Werkstoffauswahl
Materialauswahl
Die Wahl der Materialien spielt eine zentrale Rolle, selbst ein kleiner Fehler kann zu erhöhten Kosten oder zum Ausfall des Bauteils und der Ausrüstung führen.
Die Materialauswahl sollte folgende Vorteile bringen:
- Know-how-Erwerb
- mehr Zuverlässigkeit
- mehr Sicherheit
- längeres Arbeitsleben
- Nebenschäden abschneiden
- niedrigere Kosten der Komponente
- weniger Wartung
- Gewichtsverlust
- weniger Wartung
und sollte auch vermeiden:
- höhere Arbeitsbelastung
- Umgang mit neuen Materialien
- Neugestaltung aufgrund neuer Materialien (Werkzeuge,
- Spritzgusswerkzeuge, Produktionsplanung usw.).
Um die Konzepte, die bei einer ordnungsgemäßen Materialauswahl berücksichtigt werden sollen, bestmöglich zu schematisieren, haben wir uns entschlossen, ein Diagramm zu verwenden, das in 7 Ebenen / Verfahren (von 0 bis 6) unterteilt, wie die Materialauswahl durchgeführt werden kann, und die Nachteile spezifiziert eines eher als die Vorteile des anderen.
Die in dieser Tabelle gefundenen Punkte werden zuerst auf der Grundlage der ausgewählten Parameter zugeordnet und dann addiert, wodurch das für die Materialauswahl erforderliche Mindestauswahlniveau angegeben wird.
Offensichtlich sind die angegebenen Werte als Beispiel zu verstehen. Diese Werte unterliegen Abweichungen in Bezug auf Unternehmen, Industriebereiche usw. Jedes Unternehmen sollte die Werte an seine eigenen Bedürfnisse anpassen.
Obwohl diese Methode es uns ermöglicht hat, einen langen und erfolgreichen Weg bis in die Gegenwart zurückzulegen, besteht nicht die Vermutung, alle Probleme zu lösen oder den richtigen Weg anzugeben. Diese Methode möchte nur die Schritte angeben, die nach unserer Auffassung bei der Materialauswahl und / oder bei der Konstruktion des Bauteils zu beachten 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, leider immer noch sehr beliebt, ich versuche es und dann sehe ich was passiert. Wenn wir die verwendete Zeit und den Endpreis der Teile analysieren, kann festgestellt werden, dass es sich nicht lohnt, mit dieser Methode fortzufahren.
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 Niveau analysieren, können wir sehen, 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, addiert zu der benötigten Zeit und den anfallenden Kosten, ist sehr hoch.
Stufe 3
Das Ausfallrisiko ist hoch und es besteht das Risiko, dass die Werte der Materialien, die für die jeweilige Anwendung wirklich wichtig sind, nicht berücksichtigt werden.
Stufe 4
Ab dieser Ebene haben wir die ersten Vorteile. Das Ausfallrisiko beginnt zu sinken und gleichzeitig wird der Endpreis der Teile eingespart.
Stufe 5
Das Ausfallrisiko und der Endpreis der Teile werden weiter gesenkt und gleichzeitig eine hohe Preisoptimierung und Effizienz erzielt.
Stufe 6
Es ist die höchste Ebene der Materialauswahl. Es wird eine optimale Preis- und Effizienzoptimierung der Teile erzielt, wodurch der Endpreis der Teile reduziert wird. Der Zeitaufwand des Kunden wird auf ein Minimum reduziert, da das Unternehmen Wolf alle Schätzungen durchführt, die für die richtige Auswahl erforderlich sind.
