Schunk Carbon Technology Herstellung und Eigenschaften von ... · 02 HERSTELLUNG UND EIGENSCHAFTEN VON KOHLENSTOFFWERKSTOFFEN Schunk Carbon Technology: Weltweit erfolgreich. Immer

Schunk Carbon Technology

Herstellung und Eigenschaften von Kohlenstoffwerkstoffenfür mechanische Anwendungen

schunk-carbontechnology.com

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HERSTELLUNG UND EIGENSCHAFTEN VON KOHLENSTOFFWERKSTOFFEN

Schunk Carbon Technology: Weltweit erfolgreich. Immer an Ihrer Seite.

Schunk Carbon Technology ist weltweit führend in der Entwicklung, Fertigung und Anwendung von Carbon- und Keramiklösungen. Wie kein anderer vereint Schunk Carbon Technology dabei Innovationskraft und technologisches Know-how mit außergewöhnlicher Serviceorientierung zu einem im Markt einzigartigen Leistungsspektrum.

Mit Schunk Carbon Technology finden Sie einen Partner, der Ihnen alle technologischen

Möglichkeiten eines weltweit aktiven Unternehmens bietet und Ihre Ideen pragmatisch und

ganz auf Ihre Anforderungen zugeschnitten in die Tat umsetzt – für industrielle Volumen-

märkte genauso wie für hoch spezialisierte Nischenmärkte.

Eine Division der Schunk Group

Wegbereitend, ideenreich, partner-schaftlich – damit hat sich die Schunk Group seit 1913 als global agierender Technologiekonzern einen Namen gemacht.

Wegbereitend, weil wir für unsere Kunden

Brücken bauen, damit sie mit innovativen

Technologien bessere Produkte entwickeln

und neue Märkte erobern können.

Ideenreich, weil Innovationen ein wesentlicher

Bestandteil unserer Unternehmenskultur sind.

Partnerschaftlich, weil Kundenorientierung von

jedem Mitarbeiter der Schunk Group gelebt wird.

Mit über 8000 Mitarbeitern in 29 Ländern

entwickelt die Schunk Group auf dieser Basis

maßgeschneiderte Hightech-Produkte und

Anlagen in den Bereichen Kohlenstofftechnik

und Keramik, Umweltsimulation und Klima-

technik, Sintermetall und Ultraschallschweißen.

Und zwar in zahlreichen Schlüsselindustrien: von

Automotive sowie Bahn-, Flugzeug- und Schiffs-

technik über Solar- und Windenergie bis hin zu

chemischer Industrie und Maschinenbau.

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Kohlenstoff

Das chemische Element Kohlenstoff kommt in seinen beiden wichtigsten geordneten Gitter-strukturen Diamant und Graphit vor. Die Eigenschaften der beiden Modifikationen könnten kaum unterschiedlicher sein. Während Diamant der härteste natürliche Stoff und ein Isolator ist, gehört Graphit eher zu den weicheren Stoffen und ist elektrisch leitend.

Die außergewöhnliche Gitterstruktur von Graphit, ein

Schichtgitter, sorgt für die guten Gleiteigenschaften.

Während die Atome in einer Ebene durch kovalente

Bindungen sehr stark miteinander verbunden sind, wirken

zwischen den einzelnen Ebenen lediglich Van-der-Waals

Kräfte. Bei mechanischer Belastung fangen die Ebenen an

aufeinander zu gleiten.

Kohlensto�atom

Van-der-Waals-Kraft(schwache Bindungskraft)

Kovalente Bindung(starke Bindungskraft)



Technische Kohlenstoffwerkstoffe

In tribologischen Anwendungen sind im Wesentlichen die beiden Werkstoffgruppen der Kohlenstoffgraphite und Elektrographite weit verbreitet und oftmals die einzige technische Lösung. Neben den hervorragenden Gleiteigenschaften sind es vor allem die mechanischen Eigenschaften, die diese keramischen Werkstoffe auszeichnen.

Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffe werden im All-

gemeinen in polygranularer und/oder polykristalliner Form

hergestellt. Dies bedeutet, dass die Rohstoffkörner solcher

Kohlenstoffwerkstoffe aus kleinsten Kristalliten verschie-

dener Orientierung zusammengesetzt sind. Aufgrund dieser

mikrokristallinen Struktur weist der makroskopische Körper

oft nicht die typischen anisotropen Kristalleigenschaften

des Graphiteinkristalls auf. Die extreme Anisotropie der

elektrischen Leitfähigkeit oder des Wärmeausdehnungsko-

effizienten ist bei polykristallinen Werkstoffen gewollt kaum

vorhanden oder zumindest stark abgeschwächt.

