Kunststoff – das bessere Metall

Kunststoff ersetzt immer häufiger Metalle in der Fertigungsindustrie. Die Vorteile des Kunststoffs liegen hier aber nicht nur in einer höheren Wirtschaftlichkeit. Zu den niedrigeren Materialkosten kommt sein geringeres Gewicht bei vergleichbarer Festigkeit, was langfristig auch eine Energieersparnis zur Folge hat. In Zeiten von steigenden Energie- und Rohstoffpreisen ist das ein Faktor, der nicht außer Acht gelassen werden sollte. Darüber hinaus bietet die Fertigung aus Kunststoff eine höhere Gestaltungsfreiheit und Korrosionsbeständigkeit.

Hier möchten wir ein Projekt vorstellen, das wir in Zusammenarbeit mit unserem Kunden umgesetzt haben. Wir haben viele mögliche Werkstoffe betrachtet, bis wir einen gefunden haben, der die gewünschten Anforderungen erfüllte. Wie alle unsere Projekte haben wir auch dieses in enger Zusammenarbeit mit unserem Kunden realisiert, um schließlich das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.

Herausgekommen ist ein freifallendes Kunststoffteil, das den bisherigen Aluminiumdruckguss ersetzt und absolut temperaturbeständig ist. Die engen Toleranzen können prozesssicher abgebildet werden.

Vorteile des Metallersatzes

  • höhere Designfreiheit mit größerer Funktionalität (Schnappverbindungen, lehrenhaltig ausgeformte Gewinde, etc.)
  • Nachbehandlungen wie Eloxieren, Beschichten und Lackieren fallen weg -> bessere Oberflächen­qualität von Sichtteilen
  • exzellente Maßhaltigkeit und Integration in Baugruppen
  • Gute Geräusch-und Schwingungsdämpfung
  • Elektrische Isolation oder einstellbare Leitfähigkeit
  • gute chemische Beständigkeit
  • Thermische Isolation
  • Anwendungsspezifische Modifikation möglich

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Aufgabe

  • Ein Greifer, der bisher aus Aluminium-Druckguss gefertigt wurde soll durch Kunststoff ersetzt werden.
  • Dieses Bauteil wird in einem Ventil pneumatisch gesteuert.

Daraus ergeben sich – neben den hohen Temperaturanforderungen an die thermomechanischen Materialeigenschaften – ebenfalls hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit.

Anforderungen an das Bauteil

  • Dauertemperaturbeständig bis 200°C bei einem Systemdruck von 12,5 bar
  • einen präzisen Rundlauf von 0,05 prozess­sicher herstellen

Ergebnis

Nach einer gründlichen Recherche und erfolgreichen Testläufen unter realen Bedingungen fiel die Wahl auf ein hochgefülltes technisches Thermoplast.

Der Greifer bietet nun eine hohe Gestaltungsfreiheit, verbunden mit der außerordentlichen Festigkeit und Leichtigkeit technischer Kunststoffe.

Grundsätzlich können bei der Metallsubstitution mehrere Funktionen integriert werden, die dank einer geringeren Teilezahl auch die Herstellung vereinfachen. Gewinde können beispielsweise mit gespritzt werden.
Auch eine spätere Oberflächenbehandlung wie Korrosions­schutz und Strukturierung entfallen.

Aber nicht immer ist ein Metallersatz ratsam und machbar. Je nach Anforderung an das Bauteil können die relativ geringe Wärmebeständigkeit und die größere Wärmedehnung im Vergleich zu Metallen dazu führen, dass wir von einer Substitution abraten.

Gleiches gilt, wenn die niedrigeren mechanischen Kennwerte von Kunststoff einen sicheren Einsatz des spezifischen Artikels nicht gewährleisten würden.

Ist dies ausgeschlossen, überwiegen die Vorteile bei Weitem.

Der Vorteil für unseren Kunden lag hier in einer eindeutigen Kostenersparnis dank geringerer Herstellungskosten und hochproduktiver Massenherstellung. Entgraten oder Nacharbeiten fallen komplett weg.

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Vorteile von Kunststoff gegenüber Metall

Einführung

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Verwendung von Kunststoffen gegenüber Metallen in vielen Industrien als vorteilhaft erwiesen. Dieser Artikel untersucht die Vorteile von Kunststoffen gegenüber Metallen und zeigt, wie sie in verschiedenen Anwendungen erfolgreich eingesetzt werden können.

Geringeres Gewicht

Kunststoffe sind im Allgemeinen leichter als Metalle, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen Gewichtsersparnis wichtig ist. Das geringere Gewicht führt zu einer verbesserten Energieeffizienz und reduzierten Transportkosten.

Korrosionsbeständigkeit

Kunststoffe sind gegenüber vielen korrosiven Umgebungen beständiger als Metalle. Sie reagieren in der Regel nicht mit Wasser, Säuren und Laugen, was sie ideal für den Einsatz in feuchten Umgebungen und bei chemischen Prozessen macht.

Vielfalt an Formen und Designs

Kunststoffe können leicht in eine Vielzahl von Formen und Designs verarbeitet werden. Zwei gängige Verfahren sind:

Spritzgussverfahren

Beim Spritzguss wird geschmolzener Kunststoff in eine Form gespritzt und nach dem Abkühlen entnommen. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung komplexer Formen in hoher Stückzahl.

