DE102004006588B4 - Continuous production of profiles made of carbon material and profile produced in this way - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus Kohlenstoff für Bauteile
in elektrischen und mechanischen Anwendungen mittels der bekannten
Verfahrensschritte
– Mischen
der trockenen Kohlenstoffkomponenten und der Additive mit kohlenwasserstoffhaltigem
Bindemittel
– Brennen
und gegebenenfalls Graphitieren der grünen Profile und
– Bearbeiten
der so erhaltenen Profile aus Kohlenstoffwerkstoff
dadurch
gekennzeichnet, dass
nach dem Verfahrensschritt Mischen und
vor dem Verfahrensschritt Brennen mit einem Verfahrensschritt Walz-Kompaktieren
aus einer rieselfähigen
grünen
Mischung (3), in kontinuierlicher Formgebung ein verdichtetes Profil
(1) aus grünem
Kohlenstoffmaterial erzeugt wird.Process for the continuous production of profiles made of carbon for components in electrical and mechanical applications by means of the known process steps
- Mixing the dry carbon components and the additives with hydrocarbon-containing binder
- Burning and optionally graphitizing the green profiles and
- Editing the thus obtained profiles of carbon material
characterized in that
after the process step mixing and before the process step firing with a process step rolling compacting from a free-flowing green mixture (3), in continuous shaping a compacted profile (1) of green carbon material is produced.
Description
Gegenstand der Erfindung ist die kontinuierliche Herstellung von Profilen aus Kohlenstoffwerkstoff für Bauteile in elektrischen und mechanischen Anwendungen mittels der bekannten Verfahrensschritte
- – Mischen der trockenen Kohlenstoffkomponenten und der Additive mit kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel,
- – Brennen und gegebenenfalls Graphitieren der zunächst grünen Profile und
- – Bearbeiten der so erhaltenen Profile aus Kohlenstoffwerkstoff
- Mixing the dry carbon components and the additives with hydrocarbon-containing binder,
- - Burning and optionally graphitizing the first green profiles and
- - Editing the thus obtained profiles of carbon material
Die Herstellung von carbonisierten oder graphitierten Kohlenstoffkörpern ist eine inzwischen seit über einhundert Jahren beherrschte Technik, die im industriellen Maßstab großtechnisch angewandt wird und deshalb in vielen Punkten ausgefeilt und bezüglich der Kosten optimiert ist. Eine der Beschreibungen dieser Technik – insbesondere eine Beschreibung der Feinkorngraphite – findet man in dem kleinen Band FEINKORNGRAPHITE von A. KINDLER im verlag moderne industrie, 1995 in der Reihe "Die Bibliothek der Technik, Band 119".The Production of carbonized or graphitized carbon bodies is one since over One hundred years ago, technology dominated, industrial scale industrial scale is used and therefore sophisticated in many respects and in terms of Cost is optimized. One of the descriptions of this technique - in particular a description of the Feinkorngraphite - one finds in the small Band FEINKORNGRAPHITE by A. KINDLER in the publishing house modern industry, 1995 in the series "The Library the technique, volume 119 ".
Dünnwandige Bauteile aus Kohlenstoffwerkstoffen werden im Wesentlichen in zwei Anwendungsgebieten benötigt: bei Trennschiebern von bestimmten Pumpen und Kompressoren sowie bei Kohlebürsten mit ungewöhnlichen Abmessungen. Diese dünnwandigen Bauteile werden nach der konventionellen Technik aus Kohlenstoffblöcken herausgearbeitet, die in der Grünfertigungsstufe durch isostatisches Pressen oder durch Gesenkpressen hergestellt wurden. Der Materialverschnitt kann – gemessen am fertig bearbeiteten Trennschieber oder an der fertig bearbeiteten Bürste – das zwei- bis dreifache des fertigen Teils betragen. Um diesen hohen Materialverschnitt bei der Verarbeitung von dichten, feinkörnigen Materialtypen zu vermeiden, ist es wünschenswert, ein Halbzeug aus diesen Kohlenstofftypen zu erhalten, das dünnwandig hergestellt werden kann.thin-walled Components made of carbon materials become essentially in two Application areas needed: in slide valves of certain pumps and compressors as well with carbon brushes with unusual Dimensions. These thin-walled Components are machined from carbon blocks using conventional techniques those in the green production stage produced by isostatic pressing or by die pressing were. The material waste can - measured on the finished Separator or on the finished brush - two to three times the finished part. To this high material waste at avoid the processing of dense, fine grained material types, it is desirable to obtain a semi-finished product from these carbon types, the thin-walled can be produced.
