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. 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.

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 Al 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.

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 werden verfahrensmäßig im Wesentlichen folgende Verfahrensschritte vorgeschlagen:

- Herstellen der ersten Bauteilkomponente mit zumindest einer in dem Funktionsbereich ausgebildeten Aufnahme,

- Herstellen der zweiten B auteilkomponente durch Spritzgießen des zweiten Werkstoffs zumindest in die zumindest eine Aufnahme. Die erste Bauteilkomponente kann durch Urformen, additiven Herstellungsprozess, Pressen, insbesondere axiales Pressen oder isostatisches Pressen, hergestellt werden.

Wird die erste B auteilkomponente durch Pressen hergestellt, wird der Grünling zumindest gesintert. Ein Entbindem ist zuvor gleichfalls möglich.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die erste Bauteilkomponente durch Metallpulverspritzen und nach gegebenenfalls erfolgter Entbinderung anschließendes Sintern hergestellt wird.

Ist das Metallpulverspritzen als bevorzugt zu bezeichnen, so kann die metallische erste B auteilkomponente grundsätzlich über jeden Ur- und Umformprozess hergestellt werden. So kann auch eine mechanische Bearbeitung aus dem Vollen oder ein Feinguss zur Herstellung der ersten Bauteilkomponente in Frage kommen.

Erfindungsgemäß wird im Vergleich zum Stand der Technik ein schlanker Herstellprozess genutzt, um ein Bauteil mit einem Funktionsbereich herzustellen, der insbesondere tribologisch beansprucht wird. Dabei werden technisch ausgereifte Herstellungsprozesse benutzt, insbesondere in Bezug auf das zweite Bauteil .

Gleiches gilt für das erste Bauteil, das in Spritzgießtechnik oder Presstechnik, aber auch durch additive Fertigung herstellt werden kann.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre wird mit dem Pulverspritzgießverfahren (MIM) oder Presstechnik, insbesondere axiale Presstechnik, die erste Bauteilkomponente hergestellt, die auch als Metallfassung bezeichnet werden kann. Dazu wird Metallpulver unter Hinzugabe von Additiven zu einem spritzgussfahigen oder pressfahigen Feedstock verarbeitet, gespritzt oder gepresst, entbindert (nur bei MIM) und gesintert. Ein fertiges stabiles Metallbauteil steht sodann zur Verfügung. Dieses Bauteil wird in einem zweiten F ertigungsschritt mit dem zweiten Werkstoff ausgespritzt, insbesondere Kohlenstoffspritzgussmasse /-material. In diesem Fall spricht man von einem Kohlenstoffspritzguss. Es besteht die Möglichkeit, dann, wenn der Funktionsbereich innerhalb einer Innenfläche einer ersten Bauteilkomponente verläuft, die Außenfläche eines solchen geschlossen auszubilden, so dass sich eine hohe mechanische Belastbarkeit ergibt, auch ein problemloses Schweißen oder Löten oder eine sonstige Bearbeitung ist möglich. Dies kann insbesondere für Gleitlager von Vorteil sein.

Um ein sicheres Befestigen der zweiten Komponente in der ersten Komponente zu gewährleisten, sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, dass die zumindest eine Aufnahme mit einer von einer Öffnung begrenzten Hinterschneidung zur Unverlierbarkeit der zweiten Bauteilkomponente ausgebildet wird.

Dabei ist besonderes zu bevorzugen, dass die Aufnahme mit einer Längsachse ausgebildet wird, die vorzugsweise entlang einer Rotationsachse des Bauteils verläuft, dass die Aufnahme quer zur Längsachse eine schwalbenschwanzförmige Hinterschnittgeometrie mit einer Öffnung aufweist, die zumindest abschnittsweise kleiner als maximaler Querschnitt der Aufnahme ist, jeweils quer zu der Längsachse betrachtet.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Aufnahme derart ausgebildet wird, dass die Breite entlang der Längsachse variiert, insbesondere sich stetig verändert, d.h. zunimmt bzw. abnimmt.

Selbstverständlich ist von der Erfindung auch die Möglichkeit erfasst, dass die Breite gleichbleibt oder eine Helixform aufweist.

Die Aufnahme selbst kann auch in Form einer Helix oder von Schrägen dargestellt werden.

Dabei können mehrere Aufnahmen mit schwalbenschwanzformiger Hinterschnittgeometrie ausgebildet werden, wobei benachbarte Aufnahmen derart ausgebildet werden, dass diese in ihrer jeweiligen Breite entgegengesetzt variieren.

Dadurch, dass die zweite Komponente in der Spritzgießtechnik urgeformt wird, ist es nicht erforderlich, dass vorgefertigte zweite Komponenten gesondert hergestellt und sodann gelagert werden müssen, bevor diese in die erste Bauteilkomponente eingesetzt bzw. eingepresst werden. Durch den Einsatz zweier bekannter Techniken kann eine Hochautomatisierung erfolgen, die der Stand der Technik nicht kennt.

Insbesondere ist hervorzuheben, dass als der zweite Werkstoff ein kohlenstoffbasierter oder -haltiger Werkstoff verwendet wird.

Als zweiter Werkstoff kann aber auch ein spritzgussfahiger Kunststoff verwendet werden, der insbesondere gute Gleiteigenschaften besitzt. Beispielhaft sind zu nennen PA (Polyamid) oder PEEK (Polyetheretherketon) oder PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PES (Polyethersulfon) oder PPS (Polyphenylinsulfid) .

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass als der kohlenstoffbasierte oder -haltige Werkstoff ein mit Kohlenstoff gefüllter polymerer Werkstoff verwendet wird.

Bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass als der zweite Werkstoff ein solcher verwendet wird, der einen Anteil an thermoplastischem Polymer von 30 Vol.-% bis < 60 Vol.-.% und einen Anteil an Kohlenstoff von > 40 Vol.-% bis 70 Vol.-% aufweist.

Dabei kann als Kohlenstoffwerkstoff Grafit, ein überwiegend kohlenstoffhaltiger Feststoff, Petrolkoks oder eine Mischung dieser Stoffe verwendet werden.

Eine weitere Möglichkeit sieht vor, dass als der zweite Werkstoff ein solcher verwendet wird, der frei von reinem Polytetrafluorethylen ist.

Insbesondere wird als der polymere Werkstoff ein solcher verwendet, der ein thermoplastisches Fluorpolymer aufweist.

Als polymerer Werkstoff wird, vorzugsweise ausschließlich, Ethylen-Tetrafluorethylen- Copolymer, oder Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer und ein Hochtemperatur- Thermoplast, vorzugsweise Polyphenylensulfid, Polyetheretherketon, Polyethersulfon und/oder Polyamidimid, verwendet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass als polymerer Werkstoff, vorzugsweise ausschließlich, ein Hochtemperatur-Thermoplast, bevorzugt Polyphenylensulfid,

Polyetheretherketon, Polyethersulfon oder Polyamidimid, verwendet wird.

In Bezug auf das erste Bauteil ist insbesondere vorgesehen, dass als metallischer erster Werkstoff ein solcher verwendet wird, der zumindest ein Metall aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Chrom, Zinn, Eisen, Molybdän enthält.

Es besteht auch die Möglichkeit, dass als der zweite Werkstoff ein behinderter Kohlenstoff verwendet wird oder diesen zumindest enthält.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass als behinderter Kohlenstoff ein solcher verwendet wird, bei dem im Rohzustand als Kohlenstoffkomponente Koks und/oder Grafit und ein Bindemittel aus der Gruppe der Duromere und/oder Thermoplaste verwendet wird.

Es besteht die Möglichkeit, dass als Bindemittel für den kohlenstoffhaltigen bzw. - basierten Werkstoff zumindest ein duroplastisches Polymer verwendet wird.

Die Erfindung schließt auch ein, dass die erste Bauteilkomponente von der zweiten Bauteilkomponente zumindest teilweise umspritzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Bauteil, wie Lager Gleitlager, Zahnrad, Ritzel, Riemenräder, Pumpenräder, oder ein Bauteil mit linearer oder anders geformter Gleitfläche mit zumindest einem Funktionsbereich, insbesondere mit tribologisch, thermisch und/oder mechanisch zu beanspruchenden Bereich, das sich dadurch auszeichnet, dass 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, dass der erste Bauteilkörper in dem Funktionsbereich zumindest eine zumindest eine Hinterschneidung aufweisende Ausnehmung aufweist, die von der zweiten Bauteilkomponente mittels Spritzgießen ausgefüllt ist.

Nach dem Spritzgießen der zweiten Komponente kann eine thermische N achbehandlung stattfinden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass in der ersten Bauteilkomponente mehrere mit der zweiten Bauteilkomponente ausgefüllte Ausnehmungen vorgesehen sind.

Dabei kann der Funktionsbereich ein Abschnitt oder mehrere Abschnitte einer zu einer Achse rotationssymmetrisch verlaufenden Umhüllenden sein.

Die erfindungsgemäße Lehre schließt selbstverständlich auch ein, dass der Funktionsbereich in zumindest einer Stirnfläche des Bauteils oder auf zumindest einer Außenseite ausgebildet ist.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die zumindest eine Ausnehmung in senkrecht zu der Achse verlaufendem Schnitt eine Schwalbenschwanzhinterschnittgeometrie aufweist.

Die zweite Komponente sollte durch den in mehrere Ausnehmungen eingebrachten zweiten Werkstoff gebildet sein.

