DuPontâ„¢ Technische Kunststoffe Allgemeine Konstruktionsprinzipien

Wirtschaftliche Konstruktionen
im Vergleich zu den Kosten des Rohmaterials
Eine der Hauptaufgaben des Konstrukteurs, der ein neues
Produkt entwirft, besteht darin, die wirtschaftlichste Konstruktion
zu entwickeln; häufig läßt er sich aber dazu verleiten,
das Material mit dem niedrigsten Preis vorzuschreiben.
Daß dies nicht der richtige Weg zu höherer Wirtschaftlichkeit
ist, wird durch die nachstehenden Beispiele belegt:
Radkonstruktion für ein Fahrrad
Bei der Spezifikation eines Materials für das Rad eines Fahrrades
geht es im allgemeinen zuerst darum, die richtige Kombination
von Zähigkeit und Steifigkeit zu finden. Zu den
Materialien, die als Ersatz für das bei dieser Anwendung seit
Jahren bewährte glasfaserverstärkte ZYTEL ® ST in Betracht
kommen und die physikalischen Anforderungen (unter
Berücksichtigung einer ausreichenden Sicherheit) nahezu
erfüllen, zugleich aber einen deutlich günstigeren Kunststoffpreis
bieten, zählt ein (mit 20% Glasfasern verstärkter)
Polypropylen-Typ (siehe Abb. 5.07).
Abb. 5.07 Radfelge
Polypropylen
Das in Polypropylen konstruierte Rad würde zwar zusätzliche
145 g Material erfordern, um den Anforderungen an die
Steifigkeit zu genügen; dennoch ließen sich drastische Einsparungen
erzielen, wenn man allein den Kunststoffpreis in
Betracht ziehen würde:
ZYTEL ® ST Polypropylen
Radgewicht $ 0,91 kg $ 1,05 kg
Kunststoffpreis (pro kg) $ 4.12 $ 1.76
Kunststoffkosten pro Rad $ 3.73 $ 1.86
NB: angegebene Preise sind Änderungen unterworfen!
ZYTEL® ST
Aber auch andere Faktoren beeinflussen die Kosten. Bei
Verwendung eines Einfach-Werkzeugs kann eine 4,9 Meganewton-Presse
bei zwei Arbeitsschichten jährlich 250000
Räder aus ZYTEL ® ST Polyamid produzieren. Wegen der längeren
Zykluszeit von Polypropylen – 130 Sekunden gegenüber
60 Sekunden für ein Rad aus Polyamid – wären zwei
Einfach-Werkzeuge erforderlich, um die gleiche Menge
produzieren zu können.
Da auch das Materialvolumen höher ist, wären zwei Pressen
mit je 5,8 Meganewton erforderlich.
Der unmittelbare Investitionsaufwand würde sich somit mehr
als verdoppeln, und wenn man noch amortisierte Zinsbelastung,
längere Maschinenzeiten und höhere Arbeitskosten
hinzurechnet, ergibt sich ein anderes Bild. (Dabei ist nicht
einmal versucht worden, die zusätzlichen Kosten der Qualitätskontrolle
einzubeziehen, die möglicherweise aufgrund
von Problemen wegen der dickeren Wandungen zu erwarten
sind.) Rechnet man die üblichen Vertriebskosten und die
Investitionsrendite hinzu, sieht die Vergleichsrechnung eher
wie folgt aus:
ZYTEL ® ST Polypropylen
Endverbraucherpreis pro Rad $ 6.01 $ 5.77
Obwohl der Verkaufspreis des Polypropylenrades damit
immer noch vier Prozent günstiger ist, kann dieser Vorteil
bei weitem nicht die enorme Überlegenheit des Polyamidrades
im Hinblick auf eine so bedeutsame Eigenschaft wie
die Schlagzähigkeit aufwiegen. ZYTEL ® ST801 Polyamid
weist eine Schlagzähigkeit nach Izod (1000 J/m bei Raumtemperatur
und 50% r.L.) auf, die der von Polypropylen um
das 20fache überlegen ist.
Das «billigere» Rad würde bei Raumtemperatur zwar die
gleiche Steifigkeit und die gleichen Sicherheitsfaktoren bieten;
bei erhöhten Temperaturen könnte das Polypropylenrad
jedoch nicht die Eigenschaften des Polyamidrades erreichen.
Bei 65° C, einer im Südwesten der USA nicht ungewöhnlichen
Radtemperatur, würde die Festigkeit und Steifigkeit
des Polypropylenrades nur noch etwa 80 Prozent der
entsprechenden Werte des Rades aus ZYTEL ® ST erreichen.
Das gleiche würde für die Zeitstandfestigkeit gelten, die
für die Funktion der Luftbereifung im Betriebszustand von
entscheidender Bedeutung ist.
Diese und andere Markt- und Herstellungsnachteile des
Polypropylenrades wie zum Beispiel 16 Prozent mehr
Gewicht und das klobige Aussehen lassen erkennen, daß
ZYTEL ® ST in der Tat die klügere Wahl ist.
47