Werkstoffauswahl

Materialauswahl

Die Materialauswahl spielt eine zentrale Rolle, schon ein kleiner Fehler kann zu erhöhten Kosten oder zum Ausfall des Bauteils und der Anlagen führen.

Die Materialauswahl sollte folgende Vorteile bringen:

Erwerb von Know-How
mehr Zuverlässigkeit
mehr Sicherheit
längere Lebensdauer
zufällige Schäden begrenzen
geringere Kosten des Bauteils
weniger Wartung
Gewichtsreduktion

und sollte folgende Punkte vermeiden:

höhere Belastung
Umgang mit neuen Materialien
Neugestaltung aufgrund neuer Materialien (Werkzeuge, Spritzgusswerkzeuge, Produktionsplanung usw.)

MATERIALAUSWAHLSTUFEN

MATERIALAUSWAHLMÖGLICHKEITEN

PRODUKTANFRAGE

Um die Konzepte am besten zu schematisieren, die bei einer richtigen Materialauswahl zu berücksichtigen sind, haben wir uns für die Verwendung einer Tabelle entschieden. Diese gliedert sich in 7 verschiedene Stufen/Verfahren (von 0 bis 6), die zur Materialauswahl genutzt werden können. In der Tabelle ist auch zu finden, was die Vorteile der Stufen und die Nachteile der anderen sind.

Obwohl uns diese Methode einen langen und erfolgreichen Weg bis in die Gegenwart ermöglicht hat, kann sie nicht gewährleisten alle Probleme zu lösen oder den korrektesten Weg aufzuzeigen. Diese Methode soll nur die Schritte aufzeigen, die aus unserer Sicht bei der Materialauswahl und/oder bei der Konstruktion des Bauteils zu befolgen sind.

Beschreibung der einzelnen Materialauswahlstufen

Stufe 0

Klassisches Beispiel und leider immer noch sehr beliebt: „Ich versuche es und sehe was passiert“. Wenn wir den Zeitaufwand und den Endpreis der Teile analysieren, kann man feststellen, dass es sich nicht lohnt, nach dieser Methode vorzugehen.

Stufe 1

Analysieren wir die Aktualität des Wissens und die erzielten Verbesserungen, so stellen wir jeweils fest, dass das erste Kriterium sehr alt ist und das zweite zu keiner Verbesserung führt.

Stufe 2

Wenn wir diese Stufe analysieren, können wir feststellen, dass es wirklich möglich ist, eine qualitativ hochwertige Lösung zu erhalten, aber in den meisten Fällen kann das Referenzbeispiel nicht verwendet werden und der Endpreis der Teile, zuzüglich der benötigten Zeit und der anfallenden Kosten ist sehr hoch.

Stufe 3

Das Ausfallrisiko ist hoch und es besteht die Gefahr, dass die Werte der Materialien, die für die spezifische Anwendung wirklich wichtig sind nicht berücksichtigt werden.

Stufe 4

Ab dieser Stufe beginnen wir erste Vorteile zu erzielen. Das Risiko eines Ausfalls beginnt zu sinken und gleichzeitig gibt es eine Einsparung beim Preis der Teile.

Stufe 5

Das Ausfallrisiko und der Endpreis der Teile wird weiter gesenkt und gleichzeitig wird eine hohe Kostenoptimierung und Effizienz erreicht.

Stufe 6

Es ist die höchste Stufe der Materialauswahl. Es wird eine sowohl eine Effizienzoptimierung der Bauteile erreicht als auch eine Senkung der Preise. Der Zeitaufwand des Kunden wird auf ein Minimum reduziert, da wir alle für die korrekte Auswahl erforderlichen Berechnungen durchführen.

