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WO2022078538A2 - Pressing tool, press device, method for pressing, and spherical ceramic green body - Google Patents

Pressing tool, press device, method for pressing, and spherical ceramic green body Download PDF

Info

Publication number
WO2022078538A2
WO2022078538A2 PCT/DE2021/100558 DE2021100558W WO2022078538A2 WO 2022078538 A2 WO2022078538 A2 WO 2022078538A2 DE 2021100558 W DE2021100558 W DE 2021100558W WO 2022078538 A2 WO2022078538 A2 WO 2022078538A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressing
spherical
ceramic green
upper punch
pressing tool
Prior art date
Application number
PCT/DE2021/100558
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2022078538A3 (en
WO2022078538A9 (en
Inventor
Heiko BALLMES
Reinhard Kick-Rodenbücher
Uwe Plachert
Reinhard REICHELSDORFER
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2022078538A2 publication Critical patent/WO2022078538A2/en
Publication of WO2022078538A3 publication Critical patent/WO2022078538A3/en
Publication of WO2022078538A9 publication Critical patent/WO2022078538A9/en

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/02Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein a ram exerts pressure on the material in a moulding space; Ram heads of special form
    • B28B3/08Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein a ram exerts pressure on the material in a moulding space; Ram heads of special form with two or more rams per mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds
    • B30B15/022Moulds for compacting material in powder, granular of pasta form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06Platens or press rams
    • B30B15/065Press rams

Definitions

  • the invention relates to a multi-part pressing tool for producing a spherical ceramic green compact, the pressing tool being designed to include an upper punch, a lower punch which counteracts the upper punch and a press die.
  • the invention further relates to a press device and method for uniaxial or biaxial pressing.
  • the invention relates to a spherical ceramic green body produced by such a method.
  • a two-stage molding process is usually chosen.
  • a powder preparation or a granulate comprising ceramic powder and binder is pressed into a green compact by means of uniaxial or biaxial pressing.
  • the powder preparation or granules are filled into a one-piece press die.
  • This is usually cylindrical and has no direct shaping function.
  • the desired spherical geometry of the Green body is only formed via the upper and lower punches. For this purpose, a half-shell is introduced into each of the stamps.
  • the two punches are not brought into contact with one another during shaping. This leaves a small gap between the punches. As a result, the formed green compact is not completely spherical. A cylindrical portion remains at the level of the equator of the sphere. This is known as Saturn's ring.
  • this green body still has inhomogeneities in terms of its density, which after debinding of the green body in a subsequent sintering step lead to non-uniform shrinkage behavior and increased out-of-roundness of the sintered blank or component. For this reason, in a second shaping step, the already precompacted green body is recompacted on all sides by cold isostatic pressing. As a result, the aforementioned differences in density can be evened out and almost evened out.
  • the outer geometry of the blank is significantly influenced by the first shaping step.
  • the inner microstructure of the blank and thus its shrinkage behavior are only made more uniform, while major changes in shape no longer take place.
  • the Saturn ring formed in the first shaping step proves to be very disadvantageous in the later finishing of the sintered blank, since it impedes the rotational movement of the ball in a ball mill and thus makes processing more difficult. For this reason, the Saturn ring must first be removed in a kind of pre-machining ("pre-lapping") using a large amount of abrasives, usually in the form of a diamond suspension, before the final spherical geometry can be produced in subsequent fine machining.
  • pre-lapping pre-machining
  • the task is for a multi-part pressing tool for the production of a spherical ceramic green compact, wherein the pressing tool is designed to include an upper punch, a lower punch that counteracts the upper punch and a press die, wherein the upper punch has a first concave surface in the form of a first shell of a first spherical segment and wherein the lower punch has a second concave surface in the form of a second shell of a second spherical section, solved in that the press die is designed in several parts, with all parts of the multi-part press die together forming a third surface in the form of a shell of a spherical segment, with the concave first surface, the concave second surface and the third surface are dimensioned to together form a spherical press chamber for forming the green body.
  • the press die comprises an even number of parts, with two parts being arranged opposite one another and formed in a mirror-inverted manner.
  • the press die is designed in two or four parts. Opposite parts of the press die for forming the press chamber can preferably be moved towards one another.
  • either only the upper punch (uniaxial pressing) or the upper punch and the lower punch (biaxial pressing) are designed to be movable.
  • the second concave surface forms a mirror image of the first concave surface.
  • the first and second concave surfaces may differ in extent.
  • a press device for uniaxially or biaxially pressing a spherical ceramic green compact has proven itself, with the press device comprising a multi-part pressing tool according to the invention.
  • the use of the multi-part pressing tool for uniaxial/biaxial pressing of the spherical green compacts makes it possible to relocate part of the shaping contour to the multi-part press die.
  • the press chamber and thus the press die are closed, so that the formed spherical green body does not have a raised Saturn ring at the equator due to the small dividing seam of the press die, but only a visible narrow ring-shaped mark.
