Langfristig ist die sichere Versorgung mit Rohstoffen ebenso wie mit preiswerter Energie ein wichtiges Thema für die Europäische Industrie, insbesondere für die kleinen und mittelständischen Unternehmen, die die Produktion tragen. Deshalb sind bestehende Produktionsprozesse auf ihre Nachhaltigkeit zu hinterfragen und zu verbessern. Diese Vorgehensweise streckt einerseits die Ressourcen an wichtigen Rohstoffen, wie sie zum Beispiel Metalle darstellen, stärkt andererseits auch die Marktposition von all den Unternehmen, die ihre Prozesse in diesem Sinne intelligenter gestalten. Diese und weitere Fragestellungen werden auch bei der O&S 2010, Internationale Leitmesse für Oberflächen und Schichten in Stuttgart, vom 8. bis 10. Juni im Mittelpunkt stehen.
Teilweise ist eine Optimierung der Produktionsprozesse in der Vergangenheit bereits gelungen und hat zu einer wesentlich längeren Verfügbarkeit von kritischen Rohmaterialien geführt. So ist die Langzeitverfügbarkeit des Edelmetalls Platin durch entsprechende Anpassung in den verbrauchenden Herstellungsverfahren von zunächst 83 Jahren in 1975 auf über 400 Jahre in 2001 gesteigert worden, obwohl in dieser Periode immer neue Anwendungsfelder für Platin erschlossen wurden.
EU-Projekt CleanProd für nachhaltige Produktionsprozesse
Vor diesem Hintergrund hat die Europäische Kommission im 6. Rahmenprogramm für Forschung und Entwicklung im Oktober 2006 ein Projekt mit der Bezeichnung CleanProd gestartet, das quer durch Europa mehr Innovationen im Sinne von nachhaltigen Produktionsprozessen initiieren sollte. Koordiniert wurde es durch die französische Oberflächenorganisation CETIM (Centre Technique des Industries Mechaniques).
Beteiligt waren 19 Partner aus acht Mitgliedsländern der EU, wobei Deutschland mit insgesamt sechs beteiligten Institutionen den größten Anteil hatte.
Im Mittelpunkt des Vorhabens stand die gesamtheitliche Betrachtung und Optimierung der Fertigungskette von der mechanischen Bearbeitung über die Oberflächenvorbehandlung und -beschichtung bis hin zu einer eventuell notwendigen Nachbehandlung. Betroffen sind von diesem Ansatz prinzipiell alle Industriesektoren darunter Schlüsselbranchen wie Luftfahrt, Automobilbau, Energieerzeugung und -umwandlung oder Landwirtschaft.
"Mit CleanProd wurde die Bedeutung der Oberflächenbehandlung unterstrichen und das Potenzial der Galvanotechnik herausgestellt. Wir haben eine Forschungsstrategie bis 2020 entwickelt und wollen letztlich eine europäische Plattform für nachhaltige Produktionstechnologien schaffen, die für die betroffenen Industriezweige zu einer dauerhaften Wissensbasis wird", erklärt Dr. Uwe König, Geschäftsführer Technologie im Zentralverband Oberflächentechnik (ZVO, Hilden), der an CleanProd beteiligt war.
Mechanische Fertigung, Vorbehandlung und Beschichtung
Das Projekt gliederte sich in mehrere Schritte. Aufbauend auf bereits bekannten Erkenntnissen wurden weitere Arbeiten im Bereich Forschung und Entwicklung intensiv beobachtet, verknüpft und zusammengeführt. Geplant war eine Art Negativanalyse, das heißt, es sollten in Europa und parallel auch in den Vereinigten Staaten Hemmnisse identifiziert werden, die einer Umsetzung der gewonnenen Ergebnisse im Wege standen. Für 2015 wurden Zwischenziele auf dem Weg zu einer nachhaltigen Produktion definiert.
