DE102010050689A1

DE102010050689A1 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Wälzkörpers

Info

Publication number: DE102010050689A1
Application number: DE102010050689A
Authority: DE
Inventors: Mirjam Seufert; Dr. Grunau Arbogast; Franziska Braun; Kirsten Wunder
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-11-06
Filing date: 2010-11-06
Publication date: 2012-05-10
Also published as: WO2012059536A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Wälzkörpers, wobei ein keramischer Grünling (1) durch Sintern verfestigt wird. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer großen Stückzahl von keramischen Wälzkörpern anzugeben, das insbesondere eine gleichmäßige Dichte in dem Grünling bietet, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Grünling (1) als abgelängter Teil (2) eines Extrusionsstrangs (3) bereitgestellt wird. Die Erfindung betrifft weiter einen gemäß dem Verfahren hergestellten Wälzkörper.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines keramischen Wälzkörpers, sowie nach Anspruch 4 einen keramischen Wälzkörper.
In der Praxis der Wälzlager finden keramische Wälzkörper viele Anwendungen, so dass hohe Stückzahlen gefordert werden.
Aus der Praxis ist bekannt, keramische Wälzkörper durch Sintern eines Grünlings herzustellen, wobei der Grünling bereits eine Gestalt aufweist, die der Gestalt des Wälzkörpers nahekommt, so dass nach dem Sintern nur eine geringe, materialabtragende Nachbehandlung des gesinterten Grünlings erforderlich ist. Für die Herstellung des Grünlings ist dabei vorgesehen, eine Mischung aus einem keramischen Pulver, einem Sinterhilfsmittels sowie einem Binder bereitzustellen und diese Mischung zu verfestigen. Das Verfestigen wird mittels eines Formpressens durchgeführt, bei dem die pulverige Mischung in eine Form gelegt wird und ein Druck ausgeübt wird, so dass aus der pulverigen Mischung ein formstabiler Körper, nämlich der formgepresste Grünling, entsteht, der dann erhitzt wird, um den Binder zu entfernen, und abschließend gesintert werden kann.
Der Teilschritt des Formpressens ist nachteilig, da nur geringe Stückzahlen an Grünlingen in einer gegebenen Zeitspanne herstellbar sind. Weiter verteilt sich der ausgeübte Druck nur ungleichmäßig über den Pressling, so dass der durch Formpressen hergestellte Grünling Volumenbereiche mit einer unterschiedlichen Dichte aufweist; insbesondere ist die Dichte in der Mitte des formgepressten Grünlings geringer als an den Enden des Grünlings. Bei der nachfolgenden Sinterung ist ebenfalls die Schwindung des Grünlings unterschiedlich, was eine aufwendige Nachbearbeitung des gesinterten Grünlings erforderlich macht, um den gesinterten Wälzkörper zu erhalten. Ungünstig ist weiter, dass bei dem Formpressen die verwendeten Werkzeuge einem hohen Verschleiß unterliegen, da mit hohem Druck ein kaum komprimierbares Pulvergemisch verdichtet werden muss. Der durch Formpressen hergestellte Grünling weist weiter einen Pressrand an der Oberfläche auf, der mechanisch beseitigt werden muss. Insbesondere die Herstellung von nadelförmigen Wälzkörpern mittels Formpressens erweist sich als schwierig. Ein nadelförmiger Wälzkörper ist dabei ein Wälzkörper von zylindrischer Gestalt, dessen Längserstreckung mehr als das ca. 2.5-fache des Durchmessers beträgt.
DE 42 07 865 A1 beschreibt die Herstellung von formgepressten Keramik-Grünlingen durch Stranggießen oder Spritzgießen, ohne näheren Bezug zu der Herstellung von Wälzkörpern, wobei der Pulvermischung ein Polyacetal-Bindemittel und ein Polyester-Oligomer zugegeben ist.