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, Berechnungsformulare 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)
| Material | Temperatur | Festigkeit | Zähigkeit | Reibung | Präzision | Verschleiß | Kosten | pv-Werte | Chemikalien | Ermüdungsfestigkeit |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Edelstahl 1.4301 | 9 | 10 | 5 | 2 | 10 | 3 | 8 | 1 | 8 | - |
| Inkuform CFK2 | 2 | 5 | 8 | 8 | 5 | 8 | 7 | 5 | 3 | 3 |
| Keramik Al2O3 | 10 | 10 | 1 | 10 | 10 | 4 | 3 | 5 | 9 | - |
| PAI | 8 | 7 | 6 | 4 | 8 | 5 | 4 | 7 | 6 | 5 |
| PA4.6 | 4 | 7 | 7 | 4 | 2 | 4 | 9 | 4 | 3 | 3 |
| PA6 | 2 | 5 | 7 | 3 | 4 | 7 | 10 | 4 | 3 | 2 |
| PA6.6 | 2 | 6 | 7 | 3 | 3 | 4 | 10 | 4 | 3 | 2 |
| PA6G | 2 | 5 | 7 | 4 | 3 | 4 | 10 | 4 | 4 | - |
| PA12 | 3 | 3 | 9 | 6 | 3 | 4 | 9 | 3 | 3 | - |
| PBT | 3 | 6 | 6 | 5 | 2 | 4 | 10 | 3 | 3 | 4 |
| PEEK | 8 | 6 | 7 | 5 | 7 | 4 | 3 | 6 | 8 | 6 |
| PE UHMW | 2 | 2 | 9 | 9 | 1 | 8 | 10 | 3 | 6 | 4 |
| PEI | 6 | 6 | 8 | 5 | 8 | 3 | 6 | 2 | 4 | 2 |
| PET | 3 | 6 | 7 | 4 | 6 | 4 | 10 | 4 | 3 | 4 |
| PI | 8 | 7 | 7 | 4 | 7 | 9 | 2 | 8 | 7 | 5 |
| POM | 2 | 6 | 6 | 7 | 3 | 6 | 10 | 4 | 3 | 3 |
| PPS | 6 | 7 | 3 | 6 | 8 | 2 | 6 | 2 | 9 | 2 |
| PTFE | 8 | 2 | 9 | 9 | 3 | 2 | 8 | 1 | 10 | 5 |
| PTFE + 60%Bz | 8 | 2 | 5 | 6 | 3 | 4 | 6 | 3 | 2 | 1 |
| PVDF | 5 | 4 | 8 | 6 | 3 | 7 | 7 | 3 | 7 | 3 |
| Sinterbronze | 8 | 10 | 5 | 5 | 10 | 4 | 6 | 2 | 1 | - |
| TPi | 8 | 6 | 6 | 5 | 7 | 4 | 3 | 6 | 7 | - |
| ZX-100K | 4 | 6 | 7 | 8 | 7 | 9 | 9 | 6 | 3 | 5 |
| ZX-100A | 1 | 5 | 7 | 7 | 5 | 9 | 9 | 6 | 3 | 1 |
| ZX-100EL55/63 | 1 | 1 | 8 | 5 | 3 | 4 | 9 | 1 | 3 | 1 |
| ZX-100MT | 4 | 7 | 6 | 8 | 8 | 8 | 9 | 5 | 3 | 4 |
| ZX-324 | 8 | 7 | 5 | 8 | 7 | 4 | 3 | 6 | 8 | 6 |
| ZX-324V1T | 8 | 8 | 4 | 8 | 7 | 3 | 3 | 6 | 8 | 7 |
| ZX-324V2T | 8 | 6 | 3 | 7 | 7 | 4 | 3 | 7 | 8 | 5 |
| ZX-324V11T | 7 | 7 | 4 | 6 | 8 | 4 | 4 | 8 | 6 | 6 |
| ZX-324VMT | 8 | 8 | 3 | 8 | 9 | 9 | 2 | 7 | 8 | 10 |
| ZX-410 | 8 | 7 | 4 | 6 | 9 | 7 | 4 | 8 | 5 | 3 |
| ZX-410V7T | 8 | 8 | 3 | 8 | 10 | 9 | 4 | 8 | 6 | 6 |
| ZX-530 | 8 | 6 | 5 | 6 | 7 | 9 | 5 | 9 | 9 | 4 |
| ZX-530CD3 | 8 | 6 | 3 | 9 | 8 | 10 | 4 | 7 | 9 | 2 |
| ZX-530KF15 | 8 | 6 | 3 | 6 | 8 | 6 | 4 | 7 | 9 | 4 |
| ZX-530EL3 | 5 | 3 | 5 | 8 | 6 | 8 | 4 | 4 | 5 | 1 |
| ZX-550 | 8 | 2 | 7 | 7 | 3 | 9 | 3 | 4 | 10 | 1 |
| ZX-550PV | 8 | 2 | 8 | 9 | 3 | 9 | 4 | 4 | 10 | 1 |
| ZX-750V5T | 10 | 9 | 7 | 6 | 7 | 10 | 3 | 10 | 8 | 3 |
| ZX-750V5KF | 10 | 10 | 5 | 7 | 10 | 10 | 3 | 8 | 8 | 3 |
Thermische Einsatzgrenzen
Alle Kunststoffe reagieren auf Temperaturveränderungen mit starken Eigenschafts- veränderungen. Bis zur Glasübergangstemperatur sind die Eigenschaftsveränderungen relativ gering.
Werden Kunststoffe oberhalb der Glasübergangstemperatur eingesetzt, müssen die Eigenschaftsveränderungen berücksichtigt werden. Eine Überschreitung der Glasübergangstemperatur um 20% kann eine Reduktion der Eigenschaften um 80% bedeuten. Die ermittelten Werkstoffkennwerte bei 20°C verlieren 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 Materialauswahl kann auch auf den Kerneigenschaften des Materials basieren. Diese Tabelle wurde jedoch veröffentlicht, um einen allgemeinen Überblick über die ZEDEX® Materialien zu geben und ein Abschöpfen vor den Materialien zu ermöglichen, die für die untersuchte Anwendung nicht geeignet sind.
Es wird empfohlen, die Auswahl des geeigneten Materials mit den anderen auf dieser Webseite beschriebenen Tools fortzusetzen.
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 | + |
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