DE102018220085A1 - Method of manufacturing a rolling bearing component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils aus Polyimid mit den folgenden Schritten:- Herstellen wenigstens eines Grünlings im Direktformverfahren, wobei Polyimidpulver in eine Pressform eingebracht und zu dem Grünling verpresst wird;- nachfolgendes Versintern des Grünlings durch Zufuhr von Wärme in das verpresste Polyimidpulver.Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling beim Versintern mit einem druckbeaufschlagten Fluid und/oder einem anderen nicht gestaltfesten Medium umgeben wird, welches das Polyimidpulver im Grünling zusätzlich verpresst.The invention relates to a method for producing a rolling bearing component made of polyimide, comprising the following steps: - producing at least one green body using the direct molding method, polyimide powder being introduced into a mold and pressed to the green body; - subsequent sintering of the green body by supplying heat into the pressed polyimide powder The method according to the invention is characterized in that the green compact is surrounded during sintering with a pressurized fluid and / or another medium which is not stable in shape and which additionally compresses the polyimide powder in the green compact.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils aus Polyimid gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Polyimid in Reinform verwendet werden oder als Bestandteil einer Legierung oder Mischung, wobei Polyimid insbesondere den größten Anteil ausmacht.The present invention relates to a method for producing a rolling bearing component from polyimide according to the preamble of claim 1. According to the present invention, polyimide can be used in pure form or as a component of an alloy or mixture, polyimide in particular making up the largest proportion.
Polyimid hat sich in der Praxis als vorteilhaftes Material für Wälzlagerbauteile, beispielsweise für Käfige oder Kugeln von Wälzlagern, erwiesen. Herkömmlich erfolgt die Herstellung von solchen Bauteilen, wie exemplarisch in
Beim Direct-Forming-Verfahren ist die Materialausbeute wesentlich besser, weil das Ausgangsmaterial Polyimidpulver (Pl-Pulver) gleich in eine dem herzustellenden Bauteil nahe Geometrie verbracht wird. Das Formen erfolgt dabei bei Raumtemperatur oder vergleichsweise geringen Temperaturen, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 0° C und 100° C, bevorzugt zwischen 15° C und 40° C, wie im Detail in
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Wälzlagerbauteile, die nach dem Direct-Forming-Verfahren mit anschließendem Sintern hergestellt wurden, nicht die gewünschten tribologischen Eigenschaften und Festigkeitseigenschaften aufweisen, weshalb nahezu ausschließlich auf das Hot-Compression-Molding-Verfahren zurückgegriffen wird, mit einer entsprechenden geringen Materialausbeute, was die Herstellung der Wälzlagerbauteile verteuert.In practice, it has been found that the rolling bearing components, which were produced by the direct-forming process with subsequent sintering, do not have the desired tribological properties and strength properties, which is why the hot-compression molding process is used almost exclusively a correspondingly low material yield, which increases the cost of manufacturing the rolling bearing components.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils aus Polyimid anzugeben, mit welchem die gewünschten hohen tribologischen und Festigkeitseigenschaften erreicht werden und gleichzeitig die Materialausbeute verbessert wird.The present invention has for its object to provide a method for producing a rolling bearing component made of polyimide, with which the desired high tribological and strength properties are achieved and at the same time the material yield is improved.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Schritten von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden besonders vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.The object of the invention is achieved by a method with the steps of claim 1. Particularly advantageous and expedient embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils aus Polyimid umfasst die folgenden Schritte:
- - Herstellen wenigstens eines Grünlings im Direktformverfahren, wobei Polyimidpulver in eine Pressform eingebracht und zu dem Grünling verpresst wird.
- - Nachfolgendes Versintern des Grünlings durch Zufuhr von Wärme in das verpresste Polyimidpulver.
- - Production of at least one green compact in the direct molding process, polyimide powder being introduced into a mold and pressed to the green compact.
- - Subsequent sintering of the green body by applying heat to the compressed polyimide powder.
Erfindungsgemäß wird der Grünling beim Versintern mit einem druckbeaufschlagten Fluid und/oder einem anderen nicht gestaltfesten Medium umgeben, welches das Polyimidpulver im Grünling zusätzlich verpresst.According to the invention, the green compact is surrounded during sintering with a pressurized fluid and / or another medium which is not stable in shape and which additionally compresses the polyimide powder in the green compact.
