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In vielen Produktionsunternehmen ist die Konstruktionsabteilung metallzentriert. Gummi- und Kunststoffformteile erscheinen erst dann auf ihrem Radar, wenn alle Metallkomponenten final sind und nur noch ein paar Lücken in den Zeichnungen geschlossen werden müssen. Grund dafür ist der berufliche Hintergrund vieler Konstrukteur:innen. Sie stammen überwiegend aus dem Metallbereich und haben mit Kunststoffen oder Elastomeren nur wenig Erfahrung. Dies kann zu Problemen führen, denn Fachkenntnisse lassen sich nicht immer von einer Materialgruppe auf eine andere übertragen. Daher ist es sinnvoll, so früh wie möglich Entwicklungspartner in Projekte einzubeziehen, um diese Erfahrungslücken zu schließen.
Ein großer Unterschied zwischen metallischen Werkstoffen und Elastomeren bzw. Kunststoffen besteht in der Flexibilität ihrer Charakteristika. Dieser Umstand stellt Konstrukteur:innen bei der Materialauswahl oft vor Herausforderungen.
Die Eigenschaften von Metallen stehen größtenteils fest. Wer sich in der Konstruktion für ein bestimmtes Metall entscheidet, kann sich darauf verlassen, dass der Werkstoff immer die gleichen Charakteristika aufweist. Diese Eigenschaften sind gut dokumentiert und in Form von Materiallisten verfügbar. Allerdings ist es kaum möglich, die Spezifika eines Metalls an das Einsatzszenario anzupassen.
Kunststoffe und Elastomere sind dagegen flexibel. Sie haben zwar ebenfalls grundlegende Eigenschaften, diese können aber durch die Hinzugabe von Additiven modifiziert werden. Dies führt dazu, dass die Charakteristika eines Werkstoffs aus Gummi oder Kunststoff von seiner Konfiguration abhängen. Wer beispielsweise eine bestimmte Gummimischung von zwei verschiedenen Lieferanten bezieht, erhält nicht exakt das gleiche Produkt. Es gibt immer Unterschiede, die sich aus den verwendeten Additiven ergeben.
Anders gesagt: Elastomere und Kunststoff haben in ihrer Zusammensetzung einen höheren variablen Anteil als Metalle. Ihre Eigenschaften hängen immer vom Kontext ab und können präzise an den Einsatzbereich angepasst werden. Metalle sind dagegen fix. Ihre Spezifika können nur in geringem Maße verändert werden.
In der Praxis macht sich dieser Unterschied hauptsächlich bei der Materialauswahl bemerkbar. Beim Entwurf eines Metallteils kann die Konstruktion aus einer Fülle von Werkstoffen wählen und den passendsten heraussuchen. Allerdings kann sie ihn nicht weiter modifizieren. Bei der Entwicklung eines Gummi- oder Kunststoffformteils verläuft die Materialauswahl etwas anders. Hier wählt die Konstruktion einen Basiswerkstoff und passt ihn mit verschiedenen Additiven an die Gegebenheiten an. Dies ist eine Umstellung für Expert:innen, die mit Kunststoffen und Elastomeren wenig Erfahrung haben. Sie können kein Material „out-of-the-box“ kaufen, jede Mischung ist anders.
Natürlich gibt es Ausnahmen. Gerade für weit verbreitete Einsatzgebiete gibt es vorgefertigte Gummi- oder Kunststoffmischungen, die bereits alle nötigen Eigenschaften mitbringen. Allerdings muss die Konstruktion auch hier erst prüfen, ob das Material für das vorliegende Produkt geeignet ist. Jede Mischung ist anders. Daher lohnt es sich, Expert:innen hinzuzuziehen, die auf spezifische Unterschiede hinweisen können.
Ein weiterer Unterschied zwischen beiden Materialgruppen betrifft das Fertigungsverfahren. Artikel, die aus Metall bestehen, werden grundsätzlich anders hergestellt als Artikel aus Gummi oder Kunststoff. Pressen, Spritzen und Extrudieren sind beispielsweise gängige Produktionsverfahren für Gummiformteile. Im Metallbereich sind diese Techniken hingegen etwas anders gelagert.
In der Praxis bedeutet dies, dass sich Erfahrungen in der Herstellung einer Materialgruppe oft nicht auf eine andere übertragen lassen. Dies kann sich negativ auf die Konstruktion eines Formteils auswirken, denn es gibt Geometrien, die sich mit Metall problemlos umsetzen lassen, mit Gummi oder Kunststoff jedoch nicht.
Beispielsweise arbeitet man im Metallbereich gerne mit feinen Konturen und spitzen Geometrien, die sehr enge Toleranzen erfordern. Gummi ist jedoch ein Naturstoff, der sich nicht so präzise herstellen lässt wie Metall. Das lassen die technischen Rahmenbedingungen nicht zu. Entwirft die Konstruktion etwa ein Gummiformteil, das sich durch sehr filigrane Geometrien auszeichnet, ist in der Regel mit einem hohen Ausschuss zu rechnen. Einige der produzierten Artikel passen nicht in die Maschine oder Baugruppe , andere sind schlichtweg defekt.
Bei der Arbeit mit Gummi und Kunststoff muss die Konstruktion beachten, dass diese Stoffe „leben“ und daher stets ein gewisses Mindestmaß an Abweichungen aufweisen. Dazu bedarf es allerdings Erfahrung mit dieser Materialgruppe.
Der Kontakt mit einem Entwicklungspartner für Gummi- und Kunststoffformteile ist nicht nur sinnvoll, um Fachwissen über den Werkstoff zu erlangen. Der Anbieter kann auch Einsichten in die aktuelle Marktsituation sowie gummi- und kunststoffgerechte Konstruktionsdetails beisteuern.
Beispielsweise wissen Gummi- und Kunststoffproduzenten, welche Materialien gerade schwer lieferbar oder preisintensiv sind. Dazu können sie langfristige Prognosen beisteuern, etwa wenn Wissenschaft und Politik gerade darüber diskutieren, ob bestimmte Materialien aus Gründen des Umwelt- oder Gesundheitsschutzes verboten werden sollen. In solchen Fällen kann die Konstruktion diese Werkstoffe gezielt vermeiden und auf Alternativen ausweichen.
Diese Vorteile gelten nicht nur für Produktionsunternehmen, die mit Kunststoffen und Elastomeren wenig Erfahrung haben. Auch für „alte Hasen“ lohnt sich der regelmäßige Austausch mit einem Entwicklungspartner, um auf dem neusten Stand zu bleiben.
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Oliver Geißler ist seit 2008 bei Jäger tätig und betreut unsere Kunden als technischer Vertriebs-Außendienst für den Standort Frankfurt/Maintal. Der gelernte Verfahrensmechaniker für Kunststoff- und Kautschuktechnik verfügt über 21 Jahre Erfahrung im Bereich Kunststoff-Apparate-Anlagenbau.
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