In der Patentliteratur sind verschiedene Grünfertigungs-Verfahren zur Herstellung – auch dünnwandiger – Bauteile oder Profile bestehend aus Kohlenstoffwerkstoffen beschrieben.In The patent literature is various green manufacturing processes for the production - even thin-walled - components or profiles consisting of carbon materials described.
In
der amerikanischen Patentschrift
Es wäre auch möglich, einen in diesem Patent beschriebenen Schlicker kontinuierlich auf ein Transportband zu gießen und aus einem solchen gegossenen grünen Körper Profile aus Kohlenstoff herzustellen.It would be too possible, a slurry described in this patent continuously to pour a conveyor belt and from such a cast green body profiles of carbon manufacture.
Alle Grünfertigungs-Verfahren für Profile aus Kohlenstoff, die von einem Vorprodukt „Schlicker" ausgehen, unterscheiden sich jedoch deutlich von dem erfindungsgemäßen Grünfertigungs-Verfahren, bei dem als Vorprodukt eine rieselfähige grüne Mischung geeigneter Körnung eingesetzt wird.All Green manufacturing process for profiles however, carbon, which starts from a precursor "slip", differs clearly from the invention green manufacturing process, at as a precursor a free-flowing green mixture suitable grain size is used.
In mehreren Patentschriften werden Extrusionsverfahren als Grünfertigungs-Verfahren beschrieben. Voraussetzung für die Extrudierbarkeit von grünen Mischungen ist deren ausreichende plastische Verformbarkeit, damit die Mischung durch das vergleichsweise enge Mundstück des Extruders gepresst werden kann. Eine ausreichende plastische Verformbarkeit erzielt man durch eine genügende Menge von viskosem Bindemittel, durch eine erhöhte Verarbeitungstemperatur, bei der das Bindemittel niedrigviskos wird, durch die Zugabe von plastifizierenden Additiven in die grüne Mischung, oder durch eine Kombination dieser Faktoren.In Several patents use extrusion processes as green manufacturing processes described. requirement for the extrudability of green Mixtures is their sufficient plastic deformability, so the mixture through the comparatively narrow mouthpiece of the extruder can be pressed. A sufficient plastic deformability achieved by a sufficient amount of viscous binder, by an increased processing temperature, in which the binder is low viscosity, by the addition of plasticizing additives in the green mixture, or by a Combination of these factors.
Beispielhaft
seien die deutsche Offenlegungsschrift
Nach
der
Nach
Zur
Gruppe der Patentschriften in denen die Zugabe von Plastifizierungsmitteln
zur grünen
Mischung beschrieben wird zählen
die amerikanische Patentschrift
Alle Grünfertigungs-Verfahren, die den Extrusions-Schritt umfassen, haben als Vorprodukt eine plastische grüne Mischung.All Green manufacturing process, which comprise the extrusion step, have as a precursor a plastic green mixture.
