Werkstofftechnik: Innovationen im Automobilbau

Keramik in Fahrt

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Hochleistungskeramik ist schon lange ein wichtiger Werkstoff im Automobilbau. Dort sorgt sie für Sicherheit und hohe Lebensdauer. Jetzt eröffnen Innovationen aus Keramik dem Fahrzeugbau völlig neue Möglichkeiten.

Die Autorin Dr. Ilka Lenke ist Projektingenieurin im Bereich Entwicklung der CeramTec AG, Plochingen, und zuständig für die Koordination MMC-Aktivitäten

Einsatz in Serie
Keramische Werkstoffe haben herausragende Eigenschaften: Sie sind extrem hart und damit verschleißfest, druck-, hitze- und korrosionsbeständig. Sie lassen sich maßgeschneidert herstellen und kommen daher in vielen Bereichen der Automobilindustrie zum Serieneinsatz. Ein führender Hersteller dieser Komponenten ist Ceram Tec. Das Einsatzspektrum des Unternehmens ist breit:
– Aus Oxidkeramik (Aluminium-, Zirkonoxid, Aluminiumtitanat) bestehen Teile wie Zündkerzen, Öldrucksensoren, Benzinpumpen-Komponenten oder Katalysatorringe.
– Siliziumkarbid hat sich als Werkstoff für Gleitringdichtungen in Kühlwasserpum-pen durchgesetzt.
– Siliziumnitrid wird in den Ventilplatten von Common-Rail-Hochdruckpumpen für die Diesel-Direkteinspritzung eingesetzt.
Intelligenz mit Keramik
Aus den intelligenten Systemen moderner Fahrzeuge ist insbesondere die Piezokeramik nicht mehr wegzudenken. Diese so genannte Funktionskeramik besitzt die herausragende Eigenschaft, dass sie bei Anlegen einer Spannung ihre Längenausdehnung ändert oder in Schwingungen versetzt werden kann. Wird auf die Keramik Druck ausgeübt, gibt sie ein elektrisches Signal ab. Ceram Tec fertigt piezokeramische Sensoren für zahlreiche intelligente Systeme im Auto. Als Klopfsensoren sind sie Teil des Motormanagements und ermöglichen einen optimalen Verbrennungsvorgang. Als Aktoren in Common-Rail-Hochdruckpumpen werden sie se-rienmäßig in Fahrzeugen mit modernen Dieselmotoren eingesetzt. Die Treibstoffmenge lässt sich genauer als mit den herkömmlichen Magnetventilen dosieren, so dass sich das Verbrennungs- und Umweltverhalten verbessert. Piezo-keramik befindet sich aber auch in den Beschleunigungssensoren der Airbagsysteme. In Rückfahrsensoren sorgt sie für weiteren Komfort.
Verbundwerkstoffe im Leichtbau
Auch im Automobil-Leichtbau spielen keramische Komponenten eine immer bedeutendere Rolle. Sie lassen sich ideal mit Leichtmetallen zu so genannten Metal Matrix Composites (MMC) verbinden. Wo immer der Leichtbau an seine Grenzen stößt, etwa bei hohen tribologischen oder thermischen Belastungen, wird er genau an diesen Schwachstel-len mit Keramik verstärkt: „Lokales Werkstoff-Engineering“ lautet das Schlagwort. Der Einsatz von keramischen Komponenten wird zielgenau auf jene Bereiche konzentriert, die für die jeweilige Funktionsverbesserung notwendig sind. Dabei werden hochporöse Formkörper, so genannte Preforms, mit Leichtmetall infiltriert und umgossen. Im Porsche Boxster wird diese Technik bereits mit Preforms von Ceram Tec se-rienmäßig umgesetzt: Die besonders beanspruchten Zylinderlaufflächen sind aus dem metall-keramischen Verbundwerkstoff Lokasil II (Kolbenschmidt Aluminium-Techno-logie AG). Die besonderen Vorteile: enge Bauteiltoleranzen, geringerer Verschleiß und geringerer Ölverbrauch. So eröffnet die Preform-Technologie für MMCs über Versteifungen im Kurbelgehäuse, integrierten Gleitlagern bis hin zu verstärkten Pleuelstangen immer neue Einsatzmöglichkeiten.
Ausführliche Informationen
Keramiken
KEM 441
Internet
http://www.ceramtec.
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