Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pulvermetallurgische Fertigung für hochwertige Sammlermünzen mit brillanten Oberflächen

21.01.2015

Die Leidenschaft des Sammelns teilen viele Menschen – insbesondere für anspruchsvolle Wertanlagen. Ob aus Silber, Gold, Platin oder Palladium: Münzen faszinieren und sind begehrte Sammlerobjekte.

Neben dem Metallwert einer Münze sind aber auch die spezifischen Eigenschaften wie die Oberflächenbeschaffenheit von größerer Bedeutung. Durch den Anspruch an eine sehr präzise Fertigung aufgrund der gestiegenen Edelmetallpreise und einer Weiterentwicklung der Münzmotive mit höherer Komplexität und tieferer Reliefs ist ein Entwicklungsbedarf entstanden, der durch den etablierten Herstellungsprozess von Münzen nicht mehr zu erfüllen ist.


Pulvermetallurgisch hergestellte Silbermünze. Vorbild war eine historische Münze mit einem Motiv von Kaiser Franz Josef I.

(c) Fraunhofer IFAM


Pulvermetallurgische Probepressung einer Münze aus 925 Sterlingsilber. Das Motiv zeigt Martin Luther.

(c) Fraunhofer IFAM

In einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojekt hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM eine pulvermetallurgische Lösung entwickelt, die nun durch die Reischauer GmbH zur Anwendung kommt.

Die Münzprägung ist ein mechanischer Vorgang, bei dem ein Münzrohling – auch Ronde genannt – in Sekundenschnelle mittels eines Stempels in die gewünschte Form gebracht wird. Die Münzronden selbst werden aus gewalzten Blechen des entsprechenden Metalls herausgestanzt. Durch das Warmwalzen der Gussbarren zu Blechen kann sich der Rohstoff allerdings so verändern, dass die Qualität des Ausgangsmaterials für hochwertige Sammlermünzen nicht mehr ausreichend ist.

So wird beispielsweise das Mikrogefüge stark deformiert. Diese sogenannte Texturbildung zeigt eine Verzugsorientierung im Material in Richtung des Walzens. Außerdem wird das Material durch die Kaltverfestigung härter, sodass es nur schwer zu prägen ist und ein Weichglühen notwendig wird. Beide Phänomene zusammen führen zu den unerwünschten raueren Oberflächen auf den geprägten Münzen.

Wirtschaftliche Nachteile kommen noch hinzu: So entsteht bei der Produktion ein hoher Anteil an Stanzresten, die nach dem Herstellungsprozess wieder eingeschmolzen werden müssen. Zudem variieren die Dicken der gewalzten Bleche, was zu Gewichtsschwankungen bei den Münzronden führt. Die Münzen dürfen aber nie leichter als ihr Nenngewicht sein, nur schwerer – bei den gestiegenen Edelmetallpreisen allerdings nicht im Sinne der Hersteller.

Pressen und sintern: glänzende Fertigung mit feinen Pulvern

Die pulvermetallurgische Herstellung von Münzen ist an sich nicht neu. Schon vor langer Zeit wurden in Russland Platin-Rubel-Münzen aus Pulvern gefertigt, die mehrfach geglüht und geschmiedet wurden. Da die Schmelztechnik damals noch nicht zur Verfügung stand, war es unumgänglich, Münzen aus dem hochschmelzenden Metall Platin aus Pulver herzustellen.

Heute entscheiden mehr die wirtschaftlichen und technischen Gründe, die Pulvermetallurgie zur Herstellung von Ronden wieder aufzugreifen und weiterzuentwickeln. Ein bewährtes Fertigungsverfahren am Fraunhofer IFAM bietet den Münzherstellern eine rentable Alternative für eine hochwertige Produktion.

In einem speziellen Herstellungsschritt wird zunächst das Pulver durch Verdüsen von Schmelzen mithilfe eines Hochdruckwasserstrahls erzeugt. Die Verdüsungsparameter werden dabei so eingestellt, dass die Ausbeute der verarbeitbaren Pulverfraktion maximal groß ausfällt. Entsteht dabei zu grobes Pulver, wird es abgesiebt und muss den Herstellungsprozess noch einmal durchlaufen. Das Münzmetall wird anschließend als sehr feines Pulver genau eingewogen und mit hohem Druck in einer einfachen runden Matrize gepresst.

Anschließend wird das kompaktierte Pulver in einem Ofen unter Schutzgas auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes erhitzt und somit gesintert. Das Material bekommt dabei seine Gebrauchsdichte und wird gleichzeitig wieder weichgeglüht. Ferner wird durch das Sintern im festen Zustand das feinere Gefüge des Pulvers weitgehend erhalten und gleichzeitig auch die regellose Anordnung der Körner. Das Material ist texturfrei und weist keinerlei Vorzugsorientierungen auf.

Diese Effekte zusammen bewirken, dass sich komplexere Motive bei gleichzeitig geringerem Pressdruck herstellen lassen. Die Oberflächen von besonders texturempfindlichen Legierungen – beispielsweise Silber – lassen sich in deutlich besserer Qualität realisieren. Durch die verringerten Prägekräfte ist auch mit längeren Standzeiten von Werkzeugen zu rechnen.

Die Gewichtskonstanz der Ronden ist durch das exakte Einwiegen des Pulvers sehr genau und erspart zusätzliche Verfahrensschritte zur Gewichtskorrektur im Herstellungsprozess. Wenn die Sinterprozesse in geeigneter Weise durchgeführt werden, sind die Oberflächen der Ronden von so guter Qualität, dass weitere Behandlungen, wie sie bei gewalzten Ronden erforderlich sind, entfallen können.

Dieser grundlegende Prozess wurde für Feinsilber und -gold, Legierungen aus Silber und Gold sowie für Kupfer und Kupfer-Nickel bis zur ersten Upscaling-Stufe am Fraunhofer IFAM entwickelt. Die Reischauer GmbH hat die gesamte Prozesskette von der Pulverherstellung, dem Pressen bis zum Sintern auf Basis der Forschungsergebnisse in ihrem Unternehmen in den industriellen Maßstab übertragen und für eine Serienproduktion aufgebaut. Das weiterentwickelte Verfahren eignet sich aber nicht nur ausschließlich für die neuen glänzenden Münzen, sondern kann auch im Bereich technische Metallhalbzeuge für Umformteile eingesetzt werden.

Weitere Informationen:

http://www.ifam.fraunhofer.de

Martina Ohle | Fraunhofer IFAM

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide
20.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Metamaterial: Kettenhemd inspiriert Physiker
19.01.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie

Vom Feld in die Schule: Aktuelle Forschung zu moderner Landwirtschaft für den Unterricht

23.01.2017 | Bildung Wissenschaft

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten