WO2011147668A1 - Verfahren zur herstellung eines lagerteils - Google Patents

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WO2011147668A1 PCT/EP2011/057393 EP2011057393W WO2011147668A1 WO 2011147668 A1 WO2011147668 A1 WO 2011147668A1 EP 2011057393 W EP2011057393 W EP 2011057393W WO 2011147668 A1 WO2011147668 A1 WO 2011147668A1
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shell
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Mirjam Seufert
Arbogast Grunau
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a bearing part according to claim 1 and a bearing part according to claim 7 and a rolling element according to claim 8.
  • bearing parts especially of rolling elements with a ceramic surface
  • a ceramic surface for all-ceramic rolling element
  • bearing parts in particular bearing rings, with a ceramic surface, in particular for all-ceramic bearing rings.
  • the body of the bearing part in particular of the green body of the rolling element, is thereby formed by the germ and the surrounding shell, wherein the ceramic material of the shell is attached to the germ in the fluidized bed.
  • the fluidized bed is a bed of dimensionally stable, especially solid, particles, which is displaced and held in a fludised state by a flow of a fluid medium, in particular a gas, directed counter to the gravitational force.
  • a fluid medium in particular a gas
  • the seed is introduced so that the particles attach to the seed and form the shell, so that the composite of the germ and the forming shell grows in its extent until the composite has reached the desired final size and, for example the green compact is designed for the rolling element.
  • the method according to claim 1 offers the advantage to produce the body of the bearing part substantially completely in the fluidized bed, since the volume fraction of the deposited in the fluidized bed to the germ shell is significantly larger than the volume fraction of the germ on which the shell attaches , wherein the volume fractions are based on the final product produced.
  • the particles of the fluidized bed are present as granules, namely from a mixture of the ceramic material forming the ceramic surface of the bearing part, and a binder, wherein the proportion of the binder is removed from the green compact produced in the fluidized bed.
  • This debindering can take place, at least in part, in the fluidized bed since the cladding of the casing takes place at higher temperatures, at least partially removing the binder.
  • the material of the shell is optionally additionally supplied to the fluidized bed and may be present, for example, as a liquid, in particular as an aqueous solution, as a suspension or emulsion, as a melt or as a melt emulsion or as a melt suspension and optionally additionally introduced into the fluidized bed in order to reduce losses to balance by the attachment of the shell to the germ.
  • the germ is produced in the fluidized bed.
  • the seed is introduced as a drop in the fluidized bed, and hardens the droplets in the fluidized bed.
  • the drop is thereby from an aqueous solution, emulsion or dispersion provided outside the fluidized bed, for example promoted by atomizing into the fluidized bed, hardens there, so that the hardened droplets form as a seed a solid support for the accumulating in the second process step particles of the material of the shell.
  • the germ and the shell are made of different materials.
  • the germ may be made of a material of only low density, such as wood or a plastic, so that the germ in the fluidized bed can be easily held.
  • a green body of a rolling body with a ceramic surface of the germ has a different shape from the spherical shape.
  • a green compact of a rolling element can then be obtained, which has a shape deviating from the spherical shape, for example a barrel-shaped or lemon-shaped shape, which can be set in advance by the shape of the seed and reproducibly produced with high accuracy.
  • the thickness of the shell is at least about fifty percent of the thickness of the germ, in particular a multiple of the dimensions of the germ.
  • Fig. 1 shows schematically a device for exemplary implementation of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a device comprising a fluidized bed 1.
  • the fluidized bed 1 comprises particles, one of which is designated by the reference numeral '2', which are held by an air flow (arrow 3) against gravity within a substantially closed container.
  • the particles 2 consist of an emulsion of a mixture of a binder and a ceramic material.
  • the fluidized bed 1 further comprises a supply line 4, in which an air flow (arrow 5) further particles, one of which is designated by the reference numeral '6', promotes into the container.
  • the further particles 6 are made of the same material as the particles 2 located in the container.
  • particles which are formed as a composite of a germ and a shell.
  • One of the particles shown as open circles is denoted by the reference numeral '7' and in the top right corner greatly enlarged in cross-section.
  • the particle 7 is formed as a composite of a seed 8 and an envelope 9 surrounding the seed 8.
  • the germ 8 has a substantially circular cross section and consists of the same material as the particles 2, 6.
  • the germ 8 was introduced at an earlier time than drops in the container of the fluidized bed 1 and is hardened there, in particular, the germ is the eighth produced in the fluidized bed 1.
  • the particles are stored 2 and form the sheath 9. Over time, the thickness of the shell 9 increases so that it reaches a multiple, but at least approximately half the diameter of the seed 8.
