Search

EP-4367412-B1 - METHOD FOR PRODUCING A PART, AND PART

EP4367412B1EP 4367412 B1EP4367412 B1EP 4367412B1EP-4367412-B1

Inventors

  • Kienholz, Matthias
  • LESCH, BERND
  • Witt, Alexander
  • VOORMANN, Hauke
  • PRÜFERT, Lukas
  • Ott, Jonas
  • Neuser, Ulrich

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210709

Claims (15)

  1. A method for producing a part (38, 50, 62, 72, 138), in particular a rotationally symmetrical part such as in particular a bearing, plain bearing, gear, pinion, belt wheels, pump wheels, or a part having a linearly or otherwise shaped sliding surface with a functional area, in particular with an area to be tribologically, thermally and/or mechanically stressed, comprising a first part component (140) made of a metal first material and a second part component (142) made of a second material consisting of or containing carbon, with the method steps: - producing the first part component (140) with at least one receptacle formed in the functional area, - producing the second part component (142) by injection moulding of the second material at least into the at least one receptacle, characterized in that the at least one receptacle (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) is formed such that the width varies along the longitudinal axis, or in that the receptacles are limited by obliquely extending webs (108, 110) and extend in the circumferential direction alternatingly and unidirectionally angled relative to the longitudinal axis of the part, such that the second material, inserted by injection and forming strips (112, 114) likewise extending obliquely to the longitudinal axis of the part towards the surface, extends between the receptacles.
  2. The method according to claim 1, characterized in that the first part component (140) is produced by original casting or recasting, such as by an additive production process, by pressing, in particular axial pressing or isostatic pressing, or by metal injection moulding and subsequent sintering after optional debinding.
  3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one receptacle (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) is formed with an undercut limited by an opening to ensure captivity of the second part component, or in that the receptacle (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) is formed with a longitudinal axis, wherein the receptacle has, transversely to the longitudinal axis of the receptacle, an undercut geometry with an opening which is smaller than the maximum cross-section of the receptacle at least in some sections, in each case when viewed transversely to the longitudinal axis of the receptacle.
  4. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that several receptacles (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) are formed with an undercut geometry, in particular with a dovetail-shaped undercut geometry, wherein adjacent receptacles are formed such that they vary opposingly in their respective width or remain the same or are formed helical.
  5. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a carbon-based or carbon-containing material or an injection-mouldable plastic is used as the second material, wherein a polymer material filled with carbon is preferably used as the carbon-based or carbon-containing material, or graphite, a predominantly carbon-containing solid, petroleum coke or a mixture of said materials is used as the carbon material, or in that the second material is one which has a proportion of thermoplastic polymer of 30 % by volume to < 60 % by volume and a proportion of carbon of > 40 % by volume to 70 % by volume.
  6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second material used is one which is free of polytetrafluoroethylene or pure PTFE and/or in that at least one thermoplastic and/or thermosetting polymer is used as the binder for the second material.
  7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the polymer material used is one which has a thermoplastic fluoropolymer, wherein in particular an ethylene tetrafluoroethylene copolymer, preferably exclusively, or an ethylene tetrafluoro ethylene copolymer and a high-temperature thermoplastic, preferably polyphenylene sulphide, polyether ether ketone, polyethersulphone and/or polyamidimide, is used as the polymer material, and/or wherein a high-temperature thermoplastic, preferably polyphenylene sulphide, polyether ether ketone, polyethersulphone or polyamidimide, is used as the polymer material, preferably exclusively.
  8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the metal first material used is one which contains at least one metal from the group copper, nickel, chromium, tin, molybdenum, iron.
