Die Erfindung betrifft ein mehrteiliges Presswerkzeug zur Herstellung eines kugelför migen keramischen Grünlings, wobei das Presswerkzeug umfassend einen Ober stempel, einen dem Oberstempel entgegenwirkenden Unterstempel und eine Press matrize ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Presseneinrichtung und Verfahren zum uniaxialen oder biaxialen Pressen. Die Erfindung betrifft schließlich ei nen nach einem solchen Verfahren hergestellten kugelförmigen keramischen Grün ling.

Derzeit ist ein steigender Bedarf im Bereich der keramischen Wälzlager für unter schiedlichste 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 Hybridla ger, vor allem auch in Anwendungen für die Automobilindustrie, stellen aktuell die Kosten für derartige keramische Wälzkörper dar. Diese Kosten ergeben sich haupt sächlich durch eine sehr aufwendige Prozessroute zur Herstellung der gesinterten Rohlinge sowie durch die Fertigbearbeitung dieser.

Entscheidend für eine optimale Fertigbearbeitung kugeliger keramischer Wälzkörper ist ein möglichst homogener gesinterter Rohling, der sich vor allem durch gleichmäßi ge Eigenschaften und eine hohe Rundheit auszeichnet. Diese Eigenschaften werden maßgeblich durch die Wahl des Formgebungsverfahren beeinflusst, das bei der Aus bildung des keramischen Grünlings verwendet wird.

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.

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 ei ne Halbschale in jeden der Stempel eingebracht.

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 Saturn ring bezeichnet.

Dieser Grünling weist jedoch noch Inhomogenitäten betreffend seine Dichte auf, wel che nach dem Entbindern des Grünlings in einem nachfolgenden Sinterschritt zu ei nem 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 Dichteun terschiede vergleichmäßigen und nahezu ausgleichen.

Die Außengeometrie des Rohlings wird allerdings maßgeblich vom ersten Formge bungsschritt beeinflusst. Im nachgeschalteten zweiten Formgebungsschritt des kalt isostatischen Pressens wird lediglich eine Vergleichmäßigung der inneren Gefü gestruktur des Rohlings und damit seines Schwindungsverhaltens erreicht, große Ge staltänderungen dagegen finden nicht mehr statt.

Der im ersten Formgebungsschritt gebildete Saturnring erweist sich dabei in der spä teren Fertigbearbeitung des gesinterten Rohlings als sehr nachteilig, da dieser die ro tatorische Bewegung der Kugel in einer Kugelmühle behindert und somit eine Bear beitung 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 Fein bearbeitung die endgültige Kugelgeometrie erzeugt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Außengeometrie eines mittels eines uniaxia- len 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.

Die Aufgabe wird für ein mehrteiliges Presswerkzeug zur Herstellung eines kugelför migen keramischen Grünlings, wobei das Presswerkzeug umfassend einen Ober stempel, einen dem Oberstempel entgegenwirkenden Unterstempel und eine Press matrize ausgebildet ist, wobei der Oberstempel eine erste konkave Oberfläche in Form eines ersten Mantels eines ersten Kugelabschnitts aufweist und wobei der Un terstempel eine zweite konkave Oberfläche in Form eines zweiten Mantels eines zwei ten Kugelabschnitts aufweist, dadurch gelöst, dass die Pressmatrize mehrteilig aus gebildet 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 di mensioniert sind, zusammen eine kugelförmige Presskammer zur Ausbildung des Grünlings zu bilden.

Dadurch wird im Bereich des Äquators des Grünlings kein Saturnring ausgebildet, der nach einem Entbindern und Sintern des Grünlings zeitaufwendig abgetragen werden müsste.

Es hat sich bewährt, wenn die Pressmatrize eine geradzahlige Anzahl von Teilen um fasst, 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.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Presswerkzeugs ist entweder nur der Oberstempel (uniaxiales Pressen) oder der Oberstempel und der Unterstempel (biaxi ales Pressen) beweglich ausgebildet.

Bevorzugt bildet die zweite konkave Oberfläche ein Spiegelbild der ersten konkaven Oberfläche. Allerdings können sich die erste und zweite konkave Oberfläche hinsicht lich ihrer Ausdehnung unterscheiden. Eine Presseneinrichtung zum uniaxialen oder biaxialen Pressen eines kugelförmigen keramischen Grünlings hat sich bewährt, wobei die Presseneinrichtung ein erfin dungsgemäßes mehrteiliges Presswerkzeug umfasst.

