Verbindungs- und Fügetechnik

8.1 Grundsätze Maßgebend für die Wahl der Fügetechnik sind der Partnerwerkstoff und die Anforderungen, die an die Verbindung gestellt werden. Keramikgerechtes Design heißt z. B. in Verbindungen mit Metall, Keramik möglichst auf Druck zu belasten und Zug- und Biegebeanspruchungen in das Metall zu verlegen.

Bild 185: Einflussgrößen auf Verbindungen

In allen Fällen steht das Verhalten der Funktionseinheit im Vordergrund. Die Zuverlässigkeit einer Verbindung gegenüber Überbeanspruchung und Lockerung muss in jedem Herstellungs- und Betriebszustand gewährleistet sein. Die eigentliche Aufgabe des Konstrukteurs besteht darin, die plastischen, elastischen, thermischen und geometrischen Dehnungsunterschiede zwischen der Keramikkomponente und ihrer Umgebung beanspruchungsbegrenzt aufeinander abzustimmen. Die Eignung einer Fügetechnik oder einer Kombination verschiedener Techniken entscheidet sich am konkreten Einzelfall. Fügen ist mehr als die Anpassung von Ausdehnungskoeffizienten und Elastizitätsmoduli. Das Zusammenwirken von Stoffdaten, Bauteilausführung und Kontaktflächen erfordert eine enge, multidisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Technologen, Fertigungstechnikern und Konstrukteuren, insbesondere zur Überwindung der Verbundeigenspannungen.

Bei der Gestaltung der Verbindungen sollte der Konstrukteur werkstoffgerecht vorgehen und folgende Grundsätze beachten:

• Vermeide Spannungsspitzen und Punktlasten durch

  • große Krafteinleitungsflächen,
• parallele Kontaktflächen,
• u. U. elastische Zwischenlagen und
• Kraftfluss ohne scharfe Umlenkung.

 

• Vermeide Zugspannungen im Keramikteil und bevorzugte Beanspruchung auf Druck durch

Pressverbindungen (Keramikteil als Innenteil),
• Druckvorspannungen und
• entsprechend angeordnete Krafteinleitungsstellen.

 

• Vermeide Schlag- und Stoßbeanspruchung durch

vergrößerte Krafteinleitungsstellen,
• verringerte Belastung und
• zusätzliche federnde, elastische und/oder dämpfende Elemente.

 

• Vermeide Zusatzbeanspruchung durch behinderte Wärmedehnung durch Verwendung von

Werkstoffen mit ähnlichen Wärmedehnungskoeffizienten,
• federnden oder elastischen Elementen und
• Luftspalten.

 

• Verformungsdifferenzen infolge unterschiedlicher Elastizitätsmoduli ausgleichen (sofern sie zur weiteren Belastung des Keramikteils führen) durch

federnde oder elastische Zwischenelemente und
• Abstimmung der Steifigkeiten.

 

• Formschluss/Kraftschluss

Formschluss vermeidet weitere Verbindungselemente.
• Kraftschluss kompensiert Probleme bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und unterschiedlichen Steifigkeiten.