Bevorzugterweise sollten bei mehreren z. B. im Schnitt eine Schwalbenschwanzhinterschnittgeometrie aufweisenden Ausnehmungen benachbarte Ausnehmungen gegenläufig verlaufend variierende Breiten aufweisen.

Wird bevorzugt eine Schwalbenschwanzhinterschnittgeometrie angegeben, so ist hierdurch die erfindungsgemäße Lehre nicht beschränkt. Andere Hinterschnittgeometrien wie Konus, Kreisabschnitt sind gleichfalls möglich. Die erfindungsgemäße Lehre ist auf eine spezielle Hinterschnittgeometrie nicht eingeschränkt.

Unabhängig hiervon sollte vorgesehen sein, dass bei mehreren im Schnitt eine Schwalbenschwanzhinterschnittgeometrie aufweisenden Ausnehmungen benachbarte Ausnehmungen sich entlang einer oder der Achse konisch erweitern bzw. verjüngen.

Ferner sollte die zweite Bauteilkomponente oberflächenseitig bündig in angrenzenden Bereich der ersten Bauteilkomponente übergehen. Die zweite Bauteilkomponente kann aber auch in Bezug auf den angrenzenden Oberflächenbereich der ersten Bauteilkomponente untermaßig oder übermäßig ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Bauteil kann auch eine Komponente eines Gleitpaars, wie Pumpenwelle und Gleitlager, sein. Dabei besteht die Möglichkeit, jede der Gleitpaarkomponenten entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre auszubilden.

Unabhängig hiervon ist der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lehre darin zu sehen, dass zur Herstellung der zweiten Komponente ein Pulverspritzgießverfahren bzw. Kohlenstoffspritzguss eingesetzt wird, das problemlos beherrschbar ist. Dabei besteht die Möglichkeit, die zweite Komponente in Hinterschneidungen in der ersten Komponente aufweisende Ausnehmungen einzubringen, so dass ein sicheres Halten der zweiten Komponente gewährleistet ist.

Ein Vorteil ist auch darin zu sehen, dass z.B. bei einem Gleitlager die Umfangsfläche als geschlossene Metallhülle ausgebildet sein kann, so dass durch die geschlossene Hülle optimale mechanische Eigenschaften erzielbar sind. Wird die erste Komponente gleichfalls im Spritzgießverfahren, also Metallpulverspritzgießverfahren, hergestellt, können zwei hochautomatisierte Verfahren zur Herstellung des Bauteils zum Einsatz gelangen.

Wird die zweite Komponente in Ausnehmungen mit Hinterschnittgeometrie durch Spritzengießen eingebracht, wobei benachbarte in Längsachsenrichtung des Bauteils verlaufenden Ausnehmungen entgegensetzt variierende Breiten, insbesondere gegengleich, ausgebildet sind, ist der Vorteil gegeben, dass sich eine optimale Mischreibung zwischen Kohlenstoffmaterial und Metall ergeben kann. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ausnehmung eines schwalbenschwanzformige Hinterschnittgeometrie aufweist. Entsprechende Vorteile können sich jedoch auch dann ergeben, wenn der Verlauf der Ausnehmungen durch parallele Schrägen oder eine Helixform vorgegeben ist. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Bauteil in Form eines Gleitlagers, Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Gleitlagers im Schnitt,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer Welle im Schnitt,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer Gleitplatte im Schnitt,

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Bauteils mit innen- und außenflächig vorhandenen Funktionsbereichen,

Fig. 6 Prinzipdarstellungen von Hinterschneidungen,

Fig. 7 einen ersten Verfahrensablauf zur Herstellung eines Bauteils, Fig. 8 einen zweiten Verfahrensablauf zur Herstellung eines Bauteils, und Fig. 9 Abwicklungen von Bauteilen.

Anhang der Fig. wird die erfindungsgemäße Lehre zur Herstellung eines Bauteils beschrieben, der zumindest einen Funktionsbereich aufweist, um mechanischen, thermischen und/oder insbesondere tribologischen Belastungen Stand zu halten, wie dies z.B. bei einem Gleitlager, einer Welle oder einem Zahnrad erforderlich ist.

Zur Herstellung eines entsprechenden Bauteils wird eine erste Komponente des Bauteils, das einen metallischen ersten Werkstoff, insbesondere ausgebildet aus der Gruppe, umfassend Kupfer, Nickel, Chrom, Eisen, Titan, Molybdän und Zink, als Basismaterial enthält, wird insbesondere Metallpulverspritzgießverfahren eingesetzt, wenngleich auch andere Herstellungsverfahren, wie additive Herstellung oder Pressen, insbesondere axiales Pressen, in Frage kommen. Dem Grunde nach kommen alle Ur- und Umformprozesse in Frage, um die erste Komponente des Bauteils herzustellen. Dabei sind auch das mechanische Bearbeiten aus den Vollen, Feinguss oder die additive Fertigung zu nennen.