Die geringe Anisotropie der Eigenschaften, die bei polykris-

tallinen Kohlenstoffwerkstoffen trotzdem auftritt, ist vor-

wiegend durch das Pressverfahren bedingt. So haben zum

Beispiel isostatisch gepresste Kohlenstoffwerkstoffe keine

oder nur eine sehr geringe Anisotropie, während ein- oder

zweiseitig hydraulisch gepresste Werkstoffe eine etwas

stärker ausgeprägte Anisotropie aufweisen.

Kunstharzgebundene Kohlenstoffgraphite ergänzen die

Werkstoffpalette für tribologische Anwendungen auf der

Polymerseite. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch ihre

kostengünstige Herstellung in hohen Stückzahlen und die

Realisierung von komplexen Formen aus.

Auf der Seite der Karbidkeramiken sei hier noch kurz auf die

mit Graphit gefüllten SiC-Werkstoffe verwiesen. Eine

Besonderheit ist hier sicherlich der Siliziumkarbid-

Graphit-Verbundwerkstoff SiC30 von Schunk.

Weitere technische Kohlenstoffprodukte werden unter

Verwendung von Kohlenstoff- oder Graphitfasern herge-

stellt. Diese Fasern werden zum Beispiel durch thermische

Behandlung von Polymerfasern – meist aus Polyacrylnitril

(PAN) – hergestellt. Kohlenstofffasern dienen zur Verstär-

kung von Polymeren (CFK), Kohlenstoff (CFC, C/C), Keramik

(CMC) und Metallen. Diese Verbundwerkstoffe werden vor

allem dort eingesetzt, wo hohe Steifigkeit und Festigkeit

bei geringem Gewicht eine entscheidende Rolle spielen. Be-

kannte Anwendungsgebiete für CFK sind Sportartikel oder

Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, die keine hohe Tempe-

raturbelastung erfahren. Für Hochtemperaturanwendungen,

z. B. in der Halbleitertechnik oder im Ofenbau, werden C/C-

Werkstoffe eingesetzt. Als nicht sprödbrechende, hochfeste

Keramik sind diese Werkstoffe auch zunehmend interessant

für den Einsatz in tribologisch belasteten Bauteilen.

Des Weiteren gibt es noch Diamant- und diamantähnliche

(DLC)-Beschichtungen, die auch im tribologischen Bereich

an Bedeutung gewinnen. Die sehr aufwendigen Diamantbe-

schichtungen widerstehen widrigsten Bedingungen, auch

kurzzeitigem Trockenlauf, und sind in einzelnen Anwen-

dungen alternativlos, wo SiC- und SiC-C-Verbundwerkstoffe

nicht eingesetzt werden können.

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Herstellung von Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffen

Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt nach Fertigungsmethoden, die an klassische keramische Technologien angelehnt sind. Dies geschieht bei Schunk in teilweise vollautomatischen Prozessen, online überwacht.

Materialaufbereitung und Mischen

Der Schmelzpunkt von Kohlenstoff liegt bei einem Druck

von 100 bar bei über 4000 °C. Bei niedrigeren Drücken

sublimiert Kohlenstoff. Technische Kohlenstoffe können

also nicht durch einfache Sinterprozesse hergestellt wer-

den. Daher erfolgt die Herstellung von Kohlenstoffgraphit-

und Graphitwerkstoffen über ein Füller/Binder-System.

Rohstoffe wie Petrolkokse, Pechkokse, Ruße und Graphite

werden auf definierte Korngrößenverteilungen gemahlen.

Diese Füllstoffe werden anschließend bevorzugt auf Dop-

pelschneckenextrudern bei erhöhter Temperatur mit einem

thermoplastischen Bindemittel gemischt. Hierfür kommen

sowohl Peche auf Steinkohlenteer- oder Petrolpechbasis als

auch Kunstharze in Betracht. Die Mischung wird anschlie-

ßend für den Formgebungsprozess zu Pulver gemahlen.

Formgebung

Die pressfertigen Mischungen werden unidirektional in

Gesenkpressen oder in isostatischen Pressen zu soge-

nannten grünen Körpern geformt.