  9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first part component (140) is at least partly overmoulded by the second part component (142) and/or the latter is injected into the first part component.
  10. The method according to at least one of the preceding claims, characterized by the method steps: - producing the first part component (140) having at least one receptacle (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) by injection moulding or by pressing of the first material and sintering, - filling in the at least one receptacle by means of injection moulding of a mixture containing carbon and binder or of a plastic for producing a green body, and - optional subsequent heat treatment and/or mechanical treatment, wherein the mixture of carbon and binder is preferably injected at a temperature T of 300 °C ≤ T ≤ 370 °C, and/or the first part component (140) produced by means of injection moulding is sintered at a temperature T of 800 °C ≤ T ≤ 1360 °C and preferably over a time t of 30 min ≤ 60 min.
  11. A part (38, 50, 62, 72, 138), preferably a sintered part, in particular a rotationally symmetrical part such as in particular a bearing, plain bearing, gear, pinion, belt wheels, pump wheels, or a part having a linearly or otherwise shaped sliding surface with at least one functional area, in particular an area to be tribologically, thermally and/or mechanically stressed, such as a bearing, in particular a plain bearing or a gear, in particular produced according to at least one of the preceding claims, wherein the part has a first part element (140) made of a metal first material and a second part element (142) made of a carbon-containing or carbon-based second material or consisting thereof, wherein the first part element has in the functional area at least one receptacle (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) having at least one undercut and filled in by the second part element by means of injection moulding, characterized in that the at least one receptacle (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74 76) varies in its width in the axis direction of the part (38, 50, 62, 72, 138), or in that the receptacles are limited by obliquely extending webs (108, 110) and extend in the circumferential direction alternatingly and unidirectionally angled relative to the longitudinal axis of the part, such that the second material, inserted by injection and forming strips (112, 114) likewise extending obliquely to the longitudinal axis of the part towards the surface, extends between the receptacles.
  12. The part according to claim 11, characterized in that several receptacles (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) filled in with the second part element (142) are provided in the functional area, wherein the second part element (142) is preferably formed by a second material inserted into several receptacles (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76), wherein preferably in the case of several receptacles (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) having in section a dovetailed undercut geometry, adjacent receptacles have widths extending in opposing directions or the same widths, and/or in the case of several receptacles (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) having in section a dovetailed undercut geometry, adjacent receptacles expand outwards or taper inwards along an or the axis or show a helical geometry.
  13. The part according to at least one of claims 11 or 12, characterized in that the functional area is a section or several sections of an envelope extending rotationally symmetrically to an axis.
  14. The part according to at least one of claims 11 to 13, characterized in that the at least one receptacle (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) preferably has, in a section vertical to the axis, a dovetailed undercut geometry, and/or in that the width of the receptacle (28, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 74, 76) continuously changes in the axis direction.