Ab 2020 könnten dann in den drei Sektoren mechanische Fertigung, Vorbehandlung und Beschichtung nachhaltige Fabrikationsprozesse zur Verfügung stehen, die unter Beteiligung von professionellen Verbänden (für Deutschland neben dem ZVO auch die Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik, DGO), Umweltagenturen (Umweltbundesamt, UBA), technologieorientierte Forschungseinrichtungen (Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe, FhG.TEG) und Innovationsexperten (ICON und Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung) ermittelt werden.
Metallische Werkstoffe erobern den Spritzguss
Die Trends in der mechanischen Fertigung betreffen Themen wie den optimierten Gebrauch von Schmiermitteln, die endkonturnahe Fertigung (Near Net Shape), Reduzierung der Partikelemissionen und niedrigenergetische schmiermittelfreie Umformprozesse. Auf dem Weg zu einer Fertigung mit weitgehend fertigen Formen laufen beispielsweise F+E-Anstrengungen, um eine MIM-Produktion für hoch stickstoffhaltige Stähle zu ermöglichen. MIM ist die Abkürzung für den englischen Begriff Metal Injection Moulding und bedeutet soviel wie Metallpulver-Spritzgießen.
MIM öffnet den metallischen Werkstoffen die Welt des Kunststoffspritzgusses mit all seinen Möglichkeiten. In nur einem Arbeitsschritt, dem Füllen der Spritzform, wird dem gesamten Bauteil seine endgültige Geometrie gegeben, die nahezu beliebig komplex sein kann. Gegenüber den herkömmlichen, so genannten spanenden Verfahren wie Fräsen, Drehen, Bohren, bedeutet das Verfahren nicht nur einen deutlichen Zeitvorteil. Es können darüber hinaus auch Bauteilformen verwirklicht werden, deren konventionelle Herstellung unmöglich oder zumindest unwirtschaftlich wären. Letztlich lassen sich neue funktionsoptimierte Komponenten realisieren.
Für 2015 steht das Ziel an, eine Formbildung durch Metallspritzen zu erreichen, die auch erweiterte Anwendungen zulassen. Andere Forschungsprojekte beschäftigen sich mit u. a. mit Hydro- und Thixoforming, die in einer formnahen Vorfertigung durch Gießen und Schmieden münden sollen und am Ende auch einen Beitrag zum Near Net Shape leisten.
Bei der Vorbehandlung sollen Forschungsprojekte mit Trockeneis (CO2), gesättigtem Dampf und ionischen Flüssigkeiten das Reinigungspotenzial neuer Stoffklassen bestimmen. Bis 2020 kann dann geklärt werden, wie die Wirkung existierender und neuer Reinigungssysteme im Vergleich ist und welche Lösungen in Zukunft im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung am tragfähigsten sind. Bei den Beschichtungsprozessen stehen wasserbasierte Lacke, eine erhöhte Qualität in der Pulverbeschichtung und ein Paradigmenwechsel beim galvanischen Beschichten durch effizientere Verfahren, die weniger Energie benötigen und geringere Abfallmengen produzieren im Fokus.
Im Bereich Lackieren und galvanisches Beschichten werden Ressourceneinsparungen zwischen 30 und 40 Prozent angestrebt. F+E-Projekte bis 2015 sollen u. a. klären, welchen Ersatz es für PFOS und bestimmte Komplexbildner gibt, um die Forderungen von REACH zu erfüllen. Hinter der Abkürzung PFOS (Perflouroctansulfonate beziehungsweise Perfluoroctansulfonate) verbergen sich chemische Stoffe, die in der Umwelt nicht abgebaut werden, also persistent sind, sich in der Nahrungskette anreichern (bioakkumulierbar) und toxisch sind.
PFOS werden hauptsächlich dazu verwendet, um Materialien wie Textilien, Teppiche und Papier fett-, öl- und wasserfest zu machen, in der Galvanik werden sie aber in geringen Mengen auch bei der Verchromung eingesetzt. "Ein anderes wichtiges Thema ist die Entwicklung von Alternativen zu Chrom(VI)-Konversionsschichten", erklärt Berthold Seßler von der DGO.