  • Such markings are also present on the dividing seams of the pressing tool at the transition from upper punch to press die and from lower punch to press die on the green body.
  • these do not lead to the necessary time-consuming removal of material projecting beyond the spherical surface of the green compact after debinding and sintering of the green compact.
  • a method for uniaxially pressing a spherical ceramic green compact according to the present invention comprises the following steps:
  • a second method of biaxially pressing a spherical ceramic green compact according to the present invention comprises the following steps: providing a press device according to the invention,
  • Opening the press chamber is understood to mean that at least the upper punch is moved out so far that powder, granulate or preform can be filled into the press chamber via an opening.
  • a preform can be formed, for example, by an extrusion process or a pressing process.
  • the formed spherical ceramic green compact has at least three ring-shaped marks if the press die is made in two parts and divided horizontally. If the press die has more than two parts and, for example, has not only one horizontal but also two or more vertical dividing seams, then the green body still has at least two linear markings connecting the ring-shaped markings in the area of its surface.
  • the markings are therefore arranged in the area of dividing seams, which are present in the press chamber at the transition between the first surface and the third surface, between the second surface and the third surface and between the adjoining parts of the multi-part press die in the area of the third surface.
  • a ceramic powder in the form of silicon nitride (SisN4) and/or aluminum oxide (AI2O3) and/or zirconium oxide (ZrC) and/or ZTA (zirconium oxide-reinforced aluminum oxide)) and/or ATZ (aluminum oxide) is preferably used to form the ceramic green body -reinforced zirconium oxide) and/or silicon carbide (SiC).
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a press device comprising a pressing tool
  • FIG. 2 shows a spherical ceramic green body.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through a press device 11 comprising a multi-part pressing tool 10 for producing a spherical ceramic green compact 1 (see Figure 2), the pressing tool 10 having an upper punch 2 and a lower punch 3 counteracting the upper punch 2, as well as a press die 4.
  • the upper punch 2 has a first concave surface 2a in the form of a first shell of a first spherical segment.
  • the lower punch 3 has a second concave surface 3a in the form of a second jacket of a second spherical section.
  • the press die 4 is designed in several parts, here in two parts, the parts 41, 42 of the multi-part press die 4 together forming a third surface 4a in the form of a shell of a spherical layer.
  • the concave first surface 2a, the concave second surface 3a and the third surface 4a are dimensioned in such a way that together they form a spherical press chamber 5 for forming the green compact 1.
  • the two-part press die 4 here is designed to be divided horizontally.
  • the spherical ceramic green compact 1 formed in the pressing tool 10 according to FIG. 1 has three ring-shaped markings 8a on its surface 9 according to FIG. If the press die 4 has more than two parts 41, 42 and, for example, has not only one horizontal but also two or more vertical dividing seams, then the green body 1 also has at least two linear markings 8b connecting the ring-shaped markings 8a in the area of its surface 9 present. The markings 8a, 8b are therefore arranged in the area of dividing seams 12, 12a, 12b (see FIG.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
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Abstract

The invention relates to a multi-part pressing tool (10) for producing a spherical ceramic green body (1), wherein the pressing tool (10) comprises an upper punch (2), a lower punch (3) counteracting the upper punch, and a press die (4), wherein the upper punch (2) has a first concave surface (2a) in the form of a first shell of a first spherical portion and wherein the lower punch (3) has a second concave surface (3a) in the form of a second shell of a second spherical portion. The press die (4) is formed in a multi-part manner, wherein all the parts (41, 42) of the multi-part press die (4) together form a third surface (4a) in the form of a shell of a spherical layer. The concave first surface (2a), the concave second surface (3a) and the third surface (4a) are dimensioned so as to jointly form a spherical pressing chamber (5) for forming the green body (1).

Description

Presswerkzeuq, Presseneinrichtunq, Verfahren zum Pressen sowie kugelförmiger keramischer Grünling Press tools, press equipment, methods for pressing and spherical ceramic green body
Die Erfindung betrifft ein mehrteiliges Presswerkzeug zur Herstellung eines kugelförmigen keramischen Grünlings, wobei das Presswerkzeug umfassend einen Oberstempel, einen dem Oberstempel entgegenwirkenden Unterstempel und eine Pressmatrize ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Presseneinrichtung und Verfahren zum uniaxialen oder biaxialen Pressen. Die Erfindung betrifft schließlich einen nach einem solchen Verfahren hergestellten kugelförmigen keramischen Grünling. The invention relates to a multi-part pressing tool for producing a spherical ceramic green compact, the pressing tool being designed to include an upper punch, a lower punch which counteracts the upper punch and a press die. The invention further relates to a press device and method for uniaxial or biaxial pressing. Finally, the invention relates to a spherical ceramic green body produced by such a method.