  • Fig. 1 shows an early stage of the production of green bodies of rolling elements. In order to compensate for the losses of particles 2 and to take into account the increasing with time mass of the particles 7, promotes the air flow 5 of the supply line 4, possibly with a time-increasing delivery rate, the other particles 6 in the container.
  • the particles 7 form green bodies for rolling elements, wherein the volume fraction of the shell 9 is significantly greater than the volume fraction of the seed 8;
  • the green compact has a diameter of about 8 to about 10 millimeters, but the germ 8 has a droplet diameter of only about 1 millimeter.
  • the seed 8 in the fluidized bed 1 was prepared by introducing drops that hardened in the fluidized bed 1. It is understood that the seed 8 can be produced as a substantially dimensionally stable surface to which the particles 2 can deposit outside the fluidized bed 1, for example as a powder, the powder then being conveyed through the supply line 4 to the air flow 5 can be funded in the container of the fluidized bed 1.
  • the thickness of the shell 9 is a multiple of the size of the seed 8. It is understood that in an alternative methodology, a large diameter seed may be provided and the deposited shell has a thickness less than the diameter of the seed such that the shell forms a coating of the seed. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils, insbesondere eines Grünlings eines Wälzkörpers mit einer keramischen Oberfläche, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Keims (8), und Anlagern einer keramischen Hülle (9) an den Keim (8) in einem Wirbelbett (1). Das Verfahren löst erfindungsgemäß die Aufgabe, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils anzugeben, das die Herstellung vieler Teile in kurzer Zeit ermöglicht. Die Erfindung betrifft weiter ein Lagerteil, insbesondere Grünling eines Wälzkörpers, sowie einen Wälzkörper mit einer keramischen Oberfläche.

Description

Bezeichnung der Erfindung Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils
Beschreibung Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils nach Anspruch 1 sowie ein Lagerteil nach Anspruch 7 und einen Wälzkörper nach Anspruch 8.
Aus der Praxis ist die Herstellung von Lagerteilen, speziell von Wälzkörpern mit einer keramischen Oberfläche, bekannt. Für einen vollkeramischen Wälzkörper ist beispielsweise bekannt, einen im wesentlichen kugelförmigen Grünling bereitzustellen, der aus einer pulverartigen Mischung aus dem Ke- ramikmaterial sowie einem Binder durch Pressen in eine Vorform gebracht wird, wobei das Pressen die Ausbildung eines umlaufenden Pressrandes der Vorform bewirkt, so dass in einem nachfolgenden Arbeitsschritt der umlaufende Rand abgetragen werden muss, was die Herstellung des Wälzkörpers aufwendig macht. Entsprechendes gilt für die Herstellung anderer Lagerteile, insbesondere Lagerringe, mit einer keramischen Oberfläche, insbesondere für vollkeramische Lagerringe.
Aufgabe der Erfindung Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils anzugeben, das die Herstellung vieler Teile in kurzer Zeit ermöglicht. Zusammenfassung der Erfindung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils, insbesondere eines Grünlings eines Wälzkörpers mit einer keramischen Oberfläche nach Anspruch 1 gelöst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Keims, und Anlagern einer keramischen Hülle an den Keim in einem Wirbelbett.
Das Korpus des Lagerteils, insbesondere des Grünlings des Wälzkörpers, wird dabei durch den Keim und die diesen umgebende Hülle ausgebildet, wobei das keramische Material der Hülle an den Keim in dem Wirbelbett angelagert wird.
Bei dem Wirbelbett handelt es sich um eine auch als Wirbelschicht bezeichnete Schüttung von formstabilen, insbesondere festen, Partikeln, die durch eine entgegen der Schwerkraft gerichtete Strömung eines fluiden Mediums, insbesondere eines Gases, in einem fludisierten Zustand versetzt und gehalten wird. In ein derartiges Wirbelbett wird der Keim eingebracht, so dass sich die Partikel an den Keim anlagern und die Hülle ausbilden, so dass der Verbund aus dem Keim und der sich ausbildenden Hülle in seiner Ausdehnung wächst, bis der Verbund die gewünschte Endgröße erreicht hat und beispielsweise der Grünling für den Wälzkörper ausgebildet ist. Es bie- tet sich der Vorteil, in kurzer Zeit eine große Anzahl von Grünlingen mit einer hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit herstellen zu können. Die derart gebildeten Grünlinge erfordern keinen Materialabtrag, wie er bei den aus dem Stand der Technik bekannten, durch Pressen hergestellten Grünlingen bei der Abtragung des Pressrandes erforderlich ist.