Diese plastischen Extrudermassen mit hohem Anteil von Kohlenstoffkomponenten unterliegen sowohl in ihrer Konsistenz als auch ihrer Zusammensetzung verschiedenen Limitationen. So muss die Masse eine ausreichend geringe Viskosität aufweisen, um durch den Extruder zu gelangen. Hierzu muss in der Praxis in der Regel der Extruder beheizt werden, um hochviskose Massen etwas plastischer zu machen. Zum anderen ist die Körnung als auch die Reibeigenschaften der Masse ein limitierender Faktor. Außerdem dürfen Extrudermassen nur wenige Komponenten enthalten, welche im Extruder thermische Reaktionen aufweisen. Das äußert sich vornehmlich durch die Begrenzung bezüglich des Einsatzes von aushärtenden Harzen, welche Störungen bereiten vor allem wegen der Ausscheidung von Kondensationsprodukten (Blasen- und Rissbildung) und der schnelle Anstieg der Viskosität (Festfahren des Extruders) bei Aushärtung.These plastic extruder masses with a high proportion of carbon components are subject to both consistency and composition different limitations. So the mass has a sufficiently low viscosity to get through the extruder. This must be in the Practice usually the extruder is heated to high viscosity To make masses more plastic. On the other hand, the grain is as also the friction properties of the mass a limiting factor. In addition, extruder masses contain only a few components which thermal in the extruder Reactions have. That expresses itself primarily by the limitation on the use of curing Resins that cause disorders mainly because of the excretion of condensation products (bubble and cracking) and the rapid increase in viscosity (stuck of the extruder) when cured.
Neben den Schwierigkeiten während des Extrudierens sind aber vor allem nachgelagerte Probleme, wie etwa die durch Ausgasungen während des Carbonisierens geförderte Rissbildung und schlechte Bruchmechanik, zu nennen, die bei Extrudermassen mit hohem Anteil von Kohlenstoffkomponenten Grenzen sowohl in ihrer Konsistenz als auch ihrer stofflichen Zusammensetzung setzen. Dabei sind durch den Antagonismus zwischen der Zugabe von möglichst viel niedrigviskosem Material und dessen Tendenz zur erhöhten Ausgasung bzw. thermischen Reaktion nicht nur der Zusammensetzung der Masse selber, sondern auch dem Breiten-Dicken-Verhältnis des extrudierten Halbzeugs Grenzen gesetzt. Somit ist vor allem das Extrudieren von endlosen Profilen aus Kohlenstoffwerkstoff mit einem großen Verhältnis von Breite zu Dicke des Profilquerschnitts nur bei Überwindung großer Schwierigkeiten möglich.Next the difficulties during But extruding are mainly downstream problems, such as about the outgassing during of carbonation promoted Cracking and poor fracture mechanics, to mention those in extruder masses with high proportion of carbon components limits both in their Consistency as well as their material composition. there are due to the antagonism between the addition of possible much low-viscosity material and its tendency to increased outgassing or thermal reaction not only of the composition of the mass itself, but also the width-thickness ratio of the extruded semi-finished product Set limits. Thus, above all, the extruding of endless Profiles made of carbon material with a large width to thickness ratio Profile cross section only when overcoming greater Difficulties possible.
In einer gesonderten Gruppe von Patenten wird die Herstellung von Kohlenstoffbändern beschrieben.In A separate group of patents describes the production of carbon tapes.
In
der amerikanischen Patentschrift
Bei diesen Schriften gibt es keinen zu den oben zitierten Schriften vergleichbaren Grünfertigungsschritt. Das Vorprodukt für die Herstellung eines Kohlenstoffbandes ist jeweils eine Pechschmelze, die selbstverständlich nicht mit dem Vorprodukt der rieselfähigen grünen Mischung geeigneter Körnung aus der vorliegenden Anmeldung vergleichbar ist.at There are none of these writings to the writings quoted above comparable green manufacturing step. The precursor for the production of a carbon band is in each case a pitch melt, the course not with the precursor of the free-flowing green mixture of suitable grain size comparable to the present application.
