Das Kombinieren spezieller keramischer Werkstoffe ermöglicht Konstruktionen mit erstaunlichen Eigenschaften. Ein aktuelles Beispiel ist eine Hochtemperatur-Baugruppe aus Glaskeramik und Aluminiumoxid für den Maschinenbau – entwickelt und gefertigt vom Werkstoffzentrum Rheinbach, ursprünglich einem reinen Ingenieurdienstleister.
Die WZR ceramic solutions GmbH, Rheinbach, macht immer wieder durch verfahrenstechnische Neuerungen von sich reden wie jüngst durch die Herstellung endkonturnaher Halbzeuge aus keramischen Sonderwerkstoffen, die per Ultraschallbearbeitung ihre endgültige Form finden. Ursprünglich „nur“ ein Entwicklungspartner für die Kunden, sieht sich das WZR inzwischen auch als Serienfertiger. Ein Beispiel dafür ist die Realisierung einer komplexen Baugruppe, in der verschiedene Werkstoffe in unterschiedlichen Formgebungsverfahren verarbeitet, zu einer multifunktionalen Konstruktion kombiniert und produziert werden.
Dabei handelt es sich um eine Werkstückaufnahme mit einer thermischen Beständigkeit von bis zu 1000 °C und hochgenauer Geometrie. Die Lösung des WZR besteht in der Kombination eines Adapters aus der Glaskeramik Vitronit mit einer Komponente aus Aluminiumoxid (Al2O3). Der Vorteil dieses Verbundes besteht unter anderem in den unterschiedlichen mechanischen Festigkeiten und Wärmeleitfähigkeiten der beiden Werkstoffe. Schon die Glaskeramik punktet mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit (insbesondere gegenüber Metallen), wird allerdings vom Aluminiumoxid mit abermals niedrigeren Wärmeleitwerten unterboten. Hingegen bietet die Glaskeramik eine höhere mechanische Festigkeit und macht es so möglich, dass sich die Werkstückaufnahme über eine metallische Schraubverbindung an der Trägereinheit befestigen lässt.
Während die Glaskeramik-Komponente im CNC-Ultraschall-Bearbeitungszentrum des WZR aus einem Vitronit-Halbzeug hergestellt wird, entsteht die geometrisch komplexe Aluminiumoxid-Komponente im generativen 3D-Druck (Schichtbauverfahren) und erhält anschließend eine CNC-Feinbearbeitung. Gerade das 3D-Drucken vereinfacht und beschleunigt den Gesamtherstellungsprozess enorm. Das Ergebnis der beiden Fertigungswege sind zwei hochpräzise Formteile, die zu einer Baugruppe montiert werden.
Auf diesem Weg kann das WZR die Anforderungen nach einer elektrisch isolierenden und magnetisch abgekoppelten Werkzeugaufnahme, die sich an eine metallische Vorrichtung anbauen lassen soll, umsetzen. Durch die unterschiedlichen Wärmeleitwerte sei die Funktionsbaugruppe, so heißt es in Rheinbach, perfekt auf die Anwendung abgestimmt.
Nicht nur bei dieser Anwendung deckt das WZR die gesamte Engineering-Kette ab. Zwischen Idee und Serienanlauf lagen nur fünf Wochen, wird berichtet. Die Wahl der Werkstoff-Kombination und die Konstruktion erfolgten ebenso in Rheinbach wie die Komponentenfertigung und Montage. Inzwischen produziert das WZR die neue Werkstückaufnahme in Kleinserie. Solche „Alles-aus-einer-Hand“-Lösungen auf dem Gebiet der Technischen Keramik sieht das außergewöhnliche Unternehmen inzwischen als eines seiner großen Stärken. os
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