Keramik Verschleißschutz: 5 Fehler bei der Auslegung

Das Wichtigste auf einen Blick

Die fünf Fehler im Überblick

Fehler 1 und 2: Wandstärke und Klebung

Keramik ist spröde. Sie erträgt Druckspannungen besser als Zugspannungen. Zu dünne Wandstärken führen deshalb zu Biegebrüchen, obwohl die Flächenpressung rechnerisch niedrig wirkt. Die Auslegung muss die gesamte Einspannung betrachten, nicht nur die reine Verschleißfläche.

Eine ungeeignete Klebung ist der zweithäufigste Ausfallgrund. Viele Konstrukteure wählen den Klebstoff nach der Verarbeitungszeit, nicht nach der Wärmeausdehnung. Bei Temperaturwechseln entstehen Schubspannungen in der Fügeschicht. Die Klebung sollte daher mit demselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Keramik geplant werden.

Fehler 3: Thermische Spannungen

Thermische Spannungen entstehen, wenn Keramik und Metall unterschiedlich stark warm werden. Aluminiumoxid und Stahl unterscheiden sich deutlich in der Wärmeausdehnung. Ohne elastische Zwischenschicht reißt die Keramik an der Grenzfläche.

Die Gegenmaßnahme: Temperaturgradienten begrenzen, Zwischenschichten aus weichen Metallen oder Faserverbund einsetzen und schnelle Abkühlung vermeiden. Die Wahrscheinlichkeit für Spannungsrisse ist besonders hoch, wenn Bauteile im Wechsel zwischen Prozesswärme und Kühlmittel arbeiten.

Fehler 4 und 5: Körnung und Kanten

Falsche Körnung führt zu zwei Fehlerbildern. Zu grobe Körnung bricht aus der Bindung aus. Zu feine Körnung erzeugt eine glatte Oberfläche, die den Gegenkörper nicht mehr trägt. Die Körnung muss zur Belastung, zur Korngröße des Gegenkörpers und zur gewünschten Oberfläche passen.

Fehlende Kantenverrundung ist ein klassischer Konstruktionsfehler. Scharfe Kanten wirken als Kerben. Schon eine Fase von 0,5 Millimetern oder ein Radius von 1 Millimeter senkt die Spannungsspitze. Die Verrundung muss in der Zeichnung stehen, sonst wird sie in der Fertigung weggelassen.

Normen und Prüfungen nach DIN EN 843

DIN EN 843 legt mechanische Prüfungen für monolithische Keramik bei Raumtemperatur fest. Teil 1 beschreibt die Biegefestigkeit, Teil 5 die statistische Auswertung. Für die Auslegung sind diese Kennwerte wichtiger als Herstellerangaben ohne Prüfbedingungen.

Der Normenausschuss Materialprüfung (NMP) beim DIN koordiniert Prüfverfahren und Werkstoffkennwerte. Die Zuständigkeit der DIN-Normenausschüsse für Werkstoff-, Prüf- und Konstruktionsnormen ist beim DIN gebündelt. Wer Verschleißschutz in Maschinen auslegt, muss zusätzlich die Anforderungen der Betriebssicherheit beachten. Die BAuA bündelt Hinweise zu Maschinen und Betriebssicherheit.

Prüfschritte für die Auslegung:

Häufige Fragen

Wie erkenne ich zu dünne Wandstärken?

Wenn die Keramik an der Einspannung oder an Bohrlöchern reißt, ist die Wandstärke zu gering. Die Zugspannung im Randbereich ist dann höher als die geprüfte Biegefestigkeit.

Welche Norm gilt für Keramik-Verschleißschutz?

DIN EN 843 beschreibt mechanische Prüfungen. Für Klebungen gilt zusätzlich DIN 2304. Die Auslegung sollte beide Regelwerke verbinden.

Warum ist die Körnung so wichtig?

Die Körnung bestimmt, ob Verschleiß gleichmäßig abgetragen wird oder Ausbrüche entstehen. Sie muss zum Gegenkörper und zur Belastung passen.

Wie verhindere ich thermische Spannungen?

Begrenzen Sie Temperaturgradienten, wählen Sie Klebstoffe mit passender Wärmeausdehnung und sehen Sie elastische Zwischenschichten vor.

Reicht eine Kantenverrundung von 0,5 Millimetern?

Bei den meisten Anwendungen ja. Bei hohen Punktlasten oder scharfen Gegenkanten sollte der Radius größer sein.