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Konnektivität als Schlüssel zur Nachhaltigkeit

Produktentwicklung/Steckverbinder
Konnektivität als Schlüssel zur Nachhaltigkeit

Kann ein kleinerer und leichterer Steckverbinder einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten – das kann er definitiv, meinen Dr. Stephan Middelkamp, Zentralbereichsleiter Qualität und Technologien und Detlef Sieverdingbeck, Leiter Zentralbereich Communication and Branding bei der Harting Technologiegruppe, Espelkamp. Dabei zeigt sich: Nachhaltigkeit ist ein komplexes Thema – am Ende aber ein Wettbewerbsvorteil. Konnektivität ist dabei ein Schlüsselelement, weswegen Harting das Thema unter dem Stichwort Connectivity+ vorantreibt. Und auch Single Pair Ethernet (SPE) leistet seinen Beitrag – ein Adernpaar anstelle von vieren spart Gewicht und Kupfer, und die Anbindung der Feldebene wird viel durchgängiger.

Interview: Michael Corban, Chefredakteur KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Harting sieht sich als Vorreiter beim Klimaschutz – können Sie kurz beschreiben, wie Sie vorgehen und welche Schwerpunkte sie dabei setzen?

Dr. Stephan Middelkamp (Harting Technologiegruppe): Schon unser Seniorchef Dietmar Harting hat das Thema Klimaschutz im Unternehmen verankert – und fühlt sich ihm sowohl aus Sicht des Unternehmens als auch persönlich verpflichtet. Aus unternehmerischer Perspektive spielt dabei auch die Nachhaltigkeit im Sinne von Unabhängigkeit eine wichtige Rolle.

Detlef Sieverdingbeck (Harting Technologiegruppe): Ein schönes Beispiel ist, dass Herr Harting im Nachbarort eine Biogasanlage besitzt, von der wir fast 25 % unseres Energiebedarfs beziehen. Hinzu kommen soll nun auch ein Windpark, so dass wir zusammen mit zertifizierter deutscher Wasserkraft bezogen auf das eigene Unternehmen schon eine ganz gute Ökobilanz erreichen. Dieses Engagement in Deutschland – erwähnt sei das vor 3 Jahren eröffnete European Distribution Center (EDC) – dient auch den Produktionsstandorten im Ausland als positives Beispiel. Facility Management ist heute eben mehr, als nur für ein warmes und trockenes Gebäude zu sorgen. Mit 30 Jahren Erfahrung im Klimaschutz fällt das deutlich leichter.

Middelkamp: Ein ganz zentraler Punkt ist zudem über die energetische Betrachtung hinausgehend dann die ganzheitliche Betrachtung – über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Hier über die eingesetzten Ressourcen nachzudenken, führt automatisch auch zu den Konstruktionsprinzipien. Dann reden wir nicht mehr nur über CO2, sondern sämtliche Umweltindikatoren – bis hin zur Biodiversität.

Der Einfluss der Konstruktion auf die Nachhaltigkeit

KEM Konstruktion: Wann kommen die Konstrukteur*innen ins Spiel und welche Möglichkeiten haben sie?

Middelkamp: Das ist natürlich eine gewisse Herausforderung – langlebige Produkte von hoher Qualität sind aber ein probates Mittel. Das betrifft neben dem Produktdesign dann auch das Prozessdesign – viele Aspekte sind hier miteinander verknüpft. Bei beiden sind Umweltkriterien zu berücksichtigen und natürlich bedingt das Produktdesign ein Stück weit auch das Prozessdesign. Am Beispiel eines Elektroautos ist das leicht zu erklären. Hier sind bestimmte Anforderungen zu erfüllen. Der Käufer eines Elektroautos erwartet natürlich auch eine Klimatisierung des Innenraums – diese muss also realisiert werden, was zu Konflikten führen kann. Oder nehmen wir als Beispiel einen unserer Steckverbinder. Aus Sicht der Umwelt wäre möglicherweise ein biologisch abbaubares Material wünschenswert – aber damit lässt sich nicht die Langlebigkeit erreichen, die in vielen Anwendungsfällen gefragt ist. Muss ich deswegen dann den Steckverbinder häufiger erneuern, ist der ‚normale‘ Steckverbinder wieder die bessere Wahl.

Nachhaltigkeit – ein Thema mit vielen Facetten

KEM Konstruktion: Was nachhaltig ist oder nicht, ist also gar nicht so einfach zu definieren?