Neben der Prozessoptimierung in den drei Sektoren sollen übergeordnet Ökoeffizienzindikatoren in die gesamte Fertigung flächendeckend auf Betriebsebene eingeführt werden. Vorbereitend laufen F+E-Projekte zur Entwicklung umweltfreundlicher Verfahren zur Oberflächenveredelung, energiesparender Verfahren bei der mechanischen Fertigung und bei der Prozessintegration von Fertigung, Reinigung und Beschichtung.
Nanotechnologie spielt sich an der Oberfläche ab
CleanProd baute auf den europäischen Plänen für eine künftige Produktion (EU-Projekt FUTMAN, FUTure of MANufacturing) auf. In dieser im Jahr 2003 abgeschlossenen Initiative wurden Schlüsseltechnologien identifiziert, die für die Zukunft der europäischen Industrie zwischen 2015 und 2020 besonders wichtig sind. Sie zeigen, welche überragende Bedeutung die Oberflächentechnik für viele technisch und wirtschaftlich relevante Entwicklungen hat.
Das betrifft zum Beispiel nanostrukturierte Materialien mit völlig neuen Eigenschaften, die die Kratzfestigkeit deutlich verbessern, die Möglichkeit zur Selbstheilung besitzen oder bei geringem Gewicht extrem hohe Festigkeiten aufweisen. Es gilt für nanostrukturierte Katalysatoren ebenso wie für eine neue Generation von neuen Instrumenten für die Messtechnik, das Handling und die Fertigung auf Nanoebene. Kurz gesagt: Weil die gesamte Nanotechnologie auf dem Geschehen innerhalb weniger Atom- oder Moleküllagen basiert, ist sie durchgängig eine Angelegenheit von Oberflächen.
Forschungseinrichtungen für regenerative Energien und nachwachsende Rohstoffe
Darüber hinaus stehen ganz aktuelle Forschungsrichtungen, die regenerative Energien und nachwachsende Rohstoffe betreffen, im Fokus. Dazu gehören beispielsweise Brennstoffzellen und Speichersysteme für Wasserstoff, Batteriesysteme für die Elektromobilität sowie Photovoltaik und Windkraft, aber auch eine neue Rohstoffbasis für die chemische Industrie unter anderem durch den Einsatz von modifizierten Bakterien. Hier werden Themen wie Mikroreaktionstechnik ebenso behandelt wie die Hochdurchsatztechnologie.
Am Ende stehen effizientere Prozesse mit weniger Produktionsschritten, weniger Energieverbrauch und geringerem Stoffeinsatz. Vor diesem Hintergrund wird erkennbar, dass Oberflächentechnik häufig viel weitgehender eine Rolle spielt, als vielfach vermutet. CleanProd hat dazu beitragen, dass entsprechende Lösungen noch effizienter und umweltverträglicher werden. Deutsche Firmen, gerade kleine und mittelständische Unternehmen, werden dabei wichtige Impulse setzen.
Die O&S 2010
Die O&S ist vom 8. bis 10. Juni 2010 in Stuttgart auf dem neuen Messegelände am Flughafen der zentrale Branchenmarktplatz für die Themen und Trends der Oberflächentechnik. Von der Reinigung zur Vorbehandlung über den SchauPlatz NANO bis hin zur Beschichtung stellt die O&S die gesamte Wertschöpfungskette der anwendungsorientierten Oberflächentechnik dar.
