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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerwerkstoffs.
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STAND DER TECHNIK
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In Legierungen, die beispielsweise bei der Herstellung von Gleitlagerwerkstoffen verwendet werden, werden häufig Ausgangsmaterialien in Form von Barren, Draht, wiederverwerteten Spänen oder dergleichen eingesetzt, die sich im Hinblick auf den Anteil der Legierungsbestandteile unterscheiden. Einzelne Ausgangsstoffe, wie z. B. eigens hierfür vorgesehene Barren, weisen beispielsweise einen höheren Anteil der Legierungselemente auf, sind jedoch relativ teuer. Derartige Barren werden als spezielle Formate bezeichnet, zu deren Herstellung eine bestimmte Legierungszusammensetzung eingeschmolzen und in die gewünschten Formen (Barren) gebracht wird. Die Herstellkosten derartiger Formate, die zur Ausbildung einer bestimmten Legierung beispielsweise im Rahmen der Herstellung eines Gleitlagerwerkstoffs erneut eingeschmolzen werden, sind recht hoch. Zur Einstellung der endgültigen, gewünschten Legierungszusammensetzung werden sie mit weiteren Ausgangsstoffen, beispielsweise Drahtmaterial oder wiederverwerteten Spänen mit niedrigeren Anteilen der Legierungsbestandteile kombiniert. Dennoch kann die beschriebene Vorgehensweise mit Kombinationen von hoch legierten und nicht oder gering legierten Ausgangsstoffen in wirtschaftlicher Hinsicht verbessert werden.
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Die
DE 26 11 337 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallen oder Legierungen, bei dem Zusätze, wie z. B. Legierungselemente, in ein Rohr aus Stahl gepresst werden können, und das so gefüllte Rohr unter der Schmelztemperatur des Stahls und in einer Strangpresse geformt wird.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt demnach Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerwerkstoffs durch Vorsehen eines neuartigen Halbfabrikats in wirtschaftlicher Hinsicht zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren.
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Demzufolge weist das Halbfabrikat einen Hüllkörper aus Metall und eine Füllung mit zumindest einer Art von Metallteilen aus einem anderen Metall oder einer Legierung auf. Das Metall des Hüllkörpers kann hierbei in vorteilhafter Weise das gleiche, unlegierte oder niedrig legierte Metall sein, das Hauptbestandteil der Legierung der Metallteile ist. Bei dem Metall, aus dem der Hüllkörper besteht, kann es sich somit um ein unlegiertes Metall oder eine Legierung handeln, die der gewünschten endgültigen Legierung oder Bestandteilen derselben entspricht, oder bei der Herstellung dieser Legierung zumindest nicht stört. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die vergleichsweise teuren Formate durch ein Halbfabrikat zu ersetzen. Der Hüllkörper aus beispielsweise unlegiertem Metall kann nämlich vergleichsweise kostengünstig bereitgestellt werden. Bei Kupferlegierungen kann dieser beispielsweise aus einem Stück eines üblichen Regenwasser-Fallrohres bestehen, das vergleichsweise günstig ist. Als weitere Klasse von Legierungen, auf welche die Erfindung angewendet werden kann, jedoch nicht beschränkt ist, lassen sich Aluminiumlegierungen nennen. Die Metallteile der Füllung bestehen aus dem gleichen oder einem anderen Metall oder einer Legierung und ermöglichen insbesondere in vorteilhafter Weise die Wiederverwertung von Spänen oder Abfällen, die beispielsweise im Rahmen der Herstellung von Gleitlagerwerkstoffen, Münzen, Zündkerzen oder dergleichen anfallen.
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Diese Werkstoffe werden nämlich beispielsweise auf Stahlband aufgegossen. Nachfolgend wird die oberste Schicht abgefräst, um eine gleichmäßige Schichtdicke und Oberflächenbeschaffenheit für die nachfolgenden Bearbeitungsschritte zu erreichen. Die abgefrästen Späne können grundsätzlich wieder eingeschmolzen und wiederverwendet werden, z. B. indem sie in den Hüllkörper als Füllung eingebracht werden.
