Metalle
Teil von Kunststoffe Eigenschaften Leitfaden für die Auswahl
Kunststoffe Eigenschaften Anleitung: Beispiele
Kunststoffe Eigenschaften Anleitung: Anforderungen erfassen und PP-Gehäuse sowie PA-Zahnräder anhand ihrer qualitativen Vor- und Nachteile einordnen.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Die Anleitung ordnet Eigenschaften von Kunststoffen anhand von Anforderungen, Kennwerten und Bauteiltests ein.
- DIN EN ISO 527 liefert Zugfestigkeit und E-Modul als vergleichbare Kennwerte.
- Polypropylen deckt Gehäuse ab, Polyamid übernimmt Zahnräder.
- Datenblattwerte gelten für Prüfkörper, nicht für das fertige Bauteil.
- Nicht der Preis pro Kilogramm entscheidet, sondern die Kosten pro Bauteil.
Anforderungen vor der Materialvorauswahl
Am Anfang steht die Anforderungsanalyse. Der Konstrukteur listet Einsatztemperatur, Medienkontakt, mechanische Last und geforderte Lebensdauer auf. Jede Anforderung erhält einen Grenzwert und eine Priorität. Zuständig ist die Konstruktion, unterstützt von der Werkstofftechnik.
Der Zeitrahmen beträgt ein bis zwei Arbeitstage. Ergebnis ist ein Lastenheft, das für alle weiteren Schritte gilt. Widersprüchliche Angaben klärt die Werkstofftechnik vor der Vorauswahl.
Auswahl vom Anforderungsprofil bis zum Kostenabgleich
Die Auswahl beginnt mit einem Anforderungsprofil. Darauf folgt die Vorauswahl passender Werkstoffe anhand ihrer Eigenschaften. Normkennwerte helfen beim Vergleich; ein Verarbeitungstest am Prototyp prüft Fließfähigkeit, Schwindung und Verzug. Zum Schluss betrachtet das Team Material, Werkzeug, Zykluszeit und Ausschuss pro Bauteil.
Fünf Schritte der Werkstoffauswahl
- AnforderungsanalyseGrenzwerte festhalten
- Materialvorauswahlzwei bis drei Kandidaten wählen
- KennwertprüfungZugfestigkeit, E-Modul, Kerbschlagzähigkeit prüfen
- VerarbeitungstestPrototypen spritzen, Verzug messen
- KostenabgleichMaterial, Werkzeug, Zykluszeit, Ausschuss
Beispiel Gehäuse: Polypropylen ist beständig gegen viele Reinigungsmittel, nimmt kaum Wasser auf und lässt sich wirtschaftlich spritzen. Seine Steifigkeit liegt unter der von ABS, deshalb braucht ein dünnwandiges Gehäuse Rippen. Zuständig für diese Vorauswahl ist die Werkstofftechnik gemeinsam mit der Konstruktion.
Beispiel Zahnrad: Polyamid 66 ist zäh und abriebfest, nimmt aber Feuchtigkeit auf. Der Konstrukteur rechnet die daraus folgende Maßänderung ein. Für Anwendungen mit engen Toleranzen kommt glasfaserverstärktes Polyamid in Frage.
Kennwerte nach DIN EN ISO 527
Der Zugversuch nach DIN EN ISO 527-1 und 527-2 liefert Zugfestigkeit, Bruchdehnung und E-Modul. Die Werte gelten für genormte Prüfkörper, nicht für das gefertigte Bauteil. Wie eine Norm entsteht und wer sie erarbeitet, steht in den Grundlagen zu Normen und Standards bei DIN.
Die Kerbschlagzähigkeit prüft der Konstrukteur nach DIN EN ISO 179, die Wärmeformbeständigkeit nach DIN EN ISO 75. Alle Werte sind an das Normalklima 23 Grad Celsius und 50 Prozent relative Luftfeuchte gebunden.
Vier Standardwerkstoffe im Vergleich
Die Übersicht ordnet vier häufig verwendete Werkstoffe ein.
Typische Anwendung
- PP
- Gehäuse, Behälter
- PA 66
- Zahnräder, Gleitlager
- POM
- Präzisionszahnräder
- ABS
- Sichtteile, Gehäuse
Stärke
- PP
- Chemikalienbeständigkeit, geringe Dichte
- PA 66
- Zähigkeit, Abriebfestigkeit
- POM
- Maßhaltigkeit, Steifigkeit
- ABS
- Oberflächengüte, Schlagzähigkeit
Einschränkung
- PP
- niedrige Steifigkeit
- PA 66
- Wasseraufnahme
- POM
- schlechte Haftung beim Kleben
- ABS
- begrenzte Beständigkeit gegen UV
Verarbeitungstest und Kostenabgleich
Der Verarbeitungstest folgt erst, wenn die Kennwerte passen. Im Spritzgießwerkzeug eines Prototyps prüft das Team Fließfähigkeit, Schwindung und Verzug. Gemessen wird an denselben Stellen, die später die Zeichnung vorgibt. Ergebnis ist ein Bericht mit Zykluszeit und Ausschussquote.
Der Kostenabgleich rechnet Material, Werkzeug, Zykluszeit und Ausschuss pro Bauteil. Ein teurerer Werkstoff mit kürzerer Zykluszeit und geringerem Ausschuss kann günstiger sein. Bei Verpackungen und kurzlebigen Gehäusen zählt zusätzlich die Recyclingfähigkeit. Die European Environment Agency beschreibt Kunststoffströme und Recyclingquoten in Europa.
Häufige Fragen
Reicht das Datenblatt für die Werkstoffauswahl?
Nein. Datenblätter nennen Einzelwerte für genormte Prüfkörper. Verarbeitung, Wanddicke und Fließweg verändern das Verhalten im Bauteil. Der Verarbeitungstest am Prototyp bleibt deshalb Pflicht.
Welche Kennwerte liefert DIN EN ISO 527?
Der Zugversuch liefert Zugfestigkeit, Streckspannung, Bruchdehnung und E-Modul. Teil 1 regelt die allgemeinen Grundsätze, Teil 2 die Prüfbedingungen für Formmassen und Extrusionsmassen. Betreut wird die Normungsarbeit von den Normenausschüssen bei DIN.
Warum eignet sich PA für Zahnräder?
Polyamid ist zäh und abriebfest. Zudem dämpft es Stoßbelastung. Die Wasseraufnahme verändert jedoch die Maße. Deshalb braucht das Zahnrad Spiel und eine angepasste Auslegung.
Wann ist PP die richtige Wahl?
Polypropylen passt für Gehäuse und Behälter mit Chemikalienkontakt und mäßiger mechanischer Last. Für steife, maßhaltige Teile sind technische Kunststoffe wie POM die bessere Wahl.
