Unternehmen Der steinige Weg zum Wunderwerkstoff

Steigende Preise zwingen deutsche Unternehmen, nach Ersatz für teure Rohstoffe zu forschen. Doch das dauert - und Widerstand findet sich sogar innerhalb des eigenen Betriebs.

Jan Mach ist der Typ Plan B: immer noch ein Ass im anderen Ärmel. So gerät Mach auch nicht in Panik, wenn er morgens den Computer hochfährt und an kletternden Kurven und wachsenden Balken sieht, dass die Rohstoffpreise mal wieder massiv anziehen. Kupfer auf Rekordniveau, Messing hinterher, selbst Nickel und Zink teuer wie nie. All diese Rohstoffe braucht Machs Firma Schotte Automotive. Jedes Jahr entwirft der Mittelständler aus Hattingen am Südrand des Ruhr­gebiets für seine Kunden mehrere Hundert neue Typen verschiedenster Verbindungselemente.

Geschäftsführer Mach bleibt entspannt. Er ist ja vorbereitet. Er bietet nicht nur Material A an, sondern denkt gleich Material B mit. Um im Ernstfall seinen Kunden immer Alternativen anbieten zu können.

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Etwa als die Messingpreise anzogen und ein Kunde eine günstigere Lösung für ­eine Messinghülse wollte. Die Ingenieure und Techniker bei Schotte tüftelten und testeten, schlugen dann dem Kunden drei Optionen aus Stahl mit Rostschutz vor. Die Variante, für die sich der Kunde entschied, ist nicht nur billiger als die Messinghülse, sondern auch stabiler.

Ganz schön aufwendig. Aber der Nutzen sei so groß wie der Aufwand, sagt Mach. Was er anbiete, habe kein Wettbewerber drauf. Außerdem fange sein Team nicht ständig bei null an. Wie bei einem Baukastensystem setzen Schotte-Mitarbeiter aus bereits getesteten Lösungen maßgeschneiderte Alternativen zusammen oder entwickeln sie weiter. Kunden sind von diesem Einsatz oft irritiert. Schließlich liefert Schotte keine Hightech-Komponenten, sondern Federn, Dreh-, Fräs- und Stanzteile.

Fast allen Industriebetrieben machen Rohstoffpreise zu schaffen

Dass hier auch Innovationen möglich sind, sei Konzernen schwer zu vermitteln. „Man muss oft fünfmal gegen die gleiche Tür rennen.“ Aber das Anrennen schade nicht, findet Mach. ­Fragen wie „Ist es nötig, dieses Material weiter zu ­benutzen? Geht es nicht auch anders?“ seien für den Kunden vielleicht unbequem. Aber wenn’s doch besser geht, warum nicht besser machen? Häufiger als früher kommt Machs ­Angebot jedoch gut an. Schließlich wissen auch seine Kunden um die steigenden Rohstoff­preise – und freuen sich, falls ihnen Zulieferer das ­Forschen und Ausprobieren abnehmen.

Machs Strategie ist daher goldrichtig, meint Raimund Bleischwitz, Ressourcenexperte beim Wuppertal Institut: „Zulieferer haben die Möglichkeit, die Entwicklungen auf den Rohstoffmärkten zu verfolgen und sich frühzeitig auf ­Risiken einzustellen.“ Endkunden seien damit oft überfordert.

Dabei ist denen die Problematik bewusst. Fast allen Industriebetrieben machen die Rohstoffpreise zu schaffen, besagt eine Umfrage des Deutschen Industrie- und Handelskammertags (DIHK). 70 Prozent der Unternehmen wollen ­Materialien effizienter nutzen, jedes zweite seine Forschungsanstrengungen verschärfen.

Das sei zwar die richtige Reaktion, sagt der Fraun­hofer-Experte Gerhard Sextl, fruchte aber nicht von heute auf morgen. Monate, häufig Jahre dauert es, bis eine Alternative marktreif ist. Das haben auch die fast 40 Prozent der ­Industriebetriebe, die laut DIHK-Umfrage jetzt nach Alternativen für bisher eingesetzte Rohstoffe suchen, zu beherzigen.

Es geht darum, einen Plan B zu entwerfen. Und das fällt schwer. Ein Dominoeffekt: Es beginnt mit dem Nachdenken über Material, dann wird Steinchen an Steinchen gelegt, und am Ende gibt es ein ­neues Produkt. Das anders aussieht und andere ­Eigenschaften hat. Nicht nur andere: möglichst auch bessere.