Es wird also in keiner der zitierten Schriften ein Grünfertigungs-Verfahren beschrieben, bei dem zur kontinuierlichen Herstellung von, auch dünnwandigen, Profilen, die aus Kohlenstoffwerkstoffen bestehen, eine trockene, rieselfähige grüne Mischung eingesetzt wird.It Thus, in none of the cited documents is a green manufacturing process described in which for the continuous production of, too thin-walled, Profiles made of carbon materials, a dry, pourable green mixture is used.
Andererseits gibt es ein Fertigungsverfahren, das Gesenkpressen, bei dem insbesondere dünnwandige Bauteile aus Kohlenstoffwerkstoffen hergestellt werden, bei dem es nicht die in Bezug auf das Extrudieren beschriebenen Einschränkungen bei der Werkstoffauswahl gibt. Jedoch erfordert die Fertigung von langen Bauteilen, etwa in der Länge eines Meters und darüber, ungewöhnlich starke und teure Gesenkpressen mit entsprechenden Gesenken, um die zugehörigen grünen Körper zu pressen.on the other hand There is a manufacturing process, the die-pressing, in particular, the thin-walled Components are made of carbon materials, in which it is not the limitations described in terms of extrusion in the choice of materials. However, the manufacture of long components, approximately in length a meter and above, unusual strong and expensive stamping presses with appropriate dies to the associated green body to squeeze.
Als eine Randbedingung der Aufgabe ist zu beachten, dass die meisten der bekannten Verfahrensschritte zur Herstellung von carbonisierten oder graphitierten Kohlenstoffwerkstoffen erhalten bleiben, nämlich
- – Mischen der trockenen Kohlenstoffkomponenten und der Additive mit kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel,
- – Brennen des zunächst grünen Formkörpers und danach gegebenenfalls Graphitieren sowie
- – Bearbeiten des so erhaltenen Profils aus Kohlenstoff.
- Mixing the dry carbon components and the additives with hydrocarbon-containing binder,
- - Burning of the first green shaped body and then optionally graphitizing and
- - Edit the profile obtained from carbon.
Die Aufgabe der dieser Patentanmeldung zu Grunde liegenden Erfindung war es deshalb, ein Grünfertigungs-Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von, auch dünnwandigen, Profilen aus Kohlenstoffwerkstoff zu schaffen, bei dem es nicht die in Bezug auf das Extrudieren beschriebenen Einschränkungen bei der Werkstoffauswahl gibt und bei dem die meisten der bekannten Verfahrensschritte zur Herstellung von carbonisierten oder graphitierten Kohlenstoffwerkstoffen erhalten bleiben.The The object of the invention underlying this patent application It was therefore a green manufacturing process For the continuous production of, even thin-walled, profiles made of carbon material in which it is not the one described in terms of extruding restrictions in the choice of materials and in which most of the known Process steps for the production of carbonized or graphitized carbon materials remain.
Zur Lösung der Aufgabe wird nach dem Verfahrensschritt Mischen und vor dem Verfahrensschritt Brennen mit einem Verfahrensschritt Walz-Kompaktieren in kontinuierlicher Formgebung ein verdichtetes Profil aus einer grünen Mischung in rieselfähiger Form erzeugt.To solve the problem is after the process step mixing and before the process Step firing with a process step rolling compacting in continuous shaping produces a compacted profile of a green mixture in free-flowing form.
Die Begriffe im folgenden Text sind so zu verstehen:
- • Unter einer grünen Mischung versteht man in der Kohlenstofftechnik ein Gemisch aus Trockenstoffen aus der Gruppe der Kokse, der Elektrographite, der Naturgraphite, der Ruße u. a. mit den gewünschten Kornbändern, der kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel und der Additive. Dabei wird insbesondere der Koks, welcher zunächst in Form von kalzinierten groben Koksstücken mit mehreren Zentimeter mittlerer Korngröße vorliegt, durch geeignete Verfahren wie Brechen, Mahlen und Sieben in geeignete kleinere Korngrößenfraktionen zerkleinert. Dieser Vorgang wird auch als Primärmahlung bezeichnet. Wenn Peche als Bindemittel eingesetzt werden, findet das Mischen bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes der Peche statt. Nach dem Mischen und Abkühlen auf Raumtemperatur liegt die grüne Mischung zunächst in schwer verarbeitbaren Schollen vor. Um diese in eine verarbeitungs- und dosierfähige Form zu bringen, werden die Schollen bevorzugt in einer Sekundärmahlung zu einer rieselfähigen Körnung mit geeigneten Korngrößen zerkleinert. Der Begriff Sekundärmahlung dient dem Fachmann zur Unterscheidung von der Primärmahlung. Die durch die Sekundärmahlung erzeugten Partikel setzen aus pechgebundenen, durch Primärmahlung vorher erzeugten, Kokspartikeln zusammen.
