Werkstoffauswahl
Materialauswahl
Die Wahl der Materialien spielt eine zentrale Rolle, schon ein kleiner Fehler kann zu erhöhten Kosten oder zum Ausfall des Bauteils und der Anlagen führen.
Die Materialauswahl sollte folgende Vorteile bringen:
- Erwerb von Know-how
- mehr Zuverlässigkeit
- mehr Sicherheit
- längere Lebensdauer
- zufällige Schäden brenzen
- niedrigere Kosten der Komponente
- weniger Wartung
- Gewichtsverlust
und sollte folgende Punkte vermeiden:
- höhere Belastung
- Umgang mit neuen Materialien
- Neugestaltung aufgrund neuer Materialien (Werkzeuge, Spritzgusswerkzeuge, Produktionsplanung usw.)
Um die Konzepte, die bei einer richtigen Materialauswahl zu berücksichtigen sind, am besten zu schematisieren, haben wir beschlossen, ein Diagramm zu verwenden, das in 7 Stufen/Verfahren (von 0 bis 6) klassifiziert, wie die Materialauswahl erfolgen kann, wobei die Nachteile des einen und nicht die Vorteile des anderen angegeben werden.
Die in dieser Tabelle gefundenen Punkte werden zunächst auf der Grundlage der ausgewählten Parameter zugeordnet und dann addiert, wodurch das für die Materialauswahl erforderliche Mindestniveau der Auswahl angegeben wird.
Selbstverständlich sind die angegebenen Werte als Beispiel zu verstehen. Diese Werte sind je nach Unternehmen, Industriebereich usw. Schwankungen unterworfen. Jedes Unternehmen sollte die Werte an seine eigenen Bedürfnisse anpassen.
Obwohl uns diese Methode einen langen und erfolgreichen Weg bis in die Gegenwart ermöglicht hat, hat sie nicht die Anmaßung, alle Probleme zu lösen oder den korrektesten Weg aufzuzeigen. Diese Methode will nur die Schritte aufzeigen, die aus unserer Sicht bei der Materialauswahl und / oder bei der Konstruktion des Bauteils zu befolgen sind.
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Denomination | try & error | old monkey | copy & improve | Comparison | Optimisation | Total | Complete |
| Example | - | Automatism: chain guide = PE1000 | Transfer of application examples (e.g. from nature -> bionics) | Comparison of the values of the materials with each other | Comparison of the values of the materials with those of the current material | Comparison of the values of the materials with those of the component e.g. loads/deformations | Comparison of the values of the materials with those of the component e.g. loads/deformations |
| Type of decision | attempt | Recourse | Transfer and improvement | Comparison: better / worse | Comparison better / worse | Calculation & design | Calculation & design |
| Basis for decisionmaking | None | Experience | Similar application | Supplier data | Supplier data, previous experience | Material characteristics, load & deformation data | Material characteristics, load & deformation data |
| Level of decision | - | Application own area | Foreign area application | Material characteristics | Material characteristics inaccurate | Component or material loads/deformations | Component or material loads/deformations |
| Depth of decision level | 0% | 10% | 70% | 60% | 70% | 80% | 80% |
| Knowledge source | Attempt | Internal knowledge | Combine external with internal knowledge | External knowledge | External, internal knowledge | External, internal knowledge | External, internal knowledge |
| Knowledge quality | 90% | 70% | 80% | 90% | 95% | 100% | 100% |
| Current knowledge | 0.5 years | 10 years | 3 years | 2 years | 2 years | 2 years | 2 years |
| Knowledge availability | 0% | 100% | 30% | 70% | 75% | 50% | 50% |
| Knowledge price | Trials cost | None | None | None | None | Training required | None, because external |
| Risks causes | Time and cost intensive | No improvement | Example not transferable | Unsuitable / not decisive material properties used | Material characteristics inaccurate | Material properties inaccurate, parameters information inaccurate | Parameters information inaccurate |
| Risk of failure | 80% | 20% | 30% | 30% | 20% | 10% | 5% |
| Chance | None | None | Novel solutions | Higher load possible | Higher load possible | High optimization price / performance | Optimal solution price / performance |
| Investment client - money | 5% | 10% | 50% | 30% | 40% | 50% | 65% |
| Investment client - time | 90% | 5% | 45% | 50% | 40% | 20% | 15% |
| Solution quality | 70% | 70% | 120% | 70% | 80% | 90% | 100% |
| Parts’ price | 150% | 100% | 110% | 90% | 90% | 80% | 70% |
| Innovation | Possibly regression | None | High | Medium | High | High | High |
| Support WKG | Sample delivery | Not required | Application examples | Relative material comparison | Specific material comparison | Training, documents, calculation forms | Questionnaire |
Beschreibung der einzelnen Materialauswahlstufen
Stufe 0
Klassisches Beispiel und leider immer noch sehr beliebt: “Ich versuche es, und dann sehe ich, was passiert”. Wenn wir den Zeitaufwand und den Endpreis der Teile analysieren, kann man feststellen, dass es sich nicht lohnt, nach dieser Methode vorzugehen.
