Werkstoffauswahl Mit dem Werkstoff-Konfigurator nach geeigneten Materialien suchen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Ein komplexes Lastenheft, ein innovativer Lösungsansatz aber materialbedingte Grenzen - nicht selten sieht man sich als Konstrukteur genau vor diese Problematik gestellt. Guter Rat ist hier meist im wahrsten Sinne des Wortes teuer und noch dazu aufwendig zu erlangen. Mit dem Werkstoff-Konfigurator hat die Schunk-Gruppe Konstrukteuren und Ingenieuren jetzt ein kostenloses und frei im Internet zugängliches Werkzeug an die Hand gegeben, mit dessen Hilfe schnell und komfortabel nach Materialien recherchiert werden kann,

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( Archiv: Vogel Business Media )

Im Gegensatz zu vielen kommerziellen Datenbanken liegt der Fokus beim Werkstoff-Konfigurator nicht darauf einzelne hoch spezifizierte Produkte einer einzelnen Materialklasse aufzuführen (also z. B. die Unterscheidung zwischen CK45 und X10CrAl7). Stattdessen werden Werkstoffgruppen (z. B. Legierungen) mit den jeweiligen Ober- und Untergrenzen ihrer Kenndaten aufgeführt. Entsprechende Links führen zu detaillierten Informationen auf externen Webpages.

Das Konzept dieser Internetplattform dient dazu, eine Vor-Auswahl geeigneter Materialien aus einer breiten und nicht fokussierten Masse zu treffen. Dazu enthält die dem Konfigurator zugrunde liegende Datenbank momentan ca. 200 verschiedene Materialien und Materialgruppen aller Klassen, von Naturstoffen über Polymere, von Metallen und Legierungen über Keramiken bis hin zu gängigen Verbundwerkstoffen. Er kann somit aus einer sehr breiten Palette an Konstruktionswerkstoffen immer ein oder mehrere mögliche Materialien bzw. Materialgruppen als Lösung anbieten. Weitergehende Informationen zu den Werkstoffen werden zusätzlich stets zur Verfügung gestellt.

Der von der Schunk Gruppe entwickelte Werkstoff-Konfigurator ist als ein Highlight im Ingenieurparadies implementiert. Das Ingenieurparadies ist eine ebenfalls frei zugängliche Internet-Plattform mit dem Fokus auf keramischen Materialien, Kohlenstoff- und Verbundwerkstoffen und zeigt auf plakative Weise den Zusammenhang zwischen Werkstoffen und deren Anwendungen in einer großen Bandbreite von der Stromübertragung zu tribologischen Bauteilen, vom Ofenbau bis zur Medizintechnik, von der Wärmebehandlung zur Halbleiterei und von der Weltraum- bis zur Energietechnik. Werkstoffe und Anwendungen sind dabei über einen intelligenten Suchmechanismus verknüpft, der die Lastenhefte der Anwendungen mit den Materialeigenschaften der Werkstoffe verknüpft.

Metalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Keramiken & Co

Die Grundidee, die Schunk sowohl zum Werkstoff-Konfigurator als auch zum Ingenieurparadies inspirierte, ist die schnelle und komfortable und insbesondere kostenlose Bereitstellung von Informationen über Werkstoffe, die ansonsten in der komprimierten Form nur mit hohem zeitlichen und/oder finanziellem Aufwand zu erreichen sind. So können die derzeit ca. 200 Werkstoffe und Werkstoffgruppen unter der Option „Vergleich“ abgefragt werden. Eine Suche nach Werkstoffdaten bestimmter Materialien wird so auf wenige Mausklicks reduziert; ein Vorteil für alle diejenigen, die gezielt nach einem bestimmten Konstruktionsmaterial suchen. Die „Vergleich“-Option bietet zudem die Möglichkeit, jeweils zwei Materialien miteinander zu Vergleichen und so Alternativen zum bisherigen Standard zu finden.

