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DER KONSTRUKTEUR 12/2017

DER KONSTRUKTEUR 12/2017

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE FÜNF GRUNDSÄTZE FÜR KERAMIKGERECHTES KONSTRUIEREN PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Schweißtechnik, Mess- und Prüftechnik, Montage- und Handhabungstechnik: Es gibt diverse Anwendungsgebiete des Maschinenund Anlagenbaus, in denen technische Keramik als Konstruktionswerkstoff eine Rolle spielt. Was sollte der Konstrukteur beachten, der in hoch beanspruchten Zonen von Maschinen und Anlagen Keramikkomponenten einsetzen möchte? Wie sollte er dabei vorgehen? Ganz knapp und einfach lässt sich die Frage nach der keramikgerechten Konstruktion zunächst beantworten, wenn man sie ex negativo beantwortet: Wie wird man die schlechtesten Ergebnisse erzielen, wenn die Substitution von Metallwerkstoffen durch Keramik geprüft wird? Die Antwort: Man nimmt die Konstruktionszeichnung des Metallbauteils, schickt sie an einen Hersteller von Keramikkomponenten und bittet um ein Angebot. Damit lässt man die Grundsätze des werkstoffgerechten Konstruierens völlig außer Acht, die hier kurz vorgestellt werden. Autor: Philipp Froese, Vertriebsingenieur der Doceram GmbH, Dortmund Zunächst ist es sinnvoll, sich den Prozess der Herstellung von Keramikbauteilen zu vergegenwärtigen – insbesondere dann, wenn eine Metall- durch eine Keramikkomponente ersetzt werden soll. Aus Keramikpulver und Bindemittel wird ein mechanisch fester Körper gepresst, der Grünling, der sich gut spanabhebend, d. h. mit konventionellen Methoden, bearbeiten lässt. Durch die Wärmeeinwirkung im Sinterprozess wird das Bindemittel ausgetrieben und der zuvor poröse Grünling verdichtet sich. Dies ruft eine Schwindung des gesamten Bauteils von bis zu 20 % hervor. Die gesinterte Komponente kann ab diesem Zeitpunkt nur noch mit Diamantwerkzeugen bearbeitet werden. GRUNDSATZ EINS: TOLERANZEN ÜBERDENKEN TECHNISCHE KERAMIK IST INTERESSANT FÜR HOCH BEANSPRUCHTE BAUTEILE In der Metallbearbeitung sind enge Toleranzen kostengünstig zu erzeugen. Die Bearbeitung der extrem harten Keramik mit Diamantwerkzeugen hingegen ist aufgrund ihrer Härte und Verschleißfestigkeit aufwändig, und die Rohlinge sind herstellungsbedingt nicht so maßgenau wie metallische Komponenten. Deshalb sollte man sorgfältig prüfen, in welchen Zonen des Bauteils eine hohe Maßgenauigkeit tatsächlich erforderlich ist. Wenn die Anforderungen entsprechend optimiert werden können, reduzieren sich die Herstellungskosten des Keramikbauteils. 24 DER KONSTRUKTEUR 12/2017

KONSTRUKTIONSELEMENTE 01 01 Typisches Verbundbauteil mit Hochleistungskeramik: Positionierstift aus Hochleistungskeramik für automatisierte Schweißstraßen 03 02 02 Einbaufertig: Komplette Schweißelektrode mit gefedertem Keramikstift 03 Eine gelungene Verbundkonstruktion: Greifer mit hoch verschleißfesten Keramikbacken GRUNDSATZ ZWEI: VERBUNDKONSTRUKTIONEN BERÜCKSICHTIGEN Keramik sollte schon aus Kostengründen nur dort eingesetzt werden, wo man ihre Eigenschaften – das heißt zumeist: extremen Ver schleißschutz – auch tatsächlich benötigt. Häufig ist deshalb eine Verbundkonstruktion die beste Wahl. Bei gängigen Anwendungen, beispielsweise in der Schweißtechnik und in der automatisierten Mess- und Prüftechnik, gibt es solche Bauteile bereits von der Stange. Für die Entwicklung derartiger Lösungen als Katalogbauteil oder als kundenspezifische Konstruktion ist z. B. die blaue, schlagzähe Cerazur-Hochleistungskeramik von Doceram bestens geeignet, weil sie das gleiche E-Modul und einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat wie Stahl. Für die Verbindung der Werkstoffe stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, u. a. das Schrumpfen. GRUNDSATZ DREI: WANDSTÄRKEN ANPASSEN Die Wandstärken eines Keramikbauteils sind idealerweise annähernd gleichmäßig. Materialanhäufungen führen unter Umständen igus ® dry-tech ® ... schmierfrei Lagern leicht gemacht ... Wechseln Sie jetzt das Lager Hochleistungskunststoff-Gleitlager mit berechenbarer Lebensdauer Online passendes Gleitlager finden und berechnen: igus.de/iglidur-Experte und sparen Sie 40% Kosten Ob Bronze- oder Sinterlager, beschichtete Metallbuchsen oder Nadellager: mit iglidur ® Polymer-Gleitlagern Kosten reduzieren und die Technik verbessern. Schmiermittelfrei, leicht und verschleißfest für Ihre bewegte Anwendung. Video "Erfolg mit iglidur – 20 Beispiele unserer Kunden" unter igus.de/lagerwechsel ® plastics for longer life ® igus ® GmbH Tel. 02203-9649-145 info@igus.de Igus.indd 1 22.11.2017 09:45:29 DER KONSTRUKTEUR 12/2017 25

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