Aufrufe
vor 1 Jahr

DER KONSTRUKTEUR 9/2015

DER KONSTRUKTEUR 9/2015

WERKSTOFFTECHNIK Mit

WERKSTOFFTECHNIK Mit Elastomeren am Limit? Kunststoffe für Leichtbau und sportliche Höchstleistungen Nicht nur im Maschinen- und Fahrzeugbau gilt es bewegte Massen möglichst gering zu halten, um energieeffiziente Konstruktionen zu ermöglichen. Auch bei Sportartikeln wie Laufschuhen sind Leichtgewichte Grundlage für sportliche Höchstleistungen. Hier wie da können Kunststoffe punkten – und das nicht nur mit geringem Gewicht. Kann ein Mensch 100 m in 9,29 s laufen? Oder sind doch 9,48 s das theoretische Limit? Während sich Wissenschaftler darüber streiten, versuchen die schnellsten Männer der Welt den derzeitigen Weltrekord von 9,58 s zu schlagen. Neben ihrer persönlichen Leistungsfähigkeit ist dabei das wichtigste Sportgerät der Schuh, z. B. der von Asics Corporation angebotene Spike Schuh Sonicsprint Elite, der in seiner Sohle das Polyamid 12 Elastomer Daiamid enthält. Komplexe Herausforderung Bewegung und Geschwindigkeit sind für die Materialforscher und Schuhentwickler eine Herausforderung. Sie arbeiten daher seit Jahren eng zusammen, um neueste wissenschaftliche Erkenntnisse in die ideale Passform umzusetzen. Namhafte Sporthersteller setzten in der Vergangenheit bei vielen Sportschuhsohlenentwicklungen auf die wegen ihrer geringen Dichte von nahezu 1g/cm³ sehr leichten Polyamide 12-Formmassen Vestamid von Evonik Industries, Essen, und Daiamid des Joint- Ventures Daicel-Evonik. Das geringe Gewicht eines Sportschuhs ist besonders wichtig, um das komplexe Zusammenspiel von Muskeln, Knochen und Bändern im Fuß optimal zu unterstützen. Auch sollte die eingeflossene Energie möglichst vollständig über eine Federwirkung an den Träger zurückgeben werden. Dies gelingt über die Eigenschaften der Sohle. Klaus Hülsmann, Key Account Manager bei Evonik für den Bereich Sport, ist sich sicher: „Bei der Entwicklung von neuen Polymeren für den Sportsektor ist es wichtig, den Bedürfnisses eines sich schnell wandelnden Marktes gerecht zu werden. Daher entwickeln wir mit unseren Partnern gezielt maßgeschneiderte Polyamide und Kunststoffsysteme für die jeweilige Disziplin.“ Werkstoffeigenschaften und konstruktive Umsetzung Die Vestamid- und Daiamid-Typen aus der Polyamid 12-Familie sind steif, gleichzeitig jedoch so rückstellfähig, dass sie die beim Verformen aufgenommene Energie zum großen Teil beim Entspannen als Impuls wieder abgeben. Aufgrund der guten mechanischen Stabilität der Materialien kann durch konstruktive Maßnahmen weiter Gewicht eingespart werden, etwa dadurch, dass Sohlen nicht vollflächig ausgeführt sind oder – wie bei der Sohle des Asics Sprintschuhs – durch eine überlegene Verstärkungstechnik. „Die dadurch erzeugte Das weite Eigenschaftsprofil von Polyamiden anwendungsspezifisch nutzen Kombination aus Steifheit und Flexibilität verleiht dem Schuh die für Sprints am Startblock benötigte Explosivität“, erklärt Hiroaki Arita, Forschungsleiter und Leiter des Technikums bei Daicel-Evonik. Vestamid und Daiamid sind in unterschiedlichen Farben brillant einzufärben, laserverschweißbar und laserbeschriftbar. Sie werden eingesetzt vom Skistiefel über den Laufschuh bis zum Fußballschuh und können dabei Metallinserts für Clipverbindungen, z. B. für Metallstollen, sicher aufnehmen. Daicel-Evonik ist eine weitere Entwicklung gelungen: Die Sohle R-Compo ist ein Verbund aus Polyamid 12 und Gumminoppen mit einem ausgewogenen Verhältnis von exzellenter Griffigkeit und geringem Abrieb. Bei ihrer Entwicklung spielte die patentierte Kunststoff-Kautschuk-Verbundtechnologie eine wichtige Rolle. Dieser Prozess verbindet Polyamid und Gummi ohne zusätzlichen Haftvermittler fest miteinander. Unterstützung vom Kunststoffexperten Evonik unterstützt Kunden nicht nur durch seine Materialentwicklung, sondern auch bei der konstruktiven Entwicklung durch CAD und Form-Füll-Simulationen. Bei der Materialentwicklung setzt das Unternehmen zunehmend auch auf biobasierte Formmassen Vestamid Terra, die eine niedrigere CO 2 -Bilanz aufweisen als erdölbasierte Polyamide. Sie können genau wie die herkömmlichen Formmassen in ihren Eigenschaften maßgeschneidert werden – von hart bis weich. www.evonik.com 52 Der Konstrukteur 9/2015

