Zinc Extrusion Products - ZEP neu gedacht

Große Auszeichnung für Fachhochschule Südwestfalen + Konsortium

Bei der zehnten Würdigung rohstoffeffizienten Wirtschaftens zeichnete das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) mit dem Deutschen Rohstoffeffizienz-Preis (DREP) eigentlich ein altes Produkt aus. Zinkknetlegierungen wurden ursprünglich während des Zweiten Weltkriegs entwickelt, um den Mangel an Kupfer auszugleichen. In dem ausgezeichneten Forschungsprojekt des Labors für Massivumformung der Fachhochschule Südwestfalen, das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert wurde, geht es um die Anwendung von Zinkknetlegierungen, die nun einen hohen Anteil an Sekundäraluminium besitzen, sogenannten Zinc Extrusion Products, ZEP, bei Umformprozessen. Die neue leichte, bleifreie Knetlegierung des Zinkspezialisten Grillo-Werke AG kann als Ersatz für Messing und andere Kupferlegierungen beim Walzen, Pressen, Ziehen oder Schmieden eingesetzt werden. Die Entwicklung, mit der eine verbesserte Energieeffizienz und CO2-Bilanz erreicht werden kann, ist aufgrund ihrer Materialeigenschaften und der Beteiligung verschiedener Branchen innerhalb des Industriekonsortiums breit anwendbar. „In unserem Forschungsprojekt konnten wir erstmals die Prozessgestaltung zur Großserienfertigung mit der neuen Legierung zeigen“, berichtet Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Michael Marr. „Die Substitution von Messing durch Zinkknetlegierungen bietet große Potenziale in Bezug auf die Reduktion des CO2-Ausstoßes, die Kosteneinsparung und die Energieeinsparung. Ebenso entfallen Schwermetalle als Legierungsbestand Legierungsbestandteile.“ Das Forschungsprojekt und die Bewerbung wurden gemeinsam von der Fachhochschule Südwestfalen, vom Gesamtverband der Deutschen Buntmetallindustrie e. V., von der Möhling GmbH & Co. KG, der Müller Engineering GmbH & Co. KG, der Grillo-Werke AG, dem Metallpresswerk Hohenlimburg GmbH und der Carl Bechem GmbH durchgeführt.

BECHEM, das dieses innovative Projekt mit einem passenden Schmierstoffkonzept unterstützt hat, freut sich als Konsortiummitglied über die Ehrung und Auszeichnung. In der Anwendung performt ein Produkt der Beruform MFReihe (Kaltumformung) und eines der Beruforge Reihe (Warmumformung).

Die parlamentarische Staatssekretärin beim Bundesminister für Wirtschaft und Klimaschutz, Dr. Franziska Brantner, sagte bei der Auszeichnung: „Für Deutschlands Industrie sind eine sichere Rohstoffversorgung sowie ein intelligenter und nachhaltiger Umgang mit Rohstoffen von entscheidender Bedeutung, insbesondere in Krisenzeiten, in denen uns die globalen Abhängigkeiten vor Augen geführt werden. Der sparsame und effiziente Einsatz von Rohstoffen ist zudem ein entscheidender Baustein nachhaltiger Entwicklung und eine wichtige Säule des European Green Deals. Die diesjährigen Gewinner des Deutschen Rohstoffeffizienz-Preises stehen beispielhaft für innovative Leistungen auf diesem Gebiet.“

Prof. Dr. Michael Marré (6. v. l.) nahm gemeinsam mit dem Konsortium den Preis von Staatssekretärin Dr. Franziska Brantner (7. v. l.) in Berlin entgegen

ZEP neu gedacht – für Energieeinsparung und Nachhaltigkeit

Interview mit Prof. Dr.-Ing. Michael Marré, Labor für Massivumformung Fachhochschule Südwestfalen.

Was bedeutet die Auszeichnung für Sie?

Für uns ist und bleibt diese Auszeichnung eine große Ehre und Würdigung unserer innovativen und praxisbezogenen Lehr- und Forschungstätigkeit an der Fachhochschule Südwestfalenin Iserlohn.

Warum benötigen wir ein Ersatzmaterial für das altbewährte Messing?
In der EU werden jährlich 600.000 Tonnen Messing umformtechnisch verarbeitet. Messing besteht zu über 50 % aus Kupfer. Bei allen Messinglegierungen haben wir einen sehr hohen Schmelzpunkt Das bedeutet, dass wir bei der Materialbearbeitung eine sehr hohe Energiemenge eintragen, um diese hohe Schmelztemperatur zu erreichen, und dementsprechend viel CO2 erzeugen.

Zudem enthalten viele Messingwerkstoffe  in Zukunft verbotene Bleianteile. Aus diesem Grund wurden die sogenannten Zinc Extrusion Products, kurz ZEP genannt, auf Basis einer neuen Zinkknetlegierung entwickelt

Können die vielseitig einsetzbaren Messingwerkstoffe durch ZEP wirklich einfach ersetzt werden?

Mittels der Einflussgrößen und Legierungsbestandteile Aluminium, Kupfer und Magnesium sowie in geringeren Mengen auch noch weiterer Legierungsbestandteile können die Eigenschaften der Halbzeuge verändert werden. So erhalten wir beispielsweise bei deutlich geringerer Dichte und ververringerten Materialkosten eine um 15 % erhöhte elektrische Leitfähigkeit und eine bis um 20 % erhöhte Streckgrenze. Viele Einsatzfelder von Messing, wie die Elektrotechnik und die Sanitärtechnik, können mit Zinc Extrusion Products abgedeckt werden. Herausforderungen wird es natürlich immer bei einem Werkstoffwechsel geben.

Sie deuteten das Thema Energieeinsparung bereits an. Wie hoch sind Effekte für die Nachhaltigkeit?

Der Werkstoff bietet nicht nur Preisvorteile, sondern auch erhebliche Vorteile in Bezug auf Nachhaltigkeit. Durch die Einsparung von Kupfer und Energie sowie das reduzierte Gewicht des Werkstoffs können erhebliche Umweltvorteile erzielt werden. Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil ist, dass dieser Stoff vollständig recycelbar ist, ohne dass seine Materialeigenschaften verändert werden.

Schätzungen gehen davon aus, dass in Zukunft bis zu ein Fünftel des Marktvolumens von Messing durch diesen Werkstoff ersetzt werden könnte. Dies würde zu einer  jährlichen CO2-Ersparnis von 240.000 Tonnen führen. Zum Vergleich: Das entspricht der CO2-Emission des gesamten Straßenverkehrs einer deutschen Großstadt.

Prof. Dr.-Ing. Michael Marré
Labor für Massivumformung
Fachhochschule Südwestfalen