Derzeit ist ein steigender Bedarf im Bereich der keramischen Wälzlager für unterschiedlichste Anwendungen zu beobachten, welcher in den nächsten Jahren noch deutlich zunehmen wird. Gerade die Hybridlager stehen hier besonders im Fokus, bei welchen lediglich die Wälzkörper aus Keramik und die Lagerringe aus Metall gefertigt sind. Den limitierenden Faktor für einen flächendeckenden Einsatz solcher Hybridlager, vor allem auch in Anwendungen für die Automobilindustrie, stellen aktuell die Kosten für derartige keramische Wälzkörper dar. Diese Kosten ergeben sich hauptsächlich durch eine sehr aufwendige Prozessroute zur Herstellung der gesinterten Rohlinge sowie durch die Fertigbearbeitung dieser. There is currently an increasing demand in the field of ceramic roller bearings for a wide variety of applications, which will increase significantly in the coming years. The focus here is particularly on hybrid bearings, in which only the rolling elements are made of ceramic and the bearing rings are made of metal. The limiting factor for a widespread use of such hybrid bearings, especially in applications for the automotive industry, is currently the cost of such ceramic rolling elements. These costs are mainly due to a very complex process route for the production of the sintered blanks and the finish machining of them.
Entscheidend für eine optimale Fertigbearbeitung kugeliger keramischer Wälzkörper ist ein möglichst homogener gesinterter Rohling, der sich vor allem durch gleichmäßige Eigenschaften und eine hohe Rundheit auszeichnet. Diese Eigenschaften werden maßgeblich durch die Wahl des Formgebungsverfahren beeinflusst, das bei der Ausbildung des keramischen Grünlings verwendet wird. A sintered blank that is as homogeneous as possible, which is characterized above all by uniform properties and a high degree of roundness, is decisive for optimal finishing of spherical ceramic rolling elements. These properties are significantly influenced by the choice of shaping process used to form the ceramic green body.
Üblicherweise wird ein zweistufiger Formgebungsprozess gewählt. Im ersten Schritt wird eine Pulverzubereitung oder ein Granulat umfassend keramisches Pulver und Bindemittel mittels uniaxialem oder biaxialem Pressen zu einem Grünling verpresst.A two-stage molding process is usually chosen. In the first step, a powder preparation or a granulate comprising ceramic powder and binder is pressed into a green compact by means of uniaxial or biaxial pressing.
Beim uniaxialen / biaxialen Pressen wird die Pulverzubereitung oder ein Granulat in eine einteilige Pressmatrize eingefüllt. Diese ist in der Regel zylindrisch ausgeführt und hat keine direkte formgebende Funktion. Die gewünschte Kugelgeometrie des Grünlings wird nur über den Ober- und Unterstempel ausgebildet. Dafür ist jeweils eine Halbschale in jeden der Stempel eingebracht. In uniaxial/biaxial pressing, the powder preparation or granules are filled into a one-piece press die. This is usually cylindrical and has no direct shaping function. The desired spherical geometry of the Green body is only formed via the upper and lower punches. For this purpose, a half-shell is introduced into each of the stamps.
Um entsprechenden Prozessschwankungen Rechnung zu tragen und einen starken Werkzeugverschleiß zu vermeiden, werden die beiden Stempel bei der Formgebung nicht in Kontakt miteinander gebracht. Somit verbleibt ein kleiner Spalt zwischen den Stempeln. Dies führt dazu, dass der geformte Grünling nicht komplett kugelig ist. Auf Höhe des Äquators der Kugel verbleibt ein zylindrischer Anteil. Dieser wird als Saturnring bezeichnet. In order to take account of the corresponding process fluctuations and to avoid severe tool wear, the two punches are not brought into contact with one another during shaping. This leaves a small gap between the punches. As a result, the formed green compact is not completely spherical. A cylindrical portion remains at the level of the equator of the sphere. This is known as Saturn's ring.
Dieser Grünling weist jedoch noch Inhomogenitäten betreffend seine Dichte auf, welche nach dem Entbindern des Grünlings in einem nachfolgenden Sinterschritt zu einem ungleichmäßigem Schwindungsverhalten und zu einer erhöhten Unrundheit des gesinterten Rohlings oder Bauteils führen. Aus diesem Grund wird in einem zweiten Formgebungsschritt der bereits vorkom paktierte Grünling durch ein kaltisostatisches Pressen allseitig nachverdichtet. Dadurch lassen sich die zuvor genannten Dichteunterschiede vergleichmäßigen und nahezu ausgleichen. However, this green body still has inhomogeneities in terms of its density, which after debinding of the green body in a subsequent sintering step lead to non-uniform shrinkage behavior and increased out-of-roundness of the sintered blank or component. For this reason, in a second shaping step, the already precompacted green body is recompacted on all sides by cold isostatic pressing. As a result, the aforementioned differences in density can be evened out and almost evened out.
Die Außengeometrie des Rohlings wird allerdings maßgeblich vom ersten Formgebungsschritt beeinflusst. Im nachgeschalteten zweiten Formgebungsschritt des kaltisostatischen Pressens wird lediglich eine Vergleichmäßigung der inneren Gefügestruktur des Rohlings und damit seines Schwindungsverhaltens erreicht, große Gestaltänderungen dagegen finden nicht mehr statt. However, the outer geometry of the blank is significantly influenced by the first shaping step. In the subsequent second shaping step of cold isostatic pressing, the inner microstructure of the blank and thus its shrinkage behavior are only made more uniform, while major changes in shape no longer take place.