Schwerpunktthemen in 2010 sind die Bereiche Galvanotechnik, Lackiertechnik, industrielle Plasma-Oberflächentechnik sowie Vorbehandlung und Reinigung. Insbesondere werden die Automobilindustrie und Zulieferer, der Maschinen- und Anlagenbau, die Metall-, Kunststoff- und Möbelindustrie, die Elektro-, Medizin- und Kommunikations- sowie Luft- und Raumfahrttechnik als auch das Baugewerbe und Handwerk angesprochen. Die O&S wird von der Deutschen Messe AG in Zusammenarbeit mit der Landesmesse Stuttgart GmbH ausgerichtet und ist in den geraden Jahren das Pendant zur zweijährlichen SurfaceTechnology im Rahmen der HANNOVER MESSE.
Teilweise ist eine Optimierung der Produktionsprozesse in der Vergangenheit bereits gelungen und hat zu einer wesentlich längeren Verfügbarkeit von kritischen Rohmaterialien geführt. So ist die Langzeitverfügbarkeit des Edelmetalls Platin durch entsprechende Anpassung in den verbrauchenden Herstellungsverfahren von zunächst 83 Jahren in 1975 auf über 400 Jahre in 2001 gesteigert worden, obwohl in dieser Periode immer neue Anwendungsfelder für Platin erschlossen wurden.
EU-Projekt CleanProd für nachhaltige Produktionsprozesse
Vor diesem Hintergrund hat die Europäische Kommission im 6. Rahmenprogramm für Forschung und Entwicklung im Oktober 2006 ein Projekt mit der Bezeichnung CleanProd gestartet, das quer durch Europa mehr Innovationen im Sinne von nachhaltigen Produktionsprozessen initiieren sollte. Koordiniert wurde es durch die französische Oberflächenorganisation CETIM (Centre Technique des Industries Mechaniques).
Beteiligt waren 19 Partner aus acht Mitgliedsländern der EU, wobei Deutschland mit insgesamt sechs beteiligten Institutionen den größten Anteil hatte.
Im Mittelpunkt des Vorhabens stand die gesamtheitliche Betrachtung und Optimierung der Fertigungskette von der mechanischen Bearbeitung über die Oberflächenvorbehandlung und -beschichtung bis hin zu einer eventuell notwendigen Nachbehandlung. Betroffen sind von diesem Ansatz prinzipiell alle Industriesektoren darunter Schlüsselbranchen wie Luftfahrt, Automobilbau, Energieerzeugung und -umwandlung oder Landwirtschaft.
"Mit CleanProd wurde die Bedeutung der Oberflächenbehandlung unterstrichen und das Potenzial der Galvanotechnik herausgestellt. Wir haben eine Forschungsstrategie bis 2020 entwickelt und wollen letztlich eine europäische Plattform für nachhaltige Produktionstechnologien schaffen, die für die betroffenen Industriezweige zu einer dauerhaften Wissensbasis wird", erklärt Dr. Uwe König, Geschäftsführer Technologie im Zentralverband Oberflächentechnik (ZVO, Hilden), der an CleanProd beteiligt war.
Mechanische Fertigung, Vorbehandlung und Beschichtung
Das Projekt gliederte sich in mehrere Schritte. Aufbauend auf bereits bekannten Erkenntnissen wurden weitere Arbeiten im Bereich Forschung und Entwicklung intensiv beobachtet, verknüpft und zusammengeführt. Geplant war eine Art Negativanalyse, das heißt, es sollten in Europa und parallel auch in den Vereinigten Staaten Hemmnisse identifiziert werden, die einer Umsetzung der gewonnenen Ergebnisse im Wege standen. Für 2015 wurden Zwischenziele auf dem Weg zu einer nachhaltigen Produktion definiert.
Ab 2020 könnten dann in den drei Sektoren mechanische Fertigung, Vorbehandlung und Beschichtung nachhaltige Fabrikationsprozesse zur Verfügung stehen, die unter Beteiligung von professionellen Verbänden (für Deutschland neben dem ZVO auch die Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik, DGO), Umweltagenturen (Umweltbundesamt, UBA), technologieorientierte Forschungseinrichtungen (Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe, FhG.TEG) und Innovationsexperten (ICON und Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung) ermittelt werden.