Anhand der Fig. 7 soll beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden, bei dem zur Herstellung der ersten Komponente des Bauteils das Metallpulverspritzgießverfahren (MIM) zur Anwendung gelangt.

So wird entsprechend in einem Verfahrensschritt 1 Metallpulver mit einem Binder zu einer homogenen Pulvermischung verknetet und erwärmt. Bei dem Metallpulver kann es sich um ein solches handeln, bei dem die numerische P artikelgrößenverteilung mit D ₉₀ = 40 μm, insbesondere D ₉₉ = 50 μm, beträgt. Dies bedeutet, dass anzahlmäßig 90 % der Partikel kleiner oder gleich 50 μm bzw. 99 % der Partikel kleiner oder gleich 40 μm sind.

Die Metallmischung, der Feedstock, sollte insbesondere 50 Gew.-% bis 80 Gew.-% Metallpulver bzw. Metalllegierungspulver und 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% Binder enthalten.

Bei dem Binder handelt es sich vorzugsweise um einen organischen Binder oder um ein Gemisch von mehreren, vorzugsweise organischen Komponenten. Beispielsweise kann der Feedstock 50-80 Gew.-% des Metallpulvers und 20-50 Gew.-% der organischen

Komponenten enthalten.

Die Erfindung ist hinsichtlich des Binders nicht auf bestimmte Materialien oder Materialzusammensetzungen beschränkt. Beispielsweise eignen sich folgende Materialien im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens als Binder: Polyamid,

Polyoxymethylen, Polycarbonat, Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat, Polyimid, natürliches Wachs und Öl, Duroplast, Cyanate, Polypropylene, Polyacetate, Polyethylene, Ethylen- Vinyl- Acetate, Polyvinyl-Alkohole, Polyvinyl-Chloride, Polystyrol, Polymethyl- Methacrylate, Anilin, Wasser, Mineralöl, Agar, Glycerin, Polyvinyl-Butyryl, Polybutyl- Methacrylat, Cellulose, Ölsäure, Phthalat, Paraffin, Wachs, insbesondere Carnauba-Wachs, Ammonium, Polyacrylat, Diglycerid-Stearate und -Oleate Glyceryl-Monostearate, Isopropyl-T itanate, Lithium-Stearate, Monoglyceride, Formaldehyde, Octyl- Säure- Phosphate, Olefin-Sulfonate, Phosphatester, Säurefettalkoholester, Stearinsäure, Zinkstearate.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Binder beispielsweise, jedoch bevorzugt, auch folgende Bestandteile enthalten kann: a) 10-50 Gew.-% Polyamid, b) 40-80 Gew.-% Säurefettalkoholester und c) 220 Gew.-% einer organischen Säure.

Ferner besteht die Möglichkeit, dass der Binder - auch bevorzugt - folgende Bestandteile enthält: a) 50-96 Gew.-% eines oder mehrerer Polyoxymethylen- Homopolymerisate oder Polyoxymethylen-Copolymerisate, b) 2-35 Gew.-% eines oder mehrerer Polyolefine und c) 2-40 Gew.-% Poly- 1,3 -dioxepan oder Poly- 1,3-dioxolan oder deren Mischungen.

Der Feedstock wird unter Wärmeeinfluss zu einer spritzbaren Masse vorbereitet und wird in einem Spritzgießprozess verarbeitet (Schritt 2). Hierzu wird der Feedstock in ein geschlossenes Werkzeug bei hohem Druck gespritzt. Dabei weist das Werkzeug Einbauten oder Schieber oder sonstige Komponenten auf, um im gewünschten Bereich der herzustellenden ersten Komponente Ausnehmungen oder Aussparungen zu bilden, in die eine zweite Komponente gespritzt wird. Die Art der Aussparungen bzw. Ausnehmungen sollten dabei derart geometrisch ausgebildet sein, dass sich Hinterschneidungen ergeben, wie dies nachstehend erläutert wird.

Im Verfahrensschritt 3 erfolgt ein Entbindern, so dass ein Braunteil zur Verfügung steht. Im nachfolgendem Verfahrensschritt 4 wird das Braunteil im Temperaturbereich zwischen 700 °C und 1400 °C gesintert. Ggf. wird in einem Verfahrensschritt 5 eine Bearbeitung durchgeführt.

Sodann wird entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre in die in der ersten Komponente vorhandenen Ausnehmungen oder Aussparungen, die Hinterschneidungen aufweisen, im Spritzgießverfahren der zweite Werkstoff gespritzt, bei dem es sich um einen kohlenstoffbasierten oder -haltigen Werkstoff handelt, gespritzt. Auch ein Umspritzen der ersten Komponente in gewünschtem Umfang ist möglich. Um den Spritzgießprozess durchzuführen wird im Verfahrensschritt 6 insbesondere Kohlenstoff mit einem Bindemittel gemischt, um einen Feedstock herzustellen.

Die Partikelverteilung des Kohlenstoffs beträgt vorzugsweise 4 μm ≤ D20 ≤ 12 μm, 14 μm ≤ D50 ≤ 28 μm, 35 μm ≤ D90 ≤ 50 μm und/oder D100 < 100 μm.

Das Bindemittel enthält bzw. besteht aus thermoplastischen oder duromeren Polymeren.

Wird ein thermopl astischer Werkstoff verwendet, gelangen insbesondere Hochleistungsthermoplaste wie ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen) zur Anwendung. Entsprechende Hochleistungsthermoplaste weisen sehr gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen (150 °C), eine exzellente chemische Beständigkeit und herausragende tribologische Eigenschaften auf. Komponenten des Kohlenwerkstoffs können Koks und Grafit sein. Alternativ kann die Verwendung duroplastischer Polymere als Bindemittel in Frage kommen, welches im Spritzguss vernetzt. Ein Trennadditiv sollte hinzugegeben werden.

Die erste Komponente des Bauteils befindet sich gemäß Verfahrensschritt 7 in einer Spritzgießform. Sodann wird im Verfahrensschritt 8 der Feedstock in die Gießform gespritzt. Gemäß Verfahrensschritt 9 kann ggf. eine thermische oder mechanische Bearbeitung erfolgen. Eine Qualitätsprüfung (Schritt 10) kann sich anschließen.

Gemäß dem der Fig. 8 zu entnehmenden Verfahrensablauf wird die erste Komponente des Bauteils nicht durch Spritzgießen hergestellt, sondern durch axiales Pressen. Dabei wird zunächst im Verfahrensschritt 12 das zu pressenden Metallpulver gemischt. Im

Verfahrensschritt 13 wird ein axiales Pressen durchgeführt, um anschließend den so hergestellten Grünling typischerweise im T emperaturbereich zwischen 800 °C und 1360 °C zu sintern ( Verfahrensschritt 14). Entsprechend den Erläuterungen gemäß Fig. 7 kann sich eine Bearbeitung anschließen, so dass die erste Komponente des Bauteils zur Verfügung steht. Es schließen sich sodann die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte 6, 7 und 8 an, wie diese im Zusammenhang mit der Fig. 7 erläutert worden sind. Auch die Verfahrensschritte 9 und 10 sind möglich.

Um die zweite Komponente, also insbesondere den kohlenstoffbasierten bzw. - enthaltenden zweiten Werkstoff, in den Ausnehmungen der ersten Komponente unverlierbar zu sichern, weisen die Ausnehmungen oder Aussparungen - allgemein als Ausnehmung zu bezeichnen - Hinterschneidungen auf, wie diese der Fig. 6 zu entnehmen sind. So ist in Fig. 6 links eine Aussparung 28 dargestellt, die im Schnitt eine Schwalbenschwanzhinterschnittgeometrie aufweist. Hierdurch ist sichergestellt, dass der in die Ausnehmung 28 eingebrachte zweite Werkstoff unverlierbar in der Ausnehmung 28 verbleibt. Dabei weist die Ausnehmung 28 erkennbar eine Öffnung 30 auf, deren lichte Weite kleiner als im Ausführungsbeispiel die Breite des Bodens 32 der Aussparung 28 ist, und zwar im gleichen Schnitt.

Selbstverständlich können Ausnehmungen auch andere Geometrien aufweisen, wie die Ausnehmungen 34, 36 in der Fig. 6 verdeutlichen. Charakteristisch für sämtliche Ausnehmungen ist jedoch, dass die in der Oberfläche 38 verlaufende Öffnung der Ausnehmung 34, 36 kleiner als ein Bereich der Ausnehmung 34, 36 innerhalb der Ausnehmung 34, 36 ist, und zwar in einer gleichen Querschnittsfläche. Dabei kann die Ausnehmung 36 innenwandseitig beliebige Geometrien aufweisen, wie die rechte Darstellung der Fig. verdeutlicht.