Der im ersten Formgebungsschritt gebildete Saturnring erweist sich dabei in der späteren Fertigbearbeitung des gesinterten Rohlings als sehr nachteilig, da dieser die rotatorische Bewegung der Kugel in einer Kugelmühle behindert und somit eine Bearbeitung erschwert. Aus diesem Grund muss in einer Art Vorbearbeitung ("pre- lapping") der Saturnring unter hohem Einsatz von Schleifmittel, meist in Form einer Diamantsuspension, zunächst entfernt werden, bevor in einer anschließenden Feinbearbeitung die endgültige Kugelgeometrie erzeugt werden kann. The Saturn ring formed in the first shaping step proves to be very disadvantageous in the later finishing of the sintered blank, since it impedes the rotational movement of the ball in a ball mill and thus makes processing more difficult. For this reason, the Saturn ring must first be removed in a kind of pre-machining ("pre-lapping") using a large amount of abrasives, usually in the form of a diamond suspension, before the final spherical geometry can be produced in subsequent fine machining.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Außengeometrie eines mittels eines uniaxialen oder biaxialen Pressens gebildeten kugelförmigen keramischen Grünlings ohne einen solchen Saturnring auszubilden. Dazu soll ein geeignetes Presswerkzeug, eine geeignete Presseneinrichtung und geeignete Pressverfahren angegeben werden. It is therefore an object of the invention, the external geometry of a spherical ceramic green body formed by means of a uniaxial or biaxial pressing without to form such a Saturn ring. A suitable pressing tool, a suitable press device and suitable pressing methods should be specified for this purpose.
Die Aufgabe wird für ein mehrteiliges Presswerkzeug zur Herstellung eines kugelförmigen keramischen Grünlings, wobei das Presswerkzeug umfassend einen Oberstempel, einen dem Oberstempel entgegenwirkenden Unterstempel und eine Pressmatrize ausgebildet ist, wobei der Oberstempel eine erste konkave Oberfläche in Form eines ersten Mantels eines ersten Kugelabschnitts aufweist und wobei der Unterstempel eine zweite konkave Oberfläche in Form eines zweiten Mantels eines zweiten Kugelabschnitts aufweist, dadurch gelöst, dass die Pressmatrize mehrteilig ausgebildet ist, wobei alle Teile der mehrteiligen Pressmatrize zusammen eine dritte Oberfläche in Form eines Mantels einer Kugelschicht ausbilden, wobei die konkave erste Oberfläche, die konkave zweite Oberfläche und die dritte Oberfläche derart dimensioniert sind, zusammen eine kugelförmige Presskammer zur Ausbildung des Grünlings zu bilden. The task is for a multi-part pressing tool for the production of a spherical ceramic green compact, wherein the pressing tool is designed to include an upper punch, a lower punch that counteracts the upper punch and a press die, wherein the upper punch has a first concave surface in the form of a first shell of a first spherical segment and wherein the lower punch has a second concave surface in the form of a second shell of a second spherical section, solved in that the press die is designed in several parts, with all parts of the multi-part press die together forming a third surface in the form of a shell of a spherical segment, with the concave first surface, the concave second surface and the third surface are dimensioned to together form a spherical press chamber for forming the green body.
Dadurch wird im Bereich des Äquators des Grünlings kein Saturnring ausgebildet, der nach einem Entbindern und Sintern des Grünlings zeitaufwendig abgetragen werden müsste. As a result, no ring of Saturn is formed in the area of the equator of the green compact, which would have to be removed in a time-consuming manner after debinding and sintering of the green compact.
Es hat sich bewährt, wenn die Pressmatrize eine geradzahlige Anzahl von Teilen umfasst, wobei jeweils zwei Teile sich gegenüberliegend angeordnet und spiegelbildlich ausgeformt sind. Insbesondere ist die Pressmatrize zwei- oder vierteilig ausgebildet. Sich gegenüberliegenden Teile der Pressmatrize zur Ausbildung der Presskammer sind bevorzugt aufeinander zu beweglich. It has proven useful if the press die comprises an even number of parts, with two parts being arranged opposite one another and formed in a mirror-inverted manner. In particular, the press die is designed in two or four parts. Opposite parts of the press die for forming the press chamber can preferably be moved towards one another.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Presswerkzeugs ist entweder nur der Oberstempel (uniaxiales Pressen) oder der Oberstempel und der Unterstempel (biaxiales Pressen) beweglich ausgebildet. In a preferred embodiment of the pressing tool, either only the upper punch (uniaxial pressing) or the upper punch and the lower punch (biaxial pressing) are designed to be movable.