Thermoformverfahren

Beim Thermoformen wird der Kunststoff erhitzt und in eine Form gepresst. Nach dem Abkühlen behält er seine neue Form bei. Thermoformen eignet sich gut für die Herstellung von großformatigen Teilen und Verpackungen.

Geringere Herstellungskosten

Kunststoffe sind in der Regel günstiger in der Herstellung als Metalle, da sie weniger Energie und Ressourcen benötigen. Die Produktionskosten können weiter reduziert werden, wenn Kunststoffteile in hohen Stückzahlen hergestellt werden.

Gute elektrische Isolationseigenschaften

Kunststoffe sind in der Regel gute elektrische Isolatoren, weshalb sie häufig in elektrischen Anwendungen und Elektronikgeräten verwendet werden. Sie reduzieren das Risiko von Kurzschlüssen und erhöhen die Sicherheit bei der Verwendung von elektrischen Geräten.

Geringere Umweltbelastung

Kunststoffe können in bestimmten Fällen umweltfreundlicher als Metalle sein:

Recycling

Einige Kunststoffe können recycelt und in neuen Produkten wiederverwendet werden, was die Umweltbelastung reduziert. So verwenden wir bei Claus Groth ausschließlich wiederverwendbare Kunststoffe.

Energieverbrauch

Kunststoffe benötigen im Allgemeinen weniger Energie zur Herstellung als Metalle, was zu einer geringeren CO2-Bilanz führt.

Thermische Isolation

Kunststoffe bieten eine bessere thermische Isolation als Metalle und sind daher in Anwendungen, bei denen Wärmeisolierung wichtig ist, von Vorteil. Beispiele hierfür sind Fensterrahmen, Dämmmaterialien und Kühlsysteme.

Stoßdämpfende Eigenschaften

Kunststoffe haben in der Regel eine höhere Stoßdämpfung als Metalle, was sie ideal für den Einsatz in stoßabsorbierenden Anwendungen wie Stoßstangen, Schutzhüllen und Verpackungsmaterialien macht.

Chemische Beständigkeit

Kunststoffe sind gegenüber vielen Chemikalien beständig und eignen sich daher für den Einsatz in chemischen Prozessen, bei denen Metalle versagen könnten.

Geräuschdämmung

Kunststoffe bieten bessere geräuschdämmende Eigenschaften als Metalle und können Lärm in Gebäuden, Fahrzeugen und Maschinen effektiver reduzieren.

Nachteile von Kunststoffen

Trotz der vielen Vorteile gibt es auch Nachteile bei der Verwendung von Kunststoffen. Sie sind weniger hitzebeständig und haben in der Regel eine geringere Festigkeit als Metalle. Deshalb sind sie nicht für alle Anwendungen geeignet.

Anwendungsbeispiele

Kunststoffe haben in verschiedenen Industrien an Bedeutung gewonnen:

Automobilindustrie

In der Automobilindustrie werden Kunststoffe für Karosserieteile, Innenraumkomponenten und Elektronik verwendet, um Gewicht und Kosten zu reduzieren.

Bauwesen

Im Bauwesen werden Kunststoffe für Rohre, Fensterrahmen, Isolationsmaterialien und Bodenbeläge verwendet.

Elektronik

In der Elektronikindustrie kommen Kunststoffe für Gehäuse, Kabelummantelungen und Leiterplatten zum Einsatz.

Fazit

Kunststoffe bieten eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber Metallen, wie geringeres Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Vielfalt an Formen und Designs, geringere Herstellungskosten, gute elektrische und thermische Isolationseigenschaften, Stoßdämpfung, chemische Beständigkeit und Geräuschdämmung. Trotz einiger Nachteile, wie geringerer Hitzebeständigkeit und Festigkeit, sind Kunststoffe in vielen Anwendungsbereichen wie Automobilindustrie, Bauwesen und Elektronik eine hervorragende Alternative zu Metallen.

FAQ

  1. Warum sind Kunststoffe leichter als Metalle?

Kunststoffe bestehen aus Polymeren, die eine geringere Dichte als Metalle aufweisen. Daher sind sie im Allgemeinen leichter als Metalle.

  1. In welchen Anwendungen sind Metalle immer noch besser als Kunststoffe?

Metalle sind in Anwendungen, die hohe Festigkeit, Härte oder Hitzebeständigkeit erfordern, besser geeignet. Beispiele sind Flugzeugstrukturen, Hochleistungsmotoren und Maschinenteile.

  1. Sind alle Kunststoffe recycelbar?

Nein, nicht alle Kunststoffe sind recycelbar. Einige, wie PET und HDPE, können leicht recycelt werden, während andere, wie PVC und Polystyrol, schwerer oder gar nicht recycelbar sind.

  1. Welche Rolle spielt die Korrosionsbeständigkeit von Kunststoffen in ihrer Verwendung?

Kunststoffe sind gegenüber vielen korrosiven Umgebungen beständiger als Metalle. Daher sind sie ideal für den Einsatz in feuchten Umgebungen, chemischen Prozessen oder dort, wo Metalle korrodieren und versagen könnten.

  1. Was sind die Hauptnachteile von Kunststoffen gegenüber Metallen?

Kunststoffe haben in der Regel eine geringere Festigkeit und Hitzebeständigkeit als Metalle, was ihre Einsatzmöglichkeiten in bestimmten Anwendungen einschränkt.

Dieser Artikel ist in unserem Kundenmagazin KUNSTleseSTOFF erschienen.
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