Allerdings geht der Komfort des Werkstoff-Konfigurators weit über eine übliche Datenbank-Suche hinaus. Werkstoffe können hier zugeschnitten auf die jeweiligen Bedürfnisse gesucht und auch gefunden werden. Mit Hilfe eines leicht zu bedienenden und anschaulichen Systems von Schiebereglern können bis zu sieben Werkstoff-Eigenschaften auf den jeweiligen Scroll-Leisten vorgegeben werden. Diese sind:

  • - die Schmelztemperatur (bzw. Zersetzungs- oder Glasübergangstemperatur)
  • - die Dichte
  • - der thermische Ausdehnungskoeffizient
  • - die Festigkeit (Zug- bzw. Biege- oder Reißfestigkeit, je nach Materialklasse)
  • - der E-Modul
  • - die Wärmeleitfähigkeit
  • - der spezifische elektrische Widerstand

Der Konfigurator liefert die Materialien, die dem gewählten Eigenschaftsprofil entsprechen, z. B. hohe Steifigkeit und Festigkeit für einen Einsatz bei 1200 °C. Wenn durch Gewichtseinsparung noch die Energiekosten gedrückt werden sollen, kann als zusätzliche Größe die Dichte eingestellt werden; der Konfigurator liefert die jeweiligen Werkstoffe in Echtzeit. Natürlich hat auch der Werkstoff-Konfigurator Grenzen, die aus der Kombination ungewöhnlicher Eigenschaften erwachsen. Hier gilt die schon von Douglas Adams bekannte Weisheit, dass es zwar auf alles eine Antwort gibt, die Frage dazu aber wohlüberlegt sein muss. Die dem Konfigurator zugrunde liegende Datenbank wird ständig gepflegt und erweitert; fehlende Werkstoffe ergänzt, wobei die Interaktion mit den Nutzern ausdrücklich begrüßt wird.

Zwei Suchmaschinen für die Werkstoffauswahl

Um die Werkstoffauswahl zu erleichtern, sind im Werkstoff-Konfigurator zwei Suchmechanismen implementiert. Anwender mit konkreten Vorstellungen bezüglich der Materialeigenschaften können die Werte der Kenndaten im Konfigurator mit hoher Genauigkeit vorgeben. Als Ergebnis werden zum einen exakte Treffer angezeigt, Materialien also, deren Kenndaten genau den Vorgaben entsprechen. Eine kleine Toleranz wird dabei stets mitberücksichtigt, die anhängig vom Absolutwert ist.

Je stärker die Einschränkung durch Vorgabe mehrerer Größen, desto geringer ist hier natürlich auch die Anzahl der Treffer. Zum anderen werden in der Rubrik „Treffer nach Kategorie“ Werkstoffe angezeigt, die nicht exakt den eingestellten Werten entsprechen aber bei allen gewählten Kenndaten in derselben Größenordnung liegen. Die Anzahl an Treffern ist hier natürlich immer größer, so dass zusätzliche Alternativen aufgezeigt werden, die sich in vielleicht nur einem Kennwert unterscheiden und bei entsprechenden konstruktiven Maßnahmen dennoch geeignet sind.

Die Suche „nach Kategorie“ hat einen ganz entscheidenden zusätzlichen Vorteil. Während der Nutzung des Konfigurators erscheint die jeweilige Kategorie der Kenngröße je nach Position des Schiebereglers und die Grenzen werden in der Scrollleiste farblich hervorgehoben. Eine genaue Vorstellung bezüglich der Werte der Kenngrößen ist also nicht nötig. Es reicht, grob zu wissen, dass das Material „leicht“ sein soll (Dichte von 1,5 bis 4,5 g/cm³) und die Festigkeit im Bereich eines Baustahls (Kategorie „fest“) liegt. Alle Materialien, die diesen Kriterien entsprechen, werden als Ergebnis geliefert. Eine tiefere Kenntnis bezüglich Werkstoffen und ihrer Eigenschaften ist also nicht notwendig.

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