Bevorzugt bildet die zweite konkave Oberfläche ein Spiegelbild der ersten konkaven Oberfläche. Allerdings können sich die erste und zweite konkave Oberfläche hinsichtlich ihrer Ausdehnung unterscheiden. Eine Presseneinrichtung zum uniaxialen oder biaxialen Pressen eines kugelförmigen keramischen Grünlings hat sich bewährt, wobei die Presseneinrichtung ein erfindungsgemäßes mehrteiliges Presswerkzeug umfasst. Preferably the second concave surface forms a mirror image of the first concave surface. However, the first and second concave surfaces may differ in extent. A press device for uniaxially or biaxially pressing a spherical ceramic green compact has proven itself, with the press device comprising a multi-part pressing tool according to the invention.
Die Verwendung des mehrteiligen Presswerkzeugs zum uniaxialen / biaxialen Pressen der kugelförmigen Grünlinge ermöglicht es, einen Teil der formgebenden Kontur in die mehrteilige Pressmatrize zu verlagern. Zum Zeitpunkt der Kugelformgebung ist die Presskammer und damit die Pressmatrize geschlossen, so dass der geformte kugelige Grünling aufgrund der klein dimensionierten Teilungsnaht der Pressmatrize am Äquator keinen erhabenen Saturnring, sondern lediglich eine sichtbare schmale ringförmige Markierung aufweist. Derartige Markierungen sind auch an den Teilungsnähten des Presswerkzeugs am Übergang von Oberstempel zu Pressmatrize und von Unterstempel zu Pressmatrize am Grünling vorhanden. Diese führen allerdings nicht zu einer notwendigen zeitintensiven Abtragung von über die Kugeloberfläche des Grünlings überstehendem Material nach einem Entbindern und Sintern des Grünlings. The use of the multi-part pressing tool for uniaxial/biaxial pressing of the spherical green compacts makes it possible to relocate part of the shaping contour to the multi-part press die. At the time of spherical shaping, the press chamber and thus the press die are closed, so that the formed spherical green body does not have a raised Saturn ring at the equator due to the small dividing seam of the press die, but only a visible narrow ring-shaped mark. Such markings are also present on the dividing seams of the pressing tool at the transition from upper punch to press die and from lower punch to press die on the green body. However, these do not lead to the necessary time-consuming removal of material projecting beyond the spherical surface of the green compact after debinding and sintering of the green compact.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum uniaxialen Pressen eines kugelförmigen keramischen Grünlings umfasst die folgenden Schritte: A method for uniaxially pressing a spherical ceramic green compact according to the present invention comprises the following steps:
Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Presseneinrichtung, providing a press device according to the invention,
Öffnen der Presskammer des mehrteiligen Presswerkzeuges mittels des Oberstempels, Opening the pressing chamber of the multi-part pressing tool using the upper punch,
Einfüllen einer Pulverzubereitung oder eines Granulats enthaltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel zur Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings oder Filling in a powder preparation or a granulate containing at least one ceramic powder and a binder to form the spherical ceramic green body or
Einbringen eines Vorformlings aus einer Pulverzubereitung oder einem Granulat enthaltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel, und Introduction of a preform from a powder preparation or a granulate containing at least one ceramic powder and a binder, and
Schließen der Presskammer mittels des Oberstempels unter Ausbildung eines Pressdruckes in der Presskammer und Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings. Closing the pressing chamber by means of the upper punch, forming a pressing pressure in the pressing chamber and forming the spherical ceramic green body.
Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren zum biaxialen Pressen eines kugelförmigen keramischen Grünlings umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Presseneinrichtung, A second method of biaxially pressing a spherical ceramic green compact according to the present invention comprises the following steps: providing a press device according to the invention,
Öffnen der Presskammer des mehrteiligen Presswerkzeuges mittels des Oberstempels und des Unterstempels, Opening of the pressing chamber of the multi-part pressing tool by means of the upper punch and the lower punch,
Einfüllen einer Pulverzubereitung oder eines Granulats enthaltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel zur Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings oder Filling in a powder preparation or a granulate containing at least one ceramic powder and a binder to form the spherical ceramic green body or
Einbringen eines Vorformlings aus einer Pulverzubereitung oder einem Granulat enthaltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel, und Introduction of a preform from a powder preparation or a granulate containing at least one ceramic powder and a binder, and
Schließen der Presskammer mittels des Oberstempels und des Unterstempels unter Ausbildung eines Pressdruckes auf den Vorformling in der Presskammer und Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings. Closing of the pressing chamber by means of the upper punch and the lower punch, forming a pressing pressure on the preform in the pressing chamber and forming the spherical ceramic green body.
Dabei wird unter einem „Öffnen der Presskammer“ verstanden, dass zumindest der Oberstempel soweit herausgefahren wird, dass über eine Öffnung ein Einfüllen von Pulver, Granulat oder Vorformling in die Presskammer möglich wird. “Opening the press chamber” is understood to mean that at least the upper punch is moved out so far that powder, granulate or preform can be filled into the press chamber via an opening.
