Mit weniger Aufwand mehr erreichen: so fördern Simulationen die Nachhaltigkeit
Morgan Vyvey
Mechanical Architect Engineer
Unser gesamtes Handeln bei Schréder ist auf Nachhaltigkeit ausgerichtet. Schon lange bevor der Begriff zum Modewort wurde, haben wir langlebige Produkte hergestellt und dabei auf unseren Ressourcenverbrauch geachtet: Gute öffentliche Beleuchtung kommt schon immer ohne Ressourcenverschwendung aus. In unseren Entwicklungsprozessen berücksichtigen wir alle Phasen der Kreislaufwirtschaft und unterstützen so unsere Kund*innen dabei, ihre Umweltziele zu erreichen. Wenn Sie mehr über unsere ESG-Strategie erfahren möchten, können Sie hier unseren Nachhaltigkeitsbericht 2023 herunterladen. Weitere Informationen über die Rohstoffe, die wir für die Herstellung unserer Leuchten verwenden, lesen Sie hier im Blog meiner Kollegin Marie-Laure Piedboeuf.
Ich möchte Ihnen erläutern, wie wir Nachhaltigkeitskriterien in unsere Entwicklungs- und Testprozesse integrieren. Bevor ich als Mechanical Architect Engineer bei Schréder tätig wurde, habe ich in der Luft- und Raumfahrtindustrie gearbeitet. Wir verwendeten dort digitale Zwillinge. Bei dieser mit KI verwandten Technologie wird ein virtuelles Modell des Produkts erstellt, anhand dessen simuliert wird, wie Neuentwicklungen bei Hitze, mechanischen Belastungen und Umwelteinflüssen standhalten. Solche Simulationen sind auch in der Beleuchtungsindustrie außerordentlich nützlich und können sowohl zur Nachhaltigkeit als auch zur Langlebigkeit beitragen.
Virtuelle Modelle, reale Vorteile
Bei der Entwicklung einer neuen Leuchte für Außenbeleuchtungslösungen aller Art – also für Straßen, städtische Bereiche, Sportstätten oder Tunnelanlagen – erstellen wir ein digitales Abbild von der Leuchte und von der Umgebung, in der sie eingesetzt werden soll. Hinter der Simulation steckt die Idee, statt des physischen Testprozesses eine digitale Testversion durchzuführen. Anstatt einen Prototyp herzustellen und an ihm physische Tests in einer kontrollierten Umgebung durchzuführen, erstellen wir 3D-Zeichnungen, die das Verhalten des Prototypen genau simulieren, sodass wir es analysieren und die Konstruktion optimieren können.
Am wichtigsten ist es sicherzustellen, dass die Leuchte problemlos und sicher funktioniert. Besteht sie die mechanischen und thermischen Prüfungen? Gleichzeitig bieten digitale Zwillinge auch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit viele Vorteile. Denn schon in der Entwicklungsphase achten wir darauf, weniger Ressourcen zu verbrauchen. Die Herstellung mehrerer physischer Modelle kostet Zeit, Geld und viel Material. Mit einem digitalen Zwilling kann man sich all dies sparen.
Sobald wir anschließend nachgewiesen haben, dass die Leuchte die Anforderungen an Sicherheit und Effizienz erfüllt, können wir sie im Hinblick auf die Nachhaltigkeit optimieren. Je weniger Kunststoff und Metall wir verwenden, desto geringer ist die Umweltbelastung in den einzelnen Phasen – von der Rohstoffgewinnung bis zur Wiederverwendung bzw. bis zum Recycling. Leuchten werden in großen Stückzahlen hergestellt, da zählt jedes Gramm. Wenn bei der Konstruktion nur wenige Gramm Material eingespart werden können, führt dies zu enormen Kostensenkungen und Nachhaltigkeitsgewinnen in der Serienfertigung.
Mein Team und ich erhalten die Pläne für die Bauteile, für deren Entwicklung Erfahrungswerte herangezogen wurden. Anhand dieser Näherungswerte können wir die Tests immer wieder durchführen, die Stärke der Bauteile anpassen, verschiedene Werkstoffe ausprobieren und herausfinden, welcher Werkstoff in puncto Nachhaltigkeit die beste Wahl ist. Dieses Verfahren wird etwa zehn Mal wiederholt. Hier wird Zusammenarbeit großgeschrieben: Wir kommentieren den Entwurf, schicken das Bauteil zurück an die Konstruktionsabteilung, die passt es an und wir testen es erneut. Nach etwa einem Monat ist die Konstruktion produktionsreif. Die ersten Muster werden gleich nach ihrer Fertigstellung getestet.