Middelkamp: Genau – und ein Stück weit orientieren wir uns dabei natürlich an der Ökodesign-Richtlinie des Umweltbundesamtes. Gerade für einen Steckverbinder spielen dabei die Aspekte Langlebigkeit und Robustheit eine wichtige Rolle. Zum Thema Nachhaltigkeit kommen dann aber neben der Umweltfreundlichkeit auch Themen wie die Abbaubedingungen der Rohstoffe oder ganz generell die Achtung der Menschenrechte. Beim Steckverbinder wird die Thematik komplex, weil beispielsweise Edelmetalle wie Gold verwendet werden. Es reicht dann nicht, das Material nur möglichst effizient einzusetzen, sondern es stellt sich generell die Frage, welche Materialien ich einsetze und ob möglicherweise Problemstoffe dabei sind. Nur eine frühzeitige Betrachtung dieser Aspekte stellt sicher, dass ich nachträglich keine Probleme bekomme.

Auch auf der regulatorischen Seite kann es zum Beispiel passieren, dass der Einsatz bestimmter Stoffe verboten wird – ein Beispiel ist Chrom VI. Das führt dann leider immer zu großen Programmen in der Industrie, um zu alternativen Materialien zu wechseln – was nicht selten zu einer Anpassung von Produktdesign und dann auch Produktionsprozessen führt. Je eher ich das sehe – und damit berücksichtigen kann –, desto geringer fallen auch die Kosten im Nachhinein aus.

Darüber hinaus stellt sich für die Konstruktion natürlich immer die Frage, wie sich ein Produkt möglichst energieeffizient produzieren lässt. Ist Kunststoff besser oder Aluminium oder wie viel Material wird benötigt – gerade dieser Punkt ist von großer Bedeutung. Je weniger Material einzuschmelzen ist, desto besser. Und je weniger Material im folgenden Einsatz über den Lebenszyklus hinweg bewegt werden muss, desto besser – auch das geht schließlich in die CO2-Bilanz ein und beeinflusst damit den CO2-Footprint.

Praxisbeispiele Steckverbinder und SPE

KEM Konstruktion: Können Sie exemplarisch ein Beispiel für eine Anwendung nennen, bei der das eine Rolle spielt?

Middelkamp: Nehmen wir die Bahntechnik. Rund um die Schienenfahrzeuge finden sich zahlreiche Steckverbinder, die den hohen Anforderungen im Schienenverkehr genügen müssen und für die das Gewicht – über den Lebenszyklus betrachtet – eine wesentliche Rolle spielt. Mit jedem Kilogramm weniger Gewicht wird nicht nur in der Produktion die Umweltbelastung gesenkt, sondern vor allem über den Einsatz hinweg Energie gespart. Die Frage der Materialeffizienz ist dabei eng mit den erforderlichen Sicherheitsreserven verknüpft – auch das wieder eine Aufgabe für die Konstruktion. Zumal dabei der Systemgedanke greift: Wie schaffe ich es, nicht nur ein lokales Optimum zu erreichen, sondern ein globales? Genügen etwa kleinere Kabelquerschnitte, kann auch der Steckverbinder kleiner ausfallen. Mit unseren neuen Steckverbindern für den Bahnbereich können wir auf diese Weise mehrere Kilogramm Gewicht einsparen.

Ein weiteres gutes Beispiel ist übrigens im Bereich der Automatisierung auch die Entwicklung von Single Pair Ethernet (SPE). Die Reduzierung von 4 Adernpaaren auf nur noch eines senkt den Ressourcenverbrauch und das Gewicht gleichermaßen. Und gerade bei Kabeln reden wir ja über durchaus kritische Ressourcen wie Kupfer – da macht sich die Reduzierung der Adernzahl deutlich bemerkbar. Auch unsere Kunden können das zu ihrem Vorteil nutzen und ihr eigenes Design optimieren.

Ökologie und Ökonomie gehen langfristig Hand in Hand

KEM Konstruktion: Sehen Sie denn aufgrund der Vielzahl der Aspekte, die unter einen Hut zu bringen sind, Widersprüche, die sich nicht auflösen lassen?

