Werkstoffauswahl
Materialauswahl
Die Materialauswahl 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 begrenzen
- geringere Kosten des Bauteils
- weniger Wartung
- Gewichtsreduktion
und sollte folgende Punkte vermeiden:
- höhere Belastung
- Umgang mit neuen Materialien
- Neugestaltung aufgrund neuer Materialien (Werkzeuge, Spritzgusswerkzeuge, Produktionsplanung usw.)
Um die Konzepte am besten zu schematisieren, die bei einer richtigen Materialauswahl zu berücksichtigen sind, haben wir uns für die Verwendung einer Tabelle entschieden. Diese gliedert sich in 7 verschiedene Stufen/Verfahren (von 0 bis 6), die zur Materialauswahl genutzt werden können. In der Tabelle ist auch zu finden, was die Vorteile der Stufen und die Nachteile der anderen sind.
Obwohl uns diese Methode einen langen und erfolgreichen Weg bis in die Gegenwart ermöglicht hat, kann sie nicht gewährleisten alle Probleme zu lösen oder den korrektesten Weg aufzuzeigen. Diese Methode soll nur die Schritte aufzeigen, die aus unserer Sicht bei der Materialauswahl und/oder bei der Konstruktion des Bauteils zu befolgen sind.
Beschreibung der einzelnen Materialauswahlstufen
Stufe 0
Klassisches Beispiel und leider immer noch sehr beliebt: „Ich versuche es und sehe 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
Analysieren wir die Aktualität des Wissens und die erzielten Verbesserungen, so stellen wir jeweils fest, dass das erste Kriterium sehr alt ist und das zweite zu keiner Verbesserung führt.
Stufe 2
Wenn wir diese Stufe 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 Ausfallrisiko 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 sowohl eine Effizienzoptimierung der Bauteile erreicht als auch eine Senkung der Preise. Der Zeitaufwand des Kunden wird auf ein Minimum reduziert, da wir alle für die korrekte Auswahl erforderlichen Berechnungen durchführen.
Tabelle der Materialauswahlstufen
| Stufe | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Name | try & error | old monkey | copy & improve | Comparison | Optimisation | Total | Complete | |
| Beispiel | - | Automatismus: Kettenführung = PE1000 | Übertragung von Anwendungsbeispielen (z.B. aus der Natur -> Bionik) | Vergleich der Werkstoffenwerte untereinander | Vergleich der Werkstoffenwerte mit denen des aktuellen Werkstoffes | Vergleich der Werte der Materialien mit denen des Bauteils, z.B. Belastungen/Verformungen | Vergleich der Werte der Materialien mit denen des Bauteils, z.B. Belastungen/Verformungen | |
| Art der Entscheidung | Versuch | Rückgriff auf die Vergangenheit | Übertragung und Verbesserung | Vergleich: besser / schlechter | Vergleich besser / schleckter | Berechnung & Auslegung | Berechnung & Auslegung | |
| Entscheidungsgrundlage | keiner | Erfahrung | ähnliche Anwendung | Lieferantendaten | Lieferantendaten, bisherige Erfahrungen | Werkstoffkennwerte, Belastungsdaten | Werkstoffkennwerte, Belastungsdaten | |
| Entscheidungsebene | - | Anwendung eigener Bereich | Anwendung fremder Bereich | Werkstoffkennwerte | Werkstoffkennwerte | Bauteil bzw. Werkstoffbelastungen/-verformungen | Bauteil bzw. Werkstoffbelastungen/-verformungen | |
| Tiefe der Entscheidungsebene | 0% | 10% | 70% | 60% | 70% | 80% | 80% | |
| Wissensquelle | Versuch | internes Wissen | externes mit internem Wissen verbinden | externes Wissen | externes, internes Wissen | externes, internes Wissen | externes, internes Wissen | |
| Wissensqualität | 90% | 70% | 80% | 90% | 95% | 100% | 100% | |
| Aktuelles Wissen | 0,5 Jahre | 10 Jahre | 3 Jahre | 2 Jahre | 2 Jahre | 2 Jahre | 2 Jahre | |
| Verfügbarkeit von Wissen | 0% | 100% | 30% | 70% | 75% | 50% | 50% | |
| Wissenspreis | Versuchskosten | keiner | keiner | keiner | keiner | Schulung erforderlich | keiner, da extern | |
| Ursachen der Risiken | Zeit- und Kostenintensiv | keine Verbesserung | Beispiel nicht übertragbar | ungeeignete / nicht entscheidende Werkstoffkennwerte verwendet | Werkstoffkennwerte ungenau | Werkstoffkennwerte ungenau, Belastungsangaben ungenau | Belastungsangaben ungenau | |
| Ausfallrisiko | 80% | 20% | 30% | 30% | 20% | 10% | 5% | |
| Chance | keine | keine | Neuartige Lösungen | höhere Belastung möglich | höhere Belastung möglich | hohe Optimierung von Preis / Leistung | Optimale Lösung Preis / Leistung | |
| Kundeninvestition- Geld | 5% | 10% | 50% | 30% | 40% | 50% | 65% | |
| Kundeninvestition- Zeit | 90% | 5% | 45% | 50% | 40% | 20% | 15% | |
| Lösungsqualität | 70% | 70% | 120% | 70% | 80% | 90% | 100% | |
| Teilepreis | 150% | 100% | 110% | 90% | 90% | 80% | 70% | |
| Innovation | möglicher Rückschritt | keine | hoch | mittel | hoch | hoch | hoch | |
| Unterstützung WKG | Muster | nicht erfordelich | Anwendungskatalog | Relativer Materialvergleich | Spezifischer Materialvergleich | Schulungen, Dokumente, Berechnungsformulare und/ oder Tools | Fragebogen |
Was nun?
Nachdem wir nun beschrieben haben, wie sich die verschiedenen Stufen voneinander unterscheiden, wählen wir die für die Komponente wichtigen Makroparameter aus und geben ihnen einen Wert.
Die in der nächsten Tabelle gefundenen Punkte werden zunächst auf der Grundlage der ausgewählten Parameter zugeordnet und dann addiert, wodurch das für die Materialauswahl erforderliche Mindeststufe 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.
Beispiel einer Entscheidungshilfetabelle für Bauteile aus Kunststoff
| 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 die empfohlene Mindeststufe der Materialauswahl 6.
Optionen zur Materialauswahl
Muster
Anwendungskatalog
Hier finden Sie einige Anwendungsbeispiele der ZEDEX® Werkstoffe nach Einsatzgebieten sortiert.
Relativer Materialvergleich
Die Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die Eigenschaften von ZEDEX®-Materialien im Vergleich zu gängigen Werkstoffen.
Spezifischer Materialvergleich
Vergleichen Sie die Materialeigenschaften hinsichtlich Spannung, Verformung, Biegemodul, zulässigem PV-Wert, Ausdehnungskoeffizient, Schlagfestigkeit, Verschleiß und Reibung.
Unsere Experten - Beratung von Wolf Kunststoff-Gleitlager
Bei uns haben Sie für alle Fälle einen Ansprechpartner.
Schulungen, Dokumente, Formulare und/ oder Tools
Wir bieten Ihnen verschiedene Möglichkeiten, um die Auswahl von Kunststoffen und das Design von Maschinenelementen zu vereinfachen.
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