Ein Vorformling kann beispielsweise durch einen Extrusionsvorgang oder einen Pressvorgang ausgebildet sein. A preform can be formed, for example, by an extrusion process or a pressing process.
Der gebildete kugelförmige keramische Grünling weist mindestens drei ringförmige Markierungen auf, sofern die Pressmatrize zweiteilig ausgeführt ist und horizontal geteilt ist. Sofern die Pressmatrize mehr als zwei Teile aufweist und beispielsweise nicht nur eine horizontale, sondern zudem zwei oder mehr vertikale Teilungsnähte aufweist, so sind am Grünling weiterhin mindestens zwei, die ringförmigen Markierungen verbindende linienförmige Markierungen im Bereich seiner Oberfläche vorhanden. The formed spherical ceramic green compact has at least three ring-shaped marks if the press die is made in two parts and divided horizontally. If the press die has more than two parts and, for example, has not only one horizontal but also two or more vertical dividing seams, then the green body still has at least two linear markings connecting the ring-shaped markings in the area of its surface.
Die Markierung sind demnach im Bereich von Teilungsnähten angeordnet, die in der Presskammer am Übergang zwischen der ersten Oberfläche und der dritten Oberfläche, zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche sowie zwischen den aneinander angrenzenden Teilen der mehrteiligen Pressmatrize im Bereich der dritten Oberfläche vorhanden sind. The markings are therefore arranged in the area of dividing seams, which are present in the press chamber at the transition between the first surface and the third surface, between the second surface and the third surface and between the adjoining parts of the multi-part press die in the area of the third surface.
Nach einem Entbindern und Sintern des Grünlings ist ein Zeitbedarf zur Endbearbeitung der Keramikkugel auf einen definierten Durchmesser signifikant reduziert. Zur Bildung des keramischen Grünlings kommt vorzugsweise ein keramisches Pulver zum Einsatz in Form von Siliziumnitrid (SisN4) und/oder Aluminiumoxid (AI2O3) und/oder Zirkonoxid (ZrC ) und/oder ZTA (Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid)) und/oder ATZ (Aluminiumoxid-verstärktes Zirkonoxid) und/oder Siliziumkarbid (SiC). After debinding and sintering of the green compact, the time required for finishing the ceramic ball to a defined diameter is significantly reduced. A ceramic powder in the form of silicon nitride (SisN4) and/or aluminum oxide (AI2O3) and/or zirconium oxide (ZrC) and/or ZTA (zirconium oxide-reinforced aluminum oxide)) and/or ATZ (aluminum oxide) is preferably used to form the ceramic green body -reinforced zirconium oxide) and/or silicon carbide (SiC).
Die Figuren 1 und 2 sollen die vorliegende Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Presseneinrichtung umfassend ein Presswerkzeug, und Figures 1 and 2 are intended to explain the present invention by way of example. Thus: FIG. 1 shows a longitudinal section through a press device comprising a pressing tool, and
Figur 2 einen kugelförmigen keramischen Grünling. FIG. 2 shows a spherical ceramic green body.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Presseneinrichtung 11 umfassend ein mehrteiliges Presswerkzeug 10 zur Herstellung eines kugelförmigen keramischen Grünlings 1 (vergleiche Figur 2), wobei das Presswerkzeug 10 einen Oberstempel 2 und einen dem Oberstempel 2 entgegenwirkenden Unterstempel 3 sowie eine Pressmatrize 4 aufweist. Der Oberstempel 2 weist eine erste konkave Oberfläche 2a in Form eines ersten Mantels eines ersten Kugelabschnitts auf. Der Unterstempel 3 weist eine zweite konkave Oberfläche 3a in Form eines zweiten Mantels eines zweiten Kugelabschnitts auf. Die Pressmatrize 4 ist mehrteilig, hier zweiteilig, ausgebildet, wobei die Teile 41 , 42 der mehrteiligen Pressmatrize 4 zusammen eine dritte Oberfläche 4a in Form eines Mantels einer Kugelschicht ausbilden. Die konkave erste Oberfläche 2a, die konkave zweite Oberfläche 3a und die dritte Oberfläche 4a sind derart dimensioniert, dass diese zusammen eine kugelförmige Presskammer 5 zur Ausbildung des Grünlings 1 ausbilden. Die hier zweiteilige Pressmatrize 4 ist horizontal geteilt ausgeführt. Figure 1 shows a longitudinal section through a press device 11 comprising a multi-part pressing tool 10 for producing a spherical ceramic green compact 1 (see Figure 2), the pressing tool 10 having an upper punch 2 and a lower punch 3 counteracting the upper punch 2, as well as a press die 4. The upper punch 2 has a first concave surface 2a in the form of a first shell of a first spherical segment. The lower punch 3 has a second concave surface 3a in the form of a second jacket of a second spherical section. The press die 4 is designed in several parts, here in two parts, the parts 41, 42 of the multi-part press die 4 together forming a third surface 4a in the form of a shell of a spherical layer. The concave first surface 2a, the concave second surface 3a and the third surface 4a are dimensioned in such a way that together they form a spherical press chamber 5 for forming the green compact 1. The two-part press die 4 here is designed to be divided horizontally.
