Kreislaufwirtschaft im Maschinenbau: Warum ohne Daten nichts kreist

Die Werkzeugmaschinenindustrie steht vor einem Paradox: Maschinen, die jahrzehntelang laufen könnten, werden ersetzt, weil niemand weiss, in welchem Zustand ihre Komponenten wirklich sind. Kühlschmierstoffe werden komplett ausgetauscht, obwohl nur ein Parameter ausserhalb der Toleranz liegt. Ersatzteile werden neu produziert, obwohl ein Remanufacturing wirtschaftlich sinnvoller wäre.

Das Problem ist nicht fehlendes Bewusstsein für Nachhaltigkeit. Das Problem ist fehlende Datentransparenz. Ohne durchgängige Daten über den gesamten Lebenszyklus einer Maschine – von der Herstellung über die Nutzung bis zur Wiederaufbereitung – bleibt Kreislaufwirtschaft ein Konzept auf Papier.

Genau hier setzt das Forschungsprojekt BePro-CEND an, an dem wir als Substring AG mitarbeiten.

Was bedeutet Circular Economy im Maschinenbau konkret?

Kreislaufwirtschaft (Circular Economy) ist das Gegenteil des linearen Modells «produzieren – nutzen – entsorgen». Stattdessen sollen Produkte, Komponenten und Materialien so lange wie möglich im Kreislauf gehalten werden. Im Maschinenbau bedeutet das konkret:

Verlängerung der Nutzungsphase. Werkzeugmaschinen sind Investitionsgüter mit einem Wert von oft mehreren hunderttausend Franken. Wenn Sensordaten zeigen, dass eine Spindel noch 2'000 Betriebsstunden leisten kann, muss sie nicht präventiv ersetzt werden. Predictive Maintenance auf Basis realer Zustandsdaten verlängert die Nutzungsphase und spart Ressourcen.

Remanufacturing statt Neukauf. Gebrauchte Komponenten aufarbeiten und wieder einsetzen – aber nur, wenn belastbare Daten über den Verschleisszustand vorliegen. Ohne diese Daten traut sich kein Hersteller, eine aufgearbeitete Spindel mit Garantie zu verkaufen.

Optimierung von Betriebsstoffen. Kühlschmierstoffe in Werkzeugmaschinen haben einen erheblichen ökologischen Fussabdruck. Wenn Sensoren Konzentration, pH-Wert und Temperatur kontinuierlich messen, kann die Standzeit verlängert und der Verbrauch reduziert werden – statt nach starren Intervallen komplett zu wechseln.

Digitale Serviceangebote. Maschinenbauer können ihren Kunden datenbasierte Dienste anbieten: Zustandsüberwachung, Verbrauchsoptimierung, Lebensdauerprognosen. Das verändert das Geschäftsmodell fundamental – von «Maschine verkaufen» zu «Maschinenleistung verkaufen».

Das Datenproblem: Warum Kreislaufwirtschaft ohne Datenplattform scheitert

Der Werkzeugmaschinenbau ist typisch für viele Industrieunternehmen: Es gibt Daten, aber sie liegen in Silos. Die SPS speichert Maschinenparameter. Das ERP kennt den Wartungsverlauf. Der Kühlschmierstofflieferant hat Laboranalysen. Der Maschinenbediener hat Erfahrungswissen im Kopf. Und niemand hat das Gesamtbild.

Für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft müssten diese Daten zusammenfliessen – über Unternehmensgrenzen hinweg:

Lebenszyklusdaten. Wie viele Betriebsstunden hat die Maschine? Unter welchen Lasten wurde sie betrieben? Welche Komponenten wurden wann getauscht? Diese Informationen braucht, wer Remanufacturing betreiben will.

Zustandsdaten in Echtzeit. Vibration, Temperatur, Stromaufnahme, Kühlmittelqualität – Sensordaten vom Shopfloor, die den aktuellen Zustand jeder Komponente beschreiben. Ohne sie ist keine vorausschauende Wartung möglich.

Materialinformationen. Welche Werkstoffe sind verbaut? Welche können recycelt, welche müssen gesondert entsorgt werden? Der EU-weite digitale Produktpass (DPP) wird diese Informationen künftig einfordern.