Wenn das mit dem Austauschen so einfach wäre …
Neues Material = neuer Prozess = neues Endergebnis. Wer diese Gleichung verinnerlicht, verabschiedet sich von der Hoffnung, einfach einen teuren Rohstoff durch den billigeren zu ersetzen. So simpel ist es leider nicht.
Rohstoffe treiben Innovationen an
Zwei Drittel aller technischen Innovationen werden nur möglich, wenn die passenden Materialien existieren – daher ist die deutsche Werkstoffforschung ein Technologietreiber. Sagt das Bundesforschungsministerium. Einige der benötigten Rohstoffe sind weltweit nachgefragt und werden entsprechend teuer. Fraunhofer-Forscher haben eine Liste der Rohstoffe erstellt, an denen der Bedarf am stärksten wächst („Rohstoffe für Zukunftstechnologien“, Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung).
Von wegen eins zu eins
Materialien können nicht einfach durch andere ersetzt werden. Zu unterschiedlich sind die physikalisch-chemischen Eigenschaften. Es müssen Eigenschaften, Prozesse und sogar Technologien abgeglichen werden. Das ist aufwendig und teuer.
Unverzichtbar
Einige Rohstoffe lassen sich durch nichts ersetzen, zum Beispiel Chrom in rostfreien Stählen, Kobalt in verschleißfesten Legierungen, Silber in gedruckten RFID-Labeln, Neodym in starken Permanentmagneten, Germanium in Linsen der Infrarotoptik.
Die große Hoffnung Kunststoff
Kunststoff kann in verschiedenen Anwendungen beispielsweise Stahl, Messing oder Aluminium ersetzen. Das senkt oft sogar den Preis.
Gallium, Neodym und die anderen
Laut Fraunhofer-Prognose steigt bis 2030 vor allem der Bedarf an Gallium, Neodym und Indium, gefolgt von Germanium und Scandium. Gallium wird für Solarzellen und Leuchtdioden benötigt, wo es teilweise durch Aluminium ersetzt werden kann. Es gibt erste Ansätze, auf Neodym in Magneten und bei der Lasertechnik zu verzichten. Indium wiederum ist für Displays von Handys und Smartphones wichtig. Hilfe soll die Nanotechnologie bringen – möglichst bald. Das in Glasfaserkabeln und bei optischen Technologien eingesetzte Germanium scheint derzeit ebenso wenig ersetzt ­werden zu können wie Scandium in Brennstoffzellen.

Der Umstieg auf ein anderes Material „bedeutet für unsere Kunden ein Umdenken und setzt bei ihnen ­einen Willen zu Veränderungen voraus“, sagt Mach. Dieser Wille allerdings ist selten aus­geprägt. Deshalb geht Mach in die Unter­nehmen und leistet Überzeugungsarbeit. Neue Produkte stellt er in Workshops ­allen vor, die damit arbeiten: Was ist besser? Was ist anders? Welche Folgen hat das?

Das Thema Rohstoffersatz, sagt Mach, sei nicht nur Sache für den Bereich Einkauf. „Auch Konstrukteure und Qualitätskontrolleure müssen sich mit dem neuen Werkstoff wohlfühlen, denn letztlich muss unser Kunde das Material wiederum an seinen Kunden weitergeben.“

Besonders groß sind die Vorbehalte, wenn jemand von außen kommt. Doch selbst wenn der neue Werkstoff im eigenen Haus erfunden wurde, gibt es Vorbehalte. Thomas Steffen hat das erlebt. Er ist Forschungs- und Entwicklungsleiter beim hessischen Schaltschrankspezialisten Rittal. Die großen Träger­elemente sollten nicht mehr aus Stahlblech, sondern aus Kunststoff gefertigt werden – Ansage von ganz oben. ­Damit fielen die üblichen Daumen-hoch-oder-runter-Diskussionen weg.

Die Ingenieure und Techniker in Steffens Teams blieben jedoch skeptisch. Wie bitte? Kunststoff soll dieselben Lasten tragen wie Stahl? Das funktioniert doch nie, hieß es. „Es gab bei ­unseren Entwicklern eine gewisse Hemmschwelle“, formuliert Steffen ­diplomatisch. Was verständlich sei, findet er. „Schließlich sind wir als Blechverarbeiter groß geworden, und wer bisher mit Blech gearbeitet hat, muss zunächst umdenken lernen.“

Lernimpulse lieferte eine Schwesterfirma, die sich mit dem Verarbeiten von Kunststoff bestens auskennt – und tatsächlich die Bedenken der Stahlexperten aus dem Weg räumen konnte. Nicht allerdings die Einwände der Produkt- und Vertriebsmanager. Unsere Kunden wollen Metall, so ihr Argument, das ist ihr gewohntes Material.