Der in dem Presswerkzeug 10 gemäß Figur 1 gebildete kugelförmige keramische Grünling 1 weist gemäß Figur 2 an seiner Oberfläche 9 drei ringförmige Markierungen 8a auf. Sofern die Pressmatrize 4 mehr als zwei Teile 41 , 42 aufweist und beispielsweise nicht nur eine horizontale, sondern zudem zwei oder mehr vertikale Teilungsnähte aufweist, so sind am Grünling 1 weiterhin mindestens zwei, die ringförmigen Markierungen 8a verbindende linienförmige Markierungen 8b im Bereich seiner Oberfläche 9 vorhanden. Die Markierung 8a, 8b sind demnach im Bereich von Teilungsnähten 12, 12a, 12b angeordnet (vergleiche Figur 1 ), die in der Presskammer 5 am Übergang zwischen der ersten Oberfläche 2a und der dritten Oberfläche 4a, zwischen der zweiten Oberfläche 3a und der dritten Oberfläche 4a sowie zwischen den aneinander angrenzenden Teilen 41 , 42 der mehrteiligen Pressmatrize 4 im Bereich der dritten Oberfläche 4a vorhanden sind. The spherical ceramic green compact 1 formed in the pressing tool 10 according to FIG. 1 has three ring-shaped markings 8a on its surface 9 according to FIG. If the press die 4 has more than two parts 41, 42 and, for example, has not only one horizontal but also two or more vertical dividing seams, then the green body 1 also has at least two linear markings 8b connecting the ring-shaped markings 8a in the area of its surface 9 present. The markings 8a, 8b are therefore arranged in the area of dividing seams 12, 12a, 12b (see FIG. 1) which, in the bale chamber 5, are located at the transition between the first surface 2a and the third surface 4a, between of the second surface 3a and the third surface 4a as well as between the mutually adjoining parts 41, 42 of the multi-part press die 4 in the region of the third surface 4a.
Bezuqszeichenliste Reference character list
Grünling greenling
Oberstempel a erste Oberfläche Upper die a first surface
Unterstempel a zweite Oberfläche Lower die a second surface
Pressmatrize a dritte Oberfläche 1 , 42 Teil der Pressmatrize Press die a third surface 1, 42 part of the press die
Presskammer a, 8b Markierung Bale chamber a, 8b marking
Oberfläche des Grünlings 0 Presswerkzeug 1 Presseneinrichtung 2, 12a, 12b Teilungsnaht Surface of the green compact 0 pressing tool 1 pressing device 2, 12a, 12b dividing seam

Claims

- 9 -- 9 -
Patentansprüche Mehrteiliges Presswerkzeug (10) zur Herstellung eines kugelförmigen keramischen Grünlings (1 ), wobei das Presswerkzeug (10) umfassend einen Oberstempel (2), einen dem Oberstempel entgegenwirkenden Unterstempel (3) und eine Pressmatrize (4) ausgebildet ist, wobei der Oberstempel Multi-part pressing tool (10) for producing a spherical ceramic green body (1), the pressing tool (10) comprising an upper punch (2), a lower punch (3) counteracting the upper punch and a press die (4), the upper punch
(2) eine erste konkave Oberfläche (2a) in Form eines ersten Mantels eines ersten Kugelabschnitts aufweist und wobei der Unterstempel (2) having a first concave surface (2a) in the form of a first envelope of a first spherical segment and wherein the lower punch
(3) eine zweite konkave Oberfläche (3a) in Form eines zweiten Mantels eines zweiten Kugelabschnitts aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressmatrize (4) mehrteilig ausgebildet ist, wobei alle Teile (41 , 42) der mehrteiligen Pressmatrize (4) zusammen eine dritte Oberfläche (4a) in Form eines Mantels einer Kugelschicht ausbilden, wobei die konkave erste Oberfläche (2a), die konkave zweite Oberfläche (3a) und die dritte Oberfläche (4a) derart dimensioniert sind, zusammen eine kugelförmige Presskammer (5) zur Ausbildung des Grünlings (1 ) zu bilden. Mehrteiliges Presswerkzeug (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pressmatrize (4) eine geradzahlige Anzahl von Teilen (41 , 42) umfasst, wobei jeweils zwei Teile (41 , 42) sich gegenüberliegend angeordnet und spiegelbildlich ausgeformt sind. Mehrteiliges Presswerkzeug (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressmatrize (4) zwei- oder vierteilig ausgebildet ist. Mehrteiliges Presswerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberliegenden Teile (41 , 42) der Pressmatrize (3) has a second concave surface (3a) in the form of a second shell of a second spherical section, characterized in that the press die (4) is designed in several parts, all parts (41, 42) of the multi-part press die (4) together forming a third Form the surface (4a) in the form of a shell of a layer of spheres, the concave first surface (2a), the concave second surface (3a) and the third surface (4a) being dimensioned in such a way that together form a spherical pressing chamber (5) for forming the green body (1) to form. Multi-part pressing tool (10) according to claim 1, characterized in that the pressing die (4) comprises an even number of parts (41, 42), wherein two parts (41, 42) are arranged opposite one another and are formed as mirror images. Multi-part pressing tool (10) according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the press die (4) is designed in two or four parts. Multi-part pressing tool (10) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the opposing parts (41, 42) of the press die
(4) zur Ausbildung der Presskammer (4) to form the press chamber
(5) aufeinander zu beweglich sind. Mehrteiliges Presswerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Oberstempel (2) oder der Oberstempel (2) und der Unterstempel (3) beweglich ausgebildet sind. (5) are movable toward each other. Multi-part pressing tool (10) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that only the upper punch (2) or the upper punch (2) and the lower punch (3) are designed to be movable.
