Vollkeramische Wälzlager aus Siliciumnitrid - Anwendung, Auslegung , Optimierung

Vollkeramische Wälzlager eröffnen der Lagertechnik neue Möglichkeiten. Insbesondere unter aggressiven Umgebungsmedien, bei hohen Temperaturen und im Trockenlauf überzeugt der Werkstoff Keramik durch ein hervorragendes Eigenschaftsprofil. Der industrielle Einsatz vollkeramischer Wälzlager erfordert Auslegungskriterien, Lebensdauerabchätzungen und Aussagen zur Zuverlässigkeit. Die Erkenntnisse aus dem Bereich der metallischen Lager können aufgrund der völlig unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften nicht auf das keramische Lager übertragen werden. Aus diesem Grund wurden zunächst die Versagensmechanismen in lagerähnlichen Systemen (Kugel-Platte Druckversuch, Kugel-Laufring-Druckversuch) untersucht. Innerhalb eines bruchmechanischen Modells gelingt die Beschreibung der auftretenden Rißbildung. Auf dieser Basis können für ein Kugellagermodellsystem Aussagen zur statischen und dynamischen Tragfähigkeit gemacht werden, wobei insbesondere der Schmiegung der Lager besondere Bedeutung zukommt. Im Gegensatz zu metallischen Lagern ist für das Versagensverhalten keramischer Lager in erster Linie nicht die plastische Verformung (und damit die Höhe der Vergleichsspannung, z.B. nach von Mises), sondern vielmehr die Höhe der Zugspannungen von Bedeutung. Dies hat zur Folge, daß das Optimum der Schmiegung von der Gleitreibungszahl abhängt. Zur Steigerung der Notlaufeigenschaften bei Mangelschmierung oder Trockenlauf kann durch eine keramikgerechte Wahl der Schmiegung eine bedeutende Steigerung der Tragfähigkeit erreicht werden.