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Muster für Versuche schnell zur Hand

Komponenten aus Polyurethan ersetzen Metallbauteile
Muster für Versuche schnell zur Hand

Durch den Einsatz von Polyurethanen lässt sich bei der Teilefertigung in kleinen bis mittleren Stückzahlen Geld sparen. Die PUR-Kunststoffe können mit einfachen, kostengünstigen Formen verarbeitet werden.

Dipl.-Ing. Daniel Repking ist zuständig für Marketing und Verkauf bei der Internorm Kunststofftechnik GmbH in Damme

Welcher Konstrukteur denkt nicht gelegentlich daran, Kunststoffe einzusetzen, verwirft den Gedanken aber wieder aufgrund zu geringer Stückzahlen und der Angst vor hohen Formkosten als Anfangsinvestition? Man gibt viel Geld aus für eine Form, bevor das erste Muster für Testversuche fertig ist. Funktioniert das geplante Bauteil nicht auf Anhieb, muss umkonstruiert oder gar das Konzept verworfen werden.
Insbesondere für Neuentwicklungen verarbeitet die Internorm Kunststofftechnik GmbH, Damme, mit Gießpolyurethan einen Kunststoff, den viele Techniker kennen, aber nicht mit Kleinserien und Kunststoff-Formartikeln in Verbindung bringen. Polyurethane lassen sich mit einfachen, kostengünstigen Formen verarbeiten und eignen sich speziell für Kleinserien und großvolumige Bauteile von einigen Kilogramm Gewicht, die nicht im Spritzguss verarbeitet werden können. Mit einfachen Mitteln lassen sich vergleichsweise schnell Muster für Versuche fertigen.
Polyurethan besitzt hervorragende mechanische Eigenschaften: So sind beispielsweise Abrieb-, Schnitt- und Zugfestigkeit wesentlich höher als bei normalen Spritzgusskunststoffen. Der Kunststoff ist öl- und fettbeständig und bringt somit günstige Voraussetzungen für den Einsatz in Maschinen mit. Das Polyurethan von Internorm verbindet sich mit vielen unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise mit allen gängigen Metallen. Hergestellt werden können Produkte von wenigen Gramm bis zu 300 kg Gewicht. Der Kunststoff kann hart sein wie ein Golfball, aber auch weich wie eine Silikonfuge.
Internorm fertigt hauptsächlich für Kunden aus dem Mittelstand Gießpolyurethanprodukte, Kunststoff-Walzen und Spritzgussartikel, wobei sich das Unternehmen auf kleine bis mittlere Stückzahlen spezialisiert hat.
Die meisten Artikel werden mit dem Kunden zusammen entwickelt. Häufig lassen sich auch vorhandene Bauteile mit Polyurethan verbessern.
Wie ein vorhandenes Produkt durch den Einsatz von Polyurethan zu optimieren ist, zeigt das Beispiel eines Sä- Gehäuses aus einer Landmaschine. Für die Dosierung von Saatgut in Sämaschinen ist ein Zellenrad mit Gehäuse erforderlich. Dieses soll die erforderliche Saatmenge portionieren bevor es zum Auswurf aufs Feld kommt. Das Dosiergehäuse mit den Abmessungen 200 mm x 200 mm x 160 mm (L x B x H) besteht aus einem viereckigen Rahmen mit Montagevorbereitung in Form von Gewinden, einem innen gelagerten Zellenrad und einer Abdeckung.
Bevor es zu der gemeinsamen Idee kam, ein Sä-Gehäuse aus Kunststoff zu fertigen, wurde das Bauteil aus Edelstahl geschweißt. Diese Konstruktion war zu kostspielig und zu schwer – bodenschonendes Arbeiten erfordert leichte Maschinen. Aufgrund der relativ aufwendigen Fertigung wurden immer große Stückzahlen bestellt, um die Produktionskosten niedriger zu halten. Die Gehäuse wurden auf Lager gelegt und regelmäßig abgerufen.
Um das Sä-Gehäuse in Polyurethan umgestalten zu können, musste die Wanddicke neu berechnet werden. Das Gehäuse sollte ausreichend steif sein. Die Rechenergebnisse wurden durch statische Versuche mit dem Kunststoff optimiert. Als beste Lösung erwies sich in diesem Fall ein besonders hartes Kaltgießpolyurethan mit 70 Shore D. Das Polyurethan wurde mikrobenbeständig ausgestattet und über Kunststoffzusätze hydrolysefest formuliert. Der Kugellagersitz und die Gewindebuchsen sollten im Gehäuse eingegossen werden.
Als der Vorentwurf fertiggestellt war, wurde ein erster Abguss erstellt. Um die Formkosten der Prototypen möglichst gering zu halten, musste zunächst ein Lasersinter-Prototyp gefertigt werden. Beim Lasersintern wird Polyamid-Staub per Laserstrahl verschmolzen und so ein Bauteil aufgebaut. Dieses wird mit Gießharz umgossen, um einen Negativabdruck zu erhalten. Ein solcher Abguss kann für etwa zwei bis vier Muster als Form dienen, danach ist das Gießharz zu stark beschädigt. Die Gewinde und Kugellagersitze werden nachträglich in die Prototypen eingefräst.
Die neuen Gehäuse wurden in einige Maschinen eingebaut und in der Praxis getestet. Insbesondere bei Maschinen für den Außenbereich dauert eine Testphase bis zu einem Jahr, um den Kunststoff den extremen Bedingungen des Winter- und Sommerklimas auszusetzen. Als die Tests erfolgreich abgeschlossen waren, fertigte Internorm erste Aluminiumformen für die Serie. Heute produziert das Unternehmen etwa 800 dieser Bauteile pro Jahr.
Inzwischen ließen sich die Fertigungskosten gegenüber der ursprünglichen Variante fast halbieren. Die Lieferzeiten sind kurz, und auch kleinere Losgrößen können, wenn eine Form erst einmal vorhanden ist, problemlos gefertigt werden. Komplizierte Maschineneinstellungen entfallen. Die Rüstkosten beschränken sich auf das Organisieren der Form. Der Maschinenbauer kann ohne wesentlich höhere Bauteilkosten „just in time“ beliefert werden und vermeidet so Lagerkosten und Kapitalbindung. Sobald sich ein Bauteil fest am Markt etabliert hat und die Stückzahlen gestiegen sind, kann auf Spritzguss umgestellt werden.
Kapitalbindung und Lagerkosten werden vermieden
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