Metallische Werkstoffe erobern den Spritzguss
Die Trends in der mechanischen Fertigung betreffen Themen wie den optimierten Gebrauch von Schmiermitteln, die endkonturnahe Fertigung (Near Net Shape), Reduzierung der Partikelemissionen und niedrigenergetische schmiermittelfreie Umformprozesse. Auf dem Weg zu einer Fertigung mit weitgehend fertigen Formen laufen beispielsweise F+E-Anstrengungen, um eine MIM-Produktion für hoch stickstoffhaltige Stähle zu ermöglichen. MIM ist die Abkürzung für den englischen Begriff Metal Injection Moulding und bedeutet soviel wie Metallpulver-Spritzgießen.
MIM öffnet den metallischen Werkstoffen die Welt des Kunststoffspritzgusses mit all seinen Möglichkeiten. In nur einem Arbeitsschritt, dem Füllen der Spritzform, wird dem gesamten Bauteil seine endgültige Geometrie gegeben, die nahezu beliebig komplex sein kann. Gegenüber den herkömmlichen, so genannten spanenden Verfahren wie Fräsen, Drehen, Bohren, bedeutet das Verfahren nicht nur einen deutlichen Zeitvorteil. Es können darüber hinaus auch Bauteilformen verwirklicht werden, deren konventionelle Herstellung unmöglich oder zumindest unwirtschaftlich wären. Letztlich lassen sich neue funktionsoptimierte Komponenten realisieren.
Für 2015 steht das Ziel an, eine Formbildung durch Metallspritzen zu erreichen, die auch erweiterte Anwendungen zulassen. Andere Forschungsprojekte beschäftigen sich mit u. a. mit Hydro- und Thixoforming, die in einer formnahen Vorfertigung durch Gießen und Schmieden münden sollen und am Ende auch einen Beitrag zum Near Net Shape leisten.
Bei der Vorbehandlung sollen Forschungsprojekte mit Trockeneis (CO2), gesättigtem Dampf und ionischen Flüssigkeiten das Reinigungspotenzial neuer Stoffklassen bestimmen. Bis 2020 kann dann geklärt werden, wie die Wirkung existierender und neuer Reinigungssysteme im Vergleich ist und welche Lösungen in Zukunft im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung am tragfähigsten sind. Bei den Beschichtungsprozessen stehen wasserbasierte Lacke, eine erhöhte Qualität in der Pulverbeschichtung und ein Paradigmenwechsel beim galvanischen Beschichten durch effizientere Verfahren, die weniger Energie benötigen und geringere Abfallmengen produzieren im Fokus.
Im Bereich Lackieren und galvanisches Beschichten werden Ressourceneinsparungen zwischen 30 und 40 Prozent angestrebt. F+E-Projekte bis 2015 sollen u. a. klären, welchen Ersatz es für PFOS und bestimmte Komplexbildner gibt, um die Forderungen von REACH zu erfüllen. Hinter der Abkürzung PFOS (Perflouroctansulfonate beziehungsweise Perfluoroctansulfonate) verbergen sich chemische Stoffe, die in der Umwelt nicht abgebaut werden, also persistent sind, sich in der Nahrungskette anreichern (bioakkumulierbar) und toxisch sind.
PFOS werden hauptsächlich dazu verwendet, um Materialien wie Textilien, Teppiche und Papier fett-, öl- und wasserfest zu machen, in der Galvanik werden sie aber in geringen Mengen auch bei der Verchromung eingesetzt. "Ein anderes wichtiges Thema ist die Entwicklung von Alternativen zu Chrom(VI)-Konversionsschichten", erklärt Berthold Seßler von der DGO.
Neben der Prozessoptimierung in den drei Sektoren sollen übergeordnet Ökoeffizienzindikatoren in die gesamte Fertigung flächendeckend auf Betriebsebene eingeführt werden. Vorbereitend laufen F+E-Projekte zur Entwicklung umweltfreundlicher Verfahren zur Oberflächenveredelung, energiesparender Verfahren bei der mechanischen Fertigung und bei der Prozessintegration von Fertigung, Reinigung und Beschichtung.