Middelkamp: Am Ende passt das schon zusammen, auch wenn es kurzfristig natürlich Widersprüche zwischen ökologischen Aspekten und Wirtschaftlichkeit geben kann. Schon mittelfristig lösen sich diese aber auf – etwa dann, wenn ich durch die vorausschauende Materialwahl teure Änderungsläufe vermeiden kann, weil etwa der Einsatz eines bestimmten Materials verboten wird. Nicht unterschätzen sollte man in diesem Zusammenhang auch das Auflösen von Abhängigkeiten – das ist sowohl im Energie- als auch Ressourcenbereich gleichermaßen wichtig für uns. Ehrlicherweise muss man aber auch sagen, dass Unternehmen allein nicht alle Probleme lösen können. Gerade die Diskussion über Abbaubedingungen kann am Ende nur zusammen mit der Politik geführt und positiv beeinflusst werden. Das Lieferkettengesetz halte ich vor diesem Hintergrund durchaus für gelungen, da es die Unternehmen in die Pflicht nimmt. Gleichzeitig muss dies aber über politische Rahmenbedingungen begleitet werden, damit man auch Möglichkeiten der Kontrolle hat, gerade wenn wir über die zweite oder dritte Stufe der Lieferkette sprechen. Hier haben die Unternehmen meist kaum mehr eine Einflussmöglichkeit.

Produkt- und Produktionsentwicklung im Team

KEM Konstruktion: Erkennbar ist also das Zusammenspiel von Produkt- und Prozessdesign – oder Produktionsdesign – ein sehr wesentlicher Schritt auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit. Wie fördert Harting dieses Zusammenspiel?

Middelkamp: Wir bilden von vornherein für jedes neue Produkt ein interdisziplinäres Projektteam – in dem sowohl Produkt- als auch Prozess-Entwickler von Anfang an zusammenarbeiten. Wir reden dabei über feste Teams, die für bestimmte Produktgruppen zuständig sind und die dann auch räumlich zusammengezogen werden. Produkt- und Prozess-Entwicklung gehören definitiv zusammen. Über den Lebenszyklus eines Produktes hinweg tragen dabei zunächst die Produktentwickler die Verantwortung, nach dem Produktionsstart dann die Prozessentwickler. Diese können sich aber auch in dieser Phase Unterstützung von den Produktspezialisten holen – etwa dann, wenn Prozessänderungen eine Änderung des Produktdesigns erfordern.

Connectivity+ als Antwort auf gesellschaftliche Megatrends

Sieverdingbeck: Diese Gedanken spiegeln sich zudem in der Unternehmensstrategie. Für Harting ist die zuverlässige Konnektivität eine Selbstverständlichkeit. Aber es reicht nicht, einfach nur gute Steckverbinder herzustellen – wir sprechen deshalb von Connectivity+. Kerngedanke dahinter ist, dass auch wir Antworten geben wollen auf die großen gesellschaftlichen Megatrends – das sind Nachhaltigkeit inklusive Dekarbonisierung, demographischer Wandel und (De-)Globalisierung. Wie geschildert lassen sich diese Antworten nur geben, wenn man bis auf die Produktebene hinuntergeht und dort den Ressourcenverbrauch reduziert. Das ist letztlich der zentrale Trigger für unsere Produktentwicklung. Gefragt ist dabei vor allem auch eine Anpassung des Mindsets.

KEM Konstruktion: Wollen Sie das näher erläutern?

Sieverdingbeck: Speziell der deutsche Ingenieur liebt der Sicherheit zuliebe das Overengineering. Entscheidend ist nun die Erkenntnis, dass dies bezüglich der Nachhaltigkeit beziehungsweise dem Umgang mit Ressourcen mit Nachteilen verbunden ist. Ökologisch sinnvoll zu agieren und gleichzeitig aber alle Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen, dass ist die Kunst. Deswegen wird Connectivity+ auch bewusst vom Vorstand als zentrales Thema sowohl nach innen in das Unternehmen als auch nach außen in den Markt gesetzt. Unser Vorstand ‚Neue Technologien und Entwicklung‘, Dr.-Ing. Kurt D. Bettenhausen, will mit der Technologiegruppe Antworten zu den drei genannten globalen gesellschaftlichen Megatrends geben. Diese sind eng verzahnt mit den technologischen Megatrends Autonomie, Digitaler Zwilling und Modularisierung – was einhergeht mit neuen, umfassenden Anforderungen an die Konnektivität. Unter dem Begriff Connectivity+ verstehen wir deswegen konkret zukunftsweisende Themen wie die Gleichstromversorgung in der Industrie, Elektromobilität und neue industrielle Ecosysteme wie Single Pair Ethernet (SPE). Damit wollen wir eine leistungsfähige Infrastruktur für die Digitalisierung der Industrie richtungsweisend mitgestalten. Wir müssen dies alles ganzheitlich betrachten und das Systemverständnis aufbringen – Konnektivität wird dazu integrierter, intelligenter, leistungsfähiger und nachhaltiger.

