DE102009008685A1

DE102009008685A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils

Info

Publication number: DE102009008685A1
Application number: DE102009008685A
Authority: DE
Inventors: Ralph Renz; Tommy Wetzel; Sören Pischang; Kay Pischang
Original assignee: ADFORM AG; Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Adform Ag 01239 Dresden De; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-12
Also published as: IT1399183B1; ITMI20100125A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Spitzgießen, wobei zuerst ein Metallpulver und/oder ein Keramikpulver mit zumindest einem Bindemittel zu einer homogenen Masse vermischt wird, wobei anschließend aus der homogenen Masse durch Spritzgießen ein Formkörper gefertigt wird, wobei der Formkörper darauffolgend einem Entbinderungsprozess unterzogen wird, und wobei im Anschluss an das Entbindern durch Sintern der Formkörper zum Bauteil mit gewünschten geometrischen Eigenschaften verdichtet wird. Erfindungsgemäß umfasst die homogene Masse als Bestandteile 3 bis 25 Masse-% Bindemittel und 75 bis 97 Masse-% Metallpulver und/oder Keramikpulver, wobei das Bindemittel als Bestandteile mindestens einen Plastifikator, mindestens ein Polyamid und/oder Polyacrylat und mindestens ein Tensid umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere einer Verbindungshülse für eine Bremsscheibe, durch Spitzgießen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 bzw. nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 17. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbindungshülse für eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 28 und eine Bremsscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 32.
Aus der DE 198 59 840 B4 ist bereits eine Bremsscheibe eines Kraftfahrzeugs bekannt, die einen Bremsscheibentopf und einen als separates Bauteil ausgebildeten Bremsscheibenring umfasst, wobei der Bremsscheibentopf und der Bremsscheibenring über Verbindungshülsen verbunden sind. Derartige Verbindungshülsen zum Verbinden von Bremsscheibentopf und Bremsscheibenring einer Bremsscheibe werden nach der Praxis aus Stangenmaterial zerspanend mithilfe von Drehoperationen und Fräsoperationen hergestellt. Die Herstellung solcher Verbindungshülsen ist daher bislang aufwendig und teuer.
Als alternatives Herstellverfahren für metallische Bauteile oder auch keramische Bauteile ist aus dem Stand der Technik bereits das sogenannte pulvermetallurgische oder pulverkeramische Spritzgießen bekannt, welches auch als MIM(metal injection moulding) oder CIM(ceramic injection moulding) Verfahren bezeichnet wird. Beim Spritzgießen zum Herstellen eines Bauteils wird in groben Zügen so vorgegangen, dass zuerst eine homogene Masse aus einem Metallpulver und/oder einem Keramikpulver und einem Bindemittel hergestellt wird. Aus der homogenen Masse wird durch Spritzgießen ein Formkörper, ein sogenanntes Grünteil, hergestellt. Der Formkörper bzw. das Grünteil wird darauffolgende einem Entbinderungsprozess unterzogen, wobei im Anschluss an den Entbinderungsprozess ein sogenanntes Braunteil vorliegt. Im Anschluss an das Entbindern wird der Formkörper bzw. das Braunteil durch Sintern zum Bauteil mit den gewünschten, geometrischen Eigenschaften verdichtet. Obwohl das Spritzgießen in den Grundzügen bereits zum Stand der Technik zählt, bereitet es Schwierigkeiten, Bauteile, wie zum Beispiel Verbindungshülsen für eine Bremsscheibe, endkonturgenau herzustellen. Vielmehr sind nach der Praxis Nachverarbeitungsschritte erforderlich, um Endkonturen bereitzustellen. Dies ist teuer und daher von Nachteil.
Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren, mit welchem Bauteile durch Spritzgießen endkonturgenau hergestellt werden können. Weiterhin besteht Bedarf an einer Verbindungshülse für Bremsscheiben, die mit geringerem Aufwand und demnach kostengünstiger hergestellt werden können.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Spitzgießen, eine neuartige Verbindungshülse für eine Bremsscheibe sowie eine neuartige Bremsscheibe zu schaffen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Spitzgießen nach Patentanspruch 1 gelöst. Hiernach umfasst die homogene Masse als Bestandteile 3 bis 25 Masse-% Bindemittel und 75 bis 97 Masse-% Metallpulver und/oder Keramikpulver, wobei das Bindemittel als Bestandteile mindestens einen Plastifikator, mindestens ein Polyamid und/oder Polyacrylat und mindestens ein Tensid umfasst.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Spitzgießen nach Patentanspruch 7 gelöst. Hiernach erfolgt der Entbinderungsprozess zuerst chemisch und darauffolgend zusammen mit dem Sintern thermisch, wobei beim chemischen Entbindern unter Verwendung eines Lösungsmittels bzw. unter Verwendung eines Alkohols bzw. unter Verwendung eines Acetons oder Ketons zuerst für eine erste Zeitspanne eine in etwa konstante erste Temperatur eingestellt wird, anschließend während einer zweiten Zeitspanne die Temperatur von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erhöht wird, und darauffolgend für eine dritte Zeitspanne die zweite Temperatur in etwa konstant gehalten wird.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Spitzgießen nach Patentanspruch 17 gelöst. Hiernach erfolgt das Sintern zusammen mit dem thermischen Entbindern in einer Schutzgasatmosphäre oder unter Vakuum derart, dass die Temperatur mehrfach erhöht und anschließend konstant gehalten wird, wobei nach dem Erreichen der maximalen Temperatur dieselbe anschließend wieder verringert wird.
Alle drei obigen Aspekte der hier vorliegenden Erfindung erlauben eine einfache, endkonturgenaue Herstellung von Bauteilen durch Spritzgießen. Hierzu wird nach dem ersten Aspekt der Erfindung eine spezielle Zusammensetzung der homogenen Masse, die der Herstellung des Formkörpers dient, vorgeschlagen. Nach dem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird eine spezielle chemische Entbinderung und nach dem dritten Aspekt der Erfindung ein spezielles Sintern zusammen mit einer thermischen Entbinderung vorgeschlagen.
Dann, wenn alle drei Aspekte in Kombination miteinander verwendet werden, ist die endkonturgenaue Herstellung von Bauteilen durch Spritzgießen besonders vorteilhaft möglich, insbesondere dann, wenn Bauteile aus Titan oder Titanlegierungen gefertigt werden sollen.
Die obigen drei Aspekte kommen, wie bereits erwähnt, vorzugsweise in Kombination miteinander zum Einsatz, vorzugsweise bei der Herstellung einer Verbindungshülse aus Titan für eine Bremsscheibe zur Verbindung eines Bremsscheibentopfes der Bremsscheibe und eines als separates Bauteil ausgebildeten Bremsscheibenrings der Bremsscheibe, wobei die Verbindungshülse durch Spitzgießen endkonturgenau hergestellt sind, nämlich derart, dass dieselben an der Oberfläche porenfrei ausgebildet sind und im Inneren eine Porosität von maximal 1%, insbesondere maximal 0,5%, aufweist.
Die erfindungsgemäße Verbindungshülse ist in Patentanspruch 28 und die erfindungsgemäße Bremsscheibe in Patentanspruch 32 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils durch Spitzgießen;
2 ein erstes Diagramm zur Verdeutlichung des chemischen Entbinderns des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein zweites Diagramm zur Verdeutlichung des Sinterns zusammen mit dem thermischen Entbindern des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft unter anderem eine Bremsscheibe eines Kraftfahrzeugs, die einen Bremsscheibentopf und einen als separates Bauteil ausgebildeten Bremsscheibenring umfasst, wobei der Bremsscheibentopf und der Bremsscheibenring über mehrere Verbindungshülsen verbunden sind. Der prinzipielle Aufbau einer solchen Bremsscheibe ist bereits aus der DE 198 59 840 B4 bekannt und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind die Verbindungshülsen einer solchen gebauten Bremsscheibe durch Spritzgießen, vorzugsweise pulvermetallurgisches Spritzgießen, endkonturgenau hergestellt, und zwar derart, dass dieselben an ihrer Oberfläche porenfrei ausgebildet sind und im Inneren eine Porosität von maximal 4%, vorzugsweise von maximal 1%, aufweisen. Vorzugsweise sind die Verbindungshülsen durch pulvermetallurgisches Spritzgießen aus Titan hergestellt und dienen der Verbindung des Bremsscheibentopfs und des Bremsscheibenrings einer gebauten Bremsscheibe, die ihrerseits aus Aluminium hergestellt sind. Das pulvermetallurgische Spritzgießen von Verbindungshülsen aus Titan erfolgt derart, dass dieselben neben der glatten Oberfläche und der Porosität im Inneren von maximal 4% weiterhin eine Dichte von mindestens 4,3 g/cm³ aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verbindungshülsen auch in Stahl bzw. Edelstahl durch pulvermetallurgisches Spritzgießen hergestellt sein können.
