Technische Keramik für Hochleistungsanwendungen

Prozesssicherheit bietet der Zentriereinsatz für Hochleistungsanwendungen aus technischer Keramik. Foto: Nonnenmann GmbH

Besondere Anforderungen erfordern besondere Werkstoffe.  Nonnenmann bietet Lösungen aus technischer Keramik für Hochleistungsanwendungen im Werkzeugbau.

"Um unsere Kunden auch bei Hochleistungsanwendungen im Werkzeugbau unterstützen zu können, bieten wir Lösungen aus technischer Keramik an", erklärt Geschäftsführer Volker Nonnenmann. Das baden-württembergische Familienunternehmen Nonnenmann GmbH, mit Sitz in der Nähe von Stuttgart, bietet neben einem umfangreichen Portfolio an Standardkomponenten für die Kunststoffverarbeitung und den Werkzeug-, Stanzwerkzeug- und Formenbau, auch eine Vielzahl an Möglichkeiten für kundenspezifisch gefertigte Sonderlösungen als verlängerte Werkbank für die Branche an. Dazu zählen unter anderem individuell bearbeitete Formaufbauplatten, spezielle Wärmeisolierplatten sowie diverse Präzisionsteile inklusive 3D-Konturen wie Einsätze, Formkerne, Gewindespindeln, Hülsen, Führungselemente, Schneidstempel und Matrizen. Bei Anforderungen an hohe Druck- und Verschleißfestigkeit sowie geringe Wärmeleitfähigkeit können die klassischen im Werkzeugbau bekannten Materialien wie Werkzeugstahl, HSS und Hartmetall an ihre Grenzen stoßen. „Besondere Anforderungen erfordern besondere Werkstoffe“, ergänzt Nonnenmann.

Verschleißarmer Hochleistungswerkstoff

Technische Keramik ist keinesfalls vergleichbar mit dem aus Haushalt und Küche bekanntem Werkstoff. Im Gegensatz zu diesem sehr spröden Material, handelt sich bei technischer Keramik um verschleißarme, schlagzähe und biegefeste Hochleistungswerkstoffe für den industriellen Einsatz in Produktionsbetrieben. Unterschiedliche, je nach Kundenanforderung ausgewählte, Keramiktypen überzeugen mit speziellen Eigenschaften in den Bereichen Schlagzähigkeit, Härte, Wärmeisolation, Verschleiß- und Druckfestigkeit.

Bauteile aus technischer Keramik (links) sind teurer als Bauteile aus Stahl (rechts). Die Vorteile zahlen sich jedoch laut Nonnenmann aus. Foto: Nonnenmann

Technische Keramik als Alternative zu Hartmetall

Für den Stanzwerkzeugbau, im Bereich der Stanztechnik bei Anwendungen mit hohen Stanzzyklen zur Blechbearbeitung, empfiehlt sich für Schneid- und Stanzstempel der Einsatz von technischer Keramik durch die hohe Druckbelastung, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Dadurch werden im laufenden Produktionsprozess die Standzeiten erhöht, was folglich zu einer Minimierung der Ausfallzeiten und -kosten führt.  Bei der Betrachtung der Beschaffungskosten fällt auf, dass Keramikelemente teurer sind als Bauteile aus Hartmetall. Die Vorteile zahlen sich jedoch im laufenden Produktionsprozess aus. Durch die längeren Standzeiten werden die Ersatzteilkosten und die Kosten für Maschinenausfälle deutlich gesenkt. Wenn Hartmetalle an die Grenzen stoßen, ist die Anwendung von passender Keramik die richtige Lösung. Bei vertikalem Einsatz mit Druck- und Zugkräften bietet das Material eine Druckfestigkeit von 3500 MPa und eine Vickershärte HV von 13 GPa. Nonnenmann bietet für den Stanzwerkzeugbau als verlängerte Werkbank die kundenspezifische Fertigung von qualitativ hochwertigen Stempeln an. Bei einer Toleranzgenauigkeit von bis zu ± 0,002 mm können Rundteile bis max. Ø 100 x 150 mm und eckige Bauteile bis max. 150 x 100 x 150 mm angeboten werden. Für die Herstellung von Keramikstempeln beträgt der Mindestdurchmesser 0,6 mm.

Geringe Wärmeleitfähigkeit

Isoform-Spritzgießwerkzeug mit Keramik zur thermischen Trennung. Foto: Nonnenmann

Im Bereich der Kunststoffverarbeitung überzeugen Keramikelemente in Spritzgießwerkzeugen durch die sehr gute Isolierwirkung und verbessern damit die Energieeffizienz beim Spritzgießen. Zur thermischen Trennung innerhalb des Werkzeuges können die Formeinsätze in der Formplatte lediglich über Zentriereinsätze aus Keramik positioniert und umlaufend mit einem Luftspalt versehen werden. Dieses aus den Isoform-Werkzeugen bekannte Isolier- und Zentrierprinzip führt zum Erhalt des Wärmehaushaltes im temperierten Kontureinsatz, wodurch der Aufheizvorgang der Form verkürzt und die Prozesssicherheit in der laufenden Produktion verbessert wird. Für diesen Anwendungsfall und Einsatzzweck überzeugt die technische Keramik mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit von 2 W/mK. Der Kunststoffformenstahl 1.2083 hat im Vergleich zu anderen Stählen schon eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit mit ca. 23 W/mK, im direkten Vergleich zu dem Keramikwerkstoff (2 W/mK) fällt die Isolierwirkung jedoch um das 11,5-fache geringer aus. Bei zusätzlich hohen Eigenschaften an Biegefestigkeit (1000 MPa), Druckfestigkeit (3000 MPa) und Härte (HV 1300) zeichnet sich Keramik durch diese optimalen Eigenschaften für die Anforderungen im Werkzeugbau aus und ist somit für unterschiedliche Anwendungen geeignet. Die in verschiedenen Abmessungen standardisierten Zentrierelemente aus Keramik sind im Nonnenmann-Portfolio auf Anfrage erhältlich.

Prozesssichere Hochleistungsanwendungen

Der Fokus des Komponentenanbieters liegt auf den Anforderungen und Zielen der Kunden, welche bei ihren täglichen Aufgaben und Herausforderungen durch das gesamte Portfolio aus Produkten und Dienstleistungen unterstützt werden. Die Punkte Prozessoptimierung, Prävention und Prozesssicherheit spielen für das Unternehmen eine wichtige Rolle, die auch durch den Einsatz von technischer Keramik bei Hochleistungsanwendungen im Werkzeug-/Formenbau und Stanzwerkzeugbau positiv beeinflusst werden. Durch die speziellen Eigenschaften, auch bei hoher mechanischer Beanspruchung, ist Keramik besonders für Zentrierungen, druckfeste Isolierelemente und Schneidstempel geeignet und wird die Fertigungsprozesse langlebiger, stabiler und somit auch sicherer gestalten.

ak

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