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Keramische Werkstoffe

Als keramische Werkstoffe bezeichnet man nichtmetallische Werkstoffe anorganischer Zusammensetzung, die aus Keramikpulver gepresst und anschließend zu Rohlingen gebrannt werden. Ihren zahlreichen Vorteilen wie großer Härte, Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit stehen allerdings auch Nachteile gegenüber: Die große Härte und Sprödigkeit macht sie empfindlich gegen Schlageinwirkung. Da sie nicht verformbar sind, können sie keine großen Zugbelastungen tragen. Daher verwendet man sie meist als Bauteile für Sonderaufgaben oder als Hochlast-Bauteil in Kombination mit anderen Werkstoffen, wie beispielsweise bei den keramischen Beschichtungen. Typische Beispiele für diese Kombinationen sind etwa Hochleistungsbremsscheiben aus Keramik oder keramische Lagerschalen für Stahlwalzen. Es gibt unterschiedliche Keramiksorten, die sich je nach Eigenschaften für verschiedene Zwecke einsetzen lassen. Silikatkeramik beispielsweise, auch technisches Porzellan genannt, ist kostengünstig herstellbar und besitzt gute mechanische Eigenschaften. Seine elektrischen Eigenschaften machen die Silikatkeramik zum Standardwerkstoff für viele Zwecke bei denen es auf die Isolatoreigenschaften ankommt. Beispiele sind keramische Heizelemente in elektrischen Heizungen und Isolatoren in Maschinen, Schaltern und Lampen. Weitere Gruppen sind die Oxidkeramik (hier ist vor allem Aluminiumoxid als wichtigster Sinterwerkstoff dieser Gruppe zu nennen), die Nichtoxidkeramik (z.B. Siliziumcarbid und Siliziumnitrid) und die Kohlenstoffkeramik. Letztere umfasst Verbundwerkstoffe aus Keramik auf Carbidbasis und Kohlenstoff. Mit dieser Kombination erreicht man höchste Belastbarkeit bei Zug- und Druckkräften sowie enorme Verschleißfestigkeit.

Keramische Beschichtung

Keramische Beschichtungen werden sowohl zum Korrosionsschutz als auch zur Verbesserung der Eigenschaften von Stahlbauteilen verwendet. So findet man beispielsweise Bohrer und Sägeblätter mit keramischen Beschichtungen. Hier wird die hohe Zähigkeit und Festigkeit der verwendeten Stähle mit der extrem hohen Härte und Druckfestigkeit der keramischen Werkstoffe kombiniert. Oft sind auch gewünschte Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit oder minimierte elektrische Leitfähigkeit der Grund für eine keramische Beschichtung. In der chemischen Industrie spielt beispielsweise die Beständigkeit gegen aggressive Chemikalien eine große Rolle. Dort werden häufig Rohre mit einer keramischen Innenbeschichtung verwendet. Aufgebracht werden keramische Beschichtungen, die oft aus Aluminiumoxid und Titandioxid bestehen, meist durch Plasmaspritzen. Dieses Verfahren eignet sich neben Rohren auch für Walzen und Rollen.

Keilwellen-Verbindung

Eine Keilwellen-Verbindung besteht aus einer Welle mit einer gerade Anzahl von Nuten und einem Zahnrad, das eine dazu passende Keilnabe besitzt. Durch die große Zahl an Formschlussflächen wird das Drehmoment gleichmäßig über die ganze Welle verteilt übertragen. Eingesetzt werden Keilwellen-Verbindungen beispielsweise für Hochlast-Mitnehmerverbindungen wie sie bei Schaltgetriebewellen vorkommen.

Keilverbindung

Keilverbindungen gehören zu den Formschluss-Verbindungen. Bei ihnen wird ein Keil mit geringer Neigung (üblicherweise 1:100) in eine Nut eingetrieben, die zuvor in Welle und Nabe erstellt wurde. Die Nut darf dabei seitlich nur geringes Spiel erlauben. Durch den eingetriebenen Keil werden Welle und Nabe gegeneinander verspannt, so dass ein Formschluss entsteht. Da der Keil eine Verschiebung der Mittelachsen von Nut und Welle verursacht, muss dies bei der Konstruktion berücksichtigt werden, ansonsten wird die Funktion der miteinander verbundenen Teile beeinträchtigt und es entsteht beispielsweise erhöhter Verschleiß durch Reibung. Die durch die Verschiebung erzeugte Unwucht macht diese Art der Verbindung zudem für hohe Drehzahlen ungeeignet.