Das Ziel der Arbeit ist es, den Konstrukteur auf einige Möglichkeiten aufmerksam zu machen, wie er Konstruktionen im Bereich des Maschinenbaus nachhaltiger auslegen kann. Dazu werden Richtlinien erarbeitet, welche verschiedenste Konstruktionsszenarien und Aspekte abdecken.
Konkret umgesetzt werden eine Auswahl der Richtlinien in einem Projekt, indem eine kreislauffähige Waschmaschine geplant, konzipiert und anhand von CAD Software entworfen und veranschaulicht wird. Es werden zukunftsfähige Thesen formuliert und untersucht. Dabei geht es nicht nur um den Konstruktionsprozess an sich, sondern auch um die potenzielle Umstellung der Linearwirtschaft auf eine Kreislaufwirtschaft, um die Erarbeitung eines einheitlichen Siegels, digitale und mechanische Signaturen und um die zukünftige Nutzung der Waschmaschine. Somit wird über den Konstruktionsprozess hinaus ein umfassendes Bild einer fortschrittlichen Konstruktion vorgeschlagen und gezeigt.
Die Arbeit richtet sich an alle angehenden Konstrukteure im Bereich des Haushaltsmaschinenbaus, an Unternehmer und Angestellte aus dem Nachhaltigkeitsbereich und an den interessierten Laien. Durch die allgemeine Formulierung der ersten beiden Kapitel ist sie durchaus auch relevant für Maschinenbauer aller Art im europäischen, teilweise amerikanischen und chinesischen Raum.
Inhaltsverzeichnis
- Abstract
- Abkürzungsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- 0. Einleitung
- 0.1. Persönlicher Hintergrund
- 0.2. Gesellschaftliche Relevanz
- 1. Allgemeine Herausforderungen für Unternehmen in naher Zukunft und Lösungsansätze mithilfe des KLW-Modells
- 1.1. Prioritäten-Modell
- 1.1.1. Nachhaltigkeit („N")
- 1.1.2. Soziales/Gesellschaftliches Arrangement („S“)
- 1.1.3. Wirtschaftlichkeit des Unternehmens („W“)
- 1.1.4. Wechselwirkungen „NSW"
- 1.2. Hinführung zur KLW
- 1.3. Definition der KLW
- 1.4. Wirtschaftswachstum in einer KLW
- 1.1. Prioritäten-Modell
- 2. Optimierung der künftigen KLW und der anstehende Wandel in der Konstruktionstechnik
- 2.1. Optimierung der künftigen KLW (Exkurs)
- 2.1.1. Künstliche Intelligenz (KI)
- 2.1.2. Regularien/Richtlinien/Gesetze für eine KLW
- 2.1.3. Rohstoff-Aufbereitungs-Zentren (RAZ)
- 2.1.4. Indizes, Standards und Siegel
- 2.1.4.1. Reparaturindex aus Frankreich
- 2.1.4.2. „Cradle to Cradle Certified"-Nachhaltigkeitsstandard
- 2.1.4.3. Sonstige Indizes, Standards und Siegel
- 2.1.4.4. Eigenentwicklung eines Siegels
- 2.1.5. Bauteilkennzeichnung anhand digitaler und analoger Signaturen
- 2.1.5.1. Möglichkeit 1 – Druckverfahren
- 2.1.5.2. Möglichkeit 2 – Passive RFID Transponder
- 2.1.5.3. Möglichkeit 3 - Differenzierung durch Materialabtrag
- 2.1.5.4. Möglichkeit 4 Differenzierung durch chemische Markierungen
- 2.1.5.5. Entscheidungen und Einflussnahme des Konstrukteurs
- 2.1.5.6. Ausblick: Passive RFID Transponder im Supermarkt
- 2.2. Anstehender Wandel in der Konstruktionstechnik
- 2.2.1. Verwendung von Verbundwerkstoffen
- 2.2.2. Lebensdauer des Endproduktes