Aus dem Stand der Technik ist das Aufbringen von dünnen Beschichtungen in einem Wirbelbett bekannt, beispielsweise aus der DE 1625546 A (Auf- bringen einer Kunststoffschicht als Pulver auf einem Stahlträger in einem Wirbelbett), der DE 25 02 01 1 A (Aufbringen eines metallischen Überzuges), der DE 25 40 81 1 A1 (Aufbringen einer Kunststoff-Gleitschicht auf einen Aluminiumrohling) oder der DD 17251 A (Aufbringen einer Mischung eines Festkörpers mit einem Harz). Weiter bekannt ist die Wärmebehandlung von Werkstücken in einem Wirbelbett, wie beispielsweise der US 4,392,814 A zu entnehmen ist. Dem gegenüber bietet das Verfahren nach Anspruch 1 den Vorteil, das Korpus des Lagerteils im wesentlichen vollständig in dem Wirbelbett herzustellen, da der Volumenanteil der in dem Wirbelbett an dem Keim angelagerten Hülle deutlich größer ist als der Volumenanteil des Keims, an dem sich die Hülle anlagert, wobei die Volumenanteile auf das hergestellte Endprodukt bezogen sind.
Die Partikel des Wirbelbettes liegen als Granulat vor, nämlich aus einer Mi- schung des keramischen Materials, das die keramische Oberfläche des Lagerteils ausbildet, und einem Binder vor, wobei der Anteil des Binders aus dem in dem Wirbelbett hergestellten Grünling entfernt wird. Dieses Entbin- dern kann zumindest teilweise in dem Wirbelbett stattfinden, da das Anlagern der Hülle bei höheren Temperaturen stattfindet, bei denen der Binder mindestens teilweise entfernt wird. Das Material der Hülle wird dem Wirbelbett ggf. zusätzlich zugeführt und kann beispielsweise auch als Flüssigkeit, insbesondere als wässrige Lösung, als Suspension oder Emulsion, als Schmelze oder als Schmelzemulsion bzw. als Schmelzsuspension vorliegen und ggf. zusätzlich in das Wirbelbett eingeführt werden, um Verluste durch die Anlagerung der Hülle an dem Keim auszugleichen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Keim in dem Wirbelbett hergestellt wird. Insbesondere ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Keim als Tropfen in das Wirbelbett eingeführt wird, und der Tropfen in dem Wirbelbett erhärtet. Der Tropfen wird dabei aus einer außerhalb des Wirbelbettes bereitgestellten wässrigen Lösung, Emulsion oder Dispersion beispielsweise durch Verdüsen in das Wirbelbett befördert, erhärtet dort, so dass der erhärtete Tropfen als Keim eine feste Unterlage für die sich im zweiten Prozessschritt anlagernden Partikel des Materials der Hülle bildet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Keim und die Hülle aus verschiedenen Materialien ausgebildet sind. Der Keim kann beispielsweise aus einem Material von nur geringer Dichte wie beispielsweise Holz oder einem Kunststoff bestehen, so dass der Keim in dem Wirbelbett leicht gehalten werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei der Herstellung eines Grünlings eines Wälzkörpers mit einer keramischen Oberfläche der Keim eine von der Kugelform abweichende Gestalt aufweist. Nach dem Anlagern der Hülle lässt sich dann ein Grünling eines Wälzkörpers erhalten, der eine von der Kugelform abweichende Gestalt, beispielsweise eine tonnenförmige oder zitronenformige Gestalt, aufweist, die durch die Gestalt des Keims vorab eingestellt und mit hoher Genauigkeit reproduzierbar hergestellt werden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Dicke der Hülle mindestens ca. fünfzig Prozent der Dicke des Keims, insbesondere ein Vielfaches der Abmessungen des Keims, beträgt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprü- chen 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
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die ein Wirbelbett 1 umfasst. Das Wirbelbett 1 umfasst Partikel, deren einer mit dem Bezugszeichen ,2' ausgewiesen ist, die von einem Luftstrom (Pfeil 3) entgegen der Schwerkraft innerhalb eines im wesentlichen geschlossenen Behälters gehalten werden.
Die Partikel 2 bestehen aus einer Emulsion eines Gemisches aus einem Binder und einem Keramikmaterial.
Das Wirbelbett 1 umfasst weiter eine Zuleitung 4, in der ein Luftstrom (Pfeil 5) weitere Partikel, deren einer mit dem Bezugszeichen ,6' ausgewiesen ist, in den Behälter fördert. Die weiteren Partikel 6 bestehen aus dem gleichen Material wie die in dem Behälter befindlichen Partikel 2.