Karbonisieren

Die grünen Körper werden nun karbonisiert. Dazu werden je

nach Werkstoff, Abmessungen und den gewünschten Werk-

stoffeigenschaften unterschiedliche Öfen mit bestimmten

Aufheizraten, Maximaltemperaturen und Ofenatmosphären

verwendet.

Während des Karbonisierungsvorganges erfolgt die Pyroly-

se, d.h. Zersetzung des Bindemittels in flüchtige Bestand-

teile und Kohlenstoff. Die flüchtigen Bestandteile erzeugen

ein offenes Porengefüge. Der Binder bleibt im Formkörper

als so genannter Binderkoks zurück und sorgt für hohe

Festigkeit und Härte.

Man bezeichnet diese Werkstoffe als Kohlenstoffe oder

Kohlenstoffgraphite, manchmal auch Hartkohlen genannt.

Graphitieren

Kohlenstoffgraphite sind in Teilen amorph, wenig graphi-

tisch. Um Graphitwerkstoffe herzustellen, werden Kohlen-

stoffgraphite bei Temperaturen bis 3000 °C graphitiert.

Bei Schunk erfolgt dies vorwiegend nach dem Acheson-

Verfahren. Hierbei wird das zu graphitierende Material zwi-

schen zwei Ofenelektroden gepackt und ist als Widerstand

im Sekundärkreis eines Transformators angeordnet. Das

Material wird also durch Widerstandserhitzung auf die Gra-

phitierungstemperatur gebracht. Hierbei bilden sich durch

Rekristallisation größere graphitische Bereiche aus.

Solche Elektrographite weisen im Allgemeinen gute Gleit-

eigenschaften auf, besitzen einen niedrigen elektrischen

Widerstand, eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine

gegenüber Kohlenstoffgraphiten verbesserte Korrosions-

beständigkeit.

Imprägnieren

Die Porosität von Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerk-

stoffen kann je nach Werkstoff in einem weiten Bereich

variieren.

Durch Imprägnierprozesse kann die Porosität reduziert oder

sogar eliminiert werden. In vielen tribologischen Anwendun-

gen ist Undurchlässigkeit gegenüber Fluiden erforderlich;

dabei werden über das Imprägniermedium auch gezielt

weitere Materialeigenschaften beeinflusst.

Bei Schunk erfolgt das Imprägnieren in der Regel über ein

Vakuum-Druck-Verfahren. Imprägniert werden kann mit

unterschiedlichen Kunstharzen, Metallen wie Antimon oder

Kupfer und mit anorganischen Salzen. Auch eine Nachver-

dichtung mit Kohlenstoff ist möglich.


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Bindemittel Rohsto�e Brechen Mahlen Sieben

Mischen

Mahlen Homogenisieren

ISO-Pressen Gesenkpressen

Karbonisierung

Sonderbehandl. Graphititieren Imprägnieren

Bearbeiten Prüfen Bearbeitete Kohlensto�- graphitund Graphit-bauteile

Prüfen

Kohlensto�-graphit-Halbzeug


Eigenschaften von Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffen

Porosität

Die herstellungsbedingt entstandene Porosität von Koh-

lenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffen führt zu einer

gewissen Permeabilität für Fluide. Für einige Verwendungs-

zwecke stören die im Material vorhandenen Poren nicht. Für

Dichtungselemente wie z. B. Gleitringe für Gleitringdichtun-

gen sind dagegen porige Werkstoffe ungeeignet.

Die offene Porosität von Kohlenstoffgraphit und Graphit-

werkstoffen kann durch Imprägnierungen verringert bzw.

ganz verschlossen werden (siehe vorheriges Kapitel

„Imprägnieren“).

Schliffbilder von einem unimprägnierten und einem

imprägnierten Werkstoff

Rohdichte

Wegen der vorhandenen Poren ist es üblich, die scheinbare

Dichte oder Rohdichte anzugeben. Sie kann je nach Porosi-

tät und Imprägnierung von 1,5 bis 3,3 g/cm³ betragen.

Kohlenstoffbauteile sind ausgesprochen leicht.

Chemische Beständigkeit

Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffe sind aufgrund

ihrer ausgezeichneten chemischen Resistenz in die Gruppe

der korrosionsfesten Werkstoffe einzureihen.

Einzelheiten entnehmen Sie bitte unserer Broschüre 39.12

zur chemischen Beständigkeit.