Die Verwendung des mehrteiligen Presswerkzeugs zum uniaxialen / biaxialen Pres sen 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 ku gelige Grünling aufgrund der klein dimensionierten Teilungsnaht der Pressmatrize am Äquator keinen erhabenen Saturnring, sondern lediglich eine sichtbare schmale ring förmige Markierung aufweist. Derartige Markierungen sind auch an den Teilungsnäh ten 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.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum uniaxialen Pressen eines kugelförmigen ke ramischen Grünlings umfasst die folgenden Schritte:

Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Presseneinrichtung,

Öffnen der Presskammer des mehrteiligen Presswerkzeuges mittels des Oberstem pels,

Einfüllen einer Pulverzubereitung oder eines Granulats enthaltend mindestens ein ke ramisches Pulver und ein Bindemittel zur Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings oder

Einbringen eines Vorformlings aus einer Pulverzubereitung oder einem Granulat ent haltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel, und Schließen der Presskammer mittels des Oberstempels unter Ausbildung eines Press druckes in der Presskammer und Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grün lings.

Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren zum biaxialen Pressen eines kugelförmi gen keramischen Grünlings umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Presseneinrichtung,

Öffnen der Presskammer des mehrteiligen Presswerkzeuges mittels des Oberstem pels und des Unterstempels,

Einfüllen einer Pulverzubereitung oder eines Granulats enthaltend mindestens ein ke ramisches Pulver und ein Bindemittel zur Ausbildung des kugelförmigen keramischen Grünlings oder

Einbringen eines Vorformlings aus einer Pulverzubereitung oder einem Granulat ent haltend mindestens ein keramisches Pulver und ein Bindemittel, und Schließen der Presskammer mittels des Oberstempels und des Unterstempels unter Ausbildung eines Pressdruckes auf den Vorformling in der Presskammer und Ausbil dung des kugelförmigen keramischen Grünlings.

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.

Ein Vorformling kann beispielsweise durch einen Extrusionsvorgang oder einen Pressvorgang ausgebildet sein.

Der gebildete kugelförmige keramische Grünling weist mindestens drei ringförmige Markierungen auf, sofern die Pressmatrize zweiteilig ausgeführt ist und horizontal ge teilt 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 ver bindende linienförmige Markierungen im Bereich seiner Oberfläche vorhanden.

Die Markierung sind demnach im Bereich von Teilungsnähten angeordnet, die in der Presskammer am Übergang zwischen der ersten Oberfläche und der dritten Oberflä che, zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche sowie zwischen den aneinander angrenzenden Teilen der mehrteiligen Pressmatrize im Bereich der dritten Oberfläche vorhanden sind.

Nach einem Entbindern und Sintern des Grünlings ist ein Zeitbedarf zur Endbearbei tung der Keramikkugel auf einen definierten Durchmesser signifikant reduziert. Zur Bildung des keramischen Grünlings kommt vorzugsweise ein keramisches Pulver zum Einsatz in Form von Siliziumnitrid (ShISU) und/oder Aluminiumoxid (AI2O3) und/oder Zirkonoxid (Zr02) und/oder ZTA (Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid)) und/oder ATZ (Aluminiumoxid-verstärktes Zirkonoxid) und/oder Siliziumkarbid (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

Figur 2 einen kugelförmigen keramischen Grünling.

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 Press matrize 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, wo bei 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 dimen sioniert, dass diese zusammen eine kugelförmige Presskammer 5 zur Ausbildung des Grünlings 1 ausbilden. Die hier zweiteilige Pressmatrize 4 ist horizontal geteilt ausge führt.

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 beispiels weise nicht nur eine horizontale, sondern zudem zwei oder mehr vertikale Teilungs nähte aufweist, so sind am Grünling 1 weiterhin mindestens zwei, die ringförmigen Markierungen 8a verbindende linienförmige Markierungen 8b im Bereich seiner Ober fläche 9 vorhanden. Die Markierung 8a, 8b sind demnach im Bereich von Teilungs nähten 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 anei nander angrenzenden Teilen 41, 42 der mehrteiligen Pressmatrize 4 im Bereich der dritten Oberfläche 4a vorhanden sind.

Bezuqszeichenliste

Grünling Oberstempel a erste Oberfläche Unterstempel a zweite Oberfläche Pressmatrize a dritte Oberfläche 1, 42 Teil der Pressmatrize Presskammer a, 8b Markierung

Oberfläche des Grünlings 0 Presswerkzeug 1 Presseneinrichtung 2, 12a, 12b Teilungsnaht