BKM – Konstruieren mit Kunststoffen
Als erfahrene Kunststoffprofis wissen wir, wie wichtig fachliches Know-how beim Konstruieren mit Kunststoffen ist. Denn einerseits eröffnen Kunststoffe eine enorme Bandbreite an Möglichkeiten.
Doch andererseits verhalten sich Kunststoffe ganz anders als Metall, Holz, Glas und andere Materialien.
Deshalb gibt es zahlreiche Punkte, die bei der Planung von Kunststoffprodukten berücksichtigt werden müssen:
Inhalt:
Material
Es ist sehr wichtig, ein geeignetes Kunststoffmaterial auszuwählen. Denn jeder Kunststoff hat spezifische Eigenschaften. So gibt es zum Beispiel mit Blick auf die Zugfestigkeit, die Biegefestigkeit oder die Schlagzähigkeit große Unterschiede. Gleiches gilt für das Verhalten unter Wärmeeinwirkung oder die Beständigkeit gegenüber Chemikalien.
Im Zuge der Kunststoffherstellung ist es zwar möglich, Additive einzusetzen, um das Material nach Bedarf einzustellen und für die geplante Anwendung zu optimieren. Trotzdem muss die Basis stimmen.
Gibt es bereits einen Kunststoff, der den Anforderungen gerecht wird, lassen sich zudem möglicherweise Kosten sparen, wenn dieses Material anstelle eines eigens und aufwändig modifizierten Materials zum Einsatz kommt.
Festigkeit
Während seiner Nutzungsdauer ist ein Bauteil spezifischen Belastungen ausgesetzt. Bei der Konstruktion von Kunststoffbauteilen sind deshalb Berechnungen der Festigkeit und Lastanalysen unverzichtbar. Das gilt insbesondere für Konstruktionen, bei denen es auf Stabilität ankommt.
Eine sorgfältige Planung stellt sicher, dass die Kunststoffkomponenten den Belastungen dauerhaft standhalten können.
Gleichzeitig geben die Anforderungen an das Bauteil den Rahmen für die Auswahl einer geeigneten Kunststoffart und notwendiger Zuschlagstoffe vor.
Temperaturbeständigkeit
Kunststoffe unterscheiden sich in ihren thermischen Eigenschaften. Während einige Kunststoffe bei hohen Temperaturen an Festigkeit verlieren oder sich verformen, werden andere Kunststoffe spröde und brüchig.
Additive können die Dauergebrauchstemperatur von manchen Kunststoffen erhöhen. Es gibt aber auch Hochtemperaturkunststoffe, die bereits so eingestellt sind, dass sie mit Hitze und Kälte zurechtkommen.
Bei der Konstruktion ist also wichtig, zu beachten, in welchem Temperaturbereich das Bauteil eingesetzt werden soll. Danach richtet sich die Auswahl des Materials.
Umgebungseinflüsse
UV-Strahlung, starke Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit oder Chemikalien und andere Substanzen haben unterschiedliche Effekte auf die verschiedenen Kunststoffarten.
Manche Kunststoffe halten beispielsweise der Witterung problemlos stand, bei anderen Kunststoffen droht vergleichsweise schnell ein Materialversagen.
Daher muss berücksichtigt werden, in welcher Umgebung ein Kunststoffprodukt eingesetzt wird und welchen Einflüssen es dort standhalten muss.
Wandstärke
Die Wandstärken von Kunststoffteilen sollten einerseits möglichst dünn gehalten werden. Denn geringe Wanddicken vermeiden Einfallstellen, Löcher und Verzug. Außerdem sinken die Kosten, weil weniger Material eingesetzt werden muss und die Zykluszeiten im Produktionsprozess kürzer sind.
Andererseits hängt es von der Fließfähigkeit des Kunststoffs und von den Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften des Produktes ab, wie dick die Wände mindestens sein müssen.
In der Praxis haben sich Wandstärken in einem Bereich zwischen einem und vier Millimetern bewährt.
Außerdem sollten die Wanddicken möglichst gleichmäßig ausgelegt sein, damit auch die Abkühlung gleich schnell erfolgt. Lassen sich konstruktionsbedingt unterschiedliche Wandstärken nicht vermeiden, ist ratsam, fließende Übergänge zu konstruieren.
Gewicht
Zu den großen Pluspunkten von Kunststoffen gehört, dass sie in aller Regel leichter sind als andere Materialien. Beim Konstruieren mit Kunststoffen sollte das Potenzial, das Gewicht zu reduzieren, natürlich ausgeschöpft werden. Weniger Gewicht kann die Leistung steigern und Kosten einsparen.
Allerdings darf die Leichtbauweise nicht zulasten der Qualität gehen.
Deshalb ist auch hier wieder wichtig, einen geeigneten und leistungsstarken Kunststoff auszuwählen und die Anforderungen an das Bauteil bei der Konstruktion zu berücksichtigen.
Hier unser: Kunststoff Gewichtseinsparungs-Rechner
Fertigungsverfahren
Die Formbarkeit von Kunststoffen ermöglicht, verschiedenste Geometrien umzusetzen. Je nach Bauteil und Kunststoffart kommen dabei unterschiedliche Fertigungsverfahren infrage.
Der Spritzguss zum Beispiel bietet sich für Bauteile mit komplexen Geometrien an, die in großen Stückzahlen produziert werden sollen. Die Extrusion hingegen spielt ihre Stärken aus, wenn Produkte mit fortlaufenden Formen wie Profile, Rohre oder Folien entstehen sollen.
Für Prototypen und kleine Stückzahlen wiederum kann auch der 3D-Druck eine interessante Option sein.
