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Keramik: Allroundtalent ohne Slip-Stick-Effekt

Hochleistungskeramik
Allroundtalent ohne Slip-Stick-Effekt

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Gewindespindeln aus Hochleistungskeramik Zirkonoxid bieten gegenüber herkömmlichen Spindeln aus Stahl oder Kugelumlaufspindeln zahlreiche Vorteile, die in der Anwendung entscheidend sein können. Die von Maxon speziell geschliffenen Keramikoberflächen eignen sich dabei sehr gut für gleitende Bewegungen.

Stefan Zilm hält Maxons größte Keramikspindel mit einer Länge von circa 23 cm und einem Durchmesser von
1 cm in Händen und begutachtet das Bauteil mit Kennerblick. Dann dreht er an der kundenspezifischen Mutter, die daran befestigt ist. „Die spezifischen und strengen Anforderungen der Medizintechnik forderten Maxon schon immer zu Höchstleistungen und Kreativität heraus“, sagt Zilm, Leiter Geschäftsentwicklung und Quality-Engineering PIM (Powder Injection Moulding) mit Sitz im südbadischen Sexau, dem deutschen Entwicklungs- und Produktionsstandort des Schweizer Antriebstechnikspezialisten Maxon Motor AG.

Der Impuls dafür reicht ins Jahr 2005 zurück. „Vor 15 Jahren benötigte man ein Bauteil mit Gewinde, das biokompatibel ist und eine höhere Härte als Stahl aufweist. Es musste verschleißfest sein und durfte keine Verzögerung bei der Bewegung verursachen“, erklärt der Pulverspritzgussexperte die Anforderungen. Schnell fand man in technischer Keramik, genauer gesagt in Zirkonoxid (ZrO2,) das optimale Material und konstruierte die erste keramische Spindel.

Viele Vorteile gegenüber Stahl

Gewindespindeln aus der Hochleistungskeramik Zirkonoxid bieten gegenüber herkömmlichen Spindeln aus Stahl oder Kugelumlaufspindeln zahlreiche Vorteile, die in der Anwendung entscheidend sein können. „Abgesehen davon, dass Stahl die preisgünstigere Wahl ist, überzeugt Keramik in fast allen anderen Bereichen“, versichert Stefan Zilm. Der extrem widerstandsfähige Keramikwerkstoff findet seine Anwendung hauptsächlich in den Bereichen, in denen herkömmliche Werkstoffe versagen.

Besonders Eigenschaften wie hohe Verschleißfestigkeit, hervorragende Gleiteigenschaften, hohe mechanische Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, hervorragende Isolierfähigkeit, hohe korrosions- und chemische Beständigkeit, Biokompatibilität und ein geringes spezifisches Gewicht zeichnen Keramik aus. Im Vergleich zu Stahl ist Zirkonoxid fast nicht magnetisch und auch der Härtegrad liegt höher. Das Elastizitätsmodul und der Wärmeausdehnungskoeffizient sind dagegen bei beiden Werkstoffen sehr ähnlich.

Spezielle Oberfläche ermöglicht schnelle und präzise Bewegungen

Geschliffene Keramikoberflächen eignen sich grundsätzlich sehr gut für gleitende Bewegungen. Maxon hat darüber hinaus eine spezielle, cgs (ceramic glide surface) genannte Oberfläche für seine Keramikspindeln entwickelt. Dadurch arbeiten diese fast gänzlich ohne den sogenannten Slip-Stick-Effekt, vermeiden also das unerwünschte, ruckartige Gleiten von Festkörpern, die sich gegeneinander bewegen. Überdies ermöglicht die CGS-Oberfläche schnelle, präzise Bewegungen.

Gewindespindeln eigenen sich für das Umsetzen rotatorischer Bewegungen in lineare Bewegungen. Die Drehung der Spindel erzeugt durch die Spindelsteigung einen exakt definierten linearen Hub. Aufgrund der hervorragenden Gleiteigenschaften und der hohen Verschleissfestigkeit der Keramikspindel lassen sich Drehzahlen von bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute realisieren. Die Lebensdauer der Keramikspindel liegt im Vergleich zur Stahlspindel um ein Vielfaches höher; Voraussetzung ist die Wahl der passenden Mutter, gegebenenfalls mit einer kundenspezifischen Beschichtung.

Damit ist die Keramikspindel ein echtes Allround-Talent: sei es in der Medizintechnik, in der die Biokompatibilität und Verschleißfestigkeit eine große Rolle spielen, oder in der Messtechnik, in der eine hochpräzise Positionierung vorausgesetzt wird und die hervorragenden Gleiteigenschaften der technischen Keramik zum Tragen kommen. Die zahlreichen Vorteile des Werkstoffes beziehungsweise der Keramikspindel bieten viele Anwendungsmöglichkeiten.

Auch Automatisierungstechnik und Robotik setzen zunehmend auf Keramikspindeln

„Derzeit sind unsere Spindeln beispielsweise auch in der Automatisierungstechnik, Dosierungstechnik und der Robotik im Einsatz“, ergänzt Stefan Zilm. „Ein Magnetfeld wie beispielweise in einem Kernspintomographen würde von Keramikspindeln auch nicht beeinträchtigt, da sie elektrisch isolierend und nicht magnetisch sind.“

Standardmäßig produziert Maxon Spindeln in schwarzer oder weißer Keramik mit metrischem Gewinde von M2 bis M10. Kundenspezifische Wünsche wie passende Muttern, Trapezgewinde oder jegliche Spezialgewinde können ebenso hergestellt werden. Stückzahlen von 1 bis 10.000 pro Jahr sind dank der hohen Flexibilität in der Produktion ohne weiteres möglich.


Maxon

Kompetent auch in Keramik

Maxon entwickelt und baut präzise und innovative Antriebssysteme vom Motor über das Getriebe bis zum Encoder. Alle wichtigen Komponenten werden selbst produziert, was höchstmögliche Flexibilität garantiert. Deshalb verfügt das Unternehmen schon seit über 20 Jahren über Erfahrung im Pulverspritzguss, arbeitet mit modernster CAD-Technik und der Möglichkeit der Finite-Elemente-Berechnung. Dank CIM (Ceramic Injection Moulding) ist Maxon in der Lage, äußerst komplexe Keramikbauteile herzustellen – mit hoher Präzision und Qualität.


Katrin Schmidt, Marketingreferentin bei der Maxon Motor GmbH

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