Herstellung und Eigenschaften von Kohlenstoffwerkstoffen

Transkript

1 Herstellung und Eigenschaften von Kohlenstoffwerkstoffen für mechanische Anwendungen

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3 Kohlenstoff Das chemische Element Kohlenstoff kommt in seinen beiden wichtigsten geordneten Gitterstrukturen 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. Kohlenstoffatom Van-der-Waals-Kraft (schwache Bindungskraft) 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. Kovalente Bindung (starke Bindungskraft) 03

4 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 Allgemeinen in polygranularer und/oder polykristalliner Form hergestellt. Dies bedeutet, dass die Rohstoffkörner solcher Kohlenstoffwerkstoffe aus kleinsten Kristalliten verschiedener 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 Wärmeausdehnungskoeffizienten ist bei polykristallinen Werkstoffen gewollt kaum vorhanden oder zumindest stark abgeschwächt. Die geringe Anisotropie der Eigenschaften, die bei polykristallinen Kohlenstoffwerkstoffen trotzdem auftritt, ist vorwiegend 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 hergestellt. Diese Fasern werden zum Beispiel durch thermische Behandlung von Polymerfasern meist aus Polyacrylnitril (PAN) hergestellt. Kohlenstofffasern dienen zur Verstärkung 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. Bekannte Anwendungsgebiete für CFK sind Sportartikel oder Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, die keine hohe Temperaturbelastung 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 Diamantbeschichtungen widerstehen widrigsten Bedingungen, auch kurzzeitigem Trockenlauf, und sind in einzelnen Anwendungen alternativlos, wo SiC- und SiC-C-Verbundwerkstoffe nicht eingesetzt werden können. 04

5 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 Graphitieren 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 werden. Daher erfolgt die Herstellung von Kohlenstoffgraphitund Graphitwerkstoffen über ein Füller/Binder-System. Rohstoffe wie Petrolkokse, Pechkokse, Ruße und Graphite werden auf definierte Korngrößenverteilungen gemahlen. Diese Füllstoffe werden anschließend bevorzugt auf Doppelschneckenextrudern bei erhöhter Temperatur mit einem thermoplastischen Bindemittel gemischt. Hierfür kommen sowohl Peche auf Steinkohlenteer- oder Petrolpechbasis als auch Kunstharze in Betracht. Die Mischung wird anschließend für den Formgebungsprozess zu Pulver gemahlen. Formgebung Die pressfertigen Mischungen werden unidirektional in Gesenkpressen oder in isostatischen Pressen zu sogenannten grünen Körpern geformt. Karbonisieren Die grünen Körper werden nun karbonisiert. Dazu werden je nach Werkstoff, Abmessungen und den gewünschten Werkstoffeigenschaften unterschiedliche Öfen mit bestimmten Aufheizraten, Maximaltemperaturen und Ofenatmosphären verwendet. Während des Karbonisierungsvorganges erfolgt die Pyrolyse, d.h. Zersetzung des Bindemittels in flüchtige Bestandteile 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. Kohlenstoffgraphite sind in Teilen amorph, wenig graphitisch. Um Graphitwerkstoffe herzustellen, werden Kohlenstoffgraphite bei Temperaturen bis 3000 C graphitiert. Bei Schunk erfolgt dies vorwiegend nach dem Acheson- Verfahren. Hierbei wird das zu graphitierende Material zwischen zwei Ofenelektroden gepackt und ist als Widerstand im Sekundärkreis eines Transformators angeordnet. Das Material wird also durch Widerstandserhitzung auf die Graphitierungstemperatur gebracht. Hierbei bilden sich durch Rekristallisation größere graphitische Bereiche aus. Solche Elektrographite weisen im Allgemeinen gute Gleiteigenschaften auf, besitzen einen niedrigen elektrischen Widerstand, eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine gegenüber Kohlenstoffgraphiten verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Imprägnieren Die Porosität von Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffen kann je nach Werkstoff in einem weiten Bereich variieren. Durch Imprägnierprozesse kann die Porosität reduziert oder sogar eliminiert werden. In vielen tribologischen Anwendungen 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 Nachverdichtung mit Kohlenstoff ist möglich. 05

6 Bindemittel Rohstoffe Brechen Mahlen Sieben Mischen Mahlen Homogenisieren ISO-Pressen Gesenkpressen Karbonisierung Prüfen Sonderbehandl. Graphititieren Imprägnieren Bearbeiten Prüfen Bearbeitete Kohlenstoffgraphit und Graphitbauteile Kohlenstoff- graphit- Halbzeug 06