Nanotechnologie spielt sich an der Oberfläche ab
CleanProd baute auf den europäischen Plänen für eine künftige Produktion (EU-Projekt FUTMAN, FUTure of MANufacturing) auf. In dieser im Jahr 2003 abgeschlossenen Initiative wurden Schlüsseltechnologien identifiziert, die für die Zukunft der europäischen Industrie zwischen 2015 und 2020 besonders wichtig sind. Sie zeigen, welche überragende Bedeutung die Oberflächentechnik für viele technisch und wirtschaftlich relevante Entwicklungen hat.
Das betrifft zum Beispiel nanostrukturierte Materialien mit völlig neuen Eigenschaften, die die Kratzfestigkeit deutlich verbessern, die Möglichkeit zur Selbstheilung besitzen oder bei geringem Gewicht extrem hohe Festigkeiten aufweisen. Es gilt für nanostrukturierte Katalysatoren ebenso wie für eine neue Generation von neuen Instrumenten für die Messtechnik, das Handling und die Fertigung auf Nanoebene. Kurz gesagt: Weil die gesamte Nanotechnologie auf dem Geschehen innerhalb weniger Atom- oder Moleküllagen basiert, ist sie durchgängig eine Angelegenheit von Oberflächen.
Forschungseinrichtungen für regenerative Energien und nachwachsende Rohstoffe
Darüber hinaus stehen ganz aktuelle Forschungsrichtungen, die regenerative Energien und nachwachsende Rohstoffe betreffen, im Fokus. Dazu gehören beispielsweise Brennstoffzellen und Speichersysteme für Wasserstoff, Batteriesysteme für die Elektromobilität sowie Photovoltaik und Windkraft, aber auch eine neue Rohstoffbasis für die chemische Industrie unter anderem durch den Einsatz von modifizierten Bakterien. Hier werden Themen wie Mikroreaktionstechnik ebenso behandelt wie die Hochdurchsatztechnologie.
Am Ende stehen effizientere Prozesse mit weniger Produktionsschritten, weniger Energieverbrauch und geringerem Stoffeinsatz. Vor diesem Hintergrund wird erkennbar, dass Oberflächentechnik häufig viel weitgehender eine Rolle spielt, als vielfach vermutet. CleanProd hat dazu beitragen, dass entsprechende Lösungen noch effizienter und umweltverträglicher werden. Deutsche Firmen, gerade kleine und mittelständische Unternehmen, werden dabei wichtige Impulse setzen.
Die O&S 2010
Die O&S ist vom 8. bis 10. Juni 2010 in Stuttgart auf dem neuen Messegelände am Flughafen der zentrale Branchenmarktplatz für die Themen und Trends der Oberflächentechnik. Von der Reinigung zur Vorbehandlung über den SchauPlatz NANO bis hin zur Beschichtung stellt die O&S die gesamte Wertschöpfungskette der anwendungsorientierten Oberflächentechnik dar.
Schwerpunktthemen in 2010 sind die Bereiche Galvanotechnik, Lackiertechnik, industrielle Plasma-Oberflächentechnik sowie Vorbehandlung und Reinigung. Insbesondere werden die Automobilindustrie und Zulieferer, der Maschinen- und Anlagenbau, die Metall-, Kunststoff- und Möbelindustrie, die Elektro-, Medizin- und Kommunikations- sowie Luft- und Raumfahrttechnik als auch das Baugewerbe und Handwerk angesprochen. Die O&S wird von der Deutschen Messe AG in Zusammenarbeit mit der Landesmesse Stuttgart GmbH ausgerichtet und ist in den geraden Jahren das Pendant zur zweijährlichen SurfaceTechnology im Rahmen der HANNOVER MESSE.