Temperaturbeständigkeit

In sauerstoffhaltiger Atmosphäre wird Kohlenstoff bei

hohen Temperaturen oxidiert.

Diese Oxidation tritt bei Kohlenstoffgraphitwerkstoffen an

Luft ab etwa 350 °C und bei Elektrographiten ab 500 °C auf.

Durch spezielle Nachbehandlungen lässt sich die Tempe-

raturbeständigkeit von Elektrographiten in oxidierender

Atmosphäre auf über 600 °C steigern.

In nicht oxidierender Atmosphäre wird die Temperatur-

beständigkeit von Kohlenstoffgraphit und Graphit durch die

Behandlungstemperatur beim Herstellprozess bestimmt und

liegt damit bei etwa 1000 °C bzw. > 2500 °C.

Bei kunstharz- und metallimprägnierten Werkstoffen ist

die Temperaturbeständigkeit durch die Zersetzungs- bzw.

Schmelztemperatur der verwendeten Imprägniermittel

begrenzt. Die Temperatureinsatzgrenze kunstharzimpräg-

nierter Werkstoffe liegt je nach verwendetem Harz >200 °C.

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Festigkeit

Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffe weisen eine

vergleichsweise geringe Zug- und Biegefestigkeit, dagegen

aber eine hohe Druckfestigkeit auf. Im Gegensatz zu Kunst-

stoffen oder metallischen Werkstoffen nimmt die Festigkeit

mit steigender Temperatur nicht ab.

Bei der Konstruktion mit Kohlenstoffgraphit- und Graphit-

werkstoffen muss keramiktypisch eine gewisse Sprödigkeit

berücksichtigt werden. Wegen dieser größeren Sprödigkeit

im Vergleich zu gebräuchlichen metallischen Werkstoffen ist

die Festigkeit von diesen Werkstoffen nicht durch Angaben

von Zugfestigkeits- und Dehnungswerten zu charakterisie-

ren. Es ist vielmehr üblich, die Biege- und Druckfestigkeit

sowie den Elastizitätsmodul als Kenngrößen anzugeben.

Kohlenstoffgraphit ist hinsichtlich der Festigkeit den Elek-

trographiten überlegen. Elektrographit hingegen besitzt

eine etwas geringere Sprödigkeit.

Durch Imprägnierungen mit Kunstharzen oder Metallen

können die Festigkeiten, E-Moduln und Härten wesentlich

erhöht werden.

Härte

Schunk ermittelt für seine Kohlenstoffwerkstoffe die Härten

HR5/40, HR5/100 und HR5/150. Hierbei wird eine 5-mm-

Stahlkugel mit 98 N Vorlast und 294 N, 883 N bzw. 1373

N Zusatzlast in den zu prüfenden Körper gedrückt. Nach

Abnehmen der Zusatzlast ist die bleibende Eindringtiefe ein

Maß für die Härte HR5/40, HR5/100 bzw. HR5/150 (dimen-

sionslos), die an der B-Skala von Rockwellhärteprüfgeräten

abgelesen wird.

Um einen Vergleich mit Härtewerten anderer Werkstoffe zu

ermöglichen, haben wir in unserer Broschüre „Kenndaten –

Standardwerkstoffe“ (30.14) zusätzlich zur Rockwellhärte

(HR) die Brinellhärte angegeben. Zur ständigen Qualitäts-

überwachung ziehen wir das Härtemessverfahren nach

Brinell nicht heran, da dieses nur statthaft ist, wenn die

Oberfläche des porigen Materials poliert wird.

Dynamische Härtemessverfahren sind nach unserer Erfah-

rung wegen der Struktur des Materials weniger gut geeig-

net. Außerdem ist die Angabe von Shore-Härtewerten allein

wegen der stark vom jeweils benutzen Gerät abhängigen

Messwerte problematisch.

Wärmeleitfähigkeit

In Tabelle 1 sind die typischen Wärmeleitfähigkeiten von

Kohlenstoffgraphit und Elektrographit im Vergleich zu

einigen weiteren gebräuchlichen Werkstoffen zusammen-

gestellt. Kohlenstoffgraphite erreichen die Leitfähigkeit

rostfreier Stähle, Elektrographite zeichnen sich durch noch

wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeiten aus.

