WO2012059536A1 - Verfahren zur herstellung eines keramischen wälzkörpers, sowie ein keramischer wälzkörper - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines keramischen wälzkörpers, sowie ein keramischer wälzkörper Download PDF

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ceramic
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ceramic rolling
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Arbogast Grunau
Franziska Braun
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    • F16C2220/00—Shaping
    • F16C2220/40—Shaping by deformation without removing material
    • F16C2220/48—Shaping by deformation without removing material by extrusion, e.g. of metallic profiles

Definitions

  • the invention relates to a method according to claim 1 for the preparation of a
  • Ceramic rolling elements and according to claim 4, a ceramic rolling elements.
  • the green compact already has a shape that
  • a small, material-removing aftertreatment of the sintered greenware is required.
  • a mixture of a ceramic powder, a sintering aid is provided for the preparation of the green body.
  • Solidification is carried out by means of compression molding in which the powdery mixture is placed in a mold and a pressure is applied, so
  • Molded green compact is formed, which is then heated to the binder
  • the sub-step of compression molding is disadvantageous because only small quantities can be produced on green bodies in a given period of time. Furthermore, the applied pressure is distributed only unevenly over the compact, so that the green compact produced by compression molding has volume areas with a different density; in particular, the density in the center of the molded green compact is lower than at the ends of the green compact. In the subsequent sintering, the shrinkage of the green compact is also different, which requires a costly post-processing of the sintered green compact in order to obtain the sintered rolling element. Unfavorable is further that in the compression molding, the tools used are subject to high wear, since with high pressure a barely compressible powder mixture must be compressed. The green compact produced by compression molding further has a pressing edge on the surface, which must be mechanically removed. In particular, the production of needle-shaped rolling elements by means of compression molding proves to be difficult.
  • a needle-shaped rolling element is a rolling element of cylindrical shape whose longitudinal extent is more than about 2.5 times the diameter.
  • DE 102 03 473 describes a process for the production of a ceramic rolling element, in which a mixture of an organometallic compound as a preceramic precursor and of silicon as a chemically reactive filler is subjected to a reaction pyrolysis. After mixing of the substance mixture, degassing, drying or extrusion and granulation can take place, so that the powder can finally be subjected to a shaping process step, namely casting or pressing, in order to provide the cast or molded green body.
  • EP 1 040 887 B1 describes a method for producing a sintered body, with no closer relation to the production of ceramic rolling elements, wherein an extrusion die is charged with a molten mixture of metal powder, a binder and an organic material.
  • GB 562,475 A describes a method for the production of rolling elements from a plastic, in particular a thermoplastic or a thermoset, by cutting to length sections of a rod produced by casting or extrusion.
  • JP 01042374 AA (Abstract) describes a method for producing a spherical ceramic rolling element, in which an intermediate product of a mixture of a ceramic, a sintering aid, a binder and water is formed into spheres, subsequently coated with powder particles and finally pressed into a sphere.
  • JP 2005331005 AA (Abstract) describes a method for producing a rolling element from a cut extruded wire.
  • the ceramic green compact is provided as a cut to length part of an extrusion line.
  • the extrusion strand is formed by a plastically deformable mixture, the mixture containing the ceramic powder, a sintering aid, a binder and a liquid such as water, which is formed in an extruder to at least one extrusion strand leaving the extruder.
  • the cut-to-length sections of the extrusion strand have a substantially homogeneous density, so that in the subsequent heating or sintering of the green compact uniform shrinkage occurs, which reduces the cost of a shaping post-processing.
  • the extrusion die in particular the forming mouthpiece of the extruder, only slightly loaded and subject to only a small amount of wear, since the extruder has to process only a plastically easily deformable mass.
  • the mouthpiece can be produced in a short time green of various dimensions.
  • the green compact has the shape of a needle-shaped rolling element, which can be adjusted by the shape of the mouthpiece of the extruder. Due to the homogeneous density within the needle-shaped green body, needle-shaped rolling bodies whose length is more than approximately 2.5 times the diameter can be produced in large numbers, in particular quickly. It is preferably provided that the extrusion strand is formed by coextrusion of two single strands. The at least two individual strands forming the extrusion strand can form an outer, hollow-cylindrical extrusion strand and an inner, fully cylindrical extrusion strand, so that a cylindrical rolling element with a depth profile results.
  • FIG. 1 schematically illustrates a sub-step in an exemplary embodiment
  • the green compacts 1 show a partial step in the production of ceramic rolling elements, the rolling elements being produced by sintering green bodies 1.
  • the green compacts 1 are provided as cut-to-length sections 2 of an extrusion strand 3.
  • the extrusion strand 3 occurs as a substantially continuous, plastic body with a fully cylindrical cross section of a shaping, in particular the cross-sectional diameter defining mouthpiece 4 of an extruder 5.
  • the material of the green compacts 1 is conveyed as a plastic mass, namely as a feedstock 6, wherein the feedstock 6 as a plastically deformable, homogenized mass with defined rheological properties, prepared from a mixture of a ceramic powder, a binder, a liquid such as water and possibly further constituents such as a binder, wherein the plastically deformable mass in the inlet of the extruder 5 are entered.
  • the Delivery of the feedstock 6 to the mouthpiece 4 is made possible by a screw 7 received in the extruder 5, so that the extruder 5 is designed as a screw extruder.
  • the conveying speed in the extruder 5 at the mouthpiece 7 is about 0.5 m / min and may be up to 4.0 m / min when a higher number of green compacts 1 is required.
  • the essentially fully cylindrical extrusion strand 3 exiting from the mouthpiece 4 is received and supported in a receiving device 8 conveying in the exit direction of the extrusion strand 3, where the extrusion strand 3 can easily dry.
  • the subsequent cutting to length of the dimensionally stable, fully cylindrical sections 2 from the extrusion strand 3 is carried out by a cutting tool 9 which separates the sections 2 of predetermined, adjustable length from the extrusion strand 3.
  • the cutting tool 9 may have a cutting edge with a profile that generates a rounded at the exposed end face 10 of the cut section 2.
  • the cut-to-length portions 2 constitute the green sheets which are first dried in a subsequent step to obtain a low residual moisture, then heated to remove the binder, and then sintered at high temperatures to form the cylindrical rolling element blank forms, which requires only a small mechanical post-processing, such as a short final lapping or grinding and honing to form the ceramic rolling elements.
  • the extruder 5 was formed as a screw extruder. It is understood that the extruder can also be designed as a piston extruder with a piston press as conveying within the extruder.
  • the mouthpiece 4 of the extruder 5 provided a substantially fully cylindrical extrusion strand 3. It will be understood that the mouthpiece may also provide a hollow cylindrical extrusion strand or extrusion strand of periodically increasing diameter, particularly for producing green bodies for frusto-conical rolling elements , It is further understood that the openings of two concentric mouthpieces are aligned so that coextrusion produces two concentric extrusion strands.

