WO2006012807A1 - Verfahren zur herstellung eines bandförmigen verbundwerkstoffes für die gleitlagerherstellung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines bandförmigen verbundwerkstoffes für die gleitlagerherstellung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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band
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liquid
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Peter Busse
Frank Grote
Gerd Andler
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Federal Mogul Wiesbaden GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C6/00—Coating by casting molten material on the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/008—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of clad ingots, i.e. the molten metal being cast against a continuous strip forming part of the cast product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a band-shaped composite material for slide bearing production by continuously pouring a liquid onto a belt-shaped, serving as a substrate substrate, in particular steel, in which the band-shaped substrate continuously passes through a plurality of processing stations production line, wherein the band-shaped substrate initially in a separate heating station is preheated, then passes through a casting station, in which it is doused with the liquid, and is subsequently cooled in a cooling station.
  • the invention relates to an apparatus for producing a band-shaped composite material for slide bearing production by means of a continuous pouring a liquid on a band-shaped, serving as a substrate substrate, with a plurality of processing stations, which continuously passes through the band-shaped substrate, wherein the device is equipped with a separate heating station in which the belt-shaped substrate is first preheated, with a casting station in which the substrate is doused with the liquid, and a cooling station in which the substrate coated with the liquid is cooled.
  • DE-AS 1 063 343 A method of the generic type is described in the German patent DE-AS 1 063 343, which has a special design of the muffle furnace, with which the strip-shaped substrate is preheated, the subject.
  • DE-AS 1 063 343 teaches that a faster preheating of the substrate, thus a shortening of the warm-up and thus reducing the required for the transport, acting on the substrate tensile forces can be realized when the substrate while passing through the inductively heated, gas-tight Mühluffel addition to the indirect heating by radiant heat additionally Induction is heated by means of an additional induction field, a current is generated in the substrate, which converts directly into heat.
  • the muffle furnace is equipped with a muffle body of highly heat-resistant, non-magnetic material, a thermal insulation, for example of firebricks, and a water-cooled induction coil.
  • the muffle furnace described in DE-AS 1 063 343 is - now as a free state of the art - the preferred preheating in the process in question, wherein the heating is advantageously carried out under a protective gas atmosphere, so that the steel used does not oxidize.
  • DE-AS 1 063 343 is based on a method in which the strip-shaped substrate is first preheated in a separate heating station, then passes through a casting station, in which it is doused with the metal alloy, and subsequently in a cooling station is cooled.
  • a device of the generic type is used.
  • a layer composite material such as, for example, a substrate coated with a sliding bearing material, preferably of steel
  • a layer composite material such as, for example, a substrate coated with a sliding bearing material, preferably of steel
  • a subsequent to the plating heat treatment is intended as a result of diffusion processes, the bond strength between steel and Increase stock material.
  • This composite system unlike the claimed process, is a roll-plating process. In this case occurs as a result of rolling pressure, a mechanical adhesion by intermeshing the surfaces of the two materials.
  • a method of the generic type is also described in the German patent application DE 198 01 074 A1.
  • the support material is preheated to a temperature of 1000 to 1100 0 C, and then with a bearing alloy on copper-zinc or copper-aluminum base, which has a temperature of 1000 0 C to 1250 0 C, to be doused. Subsequently, the layer composite material is cooled within 2 to 4 minutes of casting temperature to 100 0 C.
  • the band-shaped substrate is usually stored on rollers, wherein the device for producing the band-shaped composite material is supplied by unwinding the rollers continuously with the band-shaped carrier material.
  • a welding device is provided which connects the end of the carrier tape of a roll with the beginning of the tape of a following role to some extent to an endless belt, wherein a built-up of several rolls device ensures that the preheating and the subsequent processing stations continue to be supplied with carrier material during the bonding process in the welding device, so that no downtime occurs.
  • the rollers are moved in such a way that the path of the guided around the rollers carrier tape shortened by the roll mill and the liberated thereby length of carrier tape for the supply of the system during the welding process can be used.
  • the carrier tape in conventional methods prior to heating of the substrate processing stations are provided, in which on the one hand pretreated the carrier tape, in particular cleaned, degreased and roughened to better adhesion of the sliding layer can be.
  • the carrier tape is usually provided in the conventional method at its edges with a flange.
  • This curl serves to laterally limit the carrier tape and to prevent the infused metal alloy from flowing beyond the edges of the substrate.
  • it is also an object of the curling to contribute to the formation of a uniform sliding layer thickness.
  • the flange which is introduced for manufacturing reasons to improve the Aufgit worthlui in the carrier tape must be removed prior to processing of the composite material to plain bearings, bushes and bearings. In this case, the flange can claim in a band with a width of 150 mm up to 30% of the carrier tape, resulting in correspondingly high amounts of waste material.
  • the metal alloy is applied in the casting station in the middle of the substrate and spreads from the center in a flow process to the side edges of the carrier tape out.
  • This flow process has significant Influence on the feed rate at which the substrate can be conveyed through the plant, as the melt must be allowed enough time to spread evenly across the substrate to the edges before the cooling process can follow.
  • the feed rate has a direct influence on the productivity of the manufacturing process, which is why in the further development of the process, the efforts should basically go to increase the feed rate and thus to produce more cost-effective.
  • it is possible to realize belt speeds of a maximum of VB 3.5 m / min.
  • the composite material is mechanically reworked in conventional methods in such a way that, on the one hand, the underside of the substrate is ground and the upper side of the sliding layer is milled.
  • the grinding of the underside of the substrate is primarily used for cleaning and removal of Residues due to oil cooling, whereas the milling of the upper side of the sliding layer has the aim to remove excess sliding layer material and bring the thickness of the sliding layer closer to its nominal size. If a usual sliding layer thickness of the finished composite of 0.35 mm ⁇ 0.15 mm is used as the basis, the sliding layer thickness of the coated substrate after cooling and before the post-processing in the conventional methods is about 2 mm.
  • the band-shaped composite material passes through so-called temper rolling, with which the plain bearing layer is further smoothed by hot rolling.
  • temper rolling Depending on the metal alloy used, an existing flange is either previously separated from the composite material or left on the composite tape for metal alloys where there is a risk of the coils sticking and sticking together during winding.
  • a layer composite material in the form of a cast-plated steel strip is known. In order to bring the layer composite material to its final size, 5 to 15% of the bearing metal thickness is milled off.
  • DE 196 51 324 A1 describes a method for producing coated continuous casting products. A liquid molten metal, z. As steel, with a metal flat product, for. B. also made of steel, brought into contact and welded. As an advantage of this method, the arbitrary final and coating thickness is called.
  • WO 95/17987 discloses a method by means of which a metal strip close to the final dimensions is produced on a conveyor belt. What is understood near the final dimensions, is not communicated.
  • DE-OS 21 30 421 describes a method and an apparatus for producing metallic composite materials. Two liquid metals are simultaneously passed to a sputtering device to form a fine spray of atomized particles of the metals. For spraying nitrogen jets are used.
  • the object of the present invention to provide a method for producing a band-shaped composite material for slide bearing production by continuous casting of a metal alloy on a band-shaped, serving as a substrate substrate, in particular steel, in which the band-shaped substrate comprising a plurality of processing stations Run continuously through the production line, wherein the band-shaped substrate is first preheated in a separate heating station, then passes through a casting station, in which it is watered with the metal alloy, and is subsequently cooled in a cooling station, and can be manufactured with the cost and in particular a higher Productivity than conventional methods.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus for carrying out the method.
  • the first sub-task is solved by a method according to a first alternative, which is characterized in that the liquid with which a sliding bearing layer is formed, is applied in the casting station at least two perpendicular to the direction of movement of the band-shaped substrate locations on the substrate the liquid is poured in an amount such that its thickness has at most an excess ⁇ 30%, in particular ⁇ 20%, in comparison to the finished plain bearing layer of the band-shaped composite material.
  • the method according to the invention is characterized in that the liquid is poured into a thin layer compared to conventional methods.
  • a layer thickness of the sliding layer is already aimed at the pouring of the sliding layer alloy, which has a slight oversize relative to the plain bearing layer of the finished, band-shaped composite material, that is already as close as possible to the nominal size of the plain bearing layer.
  • Embodiments of the method are advantageous in which no material is removed from the sliding layer generated by the pouring process and the band-shaped composite material for smoothing the surface passes through only a device with temper rolling.
  • the potted liquid can distribute faster than in conventional methods in which the melt is centrally applied to the substrate, because reduces the distances that the melt has to travel back to the side edges of the carrier tape, and thus reduces the time required for the flow process, ie the wetting of the substrate surface.
  • the feed rate at which the substrate belt is pulled through the system can be increased and thus produced more cheaply.
  • This concrete embodiment of the method thus contributes significantly to the solution of the problem underlying the invention to provide a method with which can be manufactured more cheaply and in particular has a higher productivity than conventional methods.
  • Advantageous embodiments of the method are those in which a flow is used in the casting station, which has at least two mutually spaced outlet openings, via which the liquid is in each case radially applied to the substrate.
  • the flow is preferably positioned in such a way that the outlet openings come to lie less than 50 mm above the substrate surface to be wetted, whereby unwanted turbulence of the potted melt is avoided or kept within reasonable limits.
  • the turbulence of the melt flow generated by the pouring has an influence on the quality of the formed sliding layer and on its surface texture. The less turbulent the flow, the less the thickness of the sliding layer varies, that is, the more uniformly a sliding layer can be formed, which has a positive effect on the excess amount of metal alloy to be cast when casting the substrate and reduces post-processing.
  • the first sub-task is solved by a method according to a second alternative, which is characterized in that in the casting station, a flow is used, which has at least one slit-shaped outlet opening, via which the liquid is applied in the form of a melt film on the substrate, and in that the liquid with which a sliding bearing layer is formed is cast in an amount such that its thickness has at most an excess of ⁇ 30%, in particular ⁇ 20%, compared to the finished plain bearing layer of the band-shaped composite material.
  • This design of the flowmeter is similar to a flowmeter having a plurality of spaced apart orifices which, so to speak, communicate with one another.
  • a flow in which in the casting station, a flow is used, which has a slit-shaped outlet opening which extends over the entire width of the substrate to be watered, so that the liquid in the form of the width of the band-shaped substrate corresponding melt film is applied to the substrate.
  • the liquid with which a sliding bearing layer is formed is poured in an amount such that its thickness has at most an excess ⁇ 10% compared to the finished plain bearing layer of the band-shaped composite material.
  • Embodiments of the method in which the substrate is conveyed at a belt speed v B > 5 m / min, preferably at a belt speed VB> 7 m / min, are advantageous. This represents an increase in the belt speed and consequently also in the productivity of up to 100% and more compared to the prior art, wherein the tensile forces occurring in the steel belt do not exceed an acceptable size.