Ein ganz praktisches Beispiel mit Blick auf den demographischen Wandel bietet übrigens wieder der bereits erwähnte neue Steckverbinder für die Bahntechnik. Das sind ja keine kleinen Steckverbinder, sondern die sind teilweise bis zu 25 kg schwer. Das heißt, dass das Personal speziell bei extremen Temperaturen besonders gefordert ist, das ist Schwerstarbeit. Aber wer kann solche Aufgaben schon bis ins hohe Alter übernehmen? Umso wichtiger sind Themen wie Gewichtsreduktion sowie leichte Handhabung.

Middelkamp: Das zeigt einmal mehr, dass wir weg wollen von der lokalen Optimierung hin zu einer Betrachtung über den gesamten Lebenszyklus des Produktes inklusive der jeweiligen Anwendung hinweg. Das lässt sich nur über Kollaboration erreichen – und Umweltfreundlichkeit kann man nur auf diesem Weg erreichen, Hand in Hand.

Die Rolle des IoT bezüglich der Nachhaltigkeit

KEM Konstruktion: Welche Rolle spielt denn bei der Betrachtung über den Lebenszyklus hinweg das Internet of Things (IoT) – gewinne ich hier die Daten, mit denen ich Produkt und Prozesse anpassen und optimieren kann? Und welche Rolle spielt in diesem Zusammenhang der digitale Zwilling?

Middelkamp: Gedanklich ist man hier sehr weit – aber viele der Projekte sind noch Leuchtturm-Projekte. Wenn man das ganzheitlich betrachtet, ist wichtig, zu differenzieren. Bezüglich des digitalen Zwillings in der Fertigung können wir bereits über mess- und nachweisbare Erfolge sprechen, das klappt bereits wirklich gut. Pro Maschine lassen sich die Daten im jeweiligen Dashboard abrufen und nach oben verdichten, so dass sich einfach eine effiziente Fertigung erreichen lässt. Die in Industrie-4.0-Konzepten beschriebene Selbstoptimierung ist allerdings noch eine Herausforderung. Dafür müssen ja die vielen Regelkreise noch viel besser verstanden werden.

Sieverdingbeck: Eine Grundvoraussetzung für die ganzheitliche Betrachtung ist an dieser Stelle das Data Mining – nur so erhält man die Transparenz um zu erkennen, welche Stellschrauben zu bedienen sind. Genau für diese Aufgabenstellung hat Harting aktuell auch zwei weitere Spezialisten eingestellt, damit wir diese Transparenz erhalten. Das wird auch das Umwelt- und Nachhaltigkeitscontrolling weiter verbessern, wo wir dann explizit auch auf diese Daten schauen werden.

Middelkamp: Das Fernziel ist dann, den digitalen Zwilling auch in die Wertschöpfungskette unserer Kunden zu integrieren. Hier liegt aber noch einiges an Wegstrecke vor uns, insbesondere würde eine stärkere Standardisierung helfen. So oder so wird die konkrete Anwendung dabei eine zentrale Rolle spielen.

Industrie 4.0 und der digitale Zwilling

KEM Konstruktion: Stecken in Industrie-4.0-Ansätzen wie dem digitalen Typenschild oder etwas abstrakter der Verwaltungsschale (Asset Administration Shell – kurz AAS) bereits die Werkzeuge, um am Ende auch übergreifend die Nachhaltigkeit adressieren zu können?

Middelkamp: Genau – denn wir beginnen mit dem digitalen Zwilling ja in der Designphase, hinterlegen Simulationsmodelle – die wir den Kunden auch zur Verfügung stellen können – und reichern immer mehr Daten an, bis hin zur Produktion und vor allem dann im Betrieb.

Speziell die Kombination von Typenschild und Verwaltungsschale spielt übrigens auch eine wichtige Rolle bei der Kreislaufwirtschaft. Dazu gehört am Ende des Lebenszyklus ja auch das Trennen der Materialien – gerade in der Elektronikindustrie ein wichtiges Thema. Entscheidend ist deshalb, Informationen zu den Inhaltsstoffen zu bekommen – ich kann nicht trennen, wenn ich nicht weiß, was drin ist. Mehr Information, mehr Transparenz kann hier helfen. Idealerweise konstruiere ich aus diesem Blickwinkel auch den Steckverbinder so, dass er manuell rückbaubar ist. Auch die Ökologie kann und wird in den nächsten Jahren ein Wettbewerbsvorteil sein.

Sieverdingbeck: Das ist übrigens eine Chance für die deutsche Industrie – nicht nur Harting – sich auf dem Weltmarkt eine Position zu erarbeiten, die die Wettbewerbsfähigkeit über Jahre sichert.

www.harting.com

Weitere Infos zur Initiative Connectivity+:
hier.pro/i9VzD



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