Ist das erfindungsgemäße Verfahren zuvor unter Berücksichtigung eines kohlenstoffbasierten bzw. -enthaltenden Werkstoffs erläutert worden, so kann für den zweiten Werkstoff auch spritzgussfähiger Kunststoff eingesetzt werden, wie PA, PEEK, PTFE, PES oder PPS. Den Fig. 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsformen von Bauteilen zu entnehmen, die eine erste und zweite Bauteilkomponente aufweisen, wobei in den Fig. 2 bis 5 die Ausnehmungen dargestellt sind, in die der zweite Werkstoff gespritzt wird. In Fig. 2 ist ein Gleitlager 38 prinzipiell dargestellt, von dessen Innenfläche 40 Aufnahmen 42, 44, 46, 48 ausgehen, die im Schnitt senkrecht zur Längsachse des Gleitlagers 38 eine Schwalbenschwanzgeometrie aufweisen, also im Schnitt eine Trapezgeometrie, wobei die kurze Basisseite gleitringinnenseitig verläuft. In Fig. 3 ist eine Welle 50 gezeichnet, von deren Außenfläche 52 Aufnahme 54, 56, 58, 60 ausgehen, die insbesondere durch Spritzgießen ausgebildet werden, wenngleich ein entsprechendes Bauteil, also im Ausführungsbeispiel die Welle 50, auch durch z.B. ein additives Verfahren oder durch Pressen mit den entsprechenden Aufnahmen 54, 56, 58, 60 hergestellt werden kann. In die Aufnahmen 54, 56, 58, 60 wird entsprechend der erfmdungsgemäßen Lehre der zweite Werkstoff gespritzt, um so Bereiche in der Außenfläche der Welle 50 zur Verfügung zu stellen, die insgesamt einen insbesondere tribologisch beanspruchten Funktionsbereich bilden.

In Fig. 4 ist eine Gleitplatte 62 rein prinzipiell darstellt, von dessen Gleitfläche 64 im Schnitt gleichfalls schwalbenschwanzförmige, also im Schnitt trapezförmige, Aufnahmen 66, 68, 70 ausgehen, in denen bei der zu nutzenden Gleitfläche 64 die zweite Komponente aus dem zweiten Werkstoff durch Spritzen eingebracht ist.

Die Fig. 5 soll rein prinzipiell verdeutlichen, dass ein Bauteil 72 sowohl innenseitig als auch außenseitig einen Funktionsbereich aufweisen kann, wie dies anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert wurde, also ein Bereich, der z.B. tribologisch beansprucht wird. Es befinden sich in den Ausnehmungen, von denen zwei beispielhaft mit dem Bezugszeichen 74 außen verlaufende und mit 76 innen verlaufende Ausnehmungen gekennzeichnet sind, in denen die aus dem kohlenstoffbasierten zweiten Werkstoff bestehenden zweiten Komponenten durch Spritzgießen eingebracht werden.

In Fig. 1 ist noch einmal ein Gleitlager 138 dargestellt, das aus einem Außenkörper als erste Komponente 140 und einem Innenkörper als zweite Komponente 142 besteht, die nach der erfindungsgemäßen Lehre hergestellt sind. Der die zweite Komponente 142 bildende kohlenstoffbasierte Werkstoff ist durch Spritzen in Hinterschneidungen aufweisende Aufnahmen eingebracht, so dass eine Unverlierbarkeit gegeben ist. Das Gleitlager 138 gemäß Fig. 1 weist hierzu entsprechende im Schnitt schwalbenschwanzformige Aufnahmen auf, die durch innenseitig erkennbare Stege 144, 146, 148 begrenzt sind, zu deren Oberflächen fluchtend der Innenkörper 142 mit seiner Innenfläche verläuft.

Im Ausführungsbeispiel gehen die Aufnahmen, die eine schwalbenschwanzformige Hinterschnittgeometrie aufweisen, im Bereich der Stirnfläche 150 des Außenkörpers 140 in eine ringförmige Aufnahme über, so dass die die schwalbenschwanzförmigen Aufnahmen begrenzenden Stege 144, 146 nicht nur entlang ihrer Längsseiten, sondern auch im Bereich ihrer Stirnseiten bündig in den Innenkörper 142 übergehen.

Des Weiteren ist aus dem Verlauf der Stege 144, 146, 148 erkennbar, dass die Breite der Ausnehmungen variieren, und zwar im Ausführungsbeispiel gegenläufig. So verlaufen die Stege 144, 146 in Richtung des hinteren Endes des Außenkörpers 138 konisch zulaufend, wohingegen die Stege 146, 148 zur Stirnfläche 150 des Außenkörpers 138 abstandsmäßig abnehmen.

Die Breite der Aufnahmen variiert somit in Längsachsenrichtung des Gleitlagers 138, und zwar insbesondere stetig abnehmend bzw. zunehmend, wobei benachbarte Aufnahmen gegenläufig in Bezug auf ihre Breitenänderungen ausgebildet sind.

In der Fig. 9 werden Abwicklungen von erfindungsgemäßen drehsymmetrischen Bauteilen, wie Lager, Buchsen, Zahnräder, Riemenräder, Pumpenräder, rein prinzipiell dargestellt, um zu verdeutlichen, wie der Verlauf der als Gleit- oder Schmierelement zu bezeichnenden zweiten B auteilkomponente in der ersten B auteilkomponente erfolgen kann.

