Hybride Querpressverbände mit Naben aus monolithischer Keramik

Hochleistungskeramiken werden aufgrund ihrer vorteilhaften Werkstoffeigenschaften wie beispielsweise der hohen Härte, der guten Verschleißfestigkeit, ihrer chemischen Beständigkeit etc. zunehmend für anspruchsvolle Einsatzbereiche mit schwierigen Umgebungsbedingungen gefordert, wo konventionelle Werkstoffe wie Metall oder Kunststoff häufig nicht mehr eingesetzt werden können. Für einen wirtschaftlichen Einsatz teurer keramischer Werkstoffe ist es vorteilhaft, diese nur dort einzusetzen, wo ihre Hochleistungseigenschaften gefordert sind. Um die keramischen Komponenten an die restliche Struktur anzubinden, sind in der Regel Welle-Nabe-Verbindungen erforderlich. Hierunter stellen Querpressverbände die keramikgerechteste Art der Verbindung dar, weil diese frei von geometrischen Kerben sind und die Krafteinleitung in einem großen Bereich erfolgt.

Durch eine lokale Reduzierung des Übermaßes über eine Konturierung der Stahlwelle kann der Fugendruck in der Verbindung und damit einhergehend die versagenskritische Zugspannung in der Keramiknabe gezielt eingestellt werden. Die erforderliche Konturierung wird durch komplexe numerische Analysen bestimmt.

Für technische Einsatzgebiete wurde dieses Auslegungsverfahren erstmals für Pumpenlaufräder von Tauchmotorpumpen angewendet. In Versuchen konnte die enorme Erhöhung der Standzeit keramischer Laufräder nachgewiesen werden. Im Vergleich zum teilweise massiven Verschleiß an Metalllaufrädern zeigten Keramiklaufräder nur minimale Verschleißspuren.