Das endkonturgenaue Herstellen der Verbindungshülsen aus Titan erfolgt durch pulvermetallurgisches Spritzgießen. Obwohl die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung von Verbindungshülsen aus Titan bevorzugt ist, können auch andere Bauteile mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens endkonturgenau hergestellt werden, und zwar sowohl metallische Bauteile als auch keramische Bauteile. Nachfolgend soll exemplarisch davon ausgegangen werden, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren metallische Verbindungshülsen aus Titan hergestellt werden.
Zum Herstellen von Verbindungshülsen aus Titan wird in groben Zügen so vorgegangen, dass zunächst zur Ausbildung einer homogenen Masse 10 ein Metallpulver 11, nämlich zur Herstellung von Verbindungshülsen aus Titan ein Titanpulver, und ein Bindemittel 12 miteinander vermischt werden. Durch Spritzgießen 13 werden aus der homogenen Masse 10 Formkörper 14 für Verbindungshülsen hergestellt, wobei für jede Verbindungshülse ein Formkörper 14 durch Spritzgießen ausgebildet wird. Der Formkörper 14 wird auch als Grünteil bezeichnet.
Die Formkörper 14 bzw. die Grünteile werden darauffolgend einem Entbinderungsprozess unterzogen, um so den Formkörpern 14 bzw. den Grünteilen das Bindemittel zu entziehen. Es erfolgt zunächst eine chemische Entbinderung 15 unter Verwendung eines Lösungsmittels, insbesondere unter Verwendung von Aceton, wobei mit Abschluss der chemischen Entbinderung sogenannte Braunteile 16 vorliegen. Die Grünteile 14 sowie Braunteile 16 verfügen bereits über die geometrische Form der herzustellenden Verbindungshülsen, das Volumen derselben ist jedoch um das Volumen des Bindemittels vergrößert.
Anschließend an die chemische Entbinderung 15 werden die Braunteile 16 einem Sinterprozess 17 mit gleichzeitiger thermischer Entbinderung unter Schutzgasatmosphäre, insbesondere Argonatmosphäre, unterzogen, wobei während des Sinterns die Braunteile 16 zu den fertigen Verbindungshülsen 18 geschrumpft bzw. verdichtet werden. Wie bereits ausgeführt, erfolgt das Verdichten derart, dass die Verbindungshülsen aus Titan an ihrer Oberfläche porenfrei sind, im Inneren eine Porosität von maximal 4% aufweisen und über eine Dichte von mindestens 4,3 g/cm³ verfügen. Das Sintern 17 mit gleichzeitiger thermischer Entbinderung kann auch unter Vakuum mit einem Druck von weniger als 10^–4 bar erfolgen.
Ein erster Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Bereitstellung einer definierten, homogenen Masse 10, mithilfe derer die Verbindungshülsen aus Titan endkonturgenau hergestellt werden können.
Wie bereits ausgeführt, umfasst die homogene Masse 10 hierzu Titanpulver 11 und Bindemittel 12, nämlich 3 bis 25 Masse-% Bindemittel 12 und 75 bis 97 Masse-% Titanpulver.
Das Bindemittel 12, welches in der homogenen Masse zwischen 3 und 25 Masse-% beträgt, umfasst drei Bestandteile 19, 20 und 21, nämlich als ersten Bestandteil 19 mindestens einen Plastifikator, als zweiten Bestandteil 20 mindestens ein Polyamid und/oder Polyacrylat und als dritten Bestandteil 21 mindestens ein Tensid.
Beim ersten Bestandteil 19, nämlich beim Plastifikator, handelt es sich vorzugsweise um einen Fettsäureester. Vorzugsweise wird als Plastifikator ein Fettsäureester verwendet.
Beim zweiten Bestandteil 20 des Bindemittels 12 handelt es sich um mindestens ein Polyamid und/oder ein Polyacrylat.
Als Polyamide können Polyamide 6 und/oder Polyamide 12 und/oder Copolyamide 6/12 Verwendung finden. Alternativ oder zusätzlich können als Polyamide Copolyamide verwendet werden.
Als Polyacrylate kann das Bindemittel Polyacrylat 803 und/oder Polyacrylat 806 umfassen.
Der dritte Bestandteil 21 des Bindemittels 12, nämlich das Tensid, ist vorzugsweise als Behensäure und/oder Stearinsäure ausgebildet.
Das Bindemittel 12 weist vorzugsweise folgende Zusammensetzung auf:

