Mit hochsteifen und festen Spezialpolyamiden des Schweizer Kunststoffherstellers kann der Energieverbrauch sowohl in der Herstellung als auch im Gebrauch verringert werden.
Spezialpolyamide von Ems-Chemie, Domat/Ems (Schweiz), können als Metallersatz eingesetzt werden. Sie bieten neben einer Gewichtsreduktion, was in der Automobilbranche mit einer Reduktion von CO2 einhergeht, eine Senkung der Herstellungskosten von bis zu 60 %.
Metalldruckguss-Komponenten dagegen werden bei hohen Temperaturen hergestellt und sind deshalb energieintensiver. Der Energiebedarf zur Herstellung von Metalllegierungen als Ausgangswerkstoff ist deutlich höher als bei der Herstellung der Kunststoffmaterialien. Dies ist ein wesentlicher Grund, weshalb die Metallpreise im Vergleich zu Kunststoffen in letzter Zeit stärker angestiegen sind. Die energiegetriebene Kostenentwicklung macht den Einsatz von Kunststoff im Vergleich zu Metall zusätzlich attraktiv.
Die Schmelzenergie von Spezialpolyamiden ist im Vergleich zu Metallen deutlich geringer. (Abb.: Ems-Chemie)
65 bis 75 % der Herstellkosten werden durch die Konstruktion, also am Anfang eines Entwicklungsprojektes bestimmt. Es ist somit essenziell, dass der Konstrukteur zu Beginn der Aufgabenstellung verschiedene Konstruktions- und Werkstoffvarianten ausarbeitet und diese miteinander vergleicht. Im nachfolgenden Beispiel wird das Einsparpotenzial in drei Entwicklungsphasen am Beispiel eines Wasserzählers erläutert.
Material und Designwahl
Bei einem Wasserzähler wird der Werkstoff Messing durch Grivory HT1VA-4 FWA ersetzt. Die maximalen Betriebsbedingungen sind 16 bar und 70 °C. Die Lebensdauer soll mindestens 20 Jahre betragen. Mit 340 g Gewicht (Messing) handelt es sich um einen mittelgroßen Wasserzähler.
Durch Einsatz von Grivory HT anstelle von Messing werden die Herstellkosten um 50 % und das Bauteilgewicht um 75 % reduziert. Mit den aktuellen Stromkosten resultiert zusätzlich eine Energieeinsparung, die sich im Vergleich zu 2021 am Bauteilpreis zusätzlich bemerkbar macht.
Anpassung des Designs
Mit Moldflow-Simulationen und Finite-Elemente-Analysen wird die Geometrie des Bauteils genau auf die tatsächlichen Anforderungen abgestimmt. Die Wanddicke wird auf das technisch nötige Minimum verringert. Dadurch reduziert sich die Kühlzeit. Die Fließkanäle werden fließgünstig optimiert und unnötige Füllenergie bzw. Fülldruck wird vermieden. Auch wenn dieser Schritt an den Anfang eines Entwicklungsprozesses gehört, lohnt es, ihn auch für laufende Anwendungen durchzuführen, um das Optimierungspotenzial mit Werkstoff- und Prozessneuheiten weiter auszuschöpfen.
Anpassung des Herstellprozesses
Als dritter und letzter Schritt wird der komplette Herstellprozess des Bauteils von der Trocknung des Granulates bis zur Isolierung des Werkzeuges und Rückführung bzw. Aufbereitung des Kühlwassers unter die Lupe genommen. Mit diesem Schritt lassen sich bis zu 40 % Energie einsparen.
