Nachhaltigkeit in der Verbindungstechnik

Mit Blick auf die globalen Entwicklungen in der Automobilindustrie zeigt sich: Bei neuen PKWs und leichten Nutzfahrzeugen in Europa ist das Gewicht in den zurückliegenden Jahren permanent gestiegen - von ca. 1.268 kg im Jahr 2000 über 1.360 kg im Jahr 2010 auf ca. 1.420 kg im Jahr 2020. Durch die Entwicklung hin zu mehr Hybrid- & Elektrofahrzeugen wird sich diese Entwicklung eher noch verstärken, wiegt doch ein Elektrofahrzeug alleine aufgrund des Gewichts der Batterie im Durchschnitt 300 KG mehr als ein Fahrzeug mit herkömmlichem Motor.

Durch Optimierung des Kraftstoffverbrauchs sowie die Innovation in neue Antriebskonzepte konnte jedoch eine deutliche Reduktion der CO₂-Emmissionen erreicht werden - von etwa 175 g CO₂/km im Jahr 2000 auf 140 g CO₂/km im Jahr 2010 und 95 g CO₂/km im Jahr 2020. Dieser Trend muss sich in den nächsten Jahren fortsetzen wenn die Klimaschutzziele der nächsten Jahre erreicht werden sollen.

Verbindungselemente-Hersteller positioniert sich frühzeitig zur Nachhaltigkeit

Fest steht: Um den Carbon Footprint so gering wie möglich zu halten, müssen alle Beteiligten an einem Strang ziehen und Strategien entwickeln und umsetzen, die konsequent auf Klimaschutz abzielen. So hat das Thema Nachhaltigkeit beispielsweise auch für die  ARNOLD GROUP aus Deutschland eine hohe Bedeutung. Neben E-Mobility, Internationalisierung, Lightweight-Engineering und Digitalisierung zählt es zu den fünf definierten strategischen Stoßrichtungen des Verbindungselemente-Herstellers.

Klimaschutz und nachhaltige Ressourcennutzung waren auch schon weit vor der immer nachdrücklicher werdenden Klimaschutzdebatte fest verankerte Themen für das Unternehmen aus dem Süden von Deutschland. Bereits mit Gründung des Unternehmens im Jahr 1898 wurde die erste Fabrik in einer bestehenden Mühle untergebracht. Zum Antrieb der Maschinen wurde Wasserkraft genutzt, also regenerative Energie. Auch das Thema der wirtschaftlichen Nachhaltigkeit war wichtig: In einem Ankündigungsbrief an potenzielle Kunden wurde die wirtschaftliche Erzeugung der Produkte als wichtiges Verkaufsargument genannt. Zudem wurde kurz nach Gründung des Unternehmens der erste Werkskindergarten sowie eine Betriebsrat gegründet. Damit war man Anfang des 20.Jahrhunderts ein absoluter Vorreiter in diesem Bereich. Bereits diese Beispiele zeigen, dass seit der Gründung des Unternehmens die drei Bereiche der Nachhaltigkeit - der ökologische, der ökonomische und der soziale Fußabdruck - bei Arnold bereits frühzeitig eine große Bedeutung hatten.

Das Thema Nachhaltigkeit zog sich über die Jahrzehnte der Unternehmensaktivitäten wie ein roter Faden durch die Arnold-Philosophie. So wird in den seit 2014 erstellten, jährlichen Nachhaltigkeitsberichten stets auf die Reduzierung der CO² Emissionen verwiesen. Und seit 2016 bekennt sich Arnold auch mit dem Unternehmens-Claim „Blue Fastening System“ öffentlich zu einer nachhaltigen Unternehmensführung. 2022 wird diese Entwicklung mit der Zeichnung der UN Global Compact Initiative weitergeführt.

Emissionen über die gesamte Lieferkette betrachten 

Bei ARNOLD legt man darauf Wert, dass die Thematik Nachhaltigkeit und CO₂-Neutralität in der kompletten Supply Chain betrachtet werden. Über die komplette Wertschöpfungskette hinweg entsteht für jedes Produkt ein individueller Footprint. Die Emissionen der Lieferkettenmitglieder werden dabei aufsummiert. Das bedeutet, dass Unternehmen welche in der Lieferkette nachgelagert sind, über die bezogenen Produkte und Leistungen die Emissionen ihrer Lieferanten übernehmen und diese dann mit den eigenen CO₂-Ausstößen aufaddiert an ihre Kunden weitergeben. Dies ist für jedes an der Supply Chain beteiligte Unternehmen eine Verpflichtung, sowohl für die eigenen Aktivitäten und die beschaffte Energie als auch für die vorgegangenen und nachgelagerten Aktivitäten Verantwortung zu übernehmen.

