Metalle
Teil von Kunststoffe Eigenschaften Leitfaden für die Auswahl
Kunststoffe Eigenschaften Anleitung zur Auswahl
Kunststoffe Eigenschaften: Anleitung zur Auswahl in fünf Schritten, mit DIN EN ISO 527, Beispielen für PP-Gehäuse und PA-Zahnräder sowie Kostenabgleich.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Fünf Schritte führen von der Anforderungsanalyse bis zum Kostenabgleich.
- 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.
Die fünf Schritte der Auswahl
Die Auswahl läuft in fünf Schritten ab. Jeder Schritt hat ein Ergebnis, das den nächsten Schritt voraussetzt.
- Anforderungsanalyse: Grenzwerte für Temperatur, Last, Medien und Lebensdauer festhalten.
- Materialvorauswahl: zwei bis drei Kandidaten aus amorphen und teilkristallinen Thermoplasten wählen.
- Kennwertprüfung: Zugfestigkeit, E-Modul, Kerbschlagzähigkeit und Wärmeformbeständigkeit gegen die Grenzwerte stellen.
- Verarbeitungstest: Prototypen im vorgesehenen Verfahren spritzen, Maßhaltigkeit und Verzug nachmessen.
- Kostenabgleich: Material, Werkzeug, Zykluszeit und Ausschuss pro Bauteil rechnen.
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.
| Werkstoff | Typische Anwendung | Stärke | Einschränkung |
|---|---|---|---|
| PP | Gehäuse, Behälter | Chemikalienbeständigkeit, geringe Dichte | niedrige Steifigkeit |
| PA 66 | Zahnräder, Gleitlager | Zähigkeit, Abriebfestigkeit | Wasseraufnahme |
| POM | Präzisionszahnräder | Maßhaltigkeit, Steifigkeit | schlechte Haftung beim Kleben |
| ABS | Sichtteile, Gehäuse | Oberflächengüte, Schlagzähigkeit | 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.