  15. The part according to at least one of claims 11 to 14, characterized in that the second part element (140) on the surface side merges flush into the adjoining area of the first part element (142) or is larger or smaller in size relative thereto, and/or the second part element (142) envelopes at least in some sections the first part element (140) on the outside and/or on the inside.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere drehsymmetrisches Bauteil, wie Lager, Gleitlager, Zahnrad, Ritzel, Riemenrad, Pumpenrad, oder eines Bauteils mit linearer oder anders geformter Gleitfläche, mit einem Funktionsbereich, insbesondere einem tribologisch, thermisch und/oder mechanisch zu beanspruchenden Bereich, umfassend eine erste Bauteilkomponente aus einem metallischen ersten Werkstoff und eine zweite Bauteilkomponente aus einem aus Kohlenstoff bestehenden oder enthaltenden zweiten Werkstoff, mit den Verfahrensschritten Herstellen der ersten Bauteilkomponente mit zumindest einer in dem Funktionsbereich ausgebildeten Aufnahme,Herstellen der zweiten Bauteilkomponente durch Spritzgießen des zweiten Werkstoffs zumindest in die zumindest eine Aufnahme. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf ein Bauteil, insbesondere drehsymmetrisches Bauteil, wie Lager, Gleitlager, Zahnrad, Ritzel, Riemenräder, Pumpenräder, oder ein Bauteil mit linearer oder anders geformter Gleitfläche. mit zumindest einem Funktionsbereich, insbesondere mit einem tribologisch, thermisch und/oder mechanisch zu beanspruchendem Bereich, wie Lager, wobei das Bauteil einen ersten Bauteilkörper aus einem metallischen ersten Werkstoff und einen zweiten Bauteilkörper aus einem kohlenstoffhaltigen oder kohlenstoffbasierten zweiten Werkstoff aufweist oder aus diesem besteht, wobei der erste Bauteilkörper in dem Funktionsbereich zumindest eine zumindest eine Hinterschneidung aufweisende Ausnehmung aufweist, die von dem zweiten Bauteilkörper mittels Spritzgießen ausgefüllt ist. Gleitlager kommen z.B. im klassischen Pumpenbau, in der chemischen Industrie, im Lebensmittel-, Pharmazie- oder Kosmetikbereich, aber auch in der Automobilindustrie oder der Luftfahrtechnik oder bei der Temperaturbehandlung von Gegenständen zum Einsatz. Dabei können entsprechende Bauteile aus Graphit, Kohlenstoff, Hochleistungspolymeren oder Siliziumcarbid (SiC) bestehen, um nur beispielhaft einige Werkstoffe zu nennen. Auch ist es bekannt, tribologischen, mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzte Bauteile als Hybridbauteile auszubilden, die aus einer ersten Bauteilkomponente aus einem metallischen Werkstoff und einer zweiten Bauteilkomponente aus einem kohlenstoffbasierten Werkstoff besteht. Dabei wird die aus kohlenstoffbasiertem Werkstoff bestehende Komponenten in Ausnehmungen der ersten Komponente durch z.B. Schrumpfen oder Pressen eingebracht. Insoweit ist z.B. auf die WO 2021/047784 A1 zu verweisen. Durch den Schrumpf- bzw. Pressprozess sind häufig verfahrenstechnisch anspruchsvolle bzw. aufwendige Verfahrensmaßnahmen erforderlich, die zu einer zusätzlichen Kostenbelastung führt. Nachteilig kann auch sein, dass die zweiten Komponenten, zu deren Sicherung, in Aufnahmen eingesetzt werden müssen, die als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind, so dass sowohl Innen- als auch Außenfläche der ersten Komponente unterbrochen ist. Hierdurch kann gegebenenfalls die mechanische Belastbarkeit limitiert sein. Unabhängig hiervon sind durch die Verfahrensschritte Einpressen bzw. Einschrumpfen in Bezug auf die Geometrie der zweiten Komponente und damit der diese aufnehmende Ausnehmung Einschränkungen in Kauf zu nehmen bzw. bei hohen Fliehkräften ausgesetzten Bauteilen nur spezielle Geometrien möglich. Aus der US 2019/0226525 A1 ist ein Gleitelement mit Ausnehmungen bekannt, in die durch Spritzgießen ein Gleitmittel eingebracht ist. Die Ausnehmungen selbst weisen Hinterschneidungen auf. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Bauteil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass im Vergleich zum Stand der Technik eine Vereinfachung bei der Herstellung gegeben ist. Auch soll ein entsprechendes Bauteil Vorteile in der Anwendung zeigen. Nach einem weiteren Aspekt soll die Möglichkeit gegeben sein, in Abhängigkeit vom Einsatzzweck des ersten Bauteils eine optimal angepasste Geometrie des zweiten Bauteils zu wählen, ohne dass Einbußen in Bezug auf die mechanische Belastbarkeit der ersten Komponente in Kauf genommen werden müssen bzw. diese gegebenenfalls überdimensioniert sein muss. Zur Lösung der Aufgabe wird im Wesentlichen vorgeschlagen, dass die zumindest eine Aufnahme derart ausgebildet wird, dass die Breite entlang der Längsachse variiert, oder dass die Aufnahmen durch schräg verlaufende Stege begrenzt werden und in Umfangsrichtung abwechselnd gleichläufig geneigt zur Längsachse des Bauteils verlaufen, so dass sich zwischen den Aufnahmen der durch Spritzen eingebrachte zweite Werkstoff erstreckt, der zur Oberfläche hin gleichfalls zur Längsachse des Bauteils schräg verlaufende Streifen ausbildet. Die erste Bauteilkomponente kann durch Urformen, additiven Herstellungsprozess, Pressen, insbesondere axiales Pressen oder isostatisches Pressen, hergestellt werden. Wird die erste Bauteilkomponente durch Pressen hergestellt, wird der Grünling zumindest gesintert. Ein Entbindern ist zuvor gleichfalls möglich. B