Stufe 1
Wenn wir die Aktualität des Wissens und die erzielten Verbesserungen analysieren, sehen wir jeweils, dass das erste Kriterium sehr alt ist und das zweite zu keiner Verbesserung führt.
Stufe 2
Wenn wir dieses Qualitätsniveau analysieren, können wir feststellen, dass es wirklich möglich ist, eine qualitativ hochwertige Lösung zu erhalten, aber in den meisten Fällen kann das Referenzbeispiel nicht verwendet werden und der Endpreis der Teile, zuzüglich der benötigten Zeit und der anfallenden Kosten, ist sehr hoch.
Stufe 3
Das Risiko eines Ausfalls ist hoch, und es besteht die Gefahr, dass die Werte der Materialien, die für die spezifische Anwendung wirklich wichtig sind, nicht berücksichtigt werden.
Stufe 4
Ab dieser Stufe beginnen wir erste Vorteile zu erzielen. Das Risiko eines Ausfalls beginnt zu sinken und gleichzeitig gibt es eine Einsparung beim Preis der Teile.
Stufe 5
Das Ausfallrisiko und der Endpreis der Teile wird weiter gesenkt und gleichzeitig wird eine hohe Kostenoptimierung und Effizienz erreicht.
Stufe 6
Es ist die höchste Stufe der Materialauswahl. Es wird eine optimale Preis- und Effizienzoptimierung der Bauteile erreicht, wodurch der Endpreis gesenkt wird. Der Zeitaufwand des Kunden wird auf ein Minimum reduziert, da wir alle für die korrekte Auswahl erforderlichen Berechnungen durchführen.
Beispiel für Kunststoffe
| Entscheidungshilfe | |||||||
| Eigenschaften | Parameter | Auswahl | Wichtigkeitspunkte | Materialauswahl auf Mindestniveau | |||
| Option A | Punkte A | Option B | Punkte B | ||||
| Stresszeit | Sporadisch | 0 | Ständig | 1 | B | 1 | Level 1 |
| Betriebstemperatur [° C] | <60 | 0 | > 120 | 2 | A | 0 | |
| Laststufe [MPa] | <5 | 0 | > 50 | 1 | A | 0 | |
| Spezifische Materialkosten [€ / kg] | <50 | 0 | > 130 | 1 | A | 0 | |
| Sicherheit - Fehler | Sporadisch / keine | 0 | Ständig | 2 | A | 0 | |
| Formparameter | Einfach / Buchse | 0 | Mittel - Wälzlager | 1 | A | 0 | |
| Austauschbarkeit des Bauteils | Einfach schnell | 0 | Nicht möglich | 2 | A | 0 | |
| Funktion für das gesamte System | Untergeordnet | 0 | Schlüsselfunktion | 2 | A | 0 | |
| Sum =1 |
Wenn die Summe> 6 ist, beträgt das empfohlene Mindestniveau der Materialauswahl 6.
Materialauswahl
Für die Materialauswahl stehen verschiedene Optionen zur Verfügung:
Muster
Anwendungskatalog
Hier finden Sie alle Werkstoffe nach Einsatzgebieten sortiert.
Relativer Materialvergleich
Die Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die Eigenschaften von ZEDEX®-Materialien im Vergleich zu Standardmaterialien.