- • Die rieselfähige grüne Mischung wird als Vorprodukt für das erfindungsgemäße Walz-Kompaktieren eingesetzt. Die Rieselfähigkeit wird dabei gemäß DIN ISO 6186 bestimmt. Nach dieser Norm wird im allgemeinen die Rieselfähigkeit von Kunststoffen in Pulver- und Granulatform ermittelt. Dabei wird die Durchflusszeit („Rieselzeit") gemessen, die eine definierte Masse der Probe benötigt, um durch einen Trichter mit festgelegten Maßen zu rieseln. In diesem Fall wurde das normierte Messverfahren A gewählt. Dabei wird der Trichterauslass verschlossen, 150 g Probe eingefüllt und gleichzeitig mit anschließender Öffnung des Trichterauslasses eine Stoppuhr gestartet. Diese wird angehalten, sobald der Trichter leer ist. Rieselfähige grüne Mischungen im Sinne dieser Erfindung benötigen weniger als 60 s Durchflusszeit („Rieselzeit").
- • Beim Walz-Kompaktieren wird die grüne Mischung zwischen den Walzen eines Walzenpaares verdichtet. Wird die grüne Mischung dem Walzenpaar in geeigneter Weise zugeführt, so entsteht ein endloses Profil, dessen Geometrie von den Abmessungen des Walzenspalts bestimmt wird.
- • A green mixture is a mixture of dry substances from the group of cokes, electrographites, natural graphites, carbon blacks, etc. with the desired grain bands, the hydrocarbon-containing binders and the additives. In particular, the coke, which is initially present in the form of calcined coarse coke pieces with several centimeters average grain size, is comminuted by suitable methods such as crushing, grinding and sieving into suitable smaller particle size fractions. This process is also referred to as primary payment. When pitches are used as the binder, mixing occurs at temperatures above the softening point of the pitches. After mixing and cooling to room temperature, the green mixture is initially present in hard to process floes. In order to bring these into a processable and meterable form, the clods are preferably comminuted in a secondary payment to a free-flowing granulation with suitable particle sizes. The term secondary payment is used by the skilled person to distinguish from the primary payment. The particles produced by the secondary payment consist of pitch-bound coke particles previously generated by primary payment.
- The free-flowing green mixture is used as a precursor for the roll compacting according to the invention. The flowability is determined according to DIN ISO 6186. According to this standard, the flowability of plastics in powder and granular form is generally determined. It measures the flow time ("trickle time") that a defined mass of sample requires to trickle through a funnel of specified dimensions, in which case the normalized measurement method A was chosen, closing the funnel outlet, filling 150 g of sample, and A stopwatch is started simultaneously with subsequent opening of the funnel outlet, which is stopped as soon as the funnel is empty.Grout-capable green mixtures in the sense of this invention require less than 60 s flow time ("trickle time").
- • In roll compacting, the green mixture is compacted between the rolls of a pair of rolls. If the green mixture is fed to the pair of rollers in a suitable manner, an endless profile is produced whose geometry is determined by the dimensions of the nip.
