JÄGER Business Blog
Unterschiede und Gemeinsamkeiten
20.07.2022 | Andreas Fröhner
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Erfahren Sie, wie die Landtechnik die aktuellen Herausforderungen meisten kann
Gummi und Metall zählen zu den Werkstoffgruppen, die in fast allen industriellen Produkten enthalten sind. Ihre Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu kennen, ist für jedes Fertigungsunternehmen essenziell. Allerdings können nur wenige Organisationen Kompetenzen in beiden Bereichen vorweisen.
Die meisten Konstrukter:innen stammen aus der Metallwelt. Dort liegen ihre Kernkompetenzen. Mit anderen Werkstoffen haben sie oft nur wenig Erfahrung. Dabei lohnt es sich durchaus, die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen Elastomeren und Metallen zu kennen, um sie möglichst effizient kombinieren zu können.
Gummi ist ein elastischer Werkstoff, der sich ausdehnt, zusammenzieht und auf externe Einflüsse reagiert. Das ist ein Vorteil, wenn es um Dichten und Dämpfen geht, denn Gummi kann sich flexibel an dynamische Kräfte anpassen. In der Konstruktion kann diese Eigenschaft hingegen ein Problem darstellen.
Die elastischen Charakteristika von Gummi schränken die möglichen Toleranzen in der Produktion ein. Elastomere können nicht so präzise gefertigt werden wie Metalle. Das erlauben die Eigenschaften des Werkstoffs nicht. In der Metallkonstruktion sind beispielsweise filigrane Geometrien möglich, die den Bruchteil eines Millimeters breit sind. Man denke nur an Messerklingen. Im Elastomerbereich dagegen ist mit viel Mühe eine Breite von 0,5 mm möglich.
Darunter ist die Herstellung von Gummi nicht mehr prozesssicher darstellbar.
Viele Konstrukteur:innen sind Toleranzen im Hundertstel- oder Tausendstelbereich gewöhnt und erwarten das Gleiche von Gummiformteilen. Daher gehen bei Produzenten oft Anfragen über Geometrien ein, die nicht realisierbar sind. Dies führt zu zusätzlichen technischen Absprachen und Anpassungen, die das Entwicklungsprojekt in die Länge ziehen können und häufig auch die Kosten negativ beeinflussen.
Ein weiterer Faktor betrifft den Vulkanisationsprozess. Sehr feine Geometrien setzen optimales Fließverhalten voraus, um den Rohkautschuk in alle Ecken der Form zu leiten. Schon eine geringe vorzeitige Vulkanisation kann dazu führen, dass der Rohkautschuk nicht länger die filigranen Aussparungen der Form befüllen kann.
Unter Umständen kann die Temperatur des vorgeheizten Werkzeugs bereits ausreichen, um das Fließverhalten des Rohkautschuks so zu beeinflussen, dass die Geometrie nicht länger realisiert werden kann. Es wäre zwar möglich, das Werkzeug vollständig abkühlen zu lassen, aber dies würde sich negativ auf die Zykluszeiten auswirken und den Preis der Formartikel deutlich in die Höhe treiben.
Achten Sie darauf, keine zu filigranen Geometrien für Gummiformteile zu entwerfen. Diese können mit einem elastischen Werkstoff in vielen Fällen nicht realisiert werden. Erfahrungen aus dem Metallbereich lassen sich an dieser Stelle nicht 1:1 übertragen.
Verglichen mit Metallkomponenten ist die Anforderungsanalyse für Gummiformteile komplexer und umfangreicher. Elastomere sind weniger standardisiert als Metalle. Ihre Materialeigenschaften hängen in hohem Maße von den Zusatzstoffen ab, die dem Rohstoff beigemischt werden. Nur in seltenen Fällen ist es möglich, die gewünschten Eigenschaften einer Gummikomponente mit einer Standardmischung abzudecken. Gummi ist ein flexibler Werkstoff, der immer an den jeweiligen Einsatzbereich angepasst werden muss.