50 bis 99 Masse-% Plastifikator,
0,5 bis 35 Masse-% Polyamid und/oder Polyacrylat,
0,5 bis 15 Masse-% Tensid.

Insbesondere weist das Bindemittel 12 folgende Zusammensetzung auf:

50 bis 75 Masse-% Plastifikator,
15 bis 35 Masse-% Polyamid und/oder Polyacrylat,
10 bis 15 Masse-% Tensid.

Bevorzugt weist das Bindemittel 12 folgende Zusammensetzung auf:

50 bis 75 Masse-% Fettsäureester,
15 bis 35 Masse-% Polyamid und/oder Polyacrylat,
10 bis 15 Masse-% Behensäure und/oder Stearinsäure.

Examplarisch seien folgende Zusammensetzungen für das Bindemittel 12 angegeben:
Beispiel 1

60 Masse-% Fettsäureester
20 Masse-% Polyamid 6
10 Masse-% Polyacrylat 803
5 Masse-% Behensäure
5 Masse-% Stearinsäure

Beispiel 2

65 Masse-% Fettsäureester
15 Masse-% Polyamid
10 Masse-% Polyacrylat 806
10 Masse-% Behensäure

Beispiel 3

55 Masse-% Fettsäureester
12 Masse-% Polyamid 6
8 Masse-% Polyamid
5 Masse-% Polyacrylat 803
9 Masse-% Polyacrylat 806
8 Masse-% Behensäure
3 Masse-% Stearinsäure

