KEM Konstruktion 04.2023

Elektrische Isolatoren in der Hochspannungs -
technik sind lange als Keramikbauteile bekannt.
Inzwischen ist das Einsatzspektrum für die
Werkstoffklasse aber sehr viel breiter geworden.
Titan allerdings schlägt man deutlich) mit einer
ge ringen Haftung sowie hohen Temperaturschock -
beständigkeit und guten Gleiteigenschaften.
Mehr Flexibilität bei der Herstellung
Bild: ARVD73/stock.adobe.com
Der fränkische Hersteller MLC hat ebenfalls einen
eigenen Werkstoff entwickelt, der die Vorteile von
Stahl und Keramik zusammenführt. Der Werkstoff sei
im Vergleich zu Stahl robuster, gewichtsreduziert
und verschleißbeständiger, lasse sich aber gleichzeitig
im Rahmen der Herstellung und Formgebung
leichter bearbeiten als herkömmliche Keramik. So
sollen die Produktions- und Anschaffungskosten
deutlich geringer ausfallen als bei klassischen Hybrid-
und Vollkeramiken. „Bei der klassischen Keramikherstellung
erfolgt eine aufwändige Produktion
durch die eingesetzte Pulvertechnologie, die nur begrenzte
Möglichkeiten in der Geometrie- und Formgebung
bietet und nachfolgende Sinterprozesse
erfordert. Die Grünkörperfertigung wird so zu einem
relativ teuren Produktionsschritt, so dass der Einsatz
vollkeramischer Bauteile wohl überlegt sein will“, erklärt
Michael Schubert, Leiter Produkt- und Prozess -
entwicklung bei MLC. Die fränkische Firma stellt den
namensgleichen Werkstoff hingegen in einem ersten
Schritt aus einem Kunststoff-Grundmaterial her, das
mit aktiven und passiven Füllstoffen angereichert
wird. Diese Masse kann dann durch bewährte Verfahren,
wie etwa Extrusion oder Spritzguss, kostengünstig
verarbeitet und in eine erste Vorform gebracht
werden. Das polymere Material dient dabei als
plastisches Matrixmaterial für die Füllstoffe.
Mit Hilfe einer ersten Wärmebehandlung wird die
Vorform in einen bearbeitbaren Grünkörper verwandelt.
Dieser besitzt eine plexiglasähnliche Beschaffenheit,
wodurch ein endkonturnahes Bauteil mit nur geringem
maschinellen Aufwand herausgearbeitet werden
kann. Durch diese leichte Bearbeitung lassen sich
nahezu alle gewünschten Geometrien realisieren und
der Werkzeugverschleiß ist im Vergleich zur Bearbeitung
anderer Werkstoffe gering. Zum Abschluss wird
das Bauteil, das aus dem Grünkörper geformt wurde,
in einem Hochtemperaturschritt final gefestigt, wodurch
es seine stahlähnliche Härte von 1000 HV bekommt.
Dabei wird das Silikonharz vollständig umgesetzt
und Rückstände bleiben aus. Für hochgenaue
Bauteile kann das keramische Material deshalb ohne
großen Aufwand und den Einsatz teurer Werkzeuge
wie Diamantschleifer nachbearbeitet werden.
Verschweißfeste Getriebeteile
Auch maxon fertigt in Verfahren, die auf Spritzguss
und Extrusion basieren: „Wir sehen zunehmend steigende
Nachfragen nach Keramik, da wir immer mehr
Anforderungen aus dem Markt erfüllen können“, sagt
Stefan Zilm, Business Developer bei maxon. Der Antriebstechnikspezialist
hat für eigene Bauelemente
die Keramikkompetenz selbst aufgebaut. Inzwischen
fertigt man auch für externe Kunden. Die Branche ist
überschaubar, da es sich einerseits nachfragetechnisch
um eine Nische handelt, gleichzeitig aber viel
Know-how erforderlich ist. „Daher hat jeder Hersteller
sein eigenes Spezialgebiet etabliert was Prozesse,
Materialien, Losgrößen und Toleranzen angeht“,
weiß Zilm. Neben bekannten Branchen wie der Medizintechnik
beliefert man zunehmend etwa auch Hersteller
von hochwertigen Uhrwerken, da Keramikbauteile
deren Performance noch erhöhen und damit ein
Alleinstellungsmerkmal bieten können: „Durch unsere
langjährige Kompetenz in der Herstellung von Getriebe-
und Verzahnungsbauteilen für unsere eigenen
Produkte konnten wir hier schnell punkten.“
Bild: Moeschter Group
Bei Doceram setzt man
sich inzwischen nicht
mehr nur mit dem reinen
Material auseinander,
sondern entwickelt
auch darauf basierende
Produkte, etwa für die
Schweißtechnik in der
Automotiveproduktion.
KEM Konstruktion » 04 | 2023 99