  • Embodiments of the method in which water is used as the coolant in the cooling station are advantageous.
  • the easy availability, the low cost and the environmental compatibility of water cause water is preferably used as a coolant.
  • oil is predominantly used as the coolant, since leaded bearing alloys require rapid cooling and thus a coolant with high heat capacity.
  • efforts are being made to remove lead from the recycling chain of scrap metal, with disassembly of, for example, the internal combustion engine for recycling the disposal of the lead-containing parts from an economic point of view is not effective, so that only the use of lead-free components in manufacturing offers a solution.
  • the health burden of workers with lead dust during production is a reason to refrain from lead in the production of bearings.
  • lead-containing bearing alloys can be cooled when using the method according to the invention with water, since only thin layers are cast and thus - in comparison to the methods known in the prior art - much less material mass must be cooled, for which in certain applications, the heat capacity of Water is considered sufficient.
  • Embodiments of the method in which the cooling station having a multiplicity of boundary walls is cooled by means of water are advantageous in that the heat is dissipated from the boundary walls by convection to the water, the cooling of the molded substrate via heat emission by thermal radiation to the boundary walls the cooling station takes place.
  • the potted substrate itself does not come into contact with the coolant.
  • the coolant cools the composite indirectly, by the substrate and the cast on it sliding layer release heat by thermal radiation to the boundary walls of the cooling station and then this boundary walls in turn by heat to the Coolant to be cooled.
  • the method according to the invention are cast with the thin sliding layers, it is advantageous not to apply directly to the underside of the substrate with a coolant jet and thus run the risk that the sliding layer deforms subsequently as a result of this force.
  • Embodiments of the method in which side delimiters are used in the casting station which delimit the band-shaped substrate laterally such that the cast-on metal alloy can not leave the substrate laterally are advantageous. This eliminates the provided according to the prior art flanging and thus with the flanging the device for introducing the curl into the substrate and also the device for separating the flange after production. Furthermore, the use of separate and external Sobeskyr to a considerable material savings and thus to a cost reduction, which also contributes to the solution of the problem underlying the invention.
  • Embodiments of the method in which a belt moving along with the substrate is used in the casting station as a side limiter are advantageous, with an endless belt or a disposable belt preferably being used as the belt.
  • coils or rollers are used to guide the band-shaped sobegrenzers, wherein on each side of the substrate, two coils are provided, one of which is positioned in front of the casting station and the other behind the cooling device.
  • the coils can also be used simultaneously as a drive, wherein the band advantageously moves at the same speed as the substrate.
  • the second sub-task to provide a device for carrying out the method according to the invention is achieved by a device having a plurality of processing stations, which continuously passes through the strip-shaped substrate, wherein the device is equipped with a separate heating station, in which the strip-shaped substrate is first preheated, with a casting station, in which the substrate is doused with the liquid, and a cooling station, in which the substrate coated with the liquid is cooled, and which is characterized in that the casting station is equipped with a flow, whose at least two outlet openings are formed in the manner in that the liquid can be applied to the substrate at at least two locations spaced at right angles to the direction of movement of the band-shaped substrate.
  • the potted liquid is distributed faster than in conventional methods in which the melt is applied centrally to the substrate, since the distances covered by the melt has to travel back to the side edges of the carrier tape, is reduced. As a result, the feed rate with which the substrate strip is pulled through the system is increased and thus can be produced more cheaply.
  • Embodiments are advantageous in which the flow has at least two outlet openings spaced apart from one another, via which the liquid is in each case applied in a radial manner onto the substrate.
  • these outlet openings are spaced by half the width of the substrate strip, so that the maximum flow path of the melt is reduced to one quarter of the substrate width. It should also be noted at this point that the melt does not flow out of the feed device due to the substrate strip moving relative to the flow is pulled, but the melt is specifically promoted by setting an overpressure and potted.
  • a device which is characterized in that the casting station is equipped with a flow which has at least one slit-shaped outlet opening, via which the liquid in the form of a melt film can be applied to the substrate.
  • Embodiments are advantageous in which the flow has a gap-shaped outlet opening which extends over the entire width of the substrate to be embossed, so that the liquid in the form of a melt film corresponding to the width of the strip-shaped substrate can be applied to the substrate. Due to this special design of the flow, the paths to be covered by the liquid are further shortened.
  • Embodiments in which the cooling station is equipped with water cooling are advantageous, the heat being emitted by the coated strip via radiation. Water is already a preferred coolant for ecological reasons.
  • the cooling station for cooling the substrate is equipped with a device with which the underside of the substrate with a protective gas, preferably with a hydrogen-nitrogen mixture, is sprayed. This additional convection cooling is particularly advantageous for achieving high cooling rates.
  • cooling station is equipped with oil cooling
  • the cooling station is equipped for cooling the substrate with a device with which the bottom of the substrate is sprayed with oil.
  • oil is the preferred cooling fluid with its higher heat capacity compared to water.
  • Advantageous embodiments are those in which the casting station is equipped with side delimiters which limit the band-shaped substrate laterally in such a way that the cast-on metal alloy can not leave the substrate laterally.
  • side delimiters which limit the band-shaped substrate laterally in such a way that the cast-on metal alloy can not leave the substrate laterally.
  • the side limiter comprises a belt which moves along with the substrate
  • the belt can be an endless belt or a disposable belt.
  • a shield can be used as a side limiter.
  • elastic side limiters are provided to compensate for the tolerances of the bandwidth.
  • Embodiments of the method in which a ceramic, elastic band is used as the band are advantageous. Because of its high temperature resistance, its corrosion resistance, its poor wettability ie low tendency to stick with liquid metal and its chemical resistance, ceramic is particularly suitable as a material in the present application. Carbides such as SiC and B 4 C, oxides such as Al 2 O 3 , BeO and ZrO 2 , nitrides such as AIN, BN and Si 3 N 4 , or borides such as TiB 2 can be used as ceramic materials. In addition, the abrasion resistance of ceramic proves to be advantageous in that the melt is not contaminated by abraded strip material.
  • it is a band constructed of fibers, in which the ceramic is introduced in the form of fibers in a fibrous support material, for example titanium.
  • a fibrous support material for example titanium.
  • Such bands can be used at temperatures up to 1300 0 C.
  • the Sobeskyr is a sign.
  • This shield is then brought about holders on the sides of the carrier tape to the plant, where it serves as Sobeskyr during the Aufg cashreaes and the cooling process at least until the cooling of the metal alloy under liquidus temperature.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of an apparatus for producing a band-shaped composite material, in side view,
  • Fig.2b is a schematic representation of a second
  • 3a shows a schematic representation of a first
  • 3b, 3c are schematic representations of two embodiments of the side boundary in plan view, partially in section,
  • FIG. 3 d shows the side boundary shown in FIG.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a first embodiment of an apparatus 1 for producing a band-shaped composite material 4 in the side view.
  • the substrate strip 3 passes through this device 1 from left to right. It is stored on spools or rollers 2 and conveyed by means of drive rollers 20 through the plant 1.
  • a cutting station 7 and a welding station 8 which connects the end of the carrier tape or the Subrats 3 of a roll 2 with the beginning of the belt 3 of a subsequent role 2, so to speak, to an endless belt, wherein a device constructed of a plurality of rollers 9 therefor Ensures that the heating station 12 and the subsequent processing stations 10, 11, 12, 13, 16, 17, 18 and 19 continue to be supplied with carrier material 3 during the bonding process in the welding station 8, so that no downtime occurs.
  • the rollers are moved in such a way that the path of the carrier belt or substrate 3 guided around the rollers is shortened by the roller mechanism 9 and the liberated length of substrate 3 can be used for the supply of the system 1 during the welding operation.
  • the carrier tape or the substrate 3 passes through an array of straightening rollers 10, which bring the substrate 3 stored on the bobbins or rollers 2 into the desired shape for the pouring process.
  • a cleaning station 11 in which the carrier tape or the substrate 3 pretreated, in particular cleaned, degreased and roughened to better adhesion of the sliding layer, is.
  • a device for attaching the flange on the carrier tape or on the substrate 3 is omitted in the embodiment of the device 1 according to the invention shown in FIG. 1, since external side limiters are used.
  • the carrier tape or the substrate 3 opens into the casting chamber 15.
  • the superheated metal alloy 5 which has approximately the same temperature as the preheated substrate 3, applied by means of a flow 14 on this.
  • the metal alloy 5 spreads from the application sites in which it was applied to the substrate in a flow process to the side edges of the carrier tape or the substrate 3 back out.
  • This flow process has a significant influence on the feed rate at which the substrate 3 can be conveyed through the plant 1, because the melt must be allowed sufficient time to distribute evenly over the substrate 3 to the edges before the cooling process follows.
  • the feed rate has an immediate impact on the productivity of the manufacturing process.
  • the carrier strip or the substrate 3 with the metal alloy 5 cast on it passes through the cooling station 16, a finishing station 17 in which, for example, a cleaning takes place, and a device with tempering rollers 18, in which the sliding layer 6 of the produced Composite 4 is smoothed to be rewound at the end of the production line again on a spool or roll 2 and stored.
  • the endlessly produced composite material 4 is cut to length by means of cutting station 19 in accordance with the desired size of the rollers 2.
  • FIG. 2 a schematically shows a first embodiment of a flowmeter 14 in a perspective view.
  • the flower 14 is supplied by means of a feed channel 22 from the feeder device 21 with a superheated metal alloy 5.
  • the feed channel 22 opens centrally in the flow head 23.
  • the molten metal which propagates in the interior of the flow 14 over the entire width of the flow head 23 is radiantly applied to the substrate 3 via a total of eleven outlet openings 24.
  • the outlet openings 24 are regularly spaced from each other and positioned on the end face 26 of the flow 14.
  • the flower 14 is preferably positioned in such a way that the outlet openings 24 come to lie less than 50 mm above the surface to be wetted of the substrate 3, whereby unwanted turbulence of the potted melt is avoided or kept within reasonable limits.
  • a so-called comb 25 is provided on the end face 26 in order to forward the emerging from the outlet openings 24 melt flow on. This has proven to be advantageous in the formation of a uniform sliding layer.
  • the flow element 14 can also be heated directly in order to avoid cooling of the melt and clogging of the outlet openings 24.
  • FIG. 2b schematically shows a second advantageous embodiment of a flowmeter 14 in a perspective illustration.
  • This flower 14 is provided with a slit-shaped outlet openings 24, via which the molten metal alloy in the form of a melt film is applied to the substrate 3.
