Werkstoffe Fünf Tipps und Tricks im Bereich Werkstoffe

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Von den Herausforderungen bei der Konstruktion von Bauteilen aus technischen Keramiken über einen Verbundwerkstoff mit besonders leichten Eigenschaften bis hin zu einer kostenlosen Musterkarte für Oberflächenstrukturen - das sind die Tipps und Tricks im Bereich Werkstoffe.

Wenn gleich Keramik einer der ältesten Werkstoffe der Menschheit ist, stößt sie im Konstruktionsbereich oft noch auf Vorbehalte. Technische Keramik ist kein kostengünstiger Werkstoff. Die Eigenschaften sind jedoch in vielen Fällen denen von Stahl und anderen industriellen Werkstoffen weit überlegen. Welche Herausforderungen bei der Konstruktion von Keramikbauteilen zu überwinden sind, erklärt ein aktuelles Whitepaper der Maxon Group. Bei einer von Anfang an keramikgerechten Konstruktion sind die Gesamtkosten vergleichbar – bei deutlichem Mehrwert für Kunden und Endverbraucher. Anders als bei anderen Werkstoffen liegt der eigentliche keramische Werkstoff erst nach dem Brennprozess vor. Dieser Umstand, insbesondere die Schwindung beim Brennen, muss bei der Konstruktion keramischer Bauteile berücksichtigt werden. Duktile Werkstoffe verfügen über eine plastische Formgebungsreserve und sind in der Lage, punktuelle Überlastungen durch elastische Dehnung zu kompensieren. Harte und spröde Werkstoffe wie Keramik bieten hingegen nicht diese Fehlertoleranz. Die deutlichen Unterschiede in der Belastungsfähigkeit erfordern abweichende Gestaltungsregeln. Hinzu kommt, dass keramische Komponenten häufig in metallische Baugruppen eingebunden sind, was zu konstruktionsbedingten Problemen führen kann. So werden keramische Komponenten in einer Konstruktion oft für Komponenten eingesetzt, die hohem Verschleiß unterliegen. Diese müssen mit den benachbarten metallischen Bauteilen und Baugruppen verbunden werden. Ziel bei der Konstruktion komplexer Bauteile aus technischer Keramik sollte immer die kostengünstige Herstellung sein. Keramikgerecht konstruieren bedeutet in erster Linie, die tatsächlich notwendigen Toleranzen des fertigen Bauteil mit möglichst wenig Nacharbeit zur fertigen. Darüber hinaus müssen die Teile so konstruiert sein, dass sie sich problemlos spritzen und entbindern lassen. Generell lässt sich sagen, je höher die zu produzierende Stückzahl, desto günstiger wird das Bauteil. In der Massenfertigung besitzt technische Keramik mittlerweile das Potenzial, konventionelle Dreh- und Frästechnik zur Teileherstellung abzulösen.

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Mit reduziertem Gewicht, höherer Steifigkeit und starker Dämpfung

Polyplastics hat Plastron LFT (Long Fiber-Reinforced Thermoplastic) RA627P auf den Markt gebracht, einen umweltfreundlichen Verbundwerkstoff aus Polypropylen (PP)-Harz und langen Zellulosefasern, der sich durch geringe Dichte, hohe spezifische Steifigkeit, hohe Schlagzähigkeit und hervorragende Dämpfungseigenschaften auszeichnet und für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist, darunter Audiokomponenten (Lautsprechermembranen) und Gehäuse für Industriekomponenten. Das Material weist dank des Gehalts an regenerierten Zellulosefasern einen reduzierten CO2-Fußabdruck auf – etwa 30 Prozent weniger als bei 30 Prozent kurzglasfaserverstärktem PP-Harz. Das neue LFT ist ein Verbundwerkstoff aus PP-Harz und ununterbrochenen 30 Prozent langen Zellulosefasern gleicher Länge, die in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. Die regenerierte Zellulosefaser weist dank einzigartiger Spinnbedingungen und der Polymerisation der rohen Zellulosematerialien eine hohe Festigkeit und Elastizität auf. Plastron RA627P bietet eine um etwa 10 Prozent geringere Dichte als 30 Prozent kurzglasfaserverstärktes PP-Harz, wobei der Biegemodul in etwa gleich bleibt. Das Material weist außerdem eine spezifische Steifigkeit auf, die höher ist als die von 30 Prozent kurzglasfaserverstärktem PP-Harz, bei gleichzeitig hohem Verlustkoeffizienten. Als Material verfügt es sowohl über Steifigkeit als auch über eine hohe Schlagzähigkeit, die mit herkömmlichen faserverstärkten Harzen nicht erreichbar waren, wodurch der Einsatz von thermoplastischen Harzen anstelle von Metallen und faserverstärkten Kunststoffen (FRPs) in einem breiteren Anwendungsbereich möglich wird.