Aktuell überstrapaziert die Menschheit die Naturschätze um 30 Prozent. In der Konstruktion gibt es

Aktuell überstrapaziert die Menschheit die Naturschätze um 30 Prozent. In der Konstruktion gibt es jedoch viele Möglichkeiten für einen schonenderen Umgang mit den Ressourcen. (Bild: fotolia/Coloures-pic)

Nachhaltig und billig sind Antipole. Schon vor 100 Jahren sagte der englische Schriftsteller und Sozialphilosoph John Ruskin: „Es gibt kaum etwas auf dieser Welt, das nicht irgendjemand ein wenig schlechter machen kann und etwas billiger verkaufen könnte, und die Menschen, die sich nur am Preis orientieren, werden die gerechte Beute solcher Menschen“.

Nachhaltiges Denken und Handeln sollte eigentlich eine Selbstverständlichkeit für Konstrukteure sein. Bereits der erste Federstrich ist entscheidend dafür, wie effizient ein Bauteil in der Praxis sein wird und wie viele Ressourcen für die Herstellung notwendig sind. Wer nachhaltiges Konstruieren oder Produzieren mit Leben erfüllen möchte, muss sich die Frage stellen: Wie sind die Bedürfnisse der aktuellen Generation zu befriedigen ohne zukünftigen Generationen die Chance zu nehmen die eigenen Bedürfnisse zu stillen? Wachsen und Schützen ist also die Devise. In einer Unternehmenskultur, in der Profit und Aktienkurse das Maß aller Dinge sind, ist das ein fast unmöglicher Spagat.

Als Hans Carl von Carlowitz 1713 in Freiberg sein Lebenswerk „Sylvicultura oeconomica“ veröffentlichte, war es noch relativ einfach mit der nachhaltigen Nutzung von Ressourcen. Seine Idee beschränkte sich auf die Forstwirtschaft. Der Anspruch war klar definiert, es sollte nur noch so viel Baummasse zur Erzgewinnung abgeholzt werden wie nachwächst.

Was sich so einfach anhört war in Wirklichkeit ein sensationeller Perspektivenwechsel. Von Carlowitz  schaute nicht von Heute auf das Morgen, sondern projizierte das Morgen auf das Heute. Es war aber nicht die Sorge um den Wald die Hans Carl von Carlowitz zu dieser 180 Grad-Kehrtwende der Betrachtungsweise veranlasste. Viel mehr war es die einfache Erkenntnis, dass ohne Holz kein Erz und ohne Erz kein Wohlstand in und um Freiberg auf längere Sicht möglich war.

Nachhaltigkeit hat sich zwischenzeitlich zu einem Modewort entwickelt. Politik und Marketing nutzen den Begriff gerne und auch in den Quartalsberichten der Aktienunternehmen ist er zu finden. Allein im Koalitionsvertrag der jetzigen Bundesregierung taucht das Wort Nachhaltigkeit 71 mal auf. Und selbst Reiseunternehmen werben mit dem Schlagwort für Fernreisen, wenn dann vor Ort heimische Bananen auf den Tisch kommen. Aber was ist mit dem Sprit der bei der Fernreise verbraucht wird und dessen Abgase die Atmosphäre verschmutzen?

Wer es ernst mit der Nachhaltigkeit meint, muss seine Denkweise also ändern. Wer nur noch profitoptimiert denkt, ist auf dem besten Weg die Zukunft nachfolgender Generationen schon heute zu verspielen.

Als erstes sind die Konstrukteure gefordert

Sowohl die Herstellkosten als auch die Unterhaltskosten einer Maschine werden von der Konstruktionsqualität ganz wesentlich beeinflusst. Beide Aspekte spielen in den Konstruktionsbüros aber oft nur – wenn überhaupt – eine untergeordnete Rolle. Welcher Konstrukteur denkt schon darüber nach wie viele Unterhaltsressourcen über die Gesamtlebenszeit einer Maschine verbraucht werden und welche Wartungs- und Instandsetzungskosten auf die Betreiber zukommen können. Die Gretchenfrage wäre also: Was ist zu tun, damit wir uns die Maschine oder das Bauteil, auch in Zukunft noch leisten können?

Die Praxis sieht anders aus

Der Weltenergieverbrauch steigt, bis 2050 soll er sich verdoppelt haben (Bild: fotolia/JiSign).

Der Weltenergieverbrauch steigt, bis 2050 soll er sich verdoppelt haben (Bild: fotolia/JiSign).

Ein Leistungskatalog wird möglichst kostengünstig umgesetzt. Die Hersteller-Gewinnmarge sollte möglichst attraktiv sein. Die Lösungen sind auf das Heute fokussiert, das Morgen wird in vielen Fällen lediglich unter dem Gesichtspunkt des After-Sales-Management betrachtet. Service und Ersatzteilhandel sind nun mal ein besonders lohnendes Geschäft.