DE 102 03 473 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Wälzkörpers, bei dem ein Stoffgemisch aus einer metallorganischen Verbindung als präkeramische Vorstufe und aus Silizium als chemisch reaktiven Füllstoff einer Reaktionspyrolyse unterzogen wird. Nach der Anmischung des Stoffgemischs kann eine Entgasung, Trocknung bzw. Extrusion und Granulierung erfolgen, so dass das Pulver abschließend einem formgebenden Verfahrensschritt, nämlich einen Gießen oder Pressen, unterzogen werden kann, um den gegossenen bzw. formgepressten Grünling bereitzustellen.
EP 1 040 887 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Körpers, ohne näheren Bezug zu der Herstellung keramischer Wälzkörper, wobei eine Extrusionsdüse mit einer geschmolzenen Mischung aus Metallpulver, einem Bindemittel und einem organischen Material beschickt wird.
GB 562,475 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Wälzkörpern aus einem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplasten oder einem Duroplasten, durch Ablängen von Abschnitten eines durch Gießen oder Strangpressen hergestellten Stabes.
JP 01042374 AA (Abstract) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines kugelförmigen keramischen Wälzkörpers, bei dem ein Zwischenprodukt aus einer Mischung aus einer Keramik, einem Sinterhilfsmittel, einem Binder und Wasser zu Kugeln geformt, anschließend mit Pulverpartikeln beschichtet und abschließend zu einer Kugeln formgepresst wird.
JP 2005331005 AA (Abstract) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzkörpers aus einem abgelängten extrudierten Draht.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer großen Stückzahl von keramischen Wälzkörpern anzugeben, das insbesondere eine gleichmäßige Dichte in dem Grünling bietet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der keramische Grünling als abgelängter Teil eines Extrusionsstrangs bereitgestellt wird. Der Extrusionsstrang wird durch eine plastisch verformbare Mischung gebildet, wobei die Mischung das Keramikpulver, ein Sinterhilfsmittel, einen Binder sowie eine Flüssigkeit wie Wasser enthält, die in einem Extruder zu mindestens einem Extrusionsstrang geformt wird, der den Extruder verlässt.
Die abgelängten Abschnitte des Extrusionsstrangs weisen eine im wesentlichen homogene Dichte auf, so dass bei der nachfolgenden Erwärmung bzw. Sinterung des Grünlings eine gleichmäßige Schwindung auftritt, die den Aufwand für eine formgebende Nachbearbeitung reduziert.
Durch Extrusion lassen sich große Stückzahlen in kurzer Zeit herstellen. Weiter wird das Extrusionswerkzeug, insbesondere das formgebende Mundstück des Extruders, nur gering belastet und unterliegt nur einem geringen Verschleiß, da der Extruder nur eine plastisch leicht verformbare Masse zu verarbeiten hat. Durch Änderung des Mundstücks lassen sich in kurzer Zeit Grünlinge verschiedener Abmessungen herstellen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Grünling die Form eines nadelförmigen Wälzkörpers aufweist, was sich durch die Form des Mundstücks des Extruders einstellen lässt. Aufgrund der homogenen Dichte innerhalb des nadelförmigen Grünlings lassen sich insbesondere auch nadelförmige Wälzkörper, deren Länge mehr als das ca. 2.5-fache des Durchmessers beträgt, schnell in hoher Stückzahl herstellen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Extrusionsstrang durch Coextrusion zweier Einzelstränge ausgebildet ist. Die den Extrusionsstrang ausbildenden mindestens zwei Einzelstränge können einen außenliegenden, hohlzylindrischen Extrusionsstrang und einen innenliegenden, vollzylindrischen Extrusionsstrang bilden, so dass sich ein zylindrischer Wälzkörper mit einem Tiefenprofil ergibt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen Teilschritt bei einer beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der Herstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzkörpers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt einen Teilschritt bei der Herstellung von keramischen Wälzkörpers, wobei die Wälzkörper durch Sintern von Grünlingen 1 hergestellt werden. Die Grünlinge 1 werden als abgelängte Abschnitte 2 eines Extrusionsstrangs 3 bereitgestellt.