Das alles erfordert eine durchdachte Datenarchitektur: eine zentrale Plattform, die Daten aus heterogenen Quellen zusammenführt, bereinigt und für verschiedene Anwendungen nutzbar macht. Genau das, was wir im Bereich Business Intelligence & Data Platforms für unsere Kunden bauen – von Microsoft Fabric über dbt-Transformationen bis zu Data Pipelines, die Sensordaten in Echtzeit verarbeiten.

BePro-CEND: Das Forschungsprojekt

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BePro-CEND steht für «Befähigung produzierender Unternehmen zur Umsetzung von Circular Economy durch Nutzung von Daten». Es ist ein EUREKA-Forschungsprojekt mit Partnern aus der Schweiz und Deutschland, gefördert vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der Schweizerischen Innosuisse.

Eckdaten

• Laufzeit: Januar 2024 – Dezember 2026 (3 Jahre)
• Konsortium: 21 Partner – Forschungsinstitute und Unternehmen aus beiden Ländern
• Fokusbranche: Werkzeugmaschinenbau

Was im Projekt entwickelt wird

Das Projekt erarbeitet zwei zentrale Werkzeuge, die als Web-Applikation bereitgestellt werden:

Business Model Ideation Tool. Eine Morphologie, mit der Unternehmen systematisch zirkuläre Geschäftsmodellalternativen erfassen und ableiten können. Statt Kreislaufwirtschaft abstrakt zu diskutieren, wird konkret: Welche R-Strategien (Reuse, Repair, Remanufacture, Recycle) sind für welchen Maschinentyp wirtschaftlich sinnvoll? Welche Daten brauche ich dafür?

Business Case Design Tool. Ein Reifegradmodell, das den aktuellen Stand digitaler, zirkulärer Serviceangebote eines Unternehmens bewertet und konkrete Massnahmen zur Verbesserung ableitet. Vergleichbar mit einer Datenmaturitätsanalyse – aber spezifisch auf Kreislaufwirtschaft ausgerichtet.

Ergänzt werden die Tools durch Workshopangebote und einen Leitfaden, damit insbesondere KMU im Maschinenbau niederschwellig einsteigen können.

Pilotanwendungen in der Praxis

Die Konzepte werden nicht nur theoretisch entwickelt, sondern mit den Konsortialpartnern in der industriellen Praxis erprobt. Zwei Use Cases stehen im Fokus:

Kühlschmierstoff-Monitoring. Digitale Serviceangebote zur kontinuierlichen Überwachung und optimierten Wiederaufbereitung von Kühlschmierstoffen. Statt starrer Wechselintervalle entscheiden Sensordaten über den optimalen Zeitpunkt – das spart Kosten und reduziert Abfall.

Verlängerung der Maschinennutzung. Datenbasierte Services, die den Zustand von Werkzeugmaschinen und deren Komponenten überwachen und Remanufacturing-Entscheidungen ermöglichen. Ziel: Maschinen und Teile bleiben länger im Einsatz, statt vorzeitig ersetzt zu werden.

Die Rolle von Substring im Projekt

Als Teil des Schweizer Konsortiums bringen wir unsere Kernkompetenz ein: Daten aus heterogenen Quellen zusammenführen, strukturieren und nutzbar machen.

Konkret heisst das: Wir arbeiten an den datenbasierten Methoden, die es Maschinenbauern ermöglichen, zirkuläre Geschäftsmodelle nicht nur zu planen, sondern auch technisch umzusetzen. Dazu gehört die Frage, welche Daten für welche Circular-Economy-Strategie benötigt werden, wie eine Datenlandkarte für zirkuläre Use Cases aussieht und wie die Datenarchitektur gestaltet sein muss, um Lebenszyklusdaten unternehmensübergreifend verfügbar zu machen. Daraus soll sich das Projekt AtlasOne entwickeln.

Die im Projekt erarbeiteten Werkzeuge und Kompetenzen fliessen direkt in unsere Beratung für Industriekunden ein.