  • the gap-shaped outlet opening 24 extends over the entire width of the substrate 3 to be coated so that the molten metal alloy 5 in the form of a melt film corresponding to the width of the band-shaped substrate 3 is applied to the substrate.
  • FIG. 3 a shows a schematic representation of a first embodiment of a side boundary 27 in a side view, partially cut away.
  • the flower 14 positioned in the casting chamber 15 is supplied with superheated molten metal 5 from the feeder device 21 via the feed channel 22 and carries the molten alloy 5 onto the strip-shaped substrate 3 via a gap-shaped outlet opening 24.
  • external side delimiters 27 are used, which limit the band-shaped substrate 3 laterally in such a way that the cast-metal alloy 5 can not leave the substrate 3 laterally beyond the edges.
  • belts 28, 29 are used as the side boundary 27, as can be easily seen from Figures 3b and 3c, which shows the side boundary shown in Figure 3a in plan view.
  • Figure 3b shows both the embodiment in which an endless belt 29 is used as a band-shaped side limiter 27
  • Figure 3c shows the embodiment in which a disposable belt 28 serves as a band-shaped side limiter 27.
  • coils 31 or rollers 31 a are used, wherein on each side of the substrate 3, two coils 31 and rollers 31 a are provided, one of which is positioned in front of the casting station 13 and the other behind the cooling device.
  • the reels 31 and rollers 31a can also be used simultaneously as a drive, wherein the belt 28, 29 advantageously moves at the same speed as the substrate 3.
  • Embodiments of the method in which a ceramic, elastic band is used as the band are advantageous. Because of its high temperature strength, its corrosion resistance, its poor wettability i. low adhesion with liquid metal and its chemical resistance, ceramics is particularly suitable as a material in the present application.
  • it is a band constructed of fibers, in which the ceramic is introduced in the form of fibers in a flexible carrier material, for example titanium.
  • a flexible carrier material for example titanium.
  • Such bands can be used at temperatures up to 1300 0 C.
  • the guide of the band-shaped side delimiter 27 adopts a side guide mechanism 30, as shown in FIG Figure 3a shown side boundary 30 in cross section.
  • the side guide mechanism 30 leads the band 28, 29 laterally to the edges of the substrate strip.
  • the side guide mechanism 30 also serves to bring the bands 28, 29 in the required height at the edges of the substrate 3 for conditioning and hold.
  • Figure 4 shows a schematic representation of a second embodiment of the side boundary 27 in cross section.
  • a shield 32 is used as a side delimiter 27 .
  • the side guide mechanism 30 and the rollers 31, the coils 31a together with the side delimiters 27 and the belts 28 and 29 are omitted.
  • the shields 32 are mounted in holders 33 and are moved by means of these holders 33, wherein the guide 34 serves to adjust the pourable width. Similar to the bands, they are brought to the edges of the substrate 3 so that the liquid molten metal 5 can not leave the substrate 3 beyond the edges.
  • the cooling is accomplished in two steps.
  • a first step which connects directly to the casting box, the strip is cooled to about 900 - 950 0 C. At this temperature, the alloy is sufficiently solidified, so that you can remove the Sobeskyr.
  • the strip is then cooled to about 300 0 C.
  • the band is in a protective gas atmosphere of hydrogen 4 - 5 vol .-% in nitrogen. Above all else, the nitrogen is necessary to one To prevent oxidation of the steel strip.
  • the hydrogen has a favorable heat capacity and is increasingly used for cooling.
  • the cooling in the first step takes place in such a way that cooling water is conducted around the strip and in addition blown from below onto the strip, mainly with hydrogen. That is, above the belt is cooled by radiation and below the belt by convection. In the second cooling step, the entire strip is cooled by convection. .
  • the carrier strip or the substrate 3 with the metal alloy 5 cast on it passes through a finishing station 17, in which, for example, a cleaning takes place, and a device with tempering rollers 18, in which the sliding layer of the produced composite material 4 is smoothed, to be rewound and stored again on a spool or reel 2 at the end of the production line.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) für die Gleitlagerherstellung durch kontinuierliches Aufgießen einer Metalllegierung (5) auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat (3), insbesondere aus Stahl, bei dem das bandförmige Substrat (3) eine mehrere Bearbeitungsstationen umfassende Produktionsstraße kontinuierlich durchläuft, wobei das bandförmige Substrat (3) zunächst in einer separaten Aufheizstation (12) vorerwärmt wird, anschließend eine Gießstation (13) durchläuft, in der es mit der Metalllegierung (5) begossen wird, und darauffolgend in einer Abkühlstation (16) abgekühlt wird und des weiteren eine Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens. Es soll ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mit dem kostengünstiger gefertigt werden kann und das insbesondere eine höhere Produktivität aufweist als nach dem Stand der Technik bekannt. Erreicht wird dies durch ein Verfahren der gattungsbildenden Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Metalllegierung (5) in einer Menge vergossen wird, mit der eine Gleitlagerschicht (6) ausgebildet wird, deren Dicke im Vergleich zu der endbearbeiteten Gleitlagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) höchstens ein Übermaß = 20% aufweist. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gießstation (13) mit einem Fließer (14) ausgestattet ist, dessen mindestens eine Austrittsöffnung (24) in der Art ausgebildet ist, dass die Metalllegierung (5) an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des bandförmigen Substrats (3) beabstandeten Stellen auf das Substrat (3) aufgebracht werden kann.

Description

Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen
Verbundwerkstoffes für die Gleitlagerherstellung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes für die Gleitlagerherstellung durch kontinuierliches Aufgießen einer Flüssigkeit auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat, insbesondere aus Stahl, bei dem das bandförmige Substrat eine mehrere Bearbeitungsstationen umfassende Produktionsstraße kontinuierlich durchläuft, wobei das bandförmige Substrat zunächst in einer separaten Aufheizstation vorerwärmt wird, anschließend eine Gießstation durchläuft, in der es mit der Flüssigkeit begossen wird, und darauffolgend in einer Abkühlstation abgekühlt wird.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes für die Gleitlagerherstellung mittels eines kontinuierlichen Aufgießens einer Flüssigkeit auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat, mit mehreren Bearbeitungsstationen, welche das bandförmige Substrat kontinuierlich durchläuft, wobei die Vorrichtung ausgestattet ist mit einer separaten Aufheizstation, in der das bandförmige Substrat zunächst vorerwärmt wird, mit einer Gießstation, in der das Substrat mit der Flüssigkeit begossen wird, und einer Abkühlstation, in der das mit der Flüssigkeit begossene Substrat abgekühlt wird.
Ein Verfahren der gattungsbildenden Art wird in der deutschen Patentschrift DE-AS 1 063 343 beschrieben, die eine besondere Ausbildung des Muffelofens, mit dem das bandförmige Substrat vorerwärmt wird, zum Gegenstand hat. Die DE-AS 1 063 343 lehrt, dass eine schnellere Vorerwärmung des Substrats, somit eine Verkürzung der Aufwärmstrecke und folglich eine Reduzierung der für den Transport erforderlichen, am Substrat angreifenden Zugkräfte realisiert werden kann, wenn das Substrat beim Durchlauf durch die induktiv erhitzte, gasdichte Glühmuffel neben der indirekten Aufheizung durch Strahlungswärme zusätzlich durch Induktion erhitzt wird, indem mittels eines zusätzlichen Induktionsfeldes ein Strom im Substrat erzeugt wird, der sich direkt in Wärme umwandelt. Hierzu wird der Muffelofen mit einem Muffelkörper aus hochhitzebeständigem, nichtmagnetischen Werkstoff, einer Wärmeisolierung, z.B. aus Schamottsteinen, und einer wassergekühlten Induktionsspule ausgestattet. Der in der DE-AS 1 063 343 beschriebene Muffelofen ist - mittlerweile als freier Stand der Technik - die bevorzugte Vorwärmvorrichtung bei dem in Rede stehenden Verfahren, wobei die Erwärmung vorteilhafterweise unter Schutzgasatmosphäre erfolgt, damit der verwendete Stahl nicht oxidiert.
Auch die DE-AS 1 063 343 geht wie die vorliegende Erfindung von einem Verfahren aus, bei dem das bandförmige Substrat zunächst in einer separaten Aufheizstation vorerwärmt wird, anschließend eine Gießstation durchläuft, in der es mit der Metalllegierung begossen wird, und darauffolgend in einer Abkühlstation abgekühlt wird. Zur Durchführung des Verfahrens kommt eine Vorrichtung der gattungsbildenden Art zum Einsatz.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein Schichtverbundwerkstoff, wie ihn beispielsweise ein mit einem Gleitlagerwerkstoff beschichtetes Substrat - vorzugsweise aus Stahl - darstellt, grundsätzlich auch im Walzverfahren hergestellt werden kann. Ein derartiges Verfahren beschreibt beispielsweise die EP 0 681 114 A2. Eine sich an das Plattieren anschließende Wärmebehandlung soll dabei als Folge von Diffusionsvorgängen die Bindefestigkeit zwischen Stahl und Lagermaterial erhöhen. Bei diesem Verbundsystem handelt es sich im Gegensatz zu dem beanspruchten Verfahren um ein Walzplattierverfahren. Hierbei tritt als Folge des Walzdruckes eine mechanische Haftung durch Verzahnen der Oberflächen der beiden Werkstoffe ein. Eine nachfolgende Diffusionsglühung verstärkt zwar diese Bindung, führt aber nicht zu einer formschlüssigen Verbindung oder gar metallurgischen Bindung, wie dies beim Begießen, also dem Kontakt einer flüssigen Phase mit einer festen Phase, der Fall ist. Ein Walzplattierverfahren ist im Vergleich zu einem Begießungsverfahren zudem kostenintensiver, da das mittels Walzplattieren auf den Stahl aufgebrachte Band zunächst selbst in einem eigenen Gießverfahren hergestellt werden muss. Aus den genannten Gründen, insbesondere zur Erhöhung der Bindung zwischen Trägermaterial und Gleitlagerwerkstoff, werden zunehmend Begießungsverfahren eingesetzt.
Ein Verfahren der gattungsbildenden Art wird ebenfalls in der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 01 074 A1 beschrieben. Das Trägermaterial wird auf eine Temperatur von 1000 bis 1100 0C vorgewärmt, um dann mit einer Lagerlegierung auf Kupfer-Zink- oder Kupfer-Aluminiumbasis, die eine Temperatur von 10000C bis 12500C aufweist, begossen zu werden. Anschließend wird der Schichtverbundwerkstoff innerhalb von 2 bis 4 Minuten von Gießtemperatur auf 1000C abgekühlt.