Beispiel 4

75 Masse-% FettsäureesterL
5 Masse-% Polyamid 6
10 Masse-% Polyacrylat 806
10 Masse-% Stearinsäure

Wie bereits ausgeführt, wird ein solches Bindemittel mit dem Titanpulver gemischt, um die homogene Masse 10 bereitzustellen. Beim Titanpulver kann es sich auch um ein Titanlegierungspulver handeln.
Dann, wenn andere Bauteile aus anderen Werkstoffen mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens endkonturgenau hergestellt werden sollen, wird das obige Bindemittel mit einem anderen Metallpulver, zum Beispiel einem Hartmetallpulver oder einem Kupferiegierungspulver oder einem Nickelbasislegierungspulver, oder einem Keramikpulver, gemischt.
Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die chemische Entbinderung 15, mithilfe derer aus den Formkörpern 14 bzw. den Grünteilen für die Verbindungshülsen die Braunteile 16 gewonnen werden.
An die chemische Entbinderung 15 schließt sich das Sintern 17 zusammen mit der thermischen Entbinderung an.
Die chemische Entbinderung 15 erfolgt derart, dass zuerst für eine erste Zeitspanne eine in etwa konstante erste Temperatur als chemische Entbinderungstemperatur eingestellt wird, dass anschließend während einer zweiten Zeitspanne die chemische Entbinderungstemperatur von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erhöht wird, und dass darauffolgend für eine dritte Zeitspanne die zweite Temperatur als chemische Entbinderungstemperatur in etwa konstant gehalten wird. Hierauf wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 im Detail eingegangen.
In 2 ist über der Zeit t die chemische Entbinderungstemperatur T_E aufgetragen, wobei 2 unmittelbar entnommen werden kann, dass während der ersten Zeitspanne Δt₁ als chemische Entbinderungstemperatur eine erste Temperatur eingestellt wird, die zwischen 10°C und 30°C liegt, vorzugsweise 20°C ± 5°C beträgt. Diese erste Temperatur wird für die erste Zeitspanne Δt₁, die zwischen 4 Stunden und 6 Stunden beträgt, insbesondere 5 Stunden ± 0,5 Stunden beträgt, konstant gehalten.
Während einer sich an die erste Zeitspanne Δt₁ anschließenden zweiten Zeitspanne Δt₂, die zwischen 5 Stunden und 6 Stunden, insbesondere 5 Stunden ± 0,5 Stunden beträgt, wird die chemische Entbinderungstemperatur erhöht, nämlich ausgehend von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur, die zwischen 40°C und 50°C beträgt, insbesondere 45°C ± 2°C.
In der sich an die zweite Zeitspanne Δt₂ anschließenden dritten Zeitspanne Δt₃, die zwischen 4 und 6 Stunden beträgt, wird diese zweite Temperatur als chemische Entbinderungstemperatur konstant gehalten. Die dritte Zeitspanne Δt₃ beträgt zwischen 4 und 6 Stunden, insbesondere 5 Stunden ± 0,5 Stunden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 betragen die erste Temperatur 20°C, die zweite Temperatur 45°C und die Zeitspannen Δt₁, Δt₂ und Δt₃ jeweils 5 Stunden.
Während der zweiten Zeitspanne Δt₂, die zwischen der ersten Zeitspanne Δt₁ und der dritten Zeitspanne Δt₃ liegt, wird die chemische Entbinderungstemperatur ausgehend von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur linear erhöht, und zwar in einem Schritt mit einem während der zweiten Zeitspanne Δt₂ konstanten Temperaturgradienten.
Im Ausführungsbeispiel der 2 beträgt demnach die Zeitdauer des chemischen Entbinderungsprozesses insgesamt 15 Stunden, wobei während der ersten 5 Stunden in der ersten Zeitspanne Δt₁ und der letzten 5 Stunden während der dritten Zeitspanne Δt₃ die Temperatur jeweils in etwa konstant gehalten wird. Während der mittleren 5 Stunden, also während der Zeitspanne Δt₂, wird die Temperatur linear erhöht.
Im Anschluss an den chemischen Entbinderungsprozess 15 und vor dem Sintern 17 und thermischen Entbindern werden die Braunteile 16 vorzugsweise vakuumgetrocknet. Die Vakuumtrocknung erfolgt bei einem Druck von weniger als 0,1 bar.
Im Anschluss hieran erfolgt der Sinterprozess 17, wobei gleichzeitig mit dem Sintern die thermische Restentbinderung der Braunlinge 16 erfolgt. Beim Sintern 17 und thermischen Restentbindern wird nach einem dritten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens so vorgegangen, dass die Sinter- und Restentbinderungstemperatur, die nachfolgend kurz als Sintertemperatur bezeichnet wird, mehrfach erhöht und anschließend konstant gehalten wird, wobei nach dem Erreichen der maximalen Sintertemperatur dieselbe anschließend wieder verringert wird. Diesbezügliche Details werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, wobei in 3 über der Zeit t die Sintertemperatur T_S aufgetragen ist.
