Metall-zu-Kunststoff Umwandlung — Kosten, Gewicht und Konstruktion
Ein Produktentwickler erbt eine Aluminium-Halterung — 380g, 14 Fertigungsschritte, $4,70 bei 50.000 Stück/Jahr. Er rechnet die Umwandlung auf PA66-GF50 durch: 210g (−45%), ein Fertigungsschritt, $1,15/Stück. Jährliche Einsparung: $177.500. Amortisation: 5 Wochen.
Wann Umwandlung sinnvoll ist
| Kriterium | Metall | Kunststoff |
|---|---|---|
| Dauergebrauchstemperatur | >150°C | <150°C (PPA, PPS, PEEK bis 260°C) |
| Zugfestigkeit | >200 MPa | <200 MPa (PA66-GF50: ~210 MPa) |
| Toleranz | <±0,02 mm | ±0,05–0,15 mm |
| Stückzahl | <5.000 (Zerspanung gewinnt) | >10.000 (Werkzeug amortisiert) |
Festigkeitsvergleich
| Eigenschaft | 6061-T6 Alu | PA66-GF50 |
|---|---|---|
| Dichte | 2,70 g/cm³ | 1,56 g/cm³ |
| Zugfestigkeit | 310 MPa | 210 MPa |
| Biegemodul | 69 GPa | 14 GPa |
Der Biegemodul von PA66-GF50 beträgt nur 1/5 des Aluminiums. Das Kunststoffteil muss mit Rippen konstruiert werden, um die Steifigkeit zu kompensieren.
Die Rippen-Regel
Um die gleiche Biegesteifigkeit wie Aluminium zu erreichen, muss der Querschnitt um den Faktor 69/14 ≈ 4,9× erhöht werden — durch Rippen, nicht durch dickere Wände.
Baugruppenkonsolidierung
Der größte Hebel der Metall-Kunststoff-Umwandlung ist nicht das Material — es ist die Baugruppenkonsolidierung. Eine 4-teilige Metallbaugruppe (Halterung + 2 Buchsen + Clip) wird zu einem einzigen Spritzgussteil mit eingespritzten Buchsen und integriertem Clip.
| Metall-Baugruppe | Kunststoff | |
|---|---|---|
| Komponenten | 4 | 1 |
| Fertigungsschritte | 12 | 1 |
| Montageschritte | 3 | 0 |
| Kosten (50K/Jahr) | $4,70 | $1,15 |