Bei den Verfahren nach dem Stand der Technik wird das bandförmige Substrat üblicherweise auf Rollen bevorratet, wobei die Vorrichtung zur Herstellung des bandförmigen Verbundwerkstoffes durch Abwickeln der Rollen kontinuierlich mit dem bandförmigen Trägermaterial versorgt wird. Dabei ist eine Schweißvorrichtung vorgesehen, die das Ende des Trägerbandes der einen Rolle mit dem Anfang des Bandes einer folgenden Rolle gewissermaßen zu einem Endlosband verbindet, wobei eine aus mehreren Walzen aufgebaute Vorrichtung dafür sorgt, dass die Vorwärmvorrichtung und die sich anschließenden Bearbeitungsstationen während des Verbindungsprozesses in der Schweißvorrichtung weiterhin kontinuierlich mit Trägermaterial versorgt werden, so dass keine Stillstandzeiten auftreten. Hierzu werden die Walzen in der Art bewegt, dass sich der Weg des um die Walzen geführten Trägerbandes durch das Walzenwerk verkürzt und die dadurch freiwerdende Länge an Trägerband für die Versorgung der Anlage während des Schweißvorgangs genutzt werden kann.
Des Weiteren sind bei herkömmlichen Verfahren vor dem Erwärmen des Substrats Bearbeitungsstationen vorgesehen, in denen zum einen das Trägerband vorbehandelt, insbesondere gereinigt, entfettet und zu besseren Haftung der Gleitschicht aufgerauht, werden kann. Zum anderen wird das Trägerband bei den konventionellen Verfahren üblicherweise an seinen Rändern mit einer Bördelung versehen. Diese Bördelung dient der seitlichen Begrenzung des Trägerbandes und soll verhindern, dass die aufgegossene Metalllegierung über die Ränder des Substrats hinausfließt. Somit ist es auch Aufgabe der Bördelung, zu einer Ausbildung einer gleichmäßigen Gleitschichtdicke beizutragen. Die Bördelung, die aus fertigungstechnischen Gründen zur Verbesserung des Aufgießprozess in das Trägerband eingebracht wird, muss vor der Verarbeitung des Verbundwerkstoffes zu Gleitlagern, Buchsen und Lagerschalen entfernt werden. Dabei kann die Bördelung bei einem Band mit einer Breite von 150 mm bis zu 30 % des Trägerbandes beanspruchen, was zu entsprechend hohen Mengen Materialabfall führt.
Nach dem Stand der Technik wird die Metalllegierung in der Gießstation mittig auf das Substrat aufgebracht und breitet sich ausgehend von der Mitte in einem Fließprozess zu den Seitenrändern des Trägerbandes hin aus. Dieser Fließprozess hat maßgeblichen Einfluss auf die Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Substrat durch die Anlage gefördert werden kann, denn der Schmelze muss genügend Zeit gewährt werden, damit sie sich gleichmäßig über das Substrat bis zu den Rändern hin verteilen kann, bevor der Abkühlprozess folgen kann. Die Vorschubgeschwindigkeit hat unmittelbar Einfluss auf die Produktivität des Herstellungsverfahrens, weshalb bei der Weiterentwicklung des Verfahrens die Bemühungen grundsätzlich dahingehen sollten, die Vorschubgeschwindigkeit zu steigern und damit kostengünstiger produzieren zu können. Mit den nach dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren lassen sich Bandgeschwindigkeiten von maximal VB =3,5 m/min realisieren.
Bei herkömmlichen Verfahren wird in der Regel Öl als Kühlmittel in der Abkühlstation verwendet, wie dies auch der DE-AS 1 063 343 zu entnehmen ist. Der Grund hierfür ist darin zu finden, dass Gleitschichtlegierungen älterer Lagergenerationen nahezu ausschließlich bleihaltig waren. Diese bleihaltigen Legierungen erfordern hohe Abkühlraten, um ein homogenes Gefüge zu erhalten, weshalb öl mit seiner im Vergleich zu Wasser hohen Wärmkapazität als bevorzugtes Kühlmittel eingesetzt wurde. Dabei wird die Unterseite des begossenen Substrats mit Öl bespritzt und auf diese Weise durch erzwungene Konvention Wärme abgeführt. Nachteilig an dieser Art der Kühlung ist, dass aufgrund der sehr hohen Temperatur des Substrats nach dem Gießvorgang das öl beim Auftreffen auf der Unterseite verkokt und gegebenenfalls zu einer ungewollten Aufkohlung des Substratbandes führt.
Im Anschluss an den Abkühlvorgang wird der Verbundwerkstoff bei herkömmlichen Verfahren mechanisch in der Art nachbearbeitet, dass einerseits die Unterseite des Substrats geschliffen und die Oberseite der Gleitschicht gefräst wird. Das Schleifen der Unterseite des Substrats dient in erster Linie der Reinigung und der Beseitigung von Rückständen infolge Ölkühlung, wohingegen das Fräsen der Oberseite der Gleitschicht das Ziel hat, überschüssiges Gleitschichtmaterial abzutragen und die Dicke der Gleitschicht näher an ihr Sollmaß heranzuführen. Wird eine übliche Gleitschichtdicke des endbearbeiteten Verbundwerkstoffes von 0,35 mm ± 0,15mm zugrundegelegt, beträgt die Gleitschichtdicke des begossenen Substrats nach der Abkühlung und vor der Nachbearbeitung bei den herkömmlichen Verfahren etwa 2 mm. Bei Verfahren nach dem Stand der Technik wird somit ungefähr eine vier- bis zehnmal so große Menge an Gleitschichtmaterial d.h. Metalllegierung auf das Substrat aufgebracht wie letztlich tatsächlich zur Ausbildung einer ausreichenden Gleitschicht benötigt wird. Das überschüssige Material muss wieder abgetragen werden. Dies führt einerseits zur der Notwendigkeit, eine Nachbearbeitungsstation zum Abtrag des überschüssigen Materials vorzusehen und somit zu zusätzlichen Kosten, und andererseits zu einer erheblichen Abfallmenge an Gleitschichtmaterial, was sich ebenfalls kostensteigernd auf den Produktionsprozess auswirkt.
Am Ende der Fertigungsstraße durchläuft der bandförmige Verbundwerkstoff sogenannte Dressierwalzen, mit denen die Gleitlagerschicht durch Warmwalzen weiter geglättet wird. In Abhängigkeit von der verwendeten Metalllegierung wird eine vorhandene Bördelung vom Verbundmaterial entweder vorher abgetrennt oder bei Metalllegierungen, bei denen beim Aufwickeln die Gefahr besteht, dass die Wickelungen aneinander haften und verkleben, am Verbundband belassen.
Aus der DE 198 61 160 C1 ist ein Schichtverbundwerkstoff in Form eines gießplattierten Stahlbandes bekannt. Um den Schichtverbundwerkstoff auf Endmaß zu bringen, werden 5 bis 15 % der Lagermetalldicke abgefräst. Die DE 196 51 324 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von umhüllten Stranggießprodukten. Eine flüssige Metallschmelze, z. B. Stahl, wird mit einem Metall-Flachprodukt, z. B. ebenfalls aus Stahl, in Kontakt gebracht und verschweißt. Als Vorteil dieses Verfahrens wird die frei wählbare End- und Beschichtungsdicke genannt.
Aus der WO 95/17987 geht ein Verfahren hervor, mit dem auf einem Transportband ein endabmessungsnahes Metallband hergestellt wird. Was unter endabmessungsnah verstanden wird, wird nicht mitgeteilt.
Die DE-OS 21 30 421 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Verbundmaterialien. Zwei flüssige Metalle werden gleichzeitig zu einer Zerstäubungseinrichtung geleitet, um einen feinen Sprühstrahl aus zerstäubten Teilchen der Metalle zu bilden. Zum Zerstäuben werden Stickstoffstrahlen eingesetzt.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes für die Gleitlagerherstellung durch kontinuierliches Aufgießen einer Metalllegierung auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat, insbesondere aus Stahl, bereitzustellen, bei dem das bandförmige Substrat eine mehrere Bearbeitungsstationen umfassende Produktionsstraße kontinuierlich durchläuft, wobei das bandförmige Substrat zunächst in einer separaten Aufheizstation vorerwärmt wird, anschließend eine Gießstation durchläuft, in der es mit der Metalllegierung begossen wird, und darauffolgend in einer Abkühlstation abgekühlt wird, und mit dem kostengünstiger gefertigt werden kann und das insbesondere eine höhere Produktivität aufweist als herkömmliche Verfahren.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen. Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren gemäß einer ersten Alternative, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Flüssigkeit, mit der eine Gleitlagerschicht ausgebildet wird, in der Gießstation an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des bandförmigen Substrats beabstandeten Stellen auf das Substrat aufgebracht wird, wobei die Flüssigkeit in einer Menge vergossen wird, dass deren Dicke im Vergleich zu der endbearbeiteten Gleitlagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes höchstens ein Übermaß ≤30%, insbesondere ≤20% aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Flüssigkeit zu einer - gegenüber herkömmlichen Verfahren - dünnen Schicht vergossen wird. Dabei wird bereits beim Aufgießen der Gleitschichtlegierung eine Schichtdicke der Gleitschicht angestrebt, die gegenüber der Gleitlagerschicht des endbearbeiteten, bandförmigen Verbundwerkstoffes ein nur geringes Übermaß aufweist, also schon möglichst nahe an dem Sollmaß der Gleitlagerschicht liegt. Im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen nicht selten die vier- bis zehnfache Menge an Metallschmelze zur Ausbildung einer Gleitschicht vergossen werden, bedeutet dies eine erhebliche Materialersparnis und damit eine spürbare Kostensenkung.
Die Kosten werden aber nicht nur infolge der reinen Materialersparnis als solcher gesenkt. Dadurch dass wesentlich weniger Material bereitgestellt und vergossen wird, muss auch wesentlich weniger Gleitlagermaterial aufbereitet d.h. geschmolzen werden, was zu einer erheblichen Energieeinsparung im Rahmen des Schmelzprozesses führt. Ebenso muss auch entsprechend weniger Material abgekühlt werden, wodurch die Kühlstrecke verkürzt und/oder die Vorschubgeschwindigkeit erhöht und damit die Produktivität gesteigert werden kann.
Zudem entfällt das Abtragen des überschüssigen Materials mittels Fräsen. Das Entfallen dieser Nachbearbeitungsstation verkürzt die Fertigungszeiten weiter und mit dem nicht mehr erforderlichen Bearbeitungsschritt entfallen auch die durch diesen verursachten Kosten.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen von der durch den Aufgießprozess generierten Gleitschicht kein Material mehr abgetragen wird und das bandförmige Verbund material zur Glättung der Oberfläche lediglich eine Vorrichtung mit Dressierwalzen durchläuft.