7 Eigenschaften von Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffen Porosität Die herstellungsbedingt entstandene Porosität von Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffen führt zu einer gewissen Permeabilität für Fluide. Für einige Verwendungszwecke stören die im Material vorhandenen Poren nicht. Für Dichtungselemente wie z. B. Gleitringe für Gleitringdichtungen sind dagegen porige Werkstoffe ungeeignet. Die offene Porosität von Kohlenstoffgraphit und Graphitwerkstoffen kann durch Imprägnierungen verringert bzw. ganz verschlossen werden (siehe vorheriges Kapitel Imprägnieren ). Schliffbilder von einem unimprägnierten und einem imprägnierten Werkstoff Rohdichte Temperaturbeständigkeit Wegen der vorhandenen Poren ist es üblich, die scheinbare Dichte oder Rohdichte anzugeben. Sie kann je nach Porosität 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 zur chemischen Beständigkeit. 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 Temperaturbeständigkeit von Elektrographiten in oxidierender Atmosphäre auf über 600 C steigern. In nicht oxidierender Atmosphäre wird die Temperaturbeständigkeit 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 kunstharzimprägnierter Werkstoffe liegt je nach verwendetem Harz >200 C. 07

8 Festigkeit Härte Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffe weisen eine vergleichsweise geringe Zug- und Biegefestigkeit, dagegen aber eine hohe Druckfestigkeit auf. Im Gegensatz zu Kunststoffen oder metallischen Werkstoffen nimmt die Festigkeit mit steigender Temperatur nicht ab. Bei der Konstruktion mit Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffen 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 charakterisieren. Es ist vielmehr üblich, die Biege- und Druckfestigkeit sowie den Elastizitätsmodul als Kenngrößen anzugeben. Kohlenstoffgraphit ist hinsichtlich der Festigkeit den Elektrographiten überlegen. Elektrographit hingegen besitzt eine etwas geringere Sprödigkeit. Durch Imprägnierungen mit Kunstharzen oder Metallen können die Festigkeiten, E-Moduln und Härten wesentlich erhöht werden. 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 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 (dimensionslos), 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 Qualitätsüberwachung 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 Erfahrung wegen der Struktur des Materials weniger gut geeignet. Außerdem ist die Angabe von Shore-Härtewerten allein wegen der stark vom jeweils benutzen Gerät abhängigen Messwerte problematisch. Werkstoffe Wärmeleitfähigkeit bei +20 C W/m*K Elektrographit Kohlenstoffgraphit 8-17 Chrom-Nickel-Stahl 18/8 15 Grauguss Kupfer 395 Wärmeleitfähigkeit In Tabelle 1 sind die typischen Wärmeleitfähigkeiten von Kohlenstoffgraphit und Elektrographit im Vergleich zu einigen weiteren gebräuchlichen Werkstoffen zusammengestellt. Kohlenstoffgraphite erreichen die Leitfähigkeit rostfreier Stähle, Elektrographite zeichnen sich durch noch wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeiten aus. Bronze SnBz Chromstahlguss 19 Sinterkeramik (Al 2 O 3 ) 21 Siliziumkarbid Tabelle 1: Wärmeleitfähigkeit Wärmeausdehnungskoeffizient Eine weitere wichtige Eigenschaft, die bei der Konstruktion mit Kohlenstoffwerkstoffen unbedingt berücksichtigt werden muss, ist der im Vergleich zu Metallen niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient. Mit Werten von 2 bis 6 *10-6 /K ist dieser um Faktoren kleiner als der von Metallen. 08

9 Temperaturwechselbeständigkeit Die Thermoschockbeständigkeit ist für Kohlenstoffgraphit- 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 definiert werden. Gleiteigenschaften Graphit, ob Naturgraphit oder Elektrographit, besitzt auf Grund seiner besonderen Kristallstruktur selbstschmierende Eigenschaften. Da bei der Herstellung von Kohlenstoffgraphitwerkstoffen für Lager und Dichtungselemente ebenfalls stets Graphit als Komponente verwendet wird, bestehen neben den Elektrographitwerkstoffen auch diese Werkstoffe zu einem bedeutenden Teil aus dem Trockenschmiermittel. Bereits ohne zusätzliche flüssige Schmiermittel ist daher der Reibungskoeffizient zwischen Kohlenstoffwerkstoffen und deren Reibpartnern bei einwandfreier Gleitflächenbeschaffenheit vergleichsweise klein. Allgemein gültige Angaben über den Reibungskoeffizienten lassen sich infolge stark unterschiedlicher Betriebsbedingungen nicht machen. Im Trockenlauf ist gegen Grauguss oder Stahl mit einem Reibungskoeffizienten in der Größenordnung 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 Mischreibungsbereich auf µ < 0,1. Anhaltspunkte über den Verlauf des Reibungskoeffizienten zwischen Kohlenstoffgraphit und Grauguss bzw. Stahl bei Trockenlauf geben die nachfolgenden vier Diagramme. Reibungskoeffizient µ 0,3 0,2 Prüfbedingungen: Spurlager Kohlenstoffwerkstoff: FH44Y Kohlenstoffringdurchmesser: 80,5/57,5 Kohlenstoffgleitfläche: 25 cm 2 Gegenlaufmaterial: Gusseisen (feingeschlichtet) Temperatur der Gleitfläche: ~ 100 C Spezifische Belastung: 1N/mm 2 Mittlere Geschwindigkeit: 0,8 m/s Reibungskoeffizient µ 0,6 0,5 0,4 0,3 Prüfbedingungen: Spurlager Kohlenstoffwerkstoff: FH44Y Kohlenstoffringdurchmesser: 80,5/57,5 Kohlenstoffgleitfläche: 25 cm 2 Gegenlaufmaterial: Gusseisen (feingeschlichtet) Temperatur der Gleitfläche: ~ 100 C Spezifische Belastung: 1N/mm 2 0,1 0,2 0, min. 90 Laufzeit m/s 10 Mittlere Gleitgeschwindigkeit Diagramm 1: Veränderung des Reibungskoeffizienten μ beim Einlauf Diagramm 2: Reibungskoeffizient μ in Abhängigkeit von der mittleren Geschwindigkeit 09