Klassische Produkte, neue Effizienz
Obwohl die Technologie schon etwas länger bekannt ist, arbeiten wir erst seit etwa vier Jahren mit digitalen Zwillingen. Zuvor wurden für die Materialstärke und die Abmessungen Erfahrungswerte der Ingenieure herangezogen, was oft zu tendenziell etwas überdimensionierten Konstruktionen führte. Neben der Entwicklung neuer Produkte optimieren wir auch bereits bestehende Produkte: In einigen Fällen lassen sich Verbesserungen relativ einfach realisieren, da die ursprüngliche Konstruktion deutlich zu massiv war.
Das eindrucksvollste Beispiel hierfür ist die AXIA 3 EVO, deren Gewicht wir halbieren konnten. Das bedeutet eine enorme Materialeinsparung, die ganz im Einklang mit den steht, und folglich auch eine Kostensenkung, die wir an unsere Kund*innen weitergeben können – zusätzlich zu den Strom- und Kosteneinsparungen, die sie durch die Modernisierung ihrer Beleuchtung erzielen. Dies führt zu einer erheblichen Materialeinsparung, die den UN-Zielen für nachhaltige Entwicklung entspricht. Außerdem ermöglicht es uns, die Kosten zu senken und diese Einsparungen an unsere Kund*innen weiterzugeben. Zusätzlich profitieren unsere Kund*innen von den Strom- und Kosteneinsparungen, die durch die Modernisierung ihrer Beleuchtung erzielt werden.
Es gibt in unserem Sortiment aber auch weniger spektakuläre, jedoch nicht weniger wichtige Einsparungen. Wir betrachten nicht nur die Leuchte als Ganzes, sondern auch deren Komponenten im Einzelnen. Auch in dieser Hinsicht verbessern wir die Nachhaltigkeit der Konstruktion. Immer mehr Kund*innen entscheiden sich für Nachrüstlösungen. Dabei werden bereits vorhandene Leuchten nicht entsorgt, sondern weiterhin genutzt und mit LED-Optiken nachgerüstet, um die Leuchten nachhaltiger betreiben zu können. Durch Materialreduktion und Gewichtsoptimierung erreichen die LED-Einheiten höhere Nachhaltigkeitsstandards.
Zuerst die Senkung der CO2-Emissionen, dann die Compliance
Unsere Produkte erfüllen strenge Vorgaben, von der Photometrie bis zu den thermischen Betriebsgrenzwerten. Die neue EU-Verordnung für die umweltgerechte, nachhaltige Produktgestaltung (ESPR) gilt zu Recht für Hersteller, die Produkte in Europa verkaufen. Die Aufsichtsbehörden prüfen oft Prototypen, die wir für Tests gebaut haben. Doch man möchte es gleich von Anfang an richtig machen – denn Compliance-Verfahren sind häufig kostspielig und zeitaufwendig. Wenn man also Probleme unter Verwendung einer virtuellen Version anstatt eines physischen Prototyps lösen kann, spart man Zeit und Geld.
Die öffentliche Beleuchtung ist vielleicht nicht gar so cool wie die Luftfahrt, doch jeder Hersteller muss an der Optimierung seiner Nachhaltigkeit arbeiten. Die von uns entwickelten virtuellen Modellierungstechniken haben zu einer erheblichen Senkung des Materialeinsatzes in der gesamten Produktpalette von Schréder geführt. Das bedeutet, dass wir nicht nur helle Leuchten herstellen, sondern auch weltweit unseren Beitrag zu einer besseren Zukunft leisten.
Über den Autor
Aus Neugier für technische Zusammenhänge studierte Morgan Vyvey Automobiltechnik, Arbeitswissenschaft und Maschinenbau, bevor er seine erste Stelle in der Luftfahrtindustrie antrat. Sieben Jahre lang spezialisierte er sich dort auf Strukturanalyse und mechanische Konstruktion. 2019 wechselte er als Mechanical Architect Engineer zu Schréder, wo er seine Fachkompetenz in den Bereichen Simulation und Optimierung von Konstruktionsprozessen zur Verbesserung der Effizienz und Rentabilität einbringt. Er leitet ein Expertenteam, das die Produktentwicklungsteams bei der mechanischen und thermischen Simulation unterstützt und sicherstellt, dass die Leuchten von Schréder die Anforderungen an Leistung, Langlebigkeit und Nachhaltigkeit erfüllen. Diese Kontrolle umfasst auch die 4-Sterne-Bewertung für das Circle Light Label.
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