Keramiklager neigen dazu, ihre Gegenstücke aus Stahl in den Schatten zu stellen. Bei vielen nicht magnetischen und nicht leitenden Medizin- oder Halbleitergeräten sollten Keramiklager die erste Wahl sein. Umfangreiches Wissen des technischen Teams von AUB Bearings. AUB ist seit vielen Jahren ein Hersteller und Lieferant hochwertiger Lager mit Schwerpunkt auf verschiedenen Lagerserien, darunter Vollkeramiklager und Hybridkeramiklager.
Die Laufringe und Kugeln von Vollkeramiklagern bestehen vollständig aus keramischen Materialien, die gewöhnlichen Stahllagern in vielerlei Hinsicht überlegen sind. Keramik ist ein ideales Material für alle Anwendungen, die höhere Geschwindigkeiten erreichen, das Gesamtgewicht reduzieren oder in extrem rauen Umgebungen eingesetzt werden sollen, in denen hohe Temperaturen und korrosive Substanzen vorhanden sind. Die
Keramik-Hybridlager sind die häufigste Art von Keramiklagern und bestehen aus einem Innen- und Außenring aus Stahl mit Keramik (normalerweise). Si3N4) Kugeln statt Stahl. Gängige Keramiklagertypen sind Schrägkugellager und Rillenkugellager. Keramik-Hybridlager sind die häufigste Art von Keramiklagern und bestehen aus Innen- und Außenringen aus Stahl mit Kugeln aus Keramik (normalerweise Si3N4) anstelle von Stahl.
Keramiklager werden üblicherweise aus folgenden Materialien hergestellt:
Da es sich bei Keramik um eine glasartige Oberfläche handelt, weist sie einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten auf und eignet sich daher ideal für Anwendungen, bei denen die Reibung verringert werden soll. Keramikkugeln erfordern weniger Schmierung und sind härter als Stahlkugeln, was zur Verlängerung der Lagerlebensdauer beiträgt. Die thermische Leistung ist besser als bei Stahlkugeln, sodass bei hohen Geschwindigkeiten weniger Wärme erzeugt wird.
Die Käfige von Vollkeramiklagern bestehen in der Regel aus Hochleistungskunststoffen wie PEEK oder PTFE. Die Keramiklagerkäfige von AUB bestehen aus Polyetheretherketon (PEEK), einem Thermoplast, der in verschiedenen Halbleiteranwendungen verwendet wird. PEEK ist leicht, verfügt über sehr gute mechanische Eigenschaften, eine hohe Betriebstemperatur und eine gute Medienbeständigkeit. Für extreme Temperaturen (bis -253 °C) wird anstelle von PEEK Polychlortrifluorethylen (PCTFE) verwendet, das zudem eine bessere Medienbeständigkeit bietet. Bei Temperaturen über 250 °C wird hitzebeständiger Stahl als Käfigmaterial verwendet.
Keramikkugeln sind aufgrund ihrer fehlenden Porosität runder, leichter, härter und glatter als Stahlkugeln. Dadurch werden Reibung und Energieverlust reduziert, sodass Ihre Geräte mit Keramikkugellagern effizienter (und länger) laufen. Aufgrund ihrer relativen Laufruhe benötigen Keramikkugellager weniger Schmierung als Stahllager.
• Keramiklager können ohne Schmierung laufen. Dies liegt daran, dass keramische Materialien nicht mikroverschweißt werden. Mikroschweißen tritt auf, wenn Oberflächenfehler an den Wälzkörpern und der Laufbahn zusammenwirken und Lichtbögen verursachen, normalerweise im Metall. Dies kann die Oberfläche beschädigen und die Lebensdauer des Lagers erheblich verkürzen. Keramische Materialien haben dieses Problem nicht und eignen sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen, die eine schmierungsfreie Umgebung erfordern.
• Sie weisen meist eine sehr hohe Härte auf (70-90 HRc) und Elastizitätsmodul bzw. Elastizitätsmodul. Dies bedeutet, dass sie einer Formänderung bei Belastung standhalten und gleichzeitig die Verschleißeigenschaften verbessern.
• Korrosion. Keramiken sind nichtmetallische und nichteisenhaltige Materialien. Sie korrodieren nicht wie Metall, wenn sie Wasser und anderen gefährlichen Chemikalien ausgesetzt werden. Ihre hohe Korrosionsbeständigkeit ermöglicht eine gute Leistung in nassen und chemisch aggressiven Umgebungen.
• Lagerring.Keramikkugeln sind viel weniger elastisch als Stahlkugeln, und das sollten Sie bedenken, wenn Sie über ein Upgrade auf Keramiklager nachdenken. Keramikkugeln verursachen mit größerer Wahrscheinlichkeit Schäden (Einkerbungen) an den Lagerlaufbahnen, wenn die Spindel stark belastet wird oder es zu einem Spindelabsturz kommt. Mit der Zeit können die Vertiefungen in den Laufbahnen größer werden und schließlich zum Ausfall der Spindel führen.
