Keramik Kugellager ("Keramiklager") und Hybridlager

Kugellager aus Keramik oder mit Keramikkugeln haben besondere Eigenschaften mit Vor- und Nachteilen. Im Nachfolgenden haben wir einige Informationen für Sie zusammengetragen, um herauszufinden, ob sich diese Lager für Ihre Anwendung eignen. Vorwegnehmen möchten wir, dass Keramiklager insbesondere für Anwendungen mit sehr hoher Last und insbesondere Stoßbelastung nicht geeinget sind.

 

Wie unterscheiden sich Voll-Keramiklager und Keramik Hybrid Kugellager?

Sogenannte "Vollkeramiklager" sind Lager, bei denen sowohl die Kugeln, als auch die Ringe aus keramischen Werkstoffen bestehen. Die Käfige und Deckscheiben sind dann häufig aus PTFE / PEEK / PI und weitere. Vollkeramiklager können ohne Schmierung betrieben werden.

Bei Hybridlagern (Bezogen auf Keramik Hybridlager) sind nur die Kugeln aus Keramik, die Ringe sind normalerweise aus Edelstahl (AISI420 oder AISI440) oder Wälzlagerstahl (100Cr6). Hybridlager können bei sehr geringen Drehzahlen und Traglasten ohne Schmierung laufen. Ansonsten sollten die Lager gefettet (wartungsfrei) oder geölt (nicht wartungsfrei) werden, um Reibung/Geräuschbildung/Hitzebildung zu verringern.

 

Welche Vorteile haben Keramik Kugellager?

Vollkeramik Kugellager haben folgende Vorteile:

• - Keramische Elemente der Kugellager sind nicht magnetisch. Dies ist für manche Anwendungen erforderlich und dort bringen Edelstahllager nichts, da diese aus ferristischen (magnetischen) Edelstählen mit Eisenanteil gemacht sind
• - Keramische Elemente korrodieren so gut wie nicht. Egal ob Salz, Lauge, Säure, Kohlenwasserstoffe... Keramik rostet nicht. Edelstahllager bekommen mit machen dieser Medien (z.B. Salzwasser) Probleme.
• - Bei Anwendungen ohne hohe Stoßlast sind Vollkeramiklager sehr Verschleißfest.
• - Keramische Elemente sind nicht elektrisch Leitfähig. Wie auch beim ersten Punkt mit dem Magnetismus gilt dies für Edelstahllager nicht (ferristischer Edelstahl). Dies ist z.B. bei manchen Elektromotoren notwendig.
• - Keramische Elemente können trocken ohne Schmierung laufen (dies gilt nicht für Hybridlager, dazu mehr weiter unten). Dies ist z.B. wichtig, wenn die Lager lange wartungsfrei sein müssen, bei besonders hohen oder tiefen Temperaturen eingesetzt werden usw.
• - Kugellager aus Keramik sind sehr leichtläufig (dies relativiert sich jedoch, wenn starke Gummidichtungen verwendet werden) und Keramiklager können bei sehr hohen Drehzahlen angewendet werden.
• - Die Lager können Betriebstemperaturen von sehr kalten Temperaturen bis hin zu sehr hohen Temperaturen 750°C (Zr02) oder 1050°C (Si3N4) aushalten (zum Vergleich: 100Cr6 Stahl nur ca. 150°C und Edelstahl ca. 230°C). Dies gilt aber ggf. nicht für alle verbauten Komponenten der Lager, beispielsweise haben die Keramiklager häufig einen PTFE Käfig, welche nur bis 180°C genutzt werden kann oder auch Abdeckscheiben aus einem anderen Material, welches nicht so hoch betrieben werden kann.
• - Keramische Materialien sind ca. 40% leichter als Stahl, was u.a. für eine besseren Energieeffizienz sorgt und hohere Drehzahlen zulässt.

 

Welche Nachteile haben Keramik Kugellager?

Keramiklager haben jedoch auch Nachteile:

• - Vollkeramiklager sind sehr bruchanfällig. Die verwendeten Keramik Werkstoffe Si3N4 oder Zr02 haben eine Härte von bis zu 70 HRC (zum Vergleich: Edelstahl AISI 420 hat ca. 55 HRC und Wälzlagerstahl ca. 64 HRC). Aufgrund der hohen Härte Können die Ringe bei zu hoher Last brechen.
• - Auch Hybridlager (z.B. Edelstahl mit Keramikkugeln) sind anfällig für hohe Last, insbesondere Stoßlast. Aufgrund der hohen Härte der Keramikkugeln schlagen diese bei hoher Stoßlast winzige Dellen in die Laufbahnen aus den weicheren Materialen (insbesondere Edelstahl) und die Lager laufen dadurch mit der Zeit nicht mehr sauber.
• - Keramiklager sind normalerweise nicht sehr stark gedichtet, da diese für hohe Drehzahlen ausgelegt sind. Beispielsweise haben Vollkeramiklager häufig PTFE Dichtungen ohne Kontakt zum Innenring, es ist also ein Spalt vorhanden und das Lager ist nicht ganz Dicht, sondern nur gegen grobe Verschmutzung geschützt. Hybridlager haben zwar Gummidichtungen, diese haben jedoch oft keinen starken Kontakt zum Innenring, weil die Lager häufig für sehr hohe Drehzahlen ausgelegt sind. Keramiklager und Hybridlager eignen sich deshalb nicht für Stellen mit starkem Umgebungsschmutz (zumindest dann, wenn vor dem Lager nicht noch eine separate Dichtung wie ein Wellendichtring vorhanden ist).
• - Keramiklager (insbesondere ohne Schmierung) haben eine höhere Geräuschbildung als Stahllager.
• - Keramiklager sind vergleichsweise teuer. Dies liegt zum einen an dem wesentlich höheren Materialpreis, aber auch daran, dass es weltweit nur sehr wenige Fabriken gibt, die diese Lager überhaupt produzieren (die Produktion ist wesentlich aufwendiger und es gibt wesentlich weniger Nachfrage als nach Stahllagern).