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Stahlabfälle kommen teuer- Die WEFA Singen GmbH

Bild: Verschiedene Alu Profile
Verschiedene Aluminiumprofile
Quelle WEFA Singen
Die Fa. WEFA Singen GmbH in Singen stellt Werkzeuge, so genannte Matrizen, für Aluminium-Strangpressen her. Mit diesen Matrizen werden in Strangpressen Aluminiumprofile erzeugt. Dabei wirken auf diese Werkzeuge hohe Temperaturen und erhebliche mechanische Kräfte. Die Konstruktion und Herstellung dieser Matrizen bedarf eines speziellen Know-Hows, qualifizierter Mitarbeiter und einer langjährigen Erfahrung.

Die Matrizen werden aus unterschiedlichen Stahlsorten, die als Rundmaterial angeliefert werden, hergestellt. Die wesentlichen Herstellungsschritte sind Sägen, Drehen, Fräsen, Härten, Schleifen und Erodieren. Insbesondere bei der spanenden Bearbeitung entstehen erhebliche Materialverluste in Form von Metallspänen und Schleifschlämmen.

Zielsetzung

Bild: Beispiel für eine
zweiteilige Matrize
Zweiteilige Matrize
Quelle WEFA Singen

Da insgesamt über 50 % der teilweise sehr teuren Stähle zerspant werden, wurden in diesem Materialeffizienzprojekt die einzelnen Prozessschritte auf Einsparmöglichkeiten untersucht.

Es wurde allerdings zunächst nicht erwartet, ein nennenswertes Potenzial zu finden, da die zerspante Menge weitgehend durch die Konstruktion der Matrizen vorgegeben war.

Vorgehensweise

Zunächst wurden die einzelnen Herstellungsschritte hinsichtlich des Material-Inputs und -Outputs bilanziert. Danach wurden die Kosten für den Materialaufwand zugeordnet. Aus diesen Informationen wurden so genannte Sankeydiagramme erstellt, mit denen die Stoff- und 'Geld'flüsse im Unternehmen dargestellt werden können. 

Trotz Verwertung hoher finanzieller Wertverlust

Das Sankeydiagramm für den Massenfluss zeigte, dass über 50 % des eingekauften Stahls zerspant wurde und die Späne zu fast 100 % verwertet wurden. Die Darstellung des Kostenflusses im unteren Bild zeigte darüber hinaus deutlich, dass trotz der Verwertung praktisch der Wert des Stahls mit der Zerspanung fast vollständig verloren geht. Obwohl materiell fast das gesamte Material zurückgewonnen wurde, verschwindet der Wert der Materialien nahezu vollständig.

Nicht zuletzt auf Grund der hohen Wertminderung wurden die einzelnen Ursachen der hohen Zerspanungsverluste detailliert untersucht. Der überwiegende Teil (ca. 70 – 80 %) ist, wie erwartet, durch die Konstruktion der Matrizen bedingt und kann, zumindest kurzfristig, nicht beeinflusst werden. Die verbleibenden 20 – 30 % an Verlusten sind logistischer und technischer Natur und damit beeinflussbar. Eine wesentliche Ursache für diese Materialverluste sind Zerspanungsverluste beim Abdrehen und Zuschnitt der Rohlinge.

Grafik: Darstellung des Kostenflusses. Besonders bei der mechanischen Bearbeitung zeigt sich der fast vollständige Wertverlust durch die Zerspanung
Sankeydarstellung der Kosten, die Breite der Linien entsprichtdem Kostenfluss 
Quelle ABAG-itm, 2006
Matrizen werden aus Rundmaterial mit Standarddurchmessern hergestellt. Da die Durchmesser der Matrizen nicht genormt sind, entstehen durch Abdrehen des Rundmaterials auf den Matrizendurchmesser hohe Verluste. Die Verluste entstehen zum einen, weil als Rundmaterial nur in einfach verfügbaren Standarddurchmessern bestellt wird. Zum anderen, weil in Einzelfällen der richtige Durchmesser nicht auf Lager ist und dann der nächst größere Durchmesser genommen wird, um eine Fertigungsverzögerung zu vermeiden.

Beim Zusägen und Abstechen entstehen ebenfalls große Verluste. Die Rohlinge werden im ersten Fertigungsschritt mit einer Bandsäge vom Rundmaterial abgesägt. Dabei wird aus Sicherheitsgründen ein recht hohes Aufmaß zugegeben. Kleinere Matrizendurchmesser werden auf einem Stangendrehautomaten mit einem relativ breiten Stahl abgestochen. Sowohl durch die Breite des Stahls, als auch durch das hohe Aufmaß entstehen bei Zuschnitt der Rohlinge große Verluste.

Darüber hinaus wurden im Projekt noch weitere Ansatzpunkte zur Verminderung von Stoffverlusten gefunden.

Wesentliche Ergebnisse

Es wurden als wesentliche Einsparungen unter anderem ermittelt:

  • Bessere Anpassung der Durchmesser des Rundmaterials an die Matrizendurchmesser. Dazu wurde eine Häufigkeitsverteilung der in den letzten Jahren gefertigten Durchmesser aufgestellt. Daraus wurden dann die Sonderdurchmesser ermittelt, die trotz höherer Einkaufskosten auf Grund der Materialeinsparung einen Kostenvorteil ergeben.
  • Es wurde ein Versuchsprogramm aufgelegt, um das Aufmaß beim Zusägen zu vermindern. Durch eine präzisere Sägetechnik konnten hier deutliche Materialeinsparungen erzielt werden.
  • Weiterhin wurde vorgeschlagen, die Dicke des Abstechstahls zu vermindern, wodurch gerade bei kleinen Matrizen, die in hoher Stückzahl gefertigt werden, deutliche Einsparungen erzielt werden können.

Mit diesen Ansätzen konnten Materialeinsparungen von ca. 10 % bezogen auf den gesamten Stahlverbrauch des Unternehmens aufgezeigt werden. Da die Materialkosten bei dieser Art von Produkten einen hohen Anteil der gesamten Herstellungskosten ausmachen, ist mit den Materialeinsparungen auch auf Gesamtunternehmensebene ein hoher Kosteneinsparungseffekt verbunden.

Die aufgezeigten Maßnahmen sind weitgehend einfacher Natur und erfordern nur einen geringen investiven Aufwand, so dass die Refinanzierung des Invests sehr günstig, meist deutlich unter zwei Jahren, ist. Ein weiteres hohes Einsparpotenzial würde sich mit einer Optimierung der Konstruktion ergeben. Insbesondere, wenn Matrizen aus mehreren Teilen gefertigt würden. Hierzu bedarf es aber weiterer detaillierter Untersuchungen, die im Rahmen dieses Projektes nicht mehr angegangen wurden.

Dieses Projekt wurde von der demea gefördert.

Glossar

Sankey
Mit Sankey-Diagrammen lassen sich Stoff- und Energieströme visualisieren. Die Dicke der Verbindungslinien zwischen zwei Prozessen repräsentiert die Mengen oder den Energiefluss. Analog lassen sich Sankey-Diagramme auch auf "Geldströme" anwenden.



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