Außerdem gebe es Anlagenbauer, die den Schaltschrank in ihrer Maschinenhalle festschweißten, das funktioniere mit einem Kunststoffsockel nicht. Wenn das Neue identisch mit dem Alten sein soll, hielt Steffen dagegen, ­stellen wir nie eine Neuentwicklung auf die ­Beine. Also: Weiter geht’s!

Als die klare Ansage kam, kippte die Stimmung – in Richtung „Das schaffen wir!“. Die Entwickler fanden nicht nur für alle wichtigen Funktionen eine Kunststofflösung, sie tüftelten auch zahlreiche zusätzliche Konzepte aus. Mit Kunststoff, so erkannten sie, lässt sich vieles verbessern und vereinfachen – bei uns in der Herstellung, beim Kunden in der Montage.

Auf der diesjährigen Hannover Messe stellte Rittal den neuen Schrank vor, rückte den Kunststoffsockel in den Mittelpunkt seines Messe­auftritts, lud die Kunden zur Testmontage des Schaltschranks ein und informierte ausführlich in Einzelgesprächen. Gut 80 Prozent der Kunden reagierten positiv, sagt Steffen. Rittal-­Rekord bei einer Produktneuheit.

Und plötzlich geht’s

Das hat die Entwickler nochmals angespornt. Derzeit liegen so viele Ideen auf dem Tisch, dass der Hersteller sie in das neue Produkt, das 2012 marktreif sein soll, gar nicht alle ein­bauen kann. Was wiederum die Entwicklungszeit kommender Modelle verkürzt.

In Zukunft will der Schaltschrankbauer noch stärker auf Kunststoff setzen. Der Umstieg ­habe Möglichkeiten ­aufgezeigt, wie sich Produkte noch besser gestalten ließen, sagt Steffen. „Wer immer nur auf einer Schiene reitet, der bringt keine echten ­Innovationen zustande.“

Diese Erkenntnis hat auch Schöck verinnerlicht. Der Bauzulieferer aus Baden-Baden hat sich darauf spezialisiert, Wärmebrücken bei Balkonen zu verhindern: Das dämmt und spart Heizkosten. Früher wurde in dem Bauelement Stahl eingesetzt, doch das Unternehmen ­erkannte bereits vor zehn Jahren, dass Beton billiger und effektiver ist. Nur: Den passenden ultrahochfesten Beton, den gab es nicht. ­Allerdings wurde an der Technischen Univer­sität München daran geforscht, wie die Schöck-Entwickler bald herausfanden.

Schöck nahm damals Kontakt auf und stellte den Fall vor, die Hochschule sagte zu und legte los. Gut ein Jahr lang arbeiteten Unternehmen und Universität an dem neuen Werkstoff, Mitarbeiter fuhren immer wieder hin und her, Material­proben und Testprodukte schickten sie sich per Post zu. Der Idealfall des Wissenstransfers und zugleich eine perfekte Ergänzung. „Die Forscher in München entwickelten das Mate­rial“, beschreibt es Hubert Fritschi, Leiter der Produktentwicklung bei Schöck, „wir hatten die praktische Anwendung dazu.“

Natürlich gab es Diskussionen über Trag­fähigkeit und Statik, sagt Fritschi. Doch zeigten Praxistests, dass Spezialbeton dem Edelstahl ebenbürtig ist – wenn die unterschiedlichen Materialeigenschaften über die Geometrie der Konstruktion ausgeglichen werden. So etwas können Ingenieure und Techniker.

Um alle für Kunden relevanten Eigenschaften zu prüfen, zogen Schöck-Mitarbeiter dorthin, wo das Balkon­element zum Einsatz kommt: auf Baustellen. Eine Handvoll Schlüsselkunden testete das neue Teil. Routine bei Schöck. „Man muss schauen, nicht zu sehr im eigenen Saft zu schmoren“, sagt Fritschi. Weil für den neuen Baustoff noch keine Norm existierte, prüften auch externe Gutachter das Produkt. Als die Zulassung auf dem Tisch lag, entschied Schöck, das neue Material künftig selbst herzustellen – der Edelstahl kam von einem Zulieferer. Schöck ließ spezielle ­Maschinen für die Produktion von Spezialbeton fertigen, baute im Firmenwerk Halle an der Saale eine Anlage auf und stellte für den Standort 20 neue Mitarbeiter ein.