Das zusätzliche Verpressen des Grünlings beim Versintern führt zu besonders hochwertigen Materialeigenschaften des somit hergestellten Wälzlagerbauteils sowohl unter tribologischen als auch unter Festigkeitsgesichtspunkten. The additional pressing of the green body during sintering leads to particularly high-quality material properties of the rolling bearing component thus produced, both from a tribological and strength point of view.
Gleichzeitig kann durch Verwenden des Direktformverfahrens (Direct-Forming-Verfahrens) die gewünschte hohe Materialausbeute erzielt werden. Insbesondere wird das Polyimidpulver beim Direktformverfahren in eine Form gepresst, die bereits eine dem Wälzlagerbauteil entsprechende Querschnittform aufweist beziehungsweise eine dem herzustellenden Bauteil nahe Geometrie aufweist, sodass bei der anschließenden Fertigbearbeitung des Wälzlagerbauteils vorteilhaft auf eine spanabhebende Bearbeitung, zumindest in größerem Ausmaß, gegebenenfalls mit Ausnahme von Schneiden (worunter auch Sägen fällt), Bohren und/oder Schleifen, verzichtet werden kann. Insbesondere wird das Wälzlagerbauteil aus Polyimid bei seiner Herstellung weder gefräst noch gedreht. Auch kann vorteilhaft auf eine Zertrennung der Querschnittsform des aus der Pressform entnommenen Grünlings in kleinere Halbzeugteile mit Querschnittsformen, die dem herzustellenden Wälzlagerbauteil vergleichsweise näher kommen beziehungsweise ähnlicher sind, verzichtet werden. Dies schließt nicht aus, dass der Grünling vor oder nach seiner Versinterung in Längsrichtung unterteilt wird, um zum Beispiel aus einem hergestellten Stangenmaterial, insbesondere Hohlzylinder, mit einer dem Wälzlagerbauteil entsprechenden Querschnittsform mehrere Wälzlagerbauteile herzustellen. Ebenso ist es denkbar, den Grünling entsprechend der geometrischen Anforderungen des Wälzlagerbauteils zu bearbeiten, wie zum Beispiel zu bohren, zu lochen, zu verformen oder ähnliches.At the same time, the desired high material yield can be achieved by using the direct forming process. In particular, the polyimide powder is pressed in the direct molding process into a shape which already has a cross-sectional shape corresponding to the rolling bearing component or has a geometry close to the component to be produced, so that during the subsequent finishing of the rolling bearing component it is advantageous for machining, at least to a greater extent, possibly with the exception of Cutting (including sawing), drilling and / or grinding can be dispensed with. In particular, the rolling bearing component made of polyimide is neither milled nor turned during its manufacture. A separation of the cross-sectional shape of the green body removed from the press mold into smaller semi-finished parts with cross-sectional shapes which are comparatively closer to or more similar to the rolling bearing component to be produced can also advantageously be dispensed with. This does not rule out that the green compact is divided in the longitudinal direction before or after its sintering, for example from a rod material produced, in particular a hollow cylinder, with one corresponding to the roller bearing component Cross-sectional shape to produce several rolling bearing components. It is also conceivable to process the green compact in accordance with the geometrical requirements of the rolling bearing component, such as drilling, punching, deforming or the like.
Zur Verbesserung der Oberflächengüte kann der Grünling vor oder nach seiner Versinterung, bevorzugt nach seiner Versinterung, geschliffen werden.To improve the surface quality, the green compact can be ground before or after its sintering, preferably after its sintering.
Beispielsweise wird vom Grünling maximal 25% oder 20% oder bevorzugt maximal 10%, insbesondere nur bis zu 5% des Materialvolumens abgetragen, bis das Wälzlagerbauteil in seiner endgültigen Form hergestellt ist.For example, a maximum of 25% or 20% or preferably a maximum of 10%, in particular only up to 5%, of the material volume is removed from the green compact until the rolling bearing component is produced in its final form.
Das zusätzliche Verpressen des Grünlings beim Versintern durch die Druckbeaufschlagung mit Fluid und/oder dem anderen nicht gestaltfesten Medium kann bei einem Druck erfolgen, der geringer ist als der Pressdruck im vorausgegangenen Direktformverfahren. Prinzipiell ist jedoch auch derselbe Druck oder sogar auch ein höherer Druck möglich.The additional pressing of the green compact during sintering by the pressurization with fluid and / or the other medium that is not stable in shape can take place at a pressure which is lower than the pressing pressure in the previous direct molding process. In principle, however, the same pressure or even a higher pressure is also possible.