Der Extrusionsstrang 3 tritt dabei als im wesentlichen kontinuierlicher, plastischer Körper mit vollzylindrischen Querschnitt aus einem formgebenden, insbesondere den Querschnittsdurchmesser bestimmenden Mundstück 4 eines Extruders 5 aus. Innerhalb des Extruders 5 wird das Material der Grünlinge 1 als plastische Masse, nämlich als Feedstock 6 gefördert, wobei der Feedstock 6 als eine plastisch verformbare, homogenisierte Masse mit definierten rheologischen Eigenschaften, hergestellt aus einer Mischung aus einem keramischen Pulver, einem Binder, einer Flüssigkeit wie Wasser und ggf. weiteren Bestandteilen wie einem Binder besteht, wobei die plastisch verformbare Masse in den Einlass des Extruders 5 eingegeben werden. Die Förderung des Feedstocks 6 hin zu dem Mundstück 4 wird durch eine in dem Extruder 5 aufgenommene Schnecke 7 ermöglicht, so dass der Extruder 5 als Schneckenextruder ausgebildet ist. Die Fördergeschwindigkeit in dem Extruder 5 an dem Mundstück 7 beträgt ca. 0,5 m/min und kann bei zu 4,0 m/min betragen, wenn eine höhere Stückzahl an Grünlingen 1 erforderlich ist.
Der aus dem Mundstück 4 austretende im wesentlichen vollzylindrische Extrusionsstrang 3 wird in einer in Austrittsrichtung des Extrusionsstrangs 3 fördernden Aufnahmevorrichtung 8 aufgenommen und abgestützt, wo der Extrusionsstrang 3 leicht antrocknen kann.
Das anschließende Ablängen der formstabilen vollzylindrischen Abschnitte 2 aus dem Extrusionsstrang 3 wird durch ein Schneidwerkzeug 9 durchgeführt, das die Abschnitte 2 mit vorbestimmter, einstellbarer Länge aus dem Extrusionsstrang 3 heraustrennt. Das Schneidwerkzeug 9 kann dabei eine Schneidkante mit einem Profil aufweisen, das an der freigelegten Stirnfläche 10 des abgelängten Abschnitts 2 eine Rundung erzeugt.
Die abgelängten Abschnitte 2 bilden die Grünlinge, die in einem nachfolgenden Schritt zuerst getrocknet werden, um eine geringe Restfeuchte zu erhalten, dann erwärmt werden, um den Binder zu entfernen, und dann bei hohen Temperaturen gesintert werden, so dass sich der zylindrische Wälzkörper-Rohling bildet, der nur noch eine geringe mechanische Nachbearbeitung erfordert, wie beispielsweise ein kurzes abschließendes Lappen oder Schleifen sowie ein Honen, um den keramischen Wälzkörper auszubilden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war der Extruder 5 als Schneckenextruder ausgebildet. Es versteht sich, dass der Extruder auch als Kolbenextruder mit einer Kolbenpresse als Fördermittel innerhalb des Extruders ausgebildet sein kann.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel lieferte das Mundstück 4 des Extruders 5 einen im wesentlichen vollzylindrischen Extrusionsstrang 3. Es versteht sich, dass das Mundstück auch einen hohlzylindrischen Extrusionsstrang oder einen Extrusionsstrang mit periodisch zunehmenden Durchmesser liefern kann, insbesondere zur Herstellung von Grünlingen für stumpfkegelige Wälzkörper. Es versteht sich ferner, dass die Öffnungen zweier konzentrischer Mundstücke derart ausgerichtet sind, dass bei einer Coextrusion zwei konzentrische Extrusionsstränge entstehen.
Bezugszeichenliste

1: Grünling
2: abgelängter Abschnitt
3: Extrusionsprofil
4: Mundstück
5: Extruder
6: Feedstock
7: Schnecke
8: Aufnahmevorrichtung
9: Schneidwerkzeug
10: Stirnfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4207865 A1 [0005]
DE 10203473 [0006]
EP 1040887 B1 [0007]
GB 562475 A [0008]
JP 01042374 AA [0009]
JP 2005331005 AA [0010]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines keramischen Wälzkörpers, wobei ein keramischer Grünling (1) durch Sintern verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling (1) als abgelängter Teil (2) eines Extrusionsstrangs (3) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling die Form eines nadelförmigen Wälzkörpers aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionsstrang durch Coextrusion zweier Einzelstränge ausgebildet ist.
Keramischer Wälzkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.