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Eine wichtige Voraussetzung: Bis vor einigen Jahrzehnten waren Metalle die einzigen verfügbaren Materialien für die Massenproduktion mit industriellen Verfahren. Dies führte oft zu einer Überdimensionierung in Bezug auf die erforderliche Leistung.
Darüber hinaus fehlten fortschrittliche Designwerkzeuge für polymere Materialien.
Daher ist die Gewohnheit, auf traditionelle Materialien zurückzugreifen, ein Grund, warum der Ersatz von Metallen durch polymere Materialien noch teilweise unerforscht ist. Dies führt dazu, dass viele Unternehmen nicht in der Lage sind, die außergewöhnlichen Vorteile bei der Entwicklung neuer Produkte voll auszuschöpfen.
Die Fortschritte in der wissenschaftlichen und industriellen Forschung haben zur Entwicklung von Hochleistungspolymeren und Entwurfs-Tools geführt, die für zahlreiche technische Anwendungen geeignet sind, die zuvor das Monopol der Metalle waren.
Funktionsintegration: bezieht sich auf die Entwicklung eines Produkts mit weniger Komponenten und Produktionsprozessen im Vergleich zu Metallen, wobei gleichzeitig die erforderliche Funktionsleistung beibehalten wird.
Strukturelles Leichtgewicht: wird durch eine deutlich geringere Dichte und die Integration von Funktionen erreicht.
Dieses Element rückt die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks von Produkten in den Fokus.
Erhöhte ökologische Nachhaltigkeit: Durch Öko-Design, das die Analyse der verwendeten Materialien und der beteiligten Prozesse umfasst.
Bei Bedarf unterstützt GHEPI seine Kunden auch bei der Erstellung der Umweltbilanz von Kunststoffkomponenten.
Die folgende Tabelle verdeutlicht den erheblichen Unterschied zwischen Kunststoffen und Metallen/Legierungen in Bezug auf den Energieverbrauch von der Herstellungs- und Verarbeitungsphase bis zur Verwendung des Endprodukts.
Die Verringerung der CO2-Emissionen ist von äußerster Bedeutung.
Reduction of Dimensions and Volumes: based on the design criteria of the plastic materials (thicknesses, ribs, etc.) and on the integration of functions.
Reduzierung der Abmessungen und des Volumens: basiert auf den Designkriterien der Kunststoffmaterialien, wie z.B. Wandstärken, Rippen usw., sowie auf der Integration von Funktionen.
Die Reduzierung der Verarbeitungskosten und der Durchlaufzeiten: wird durch den Einsatz von Polymeren und die Integration von Funktionen erreicht. Dies führt zu einer Verringerung der Anzahl der Produktionsprozesse, der Oberflächenbehandlungen, der Montageaufwände und trägt somit zu erheblichen Kosteneinsparungen und verkürzten Gesamtproduktionszeiten bei.
Die Markteinführungszeit wird verkürzt: da aufgrund der geringeren Anzahl von zu entwickelnden und zu prototypisierenden Komponenten weniger Tests, Probenahmen und Genehmigungen erforderlich sind.
Designfreiheit: die Fähigkeit, multifunktionale Produkte und besonders komplexe Geometrien zu erstellen.
Leistungsverbesserung: Aspekte wie Tribologie (Beseitigung oder Reduzierung von Schmierung, Reibung und Verschleiß), Vibrationen und Lärm, chemische Verträglichkeit sowie die Reduzierung beweglicher Gewichte.
Diese Polymere werden auch als Polymere für technische Anwendungen oder Super-Polymere bezeichnet. Sie werden am häufigsten als Ersatz für Metalle verwendet und zeichnen sich durch herausragende Eigenschaften aus, darunter hohe Festigkeit, hohe Dauergebrauchstemperatur, Schlagzähigkeit, Dimensionsstabilität und sehr hohe chemische Beständigkeit, u.a.
Je nach den Anforderungen, die an die Anwendung gestellt werden, kommen unterschiedliche Arten von Polymeren zum Einsatz.
Bei einer bereits vorhandenen Überkonstruktion können auch Technopolymere oder einige allgemeine Handelspolymere als Ersatz für Metalle verwendet werden.
Die Anwendungsbereiche sind vielfältig und unterliegen kontinuierlicher Weiterentwicklung.
In den letzten Jahrzehnten war der Ersatz von Metallen in verschiedenen Bereichen der Mobilität besonders erfolgreich: angefangen von der Automobilindustrie bis hin zur Luft- und Raumfahrt, von der Schifffahrt bis zur Eisenbahn, und sogar in der Landwirtschaft und Industrie. Dieser Erfolg steht im Zusammenhang mit dem Bestreben nach strukturellem Leichtbau, um den Energieverbrauch zu reduzieren.
Der Ersatz von Metallen gewinnt auch bei der Umstellung auf Elektromobilität an Bedeutung, um das erhebliche Gewicht der Batterien auszugleichen.
Der Ersatz von Metallen wird in der verarbeitenden Industrie aufgrund der oben genannten Vorteile, die die Wettbewerbsfähigkeit steigern, hervorragende Leistungen ermöglichen und die Umweltverträglichkeit verbessern, in großem Umfang eingesetzt.