Dadurch, dass die Flüssigkeit in der Gießstation an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des bandförmigen Substrats beabstandeten Stellen auf das Substrat aufgebracht wird, kann sich die vergossene Flüssigkeit schneller als bei herkömmlichen Verfahren, bei denen die Schmelze mittig auf das Substrat aufgebracht wird, verteilen, weil die Wegstrecken, die die Schmelze bis zu den Seitenrändern des Trägerbandes zurückzulegen hat, verkleinert und damit die für den Fließprozess d.h. die Benetzung der Substratoberfläche benötigte Zeit verringert wird. Dies führt dazu, dass die Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Substratband durch die Anlage gezogen wird, erhöht werden und damit kostengünstiger produziert werden kann. Diese konkrete Ausführung des Verfahrens trägt also maßgeblich zur Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe bei, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem kostengünstiger gefertigt werden kann und das insbesondere eine höhere Produktivität aufweist als herkömmliche Verfahren. Vorteilhaft sind Ausführυngsformen des Verfahrens, bei denen in der Gießstation ein Fließer verwendet wird, der über mindestens zwei zueinander beabstandete Austrittsöffnungen verfügt, über die die Flüssigkeit jeweils strahlenförmig auf das Substrat aufgebracht wird. Dabei wird der Fließer vorzugsweise in der Art positioniert, dass die Austrittsöffnungen weniger als 50 mm oberhalb der zu benetzenden Substratoberfläche zu liegen kommen, wodurch eine unerwünschte Turbulenz der vergossenen Schmelze vermieden bzw. in vertretbaren Grenzen gehalten wird. Die Turbulenz der durch das Aufgießen erzeugten Schmelzströmung hat Einfluss auf die Qualität der ausgebildeten Gleitschicht und auf deren Oberflächenbeschaffenheit. Je weniger turbulent die Strömung ist, desto weniger variiert die Dicke der Gleitschicht d.h. desto gleichmäßiger kann eine Gleitschicht ausgebildet werden, was sich positiv auf das zu veranschlagende Übermaß an zu vergießender Metalllegierung beim Begießen des Substrats bemerkbar macht und die Nachbearbeitung verringert.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren gemäß einer zweiten Alternative, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Gießstation ein Fließer verwendet wird, der über mindestens eine spaltförmige Austrittsöffnung verfügt, über die die Flüssigkeit in Form eines Schmelzfilms auf das Substrat aufgebracht wird, und dass die Flüssigkeit, mit der eine Gleitlagerschicht ausgebildet wird, in einer Menge vergossen wird, dass deren Dicke im Vergleich zu der endbearbeiteten Gleitlagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes höchstens ein Übermaß <30%, insbesondere <20% aufweist.
Diese Ausbildung des Fließers kommt einem Fließer gleich, der über eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Austrittsöffnungen verfügt, die gewissermaßen miteinander in Verbindung stehen. Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in der Gießstation ein Fließer verwendet wird, der über eine spaltförmige Austrittsöffnung verfügt, die sich über die gesamte Breite des zu begießenden Substrats erstreckt, so dass die Flüssigkeit in Form eines der Breite des bandförmigen Substrats entsprechenden Schmelzfilms auf das Substrat aufgebracht wird.
Hierdurch werden die Wegstrecken, die die Schmelze bis zu den Seitenrändern des Trägerbandes zurückzulegen hat, eliminiert und damit die für den Fließprozess d.h. die Benetzung der Substratoberfläche benötigte Zeit weiter verringert, weshalb die Vorschubgeschwindigkeit weiter gesteigert werden kann.
Vorzugsweise wird die Flüssigkeit, mit der eine Gleitlagerschicht ausgebildet wird, in einer Menge vergossen, dass deren Dicke im Vergleich zu der endbearbeiteten Gleitlagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes höchstens ein Übermaß ≤ 10% aufweist.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Substrat mit einer Bandgeschwindigkeit vB > 5 m/min, vorzugsweise mit einer Bandgeschwindigkeit VB > 7 m/min gefördert wird. Dies stellt gegenüber dem Stand der Technik eine Steigerung der Bandgeschwindigkeit und folglich auch der Produktivität von bis zu 100% und mehr dar, wobei die im Stahlband auftretenden Zugkräfte eine vertretbare Größe nicht überschreiten.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in der Abkühlstation als Kühlmittel Wasser verwendet wird. Insbesondere die leichte Verfügbarkeit, die geringen Kosten und die Umweltverträglichkeit von Wasser führen dazu, dass Wasser bevorzugt als Kühlmittel eingesetzt wird. Wie bereits eingangs beschrieben, wird nach dem Stand der Technik überwiegend Öl als Kühlmittel eingesetzt, da bleihaltige Lagerlegierungen eine schnelle Abkühlung und damit ein Kühlmittel mit hoher Wärmekapazität benötigen. Auf Blei als Bestandteil des Lagers wird aber zunehmend verzichtet. Die Gründe hierfür sind vielschichtig. Zum einen ist man bemüht, Blei aus der Recyclingkette von Altmetall zu entfernen, wobei ein Zerlegen beispielsweise der Verbrennungskraftmaschine vor der Wiederverwertung zur Entsorgung der bleihaltigen Teile unter ökonomischen Gesichtspunkten nicht zielführend ist, so dass nur die Verwendung bleifreier Bauteile bei der Fertigung einen Lösungsansatz bietet. Aber auch die gesundheitliche Belastung der Arbeiter mit Bleistäuben während der Fertigung ist ein Grund auf Blei bei der Lagerherstellung zu verzichten.
Aber auch bleihaltige Lagerlegierungen können bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahren mit Wasser abgekühlt werden, da nur dünne Schichten vergossen werden und damit - im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren - wesentlich weniger Materialmasse abgekühlt werden muss, wofür in gewissen Anwendungsfällen die Wärmekapazität von Wasser als ausreichend anzusehen ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die eine Vielzahl von Begrenzungswänden aufweisende Abkühlstation mittels Wasser in der Art gekühlt wird, dass die Wärme von den Begrenzungswänden durch Konvektion an das Wasser abgeführt wird, wobei die Abkühlung des begossenen Substrats über Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung an die Begrenzungswände der Abkühlstation erfolgt. Bei dieser Ausführungsform kommt das begossene Substrat selbst nicht mit dem Kühlmittel in Berührung. Das Kühlmittel kühlt den Verbundwerkstoff indirekt, indem das Substrat und die auf ihm aufgegossene Gleitschicht Wärme durch Wärmestrahlung an die Begrenzungswände der Abkühlstation abgeben und diese Begrenzungswände dann wiederum durch Wärmeabgabe an das Kühlmittel gekühlt werden. Insbesondere bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, mit dem dünne Gleitschichten vergossen werden, ist es vorteilhaft die Unterseite des Substrats nicht direkt mit einem Kühlmittelstrahl zu beaufschlagen und damit Gefahr zu laufen, dass sich die Gleitschicht infolge dieser Krafteinwirkung noch nachträglich verformt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Substrat zur zusätzlichen Abkühlung auf der Unterseite mit einem Schutzgas, vorzugsweise mit einer Wasserstoff-Stickstoff-Mischung, angesprüht wird. Zusammen mit der Abkühlung durch Wärmestrahlung kann durch diese zusätzliche konvektive Wärmeabfuhr mittels Schutzgas die Abkühlrate erhöht werden ohne Gefahr zu laufen, dass der Verbundwerkstoff mit dem Kühlmittel reagiert.
Vorteilhaft können aber in gewissen Anwendungsfällen, in denen sehr hohe Abkühlraten gefordert werden, Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen in der Abkühlstation als Kühlmittel öl verwendet wird, wobei das Substrat in der Abkühlstation vorzugsweise auf der Unterseite mit Öl angesprüht wird. Auch eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit, die eine schnellere Abkühlung erforderlich machen würde, könnte den Einsatz von Öl als Kühlmittel erforderlich machen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in der Gießstation Seitenbegrenzer eingesetzt werden, die das bandförmige Substrat seitlich in der Art begrenzen, dass die aufgegossene Metalllegierung das Substrat seitlich nicht verlassen kann. Damit entfällt die nach dem Stand der Technik vorgesehene Bördelung und mit der Bördelung folglich die Vorrichtung zum Einbringen der Bördelung in das Substrat und ebenso die Vorrichtung zur Abtrennung der Bördelung nach der Fertigung. Des Weiteren führt der Einsatz separater und externer Seitenbegrenzer zu einer erheblichen Materialeinsparung und damit zu einer Kostensenkung, was auch zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe beiträgt.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in der Gießstation als Seitenbegrenzer ein sich mit dem Substrat mitbewegendes Band eingesetzt wird, wobei vorzugsweise als Band ein endloses Band oder ein Einwegband eingesetzt wird. Vorteilhafterweise werden zur Führung des bandförmigen Seitenbegrenzers Spulen bzw. Rollen eingesetzt, wobei auf jeder Seite des Substrats zwei Spulen vorgesehen sind, von denn eine vor der Gießstation und die andere hinter der Abkühlvorrichtung positioniert ist. Die Spulen können dabei auch gleichzeitig als Antrieb genutzt werden, wobei sich das Band vorteilhafterweise mit derselben Geschwindigkeit bewegt wie das Substrat. Im Falle eines Endlosbandes wird das Band an den Spulen bzw. Rollen - ähnlich dem Prinzip einer Kettensäge - jeweils umgelenkt und zurückgeführt, wohingegen beim Einsatz von Einwegband eine Spule, von der das Band abgewickelt wird, zur Bevorratung des Bandes und die andere Spule hinter der Abkühlstation zur Aufnahme des benutzten Bandes d.h. zum Aufwickeln dient.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Seitenbegrenzer ein Schild eingesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform entfällt die bei dem bandförmigen Seitenbegrenzer notwendige Führungsmechanik mit Rollen.
Die zweite Teilaufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren bereitzustellen, wird gelöst durch eine Vorrichtung mit mehreren Bearbeitungsstationen, welche das bandförmige Substrat kontinuierlich durchläuft, wobei die Vorrichtung ausgestattet ist mit einer separaten Aufheizstation, in der das bandförmige Substrat zunächst vorerwärmt wird, mit einer Gießstation, in der das Substrat mit der Flüssigkeit begossen wird, und einer Abkühlstation, in der das mit der Flüssigkeit begossene Substrat abgekühlt wird, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gießstation mit einem Fließer ausgestattet ist, dessen mindestens zwei Austrittsöffnungen in der Art ausgebildet sind, dass die Flüssigkeit an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des bandförmigen Substrats beabstandeten Stellen auf das Substrat aufgebracht werden kann.
Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem Verfahren ausführlich erläutert wurde, wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sichergestellt, dass sich die vergossene Flüssigkeit schneller als bei herkömmlichen Verfahren, bei denen die Schmelze mittig auf das Substrat aufgebracht wird, verteilt, da die Wegstrecken, die die Schmelze bis zu den Seitenrändern des Trägerbandes zurückzulegen hat, verkleinert wird. Dies führt dazu, dass die Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Substratband durch die Anlage gezogen wird, erhöht wird und damit kostengünstiger produziert werden kann.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Fließer über mindestens zwei zueinander beabstandete Austrittsöffnungen verfügt, über die die Flüssigkeit jeweils strahlenförmig auf das Substrat aufgebracht wird.
Vorteilhafterweise sind bei Ausführungsformen des Fließers mit zwei Austrittsöffnungen diese Austrittsöffnungen um die halbe Breite des Substratbandes beabstandet, so dass sich der maximale Fließweg der Schmelze auf ein Viertel der Substratbreite verkleinert. An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass die Schmelze nicht durch das sich relativ zum Fließer bewegende Substratband aus der Einspeisevorrichtung gezogen wird, sondern die Schmelze gezielt durch Einstellung eines Überdruckes gefördert und vergossen wird.
Gemäß einer zweiten Alternative ist eine Vorrichtung vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gießstation mit einem Fließer ausgestattet ist, der über mindestens eine spaltförmige Austrittsöffnung verfügt, über die die Flüssigkeit in Form eines Schmelzfilms auf das Substrat aufgebracht werden kann.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Fließer über eine spaltförmige Austrittsöffπung verfügt, die sich über die gesamte Breite des zu begießenden Substrats erstreckt, so dass die Flüssigkeit in Form eines der Breite des bandförmigen Substrats entsprechenden Schmelzfilms auf das Substrat aufgebracht werden kann. Durch diese besondere Ausbildung des Fließers werden die von der Flüssigkeit zurückzulegenden Wege weiter verkürzt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Abkühlstation mit einer Wasserkühlung ausgestattet ist, wobei die Wärme vom beschichteten Band über Strahlung abgegeben wird. Wasser ist grundsätzlich schon aus ökologischen Gründen ein bevorzugtes Kühlmittel. Vorzugsweise ist die Abkühlstation zur Kühlung des Substrats mit einer Vorrichtung ausgestattet, mit der die Unterseite des Substrats mit einem Schutzgas, vorzugsweise mit einer Wasserstoff- Stickstoff-Mischung, ansprühbar ist. Diese zusätzliche Kühlung über Konvektion ist insbesondere vorteilhaft zur Erzielung hoher Abkühlraten.
Vorteilhaft sind aber in gewissen Anwendungsfällen auch Ausführungsformen, bei denen die Abkühlstation mit einer Ölkühlung ausgestattet ist, wobei vorzugsweise die Abkühlstation zur Kühlung des Substrats mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, mit der die Unterseite des Substrats mit Öl ansprühbar ist. Je nach Dicke der vergossenen Gleitschicht bzw. der Dicke des verwendeten Trägermaterials und gegebenenfalls abhängig davon, ob es sich um eine bleihaltige oder bleifreie Lagerlegierung handelt, ist Öl mit seiner gegenüber Wasser höheren Wärmekapazität die bevorzugte Kühlflüssigkeit.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Gießstation mit Seitenbegrenzern ausgestattet ist, die das bandförmige Substrat seitlich in der Art begrenzen, dass die aufgegossene Metalllegierung das Substrat seitlich nicht verlassen kann. Diese Seitenbegrenzer übernehmen die Aufgabe der nach dem Stand der Technik in das Substrat eingebrachten Bördelung, auf die dann verzichtet werden kann, was zu erheblichen Materialeinsparungen führt. Grundsätzlich sollte eine Seitenbegrenzung vorgesehen werden, da sonst die Schmelze das Substrat über die Seitenränder hinaus verlassen kann und die Schichtdicke zu den Rändern hin progressiv abnehmen würde, so dass diese Randbereiche für eine spätere Gleitlagerherstellung unbrauchbar wären. Gerade bei dem erfindungsgemäßen Vergießen dünner Schichten ist aber die Ausbildung einer gleichmäßigen Schicht erforderlich.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen der Seitenbegrenzer ein sich mit dem Substrat mitbewegendes Band umfasst, wobei das Band ein endloses Band oder ein Einwegband sein kann. Ebenso kann als Seitenbegrenzer ein Schild eingesetzt werden. Im Hinblick auf diese vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die oben in Zusammenhang mit dem Verfahren gemachten Ausführungen und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Bevorzugt werden elastische Seitenbegrenzer vorgesehen, um die Toleranzen der Bandbreite auszugleichen. Außerdem sollte der Seitenbegrenzer aus einem Material sein, das eine schlechte Benetzbarkeit gegenüber den verwendeten Metallen zeigt bzw. damit beschichtet sein.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Band ein keramisches, elastisches Band verwendet wird. Wegen seiner Hochtemperaturfestigkeit, seiner Korrosionsbeständigkeit, seiner schlechten Benetzbarkeit d.h. geringen Klebeneigung mit flüssigem Metall und seiner chemischen Resistenz eignet sich Keramik als Werkstoff im vorliegenden Anwendungsfall besonders. Als keramische Werkstoffe können dabei Karbide, wie SiC und B4C, Oxide, wie AI2O3, BeO und ZrO2, Nitride, wie AIN, BN und Si3N4, oder Boride, wie TiB2, zum Einsatz kommen. Darüber hinaus erweist sich die Abriebfestigkeit von Keramik dahingehend als vorteilhaft, dass die Schmelze nicht durch abgeriebenes Bandmaterial kontaminiert wird.
Vorzugsweise handelt es sich um ein aus Fasern aufgebautes Band, bei dem die Keramik in Form von Fasern in ein faserförmiges • Trägermaterial, beispielsweise Titan, eingebracht wird. Derartige Bänder können bei Temperaturen bis 13000C eingesetzt werden.
Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen, bei denen der Seitenbegrenzer ein Schild ist. Dieser Schild wird dann über Halter an den Seiten des Trägerbandes zur Anlage gebracht, wo es während des Aufgießprozesses und des Abkühlprozesses zumindest bis zur Abkühlung der Metalllegierung unter Liquidustemperatur als Seitenbegrenzer dient.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von sieben Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei zeigt: Fig.1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes, in der Seitenansicht,
Fig.2a eine schematische Darstellung einer ersten
Ausführungsform eines Fließers, in einer perspektivischen Darstellung,
Fig.2b eine schematische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform eines Fließers, in einer perspektivischen Darstellung,
Fig.3a eine schematische Darstellung einer ersten
Ausführungsform der Seitenbegrenzung in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten,
Fig.3b, 3c schematische Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele der Seitenbegrenzung in der Draufsicht, teilweise geschnitten,
Fig.3d die in Figur 3a dargestellte Seitenbegrenzung im
Querschnitt, und
Fig.4 eine schematische Darstellung einer dritten
Ausführungsform der Seitenbegrenzung im Querschnitt,
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes 4 in der Seitenansicht. Das Substratband 3 durchläuft diese Vorrichtung 1 von links nach rechts. Es wird auf Spulen bzw. Rollen 2 bevorratet und mit Hilfe von Antriebswalzen 20 durch die Anlage 1 gefördert. Es sind eine Schneidstation 7 und eine Schweißstation 8 vorgesehen, die das Ende des Trägerbandes bzw. des Subrats 3 der einen Rolle 2 mit dem Anfang des Bandes 3 einer nachfolgenden Rolle 2 gewissermaßen zu einem Endlosband verbindet, wobei eine aus mehreren Walzen aufgebaute Vorrichtung 9 dafür sorgt, dass die Aufheizstation 12 bzw. die sich anschließenden Bearbeitungsstationen 10, 11 , 12, 13, 16, 17, 18 und 19 während des Verbindungsprozesses in der Schweißstation 8 weiterhin kontinuierlich mit Trägermaterial 3 versorgt werden, so dass keine Stillstandzeiten auftreten. Hierzu werden die Walzen in der Art bewegt, dass sich der Weg des um die Walzen geführten Trägerbandes bzw. Substrats 3 durch das Walzenwerk 9 verkürzt und die dadurch freiwerdende Länge an Substrat 3 für die Versorgung der Anlage 1 während des Schweißvorgangs genutzt werden kann.
Vor dem Erwärmen des Substrats 3 in der Aufheizstation 12 sind noch zwei weitere Bearbeitungsstationen 10, 11 vorgesehen. Zunächst durchläuft das Trägerband bzw. das Substrat 3 eine Anordnung von Richtwalzen 10, welche das auf den Spulen bzw. Rollen 2 bevorratete Substrat 3 in die für den Aufgießprozess gewünschte Form bringen. Daran schließt sich eine Reinigungsstation 11 an, in der das Trägerband bzw. das Substrat 3 vorbehandelt, insbesondere gereinigt, entfettet und zu besseren Haftung der Gleitschicht aufgerauht, wird. Eine Vorrichtung zum Anbringen der Bördelung am Trägerband bzw. am Substrat 3 entfällt bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , da externe Seitenbegrenzer zum Einsatz kommen.
Nach dem Erwärmen des Substrats 3 in der Aufheizstation 12 mittels einem induktiven Muffeloffen auf ungefähr 11000C mündet das Trägerband bzw. das Substrat 3 in die Gießkammer 15. Hier wird die überhitzte Metalllegierung 5, die in etwa dieselbe Temperatur aufweist wie das vorgewärmte Substrat 3, mittels eines Fließers 14 auf dieses aufgebracht.
Die Metalllegierung 5 breitet sich ausgehend von den Aufbringstellen, in denen sie auf das Substrat aufgebracht wurde, in einem Fließprozess zu den Seitenrändern des Trägerbandes bzw. des Substrates 3 hin aus. Dieser Fließprozess hat maßgeblichen Einfluss auf die Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Substrat 3 durch die Anlage 1 gefördert werden kann, denn der Schmelze muss genügend Zeit gewährt werden, damit sie sich gleichmäßig über das Substrat 3 bis zu den Rändern hin verteilen kann, bevor der Abkühlprozess folgt. Die Vorschubgeschwindigkeit hat unmittelbar Einfluss auf die Produktivität des Herstellungsverfahrens. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren - insbesondere aufgrund der besonderen Ausbildung des Fließers 14 - lassen sich Bandgeschwindigkeiten von vB > 7 m/min realisieren.
