Unverzichtbar \u2013 aber nachhaltig? Der Werkstoff Stahl<\/h2>\n\n\n\n
In vielen Branchen ist Stahl unverzichtbar, etwa im Bauwesen. Als einer der Hauptkonstruktionswerkstoffe f\u00fcr den Stahl- und Metallbau sind Stahl und andere Metalle (etwa Aluminium) die Grundlage f\u00fcr nachhaltiges Bauen. Dennoch ist das Thema Nachhaltigkeit in der Metallherstellung und -verarbeitung<\/a> vielfach immer noch mit Fragezeichen versehen. Dabei befindet sich die Metallindustrie<\/strong> in dieser Hinsicht in einem Umbruch<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Schon heute bestehen in Deutschland strenge Standards, um Stahl vollst\u00e4ndig recyceln und wieder dem Wertstoffkreislauf<\/strong> zuzuf\u00fchren. F\u00fcr Stahlschrott gibt es deshalb ein enges Qualit\u00e4tsmonitoring, eine weitreichende Schrottsortierung und intelligente Aufbereitungsmethoden.<\/p>\n\n\n\n Auf diese Weise lassen sich Verunreinigungen weitgehend vermeiden. Dennoch kommt es prozessbedingt zu Eisenverlusten, die durch Prim\u00e4rstahl ausgeglichen werden m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n W\u00e4hrend es in puncto Recycling bereits Erfolge zu vermelden gibt und die Quoten in diesem Bereich bei \u00fcber 90 Prozent liegen, befindet sich die Prim\u00e4r-Stahlproduktion noch in einem Transformationsprozess<\/strong>: Bis zum Jahr 2045 soll Prim\u00e4rstahl aus Deutschland CO2<\/sub>-neutral sein. Die Voraussetzung hierf\u00fcr ist die Umstellung von der kohlebasierten Erzreduktion auf eine wasserstoffbasierte Direktreduktion<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Die Umstellung auf das klimaneutrale Verfahren ist im gro\u00dfen Ma\u00dfstab noch nicht etabliert. Das liegt an den notwendigen Investitionskosten sowie an den erforderlichen Mengen von erneuerbaren Energien, die f\u00fcr die wasserstoffbasierte Stahlproduktion ben\u00f6tigt werden.<\/p>\n\n\n\n F\u00fcr einen nachhaltigeren Umgang mit Stahl und anderen Metallen als Prim\u00e4r- und Sekund\u00e4rrohstoff gibt es jedoch noch andere L\u00f6sungsans\u00e4tze. Sie befassen sich schwerpunktm\u00e4\u00dfig mit den M\u00f6glichkeiten, Energie und Rohstoffe einzusparen<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Die Nachfrage nach hochfesten, nicht legierten Stahlsorten<\/strong> und hochwarmfesten Nickelbasislegierunge<\/strong>n sowie Gamma-Titanaluminiden<\/strong> steigt. Hochfester Stahl (auch \u201eKohlenstoffstahl\u201c, \u201eKarbonstahl\u201c oder AHS-Stahl) wird vorzugsweise in Leichtbaukonstruktionen verwendet, weil sich durch den Werkstoff Material einsparen und die Energieeffizienz erh\u00f6hen l\u00e4sst.<\/p>\n\n\n\n Nickelbasislegierungen und Gamma-Titanaluminide wiederum kommen zum Beispiel bei Gasturbinenkraftwerken zum Einsatz. Dort machen sie die Anhebung der Gastemperatur und somit eine Steigerung des Wirkungsgrades m\u00f6glich.<\/p>\n\n\n\n Alle Werkstoffe haben gemeinsam, dass sie mit konventionellen spanabhebenden Verfahren wie Bohren, Drehen oder Schleifen nur mit gro\u00dfem Aufwand zu bearbeiten sind:<\/p>\n\n\n\n Bei komplexen Freiformgeometrien braucht es dar\u00fcber hinaus manuelle Nachbearbeitungen<\/strong>. Diese sind zeit- und kostenintensiv und erzeugen hohen Ausschuss.