So ist der Fig. 9a) eine Abwicklung zu entnehmen, bei der parallel zueinander verlaufende Hinterschneidung aufweisende Aussparungen in der Innenfläche des Bauteils ausgebildet sind, die sich in der sichtbaren Innenfläche des Bauteils in Form von Stegen 100, 102 darstellen, zwischen denen die zweite Bauteilkomponente 104, 106, also die

Schmierelemente, verlaufen. In der Fig. 9b) erstecken sich in der gute Gleiteigenschaften aufweisenden Fläche des Bauteils abwechselnd gleichläufig geneigt zur Längsachse des Bauteils verlaufende Aufnahmen, die in der zeichnerischen Darstellung durch schrägverlaufende Stege 108, 110 dargestellt sind, zwischen denen sich der durch Spritzen eingebrachte zweite Werkstoff erstreckt, der folglich zur Oberfläche hin gleichfalls zur Längsachse des Bauteils sich in schräg verlaufenden Streifen 112, 114 äußert. Der Verlauf ergibt eine Helix-Geometrie.

Bei der Abwicklung gemäß Fig. 9c) sind die in der sich bis zur Oberfläche hin erstreckenden Schmierelemente, die aus dem zweiten Werkstoff bestehen, insbesondere aus einem kohlenstoffbasierten bzw. -enthaltenden Werkstoff, in Aussparungen eingebracht, die im Schnitt eine Schwalbenschwanzhinterschnittgeometrie aufweisen, wobei sich die Breite in Längsachsenrichtung des Bauteils verändert. Die die Ausnehmungen begrenzenden sichtbaren Stege 116, 118 der ersten Bauteilkomponente verlaufen schräg zueinander. Zwischen diesen erstrecken sich die an der Oberfläche sichtbar, eine trapezförmige Geometrie aufweisenden Gleit- oder Schmierelemente 120, 122, die abwechselnd gegenläufig sind.

Die Abwicklung gemäß Fig. 9d) soll noch einmal verdeutlichen, dass durch die durch die Urformprozesse (MIM) oder Presstechnik, insbesondere axiale Presstechnik, bedingten Freiheitsgrade in Form und Geometrie gewünschte Gestaltungen der Aufnahmen in der ersten Bauteilkomponente ermöglicht werden, in denen die zweiten Bauteilkomponenten, also die Gleit- oder Schmierelemente durch Spritzen hergestellt werden.

Nachfolgend wird anhand von Ausführungsbeispielen die erfindungsgemäße Lehre näher erläutert.

Dies soll anhand eines Gleitlagers erfolgen, wie dieses prinzipiell der Fig. 1 zu entnehmen ist. Das Gleitlager 138 besteht aus einem Außenkörper, der als Fassung zu bezeichnen ist, als erste Komponente 140 und einem Innenkörper als zweite Komponente 142, die in der Fassung Schmierstoffelemente bildet.

Die Fassung oder die erste Komponente 140 kann wahlweise im Pulverspritzgießverfahren (MIM) oder durch axiales Pressen hergestellt werden. Gelangt das Pulverspritzgießverfahren zur Anwendung, so wird zunächst eine Spritzgussmaschine mit Metallpulver/Polymer Compound (Feedstock) bestückt, wobei der Werkstoff ein schmelzbares thermoplastisches Polymer, einen Schmelzpunkt von ≥ 80 °C, vorzugsweise von ≥ 120 °C aufweist, wobei der Werkstoff einen Anteil an dem thermoplastischen Polymer von > 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% und einen Anteil an dem Metallpulver von > 70 Gew.-% bis 95 Gew.-% aufweisen sollte. Die Granulatgröße beträgt vorzugsweise 1 mm bis 4 mm.

Das Spritzgusswerkzeug wird sodann auf 60 °C bis 200 °C vorerwärmt. Das Spritzgusswerkzeug wird geschlossen. Die Schließkraft kann 300 kN betragen.

Die Formmasse wird in das Werkzeug gespritzt, wobei spezifische Spritzdrücke zwischen 500 bar bis 2500 bar liegen. Typische Zykluszeiten sind 30 s bis 90 s Die Prozesstemperaturen sind > 100 °C und < 200 °C.

Die Spritzgussmasse füllt die Kavitäten des Werkzeugs einschließlich der möglichen Hinterschnittgeometrien.

Sodann wird die Spritzgussmasse auf W erkzeugtemperatur abgekühlt und erstarrt bei < 120 °C. Das Spritzgusswerkzeug wird geöffnet, das Grünteil ausgestoßen und entnommen.

Anschließend wird das Grünteil in einen Entbinderungsofen gegeben. Dieser wird mit einem Lösungsmittel geflutet und Anteile der Polymerkomponenten bei 30 °C bis 100 °C innerhalb von 15 h bis 100 h ausgelöst.

