VOLLKERAMISCHE- & HYBRIDLAGER
Keramische Kugellager
Hybridlager
Technische Keramik zählt zu den jüngsten Werkstoffen für Wälzlager und hat sich in der Praxis vielfach bewährt.
Das Material ist vergleichsweise umweltverträglich, thermo-Stabil, elektrisch isolierend und überdurchschnittlich langlebig. Aufgrund seiner im Vergleich zu Stahl höheren Härte, besseren Korrosionsresistenz und größeren Abrieb- bzw. Verschleißfestigkeit bei gernigerer Dichte findet es im Lagereinsatz immer mehr Anwendung. Diese Eigenschaftskombination eignet sich für höchste mechanische, chemische und thermische Belastungen wie z.B. in der chemischen Industrie, thermischen Verfahrenstechnik, z.B. Ofen, Pumpen, Walzwerken, Feuerverzinkungsanlagen oder Dampfgebläsen.
Keramische Wälzlager bieten aufgrund ihrer Materialeigenschaften die Möglichkeit zur Medienschmierung oder des Trockenlaufes. Dadurch empfehlen sie sich für den Einsatz bei hohen Hygiene-Anforderungen wie z.B. in der
- Lebensmittenlindustrie
- Pharmaindustrie
- Reinraumtechnik
- Medizintechnik
- Hochvakuumtechnik
Je nach Anwendungsbereich sind unterschiedliche Qualitäten erhältlich.
Technisch relevante Materialkenngrößen der Werkstoffe Siliziumnitrid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid und
Wälzlagerstahl.
Technische Keramik hat gegenüber Stahl ein bis zu 60% geringeres Gewicht, bis zu 70% geringere Wärmeausdehnung und ist um das dreifache härter. Aus den höheren Werten der Härte und des E-Moduls folgt eine um 70% erhöhte Lagersteifigkeit und ein bis zu 40% geringeres Reibmoment. Keramik neigt im Gegensatz zu Stählen kaum zu Adhäsivverscheiß, da andere Bindungsverhältinesse vorherrschen. Neuere Entwicklungsarbeiten z.B. auf dem Gebiet der Herstellung von Nanopulvern führen in den letzten Jahren zu beträchtlichen Erfolgen in der Verbesserung der Biegebruchfestigkeit und Bruchzähigkeit der keramischen Werkstoffe.
Si3N4
ist als bevorzugter Werkstoff für keramische Lager, aufgrund seiner speziellen tribologischen Eigenschaften, etabliert. Als leichter, hochfester und temperaturstabiler Werkstoff ist er wegen seiner geringen Wärmeausdehnung bei sehr hohen Temperaturen, von bis zu ca. 1000 °C, sowie bei Temperaturschwankungen, einsetzbar. Sein geringes Gewicht reduziert die auftretenden Fliehkräfte bei Anwendungen unter sehr hohen Drehzahlen. Die Folgen sind geringere Reibung, geringerer Verschleiß und dadurch eine erhöhte Lebensdauer.
Vergleich der chemischen Beständigkeit von Stahl und Siliziumnitrid. Diese Beständigkeit ist entscheidend für das tribologische Verhalten des Lagermatrials und ist das, was Siliziumnitrid zur ersten Wahl, für keramische Hochleistungskugellager, macht.
Siliziumnitrid zeigt eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gerade in sehr starken Säuren und Laugen. Eine kostengünstige Alternative zu Siliziumnitrid stellt Zirkonoxid dar. Es hat eine geringere chemische Beständigkeit und eine niedrigere Temperaturstabilität. Vorteil ist jedoch seine dem Stahl ähnliche Wärmeausdehnung, welche Passungsprobleme zwischen Welle und Innenring deutlich verringert.
+ beständig | (+) es findet eine Reaktion statt | – nicht beständig
Da die hier verwendeten Keramiken elektrisch isolierende Eigenschaften haben und keine Wechselwirkungen mit magnetischen Feldern zeigen, sind sie auch dort einsetzbar, wo es bei elektrisch leitfähigen und magnetischen Stahllagern zu Störungen des Magnetfeldes (z.B. Kernspintomographie) oder auch zu schweren Schäden an den Lagern durch elektrischen Überschlag kommen kann. Eine hier an den Lagern anliegende Spannung kann diesen Stromfluss bei Stahllagern erzeugen. Die Folgen sind Kraterbildungen, Aufplattierungen oder auch Riffelbildungen sowohl auf den Wälzkörper als auch in den Laufbahnen z.B. beim Einsatz in Elektromotoren oder beim Transport von Papier oder Kunstoffolien. Ein vorzeitiges Altern des Schmierstoffes ist ebenfalls eine Folge von Spannungsentladungen zwischen Außen- und Innenring.
HYBRIDLAGER
Bei hybriden Wälzlagern es sich um die Kombination von Stahlringen und keramischen Kugeln. Solche Hybridlager verwendet man vorzugsweise als technische und preisliche Alternative in Fällen, in denen Stahllager den technischen Anforderungen nicht mehr genügen können. Einer der Vorteile der Hybridlager liegt im geringen Gewicht der Wälzkörper. Dies verursacht geringere Reibung, niedreigeren Schmierungsbedarf gegenüber herkömmlichen Stahlkugellagern und erhöht die Lebensdauer. Die geringere Affinität zu Stahl reduziert außerdem den adhäsiven Verschleiß, der durch die Kaltverschweißungen der Rauhigkeitsspitzen von Laufbahn und Kugeln entseht. Durch den höheren E-Modul wird die Druckellipse ebenfalls kleiner.
Die Sintertechnik GmbH bietet keramische Kugeln als Wälzkörper für Hybrid-Kugellager aus dem Werkstoff Siliziumnitrid und Zirkonoxid in der Genauigkeitsklasse G10 (Adweichung des Kugeldurchmessers < 0,25μm, Sphärizitätsabweichung < 0,25μm und Oberflächenrauhigkeit Ra <0,025μm) an.
Die im Hybridkugellager geringere Reibung hat eine geringere Wärmeentwicklung zur Folge. Da die erreichbaren Drehzahlen vor allem von den thermischen Bedingungen im Lager abhängen, lassen sich je nach Anwendung Drehzahlsteigerungen bis zu 30% gegenüber Lagern mit Stahl-Kugeln realisieren. Hybridlager können somit zur Leistungssteigerung von Maschinen und Anlagen beitragen.
Folgendes Diagramm zeigt die unterschiedliche Temperaturentwicklung anhand verschiedener Wälzkörperwerkstoffe in Stahllagern bzw. Hybridlagern in Abhängigkeit des Drehzahlkennwertes.
DAS IST SINTERTECHNIK
Sintertechnik GmbH ist ein im Jahr 1962 gegründeter deutscher Industriebetrieb der Hochleistungswerkstoffe entwickelt und herstellt. Sintertechnik konnte sich als erfolgreicher Entwicklungspartner von bekannten Industriebetrieben, aber auch von namhaften Luft – und Raumfahrtkonzernen etablieren. Zu unseren Kunden zählen z.B. die Weltmarktführer in der Antriebstechnik – seit über 35 Jahren. Hochleistungsbauelemente der Sintertechnik GmbH haben sich auf dem Planeten Mars bewährt oder werden z.B. bei “zero-g“ Parabelflügen eingesetzt. Wir freuen uns auch auf Ihre Anforderungen im Bereich der kundenspezifischen Problemlösung!