Unter Fluid wird jegliche Flüssigkeit oder jegliches Gas oder auch ein viskoser Stoff verstanden. Auch kommen beispielsweise Gas-Flüssigkeitsgemische in Betracht.Fluid is understood to mean any liquid or gas or even a viscous substance. Gas-liquid mixtures are also suitable, for example.
Durch die Kombination dieses Druckes mit der vergleichsweise hohen Temperatur beim Versintern, wobei die Temperatur in der Regel höher ist als beim vorausgehenden Direktformverfahren, beispielsweise ein mehrfaches, insbesondere wenigstens zwei- oder dreifaches beträgt, bei Angabe der Temperatur in Grad Celsius, werden die gewünschten hochwertigen Materialeigenschaften erzielt.By combining this pressure with the comparatively high temperature during sintering, the temperature being generally higher than in the previous direct molding process, for example a multiple, in particular at least two or three times, when the temperature is given in degrees Celsius, the desired high-quality results Material properties achieved.
Die Zufuhr von Wärme in das verpresste Polyimidpulver kann beim Versintern bevorzugt durch Wärmeleitung im Fluid und/oder dem Medium erfolgen. Eine Alternative wäre Wärmestrahlung, die jedoch prinzipiell auch gleichzeitig mit der Wärmeleitung vorgesehen sein kann. In der Regel wird auch Konvektion zwischen dem Grünling und dem Fluid beziehungsweise dem Medium und insbesondere zwischen einem beheizten, das Fluid beziehungsweise das Medium umgebenden Behälter und dem Fluid beziehungsweise dem Medium stattfinden.The heat can be supplied to the compressed polyimide powder during sintering, preferably by conduction in the fluid and / or the medium. An alternative would be heat radiation, which, however, can in principle also be provided at the same time as the heat conduction. As a rule, convection will also take place between the green compact and the fluid or the medium and in particular between a heated container surrounding the fluid or the medium and the fluid or the medium.
Das Versintern kann beispielsweise in einem mit einem flüssigen Fluid befüllten Behälter erfolgen, wobei der wenigstens eine Grünling in das Fluid eingelegt ist. In diesem Fall kann der Flüssigkeitsspiegel des Fluids mit Druck beaufschlagt werden, beispielsweise indem der Behälter zwei Formenhälften aufweist, welche gemeinsam einen das Fluid aufnehmenden Raum umschließen, und aufeinander zu bewegt werden. Entsprechend können auch die zwei Formhälften aufeinander zubewegt werden, wenn anstelle eines Fluids ein anderes nicht gestaltfestes Medium verwendet wird.Sintering can take place, for example, in a container filled with a liquid fluid, the at least one green body being inserted into the fluid. In this case, the liquid level of the fluid can be pressurized, for example in that the container has two mold halves, which together enclose a space receiving the fluid, and are moved towards one another. Correspondingly, the two mold halves can also be moved towards one another if another medium that is not dimensionally stable is used instead of a fluid.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Grünling vor dem druckbeaufschlagten Versintern mit einem Vakuum beaufschlagt. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass ein Behälter, in welchem der wenigstens eine Grünling positioniert ist, vor einem Befüllen mit dem druckbeaufschlagten Fluid beziehungsweise Medium evakuiert wird.According to a preferred embodiment of the invention, the green compact is subjected to a vacuum before the pressurized sintering. This is possible, for example, by evacuating a container in which the at least one green body is positioned before being filled with the pressurized fluid or medium.
Durch die Beaufschlagung des Grünlings vor dem Versintern mit einem Vakuum können unerwünschte Gase aus dem Grünling, insbesondere dessen Poren, entfernt werden. Beim anschließenden Beaufschlagen mit dem druckbeaufschlagten Fluid kann dann dieses Fluid in die zuvor evakuierten Poren eindringen und eine vorteilhaft vorgesehene Imprägnierung des Grünlings mit dem druckbeaufschlagten Fluid verbessern.By applying a vacuum to the green body prior to sintering, undesired gases, in particular its pores, can be removed. When the pressurized fluid is subsequently applied, this fluid can then penetrate into the previously evacuated pores and improve an advantageously provided impregnation of the green body with the pressurized fluid.