Die Auswahl der optimalen Fertigungstechnologie wirkt sich auf die Qualität und die Effizienz der Produktion aus. Gleichzeitig hat sie Einfluss darauf, wie schnell und mit welchen Kosten ein Projekt realisiert werden kann.
Oberfläche
Die Struktur und Gestaltung der Kunststoffoberfläche hat zum einen funktionale Aspekte. Gehäuse von elektronischen Geräten müssen anderen Anforderungen gerecht werden als zum Beispiel Fensterprofile, Handläufe von Treppen oder Werkzeuggriffe.
Zum anderen geht es um die optische Wirkung. Während Farben und dekorative Muster einen überschaubaren Aufwand verursachen, sind auf Hochglanz polierte Kunststoffoberflächen in der Herstellung teuer und im Gebrauch empfindlich.
Daher sollte gut überlegt werden, welche Anforderungen wirklich erfüllt werden müssen, um die Funktion zu gewährleisten, ästhetischen Ansprüchen zu genügen und dennoch wirtschaftlich zu produzieren.
Verbindungen
Um Kunststoffteile miteinander zu verbinden, als Komponenten zu verbauen oder als Bauteile zu montieren, sind verschiedene Techniken möglich. Dazu zählen das Schweißen, das Kleben oder mechanische Verbindungen wie Schrauben und Nieten. Auch Steckverbindungen sind realisierbar.
Bereits bei der Konstruktion sollte eingeplant werden, wie das Kunststoffprodukt später verwendet wird.
Dadurch können schon im Zuge der Fertigung entsprechende Vorkehrungen getroffen werden, die zusätzliche Nachbearbeitungen vermeiden und so auch die Kosten senken.
Umweltaspekte
Mit Blick auf das Umweltbewusstsein sollten Kunststoffprodukte qualitativ hochwertig und langlebig konstruiert werden. Denn je länger ein Kunststoffteil im Einsatz bleibt, desto nachhaltiger ist die Nutzung.
Daneben sollten recycelbare Materialien in die Konstruktion einfließen. Dadurch kann das Kunststoffteil aufbereitet und der recycelte Kunststoff als Sekundärrohstoff für ein neues Produkt wiederverwertet werden. Auch Rezyklate können eine Überlegung wert sein.
Unterm Strich geht es darum, hochwertige Kunststoffprodukte zu konstruieren, die effizient sind und den ökologischen Fußabdruck gleichzeitig so klein wie möglich halten.
FAQ: Design und Werkzeugfertigung beim Konstruieren mit Kunststoffen
Warum ist das Design von Produkten aus Kunststoff so wichtig?
Das Design von Kunststofferzeugnissen beeinflusst nicht nur deren Ästhetik, sondern auch ihre Funktionalität und Gebrauchstauglichkeit. Ein effektives Design kann zur Verbesserung der Ergonomie, zur Optimierung der Produktleistung und sogar zur Senkung der Material- und Herstellungskosten durch eine effiziente Nutzung des Kunststoffs beitragen.
Welche Rolle spielt das Design bei der Herstellung von Kunststoffprodukten?
Das Design ist ein wesentlicher Faktor, wenn es darum geht, die Effizienz der Herstellungsprozesse von Kunststoffprodukten zu steigern. Ein gut durchdachtes Design kann zur Verringerung der Anzahl der erforderlichen Produktionsschritte, zur Vereinfachung der Montageprozesse und zur Verbesserung der Gesamtqualität des Endprodukts beitragen. Es kann auch dazu beitragen, Ausschuss und Materialverschwendung zu minimieren.
Wie kann das Design die Produktleistung von Kunststoffprodukten beeinflussen?
Ein optimiertes Design kann die strukturelle Integrität und Stabilität von Kunststoffprodukten verbessern. Produkte können so entwickelt werden, dass sie spezifischen Anforderungen und Nutzungsumgebungen gerecht werden, indem Faktoren wie Belastungsanalysen, Materialauswahl und Formgebung berücksichtigt werden. Dies trägt dazu bei, die Lebensdauer der Produkte zu verlängern und ihre Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Welche Bedeutung hat das Design für die Herstellung von Kunststoffprodukten?
Das Design hat einen direkten Einfluss auf die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Herstellungsprozesse von Kunststoffprodukten. Sie bestimmt die Komplexität der für die Herstellung erforderlichen Formen und Werkzeuge sowie die Art der Fertigung und Montage der Bauteile. Durch ein gut durchdachtes Design können die Produktionskosten gesenkt und die Produktionsgeschwindigkeit erhöht werden.
Warum ist die Herstellung der erforderlichen Werkzeuge ein wichtiger Schritt bei der Konstruktion mit Kunststoffen?
Die Herstellung der Werkzeuge, insbesondere für das Spritzgussverfahren, ist ein entscheidender Schritt beim Konstruieren mit Kunststoffen. Die Konstruktion und die Qualität der Werkzeuge haben einen direkten Einfluss auf die Genauigkeit, die Oberflächenqualität und die Reproduzierbarkeit der gefertigten Teile. Daher muss das Werkzeug sorgfältig ausgewählt und konstruiert werden, um die Qualität und Wirtschaftlichkeit der Produktion zu gewährleisten.
Was ist bei der Konstruktion von Werkzeugen für die Kunststoffproduktion zu beachten?
Verschiedene Faktoren wie die Komplexität der Formteile, die Materialauswahl, die Kühlung und Entformung des Kunststoffs sowie die Produktionsmengen müssen bei der Konstruktion von Werkzeugen für die Kunststoffproduktion berücksichtigt werden. Die Auswahl geeigneter Werkzeugwerkstoffe und Fertigungstechnologien sowie die Berücksichtigung von Toleranzen und Qualitätskontrollen sind ebenfalls von großer Bedeutung, um qualitativ hochwertige und kostengünstige Produktionsergebnisse zu erreichen.