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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

Bezeichnung der Erfindung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES KERAMISCHEN WÄLZKÖRPERS, SOWIE EIN KERAMISCHER WÄLZKÖRPER
Beschreibung 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 nadeiförmigen Wälzkörpern mittels Formpressens erweist sich als schwierig. Ein nadeiförmiger 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 formgeben- den 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 Metall- pulver, 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 Strang- pressen 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 nadeiförmigen Wälzkörpers aufweist, was sich durch die Form des Mundstücks des Extruders einstellen lässt. Aufgrund der homogenen Dichte innerhalb des nadeiförmigen Grünlings lassen sich insbesondere auch nadeiförmige 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 Tie- fenprofil ergibt.
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 einen Teilschritt bei einer beispielhaften
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der Herstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzkörpers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt einen Teilschritt bei der Herstellung von keramischen Wälzkörpers, wobei die Wälzkörper durch Sintern von Grünlingen 1 hergestellt wer- den. Die Grünlinge 1 werden als abgelängte Abschnitte 2 eines Extrusi- onsstrangs 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 Nachbearbei- tung erfordert, wie beispielsweise ein kurzes abschließendes Läppen 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 zuneh- menden 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

Claims

1
Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Wälzkörpers, wobei ein keramischer Grünling (1 ) durch Sintern verfestigt wird,
dadurch gekenzeichnet,
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 nadeiförmigen 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.
PCT/EP2011/069300 2010-11-06 2011-11-03 Verfahren zur herstellung eines keramischen wälzkörpers, sowie ein keramischer wälzkörper WO2012059536A1 (de)

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