Die kontinuierliche Herstellung eines verdichteten endlosen Profils aus grünem Kohlenstoffmaterial hat den Vorteil, dass man nicht wie beim Gesenkpressen in der Bauteillänge begrenzt ist oder wie beim Extrudieren auf die Fließprozesse des plastischen Materials und den damit verbundenen Einschränkungen Rücksicht nehmen muss.The continuous production of a compacted continuous profile from green Carbon material has the advantage that you do not like the die pressing in the component length is limited or as extruding on the flow processes of the plastic material and the associated limitations consideration must take.
Die Lösung der Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Teile der Ansprüche zwei bis dreizehn in vorteilhafter Weise ausgestaltet.The solution the object is achieved by the characterizing parts of claims two designed to thirteen in an advantageous manner.
Die wesentliche Voraussetzung für das erste Verdichten zu einem Profil ist, dass die grüne Mischung in rieselfähiger Form, bevorzugt als Körnung aus einer Sekundärmahlung, vorliegt. Der Gehalt an kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel der grünen Mischung beträgt 10 bis 50 Gew.-%. Die kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel sind die in der Kohlenstofftechnik gängigen Peche oder Kunstharze.The essential condition for The first compaction to a profile is that the green mixture in free-flowing Shape, preferably as a grain a secondary payment, is present. The content of hydrocarbon-containing binder of green mixture is 10 to 50% by weight. The hydrocarbon-containing binders are the common in the carbon technology Peche or synthetic resins.
Für das Walz-Kompaktieren wird eine rieselfähige grüne Mischung mit einer Kornverteilung von 10 μm bis 500 μm eingesetzt.For roll compacting will be a free-flowing green mixture with a particle size distribution of 10 μm up to 500 μm used.
Das Walz-Kompaktieren wird in der Weise betrieben, dass die trockene, rieselfähige Körnung der grünen Mischung im Walzenspalt zwischen den Walzen eines Walzenpaares einem hohen Druck ausgesetzt ist. Dieser Druck reicht alleine jedoch noch nicht aus, einen sicheren Zusammenhalt zwischen den einzelnen Körnern der grünen Mischung zu erreichen, insbesondere dann nicht, wenn die Körnung einer Sekundärmahlung auf die Walzen gegeben wurde. Um die Viskosität der beteiligten Bindemittel herabzusetzen und zugleich die Klebkräfte zwischen den Körnern zu verbessern ist es zweckmäßig, sowohl die grüne Mischung auf bis zu 50°C vorzuwärmen als auch die beteiligten Walzen bei Temperaturen von bis zu 50°C zu fahren, womit andere Kombinationen von Materialvorwärmung und Walzentemperatur nicht ausgeschlossen sein sollen.The Roll compacting is operated in such a way that the dry, pourable Grain of green Mixture in the nip between the rolls of a pair of rolls one is exposed to high pressure. But this pressure alone is enough not sure of a secure cohesion between the individual grains of the green Mixture to achieve, especially not if the grain of a Sekundärmahlung was given to the rollers. To the viscosity of the binder involved reduce and at the same time the bond strengths between the grains too it is expedient to improve both the green Mixture up to 50 ° C preheat as well as the participating rollers to drive at temperatures of up to 50 ° C, with which other combinations of material preheating and roll temperature should not be excluded.
Für das Walz-Kompaktieren der grünen Mischung wird mindestens ein Walzenpaar eingesetzt, welches einen definiert eingestellten Walzenspalt aufweist und aus zwei mit gleicher aber gegenläufiger Mantelgeschwindigkeit laufenden Walzen besteht. Die Achsen eines solchen Walzenpaares sind in einer horizontalen Ebene angeordnet. Das ist zweckmäßig, weil auf diese Weise die rieselfähige grüne Mischung in den Spalt des Walzenpaares hineinlaufen kann. Die rieselfähige grüne Mischung und das daraus verdichtete Profil des grünen Kohlenstoffmaterials werden kontinuierlich im Wesentlichen vertikal von oben nach unten gefördert.For roll compacting the green Mixture is used at least one pair of rollers, which has a defined set nip and two with the same but more contrary Sheath speed consists of running rollers. The axes of a such roller pair are arranged in a horizontal plane. That is convenient because in this way, the free-flowing green mixture can run into the gap of the roller pair. The pourable green mixture and the profile of the green carbon material compressed therefrom continuously conveyed essentially vertically from top to bottom.