Spezifischer Materialvergleich
Vergleichen Sie die Materialeigenschaften hinsichtlich Spannung, Verformung, Biegemodul, zulässigem PV-Wert, Ausdehnungskoeffizient, Schlagfestigkeit, Verschleiß und Reibung.
Konsultation unserer Experten
Schulungen, Dokumente, Formulare und/ oder Tools
Wir bieten Ihnen verschiedene Möglichkeiten, um die Auswahl von Kunststoffen und das Design von Maschinenelementen zu vereinfachen.
Fragebogen
Relativer Eigenschaftsvergleich
Zur Werkstoffvorauswahl und zum Vergleich der ZEDEX® Kunststoffe mit Standard Kunststoffen. Die höchste Zahl bedeutet die beste Eigenschaft, die niedrigste die schlechteste. (1 = schlecht, 10 = sehr gut)
| Temperatur | Festigkeit | Zähigkeit | Reibung | Präzision | Verschleiß | Kosten | PV | Chemikalienbeständigkeit | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Edelstahl 1.4301 | 9 | 10 | 5 | 1 | 10 | 3 | 8 | 1 | 8 |
| Inkuform CFK2 | 2 | 5 | 10 | 8 | 5 | 8 | 7 | 7 | 3 |
| Inkupal G900 | 2 | 5 | 10 | 5 | 6 | 6 | 9 | 5 | 4 |
| Inkupox GF | 3 | 9 | 1 | 4 | 9 | 4 | 9 | 1 | 2 |
| Inkutex 2000 | 5 | 9 | 1 | 6 | 10 | 6 | 5 | 10 | 1 |
| Inkutex GSBX | 4 | 9 | 1 | 4 | 9 | 6 | 6 | 5 | 1 |
| Inkutherm 3245 | 10 | 9 | 1 | 5 | 9 | 10 | 3 | 9 | 1 |
| Inkutherm GA 450 | 10 | 9 | 1 | 5 | 9 | 9 | 4 | 1 | 1 |
| Inkutherm NT | 10 | 8 | 1 | 3 | 8 | 4 | 10 | 1 | 1 |
| Keramik Al2O3 | 10 | 10 | 1 | 10 | 10 | 4 | 3 | 6 | 9 |
| PA 12 | 3 | 3 | 10 | 6 | 3 | 4 | 9 | 4 | 3 |
| PA 4.6 | 4 | 7 | 8 | 3 | 2 | 4 | 9 | 5 | 3 |
| PA 6.6 | 2 | 6 | 8 | 2 | 3 | 4 | 10 | 5 | 3 |
| PA6 | 2 | 5 | 8 | 2 | 4 | 7 | 10 | 5 | 3 |
| PA6 G | 2 | 5 | 8 | 3 | 3 | 4 | 10 | 5 | 4 |
| PAI (ZX-900) | 8 | 7 | 7 | 5 | 8 | 5 | 2 | 8 | 6 |
| PBT | 3 | 6 | 7 | 5 | 2 | 4 | 10 | 4 | 3 |
| PE UHMW | 2 | 2 | 10 | 9 | 1 | 8 | 10 | 4 | 6 |
| PEEK | 8 | 6 | 7 | 5 | 7 | 4 | 4 | 7 | 8 |
| PEI | 5 | 6 | 10 | 5 | 8 | 3 | 6 | 3 | 4 |
| PET | 3 | 6 | 8 | 3 | 6 | 4 | 10 | 5 | 3 |
| PI | 8 | 7 | 8 | 4 | 7 | 9 | 2 | 9 | 7 |
| POM | 2 | 6 | 7 | 7 | 3 | 6 | 10 | 5 | 3 |
| PPS | 5 | 7 | 2 | 6 | 8 | 2 | 6 | 3 | 9 |
| PTFE | 8 | 2 | 10 | 9 | 3 | 2 | 8 | 1 | 10 |
| PTFE + 60%Bz | 8 | 2 | 5 | 6 | 3 | 4 | 6 | 4 | 2 |
| PVDF | 4 | 4 | 10 | 6 | 3 | 7 | 7 | 4 | 7 |
| Sinterbronze | 8 | 10 | 5 | 5 | 10 | 4 | 6 | 3 | 1 |
| TPi | 7 | 6 | 7 | 5 | 7 | 4 | 3 | 7 | 7 |
| ZX-100A | 1 | 5 | 8 | 7 | 5 | 9 | 9 | 7 | 3 |