Wärmeausdehnungskoeffizient

Eine weitere wichtige Eigenschaft, die bei der Konstruktion

mit Kohlenstoffwerkstoffen unbedingt berücksichtigt wer-

den muss, ist der im Vergleich zu Metallen niedrige Wärme-

ausdehnungskoeffizient. Mit Werten von 2 bis 6 *10-6/K ist

dieser um Faktoren kleiner als der von Metallen.

Werkstoffe Wärmeleitfähigkeit bei +20 °C W/m*K

Elektrographit 40-130

Kohlenstoffgraphit 8-17

Chrom-Nickel-Stahl 18/8 15

Grauguss 45-60

Kupfer 395

Bronze SnBz 12 38

Chromstahlguss 19

Sinterkeramik (Al2O3) 21

Siliziumkarbid 80-130

Tabelle 1: Wärmeleitfähigkeit



Temperaturwechselbeständigkeit

Die Thermoschockbeständigkeit ist für Kohlenstoffgra-

phit- und insbesondere auch für Elektrographitwerkstoffe

hervorragend. Sie kann als Quotient aus dem Produkt von

Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit und dem Produkt von

E-Modul und thermischem Ausdehnungskoeffizienten defi-

niert werden.

Gleiteigenschaften

Graphit, ob Naturgraphit oder Elektrographit, besitzt auf

Grund seiner besonderen Kristallstruktur selbstschmierende

Eigenschaften. Da bei der Herstellung von Kohlenstoff-

graphitwerkstoffen für Lager und Dichtungselemente

ebenfalls stets Graphit als Komponente verwendet wird,

bestehen neben den Elektrographitwerkstoffen auch diese

Werkstoffe zu einem bedeutenden Teil aus dem Trocken-

schmiermittel. Bereits ohne zusätzliche flüssige Schmier-

mittel ist daher der Reibungskoeffizient zwischen Kohlen-

stoffwerkstoffen und deren Reibpartnern bei einwandfreier

Gleitflächenbeschaffenheit vergleichsweise klein.

Allgemein gültige Angaben über den Reibungskoeffizienten

lassen sich infolge stark unterschiedlicher Betriebsbedin-

gungen nicht machen. Im Trockenlauf ist gegen Grauguss

oder Stahl mit einem Reibungskoeffizienten in der Größen-

ordnung von µ=0,1 bis 0,3 zu rechnen. In Gegenwart von

Flüssigkeiten oder Dämpfen, wobei die Art der Flüssigkeiten

bzw. Dämpfe von untergeordneter Bedeutung ist, wird der

Reibbeiwert bedeutend herabgesetzt, im Mischreibungs-

bereich auf µ < 0,1. Anhaltspunkte über den Verlauf des

Reibungskoeffizienten zwischen Kohlenstoffgraphit und

Grauguss bzw. Stahl bei Trockenlauf geben die nachfolgen-

den vier Diagramme.

10 20 30 40 50 60 70 min. 90 Laufzeit

0,3

0,2

0,1

Rei

bung

skoe

�zi

ent µ

1 2 3 4 5 6 7 8 m/s

Mittlere Gleitgeschwindigkeit

0,3

0,2

0,1

Rei

bung

skoe

�zi

ent µ

0,4

0,6

0,5

10

Diagramm 1:

Veränderung des Reibungskoeffizienten μ beim Einlauf Diagramm 2:

Reibungskoeffizient μ in Abhängigkeit von der mittleren

Geschwindigkeit

Prüfbedingungen:SpurlagerKohlenstoffwerkstoff: FH44YKohlenstoffringdurchmesser: 80,5/57,5Kohlenstoffgleitfläche: 25 cm2

Gegenlaufmaterial: Gusseisen (feingeschlichtet)Temperatur der Gleitfläche: ~ 100 °CSpezifische Belastung: 1N/mm2 Mittlere Geschwindigkeit: 0,8 m/s


Gegenlaufmaterial: Gusseisen (feingeschlichtet)Temperatur der Gleitfläche: ~ 100 °CSpezifische Belastung: 1N/mm2

09

10

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Spez. Belastung

0,3

0,2

0,1

Rei

bung

skoe

�zi

ent µ

0,4

0,6

0,5

1,0N/mm2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 N/mm2

Spez. Belastung

0,3

0,2

0,1

Rei

bung

skoe

�zi

ent µ

0,4

0,6

0,5

1,0

Diagramm 3:

Reibungskoeffizient μ in Abhängigkeit von der spezifischen

Belastung

Diagramm 4:

Reibungskoeffizient μ in Abhängigkeit von der spezifischen

Belastung der Gleitpaarung FH44Z2 - Stahl

Aus: Techn. Hochschule Darmstadt, Dissertation von H.