Vor diesem Hintergrund hat die ARNOLD die Initiative ACO₂-Save ins Leben gerufen. (Das A steht hier für Arnold.) Dabei werden Kunden beziehungsweise Anwender aktiv bei der Reduktion von CO₂-Emissionen unterstützt, indem Verbindungselemente und Kaltumformteile nachhaltig ausgelegt und angewendet werden. So erfolgt eine begleitende CO₂-Kalkulation bereits im Entwicklungsprozess. Mit einem eigens entwickelten CO₂-Kalkulator kann der sogenannte Product Carbon Footprint für das bei Arnold angefragte Teil ermittelt und dann gemeinsam mit dem Kunden eine Optimierung durchgeführt werden. Ziel dabei ist am Ende des Entwicklungsprozesses ein technisch hochwertiges Produkt, das sowohl kosten- als auch CO₂-optimiert ist.

ACO₂-Save bietet vielfältige Möglichkeiten für CO₂-Einsparungen

Um bereits im Entwicklungsprozess CO₂-Emissionen zu vermeiden, beispielsweise durch eine unnötige Muster- und Prototypenvielfalt, setzen die Arnold-Entwickler digitale Prognosetools wie FEM Analysen und eigenentwickelte Prognoseprogramme ein. Damit wird die Vielzahl an möglichen Varianten deutlich reduziert, was Zeit, Geld und & CO₂ spart. 

Der größte Einspareffekt ergibt sich jedoch durch die Nutzung von innovativer Verbindungs- und Kaltumformtechnik. Gemeinsam mit dem Kunden analysiert das Unternehmen beispielsweise Möglichkeiten zum Wechsel der Produktionstechnologie von Teilen - also unter anderem ob Teile, die derzeit noch spanabhebend hergestellt werden, als Kaltumformteilen kosteneffizienter gefertigt werden können. Ebenso kann geprüft werden, ob vorhandene Gewindeschrauben durch gewindeformende Schrauben ersetzt werden können und dabei auf Gewindeschneidautomaten und ihre Emissionen komplett verzichtet werden kann.

Eine weitere Option ist es, durch den Einsatz innovativer Verbindungselemente ein Downsizing durchzuführen und somit beispielsweise eine M5 Schrauben durch eine M4 Schraube zu ersetzen. Und nicht zuletzt tragen innovative Verbindungssysteme zur Gewichtsreduzierung bei - vor allem beim Fügen im Multimaterial-Mix -  was letztendlich zu einer Reduzierung der Gesamtemission des Fahrzeugs führt.

Wechsel der Produktionstechnologie reduziert Emissionen um 45 Prozent

Dass genau dieser ACO₂-Save-Ansatz funktioniert, belegt ein ganz konkretes Beispiel: Eine in einem Kundenbauteil eingesetzte Sonderschraube aus Aluminium sollte sowohl kostentechnisch als auch hinsichtlich ihrer CO² Emissionen überarbeitet werden. Als Alternative wurde eine Conform Next-Schraube, die sich aufgrund der konstruktiven Auslegung für den Einsatz bei größeren Durchmessern, längeren Bauteilen, komplexeren Geometrien und bei höheren Gewichten beziehungsweise für schwerere Bauteile eignet, entwickelt.

Das bisher eingesetzte Teil hat ein Volumen von 8.733 mm³ und ein Gewicht von 23,58 g pro Stück und wurde traditionell spanabhebend hergestellt. Zur Produktion wurde dazu ein Drehteilrohling verwendet, der ein Ausgangsvolumen von 25.630 mm³ und 69,2 g pro Stück hatte. Durch eine ACO₂-Save-Analyse konnten die Arnold-Entwickler dieses Teil auf ein Umformteil der Produktreihe Conform Next umstellen. Nach der Optimierung hat der Umformrohling gerade noch ein Volumen von 9.135 mm³ und 24.82g pro Stück. Das heißt: Durch den Umformprozess ist ein erheblich geringer Material-Input notwendig, da kaum Abfall beim Produktionsprozess entsteht.

Neben einer erheblichen Kostenoptimierung, die durch den geringeren Materialeinsatz bei Kaltumformverfahren entsteht, hat dies natürlich auch einen erheblichen Einfluss auf den Product Carbon Footpring der Sonderschraube. Durch die Reduzierung des Einsatzgewichts, den geringeren Ausschuss und die somit effizientere Fertigung konnten alle CO₂-Emissionen, die durch diese Schraube bei der Produktion entstehen, um 45 Prozent reduziert werden. Dieses eine Beispiel verdeutlicht bereits, dass durch die ACO₂-Save-Initiative von Arnold Umformtechnik erhebliche Potenziale im Bereich des Product Carbon Footprint gehoben werden können. Eine pragmatische und individuelle Analyse der möglichen Veränderungsansätze mit Blick auf eine Verbindungslösung bedeutet dementsprechend auch, weitestgehend unternehmerisch und gesellschaftliche verantwortungsvoll zu handeln.