WERKSTOFFTECHNIK Polyamid ersetzt Aluminium im Fahrwerksbereich Den weltweit ersten Kunststoff-Getriebequerträger im Hinterachsrahmen haben Contitech Vibration Control und BASF für die S-Klasse von Mercedes-Benz entwickelt. Der Träger besteht aus dem tech - nischen Kunststoff Ultramid A3WG10 CR, einer hoch verstärkten und auf hohe mechanische Lasten optimierten Polyamidspezialität der BASF. Gegenüber dem Vorgängerträger aus Aluminiumdruckguss bietet das Bauteil eine Gewichtsersparnis um 25 %, eine bessere Akustik und gute mechanische Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen und den aktuellen Crash-Anforderungen. Zu diesen Eigenschaften trug auch die Auslegungskompetenz der BASF mithilfe des Simulationstools Ultrasim bei. Als eine zentrale Komponente der Hinterachse stützt das Strukturbauteil einen Teil des Drehmoments ab, das vom Motor auf das Getriebe übertragen wird, und trägt die permanente Teillast des Differentialgetriebes. Um das Aluminium in dieser Anwendung zu ersetzen, hat der Kunststoff hohe mechanische Anforderungen zu erfüllen: Der zu 50 % kurzglasfaser-verstärkte Kunststoff Ultramid A3WG10 CR verfügt über eine optimale Festigkeit sowie Steifigkeit und zeigt eine geringe Kriechneigung unter Dauerlast. Darüber hinaus kann das Material hohe Biegemomente ertragen. www.basf.com Perfluorkunststoff hält Dauergebrauchstemperaturen bis 300 °C stand Ecctreme ECA ist eine neue Familie aus der Schmelze verarbeitbarer Hochtemperatur-Perfluorkunststoffe (HTP) von DuPont, die langzeitig Einsatztemperaturen bis zu 300 °C widerstehen und damit die bisher für Perfluorkunststoffe nach ISO 2578 geltende Obergrenze von 260 °C übertreffen. Zugleich bietet diese neue Werkstoffklasse die bekannten Merkmale der Perfluorkunststoffe, wie Chemikalien- und Permeationsbeständigkeit, gute dielektrische Eigenschaften und niedriger Reibwert. UL hat Ecctreme ECA nach mechanischen, elektrischen und Brandtests bei Dicken ab 0,75 mm und darüber in die Brennbarkeitsklasse V-0 eingeordnet und elektrische sowie mechanische RTI-Werte von 300 °C bestätigt (RTI = Relativer Temperaturindex nach UL 746B als Maß für die thermische Alterungsbeständigkeit bei erhöhter Temperatur). Dies ist der höchste RTI-Wert aller in der UL-Datenbank (UL Component File E54681) verzeichneten Kunststoffe. Zu den Anwendungsmöglichkeiten des Perfluorkunststoffs, der auf den gleichen Maschinen und mit der gleichen Produktivität extrudiert, gepresst oder spritzgegossen werden kann wie die entsprechenden Perfluorkunststoff-Standardtypen, gehören Formteile, Rohre und Schläuche sowie Ummantelungen von Kabeln, Leitungen und Sensoren für raue Umgebungsbedingungen. www.dupont.de Biobasierter EPDM-Kautschuk als Basis für Dichtungswerkstoff Der Spezialchemie-Konzern Lanxess liefert seinen biobasierten Ethylene-Propylen-Diene-Monomer-Kautschuk (EPDM-Kautschuk) Keltan Eco an die Freudenberg Sealing Technologies. Die Freudenberg-Gruppe, Hersteller von Dichtungen und schwingungstechnischen Komponenten, hat in ihrer nordamerikanischen Tochtergesellschaft damit begonnen, Gummidichtungen auf Basis von Keltan Eco zu produzieren. Keltan Eco enthält bis zu 70 % Ethylen, das aus Zuckerrohr gewonnen wurde. Freudenberg Sealing Technologies hatte mit der Entwicklung des auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Compounds bereits im Jahr 2012 begonnen. Die Anwendungen für Compounds auf Basis von Keltan-Eco-Polymeren reichen von Dichtungen für Kühlmittel, Dampf und synthetische Hydrauliköle bis hin zu Bremsflüssigkeit und Hydraulikflüssigkeiten, wie sie in der Luftfahrt eingesetzt werden. Das neu entwickelte Material ist gegenüber Temperaturen von bis zu 150 °C beständig. Das Polymer, das Freudenberg Sealing Technologies verwendet, weist einen 45-prozentigen Anteil an biobasiertem Ethylen auf. Das führt schließlich zu einer reduzierten Freisetzung von CO 2 in der Produktionskette. www.lanxess.de Schützen Sie Ihre Motorspindel, bevor es zu spät ist! Halle 11 | Stand G13 JAKOB Antriebstechnik GmbH info@jakobantriebstechnik.de | www.jakobantriebstechnik.de Der Konstrukteur 9/2015 53 Jakob-Antriebstechnik.indd 1 28.07.2015 07:38:22

AUSGABE