Das Konsortium

BePro-CEND vereint Forschungsinstitute und Industrieunternehmen, die sich gegenseitig ergänzen:

Forschungseinrichtungen

• Universität St. Gallen
• ZHAW– Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
• Technische Universität Darmstadt (PTW – Institut für Produktionsmanagement, Technologieund Werkzeugmaschinen)

Industriepartner Schweiz

• Substring AG – Datenintegration und Datenanalyse
• Berhalter AG
• Bühler AG
• Maxon Motor AG
• SSM Schärer Schweiter Mettler AG

Industriepartner Deutschland

• Berger Holding GmbH
• Concircle Consulting GmbH
• Kopp Schlefftechnik GmbH
• Lorenz Hoffmann GmbH
• Oemeta Chemische Werke GmbH
• Wolf Werkzeugtechnologie GmbH

Ergänzt wird das Konsortium durch sieben assoziierte Partner aus der industriellen Praxis.

Warum das Thema jetzt relevant wird

Drei Entwicklungen machen die Verbindung von Daten und Kreislaufwirtschaft dringend:

Der digitale Produktpass kommt. Die EU hat im Rahmen der Ökodesign-Verordnung den digitalen Produktpass (DPP) beschlossen. Er wird Unternehmen verpflichten, Informationen über Materialien, Reparierbarkeit und Recyclingfähigkeit digital bereitzustellen. Wer seine Produktdaten heute nicht strukturiert erfasst, wird morgen ein Problem haben.

Rohstoffpreise und Lieferkettenrisiken. Seltene Erden, Spezialstähle, Elektronikkomponenten – die Abhängigkeit von globalen Lieferketten macht Remanufacturing und Recycling wirtschaftlich attraktiv. Aber nur, wenn die Datenbasis stimmt.

Regulatorischer Druck. Die EU Circular Economy Action Plan, das Schweizer CO₂-Gesetz und branchenspezifische Anforderungen zwingen Unternehmen zum Handeln. Wer früh eine Dateninfrastruktur aufbaut, hat einen Wettbewerbsvorteil.

Der Weg dorthin: Was Industrieunternehmen jetzt tun können

Kreislaufwirtschaft beginnt nicht mit einem Forschungsprojekt, sondern mit den Grundlagen:

1. Datenlandkarte erstellen. Welche Daten fallen in der Produktion an? Wo liegen sie? Wer nutzt sie? Eine Datenlandkarte macht die Ist-Situation transparent und zeigt Lücken auf.

2. Datenstrategie definieren. Welche Daten brauchen Sie für Ihre Circular-Economy-Ziele? Welche fehlen? Eine Datenstrategie priorisiert die nächsten Schritte.

3. Datenplattform aufbauen. Sensordaten, ERP-Daten und Betriebsdaten zusammenführen – auf einer skalierbaren Plattform. Ob Microsoft Fabric, Snowflake oder Open Source: Die Architektur muss zu Ihrem Unternehmen passen.

4. Erste Use Cases umsetzen. Nicht alles auf einmal. Starten Sie mit einem konkreten Use Case – z.B. Condition Monitoring einer kritischen Maschinenkomponente – und erweitern Sie schrittweise.

5. Reifegrad evaluieren. Wo stehen Sie? Unsere Datenmaturitätsanalyse hilft, den aktuellen Stand zu bewerten und den Weg zur datengetriebenen Kreislaufwirtschaft zu planen.

Wie wir Sie unterstützen

Ob Sie am Anfang stehen oder Ihre bestehende Dateninfrastruktur für Circular-Economy-Use-Cases erweitern wollen: Wir begleiten Sie. Von der Datenstrategie über den Aufbau der Datenplattform bis zur Umsetzung von KI-gestützten Analysen – alles aus einer Hand.

Lassen Sie uns darüber sprechen, wie Daten Ihre Wertschöpfung nachhaltiger machen. Kontaktieren Sie uns.

Fazit: Gemeinsam in eine nachhaltige Zukunft

Das BePro-CEND Projekt zeigt, wie durch gezielte Forschung und internationale Zusammenarbeit innovative Lösungen für eine nachhaltige Industrie entwickelt werden können. Die Substring AG ist stolz darauf, Teil dieses zukunftsweisenden Projekts zu sein und aktiv zur Förderung zirkulärer Geschäftsmodelle beizutragen.