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Hochleistungskeramiken


In CEROBEAR Hybrid- und Keramikwälzlagern wird fast ausschließlich Siliciumnitrid (Si3N4) eingesetzt. Seltener kommt Zirkonoxid (ZrO2) als Ringwerkstoff in Kombination mit Kugeln aus Si3N4 zum Einsatz. Härte, Druckfestigkeit, Verschleißbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind deutlich höher als bei Wälzlagerstahl. Ein hoher E-Modul vermindert die Verformung unter Belastung, ein Lager mit Keramikkugeln ist steifer als ein Stahllager. Zudem bildet sich eine kleinere Kontaktfläche (Hertzsche Kontaktellipse) aus, weniger Reibverluste sind die Folge. Allerdings führt eine kleinere Kontaktfläche zu einer höheren Hertzschen Pressung, diese Belastung ist für Keramik aber nicht problematisch.

 

Die in der Tabelle angegeben Werkstoffkennwerte gelten für Keramikwerkstoffe, die für den Einsatz im Wälzlager qualifiziert sind. Dies geschieht beispielsweise in Prüfstandsversuchen unter definierten Prüfbedingungen, im Einzelfall abgestimmt auf die Kundenanwendung. Wichtig ist die gleichbleibende Qualität bereits beim Ausgangsmaterial, dem Pulver, und allen nachfolgenden Fertigungsschritten der Keramikherstellung und Bearbeitung.

 

 



Werkstoffkennwerte   Si3N4 ZrO2 100 Cr 6 
Dichte ρ g/cm³ 3,2 6,1 7,85 
Wärmeausdehnungskoeffizient α 10-6/K 2,8 9,6 11,5 
Elastizitätsmodul GPa 320 200 210 
Poissonsche Zahl μ  0,27 0,30 0,30 
Härte HV10 N/mm² 1 600 1 200 700 
Biegebruchfestigkeit σB N/mm² 700 1 000 > 2 500 
Bruchzähigkeit KIC MPa m1/2 10 > 20 
Temperatureinsatzgrenze  °C 800 … 1000 400 180 
Wärmeleitfähigkeit λ W/m • K 30 … 35 40 … 45 
spez. elektrischer Widerstand  Ω • mm²/m 1018 109 10-1 



Von allen technischen Keramiken ist Si3N4 nach heutigem Stand der beste Werkstoff für Wälzkörper und Lagerringe. Vor allem sein geringes Gewicht macht ihn zu einem idealen Werkstoff für drehzahlbeanspruchte Wälzlager. Die geringe Wärmedehnung ist günstig für Keramikwälzkörper, bei Erwärmung verringert sich die Lagerluft nicht so stark wie bei Stahlkugeln, ein Plus an Sicherheit. Bei größeren Temperaturdifferenzen kann aber die Anbindung an metallene Umbauteile zu Passungproblemen führen. Hier ist ZrO2 eine montage- und anwendungsfreundliche Alternative zu Si3N4.