Metalle
Teil von Materialauswahl Kriterien für die industrielle Praxis
Materialauswahl Kriterien: 5 Fehler, die teuer werden
Materialauswahl Kriterien: Fünf typische Fehler von Fertigungskosten bis Normen, mit Gegenmaßnahmen, Rechenbeispiel und Lebenszykluskosten im Projekt.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Fünf Fehler kosten GeldFertigungskosten, Priorisierung, Datenbasis, Normen, Lebenszyklus.
- Sie entstehen in der Konzeptphase und fallen erst in der Serie oder im Feld auf.
- Gegenmittelgewichten, Kennwerte mit Streuung erfassen, Regelwerke prüfen, Lebenszyklus rechnen.
- Ein Werkstoffwechsel nach der Werkzeugfreigabe kostet ein Vielfaches einer frühen Korrektur.
Die fünf Fehler im Überblick
Fünf Fehler und ihre Gegenmittel
- Fertigungskosten zu spät gerechnetVerfahren mitbewerten
- Kriterien nicht gewichtetGewichtung vor Konstruktion
- Datenbasis zu dünnDatenblatt, Normwert, Versuch trennen
- Normen übersehenRegelwerk vorher prüfen
- Lebenszyklus ignoriertKosten über Nutzungsdauer rechnen
Fehler 1 und 2: Kosten und Gewichtung
Ein Lagerbock aus Edelstahl 1.4301 ist korrosionsbeständig, aber zerspanungsintensiv. Bei 5.000 Stück pro Jahr kann Aluminiumdruckguss mit Beschichtung günstiger sein. Wer den Werkstoff vor dem Fertigungsverfahren festlegt, verliert diese Option und zahlt den Unterschied über Jahre.
Die zweite Falle ist die Reihenfolge der Kriterien. Steifigkeit, Gewicht, Korrosionsschutz, Kosten und Recycling konkurrieren. Ohne feste Gewichtung entscheidet oft die Anforderung, die zuletzt genannt wurde. Ein Beispiel: Steifigkeit steht auf Platz eins, obwohl die Dauerfestigkeit der Schweißnaht der Engpass ist. Projektleitung und Fertigung legen die Gewichte vor der ersten Zeichnung fest und dokumentieren sie.
Fehler 3 und 4: Datenbasis und Normen
Datenblattwerte gelten für Normklima, also rund 23 Grad Celsius und trockene Luft. Bei 80 Grad, UV-Strahlung oder Kontakt mit Kühlschmierstoff ändern sich Festigkeit, Steifigkeit und Maßhaltigkeit. Polyamid nimmt Feuchtigkeit auf und verliert Steifigkeit, ein Gleitlager klemmt. Wer nur den Tabellenwert übernimmt, plant kein Sicherheitspolster ein.
Regelwerke sind die vierte Fehlerquelle. Ein Werkstoff kann technisch passen und trotzdem ausfallen, wenn Zulassung, Prüfzeugnis oder Brandklasse fehlen. Für drucktragende Bauteile genügt kein Datenblatt, es braucht einen zugelassenen Werkstoff mit Prüfzeugnis. Der Überblick über die DIN-Normenausschüsse zeigt, welches Gremium für eine Werkstoffgruppe zuständig ist. Wer die Normenlage erst nach der Konstruktion prüft, ändert Geometrie und Werkstoff gleichzeitig.
Fehler 5: Lebenszyklus und Ressourcen
Der fünfte Fehler ist die kurze Rechnung. Der Preis pro Kilogramm entscheidet selten über die Gesamtkosten. Betrieb, Instandhaltung, Ersatzteile und Entsorgung laufen zehn Jahre und länger weiter. Ein beschichteter Stahl rostet an Schnittkanten, wenn die Beschichtung beim Sägen verletzt wird. Die Nacharbeit im Feld kostet dann mehr als die Materialdifferenz.
Sortenreine Werkstoffe lassen sich am Nutzungsende leichter trennen als Verbundwerkstoffe. Das Umweltbundesamt beschreibt unter Ressourcenschonung in Produktion und Konsum, wie Materialeinsatz und Energieverbrauch über den Produktweg zusammenwirken. Die Europäische Umweltagentur ordnet die Kreislaufwirtschaft als Rahmen ein, der von der Konstruktion bis zum Recycling reicht.
Rechenbeispiel: Fertigungskosten pro Stück
Beispielrechnung für 2.000 Gehäusedeckel pro Jahr, Beträge netto ohne MwSt.
- 85.000Variante A, Aluminiumdruckguss
- 11,50Variante B, Frästeil aus Aluminium
Variante B spart 85.000 Euro in der Anschaffung, kostet aber 7,30 Euro mehr pro Stück, also 14.600 Euro pro Jahr. Der Werkzeugaufschlag von Variante A ist nach etwa 11.600 Stück ausgeglichen, bei 2.000 Stück pro Jahr also nach knapp sechs Jahren. Bei 800 Stück pro Jahr bleibt Variante B über die gesamte Laufzeit günstiger. Die Entscheidung hängt an Stückzahl und Laufzeit, nicht am Werkstoffpreis.
Häufige Fragen
Wie viele Kriterien braucht eine Materialauswahl?
Drei bis sechs gewichtete Hauptkriterien genügen, dazu Ausschlusskriterien wie Temperaturbeständigkeit oder Zulassung.
Wann lohnt sich eine Nutzwertanalyse?
Sobald zwei Werkstoffe technisch geeignet sind und sich bei Kosten oder Lebensdauer unterscheiden.
Welche Nachweise gehören in die Dokumentation?
Datenblätter mit Stand, Normverweise, Prüfberichte zu Temperatur und Medien sowie Gewichtung und Ergebnis.
Wie früh muss die Fertigung mitentscheiden?
Vor der Werkstoffwahl, weil Verfahren und Taktzeit die Stückkosten bestimmen.
Was tun, wenn eine Norm fehlt?
Normenausschuss oder Zulassungsstelle ansprechen und bis zur Klärung mit Sicherheitsbeiwert und Prüfung arbeiten.