Hartmann: „Über den Temperaturverlauf und die Einsatz-

grenzen von trockenlaufenden Graphit-Dichtringen“.

Das erste Diagramm, in welchem der Reibungskoeffizient

über der Einlaufzeit aufgetragen ist, zeigt, dass dieser bei

fortschreitendem Einlauf und einer damit verbundenen zu-

nehmenden Glättung der Gleitfläche abnimmt, um sich dann

auf einem niedrigen Niveau zu stabilisieren.

Von weitaus größerer Bedeutung ist allerdings, dass der

Reibungskoeffizient von der Gleitgeschwindigkeit und der

spezifischen Belastung abhängt. Diagramm 2 und 3 zeigen

diese Abhängigkeit für den Kohlenstoffgraphitwerkstoff

–FH44Y–.

Im Diagramm 4 ist die Abhängigkeit des Reibungskoeffizi-

enten von der spezifischen Belastung bei zwei konstanten

Gleitgeschwindigkeiten am Beispiel des kunstharzimpräg-

nierten Kohlenstoffgraphitwerkstoffs –FH44Z2– aufgezeigt.

Besonders ist, dass Kohlenstoffwerkstoffe bei geringen

Reibungskoeffizienten auch ausgezeichnete Verschleiß-

festigkeiten aufweisen.


Gegenlaufmaterial: Gusseisen (feingeschlichtet)Temperatur der Gleitfläche: ~ 100 °CMittlere Geschwindigkeit: 0,8 m/s

Prüfbedingungen:KohlenstoffgleitringKohlenstoffwerkstoff: FH44Z2Kohlenstoffringdurchmesser: 180/200 x 20mmGegenlaufmaterial: Stahl St60Rauhtiefe Gegenlauffläche Rt < 1μm v= 5,7 m/s v= 8,6 m/s



Konstruktionshinweise für Maschinenelemente aus Feinstkornkohlenstoffwerkstoffen

Da sämtliche Gleitelemente von Schunk Carbon Technology nach Kundenzeichnung und/oder Kundenspezifikation hergestellt werden, ist der Konstrukteur bzgl. Ausführungsform, Abmessungen und Werkstoff nicht an Normen oder Standardausführungen gebunden.

Bei der Gestaltung von Gleitlagern und Dichtungselementen

sind die bereits beschriebenen Eigenschaften von Kohlen-

stoffgraphit- und Graphitwerkstoffen zu beachten. Es ist

daher sinnvoll, bereits in der Konstruktionsphase für neue

Bauteile Kontakt zu uns aufzunehmen, um nicht realisierba-

re oder ungünstige Ausführungen zu vermeiden.

Die Geometrien werden in der Regel aus gepressten

Halbzeugen gespant. Hierbei kommen nahezu alle Span-

verfahren zum Einsatz: u. a. Sägen, Wasserstrahlschneiden,

Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen, Hohnen, Läppen und

Polieren.

Die Wandstärke sollte möglichst nicht unter 3 mm liegen.

Bei Rundkörpern ist je nach Größe der Bauteile die Wand-

stärke mit 10–20 % des Innendurchmessers festzulegen.

Die Länge der Bauteile kann bis zu dem Doppelten des

Außendurchmessers betragen. Darüberhinaus muss ge-

gebenenfalls eine Aufteilung in zwei oder drei Teilstücke

vorgenommen werden. Tiefe und enge Bohrungen sollten

vermieden werden.

In der Regel kann bei einteilig bearbeiteten Formteilen eine

Innendurchmesser-Toleranz von IT7 und eine Außendurch-

messer-Toleranz von IT6 eingehalten werden.

Wegen der Bruchgefahr empfiehlt es sich, auf große Quer-

schnittsänderungen zu verzichten. Als Alternative bietet

sich eine Aufteilung in mehrere Teile von unterschiedlicher

Wandstärke an.

Scharfe Kanten sollten gebrochen werden.

Wenn Bauteile aus Kohlenstoffgraphit oder Graphitwerk-

stoffen in metallischen Gehäusen montiert oder gegen

Verdrehen gesichert werden müssen, scheiden Schrauben

und Keile aufgrund der Kerbwirkung aus.