Leitfähigkeit. Aufgrund des Mangels an freien Elektronen in den meisten Keramiken sind Keramiklager nicht magnetisch und nicht leitend. Daher werden sie häufig in Anwendungen bevorzugt, bei denen die Leitfähigkeit von Bedeutung ist – beispielsweise wenn Sie einen Motor haben, der mit einer variablen Frequenz gesteuert wird Antrieb.
• Richtigkeit.Hinsichtlich der Genauigkeit gibt es kaum Unterschiede zwischen Keramiklagern und Stahllagern. Der einzige Unterschied besteht darin, dass sich Keramiklager nicht wie Stahllager thermisch ausdehnen, also bei hohen Geschwindigkeiten nicht so viel Wärme erzeugen und keine so große messbare thermische Ausdehnung erfahren.
• Teuer. Keramiklager sind im Durchschnitt 50 % teurer als Stahllager. Das erste, was den Leuten bei der Recherche zu Keramiklagern auffällt, ist, dass sie viel teurer sind als Metalllager. Dieses Problem hat viele Ursachen. Der hohe Energiebedarf, um die für den Sinterprozess moderner Rohstoffe erforderlichen Temperaturen zu erreichen, ist mit extrem hohen Energie- und Verarbeitungskosten verbunden. Da Keramik so hart ist, summieren sich die Bearbeitungs- und Schleifkosten bei der Herstellung von Präzisionslagern schnell. All dies muss in einer sauberen Umgebung von qualifizierten Arbeitskräften durchgeführt werden. Keramik reagiert äußerst empfindlich auf Verunreinigungen in ihren Poren, sodass jede Verunreinigung zu einem vorzeitigen Ausfall führen kann. Mit zunehmender Größe steigt der Preis aufgrund der Notwendigkeit kostspieliger Verarbeitungsmethoden exponentiell. Dazu gehören der langsamere Sinterprozess, der zur Überwindung von Temperaturgradienten im Grünkörper erforderlich ist, der gleichmäßig über ein größeres Volumen ausgeübte Druck und die daraus resultierenden Maschinenkosten.
• Geringe Tragfähigkeit. Keramiklager haben im Vergleich zu Metallen eine geringere Belastbarkeit und sind empfindlich gegenüber Temperaturschocks. Bei einem Thermoschock verursacht ein Temperaturgradient im Inneren eines Materials eine unterschiedliche Ausdehnung und damit eine innere Spannung. Diese Spannung kann die Festigkeit des Materials übersteigen und zur Rissbildung führen.
• Keramik ist auch schwieriger um ein hochwertiges Oberflächenfinish zu erhalten. Sie können auf eine Oberflächengüte von Ra 0.1 geschliffen werden und erreichen damit die Präzisionsklasse P5.
Anwendungen in der Weltraumforschung und andere Produkte der Luft- und Raumfahrtindustrie sind häufig auf Keramiklager angewiesen. Leichte und vakuumkompatible Lager machen sie ideal für Satelliten und Raumfahrzeuge, die eine optimale Gewichtstragfähigkeit für eine verbesserte Flugdynamik und Beschleunigung erfordern. Darüber hinaus können diese Lager ohne Schmierstoffe wie schwere Fette und Öle betrieben werden, die dazu neigen, Verunreinigungen anzuziehen, die empfindliche elektrische Komponenten beeinträchtigen. Es gibt viele gängige Anwendungen, die eng mit unserem täglichen Leben verbunden sind. Die Lebensdauer der meisten Bahnfahrmotoren wird durch keramische Werkstoffe verbessert. Auch Chemie- und Hybridanwendungen profitieren vom Einsatz von Keramiklagern, insbesondere zum Schutz vor Kontamination. Da Keramiklager chemisch inert sind, reagieren sie nicht mit aggressiven Chemikalien und geben keine Partikel in empfindliche Lösungen ab. Die korrosionsbeständigen Eigenschaften von Keramiklagern machen sie ideal für die Reinigung mit stark sauren oder alkalischen chemischen Reinigungslösungen. Darüber hinaus verringert der Verzicht auf öl- und fettbasierte Schmierung das Risiko von Bakterienwachstum und Kontamination. Einige andere Anwendungen von Keramiklagern sind:
Keramiklager bieten in technischen Anwendungen zahlreiche Vorteile, es gibt jedoch auch Nachteile, die berücksichtigt werden müssen. Sie sind sehr hart, korrosionsbeständig und haben einen hohen Elastizitätsmodul. Sie sind schmierungsfrei lauffähig, weisen eine geringe Wärmeausdehnung auf, weisen meist eine geringe Dichte auf und sind nicht magnetisch. Allerdings sind sie teuer, haben eine geringe Belastbarkeit, sind temperaturschockempfindlich und es ist schwierig, eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Unabhängig davon, ob Sie Siliziumnitrid, Zirkonoxid oder Siliziumkarbid verwenden, werden Keramiklager in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter in der Luft- und Raumfahrt sowie bei chemischen, medizinischen und wissenschaftlichen Instrumenten.