Diese Flexibilität bietet allerdings auch Spielraum für Fehler. Bei der Auswahl eines Elastomers sind viele Variablen zu beachten. Werden diese falsch angegeben, hat das Endprodukt eventuell nicht die gewünschten Eigenschaften. Dieser Aspekt unterscheidet Elastomere von Metallen, die fast alle zentralen Materialeigenschaften von Natur aus mitbringen.
Aus diesem Grund hat die Anforderungsanalyse bei der Spezifikation eines Gummiformteils oberste Priorität. Der Produktionspartner muss zum Beispiel wissen,
Diese Angaben sind eine wichtige Voraussetzung für die Materialauswahl, denn sie bestimmen die genaue Zusammensetzung der Gummimischung.
Die Anforderungsanalyse für Elastomere ist deutlich umfangreicher, als Sie es aus dem Metallbereich gewohnt sind. Beschreiben Sie den Einsatzzweck des Formteils so präzise wie möglich in Ihrem Lastenheft und seien Sie auf Rückfragen gefasst.
Was die Verarbeitung betrifft, bieten Metalle mehr Spielraum als Elastomere. Gummiformteile werden in der Regel per Spritzguss in einer Form hergestellt. Einfache Geometrien können aus Platten geschnitten bzw. gestanzt und Profile extrudiert werden. Eine nachträgliche Bearbeitung ist nur eingeschränkt möglich. Hier unterscheiden sich Elastomere von Metallen, die überwiegend mechanisch bearbeitet werden.
Nehmen wir zum Beispiel ein Rohr, das im Inneren eine Nut aufweisen soll. Bei einem Metallrohr kann die Fertigung die Nut einfach hineinfräsen. Bei einem Gummirohr ist dies nicht möglich. Hier muss die Nut schon bei der Konstruktion beachtet und das Werkzeug entsprechend gestaltet werden. Je feiner die Nut sein soll, desto schwieriger ist diese Aufgabe, denn bei sehr spitzen Winkeln oder filigranen Geometrien kann das Formteil beim Herauslösen aus dem Werkzeug beschädigt werden. Auch dies muss die Konstruktion bei der Produktentwicklung berücksichtigen.
Behalten Sie den Fertigungsprozess im Hinterkopf, wenn Sie ein Gummiformteil entwerfen. Elastomere können nicht auf die gleiche Weise bearbeitet werden wie Metalle. Bei sehr spitzen oder feinen Geometrien ist es ratsam, Materialexpert:innen zu konsultieren.
Die Unterschiede zwischen Gummi und Metall betreffen in erster Linie den Standardisierungsgrad sowie die Flexibilität in der Produktentwicklung. Gummi ist ein elastischer Werkstoff, der perfekt dafür geeignet ist, zu dämpfen und abzudichten. Dieser Vorteil wird durch einen geringeren Präzisionsgrad erkauft, der sich in niedrigeren Toleranzen und Schwierigkeiten bei der Realisierung filigraner Geometrien äußert. Zugleich muss Gummi stets an seinen Anwendungsbereich angepasst werden. Dieser Prozess erfordert eine gründliche Anforderungsanalyse.
In der Praxis sind diese Unterschiede hauptsächlich für die Konstruktion relevant. Elastomere und Metalle konkurrieren nicht miteinander. Sie ergänzen sich. Fast jedes industrielle Produkt enthält eine Kombination aus Gummi und Metall. Daher sollte sich die Konstruktion mit beiden Werkstoffen auskennen.
Erfahren Sie, wie die Landtechnik die aktuellen Herausforderungen meisten kann
Andreas Fröhner ist seit 2001 Außendienstmitarbeiter bei Jäger am Standort Hamburg. Der gelernte technische Betriebswirt kommt ursprünglich aus dem Automotive-Bereich und weist breites Wissen über das gesamte Gummi- und Kunststoffsortiment vor.
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