Im Falle dass die rieselfähige grüne Mischung ein geeignetes, gegebenenfalls durch Wärme aushärtbares Bindemittel sowie einen ausreichenden Bindemittelanteil enthält, folgt auf den Verfahrensschritt Walz-Kompaktieren direkt der Verfahrensschritt Bearbeiten ohne den Verfahrensschritt Brennen. Dies ist dann möglich, wenn die rieselfähige grüne Mischung vorgewärmt auf das verdichtende Walzenpaar gegeben wird und/oder das verdichtete und eine Mindestfestigkeit aufweisende Profil durch warme oder heiße Kompaktierwalzen zumindest angehärtet ist und gegebenenfalls durch eine thermische Nachbehandlung vollständig ausgehärtet wird. Die Verfahrensschritte Brennen und Graphitieren können bei solchen Materialtypen entfallen.In the case that the free-flowing green mixture, a suitable, optionally thermosetting binder and a Ausrei contains binding agent content, the process step without the process step firing directly follows the process step rolling compacting. This is possible if the free-flowing green mixture is given preheated to the compacting roller pair and / or the compacted and having a minimum strength profile is at least partially cured by hot or hot Kompaktierwalzen and optionally fully cured by a thermal aftertreatment. The process steps burning and graphitizing can be dispensed with in such material types.
Wird ein durch Walzen kompaktiertes Profil carbonisiert, so wird an diesem Material mindestens eine Biegefestigkeit von 20 N/mm2 und mindestens eine Dichte von 1,6 g/cm3 gemessen, ohne dass der Kohlenstoffwerkstoff eine weitere Nachbehandlung erfährt.If a profile compacted by rolling is carbonized, then at least one bending strength of 20 N / mm 2 and at least one density of 1.6 g / cm 3 is measured on this material, without the carbon material being subjected to further aftertreatment.
Um Profile aus Kohlenstoff mit einem hohen Breiten-Dicken-Verhältnis zu bekommen, sind besondere Maßnahmen erforderlich. Der geringste Aufwand ist beim Schlickerguss erforderlich, der in den Schriften zu Stand der Technik behandelt wird. Ein höherer Aufwand ist beim Extrudieren und beim Ziehen von Profilen aus der Schmelze erforderlich. Es sind jeweils besondere Breitschlizmundstücke bereitzustellen. Beim Extrudieren ist darüber hinaus die Viskosität der grünen Mischung empfindlich einzustellen andernfalls das extrudierte Profil dazu neigt, in Fließrichtung kurz hinter dem Mundstück in Längsrichtung einzureißen. Beim Ziehen von Profilen aus der Schmelze tendiert die frisch ausgezogene Schmelze auf Grund der Oberflächenspannung dazu, sich zu einem dickeren Strang mit rundlichem Querschnitt zusammen zu ziehen.Around Profiles made of carbon with a high width-to-thickness ratio to are special measures required. The least amount of effort is required for slip casting, which is treated in the prior art writings. A higher effort is when extruding and pulling profiles from the melt required. There are each special Breitschlizmundstücke provide. When extruding is about it In addition, the viscosity the green Mix sensitive otherwise the extruded profile tends to, in the flow direction just behind the mouthpiece longitudinal tear. When pulling profiles from the melt, the freshly drawn melt tends due to the surface tension to get together to form a thicker strand with roundish cross-section to draw.