<\/p>\n\n\n\n Eine m\u00f6gliche L\u00f6sung, um diese Probleme bei der Bearbeitung hochfester Stahlsorten zu vermeiden, besteht in der Anwendung eines elektromechanischen Abtrags (PECM). Bei diesem Abtragverfahren wird mithilfe einer vibrierenden Elektrode und einem geregelten Arbeitsspalt der Werkstoff gezielt gel\u00f6st.<\/p>\n\n\n\n Die PECM-Methode<\/strong> bringt eine Reihe von Vorteilen:<\/p>\n\n\n\n Es muss lediglich die verwendete Elektrolytl\u00f6sung aus w\u00e4ssrigem Natriumnitrat regelm\u00e4\u00dfig ersetzt werden. Je nach Gr\u00f6\u00dfe und Durchlauf der Anlage ist dies einmal j\u00e4hrlich ausreichend. Im Vergleich mit herk\u00f6mmlichen spanabhebenden Verfahren spart die Bearbeitung mit PECM einen Gro\u00dfteil der Zeit und elektrischen Energie \u2013 und damit einen nicht unbetr\u00e4chtlichen Teil der CO2<\/sub>-Emissionen.<\/p>\n\n\n\n Bei der Verarbeitung von stanz- und biegeaffinen Werkteilen aus Stahl wie Stahlzargen treffen h\u00e4ufig individuelle Kundenw\u00fcnsche und die Anforderungen an eine nachhaltige Produktion aufeinander. Kundenindividuelle Umsetzungen bedeuten vielfach gr\u00f6\u00dfere Fehleranteile bei geringeren Losgr\u00f6\u00dfen und somit mehr Verschnitt. Umformbetriebe stehen damit vor der Herausforderung, ihre Effizienz beim Ressourcenverbrauch und Energieeinsatz zu verbessern.<\/p>\n\n\n\n Die Problematik besteht h\u00e4ufig darin, dass Umformungsprozesse komplex sind, weil sie mehrere Arbeitsschritte umfassen. Bei der Fertigung von Stahlzargen etwa geh\u00f6ren zum Fertigungsablauf \u00fcblicherweise<\/p>\n\n\n\n Individuelle Fertigungsw\u00fcnsche und kleinere Losgr\u00f6\u00dfen f\u00fchren zu gr\u00f6\u00dferem Planungsaufwand<\/strong> f\u00fcr die spezifischen Fertigungsverfahren, w\u00e4hrend gleichzeitig der zeitliche Aufwand f\u00fcr die Fertigung steigt<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Um die Effizienz im Hinblick auf den Ressourceneinsatz (weniger Verschnitt an Stahlblech, geringerer Einsatz von Hydraulik\u00f6l etc.) und den Energieverbrauch zu verbessern, sind die technischen L\u00f6sungen durchaus vorhanden. Eine Automatisierung der Fertigungslinien<\/strong> und aller damit verbundenen Fertigungsschritte in Kombination mit einer \u00fcbergreifenden Produktionssteuerung helfen dabei, die gesetzten Ziele zu erreichen.<\/p>\n\n\n\n Stahlverarbeitende Betriebe, die auftragsbezogen auch kleine Losgr\u00f6\u00dfen herstellen, k\u00f6nnen durch eine optimal aufeinander abgestimmte Konfiguration der einzelnen Fertigungskomponenten beim Vormaterial und dem Energieverbrauch deutliche Einsparungen erzielen. Die Entlastungen f\u00fcr die Umwelt sind sogar noch gr\u00f6\u00dfer, weil die automatisierte Fertigung den Materialverschnitt und die Ausschussproduktion ebenfalls verringert.<\/p>\n\n\n\n Verschlei\u00df bedeutet fortschreitenden Materialverlust und damit einhergehende Ver\u00e4nderungen der Geometrie von Bauteilen bis hin zum Verlust von deren Funktion. Derart ver\u00e4nderte Bauteile f\u00fchren nicht nur zu Besch\u00e4digungen und Reparaturen, sie verursachen auch Maschinenausf\u00e4lle.