Beschreibung
Hohlkugeln und Hohlkugelstrukturen aus Stahl weisen gegenüber Metallschäumen oder Honigwaben-Strukturen verschiedene Vorteile auf. Die praktische Anwendung in größerem Umfang – hierzu gibt es verschiedene vielversprechende Ansätze – wird ganz wesentlich von der Art und Zusammensetzung des Einsatzmaterials sowie vom Rohstoffpreis bestimmt. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens war es daher, in der Stahl- und Stahlverarbeitenden Industrie anfallende Stahlrest- bzw. -Sekundärrohstoffe in Bezug auf ihre Verarbeitbarkeit zu Hohlkugelprodukten zu prüfen und deren Eigenschaften und Anwendbarkeit zu untersuchen.
Die Herstellung der Stahlhohlkugeln erfolgte durch Beschichtung von Styroporkugeln definierter Größe durch Aufsprühen einer Metallpulver- oder Metalloxidpulversuspension durch eine Düse im Wirbelbett. Die Trägerflüssigkeit der Suspension verdampft bei diesem Prozeß und ein in der Suspension gelöstes Bindemittel fixiert die Pulverteilchen an der Oberfläche der Styroporkugeln. Nach diesem Prozeß erfolgt eine Wärmebehandlung. Dabei vergasen die organischen Bestandteile und die Pulverpartikel sintern zu einer Kugelschale. Verschiedene Arten von Rest- und Sekundärrohstoffen wurden auf ihre Verarbeitbarkeit in Abhängigkeit von der Partikelgröße und deren Verteilung, der Schüttdichte und der chemischen Bestandteile untersucht. In einem zweiten Schritt wurden die wesentlichen Eigenschaften der erzeugten Hohlkugelprodukte wie Kugeldurchmesser, Kugelwanddicke, Porosität der Kugelwand, Schwindung beim Sintern und Festigkeit ermittelt.
Die Arbeiten haben gezeigt, daß prinzipiell alle Rest- und Sekundärrohstoffe für die Herstellung von Hohlkugeln interessant sind, wenn ihr Eisengehalt, bezogen auf mit Wasserstoff reduziertem Material, mehr als 90 Masse % beträgt. Mit den handelsüblich in praktisch jedem Durchmesser definiert erhältlichen Styroporkugeln lassen sich Stahlhohlkugeln entsprechend definierter Größe herstellen. Dünnwandige Kugeln mit geringem Durchmesser verlangen eine verhältnismäßig geringe Teilchengröße des Ausgangskornes. Für größere Wanddicken und Kugeldurchmesser ist eine höhere Teilchengröße angemessen. Besonders gute Festigkeiten der Hohlkugeln wurden mit Beizschlämmen und gemahlenem Walzzunder erzielt. Die Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, daß aus unvermeidlichen, z. T. minderwertigen Verarbeitungsrückständen und Reststoffen auf diese Weise interessante Ausgangsrohstoffe für innovative, hochwertige Industrieprodukte werden können. Damit eröffnen sich u.a. kostengünstige Wege zur Massenanwendung im Leichtbau und zu funktionellen Verbesserungen von Crash- und Schallabsorptionstrukturen.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V.
Veröffentlichung:
2001
Autoren:
Dr.-Ing. L. Schneider, Dipl.-Ing. U. Waag, Dipl.-Ing. H. Schneidereit