Es wird das „Braunteil“ entnommen. Es schließt sich ein Sintern an. Hierzu wird das Braunteil in einen entsprechenden Sinterofen eingefahren. Dieser wird mit einer Atmosphäre z. B. Endogas oder Formiergas geflutet und die Braunteile bei Temperaturen zwischen 700 °C und 1500 °C zum Fertigteil gesintert. Dabei werden Restpolymerbestandteile thermisch entfernt. Sodann wird das Sinterbauteils aus dem Ofen entnommen und ggf. nachbearbeitet. Alternativ kann die Fassung, also die erste Komponente 140, durch einen axialen

Press-Prozess hergestellt werden. Hierzu kann ein nichtrostendes Sinterpulver auf Eisenbasis mit max. 4 Gew.-% Molybdän, max. 20 Gew.-% Chrom, max. 16 % Nickel und max. 1,2 Gew.-% Wachs in die Kavität einer Pulverpresse mittels eines Füllschuh gefüllt werden. Bei einer Spannung von 600 MPa erfolgt eine beidseitige axiale Verdichtung bei ca. 10 Hub/min bis 30 Hub/min.

Das Entformen des sogenannten Grünlings erfolgt entweder über Abziehen der Matrize oder Ausstößen durch den Unterstempel. Der axial gepresste Grünling hat eine ausreichende Festigkeit.

Die Entbinderung des enthaltenen Wachses erfolgt in einem Temperaturbereich zwischen 100 °C und 500 °C. Bei 2/3 der Schmelztemperatur wird der Sinterprozess durchgeführt.

Sofern erforderlich kann eine mechanische Nachbearbeitung erfolgen, um eine gewünschte Oberflächengüte und Genauigkeit zu erzielen.

Unabhängig davon, ob die die durch Stege 144, 146, 148 getrennten Hinterschnitte aufweisende erste Komponente 142, also die Fassung, im MIM-Prozess oder durch axiales Pressen hergestellt wird, wird sodann durch Spritzgießen in die Hinterschnite das den Schmierstoff bildende Material eingebracht.

Hierzu wird eine Spritzgussmaschine mit KohlenstoffiPolymer Compound bestückt, wobei der Werkstoff ein schmelzbares thermoplastisches Fluorpolymer Polymer und einen Schmelzpunkt von ≥ 240 °C, vorzugsweise von ≥ 280 °C, aufweist. Der Anteil an dem thermoplastischen Fluorpolymer Polymer im Werkstoff sollte > 30 Vol.-% bis 65 Vol.-% und der Anteil von Kohlenstoff von > 35 Vol.-% bis 70 Vol.-% betragen. Die Granulatgröße beträgt vorzugsweise 1 mm bis 4 mm.

Die erste Komponente 140, also die Fassung, wird auf 60 °C bis 200 °C erwärmt, um sodann in das Spritzgusswerkzeug eingelegt zu werden, das die gleiche oder in etwa die gleiche Temperatur aufweist. Das Spritzgusswerkzeug wird geschlossen. Die Schließkraft kann 220 kN betragen. Die Formmasse wird in das Werkzeug gespritzt. Spezifische Spritzdrücke betragen 1500 bar bis 2200 bar. Typische Zykluszeiten betragen 15 s bis 25 s. Die Prozesstemperaturen sind > 300 °C und < 370 °C. Beim Spritzprozess füllt die Spritzgussmasse die Kavität des eingelegten Bauteils einschließlich der Hinterschnitte. Sodann wird die Spritzgussmasse auf Werkzeugtemperatur abgekühlt und erstarrt bei < 280 °C. Das Spritzgusswerkzeug wird geöffnet, das Hybridbauteil ausgestoßen, entnommen und abgekühlt. Ggf. erfolgt ein Nachbearbeiten.

Es besteht auch die Möglichkeit, den Prozess beginnend mit dem Vorwärmen der Fassung und Einlegen der Fassung in das Spritzgusswerkzeug etc. mehrfach durchzuführen, sofern Hinterschnitte nicht im erforderlichen Umfang mit dem Schmierstoff ausgefüllt sein sollten.

Bezugszeichenliste:

28 Aussparung 100 Steg 30 Öffnung 102 Steg 32 Boden 104 zweite Komponente

34 Ausnehmung 106 zweite Komponente

36 Ausnehmung 108 Steg

37 Oberfläche 110 Steg

38 Gleitlager 112 Streifen 40 Innenfläche 114 Streifen

42 Aufnahme 116 Steg 44 Aufnahme 118 Steg 46 Aufnahme 120 Schmiermittel 48 Aufnahme 122 Schmiermittel 50 Welle 138 Gleitlage

52 Außenfläche 140 erste Komponente 54 Aufnahme 142 zweite Komponente 56 Aufnahme 144 Steg 58 Aufnahme 146 Steg 60 Aufnahme 148 Steg

62 Gleitplatte 64 Gleitfläche 66 Aufnahme 68 Aufnahme 70 Aufnahme

72 Bauteil 74 Ausnehmung 76 Ausnehmung