Die Folgen davon sind steigende Life Cycle Costs (LCC) für die Betreiber. Manchmal erreichen diese über die Gesamtlebensdauer schwindelerregende Höhen. Die Unterhaltskosten, die bei einem Betreiber anfallen, schlagen voll auf die Herstellkosten durch und hohe Lebenszykluskosten können die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens empfindlich belasten.

Der Faktor Instandhaltung

Zur Nachhaltigkeit einer industriellen Tätigkeit gehört auch eine moderne Instandhaltungsstrategie. Viele Unternehmen praktizieren die sogenannte ausfallorientierte Instandhaltung. Da sich diese Strategie durch einen überproportionalen Ressourcenverbrauch auszeichnet, muss sie unter dem Gesichtspunkt Nachhaltigkeit reformiert werden.Eine moderne Instandhaltung sieht ihre Zukunft nicht in der schnellen Reparatur, sondern darin, dafür zu sorgen, dass möglichst wenige Reparaturen anfallen. Instandhaltungsabteilungen die so denken, reden nicht nur vom nachhaltigen Handeln, sondern praktizieren es tagtäglich.

Instandhalter würden sich aber wesentlich leichter tun, wenn auch die Konstrukteure ihren Beitrag hierzu leisten würden. Drei Gesichtspunkte stehen hierbei im Vordergrund. Als erstes sollte eine schadensarme Konstruktion, über die Gesamtnutzungsdauer einer Maschine, gewährleistet sein. Ein zweiter Punkt ist, dass die Maschine instandhaltungsgerecht konstruiert sein muss, um eventuelle Reparaturen ohne Zeitverzögerung ausführen zu können. Drittens werden heute exakte Vorgaben für die Wartung oder einen eventuelle notwendig werdenden Teileaustausch erwartet anstelle von allgemeinen zeitabhängigen Angaben.

Auch der Betreiber steht in der Pflicht

Wenn heute eine Maschine konstruiert wird, geschieht das in der Regel mit dem Wissen von gestern und unter Marktbedingungen von morgen. Und auch bei einer Maschine gilt: Sie ist nur so gut, wie das schwächste Glied einer Kette. Maschinen müssen also, gerade unter dem Gedanken Nachhaltigkeit, in regelmäßigen Abständen einem Check unterzogen werden. Da kann man sich natürlich die Frage stellen: Neuinvestition oder Überholung?

Eine Maschine die schon zehn oder mehr Jahre ihren Dienst getan hat, muss nicht automatisch zum alten Eisen gehören. Werden in die Jahre gekommene Maschinen einer Verjüngungskur durch Modernisierung unterzogen, kann das auch aus wirtschaftlicher Sicht sehr lohnend sein. Hierbei handelt es sich nicht um Peanuts, sondern um ein Einsparungspotenzial, das zwischen 30 bis hin zu 50 Prozent liegt, wenn man es mit einer Neuinvestition mit gleicher Leistungsperformance vergleicht.

Leitlinien sind längst überfällig

„Das Gesetz der Wirtschaft verbietet es, für wenig Geld viel Wert zu erhalten. Nehmen Sie das niedrigste Angebot an, müssen Sie für das Risiko, das Sie eingehen, etwas hinzurechnen. Und wenn Sie das tun, dann haben Sie auch genug Geld, um für etwas Besseres zu bezahlen“. Auch das hat John Ruskin schon vor mehr als einhundert Jahren gesagt.

Damit Nachhaltigkeit mehr wird als ein bloßes Lippenbekenntnis, sollten Unternehmen Leitlinien für eine nachhaltige Konstruktion, Produktion, Instandhaltung und Beschaffung festlegen. Das wäre mehr als nur eine nicht messbare ethische Verpflichtung. Jeder Kunde könnte sich daran orientieren und eine überprüfbare Nachhaltigkeit als Entscheidungskriterium nutzen. Wenn wir damit auch noch meilenweit von der Idealvorstellung des Hans Carl von Carlowitz entfernt sind, wären das doch ein, oder vielleicht sogar zwei Schritte in die richtige Richtung.

Aktuell überstrapaziert die Menschheit die Naturschätze um 30 Prozent. Das ist selbstzerstörerisch und ein Vergehen an den kommenden Generationen. Unser Ziel muss sein, Raubbau zu stoppen und zwar weltweit. Die Umweltprobleme in Billiglohnländern sind nicht mehr zu übersehen, daher wird die Nachhaltigkeit hier für zukünftige Investitionen  eine größere Rolle spielen. Hans Carl von Carlowitz hat vor 300 Jahren den Weg vorgezeichnet, wie Wohlstand und industrielle Tätigkeit harmonieren können. Weitere 300 Jahre können wir uns für die Umsetzung nicht mehr leisten.

