TRENDS » Werkstoffe »
TRENDS » Werkstoffe » Porträt Im Gespräch: Stefan Zilm, Head of Business Development Competence Center CIM/MIM „Keramik ermöglicht eine bessere Performance der Kundensysteme“ Keramik kommt zum Einsatz, wenn andere Materialien versagen. Je höher die Anforderungen in einem Projekt, desto interessanter ist technische Keramik als Werkstoff. Die Applikationen, die besonderen Eigenschaften der Keramik nutzen, sind vielfältig. maxon setzt den Werkstoff unter anderem in der Antriebstechnik, in der Industrieautomation oder in der Messtechnik ein. Interview Johannes Gillar, stellvertretender Chefredakteur KEM Konstruktion|Automation Bild: maxon motor KEM Konstruktion|Automation: Können Sie erklären, was genau technische Keramik ist und welche Eigenschaften sie hat? Stefan Zilm: Technische Keramik sind verschiedene keramische Werkstoffe und Produkte, bei dem die Technik im Vordergrund steht. Das heißt, diese Keramik muss spezielle Anforderungen erfüllen, beziehungsweise spezielle Eigenschaften mitbringen und kommt in technischen Anwendungen zum Einsatz. Es gibt bei der technischen Keramik ein großes Spektrum verschiedener Werkstoffgruppen, beispielsweise Oxid-Keramik, Nichtoxid-Keramik. Bei maxon fokussieren wir uns auf Oxidkeramiken, etwa das häufig verwendete Material Zirkonoxid. Dabei handelt es sich um ein sehr hartes Material mit einer vergleichbaren Dichte wie Stahl, das extrem verschleißfest ist. Die zweite Variante, die wir standardmäßig im Portfolio haben, ist Aluminiumoxid und wird in der Industrie unter anderem für Isolationsaufgaben verwendet. Beim Aluminiumoxid gibt es verschiedene Reinheitsgrade. Welche Keramik wir einsetzen, hängt am Ende von der Anforderung ab, also geht es um Durchschlagfestigkeit, um Verschleiß, um Oberflächengüte oder um In der Antriebstechnik genügen herkömmliche Materialien je nach Anwendung den Anforderungen nicht. Hier kommt Keramik zum Einsatz. Beispielsweise sind keramische Planetenträger in einem Planetengetriebe im Vergleich zu Stahl verschleißfester. IM INTERVIEW Stefan Zilm, Head of Business Development Competence Center CIM/MIM, maxon motor, Sexau Reibung. Wir bei maxon bewegen uns im Bereich hochpräziser Verzahnungsbauteile, Achsen und Wellen, beispielsweise aus Zirkonoxid-Keramik, aber auch aus Aluminiumoxid als Isolationsbauteil. KEM Konstruktion|Automation: Welche Vorteile bietet Keramik? Zilm: Wenn wir über technische Keramik sprechen, geht es meistens um die Themen wie Materialbeständigkeiten und Steigerung der Performance. Unsere Kunden bekommen durch den Einsatz von Keramik eine bessere Performance ihrer Systeme. Zu den Vorteilen von Technischer Keramik gehört die Verschleißfestigkeit selbst gegenüber Stählen. Auch beim Thema Magnetismus – ebenfalls eine häufige Anforderung in der Industrie – kann Keramik punkten. Zudem erreichen wir mit Keramik auch sehr hohe Oberflächengüten und können auch hohe Oberflächengüten realisieren. Und wir reden hier nicht über Keramikbeschichtung, sondern über Voll- Keramik. Zudem ist Keramik korrosions- und hochtemperaturbeständig sowie biokompatibel und hat hervorragende Gleiteigenschaften. KEM Konstruktion|Automation: Hat Keramik auch Nachteile? Zilm: Ein Nachteil ist sicherlich, dass Keramik beim Preis nicht mit Stahl konkurrieren kann. Das resultiert daraus, dass das Grundmaterial etwas teurer ist als Stahl. Ein weiterer Nachteil ist, dass Keramik im Vergleich zu Stahl bei gewissen Anwendungen 10 KEM Konstruktion|Automation » 01-02 | 2024
»Zu den Vorteilen von technischer Keramik gehört die Verschleißfestigkeit selbst gegenüber Stählen. Und auch beim Thema Magnetismus – ebenfalls eine häufige Anforderung in der Industrie – kann Keramik punkten.« Bild: maxon motor etwas schlechter abschneidet, etwa wenn es um Festigkeit bei speziellen Belastungen geht. KEM Konstruktion|Automation: Gibt es einen Unterschied zwischen Oxid keramiken und Nicht- Oxidkeramiken? Zilm: Für technische Einsätze können sowohl Oxidals auch Nichtoxidkeramiken verwendet werden. Oxidkeramiken sind in der Regel einphasige Metalloxide. Nichtoxidkeramiken sind in der Carbide oder Nitride. Diese zeichnen sich durch höhere chemische und thermische Stabilität, Festigkeit und Härte aus. Außerdem besitzen sie eine geringere Dichte. Der Aufwand für das Sintern und die mechanische Bearbeitung ist allerdings höher als bei Oxidkeramiken. Bei den Herstellungsverfahren gibt es wenige Unterschiede, man kann nahezu alle technischen Keramiken pressen, extrudieren, spritzgießen und auch 3D-Druck ist möglich. Hier haben wir seitens maxon einige der formgebenden Verfahren im Haus. Im Zuge der Anwendung beraten wir den Kunden und unterstützen Ihm bei der Auswahl des richtigen Materials. KEM Konstruktion|Automation: Welche Herausforderungen gibt es bei der Konstruktion von Keramikbauteilen? Zilm: Hier muss einmal das sogenannte Schwinden erwähnt werden. Der eigentliche keramische Werkstoff und die technische Eigenschaft liegt erst nach dem Brennprozess vor. Dieser Umstand, insbesondere die Schwindung beim Brennen, muss bei der Konstruktion keramischer Bauteile berücksichtigt werden. Der Grünling im Spritzgussverfahren wird gegenüber dem Fertigteil größer konstruiert und das Schwinden oder der Schrumpf ist nicht bei allen drei Ebenen (x/y/z) gleichmäßig. Den Schrumpf bei dem Kunststoffspritzguss liegt bei bis zu 5 % und bei unseren Keramiken bei bis zu 30%. Eine weitere Herausforderung ist die Elastizität. Duktile Werkstoffe verfügen über eine plastische Formgebungsreserve und sind in der Lage, punktuelle Überlastungen durch elastische Dehnung zu kompensieren. Harte und spröde Werkstoffe wie Keramik bieten hingegen nicht diese Fehlertoleranz. Die deutlichen Unterschiede in der Belastungsfähigkeit erfordern abweichende Gestaltungsregeln. Ebenfalls herausfordernd ist, dass keramische Komponenten häufig in metallische Baugruppen eingebunden sind, was zu konstruktionsbedingten Problemen führen kann. So werden keramische Komponenten in einer Konstruktion oft für Komponenten eingesetzt, die hohem Verschleiß unterliegen. Diese müssen mit den benachbarten metallischen Bauteilen und Baugruppen verbunden werden. Stefan Zilm, Head of Business Development Competence Center CIM/MIM, maxon motor GmbH, Sexau KEM Konstruktion|Automation » 01-02 | 2024 11