- 2.2.3. Allgemeine Komplexität der Konstruktion
- 2.2.3.1. Aktueller Stand
- 2.2.3.2. Fazit
- 2.2.4. Regionale Beschaffungsmärkte
- 2.2.5. Standardisierung
- 2.2.6. Modularität
- 2.2.7. Demontagegerechte Konstruktion
- 2.2.8. Prüf- und Sortiergerechte Konstruktion
- 2.2.9. Reinigungsgerechte Konstruktion
- 2.2.10. Zugänglichkeit
- 2.2.11. Korrosionsschutz
- 2.2.12. Beachtung von Missbrauchslastfällen
- 2.2.13. Verschleißlenkung auf niederwertige Bauteile
- 2.2.14. Einstoffprodukt
- 2.2.15. Verwendung von kreislauffähigen Werkstoffen
- 2.2.15.1. Kreislauffähige Metalle
- 2.2.15.2. Kreislauffähige Kunststoffe
- 2.2.15.3. Weitere kreislauffähige Materialien
- 2.2.16. Bauteilkennzeichnung
- 2.2.17. Werkstoffminimierung
- 2.2.18. Richtlinien
- 2.1. Optimierung der künftigen KLW (Exkurs)
- 3. KLW im Haushaltsmaschinenbau und das eigene Projekt „Konstruktives Konzept einer kreislauffähigen Waschmaschine“
- 3.1. Herstelleranalysen und das „Mieten statt Kaufen“-Konzept
- 3.1.1. Miele: Allgemeine Analyse
- 3.1.2. Miele: Das „Pay per Use"-Modell
- 3.1.3. Bosch: „BlueMovement“ und „WeWash"
- 3.1.3.1. Fazit
- 3.1.4. Klassisches Leasing-Modell
- 3.1.5. Gemeinschaftsnutzung von Waschmaschinen
- 3.1.6. Waschzentren
- 3.2. Probleme und Gründe für vorzeitige Komponentenausfälle heutiger, herkömmlicher Maschinen
- 3.3. Eigenes Projekt „Konstruktives Konzept einer kreislauffähigen Waschmaschine"
- 3.3.1. User Story
- 3.3.2. Weitere konstruktionstechnische Konzepte und Varianten der WM
- 3.3.3. Bedieneinheit
- 3.3.4. Technische Sicherheitseinrichtung
- 3.3.5. Gehäusedesign und CAD Modell
- 3.3.6. Komponentenverwendung
- 3.3.6.1. Wahl der Ablaufpumpe
- 3.3.6.2. Wahl des Heizelements
- 3.3.6.3. Wahl des Antriebmotors
- 3.3.6.4. Wahl der Stoßdämpfer
- 3.3.7. Nachhaltige Schalldämpfung
- 3.3.8. Übernommene Vorzüge von Gewerbewaschmaschinen
- 3.3.9. Konstruktion der Wannenaufhängung und Antriebseinheit
- 3.3.10. Konstruktion der Wanne mit Trommel
- 3.3.11. Konstruktion der Hauptplatine und elektrischen Anlage
- 3.3.12. Kreislauffähige Verbindungen, Halter und Klemmen
- 3.4. Schlusswort
- 3.1. Herstelleranalysen und das „Mieten statt Kaufen“-Konzept
- Literaturverzeichnis
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, Konstrukteure im Maschinenbau auf Wege zu einer nachhaltigeren Gestaltung von Produkten aufmerksam zu machen. Dies geschieht durch die Erarbeitung von Richtlinien, die verschiedene Konstruktionsszenarien und Aspekte abdecken. Die Forschungsfrage konzentriert sich darauf, wie eine kreislauffähige Waschmaschine geplant, konzipiert und anhand von CAD-Software entworfen werden kann, um eine Umstellung von der Linear- zur Kreislaufwirtschaft zu fördern.
- Entwicklung von Richtlinien für nachhaltige Konstruktion im Maschinenbau.
- Planung und Konzeption einer kreislauffähigen Haushaltswaschmaschine mittels CAD.
- Untersuchung der Umstellung von Linear- auf Kreislaufwirtschaft.
- Erarbeitung eines einheitlichen Siegels und digitaler/mechanischer Signaturen für Produkte.