3 kann entnommen werden, dass die Sintertemperatur T_S zunächst ausgehend von der Raumtemperatur T_R auf eine erste Temperatur T₁ erhöht und anschließend für eine Zeitspanne konstant gehalten wird. Die erste Temperatur T₁ beträgt dabei zwischen 300°C und 350°C, insbesondere 330°C ± 20°C. Diese erste Temperatur wird nach deren Erreichen für eine Zeitspanne zwischen 60 und 180 Minuten, insbesondere für eine Zeitspanne von 120 Minuten ± 30 Minuten konstant gehalten.
Darauffolgend wird die Sintertemperatur ausgehend von der ersten Temperatur T₁ auf eine zweite Temperatur T₂ erhöht, wobei diese zweite Temperatur T₂ nach deren Erreichen wiederum für eine definierte Zeitspanne konstant gehalten wird. Die zweite Temperatur T₂ beträgt zwischen 400°C und 450°C, vorzugsweise 420°C ± 10°C. Die zweite Temperatur T₂ wird nach deren Erreichen für eine Zeitspanne zwischen 60 und 180 Minuten, insbesondere für eine Zeitspanne von 120 Minuten ± 30 Minuten, konstant gehalten.
Darauffolgend wird die Sintertemperatur ausgehend von der zweiten Temperatur T₂ auf eine dritte Temperatur T₃ erhöht, die anschließend wiederum für eine Zeitspanne konstant gehalten wird. Die dritte Temperatur T₃ beträgt zwischen 550°C und 600°C, insbesondere beträgt die dritte Temperatur T₃ 580°C ± 5°C. Die dritte Temperatur T₃ wird nach deren Erreichen für eine dritte Zeitspanne zwischen 60 und 180 Minuten, insbesondere für 120 Minuten ± 30 Minuten konstant gehalten.
Darauffolgend wird die Sintertemperatur ausgehend von der dritten Temperatur T₃ auf die maximale Sintertemperatur T_MAX erhöht, wobei die maximale Sintertemperatur zwischen 1230°C und 1250°C beträgt. Nach dem Erreichen der maximalen Sintertemperatur T_MAX wird dieselbe nicht konstant gehalten, sondern anschließend wieder auf Raumtemperatur T_R verringert.
Wie 3 entnommen werden kann, erfolgt die Erhöhung der Sintertemperatur ausgehend von Raumtemperatur T_R auf die erste Temperatur T₁, ausgehend von der ersten Temperatur T₁ auf die zweite Temperatur T₂ sowie ausgehend von der zweiten Temperatur T₂ auf die dritte Temperatur T₃ jeweils linear in einem Schritt mit jeweils einem definierten Temperaturgradienten, wobei diese linearen Erhöhungen über eine Zeitspanne von 60 Minuten ± 15 Minuten erfolgen.
Die Temperaturerhöhung ausgehend von der dritten Temperatur T₃ auf die maximale Sintertemperatur T_MAX erfolgt ebenfalls linear, nämlich in mehreren, unmittelbar aufeinanderfolgenden Schritten mit individuellen Temperaturgradienten, die sukzessive geringer werden. Die Temperaturerhöhung ausgehend von der dritten Temperatur T₃ auf die Maximaltemperatur T_MAX erfolgt während einer Zeitdauer 180 Minuten ± 30 Minuten.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 betragen die erste Temperatur T₁ 330°C, die zweite Temperatur T₂ 420°C, die dritte Temperatur T₃ 580°C und die maximalen Sintertemperatur T_MAX 1240°C.
Die Verbindungshülsen können ggf. im Anschluss an das Sintern einem Nachverdichten zur Festigkeitssteigerung und/oder zur optischen Veredelung einer Oberflächenbehandlung durch z. B. Gleitschleifen oder Kugelstrahlen unterzogen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19859840 B4 [0002, 0017]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere einer Verbindungshülse für eine Bremsscheibe, durch Spitzgießen, wobei zuerst ein Metallpulver und/oder ein Keramikpulver mit zumindest einem Bindemittel zu einer homogenen Masse vermischt wird, wobei anschließend aus der homogenen Masse durch Spritzgießen ein Formkörper gefertigt wird, wobei der Formkörper darauffolgend einem Entbinderungsprozess unterzogen wird, und wobei im Anschluss an das Entbindern durch Sintern der Formkörper zum Bauteil mit gewünschten geometrischen Eigenschaften verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die homogene Masse als Bestandteile 3 bis 25 Masse-% Bindemittel und 75 bis 97 Masse-% Metallpulver und/oder Keramikpulver umfasst, und dass das Bindemittel als Bestandteile mindestens einen Plastifikator, mindestens ein Polyamid und/oder Polyacrylat und mindestens ein Tensid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel folgende Bestandteile umfasst: 50 bis 99 Masse-% Plastifikator, 0,5 bis 35 Masse-% Polyamid und/oder Polyacrylat, 0,5 bis 15 Masse-% Tensid.