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Die Verwendung eines Hüllkörpers im Rahmen der Herstellung des erfindungsgemäßen Halbfabrikats führt zu einer einfachen Handhabung und Lagerbarkeit des Halbfabrikats. Der Einsatz der beschriebenen Metallteile ermöglicht zum einen die beschriebene Wiederverwertung der Späne. Zum anderen sind auch andere Metallteile, wie z. B. Abfallprodukte aus der Elektronik- oder Drahtindustrie in vorteilhafter Weise einsetzbar. Durch die Einfüllung vergleichsweise ”loser” Metallteile in den Hüllkörper bietet die Erfindung den Vorteil, dass eine breite Verwendbarkeit von Ausgangsstoffen möglich ist. Insbesondere können Ausgangsstoffe unterschiedlicher Zusammensetzung miteinander kombiniert werden, um zusammen mit dem Hüllkörper insgesamt die gewünschte Legierungszusammensetzung zu ergeben. Beispielsweise können unterschiedliche Arten von Metallteilen miteinander kombiniert werden, die jeweils aus einer übereinstimmenden Legierung bestehen können, jedoch unterschiedliche Formen aufweisen. Ebenso können die unterschiedlichen Arten von Metallteilen sich im Hinblick auf die Legierung unterscheiden oder jeweils aus unlegiertem Metall bestehen. Insbesondere ist es denkbar, den beispielsweise bei der Herstellung von Zündkerzen als Abfall anfallenden Nickeldraht in den Hüllkörper zu füllen. Ebenso gibt es Münzen, die aus Blechen aus bestimmten Kupfer-Nickel-Legierungen gestanzt werden, so dass das verbleibende Stanzgitter Abfall darstellt, der, ggf. zerkleinert, im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden kann. Für die Erfindung kommt es somit lediglich darauf an, für das Halbfabrikat durch die Kombination von Hüllkörper und Füllung eine metallurgisch definierte Zusammensetzung zu haben.
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Es sei erwähnt, dass sich das erfindungsgemäße Halbfabrikat mit deutlich geringeren Herstellkosten realisieren lässt, als dies für die bislang verwendeten Ausgangsmaterialien von Legierungen der Fall ist. Nachdem es sich beispielsweise bei Gleitlagern um Verschleißbauteile handelt, und dementsprechend große Mengen an Legierungen verarbeitet werden, bietet die Verwendung der erfindungsgemäßen Halbfabrikate einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann mit dem Stichwort ”Mechanical Alloying” (mechanisches Legieren) beschrieben werden, da es im Gegensatz zu der klassischen Vorgehensweise, bei der das Legieren erst in der Schmelze erfolgt, eine grobe, gewissermaßen mechanische, Zusammensetzung der Legierung in dem Halbfabrikat erfolgt. Die Metallteile der Füllung weisen hierbei bevorzugt eine Größe von etwa einem Millimeter oder mehr auf. Typischerweise liegen diese Metallteile in fester Form vor, und werden nicht flüssig oder geschmolzen in den Hüllkörper eingefüllt. An dieser Stelle zeigt sich der besondere wirtschaftliche Vorteil gegenüber den bislang verwendeten Formaten. Während für die Herstellung der bislang eingesetzten Barren ein Einschmelzen von Ausgangsstoffen zur Herstellung der gewünschten Legierungszusammensetzung erforderlich ist, und der in dieser Weise hergestellte (und erstarrte) Barren bei seinem Einsatz erneut eingeschmolzen werden muss, werden erfindungsgemäß feste Metallteile in den Hüllkörper gefüllt und lediglich bei dem Einsatz des daraus erzeugten Halbfabrikats, und somit nur ein einziges Mal, eingeschmolzen. Dies führt zu reduzierten Energiekosten, was wiederum neben anderen Faktoren zu den geringeren Herstellkosten des erfindungsgemäßen Halbfabrikates beiträgt.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Für den Hüllkörper hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, diesen rohrförmig auszubilden. In dieser Gestalt kann der Hüllkörper zum einen, beispielsweise in Form der beschriebenen Regenwasser-Fallrohre aus Kupfer besonders günstig bezogen werden. Zum anderen erleichtert sich dessen Befüllung. Schließlich ist durch vergleichsweise einfache Maßnahmen, wie nachfolgend beschrieben, eine Fixierung der eingefüllten Metallteile in dem Hüllkörper möglich. Bevorzugt und in wirtschaftlicher Hinsicht günstig ist der Hüllkörper ferner vergleichsweise dünnwandig, mit beispielsweise einigen Zehntel Millimeter oder etwa einem Millimeter dicken Wänden. Beispielhaft seien für einen rohrförmigen Hüllkörper ein Durchmesser von 55 bis 57 Millimeter und eine Länge von 150 Millimeter, 300 Millimeter oder einem beliebigen dazwischen liegenden Wert genannt. Handelsübliche Regenwasser-Fallrohre weisen beispielsweise einen Durchmesser von 56 Millimeter auf und können, wie erwähnt, in wirtschaftlich besonders günstiger Weise eingesetzt werden. Es ist jedoch zu betonen, dass auch Hüllkörper mit anderen Formen, beispielsweise kugel-, quaderförmig oder mit einer beliebigen anderen Form einsetzbar sind.