Prinzipiell ist es auch möglich, den Grünling vor dem druckbeaufschlagten Versintern mit einem anderen Fluid, insbesondere einer anderen Flüssigkeit, zu imprägnieren, als jener Flüssigkeit, die anschließend für die Druckbeaufschlagung verwendet wird. In diesem Fall wird bevorzugt zunächst der Grünling mit einem Vakuum beaufschlagt, anschließend mit dem gewünschten Imprägnierfluid imprägniert und anschließend mit einem anderen druckbeaufschlagten Fluid und/oder entsprechend einem anderen Medium umgeben und gleichzeitig versintert.In principle, it is also possible to impregnate the green compact with a different fluid, in particular a different liquid, than the liquid which is subsequently used for the pressurization, before the pressurized sintering. In this case, the green body is preferably first subjected to a vacuum, then impregnated with the desired impregnating fluid and then surrounded with another pressurized fluid and / or correspondingly another medium and sintered at the same time.
Als druckbeaufschlagtes Fluid können hochbeständige Öle, beispielsweise Silikonöl oder Phenylmethylpolysiloxane oder ein Flüssigmetall verwendet werden.Highly resistant oils, for example silicone oil or phenylmethylpolysiloxanes or a liquid metal, can be used as the pressurized fluid.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Grünlinge gleichzeitig durch Umgebung mit demselben druckbeaufschlagten Fluid beziehungsweise Medium gesintert.According to one embodiment of the invention, several green compacts are sintered simultaneously through the environment with the same pressurized fluid or medium.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der wenigstens eine Grünling mit einem hohlen Kern hergestellt, beispielsweise durch Formen eines Hohlzylinders oder eines Ringes.According to one embodiment of the invention, the at least one green compact is produced with a hollow core, for example by shaping a hollow cylinder or a ring.
Bei dem Wälzlagerbauteil handelt es sich insbesondere um einen Wälzlagerkäfig, bevorzugt um einen Wälzlagerkäfig eines Wälzlagers, insbesondere Kugellagers, in einem medizinischen Instrument, beispielsweise Dentalhandstück.The roller bearing component is in particular a roller bearing cage, preferably a roller bearing cage of a roller bearing, in particular a ball bearing, in a medical instrument, for example a dental handpiece.
Der Wälzlagerkäfig kann beispielsweise in einem Dentaltechniklager mit einem Drehzahlkennwert n x dm ≥ 500.000 mm/min eingesetzt werden, wobei n die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute und dm den mittleren Lagerdurchmesser in Millimetern beschreibt.The roller bearing cage can be used, for example, in a dental technology warehouse with a speed value nx dm ≥ 500,000 mm / min, where n is the speed in revolutions per minute and dm describes the average bearing diameter in millimeters.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.The invention will be described below by way of example using an exemplary embodiment and the figures.
Es zeigen:
-
1 die Herstellung eines Wälzlagerbauteils mit dem Hot-Compression-Molding-Verfahren gemäß dem Stand der Technik; -
2 die Herstellung eines Wälzlagerbauteils mit dem Direct-Forming-Verfahren gemäß dem Stand der Technik; -
3 die Herstellung eines Wälzlagerbauteils aus Polyimid gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren.
-
1 the production of a rolling bearing component with the hot compression molding method according to the prior art; -
2nd the production of a rolling bearing component using the direct forming method according to the prior art; -
3rd the production of a rolling bearing component made of polyimide according to a method according to the invention.
In der
Bei dem alternativen Verfahren Direct-Forming, auch Direktformverfahren genannt, wie dies in der
Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren, wie dies schematisch in der
Das Direktformen kann beispielsweise bei Temperaturen von weniger als 400° C, insbesondere weniger als 300° C oder 200° C, insbesondere von weniger als 100° C erfolgen.Direct molding can take place, for example, at temperatures of less than 400 ° C., in particular less than 300 ° C. or 200 ° C., in particular less than 100 ° C.
Anschließend wird der wenigstens eine Grünling
Der Behälter
Die Kombination von Druck und Temperatur führt zu den geeigneten Materialeigenschaften des Grünlings
Im Anschluss daran kann der Grünling
Die Erfindung wurde zuvor anhand eines Verfahrens dargestellt, bei dem der Grünling
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- PressformMold
- 22nd
- PolyimidpulverPolyimide powder
- 3,43.4
- FormhälfteMold half
- 55
- GrünlingGreen body
- 66
- FluidFluid
- 77
- Behältercontainer
- 88th
- FlüssigkeitsspiegelLiquid level
- 99
- Kerncore
- 1010th
- FormenhohlraumMold cavity
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2886583 A1 [0002, 0003]EP 2886583 A1 [0002, 0003]
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Legal Events
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