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel folgende Bestandteile umfasst: 50 bis 75 Masse-% Plastifikator, 15 bis 35 Masse-% Polyamid und/oder Polyacrylat, 10 bis 15 Masse-% Tensid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel als Plastifikator Fettsäureester umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel als Tensid Behensäure und/oder Stearinsäure umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 15 und/oder nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 26.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere einer Verbindungshülse für eine Bremsscheibe, durch Spitzgießen, wobei zuerst ein Metallpulver und/oder ein Keramikpulver mit zumindest einem Bindemittel zu einer homogenen Masse vermischt wird, wobei anschließend aus der homogenen Masse durch Spritzgießen ein Formkörper gefertigt wird, wobei der Formkörper darauffolgend einem Entbinderungsprozess unterzogen wird, und wobei im Anschluss an das Entbindern durch Sintern der Formkörper zum Bauteil mit gewünschten geometrischen Eigenschaften verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Entbinderungsprozess zuerst chemisch und darauffolgend zusammen mit dem Sintern thermisch erfolgt, wobei beim chemischen Entbindern unter Verwendung eines Lösungsmittels zuerst für eine erste Zeitspanne eine in etwa konstante erste Temperatur eingestellt wird, anschließend während einer zweiten Zeitspanne die Temperatur von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erhöht wird, und darauffolgend für eine dritte Zeitspanne die zweite Temperatur in etwa konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur zwischen 10°C und 30°C und die erste Zeitspanne zwischen 4 Stunden und 6 Stunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur 20°C ± 5°C und die erste Zeitspanne 5 Stunden ± 0,5 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitspanne zwischen 4 Stunden und 6 Stunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitspanne in etwa 5 Stunden ± 0,5 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur zwischen 40°C und 50°C und die dritte Zeitspanne zwischen 4 Stunden und 6 Stunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur 45°C ± 2°C und die dritte Zeitspanne 5 Stunden ± 0,5 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während der zweiten Zeitspanne die Temperatur von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur linear erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Aceton oder Alkohol verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und/oder nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 26.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere einer Verbindungshülse für eine Bremsscheibe, durch Spitzgießen, wobei zuerst ein Metallpulver und/oder ein Keramikpulver mit zumindest einem Bindemittel zu einer homogenen Masse vermischt wird, wobei anschließend aus der homogenen Masse durch Spritzgießen ein Formkörper gefertigt wird, wobei der Formkörper darauffolgend einem Entbinderungsprozess unterzogen wird, und wobei im Anschluss an das Entbindern durch Sintern der Formkörper zum Bauteil mit gewünschten geometrischen Eigenschaften verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Entbinderungsprozess zuerst chemisch und darauffolgend zusammen mit dem Sintern thermisch erfolgt, wobei das Sintern zusammen mit dem thermischen Entbindern in einer Schutzgasatmosphäre oder unter Vakuum derart erfolgt, dass die Temperatur mehrfach erhöht und anschließend konstant gehalten wird, wobei nach dem Erreichen der maximalen Temperatur dieselbe anschließend wieder verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ausgehend von Raumtemperatur die Temperatur während einer ersten Zeitspanne auf eine erste Temperatur erhöht und anschließend für eine zweite Zeitspanne in etwa konstant gehalten wird, und dass nachfolgend das Erhöhen und Konstanthalten der Temperatur bis zum Erreichen der maximalen Temperatur wiederholt wird, und zwar jeweils ausgehend von der zuvor konstant gehaltenen Temperatur in jeweils individuellen Zeitspannen.