Im Anschluss an die Gießstation 13 durchläuft das Trägerband bzw. das Substrat 3 mit der auf ihm vergossenen Metalllegierung 5 die Abkühlstation 16, eine Nachbearbeitungsstation 17, in der beispielsweise eine Reinigung stattfindet, und eine Vorrichtung mit Dressierwalzen 18, in denen die Gleitschicht 6 des hergestellten Verbundwerkstoffes 4 geglättet wird, um am Ende der Fertigungsstraße abermals auf einer Spule bzw. Rolle 2 aufgewickelt und bevorratet zu werden. Der endlos hergestellte Verbundwerkstoff 4 wird mittels Schneidestation 19 entsprechend der gewünschten Größe der Rollen 2 abgelängt.
Figur 2a zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Fließers 14 in einer perspektivischen Darstellung. Der Fließer 14 wird mittels eines Zuführkanals 22 aus der Speiservorrichtung 21 mit einer überhitzten Metalllegierung 5 versorgt. Der Zuführkanal 22 mündet mittig in den Fließerkopf 23. Die sich im Innern des Fließers 14 über die gesamte Breite des Fließerkopfes 23 ausbreitende Metallschmelze wird über insgesamt elf Austrittsöffnungen 24 strahlenförmig auf das Substrat 3 aufgebracht. Dabei sind die Austrittsöffnungen 24 regelmäßig zueinander beabstandet und an der Stirnseite 26 des Fließers 14 positioniert.
Der Fließer 14 wird vorzugsweise in der Art positioniert, dass die Austrittsöffnungen 24 weniger als 50 mm oberhalb der zu benetzenden Oberfläche des Substrats 3 zu liegen kommen, wodurch eine unerwünschte Turbulenz der vergossenen Schmelze vermieden bzw. in vertretbaren Grenzen gehalten wird. Zudem ist ein so genannter Kamm 25 an der Stirnseite 26 vorgesehen, um die aus den Austrittsöffnungen 24 austretende Schmelzströmung weiter zu leiten. Dies hat sich als vorteilhaft bei der Ausbildung einer gleichmäßigen Gleitschicht herausgestellt. Der Fließer 14 kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch direkt beheizt werden, um ein Abkühlen der Schmelze und ein Verstopfen der Austrittsöffnungen 24, zu vermeiden.
Figur 2b zeigt schematisch eine zweite vorteilhafte Ausführungsform eines Fließers 14 in einer perspektivischen Darstellung. Dieser Fließer 14 ist mit einer spaltförmigen Austrittsöffnungen 24 versehen, über die die geschmolzene Metalllegierung in Form eines Schmelzfilms auf das Substrat 3 aufgebracht wird. Die spaltförmige Austrittsöffnung 24 erstreckt sich über die gesamte Breite des zu begießenden Substrats 3, so dass die geschmolzene Metalllegierung 5 in Form eines der Breite des bandförmigen Substrats 3 entsprechenden Schmelzfilms auf das Substrat aufgebracht wird. Hierdurch werden die Wegstrecken, die die Schmelze bis zu den Seitenrändern des Trägerbandes bzw. des Substrats 3 zurückzulegen hat, eliminiert und damit die für den Fließprozess d.h. die Benetzung der Substratoberfläche 3 benötigte Zeit weiter verringert, weshalb die Vorschubgeschwindigkeit weiter gesteigert werden kann.
Figur 3a zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform einer Seitenbegrenzung 27 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten. Der in der Gießkammer 15 positionierte Fließer 14 wird von der Speiservorrichtung 21 über den Zuführkanal 22 mit überhitzter Metallschmelze 5 versorgt und trägt über eine spaltförmige Austrittsöffnung 24 die geschmolzene Legierung 5 auf das bandförmige Substrat 3 auf.
In der Gießstation 13 werden externe Seitenbegrenzer 27 eingesetzt, die das bandförmige Substrat 3 seitlich in der Art begrenzen, dass die aufgegossene Metalllegierung 5 das Substrat 3 seitlich nicht über die Ränder hinaus verlassen kann. Damit entfällt die nach dem Stand der Technik vorgesehene Bördeluπg und mit der Bördelung folglich die Vorrichtung zum Einbringen der Bördelung in das Substrat und ebenso die Vorrichtung zur Abtrennung der Bördelung nach der Fertigung. Des Weiteren führt der Einsatz separater und externer Seitenbegrenzer zu einer erheblichen Materialeinsparung und damit zu einer Kostensenkung.
Bei der in Figur 3a dargestellten Ausführungsform werden Bänder 28, 29 als Seitenbegrenzung 27 eingesetzt, wie aus den Figuren 3b und 3c, welche die in Figur 3a dargestellte Seitenbegrenzung in der Draufsicht zeigt, leicht ersichtlich ist.
Dabei zeigt Figur 3b sowohl die Ausführungsform, bei der ein Endlosband 29 als bandförmiger Seitenbegrenzer 27 zum Einsatz kommt und die Figur 3c zeigt die Ausführungsform, bei der ein Einwegband 28 als bandförmiger Seitenbegrenzer 27 dient. Zur Führung der bandförmigen Seitenbegrenzer 27 werden Spulen 31 bzw. Rollen 31a eingesetzt, wobei auf jeder Seite des Substrats 3 zwei Spulen 31 bzw. Rollen 31a vorgesehen sind, von denen eine vor der Gießstation 13 und die andere hinter der Abkühlvorrichtung positioniert ist. Die Spulen 31 bzw. Rollen 31a können dabei auch gleichzeitig als Antrieb genutzt werden, wobei sich das Band 28, 29 vorteilhafterweise mit derselben Geschwindigkeit wie das Substrat 3 bewegt. Im Falle eines Endlosbandes 29 wird das Band 29 an den Rollen 31a - ähnlich dem Prinzip einer Kettensäge - jeweils umgelenkt und zurückgeführt, wohingegen beim Einsatz von Einwegband 28 eine Spule 31 , von der das Band 28 abgewickelt wird, zur Bevorratung des Bandes 28 und die andere Spule 31 hinter der Abkühlstation zur Aufnahme des benutzten Bandes 28 d.h. zum Aufwickeln dient.
Gut zu erkennen ist, wie sich die Metallschmelze 5 ausgehend vom Fließer 14 über das Substrat 3 bis hin zu den Rändern d.h. den Seitenbegrenzern 27 verteilt.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Band ein keramisches, elastisches Band verwendet wird. Wegen seiner Hochtemperaturfestigkeit, seiner Korrosionsbeständigkeit, seiner schlechten Benetzbarkeit d.h. geringen Klebeneigung mit flüssigem Metall und seiner chemischen Resistenz eignet sich Keramik als Werkstoff im vorliegenden Anwendungsfall besonders.
Vorzugsweise handelt es sich um ein aus Fasern aufgebautes Band, bei dem die Keramik in Form von Fasern in ein flexibles Trägermaterial, beispielsweise Titan, eingebracht wird. Derartige Bänder können bei Temperaturen bis 13000C eingesetzt werden.
Die Führung der bandförmigen Seitenbegrenzer 27 übernimmt eine Seitenführungsmechanik 30, wie sie in Figur 3d dargestellt ist, die die in Figur 3a dargestellte Seitenbegrenzung 30 im Querschnitt zeigt. Dabei führt die Seitenführungsmechanik 30 das Band 28, 29 seitlich an die Ränder des Substratbandes heran. Zudem dient die Seitenführungsmechanik 30 auch dazu die Bänder 28, 29 in der erforderlichen Höhe an den Rändern des Substrats 3 zur Anlage zu bringen und zu halten. Durch die Verwendung eines elastischen Materials für den Seitenbegrenzer 27 lassen sich die Breitentoleranzen des Substrates 3 ausgleichen.
Figur 4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform der Seitenbegrenzung 27 im Querschnitt. Als Seitenbegrenzer 27 wird ein Schild 32 eingesetzt. Bei dieser Ausführungsform entfällt die Seitenführungsmechanik 30 sowie die Rollen 31 , die Spulen 31a nebst den Seitenbegrenzern 27 bzw. den Bändern 28 und 29.
Die Schilde 32 sind in Haltern 33 gelagert und werden mittels dieser Halter 33 bewegt, wobei die Führung 34 der Einstellung der begießbaren Breite dient. Ähnlich wie die Bänder werden sie an die Ränder des Substrats 3 herangeführt, damit die flüssige Metallschmelze 5 nicht das Substrat 3 über die Ränder hinaus verlassen kann.
Die Kühlung wird in zwei Schritten bewerkstelligt. In einem ersten Schritt, der sich direkt an den Gießkasten anschließt, wird das Band auf ca. 900 - 9500C abgekühlt. Bei dieser Temperatur ist die Legierung hinreichend erstarrt, so dass man die Seitenbegrenzer abnehmen kann. In einem zweiten Schritt wird das Band dann auf ca. 3000C abgekühlt.
Von der Aufwärmung bis zur zweiten Abkühlungsstufe befindet sich das Band in einer Schutzgasatmosphäre aus Wasserstoff 4 - 5 Vol.-% in Stickstoff. Der Stickstoff ist vor allen Dingen notwendig, um eine Oxidation des Stahlbandes zu verhindern. Der Wasserstoff hat eine günstige Wärmekapazität und wird verstärkt bei der Abkühlung eingesetzt.
Die Abkühlung im ersten Schritt geschieht derart, dass um dass Band herum Kühlwasser geführt wird und zusätzlich von unten auf das Band geblasen wird, und zwar hauptsächlich mit Wasserstoff. D.h., dass oberhalb des Bandes über Strahlung gekühlt wird und unterhalb des Bandes mit Konvektion. Im zweiten Abkühlungsschritt wird das gesamte Band über Konvektion gekühlt. ,
Im Anschluss an die Abkühlstation 16 durchläuft das Trägerband bzw. das Substrat 3 mit der auf ihm vergossenen Metalllegierung 5 eine Nachbearbeitungsstation 17, in der beispielsweise eine Reinigung stattfindet, und eine Vorrichtung mit Dressierwalzen 18, in denen die Gleitschicht des hergestellten Verbundwerkstoffes 4 geglättet wird, um am Ende der Fertigungsstraße abermals auf einer Spule bzw. Rolle 2 aufgewickelt und bevorratet zu werden.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen
Verbundwerkstoffes
Rolle
Substrat
Verbundwerkstoff
Metalllegierung
Gleitlagerschicht
Schneidstation
Schweißstation
Vorrichtung, Walzenwerk
Richtwalzen
Reinigungsstation
Aufheizstation
Gießstation
Figure imgf000029_0001
Fließer
Gießkammer
Abkühlstation
Nachbearbeitungsstation
Dressierwalzen
Schneidstation
Antriebswalzen
Speiservorrichtung
Zuführkanal
Fließerkopf
Austrittsöffnung
Figure imgf000029_0002
Stirnseite
Seitenbegrenzer
Einwegband Endlosband Seitenführungsmechanik Spule Rolle Schild
Figure imgf000030_0001
Halter Führung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) für die Gleitlagerherstellung durch kontinuierliches Aufgießen einer Flüssigkeit, insbesondere einer Metalllegierung (5), auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat (3), insbesondere aus Stahl, bei dem das bandförmige Substrat (3) eine mehrere Bearbeitungsstationen umfassende Produktionsstraße kontinuierlich durchläuft, wobei das bandförmige Substrat (3) zunächst in einer separaten Aufheizstation (12) vorerwärmt wird, anschließend eine Gießstation (13) durchläuft, in der es mit der Flüssigkeit (5) begossen wird, und darauf folgend in einer Abkühlstation (16) abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (5), mit der eine Gleitlagerschicht (6) ausgebildet wird, in der Gießstation (13) an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des bandförmigen Substrats (3) beabstandeten Stellen auf das Substrat (3) aufgebracht wird, wobei die Flüssigkeit in einer Menge vergossen wird, dass deren Dicke im Vergleich zu der endbearbeiteten Gleitlagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) höchstens ein Übermaß ≤30% aufweist.
2. Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) für die Gleitlagerherstellung durch kontinuierliches Aufgießen einer Flüssigkeit, insbesondere einer Metalllegierung (5), auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat (3), insbesondere aus Stahl, bei dem das bandförmige Substrat (3) eine mehrere Bearbeitungsstationen umfassende Produktionsstraße kontinuierlich durchläuft, wobei das bandförmige Substrat (3) zunächst in einer separaten Aufheizstation (12) vorerwärmt wird, anschließend eine Gießstation (13) durchläuft, in der es mit der Flüssigkeit (5) begossen wird, und darauf folgend in einer Abkühlstation (16) abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (5), mit der eine Gleitlagerschicht (6) ausgebildet wird, in der Gießstation (13) an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des bandförmigen Substrats (3) beabstandeten Stellen auf das Substrat (3) aufgebracht wird, wobei die Flüssigkeit in einer Menge vergossen wird, dass deren Dicke im Vergleich zu der endbearbeiteten Gleitlagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) höchstens ein Übermaß <20% aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gießstation (13) ein Fließer (14) verwendet wird, der über mindestens zwei zueinander beabstandete Austrittsöffnungen (24) verfügt, über die die Flüssigkeit (5) jeweils strahlenförmig auf das Substrat (3) aufgebracht wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) für die Gleitlagerherstellung durch kontinuierliches Aufgießen einer Flüssigkeit, insbesondere einer Metalllegierung (5), auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat (3), insbesondere aus Stahl, bei dem das bandförmige Substrat (3) eine mehrere Bearbeitungsstationen umfassende Produktionsstraße kontinuierlich durchläuft, wobei das bandförmige Substrat (3) zunächst in einer separaten Aufheizstation (12) vorerwärmt wird, anschließend eine Gießstation (13) durchläuft, in der es mit der Flüssigkeit (5) begossen wird, und darauf folgend in einer Abkühlstation (16) abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gießstation (13) ein Fließer (14) verwendet wird, der über mindestens eine spaltförmige Austrittsöffnung (24) verfügt, über die die Flüssigkeit (5) in Form eines Schmelzfilms auf das Substrat (3) aufgebracht wird, und dass die Flüssigkeit (5), mit der eine Gleitlagerschicht (6) ausgebildet wird, in einer Menge vergossen wird, dass deren Dicke im Vergleich zu der endbearbeiteten Gleitiagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) höchstens ein Übermaß ≤30% aufweist.
5. Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) für die Gleitlagerherstellung durch kontinuierliches Aufgießen einer Flüssigkeit, insbesondere einer Metalllegierung (5), auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat (3), insbesondere aus Stahl, bei dem das bandförmige Substrat (3) eine mehrere Bearbeitungsstationen umfassende Produktionsstraße kontinuierlich durchläuft, wobei das bandförmige Substrat (3) zunächst in einer separaten Aufheizstation (12) vorerwärmt wird, anschließend eine Gießstation (13) durchläuft, in der es mit der Flüssigkeit (5) begossen wird, und darauf folgend in einer Abkühlstation (16) abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gießstation (13) ein Fließer (14) verwendet wird, der über mindestens eine spaltförmige Austrittsöffnung (24) verfügt, über die die Flüssigkeit (5) in Form eines Schmelzfilms auf das Substrat (3) aufgebracht wird, und dass die Flüssigkeit (5), mit der eine Gleitlagerschicht (6) ausgebildet wird, in einer Menge vergossen wird, dass deren Dicke im Vergleich zu der end bearbeiteten Gleitlagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) höchstens ein Übermaß ≤20% aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gießstation ein Fließer (14) verwendet wird, der über eine spaltförmige Austrittsöffnung (24) verfügt, die sich über die gesamte Breite des zu begießenden Substrats (3) erstreckt, so dass die Flüssigkeit (5) in Form eines der Breite des bandförmigen Substrats (3) entsprechenden Schmelzfilms auf das Substrat (3) aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (5), mit der eine Gieitlagerschicht (6) ausgebildet wird, in einer Menge vergossen wird, dass deren Dicke im Vergleich zu der end bearbeiteten Gieitlagerschicht des bandförmigen Verbundwerkstoffes (4) höchstens ein Übermaß ≤10% aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) mit einer Bandgeschwindigkeit vB ≥5 m/min gefördert wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) mit einer Bandgeschwindigkeit vB ≥7 m/min gefördert wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abkühlstation (16) als Kühlmittel Wasser verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Vielzahl von Begrenzungswänden aufweisende Abkühlstation (16) mittels Wasser in der Art gekühlt wird, dass die Wärme von den Begrenzungswänden durch Konvektion an das Wasser abgeführt wird, wobei die Abkühlung des begossenen Substrats (3) über Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung an die Begrenzungswände der Abkühlstation (16) erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) zur zusätzlichen Abkühlung auf der Unterseite mit einem Schutzgas angesprüht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) zur zusätzlichen Abkühlung auf der Unterseite mit einer Wasserstoff-Stickstoff-Mischung angesprüht wird.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abkühlstation (16) als Kühlmittel öl verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in der Abkühlstation(16) auf der Unterseite mit Öl angesprüht wird.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gießstation (13) Seitenbegrenzer (27) eingesetzt werden, die das bandförmige Substrat (3) seitlich in der Art begrenzen, dass die aufgegossene Flüssigkeit das Substrat (3) seitlich nicht verlassen kann.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Seitenbegrenzer (27) ein sich mit dem Substrat (3) mitbewegendes Band eingesetzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Band ein endloses Band (29) eingesetzt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Band ein Einwegband (28) eingesetzt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Seitenbegrenzer (27) ein Schild (32) eingesetzt wird.
21. Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes für die Gleitlagerherstellung mittels eines kontinuierlichen Aufgießens einer Flüssigkeit, insbesondere einer Metalllegierung (5), auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat (3), mit mehreren Bearbeitungsstationen, welche das bandförmige Substrat (3) kontinuierlich durchläuft, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß des Anspruchs 1 , wobei die Vorrichtung ausgestattet ist mit einer separaten Aufheizstation (12), in der das bandförmige Substrat (3) zunächst vorerwärmt wird, mit einer Gießstation (13), in der das Substrat (3) mit der Flüssigkeit begossen wird, und einer Abkühlstation (16), in der das mit der Flüssigkeit (5) begossene Substrat (3) abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießstation (13) mit einem Fließer (14) ausgestattet ist, dessen mindestens zwei Austrittsöffnungen (24) in der Art aufgebildet sind, dass die Flüssigkeit (5) an mindestens zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung des bandförmigen Substrats (3) beabstandeten Stellen auf das Substrat (3) aufgebracht werden kann.
22. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fließer (14) über mindestens zwei zueinander beabstandete Austrittsöffnungen (24) verfügt, über die die Flüssigkeit (5) jeweils strahlenförmig auf das Substrat (3) aufgebracht werden kann.
23. Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen Verbundwerkstoffes für die Gleitlagerherstellung mittels eines kontinuierlichen Aufgießens einer Flüssigkeit, insbesondere einer Metalllegierung (5), auf ein bandförmiges, als Trägermaterial dienendes Substrat (3), mit mehreren Bearbeitungsstationen, welche das bandförmige Substrat (3) kontinuierlich durchläuft, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß des Anspruchs 3, wobei die Vorrichtung ausgestattet ist mit einer separaten Aufheizstation (12), in der das bandförmige Substrat (3) zunächst vorerwärmt wird, mit einer Gießstation (13), in der das Substrat (3) mit der Flüssigkeit begossen wird, und einer Abkühlstation (16) in der das mit der Flüssigkeit (5) begossene Substrat (3) abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießstation (13) mit einem Fließer (14) ausgestattet ist, der über mindestens. eine spaltförmige Austrittsöffnung (24) verfügt, über die die Flüssigkeit (5) in Form eines Schmelzfilms auf das Substrat (3) aufgebracht werden kann.
24. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließer (14) über eine spaltförmige Austrittsöffnung (24) verfügt, die sich über die gesamte Breite des zu begießenden Substrats (3) erstreckt, so dass die geschmolzene Flüssigkeit (5) in Form eines der Breite des bandförmigen Substrats (3) entsprechenden Schmelzfilms auf das Substrat aufgebracht werden kann.
25. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlstation (16) mit einer Wasserkühlung ausgestattet ist.
26. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlstation (16) zur Kühlung des Substrats (3) mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, mit der die Unterseite des Substrats (3) mit einem Schutzgas, vorzugsweise mit einer Wasserstoff-Stickstoff-Mischung, ansprühbar ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlstation (16) zur Kühlung des Substrats (3) mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, mit der die Unterseite des Substrats (3) mit einer Wasserstoff-Stickstoff-Mischung ansprühbar ist.
28. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlstation (16) mit einer Ölkühlung ausgestattet ist.
29. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlstation (16) zur Kühlung des Substrats (3) mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, mit der die Unterseite des Substrats (3) mit Öl besprühbar ist.
30. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießstation (13) mit Seitenbegrenzern ausgestattet ist, die das bandförmige Substrat (3) seitlich in der Art begrenzen, dass die ausgegossene Flüssigkeit (5) das Substrat (3) seitlich nicht verlassen kann.
31. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenbegrenzer (27) ein sich mit dem Substrat (3) mitbewegendes Band umfasst.
32. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Band ein endloses Band (29) ist.
33. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Band ein Einwegband (28) ist.
34. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenbegrenzer (27) ein Schild (32) ist.
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