<\/p>\n\n\n\n Besonders betroffen von Verschlei\u00dferscheinungen sind Bauteile wie Lager. Sie f\u00fchren Achsen und Wellen, \u00fcbertragen dabei st\u00e4ndig Bewegungen und nehmen radiale bzw. axiale Kr\u00e4fte auf. Sie unterliegen damit dauerhaft Reibungs- und Verschlei\u00dfbelastungen. Das gilt insbesondere f\u00fcr gro\u00dfe W\u00e4lzlager mit einem Au\u00dfendurchmesser von mehr als 0,5 m.<\/p>\n\n\n\n W\u00e4lzlager in dieser Gr\u00f6\u00dfenordnung werden beispielsweise eingesetzt<\/p>\n\n\n\n Die Belastungen f\u00fcr diese Lager sind regelm\u00e4\u00dfig sehr hoch und k\u00f6nnen je nach Einsatzbereich stark wechseln. Zus\u00e4tzlich wirken in vielen F\u00e4llen raue Umgebungsbedingungen (etwa Temperaturen und Verschmutzungen) auf die Lager. Die Ursachen f\u00fcr Besch\u00e4digungen und die oben beschriebenen Folgen liegen meist in der Auslegung der Bauteile, die zu konservativ dimensioniert sind und auf fehlerhaften Annahmen beruhen.<\/p>\n\n\n\n Diese Problematik wiederum entsteht aus verschiedenen Gr\u00fcnden: Vielfach fehlen ausreichend wissenschaftlich fundierte Berechnungs- und Simulationsmodelle<\/strong>, mit denen die konstruktive Auslegung von Gro\u00dflagern bereits im Vorfeld \u00fcberpr\u00fcft werden kann.<\/p>\n\n\n\n Dadurch k\u00f6nnen Faktoren wie<\/p>\n\n\n\n nicht valide berechnet werden. Aufgrund fehlender Testm\u00f6glichkeiten und Daten f\u00fcr die reale Funktion wird die anwendungsspezifische und zuverl\u00e4ssige Konstruktion von Gro\u00dflagern erschwert. Da solche Lager jedoch immer kundenspezifisch entwickelt und in Einzel- oder Kleinserienfertigung entstehen, ist eine fundierte Simulation<\/strong> umso wichtiger.<\/p>\n\n\n\n Die Alternative, n\u00e4mlich Feldtests mit Prototypen<\/strong>, ist zwar etabliert, aber eben zeit-, kosten- und ressourcenintensiv. Da der Mangel an Pr\u00fcfst\u00e4nden gleichzeitig dazu f\u00fchrt, dass beim Materialeinsatz und der H\u00e4rtetiefe Sicherheitszuschl\u00e4ge eingesetzt werden, um potenzielle M\u00e4ngel bei der Anwendung zu verhindern, ist der Ressourcenverbrauch auch bei der Herstellung der Lager h\u00f6her als notwendig.<\/p>\n\n\n\n Um von der Konzeption bis zur Fertigung mehr Ressourceneffizienz gew\u00e4hrleisten zu k\u00f6nnen, wurde in Schweinfurt zwischen 2015 und 2019 ein erstes Testzentrum mit einem Pr\u00fcfstand errichtet. Dieser ist in den Produktionsprozess eines ans\u00e4ssigen Herstellers von gro\u00dfen W\u00e4lzlagern integriert.<\/p>\n\n\n\n Die M\u00f6glichkeit zum Testen sorgt f\u00fcr mehr Effizienz durch verschiedene Vorteile f\u00fcr die Produktion:<\/p>\n\n\n\n Der Pr\u00fcfstand wurde so konzipiert, dass die Abw\u00e4rme beim Betrieb zur\u00fcckgewonnen werden kann. Sie versorgt das werkseigene W\u00e4rmenetz. Insgesamt sind durch die Nutzung des Pr\u00fcfstands erhebliche Einsparungen bei Materialeinsatz und Energieverbrauch m\u00f6glich.<\/p>\n\n\n\n Neben technologischen Innovationen k\u00f6nnen auch marktwirtschaftliche Instrumente<\/strong> dazu beitragen, die nachhaltige Transformation der Metallherstellung und -verarbeitung zu beschleunigen. Eines dieser Instrumente sind sogenannte \u201egr\u00fcne Pr\u00e4mien\u201c. Dahinter stehen Aufpreise, die K\u00e4ufer f\u00fcr klimafreundlich produzierte Metalle zahlen.<\/p>\n\n\n\n Solche Pr\u00e4mien existieren bereits f\u00fcr Aluminium. \u201eGr\u00fcnes\u201c Aluminium, das mit erneuerbaren Energien hergestellt wird, erzielt einen bis zu 75 Prozent niedrigeren CO2<\/sub>-Aussto\u00df als der globale Durchschnitt f\u00fcr die prim\u00e4re Aluminiumproduktion.