- Analyse der zukünftigen Nutzungskonzepte für Waschmaschinen.
- Betrachtung von zukunftsfähigen Thesen im Kontext der Kreislaufwirtschaft.
Auszug aus dem Buch
Verwendung von Verbundwerkstoffen
Aktueller Stand: Es findet momentan eine intensive Verwendung von Verbundmaterialien statt. Ein Verbundwerkstoff ist ein Werkstoff, der per Definition aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien besteht, die so miteinander verbunden sind, dass sie auf makroskopischer Ebene unterscheidbar bleiben, aber auf mikroskopischer Ebene ineinander übergehen (vgl. Haka 2022: 56ff). Dies hat mehrere Gründe. In erster Linie kann man es der der Kostenrechnung zuschreiben, sodass die günstigste Lösung meistens als die beste Lösung deklariert wird („W"). Zweitens haben Verbundwerkstoffe ihre Daseinsberechtigung und entscheidende Vorteile in Form von Materialeigenschaften, welche aus dem modernen MB nicht mehr wegzudenken sind. Dennoch besteht das Problem der unwirtschaftlichen Recyclingfähigkeit vieler Produkte aus Verbundstoffen, weshalb die Handhabung in Zukunft in den meisten Anwendungsgebieten überdacht werden sollte. So ist die Trennung im Recyclingprozess zweier vereinigter Werkstoffe entweder wirtschaftlich, ein Nullsummenspiel, meist jedoch äußerst komplex, nahezu unmöglich und oder so teuer, dass es wirtschaftlich unsinnig ist.
Mögliche Entwicklung: Um nun im Sinne der KLW zu denken, zu welcher die Kreislauf-schließung einer Linearwirtschaft gehört, sind in Zukunft folgende Szenarien denkbar:
- Es werden Verbundmaterialien genutzt, welche sich entweder wirtschaftlich recyceln lassen, also der Nutzen einer zweiten Verwendung höher ist als die Kosten, oder es wird lediglich ein geringer Verlust gemacht, welcher wiederum entweder durch staatliche oder europäische Förderungen gedeckt wird, oder es sich durch das Prioritäten-Modell (1.1.) begründen lässt, wonach „N“ vorrangig zu „W“ betrachtet wird.
- Es wird auf Verbundmaterialien teilweise oder komplett verzichtet, welche sich nicht wirtschaftlich recyclen lassen, oder es wird prinzipiell auf Verbundwerkstoffe verzichtet und durch Monomaterialien ersetzt.
Höchstwahrscheinlich wird man in Zukunft, trotz der Schwierigkeit des Recyclings, aufgrund der entscheidenden Vorteile, auf Verbundwerkstoffe, zumindest zu einem gewissen Prozentsatz setzen. Die verschiedenen Aufbereitungstechniken für Rohstoffe im RAZ werden stetig weiterentwickelt, und so ist bei vielen Werkstoffen, bei denen es heute noch als unmöglich scheint, ein zweites Leben denkbar.
Zusammenfassung der Kapitel
0. Einleitung: Dieses Kapitel gibt einen persönlichen Hintergrund des Autors zur Thematik und beleuchtet die gesellschaftliche Relevanz der Umstellung von einer linearen zu einer Kreislaufwirtschaft.
1. Allgemeine Herausforderungen für Unternehmen in naher Zukunft und Lösungsansätze mithilfe des KLW-Modells: Hier wird das Prioritäten-Modell (Nachhaltigkeit, Soziales Arrangement, Wirtschaftlichkeit) vorgestellt und die Einführung sowie Definition der Kreislaufwirtschaft im Kontext des Wirtschaftswachstums erörtert.
2. Optimierung der künftigen KLW und der anstehende Wandel in der Konstruktionstechnik: Dieses Kapitel diskutiert Optimierungsmöglichkeiten für die Kreislaufwirtschaft durch KI, Regularien, Rohstoff-Aufbereitungs-Zentren und Bauteilkennzeichnung sowie notwendige Veränderungen in der Konstruktionstechnik für mehr Nachhaltigkeit.