6. Mehrteiliges Presswerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite konkave Oberfläche (3a) ein Spiegelbild der ersten konkaven Oberfläche (2a) bildet. 6. Multi-part pressing tool (10) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the second concave surface (3a) forms a mirror image of the first concave surface (2a).
7. Presseneinrichtung (11 ) zum uniaxialen oder biaxialen Pressen eines kugelförmigen keramischen Grünlings (1 ), wobei die Presseneinrichtung (11 ) ein mehrteiliges Presswerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst. 7. Press device (11) for uniaxially or biaxially pressing a spherical ceramic green compact (1), wherein the press device (11) comprises a multi-part pressing tool (10) according to one of claims 1 to 6.
8. Verfahren zum uniaxialen Pressen eines kugelförmigen keramischen Grünlings (1 ) mit den folgenden Schritten: 8. A method for uniaxially pressing a spherical ceramic green compact (1), comprising the following steps:
Bereitstellen einer Presseneinrichtung (11 ) gemäß Anspruch 7, Providing a press device (11) according to claim 7,
Öffnen der Presskammer (5) des mehrteiligen Presswerkzeuges (10) mittels des Oberstempels (2), Opening the pressing chamber (5) of the multi-part pressing tool (10) by means of the upper punch (2),
Einfüllen einer Pulverzubereitung oder eines Granulats enthaltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel zur Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings (1 ) oder Filling in a powder preparation or a granulate containing at least one ceramic powder and a binder to form the spherical ceramic green compact (1) or
Einbringen eines Vorformlings aus einer Pulverzubereitung oder einem Granulat enthaltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel, und Schließen der Presskammer (5) mittels des Oberstempels (2) unter Ausbildung eines Pressdruckes in der Presskammer (5) und Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings (1 ). Introduction of a preform from a powder preparation or a granulate containing at least one ceramic powder and a binder, and closing the pressing chamber (5) by means of the upper punch (2) while forming a pressing pressure in the pressing chamber (5) and forming the spherical ceramic green compact (1). .
9. Verfahren zum biaxialen Pressen eines kugelförmigen keramischen Grünlings (1 ) mit den folgenden Schritten: 9. A method for biaxially pressing a spherical ceramic green body (1), comprising the following steps:
Bereitstellen einer Presseneinrichtung (11 ) gemäß Anspruch 7, Providing a press device (11) according to claim 7,
Öffnen der Presskammer (5) des mehrteiligen Presswerkzeuges (10) mittels des Oberstempels (2) und des Unterstempels (3), Opening the pressing chamber (5) of the multi-part pressing tool (10) by means of the upper punch (2) and the lower punch (3),
Einfüllen einer Pulverzubereitung oder eines Granulats enthaltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel zur Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings (1 ) oder Filling in a powder preparation or a granulate containing at least one ceramic powder and a binder to form the spherical ceramic green compact (1) or
Einbringen eines Vorformlings aus einer Pulverzubereitung oder einem Granulat enthaltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel, und - 11 -Introduction of a preform from a powder preparation or a granulate containing at least one ceramic powder and a binder, and - 11 -
Schließen der Presskammer (5) mittels des Oberstempels (2) und des Unterstempels (3) unter Ausbildung eines Pressdruckes auf den Vorformling in der Presskammer (5) und Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings (1 ). Closing the pressing chamber (5) by means of the upper punch (2) and the lower punch (3) while forming a pressing pressure on the preform in the pressing chamber (5) and forming the spherical ceramic green body (1).
10. Kugelförmiger keramischer Grünling (1 ), hergestellt nach einem Verfahren nach10. Spherical ceramic green compact (1), produced by a method according to
Anspruch 9 oder Anspruch 10, welcher mindestens drei ringförmige Markierungen (8a) und optional weiterhin mindestens zwei, die ringförmigen Markierungen (8a) verbindende linienförmige Markierungen (8b) im Bereich seiner Oberfläche (9) aufweist. Claim 9 or Claim 10, which has at least three annular markings (8a) and optionally also at least two linear markings (8b) connecting the annular markings (8a) in the region of its surface (9).
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