Die erste Wahl sollte eine Press- oder Schrumpfverbindung

sein. Falls dies nicht ausreicht, kann auch mit Verstiftungen

gearbeitet werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass dies in

einem unbelasteten Bereich geschieht und das Kohlenstoff-

bauteil keine Zugbelastung durch die thermische Aus-

dehnung des Stiftes erfährt.

Kohlenstoffformkörper sind beim Einpressen oder Ein-

schrumpfen in Metallfassungen oder direkt in die Gehäuse

möglichst auf der ganzen Länge zu fassen und damit zu

unterstützen. Bei freitragendem Einbau sind entsprechend

große Wandstärken vorzusehen.

D

L

s

L ≥ 3 mm

L ≤ 2 D

s ≥ 3 mm

Aufteilung in meh-rere Teile, um Quer-schnittsänderungen und Überlänge zu vermeiden

Verdrehsicherung mit glattem Stift im unbelasteten Teil eines Kohlenstoff-körpers

Übergänge abgerundet, Kanten gebrochen

Kohlenstoffform-körper in Metall-buchse oder direkt ins Gehäuse ein-geschrumpft bzw. eingepresst

11

12

Kunstharzgebundene Carbonwerkstoffe

Bei diesen Werkstoffen handelt es sich um kohlenstoff- und/oder graphitgefülltes Phenolharz. Unterschiedliche Rezepturen und Füllgrade tragen den unterschiedlichen Anforderungen in der jeweiligen Anwendung Rechnung.

Ein großer Vorteil dieser Werkstoffe liegt in der Möglichkeit

der Kunststoffformgebungsverfahren, welche eine kosten-

günstige Herstellung in hohen Stückzahlen ermöglichen.

Neben dem Spritzgussformgebungsverfahren werden bei

Schunk für diese Werkstoffe auch das Spritzprägen und das

unidirektionale Pressen in temperierten Gesenken ange-

wandt. Da im Spritzguss die Werkzeugkosten beträchtlich

sind, kommen als Einsatzgebiete Lager, Dichtungsringe und

Pumpenteile in Frage, die wie z. B. in der Automobilindustrie

in hohen Stückzahlen benötigt werden.

Anwendungsbeispiele: Autokühlwasserpumpen, Kraft-

stoffpumpen, Vakuumpumpen für die Zentralverriegelung,

Kompressoren für Komfortsitze, Haushaltswasserpumpen,

Ölbrennerpumpen, Waschmaschinenpumpen etc.

Hinzuweisen ist hier auf die Temperaturbeständigkeit bis

180 °C und den Temperaturausdehnungskoeffizienten, der

in der Größenordnung von metallischen Werkstoffen liegt.

Dadurch ist es möglich, metallische Einlegeteile oder den

Werkstoff selbst als Einlegeteil zu umspritzen. Es wurden

auch bereits Anwendungen bis 250 °C realisiert, selbst die

Herstellung von All-Carbon-Werkstoffen ist möglich.

Die kleinste Wandstärke wird in erster Linie durch den

Werkzeugbau bestimmt und kann bei bis zu 0,5 mm liegen.

Die max. Wandstärke eines Bauteils sollte 10 mm nicht

überschreiten, da sonst durch längere Aushärtezeiten dieser

duromeren Werkstoffe im beheizten Pressgesenk eine ratio-

nelle Fertigung nicht mehr gegeben ist.

Für ein im Werkzeug liegendes Maß kann eine Toleranz von

IT9 bis IT10 als Anhaltswert genannt werden. Für Maße in

der Trennebene des Werkszeuges kann eine Toleranz von

≈ 0,1 mm eingehalten werden. Bei allen Toleranzen gilt,

dass sie abhängig sind von zahlreichen Parametern wie

Werkstoff, Geometrie des Bauteils, Anzahl der Werkzeug-

kavitäten oder thermischen Nachbehandlungen. Die end-

gültige Toleranzfestlegung sollte hier nach ersten Ferti-

gungsversuchen mit statistischer Auswertung erfolgen.

Für die Einhaltung von funktionswichtigen Toleranzen

werden Prozessregelungsverfahren als Qualitätssicherungs-

maßnahme eingesetzt.


Schunk Kohlenstofftechnik GmbH

Rodheimer Straße 59

35452 Heuchelheim ¬ Deutschland

Tel +49 641 6080

Fax +49 641 6080 1223

E-Mail [email protected]

schunk-carbontechnology.com

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