3. KLW im Haushaltsmaschinenbau und das eigene Projekt „Konstruktives Konzept einer kreislauffähigen Waschmaschine“: Es werden Herstelleranalysen von "Mieten statt Kaufen"-Konzepten (Miele, Bosch) durchgeführt, typische Probleme herkömmlicher Waschmaschinen identifiziert und ein eigenes konstruktives Konzept für eine kreislauffähige Waschmaschine vorgestellt und detailliert ausgearbeitet.
Schlüsselwörter
Kreislaufwirtschaft (KLW), Konstruktionstechnik, Haushaltswaschmaschinenbau, Nachhaltigkeit, Prioritäten-Modell, Demontagegerechtigkeit, Reparierbarkeit, Werkstoffminimierung, Standardisierung, Modularität, Verbundwerkstoffe, Bauteilkennzeichnung, Rohstoff-Aufbereitungs-Zentren (RAZ), Lebensdauer, Smart Home, Recycling, Technisches Design.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Richtlinien für eine kreislaufwirtschaftliche Konstruktionstechnik, insbesondere im Bereich des Haushaltswaschmaschinenbaus, um eine nachhaltigere Gestaltung und Nutzung von Produkten zu ermöglichen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themenfelder sind die Umstellung von Linear- auf Kreislaufwirtschaft, die Erarbeitung von Konstruktionsrichtlinien, die Entwicklung eines einheitlichen Siegels und digitaler/mechanischer Signaturen sowie zukünftige Nutzungsmodelle für Waschmaschinen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist es, Konstrukteuren Wege aufzuzeigen, wie sie Produkte nachhaltiger gestalten können, und dies anhand des konkreten Beispiels einer kreislauffähigen Waschmaschine zu veranschaulichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit kombiniert die Erarbeitung theoretischer Richtlinien mit deren praktischer Umsetzung und Veranschaulichung in einem konkreten Konstruktionsprojekt mittels CAD-Software, basierend auf Literaturanalyse und Thesenformulierung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Optimierung der künftigen Kreislaufwirtschaft, den anstehenden Wandel in der Konstruktionstechnik, Herstelleranalysen zu "Mieten statt Kaufen"-Konzepten und die detaillierte Vorstellung eines eigenen konstruktiven Konzepts für eine kreislauffähige Waschmaschine.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Schlüsselwörter wie Kreislaufwirtschaft, Konstruktionstechnik, Nachhaltigkeit, Demontagegerechtigkeit, Reparierbarkeit, Standardisierung, Werkstoffminimierung und Bauteilkennzeichnung charakterisiert.
Welche Rolle spielen Verbundwerkstoffe in der zukünftigen Kreislaufwirtschaft laut der Arbeit?
Verbundwerkstoffe stellen aufgrund ihrer unwirtschaftlichen Recyclingfähigkeit ein Problem dar. Die Arbeit schlägt vor, ihren Einsatz zu überdenken und entweder auf wirtschaftlich recycelbare Materialien zu setzen oder prinzipiell auf Monomaterialien zu wechseln, wobei die Forschung an Aufbereitungstechniken im RAZ jedoch Hoffnung auf ein zweites Leben vieler Werkstoffe lässt.
Wie wird die Bauteilkennzeichnung für die Kreislaufwirtschaft in dieser Arbeit konzipiert?
Die Arbeit schlägt vor, sämtliche Bauteile durch einen digitalen „Produktpass“ zu kennzeichnen, der Herkunft, Verwendung, Materialzusammensetzung und Alter speichert. Verschiedene Möglichkeiten wie Druckverfahren, passive RFID-Transponder, Materialabtrag oder chemische Markierungen werden untersucht, um eine effiziente Sortierung und Wiederverwertung im Rohstoff-Aufbereitungs-Zentrum (RAZ) zu gewährleisten.
- Citation du texte
- Tobias Nimmerrichter (Auteur), 2024, Richtlinien für eine kreislaufwirtschaftliche Konstruktionstechnik im Haushaltswaschmaschinenbau, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1582584