| ZX-100EL55 | 1 | 1 | 10 | 5 | 3 | 4 | 9 | 2 | 3 |
| ZX-100EL63 | 1 | 1 | 10 | 5 | 3 | 4 | 9 | 2 | 3 |
| ZX-100K | 3 | 6 | 8 | 8 | 7 | 9 | 9 | 7 | 3 |
| ZX-100MT | 4 | 7 | 7 | 8 | 8 | 8 | 9 | 6 | 3 |
| ZX-200 (PK) | 5 | 4 | 8 | 4 | 3 | 7 | 9 | 6 | 4 |
| ZX-324 (PEEK) | 8 | 7 | 5 | 8 | 7 | 4 | 3 | 7 | 8 |
| ZX-324V11T | 7 | 7 | 4 | 6 | 8 | 4 | 4 | 9 | 6 |
| ZX-324V1T | 8 | 6 | 4 | 8 | 8 | 6 | 4 | 8 | 8 |
| ZX-324V2T | 8 | 6 | 3 | 7 | 7 | 4 | 3 | 8 | 8 |
| ZX-324V3T | 8 | 8 | 4 | 7 | 7 | 4 | 3 | 8 | 8 |
| ZX-324VMT | 8 | 8 | 2 | 8 | 9 | 9 | 2 | 8 | 8 |
| ZX-410 | 6 | 6 | 4 | 6 | 9 | 7 | 4 | 10 | 5 |
| ZX-410V7T | 6 | 7 | 2 | 6 | 10 | 9 | 4 | 8 | 6 |
| ZX-530 | 7 | 6 | 5 | 6 | 7 | 9 | 4 | 10 | 9 |
| ZX-530CD | 7 | 6 | 2 | 9 | 8 | 10 | 4 | 8 | 9 |
| ZX-530EL2 | 4 | 3 | 5 | 10 | 6 | 8 | 4 | 5 | 5 |
| ZX-530KF15 | 7 | 6 | 2 | 6 | 8 | 6 | 4 | 8 | 9 |
| Zx-530V14 | 7 | 6 | 5 | 6 | 7 | 9 | 4 | 8 | 9 |
| ZX-550 | 8 | 2 | 9 | 7 | 3 | 9 | 3 | 6 | 10 |
| ZX-550PV (ZX-720) | 8 | 2 | 10 | 9 | 3 | 9 | 4 | 5 | 10 |
| ZX-602 | 5 | 2 | 6 | 6 | 3 | 5 | 7 | 5 | 10 |
| ZX-610 (ETFE) | 5 | 2 | 6 | 5 | 3 | 5 | 7 | 5 | 10 |
| ZX-750V5KF | 9 | 5 | 9 | 6 | 9 | 9 | 2 | 8 | 8 |
| Zx-750V5T | 9 | 6 | 8 | 6 | 7 | 6 | 3 | 10 | 8 |
Thermische Einsatzgrenzen
Alle Polymere reagieren auf Temperaturänderungen mit starken Veränderungen ihrer Eigenschaften.
Bis zur Glasumwandlungstemperatur sind die Eigenschaftsänderungen relativ gering.
Wenn Polymere oberhalb ihrer Glasübergangstemperatur verwendet werden, müssen die Eigenschaftsänderungen bei der Auswahl des Materials berücksichtigt werden. Wird die Glasübergangstemperatur um 20% überschritten, können die Eigenschaften um 80% reduziert werden. Die bei 20°C ermittelten Eigenschaften des Materials verlieren daher ihre Gültigkeit.
Kurzzeittemperatur
…darf kurzzeitig zugelassen werden, jedoch ist mit beginnenden Eigenschaftsveränderungen zu rechnen. Die Zeitdauer ist abhängig von den Einsatzbedingungen (z.B. Atmosphäre) und kann von 3 bis max. 100 Stunden reichen.
Dauergebrauchstemperatur
…oder nach UL 476B Relative Temperature Index (RTI) stellt eine stoffliche Eigenschaft dar. Sie ist abhängig von der thermooxidativen Stabilität des Kunststoffes. Bei langfristiger Überschreitung reagiert der Kunststoff mit starken Eigenschaftsveränderungen wie z.B. Farbveränderung, Versprödung bis hin zur vollständigen Zerstörung.