<\/p>\n\n\n\n Die Zahlung von gr\u00fcnen Pr\u00e4mien auf dem Weltmarkt unterscheidet sich aber deutlich nach Regionen. Auf dem europ\u00e4ischen Markt etwa sind diese Pr\u00e4mien am h\u00f6chsten, in den USA bestehen sie \u00fcberhaupt nicht. Dennoch sind sie unter Umst\u00e4nden ein wichtiger Treiber, um die nachhaltigere Gestaltung der Metallindustrie voranzubringen \u2013 vom Abbau der Rohstoffe bis zur Weiterverarbeitung der Metalle.<\/p>\n\n\n\n Die Anforderungen an nachhaltige Prozesse bei der Metallbe- und verarbeitung wachsen. Mit technologischen Innovationen lassen sich in der Praxis erhebliche Effizienzsteigerungen erzielen.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1215,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-1136","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-nicht-kategorisiert"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1136","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1136"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1136\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1349,"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1136\/revisions\/1349"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1215"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1136"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1136"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/dorp.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1136"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}Gute Voraussetzungen f\u00fcr Stahl in der Kreislaufwirtschaft<\/h3>\n\n\n\n
Gr\u00fcner Stahl f\u00fcr die Zukunft?<\/h3>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\nPECM-Verfahren: Pr\u00e4zise Elektrochemische Metallbearbeitung f\u00fcr hochfeste Stahlsorten<\/h2>\n\n\n\n
Hoher Aufwand bei der Verarbeitung<\/h3>\n\n\n\n
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Bearbeitung durch elektrochemischen Abtrag<\/h3>\n\n\n\n
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Vollautomatisierte Fertigungsanlagen f\u00fcr die Stahlverarbeitung<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/dorp.de\/wp-content\/uploads\/2025\/02\/83381-Bild-3-1024x683.jpeg\")
<\/figure>\n\n\n\nMehr Effizienz f\u00fcr komplexe Fertigungsprozesse<\/h3>\n\n\n\n
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Vollautomatisierung f\u00fcr eine bessere und nachhaltigere Produktionssteuerung<\/h3>\n\n\n\n
Verschlei\u00df minimieren: Dynamische Pr\u00fcfst\u00e4nde f\u00fcr gro\u00dfe Lager<\/h2>\n\n\n\n
Besondere Belastungen f\u00fcr gro\u00dfe W\u00e4lzlager<\/h3>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\n\n
Universelle, integrierte Pr\u00fcfst\u00e4nde f\u00fcr Gro\u00dflager als L\u00f6sung<\/h3>\n\n\n\n
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Externe Anreize f\u00fcr eine nachhaltigere Metallverarbeitung: \u201eGr\u00fcne Pr\u00e4mien\u201c f\u00fcr Metalle<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/dorp.de\/wp-content\/uploads\/2025\/02\/83381-Bild-5-1024x683.jpeg\")
<\/figure>\n\n\n\nBildquellen:<\/h2>\n\n\n\n
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