Wenn´s hart auf hart geht

Der Autor Dipl.-Ing. Matthias Eschle ist Leiter des Geschäfts-bereiches Maschinentechnik der Ceramtec AG, Plochingen

Was hat Keramik mit dem Kupferdraht in der Stromleitung zu tun? Oder mit dem Blatt Papier auf Ihrem Schreibtisch? Auf den ersten Blick nichts – und doch eine ganze Menge: Hochleistungskeramik sorgt dafür, daß in Drahtziehmaschinen oder in Papiermaschinen alles glatt läuft – im wahrsten Sinne des Wortes. Die Liste weiterer Anwendungen für die maßgeschneiderten Werkstoffe ist lang, und sie wird immer länger. Denn Maschinen müssen heute immer schneller laufen und immer höhere Stückzahlen produzieren, ohne an Zuverlässigkeit einzubüßen. Das stellt höchste Anforderungen an das Material besonders beanspruchter Maschinenbauteile, denen selbst metallische Werkstoffe vielfach nicht mehr gewachsen sind – ein klarer Fall für technische Hochleistungskeramik. Denn sie ist – je nach Zusammensetzung – besonders hart, biege-, zug- oder verschleißfest, verfügt über beste Gleiteigenschaften, ist thermoschockbeständig und in der Regel nichtleitend. Immer häufiger werden Maschinen deshalb mit keramischen Komponenten ausgestattet – wo mit hohen Geschwindigkeiten produziert wird, aggressive Medien wirken, hohe Temperaturen und Temperaturschwankungen entstehen oder störende magnetische Eigenschaften ausgeschaltet werden sollen.

Der breiteren Fachöffentlichkeit sind Keramikbauteile in Maschinen vor allem als Lager bekannt, ebenso als Schneidwerkzeuge zum Bohren und Zerspanen von Metall. Doch das Einsatzspektrum reicht weit darüber hinaus. In der Umformtechnik beispielsweise haben sich höchst verschleißfeste keramische Teile längst etabliert: In Gieß- und Ziehanlagen für NE-Metalldrähte meistern Leitrollen aus Zirkonoxid und Siliziumnitrid die äußerst rauhen Bedingungen beim Gießen des glühenden Rohdrahtes ebenso wie beim späteren Ziehen. Selbst als Tauchrollen in Metallschmelzen, Säuren und Laugen haben sie sich bestens bewährt. Dabei halten die keramischen Rollen nicht nur besonders lange, sie sorgen durch ihre äußerst glatte Oberfläche auch dafür, daß der Draht ebenfalls eine perfekte Oberfläche erhält. Doppelter Vorteil: hohe Maschinen-laufleistung und beste Produktqualität.

Auf Kundenwunsch sind auch alle denkbaren Sonderanfertigungen möglich. So setzt die Ceramtec AG in Plochingen, führender Hersteller von Hochleistungskeramik für die Rollen, die die Rohre beim Längsnahtschweißen zusammenhält, gasdruckgesintertes Siliciumnitrid ein. Bei diesem Produktionsschritt wirken hohe Temperaturen sowie starke mechanische und elektromagnetische Belastungen auf die Schweißrolle ein. Während herkömmliche leitende Materialien hier hohem elektro-erosiven Verschleiß unterliegen, wird dieser bei Rollen aus Siliziumnitrid auf ein Minimum reduziert: Das Material ist nichtleitend, äußerst biegefest und bruchzäh und hält extremen Temperaturschwankungen stand.

Ihre starken Seiten zeigt Hochleistungskeramik auch in der Papier- und Kartonproduktion. Hier haben sich insbesondere Entwässerungselemente aus Keramik weltweit als Standard durchgesetzt.

Denn in Papiermaschinen läuft ein Sieb mit der nassen Papiermasse über Leisten mit Abstreifkanten und Entwässerungswinkeln, die einen Großteil des Wassers entziehen. Bei einer Abzugsgeschwindigkeit des Siebs von bis zu 2.000 Metern pro Minute sind die bis zu zehn Meter breiten Keramik-GFK-Verbundleisten höchster mechanischer und thermischer Belastung ausgesetzt.

Außerdem enthält Papier heute häufig den Füllstoff Kalziumkarbonat, der äußerst abrasiv wirkt. Deshalb setzen insbesondere die Hersteller schnellaufender Papiermaschinen heute auf Entwässerungselemente aus Siliziumkarbid, ein äußerst verschleißfester und thermoschockbeständiger Werkstoff mit glatter, porenfreier Oberfläche. In Maschinen mit langsameren Siebgeschwindigkeiten (bis 800 Meter pro Minute) sind Entwässerungselemente aus Aluminiumoxid-Keramik seit Jahrzehnten Standard. In der Pressenpartie, einem sehr trockenen Bereich der Papiermaschine, werden Rohrsauger-Leisten aus Zirkonoxid oder – bei besonders schnellaufenden Maschinen – aus Siliziumnitrid eingesetzt. Sie stützen die rotierenden Filzbahnen, die dem Papier Feuchtigkeit entziehen. Dabei sind die Leisten hohen thermischen Belastungen ausgesetzt; zugleich müssen sie verschleißfest sein und eine glatte Oberfläche haben, die den Filz nicht beschädigt.

Keramik hält auch dicht. Hier machen sich Maschinenbauer die hohe Beständigkeit und die guten Gleiteigenschaften insbesondere von Sili-ziumkarbid und Aluminiumoxid zunutze:

Gleitringe zum Abdichten rotierender Wellen gegen aggressive Medien, Plunger und Kolben für Hochdruck- und Dosierpumpen, Wellen, Schutzhülsen und Lager sowie in Präzisionskugeln für Saug- und Druckventile.

Der Phantasie für weitere Anwendungen von Hochleistungskeramik im Maschinenbau sind kaum Grenzen gesetzt. So rüstet Ceramtec auf Kundenwunsch auch Rührwerk-Kugelmühlen zur Herstellung von Dispersionen und Pulvern mit maßgeschneiderten Werkstoffen aus.

Dabei besteht nicht nur der Beschleuniger für die Kugeln, sondern auch die Kugeln selbst aus höchst verschleißfestem Zirkon-oxid.

Das garantiert nicht nur eine besonders hohe Lebensdauer der Maschine, es gelangt auch kein Abrieb in das Mahlgut. So sorgt die Keramik auch hier für maximale Maschinenlaufzeit bei maximaler Produktqualität.

In der Ceramtec-Gruppe konzentrieren sich über 100 Jahre Erfahrung innovativer Unternehmen, die seit jeher zu den Pionieren der Technischen Keramik und Hochleistungkeramik zählten. Mit einem sehr hohem Werkstoff-, Fertigungs- und Anwendungs-Know-how gehört die Ceramtec AG zu den führenden internationalen Anbietern mit einem Umsatz von über 500 Millionen DM und 3 000 Mitarbeitern. Neben den fünf Standorten in Deutschland sorgen Tochterunternehmen, Vertriebsgesellschaften und Partner in vielen Ländern für ein umfassendes Produkt- und Leistungsangebot.

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