Dies geschieht auch ohne die Einwirkung von Einflüssen wie z.B. Druck, Reibung, Chemikalien.
Glasübergangstemperatur
…ist die Temperatur, bei der die amorphen Gefügebereiche des Kunststoffes ihre Festigkeit verlieren. Bei amorphen Kunststoffen fallen die mechanischen Eigenschaften stark ab. Bei teilkristallinen Kunststoffen bildet nur noch der kristalline Teil des Gefüges einen Verbund. Bei weiterer Temperatursteigerung verlieren die kristallinen Bereiche ihren festen Verbund und die Eigenschaften fallen stark ab.
Übersicht über die Kerneigenschaften
Die schnelle Werkstoffauswahl kann auch auf der Grundlage der Kerneigenschaften des Materials erfolgen. Diese Tabelle wurde nun jedoch veröffentlicht, um einen allgemeinen Überblick über die ZEDEX®-Materialien zu geben und um ein Abschätzen der Materialien zu ermöglichen.
Es ist ratsam, die Auswahl des geeigneten Materials mit den anderen auf dieser Webseite beschriebenen Werkzeugen zu bestätigen/ prüfen.
Legende
| + | trifft zu |
| ~ | trifft zu, in begrenztem Umfang (Lebensmittel: Test läuft) |
| – | trifft nicht zu |
| N/A | Lebensmittel: noch nicht getestet |
| ZEDEX family | ZEDEX Material | für Temper- aturen über 100 °C | für hohe Dauer- belastungen | gute Stoß- dämpfung | Hohe chemische Beständigkeit | geeignet für Kantendruck | gute Beständigkeit gegen Schleifpartikel | geringe Wasseraufnahme (Kontakt mit Wasser) | FDA | EU 10/2011 | Antistatisch |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ZEDEX 100 | ZX-100K | - | ~ | ~ | ~ | + | + | + | + | + | - |
| ZX-100MT | - | ~ | ~ | ~ | ~ | - | + | N/A | N/A | - | |
| ZX-100A | - | ~ | ~ | ~ | + | + | + | + | + | - | |
| ZX-100EL55 | - | - | + | - | + | + | + | N/A | N/A | - | |
| ZX-100EL63 | - | - | + | - | + | + | + | N/A | N/A | - | |
| ZEDEX 324 | ZX-324 | + | + | ~ | + | + | + | + | + | + | - |
| ZX-324V1T | + | + | ~ | + | + | + | + | + | N/A | - | |
| ZX-324V2T | + | + | ~ | + | + | + | + | + | ~ | - | |
| ZX-324V3T | + | + | ~ | + | + | + | + | N/A | N/A | - | |
| ZX-324V11T | + | + | ~ | + | + | + | + | - | - | - | |
| ZX-324VMT | + | + | - | + | - | ~ | + | - | - | + | |
| ZEDEX 410 | ZX-410 | + | + | ~ | - | + | + | ~ | + | ~ | - |
| ZX-410V7T | + | + | ~ | - | + | + | ~ | N/A | N/A | + | |
| ZX-410VMT | + | + | ~ | - | + | + | ~ | - | - | + | |
| ZEDEX 530 | ZX-530 | ~ | ~ | - | + | - | - | + | + | + | - |
| ZX-530EL3 | ~ | ~ | ~ | + | ~ | - | + | + | N/A | - | |
| ZX-530EL3AG2 | ~ | ~ | ~ | + | ~ | - | + | N/A | N/A | - | |
| ZX-530CD3 | ~ | ~ | - | + | - | - | + | - | - | + | |
| ZX-530KF15 | ~ | ~ | - | + | - | - | + | N/A | N/A | + | |
| ZEDEX 550 | ZX-550 | + | - | + | + | ~ | + | + | N/A | N/A | - |
| ZX-550PV | + | - | + | + | ~ | + | + | N/A | N/A | - | |
| ZEDEX 750 | ZX-750V5T | + | + | - | ~ | ~ | ~ | ~ | N/A | N/A | - |
| ZX-750V5KF | + | + | - | ~ | - | ~ | ~ | N/A | N/A | + |
