bayern Metall 07/2023

DAS THEMA
Kunststoff & Keramik im Metall- & Maschinenbau
Anlagentechnik: Grenzen der Materialeigenschaften überwinden
Leicht wie Keramik, härter als Stahl
Neuer Werkstoff vereint die Vorteile beider Materialien für den vielseitigen Einsatz
in Hochleistungsmaschinenumgebungen
Zahlreiche Bauteile in vielen Maschinen, die in der modernen
Industrie zum Einsatz kommen, sind je nach Einsatzbedingungen
häufig aus Stahl oder Keramik gefertigt, wobei keiner der beiden
Werkstoffe in sämtlichen Umgebungen nutzbar ist.
So eignet sich Stahl aufgrund seines
Gewichts beispielsweise nicht für hohe
Drehzahlen. Zudem korrodiert er vergleichsweise
schnell, sofern er nicht
mit einem entsprechenden, kostspieligen
Schutz versehen wird. Keramische
Komponenten wiederum gehen mit
hohen Anschaffungskosten einher, die
sich für viele Anwendungsbereiche
kaum lohnen. Darüber hinaus lässt
sich Keramik weniger gut mechanisch
bearbeiten, was die Formgebung limitiert.
Der MLC Metal-Like Ceramics
GmbH ist es nun jedoch gelungen, einen
Werkstoff zu entwickeln, der die
Vorteile von Stahl und Keramik vereint.
Dank des speziellen Herstellungsverfahrens
kann die MLC GmbH ein Ausgangsmaterial
fertigen, das sich kostengünstig
mit Extrusions- oder Spritzgussverfahren
formen lässt. Durch eine
anschließende Wärmebehandlung verwandelt
sich das Werkstück in ein
leichtes Keramikprodukt, das Stahl in
puncto Temperatur-, Korrosions- und
Verschleißbeständigkeit übertrifft.
Die Auswahl an Komponenten wie
Wälz- und Kugellagervarianten oder Linearführungen
für Maschinenhersteller
ist groß, denn jede Maschinenumgebung
stellt unterschiedliche Anforderungen
an die Materialien. Während
Stahl für seine leichte Bearbeitbarkeit
geschätzt wird, ist er ohne teure Speziallegierungen
in korrosionsgefährdeten
Bereichen weniger geeignet. Auch
sehr hohe Drehzahlen sind mit dem
schweren Werkstoff nur eingeschränkt
möglich. Generell erhöhen harsche
Umgebungen wie Korrosion die Ermüdung
des Materials durch eine Schädigung
des Materialgefüges. „Dort, wo
Stahllager an ihre Grenzen kommen,
wird üblicherweise auf Hybridlager
oder auch vollkeramische Lager zurückgegriffen“,
weiß Dr. Michael Schubert,
Leiter Produkt- und Prozessentwicklung
bei MLC. „Vollkeramische
Lager bieten vor allem in Bezug auf
Verschleiß-, Korrosions- und Temperaturbeständigkeit
bei anspruchsvollen
Anwendungsarten große Vorteile gegenüber
den beiden anderen Lagerarten.
Allerdings gehen damit höhere Anschaffungskosten
einher, die sich nicht
für jede Situation rechtfertigen lassen.“
Letztendlich sind Maschinenhersteller
darauf angewiesen, verschiedene Lagertypen
bereitzuhalten und je nach
Maschinendesign und späterem Einsatzort
entsprechend zu verbauen.
Daher hat MLC einen eigenen Werkstoff
entwickelt, der die jeweiligen Vorteile
von Stahl und Keramik zusammenführt.
Der Werkstoff ist im Vergleich
zu Stahl robuster, gewichtsreduziert
und verschleißbeständiger, lässt
sich aber gleichzeitig im Rahmen der
Herstellung und Formgebung leichter
bearbeiten als herkömmliche Keramik.
Somit steht ein universaler Werkstoff
für die Herstellung zahlreicher Lagerund
Komponentenvarianten bereit,
wobei die Produktions- und Anschaffungskosten
deutlich geringer als bei
klassischen Hybrid- und Vollkeramiken
aus Standardkeramiken wie z. B. SiN
ausfallen.
Spezielles Verfahren ermöglicht
kostengünstige Herstellung
Die guten Materialeigenschaften ergeben
sich durch die patentierte Materialmischung.
Das spezielle Herstellungsverfahren
wiederum erlaubt eine
hohe Designfreiheit und vergleichsweise
niedrige Kosten für die Produktion
von MLC. „Bei der klassischen
Keramikherstellung erfolgt eine aufwendige
Herstellung durch die eingesetzte
Pulvertechnologie, die nur begrenzte
Möglichkeiten in der Geometrie-
und Formgebung bietet, sodass
Der Werkstoff ist im
Vergleich zu Stahl
robuster, gewichtsreduziert
und verschleißbeständiger,
lässt sich aber
gleichzeitig im Rahmen
der Herstellung und
Formgebung leichter
bearbeiten als herkömmliche
Keramik. Somit
steht ein universaler
Werkstoff für die
Herstellung zahlreicher
Lager- und Komponentenvarianten
bereit.
4 bayern Metall 7/2023