Verbesserungspotenzial in der Konstruktion

Fügetechnik

Um zwei Bauteile zu verbinden, stehen eine Vielzahl von Fügetechniken zur Verfügung. Ein kostengünstiges Verfahren ist die Klebetechnik. Sie hat aber den Nachteil, dass verklebte Teile kaum oder nicht zerstörungsfrei demontierbar sind. Versagt zum Beispiel der Akku einer elektrischen Zahnbürste, der in einem verklebten Gehäuse integriert ist, muss die gesamte Zahnbürste entsorgt werden. Die Lösung wäre in diesem Falle schrauben, anstatt zu kleben.

Schmierstoff

In Deutschland werden etwa 10.000 verschiedene Schmierstoffe angeboten. Mit größter Wahrscheinlichkeit ist kein einziges Produkt davon voll austauschbar. Besonders deutlich sind die Leistungsunterschiede zwischen Mineralölprodukten und synthetischen Schmierstoffvarianten, wobei die synthetischen Abkömmlinge auf den ersten Blick den vermeintlichen Nachteil haben, teurer zu sein. Sie sind jedoch unter dem Gesichtspunkt des nachhaltigen Konstruierens hochinteressant. Einerseits haben sie ein besseres Lasttrageverhalten und ein besseres Viskositäts-/Temperatur-Verhalten, was sie energieeffizienter macht. Da auch das Alterungsverhalten im Vergleich zu einem Mineralöl erheblich besser ist, müssen synthetische Schmierstofffüllungen weniger häufig ausgetauscht werden. Eine Verdoppelung oder Verdreifachung der Ölwechselfristen macht nicht nur die Preisdifferenz mehr als wett.

Dichtungen

Berechnungen ergaben, dass jeder Deutsche im Durchschnitt pro Jahr 40 Tonnen Rohstoffe verbraucht. (Bild: fotolia/Nik)

Berechnungen ergaben, dass jeder Deutsche im Durchschnitt pro Jahr 40 Tonnen Rohstoffe verbraucht. (Bild: fotolia/Nik)

Viele Dichtungswerkstoffe sind chemische Produkte. Ausgangsprodukt ist häufig das Erdöl. Manche sind nicht nur auf einer Werkstoffbasis aufgebaut, sie bestehen aus einer Mischung zweier Polymere. Beispiel hierfür ist die Werkstoffgruppe NBR. Dichtungen aus diesem Material bestehen aus den beiden Kautschuken Acrylnitril und Butadien und einer Reihe verschiedener Additive.

Viele Materialeigenschaften werden vom Mengenanteil der beiden Kautschuke bestimmt. NBR ist also lange nicht gleich NBR. Viele Konstrukteure glauben, dass sie, wenn sie in der Stückliste eine NBR-Dichtung mit Abmessungen aufführen, ihren Job schon gemacht haben. Das Gegenteil ist der Fall. Mit dieser allgemeinen Materialangabe kann der technische Einkauf weltweit auf Schnäppchenjagd gehen, was zu fatalen Beschaffungsfehlern führen kann.

Lassen wir noch mal John Ruskin zu Worte kommen: „Es ist unklug, zu viel zu bezahlen, aber es ist noch schlechter, zu wenig zu bezahlen. Wenn Sie zu viel bezahlen, verlieren Sie etwas Geld, das ist alles. Wenn Sie dagegen zu wenig bezahlen, verlieren Sie manchmal alles, da der gekaufte Gegenstand die ihm zugedachte Aufgabe nicht erfüllen kann“.

Leichtbau

Leichtbau leistet vor dem Hintergrund der Verknappung der Rohstoffe einen ganz entscheidenden Beitrag zur Senkung des Ressourcen- und Energieverbrauchs. Es kann beachtliches Bauteilgewicht eingespart werden, sodass der Antriebsenergiebedarf bewegter Massen deutlich gesenkt werden kann. Mischbauweisen von kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) und Metallen sind heute – was die Festigkeit und Langlebigkeit betrifft – reinen Materialbauteilen ebenbürtig.

Da in vielen Konstruktionsbüros das Wissen um diese Bauweise fehlt, wird das Potenzial der Faserverbundtechnologie bei weitem nicht genutzt. Darüber hinaus bestehen oft erhebliche Probleme, neue Werkstofftechnologien in bestehende Prozessketten flexibel zu integrieren, da die Fertigungslinien für die Metallverarbeitung ausgelegt sind. Ein Beispiel für das Einsparungspotenzial bei der Verwendung neuer Werkstoffe zeigt ein Motorspindelkasten. Fraunhofer-Wissenschaftler kamen zu dem Ergebnis, dass eine Keramikspindel, die in einen CFK-Spindelkasten eingesetzt ist, eine um 70 Prozent geringere Masse gegenüber den herkömmlich verwendeten Werkstoffen hat.

Autor: Helmut Winkler