Vorbehalte gab es wenige, sagt Technikvorstand Harald Braasch. Kein Wunder: An den Mon­tagelinien der Balkonelemente änderte sich ­wenig. Kleine Schulungen gab es, doch der ­Ablauf sei der Gleiche geblieben. „Für die Mitarbeiter war es egal“, sagt Braasch, „ob sie ­einen Knochen aus Edelstahl verbauen oder ­einen Klotz aus ultrahochfestem Beton.“

Für das Unternehmen zahlte sich der Mut zum Umstieg aus. Der einzige Unterschied, den die Kunden merkten, war der Zusatznutzen: leichter zu verbauen, bessere Wärmedämmung. Schöck legte beim Marktanteil ordentlich zu und steigerte den Umsatz seit 2002 von damals 46 Mio. Euro auf heute 74 Mio. Euro. Seitdem der Hightech-Beton in Serie ging, sparte der Hersteller unterm Strich 39 Mio. Euro. Das sorgt für Mut und Zuversicht: Fritschi und seine Kollegen überlegen, ob und wie sich auch der Normalstahl ersetzen lässt. Auch dieses Mal gern wieder im Zusammenspiel mit Uniforschern.

Damals kam es bei Schöck nicht auf einen Monat mehr oder weniger an. Das ist heute anders, wenn die steigenden Rohstoffpreise für Druck sorgen. Was den Weg aus der Forschungsabteilung bis zum Markt leider nicht beschleunige, beklagte vor einigen Monaten Johannes Lackmann, damals Chef des Vereins Deutscher Ingenieure: Um das Rohstoffproblem in den Griff zu bekommen, sei vor ­allem ein schnellerer Wissens­transfer von der Forschung an die Werkbank nötig.

„Um erfolgreich mit der Forschung zusammenzuarbeiten, muss ich mir als Unternehmen sehr klar darüber sein, welche Anforderungen ich an den neuen Werkstoff habe“, sagt Raimund Bleischwitz vom Wuppertal Institut. Nur so lasse sich das Know-how beider Seiten sinnvoll bündeln (siehe Kasten rechts). Eine Alternative zum Überdenken und Ändern sieht Bleischwitz nicht, da die Rohstoffmärkte sich kaum entspannen werden. Vor allem der Rohstoffhunger der Schwellen­länder werde die Konkurrenz verschärfen. „Deutschland ist ein ressourcen­armes Land, gleichzeitig sind wir stark in Hightech-Technologien“, sagt auch Fraunhofer-­Forscher Sextl. „Die Verwundbarkeit der deutschen Industrie ist daher enorm.“

Wenn die Firma mit der Uni …
Universitäten können Firmen aufwendige Forschungsarbeit abnehmen. Aber wie kommt man miteinander ins Geschäft?
Gemeinsam ist man nicht so allein
Ein Unternehmen versucht, einen ultrafesten Beton zu entwickeln, und kommt damit nicht weiter. Eine ­andere Firma stellt fest, dass Kugelgelenke in Autos zu früh verschleißen, und will das verbessern. Natürlich können Unternehmen auch allein versuchen, dafür Lösungen zu finden. Meist ist es sinnvoller, sich einen Kooperationspartner an einer Universität oder Fachhochschule zu suchen und die Sache gemeinsam voranzubringen – oder sie ganz von der Hochschule erledigen zu lassen. Auftragsforschung nennt man das. Diese Situation gibt es immer häufiger: Die Unternehmen brauchen das Know-how, die Unis das Geld. Grundsätzlich ­stehen gerade Fachhochschulen und technische Universitäten der Auftragsforschung offen gegenüber.
Frag doch den Prof
Ein bundesweites Verzeichnis von Forschungsschwerpunkten oder Instituten gibt es nicht. Die meisten Kooperationen kommen zustande über persönliche Kontakte zu Hochschulen. Ansonsten sind die Technologietransferstellen der Unis gute Anlaufstellen. Viele Hochschulen haben mittlerweile Beauftragte für Beziehungen zur Wirtschaft. Für die Abwicklung von Projekten gründen sie oft eigene GmbHs. Sie wollen ihr Wissen vermarkten und sich durch die Zusammenarbeit mit Unternehmen neue Geldquellen erschließen.
Hemmschwellen senken
In manchen Bundesländern werden Kooperationen sogar gezielt ­gefördert. So hat etwa Berlin das Förderprogramm „Transfer Bonus“. Dabei können sich mittelständische ­Betriebe, die für die Lösungen ihrer Probleme ein wissenschaftliches Institut beauftragen wollen oder Hilfe bei der Produktentwicklung brauchen, über die Innovationsagentur einen geeigneten Partner vermitteln lassen. Bei kleineren Projekten übernimmt das Land einmalig die Kosten, bei größeren Vorhaben deckt der Zuschuss bis zu 70 Prozent. Das Angebot soll auch die Hemmschwelle senken, mit ­Hochschulforschern zusammen­zuarbeiten. Von Marion Schmidt

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