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Unter bestimmten Umständen ist es vorteilhaft, wenn die Metallteile ”lose” in den Hüllkörper eingefüllt werden. In diesem Fall kann der Hüllkörper an zumindest einer Stelle beispielsweise mit einem Deckel verschlossen werden, um die eingefüllten Metallteile zuverlässig in dem Hüllkörper zu halten.
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Es sind jedoch auch Ausführungen denkbar, bei denen die einzufüllenden Metallteile miteinander verpresst werden und/oder als beispielsweise verdichteter oder gepresster Formkörper oder sogenannter Pressling in den Hüllkörper eingebracht werden. Hierdurch wird eine gewisse Formstabilität der Metallteile erreicht, und ihre Fixierung in dem Hüllkörper erleichtert. Die Gestalt des Formkörpers kann in etwa der Form des Innenraums des Hüllkörpers entsprechen.
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Beispielsweise kann die Form und Abmessung des beschriebenen Formkörpers derart gewählt werden, dass er mit Übergangs- oder Presspassung in dem Hüllkörper aufgenommen wird und somit in einfacher Weise reibschlüssig in dem Hüllkörper bleibt. Auch bei einer vergleichsweise losen Aufnahme des Formkörpers in dem Hüllkörper, beispielsweise mittels einer Spielpassung ergibt sich eine sichere Fixierung des Formkörpers in dem Hüllkörper dadurch, dass die Wände des Hüllkörpers, beispielsweise die Rohrenden im Falle eines rohrförmigen Körpers, umgebördelt werden. Alternativ sind ein oder mehrere Prägungen an beliebigen Stellen des Hüllkörpers, insbesondere an dessen Enden, möglich, um einen Eingriff mit dem Formkörper zu erzeugen, und dessen sicheren Verbleib in dem Hüllkörper sicherzustellen.
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Bevorzugt werden, wie vorangehend bereits erwähnt, wiederverwertete Späne oder Abfälle für die Füllung des erfindungsgemäßen Halbfabrikats verwendet.
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Entsprechend den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbfabrikats kann der Hüllkorper im Rahmen der Herstellung an zumindest einer Stelle durch einen Deckel verschlossen werden. Ferner können die Metallteile in vorteilhafter Weise verpresst und/oder zu einem Formkörper geformt werden, und dieser kann durch Reibschluss, beispielsweise in Form einer Übergangs- oder Presspassung, in dem Hüllkörper verankert werden. Alternativ kann der Hüllkörper in der oben beschriebenen Weise zumindest stellenweise verformt werden, um mit dem Formkörper in Eingriff zu kommen. Ferner können im Rahmen der Herstellung des erfindungsgemäßen Halbfabrikats die oben erwähnten Ausgangsmaterialien zum Einsatz kommen.
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Ferner ist die Verwendung des vorangehend beschriebenen Halbfabrikats zur Herstellung einer Legierung und/oder zur Herstellung von Gleitlagerwerkstoffen beispielweise durch Gießen der Legierung in Form von Strangguss oder Aufplattieren oder Aufgießen auf Stahlband als Gegenstand der Anmeldung anzusehen. Dies gilt in gleicher Weise für ein Verfahren zur Herstellung einer Legierung oder eines Gleitlagerwerkstoffs, in dessen Rahmen das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Halbfabrikats zum Einsatz kommt, wobei zur Herstellung eines Gleitlagerwerkstoffs einer oder mehrere der oben genannten Schritte eingesetzt werden können. Besondere Vorteile entfaltet das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines kontinuierlichen Gießverfahrens, bei dem in einem Kessel stets die richtige Legierungszusammensetzung vorliegt, und hieraus kontinuierlich, beispielsweise über mehrere Tage, gegossen wird. Um die richtige Legierungszusammensetzung sicherzustellen, muss definiert die richtige Legierungszusammensetzung zum Einschmelzen zugeführt werden, was durch das erfindungsgemäße Halbfabrikat besonders zuverlässig gewährleistet werden kann.