalente Qualität verglichen mit einem neuen Produkt bekommt. Bei den Werkzeugmaschinenherstellern stellt die Generalüberholung von Maschinen einen wichtigen Geschäftszweig dar.

Was hier realisierbar ist, zeigen Beispiele der Firma Waldrich Coburg die neben Vertikaldrehmaschinen und Schleifmaschinen vor allem sehr große Fräsen in horizontaler und vertikaler Bauweise herstellt. Pro Jahr werden durchschnittlich drei Maschinen einem Komplett-Retrofit unterzogen. Wie Steffen Nitzsche, Projektmanager Retrofit, dazu erläutert, setzt das Unternehmen für seine Produkte ohnehin in hohem Maße recycelbare Werkstoffe wie Gusseisen und Stahl ein und reduziert so den Verbrauch von natürlichen Ressourcen. Auf Kunststoffe werde weitgehend verzichtet. Die Maschinen verfügen über hydrostatische Führungen, die praktisch verschleißfrei betrieben werden und nach 30 oder 40 Jahren gerade „gut eingelaufen“ seien, bemerkt der Experte.

Bei Waldrich Coburg genießt das Thema Kreislaufwirtschaft einen sehr hohen Stellenwert, betont Matthias Helmprobst, Leiter der Steuerungstechnik. Die Umsetzung sei seiner Auffassung nach weniger an die technischen Möglichkeiten gekoppelt, sondern vor allem eine Frage der Mentalität.

„Viele haben im Kopf, dass eine 40 Jahre alte Maschine rückständig sein muss“, sagt er und ergänzt: „Dieses Denken müssen wir ändern, wenn wir die Produktion im Sinne der Kreislaufwirtschaft voranbringen wollen.“

Letztendlich bleiben von einer Maschine beim Retrofit bis zu 95 % des Gewichts erhalten. Die restlichen 5 % sind in der Regel Schaltschrank-- und Kabelmaterial. Das wird aber auch nicht entsorgt, sondern an einen externen Dienstleister übergeben und nochmals zu 30 % bis 40 % wiederverwendet.

„Aus alt mach neu“ als Alternative zur Neuinvestition

Eine über 40 Jahre alte Maschine kann nicht nur komplett überholt, sondern tatsächlich auf den neusten Stand der Technik gebracht werden. Durch den Einsatz modernster Steuerungs-- und Rechnertechnik mit den aktuell verfügbaren Betriebssystemen und Sicherheitsarchitekturen entspricht die Maschine nach der Überholung auch IT-technisch den aktuellen Standards und kann damit beispielsweise ins Firmennetzwerk eingebunden werden. Der finanzielle Aufwand für eine Modernisierung bewegt sich dabei, je nach Umfang, zwischen 30 % und 60 % einer vergleichbaren Neuinvestition und stellt durchaus eine wirtschaftlichere Alternative dar.

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