Kunststoff verdrängt Metall

Kunststoff verdrängt Metall. Kunststofflösungen als Metallersatz.

Obwohl die Entwicklung und Herstellung der Thermoplaste schon mehr als acht Jahrzehnte zurück liegt, gelten sie gegenüber den über fünftausend Jahre alten Metallen immer noch als junge und moderne Werkstoffe. Das Wissen im Bereich der Kunststoffe verdoppelt sich etwa alle 8 Jahre und durch diese Dynamik nehmen diese Werkstoffe in den Studiengängen der Ingenieurswissenschaften bisweilen immer noch nicht den Stellenwert ein, der diesen eigentlich gebührt. Für anwendbares Wissen wird daher gerne auf die Erfahrungen aus der Praxis und auf die Kenntnisse der Verarbeiter zurückgegriffen. Diese sind in der Regel aktuelle Erkenntnisse direkt vom Markt.

Thermoplaste bieten ein weites Anwendungs­feld und bilden ein breitgefächertes  Anforderungsprofil ab, was nahezu allen Einsatzfeldern gerecht wird. Sie bieten vielfältige Möglichkeiten zur Substitution von Metallwerkstoffen.

Von Metallwerkstoffen unerreicht sind hierbei die thermoplastischen Eigenschaften wie beispielsweise Zähigkeit, Flexibilität, spezifisches Gewicht, elektrische Isolierung, chemische Beständigkeit oder Witterungs­beständigkeit.

Die Substitution von Metallwerkstoffen ist sowohl im funktionalen Bereich, als auch im dekorativen Bereich vielfältig. Bei Funktionsbauteilen kommen durch verrippte Strukturen und Faserbeimischungen extrem steife und dennoch leichte Konstruktionen zur Umsetzung. Bei optisch anspruchsvollen Teilen können Kunststoffe durch ihre guten Oberflächeneigenschaften wie die gebotene Brillianz oder Kratzfestigkeit punkten. Zusätzlich sind sie leicht einzufärben.

Kommerziell ist das günstige Verhältnis zwischen Volumen und Materialpreis bei Thermoplasten unschlagbar. Die im Vergleich zu Metallen deutlich geringere Dichte verschafft den Kunststoffen hier ein Alleinstellungs­merkmal, was selbst von den Leichtmetallen wie Magnesium oder Aluminium nicht kompensiert werden kann. Ein typischer Einsatzfall sind hier spanabhebend hergestellte Bauteile aus Thermoplasten, die folgende Merkmale zeigen:

  • Materialkostenvorteil von ca. 50%
  • leichte Zerspanbarkeit
  • hohe Notlaufeigenschaften durch Selbstschmierung
  • geringere Dichte
  • besserer Korrosionsschutz

 

Im Vergleich zu Bauteilen aus Metall stehen in der Thermoplastverarbeitung teilweise deutlich wirtschaftlichere und rationellere Fertigungs­verfahren zur Verfügung. Ein Beispiel für das etablierteste Formgebungs­verfahren ist der Spritzguss mit folgenden Merkmalen:

  • komplexe Bauteile formfallend gefertigt
  • günstige Teilekosten durch hohen Automatisierungsgrad
  • grazile Konturen für Funktionserweiterungen (Feder- und Schnappelemente) integrierbar
  • entsprechende Investition in Form­werkzeuge nötig

Das Entscheidungs­kriterium zur Festlegung des Fertigungs­verfahren für gespante oder gespritzte Bauteile ist in der Bedarfsmenge begründet. Hier helfen vergleichende Kostenrechnungen.

 

 

Dickwandspritzguss

Extreme Wandstärken im Dickwandspritzguss. Robuste Spritzgussteile.

Mit unseren vielfältigen und modernen Fertigungs­möglichkeiten stellen wir im Spritzgussverfahren Bauteile mit extrem dicken Wandstärken her. In Kombination mit einem hohen Ingenieurwissen rückt uns das in ein besonderes Leistungs­zentrum.

Die rationelle Fertigung von Bauteilen im herkömmlichen Spritzguss ist schon lange Stand der Technik und zählt zu den wichtigsten Verfahren in der Herstellung von Produkten aus thermoplastischen Kunststoffen. Bei der Auslegung solcher Kunststoffteile und den zugehörigen Spritzgusswerkzeugen gelten konstruktive Richtlinien, die darauf abzielen, dicke Wandstärken und Materialanhäufungen zu vermeiden. Dadurch werden die Konstruktion des Werkzeugs und die Gestaltung des Bauteils komplizierter, vor allem, wenn Wert auf Festigkeit gelegt wird.

Maschinenelemente in kleinen und mittleren Stückzahlen werden vorzugsweise zerspant hergestellt. Dabei braucht über Wandstärkenreduzierungen nicht nachgedacht zu werden, denn zerspante Bauteile sind immer massiv und der scheinbar einfachste Weg.

 

Das Sonderverfahren Dickwandspritzguss ist hier eine Alternative, denn bisher zerspante Maschinenelemente können mit niedrigstem Konstruktionsaufwand und günstigsten Formkosten eins zu eins rationell in Serie gefertigt werden. Voraussetzung ist, dass sich der Verarbeiter mit den werkstofftypischen Eigenschaften der thermoplastischen Kunststoffe auskennt. Besonders geeignet für dieses Verfahren sind Thermoplaste mit einem hohen Molekulargewicht. Mit ihnen lassen sich im Dickwandspritzguss Wandstärken von bis zu 50 mm realisieren. Erschlossen werden Anwendungsgebiete, die eigentlich die Zerspanung und der klassische Spritzguss besetzen.

Daneben perfektioniert der Dickwandspritzguss die Near-net-shape-Strategie als Grundlage einer effektiven spanenden Bearbeitung, indem ein konturnaher und durchaus dickwandiger Rohling anstelle des herkömmlich Halbzeugs aus einem unter Umständen nicht einmal extrusionsfähigem Thermoplast gespritzt wird.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet des Dickwandspritzgusses ist die Herstellung von Werkstück­trägern aus kompaktem Kunststoff. Monolithische Werkstück­träger haben Vorteile gegenüber solchen aus tiefgezogenen oder verschweißten Werkstoffen. In ihrer Robustheit übertreffen sie sogar die Werkstück­träger aus thermoplastischem Schaumguss.

Eine Übersicht gibt die unten stehende Tabelle, in der Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile des Standardspritzgusses und Dickwandspritzgusses gegenübergestellt sind. Man erkennt, dass die Teilepreise beim Dickwandspritzguss wegen längeren Abkühlzeit über denen des Standardspritzgusses liegen. Somit ist der Dickwandspritzguss für Anwen­dungen im kleinen und mittleren Stückzahlbereich geeignet und kann hier seine herausragende Stärke entfalten.

 

 

Formgebundene Fertigungs­verfahren im Überblick.
 
 

Typische Wandstärke

Wandstärkenverteilung verzugsarm Maßstabilität Robustheit Oberfläche Günstige Formkosten Günstiger Teilepreis
Standardspritzguss 1 - 5 mm sehr gleichmäßig - o - + - +
Dickwandspritzguss 10 - 50 mm möglichst gleichmäßig o - + o o -
Thermoplastische Schaumguss 2 - 20 mm ungleichmäßige Verteilung möglich + + o - + o