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen der maximalen Temperatur dieselbe anschließend auf Raumtemperatur verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die der maximale Temperatur zwischen 1230°C und 1250°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur ausgehend von Raumtemperatur auf eine erste Temperatur zwischen 300°C und 350°C erhöht und anschließend für eine Zeitspanne zwischen 60 und 180 Minuten konstant gehalten wird, dass darauffolgend die Temperatur ausgehend von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur zwischen 400°C und 450°C erhöht und anschließend für eine Zeitspanne zwischen 60 und 180 Minuten konstant gehalten wird, dass darauffolgend die Temperatur von der zweiten Temperatur auf eine dritte Temperatur zwischen 550°C und 600°C erhöht und anschließend für eine Zeitspanne zwischen 60 und 180 Minuten konstant gehalten wird, dass darauffolgend die Temperatur von der dritten Temperatur die maximalen Temperatur erhöht und nach dem Erreichen der maximalen Temperatur dieselbe anschließend wieder auf Raumtemperatur verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur ausgehend von Raumtemperatur auf eine erste Temperatur von 330°C ± 20°C erhöht und anschließend für eine Zeitspanne von 120 Minuten ± 30 Minuten konstant gehalten wird, dass darauffolgend die Temperatur ausgehend von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur von 420°C ± 10°C erhöht und anschließend für eine Zeitspanne von 120 Minuten ± 30 Minuten konstant gehalten wird wird, dass darauffolgend die Temperatur von der zweiten Temperatur auf eine dritte Temperatur zwischen 580°C ± 5°C erhöht und anschließend für eine Zeitspanne von 120 Minuten ± 30 Minuten konstant gehalten wird, dass darauffolgend die Temperatur von der dritten Temperatur die maximalen Temperatur erhöht und nach dem Erreichen der maximalen Temperatur dieselbe anschließend wieder auf Raumtemperatur verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur ausgehend von Raumtemperatur auf die erste Temperatur, ausgehend von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur und ausgehend von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur jeweils linear über eine Zeitspanne von 60 Minuten ± 15 Minuten erhöht wird, und zwar jeweils in einem Schritt mit einer jeweils einem Temperaturgradienten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur ausgehend von der dritten Temperatur auf die maximale Temperatur in mehreren unmittelbar aufeinanderfolgenden Schritten mit individuellen Temperaturgradienten linear erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas Argon verwendet oder bei Vakuum ein Druck von weniger als 104 bar eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem chemischen Entbindern und dem thermischen Entbindern eine Vakuumtrocknung erfolgt bei einem Druck von weniger als 0,1 bar.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und/oder nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 15.
Verbindungshülse für eine Bremsscheibe zur Verbindung eines Bremsscheibentopfes der Bremsscheibe und eines als separates Bauteil ausgebildeten Bremsscheibenrings der Bremsscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe durch pulvermetallurgisches Spitzgießen endkonturgenau hergestellt ist, nämlich derart, dass dieselbe an der Oberfläche porenfrei ausgebildet ist und im Inneren eine Porosität von maximal 4% aufweist.
Verbindungshülse nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe im Inneren eine Porosität von maximal 1% aufweist.
Verbindungshülse nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus Titan oder eine Titanlegierung hergestellt ist.
Verbindungshülse nach einem der Ansprüche 29 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27 hergestellt ist.
Bremsscheibe mit einem Bremsscheibentopf und einem als separates Bauteil ausgebildeten Bremsscheibenring, wobei der Bremsscheibentopf und der Bremsscheibenring über mehrere Verbindungshülsen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülsen nach einem oder mehreren der Ansprüche 28 bis 31 ausgebildet sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf und der Bremsscheibenring aus Aluminium hergestellt sind.