10 Reibungskoeffizient µ 0,6 0,5 0,4 0,3 Prüfbedingungen: Spurlager Kohlenstoffwerkstoff: FH44Y Kohlenstoffringdurchmesser: 80,5/57,5 Kohlenstoffgleitfläche: 25 cm 2 Gegenlaufmaterial: Gusseisen (feingeschlichtet) Temperatur der Gleitfläche: ~ 100 C Mittlere Geschwindigkeit: 0,8 m/s Reibungskoeffizient µ 0,6 0,5 0,4 0,3 Prüfbedingungen: Kohlenstoffgleitring Kohlenstoffwerkstoff: FH44Z2 Kohlenstoffringdurchmesser: 180/200 x 20mm Gegenlaufmaterial: Stahl St60 Rauhtiefe Gegenlauffläche R t < 1μm v= 5,7 m/s v= 8,6 m/s 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 N/mm 2 1,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 N/mm 2 Spez. Belastung 1,0 Spez. Belastung 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 Einsatzgrenzen 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 zunehmenden 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 Reibungskoeffizienten von der spezifischen Belastung bei zwei konstanten Gleitgeschwindigkeiten am Beispiel des kunstharzimprägnierten Kohlenstoffgraphitwerkstoffs FH44Z2 aufgezeigt. Besonders ist, dass Kohlenstoffwerkstoffe bei geringen Reibungskoeffizienten auch ausgezeichnete Verschleißfestigkeiten aufweisen. 10

11 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 Kohlenstoffgraphit- und Graphitwerkstoffen zu beachten. Es ist daher sinnvoll, bereits in der Konstruktionsphase für neue Bauteile Kontakt zu uns aufzunehmen, um nicht realisierbare oder ungünstige Ausführungen zu vermeiden. Die Geometrien werden in der Regel aus gepressten Halbzeugen gespant. Hierbei kommen nahezu alle Spanverfahren 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 Wandstärke mit % des Innendurchmessers festzulegen. Die Länge der Bauteile kann bis zu dem Doppelten des Außendurchmessers betragen. Darüberhinaus muss gegebenenfalls 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 Außendurchmesser-Toleranz von IT6 eingehalten werden. Wegen der Bruchgefahr empfiehlt es sich, auf große Querschnittsänderungen 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 Graphitwerkstoffen 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 Kohlenstoffbauteil keine Zugbelastung durch die thermische Ausdehnung des Stiftes erfährt. Kohlenstoffformkörper sind beim Einpressen oder Einschrumpfen 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. L D L 3 mm L 2 D s s 3 mm Aufteilung in mehrere Teile, um Querschnittsänderungen und Überlänge zu vermeiden Übergänge abgerundet, Kanten gebrochen Verdrehsicherung mit glattem Stift im unbelasteten Teil eines Kohlenstoffkörpers Kohlenstoffformkörper in Metallbuchse oder direkt ins Gehäuse eingeschrumpft 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 kostengünstige Herstellung in hohen Stückzahlen ermöglichen. Neben dem Spritzgussformgebungsverfahren werden bei Schunk für diese Werkstoffe auch das Spritzprägen und das unidirektionale Pressen in temperierten Gesenken angewandt. 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, Kraftstoffpumpen, 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 rationelle 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 Werkzeugkavitäten oder thermischen Nachbehandlungen. Die endgültige Toleranzfestlegung sollte hier nach ersten Fertigungsversuchen mit statistischer Auswertung erfolgen. Für die Einhaltung von funktionswichtigen Toleranzen werden Prozessregelungsverfahren als Qualitätssicherungsmaßnahme eingesetzt. 12

13 Schunk Kohlenstofftechnik GmbH Rodheimer Straße Heuchelheim Deutschland Tel Fax d/2015