In dem Behälter befinden sich Teilchen, die als Verbund aus einem Keim sowie einer Hülle ausgebildet sind. Eines der als offene Kreise dargestellten Teilchen ist mit dem Bezugszeichen ,7' ausgewiesen und rechts oben stark vergrößert im Querschnitt dargestellt. Das Teilchen 7 ist als Verbund aus einem Keim 8 sowie einer den Keim 8 umgebenden Hüll 9 ausgebildet.
Der Keim 8 weist einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf und besteht aus dem gleichen Material wie die Partikel 2, 6. Der Keim 8 wurde zu einem früheren Zeitpunkt als Tropfen in den Behälter des Wirbelbettes 1 eingeführt und ist dort erhärtet, insbesondere ist der Keim 8 in dem Wirbelbett 1 hergestellt worden. An den erhärteten Keim 8 lagern sich die Partikel 2 an und bilden die Hülle 9 aus. Mit der Zeit wächst die Dicke der Hülle 9, so dass diese ein Vielfaches, mindestens jedoch ca. die Hälfte des Durchmessers des Keims 8 erreicht. Fig. 1 zeigt dabei ein zeitlich frühes Stadium der Herstellung von Grünlingen von Wälzkörpern. Um die Verluste an Partikeln 2 auszugleichen sowie um der mit der Zeit zunehmenden Masse der Teilchen 7 Rechnung zu tragen, fördert der Luftstrom 5 der Zuleitung 4, ggf. mit zeitlich zunehmender Förderrate, die weiteren Partikel 6 in den Behälter.
Nach Beendigung des Verfahrens bilden die Teilchen 7 Grünlinge für Wälz- körper aus, wobei der Volumenanteil der Hülle 9 deutlich größer ist als der Volumenanteil des Keims 8; insbesondere weist der Grünling einen Durchmesser von ca. 8 bis ca. 10 Millimetern auf, der Keim 8 jedoch einen Tröpfchendurchmesser von nur ca. 1 Millimeter. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war der Keim 8 in dem Wirbelbett 1 durch Einführen von Tropfen, die in dem Wirbelbett 1 erhärteten, hergestellt worden. Es versteht sich, dass der Keim 8 als im wesentlichen formstabile Oberfläche, an die sich die Partikel 2 anlagern können, außerhalb des Wirbelbettes 1 hergestellt sein kann, beispielsweise als Pulver bereitgestellt werden kann, wobei das Pulver dann durch die Zuleitung 4 mit dem Luftstrom 5 in den Behälter des Wirbelbettes 1 gefördert werden kann.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war vorgesehen, dass die Dicke der Hülle 9 ein Vielfaches der Abmessung des Keims 8 beträgt. Es versteht sich, dass in einer alternativen Verfahrensführung ein Keim mit einem großen Durchmesser bereitgestellt werden kann und die angelagerte Hülle eine Dicke aufweist, die geringer ist als der Durchmesser des Keims, so dass die Hülle einen Überzug des Keims ausbildet. Bezugszeichenliste
1 Wirbelbett
2 Partikel
3 Luftstrom
4 Zuleitung
5 Luftstrom
6 Partikel
7 Teilchen
8 Keim
9 Hülle

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils, insbesondere eines Grünlings eines Wälzkörpers mit einer keramischen Oberfläche, umfassend die Schritte
Bereitstellen eines Keims (8), und
Anlagern einer keramischen Hülle (9) an den Keim (8) in einem Wirbelbett (1 ).
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Keim (8) in dem Wirbelbett hergestellt (1 ) wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Keim (8) als Tropfen in das Wirbelbett (1 ) eingeführt wird, und der Tropfen in dem Wirbelbett (1 ) erhärtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Keim und die Hülle aus verschiedenen Materialien ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, nämlich zur Herstellung eines Grünlings eines Wälzkörpers mit einer keramischen Oberfläche, wobei der Keim eine von der Kugelform abweichende Gestalt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke der Hülle (9) mindestens ca. fünfzig Prozent der Dicke des Keims (8), insbesondere ein Vielfaches der Abmessungen des Keims (8), beträgt.
Lagerteil, insbesondere Grünling eines Wälzkörpers, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Wälzkörper mit einer keramischen Oberfläche, insbesondere vollkeramischer Wälzkörper, hergestellt aus einem Grünling, der nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
PCT/EP2011/057393 2010-05-28 2011-05-09 Verfahren zur herstellung eines lagerteils WO2011147668A1 (de)

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