Tabelle der Materialauswahlstufen


Stufe	0	1	2	3	4	5	6
Name	try & error	old monkey	copy & improve	Comparison	Optimisation	Total	Complete
Beispiel	-	Automatismus: Kettenführung = PE1000	Übertragung von Anwendungsbeispielen (z.B. aus der Natur -> Bionik)	Vergleich der Werkstoffenwerte untereinander	Vergleich der Werkstoffenwerte mit denen des aktuellen Werkstoffes	Vergleich der Werte der Materialien mit denen des Bauteils, z.B. Belastungen/Verformungen	Vergleich der Werte der Materialien mit denen des Bauteils, z.B. Belastungen/Verformungen
Art der Entscheidung	Versuch	Rückgriff auf die Vergangenheit	Übertragung und Verbesserung	Vergleich: besser / schlechter	Vergleich besser / schleckter	Berechnung & Auslegung	Berechnung & Auslegung
Entscheidungsgrundlage	keiner	Erfahrung	ähnliche Anwendung	Lieferantendaten	Lieferantendaten, bisherige Erfahrungen	Werkstoffkennwerte, Belastungsdaten	Werkstoffkennwerte, Belastungsdaten
Entscheidungsebene	-	Anwendung eigener Bereich	Anwendung fremder Bereich	Werkstoffkennwerte	Werkstoffkennwerte	Bauteil bzw. Werkstoffbelastungen/-verformungen	Bauteil bzw. Werkstoffbelastungen/-verformungen
Tiefe der Entscheidungsebene	0%	10%	70%	60%	70%	80%	80%
Wissensquelle	Versuch	internes Wissen	externes mit internem Wissen verbinden	externes Wissen	externes, internes Wissen	externes, internes Wissen	externes, internes Wissen
Wissensqualität	90%	70%	80%	90%	95%	100%	100%
Aktuelles Wissen	0,5 Jahre	10 Jahre	3 Jahre	2 Jahre	2 Jahre	2 Jahre	2 Jahre
Verfügbarkeit von Wissen	0%	100%	30%	70%	75%	50%	50%
Wissenspreis	Versuchskosten	keiner	keiner	keiner	keiner	Schulung erforderlich	keiner, da extern
Ursachen der Risiken	Zeit- und Kostenintensiv	keine Verbesserung	Beispiel nicht übertragbar	ungeeignete / nicht entscheidende Werkstoffkennwerte verwendet	Werkstoffkennwerte ungenau	Werkstoffkennwerte ungenau, Belastungsangaben ungenau	Belastungsangaben ungenau
Ausfallrisiko	80%	20%	30%	30%	20%	10%	5%
Chance	keine	keine	Neuartige Lösungen	höhere Belastung möglich	höhere Belastung möglich	hohe Optimierung von Preis / Leistung	Optimale Lösung Preis / Leistung
Kundeninvestition- Geld	5%	10%	50%	30%	40%	50%	65%
Kundeninvestition- Zeit	90%	5%	45%	50%	40%	20%	15%
Lösungsqualität	70%	70%	120%	70%	80%	90%	100%
Teilepreis	150%	100%	110%	90%	90%	80%	70%
Innovation	möglicher Rückschritt	keine	hoch	mittel	hoch	hoch	hoch
Unterstützung WKG	Muster	nicht erfordelich	Anwendungskatalog	Relativer Materialvergleich	Spezifischer Materialvergleich	Schulungen, Dokumente, Berechnungsformulare und/ oder Tools	Fragebogen

Was nun?

Nachdem wir nun beschrieben haben, wie sich die verschiedenen Stufen voneinander unterscheiden, wählen wir die für die Komponente wichtigen Makroparameter aus und geben ihnen einen Wert.

Die in der nächsten Tabelle gefundenen Punkte werden zunächst auf der Grundlage der ausgewählten Parameter zugeordnet und dann addiert, wodurch das für die Materialauswahl erforderliche Mindeststufe der Auswahl angegeben wird.

Selbstverständlich sind die angegebenen Werte als Beispiel zu verstehen. Diese Werte sind, je nach Unternehmen, Industriebereich usw., Schwankungen unterworfen. Jedes Unternehmen sollte die Werte an seine eigenen Bedürfnisse anpassen.

Beispiel einer Entscheidungshilfetabelle für Bauteile aus Kunststoff


Entscheidungshilfe
Eigenschaften	Parameter				Auswahl	Wichtigkeitspunkte	Materialauswahl auf Mindestniveau
	Option A	Punkte A	Option B	Punkte B
Einschaltdauer	niedrig, sporadisch	0	hoch , ständig	1	B	1	Level 4
Betriebstemperatur [° C]	<60	0	> 120	2	A	0
Laststufe [MPa]	<5	0	> 50	1	A	0
Spezifische Materialkosten [€ / kg]	<50	0	> 130	1	B	1
Sicherheit - Fehler	Sporadisch / keine	0	Ständig	2	B	2
Formparameter	Einfach / Buchse	0	Mittel / Wälzlager	1	A	0
Austauschbarkeit des Bauteils	Einfach, schnell	0	Nicht möglich	2	A	0
Funktion für das gesamte System	Untergeordnet	0	Schlüsselfunktion	2	A	0
						Sum =4

Wenn die Summe> 6 ist, beträgt die empfohlene Mindeststufe der Materialauswahl 6.

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