Beim Walz-Kompaktieren ergibt sich die Breite des erzeugten Profils einfach aus der Breite der in einem Walzenpaar eingesetzten Walzen und der mit der grünen Mischung gefüllten Breite der Walzen. Je nach der eingestellten Spaltbreite eines Walzenpaares und der vorgegebenen Walzenbreite erreicht der Querschnitt des Profils aus grünem oder gebranntem Kohlenstoffwerkstoff ein Verhältnis von Breite zu Dicke Werte im Bereich von mehr als zweihundert zu eins bis zu fünfhundert zu eins.At the Roll compaction results in the width of the profile produced easily from the width of the rollers used in a pair of rollers and the with the green Mixture filled Width of the rolls. Depending on the set gap width of a pair of rollers and the predetermined roll width reaches the cross section of the profile from green or calcined carbon material has a ratio of width to thickness values in the range of more than two hundred to one to five hundred to one.
Nicht alle Bauteile fertigt man am besten aus ebenen Profilen. Vielmehr sind in einigen Fällen gewölbte, gewellte oder in anderer Weise konturierte – auch über die Länge unterschiedlich dicke – Profile zweckmäßig. Diese Profile lassen sich mit entsprechend geformten Mantelflächen der Walzen eines Walzenpaares beim Walz-Kompaktieren erzeugen.Not All components are best made from flat profiles. Much more are in some cases arched, corrugated or otherwise contoured - also over the length of different thickness - profiles appropriate. These Profiles can be with appropriately shaped lateral surfaces of Create rolls of a pair of rolls during roll compaction.
BeispieleExamples
In
einem ersten Ausführungsbeispiel
wurden als Feststoffe 53 Gew.-% Koks, 15 Gew.-% Graphit und 7 Gew.-%
Ruß mit
25 Gew.-% Bindemittel gemischt. Dabei lagen die Feststoffe in einer
Körnung von
unter 500 μm
vor und das Pech hatte einen Erweichungspunkt von 80°C nach Krämer-Sarnow.
In einem ersten Mischprozess wurden die Bestandteile bei Raumtemperatur
homogenisiert und anschließend
in einem Schneckenextruder der Marke Bausano auf etwa 150°C erwärmt. Dabei
verteilte sich das dann flüssige
Pech auf die Oberflächen
der Feststoffe; das heiße
Gemisch wurde schließlich
als Profil extrudiert. Das heiße
Profil ließ man
auf Raumtemperatur abkühlen,
um es anschließend
durch eine Sekundärmahlung
auf eine mittlere Korngröße von 100 μm zu bringen.
Diese rieselfähige
grüne Mischung
war das Vorprodukt für
das Walz-Kompaktieren von verdichteten, endlosen Profilen. Unter
den folgenden Bedingungen wurde verdichtet:
Die rieselfähige grüne Mischung
wurde in einen Fülltrichter
mit Verstelleinrichtung über
einem Walzenpaar gegeben, dessen Walzen jeweils einen Durchmesser
von 200 mm hatten und dessen Walzenachsen in der horizontalen Ebene
angeordnet waren. Die Mantelgeschwindigkeit der gegenläufigen Walzen betrug
2,0 m/min. Das kontinuierliche Verdichten der grünen Mischung im Walzenspalt
erfolgte bei Raumtemperatur und das verdichtete Profil verließ den Walzenspalt
vertikal von oben nach unten. Der Walzenspalt wurde auf 1,50 mm
eingestellt.In a first embodiment, as solids, 53% by weight of coke, 15% by weight of graphite and 7% by weight of carbon black were mixed with 25% by weight of binder. The solids were present in a grain size of less than 500 microns and the pitch had a softening point of 80 ° C after Krämer-Sarnow. In a first mixing process, the ingredients were homogenized at room temperature and then heated to about 150 ° C. in a Bausano screw extruder. The liquid pitch then spread to the surfaces of the solids; the hot mixture was finally extruded as a profile. The hot profile was allowed to cool to room temperature and then brought to a mean grain size of 100 μm by secondary milling. This free-flowing green mixture was the precursor for roll compaction of compacted, endless profiles. Under the following conditions was condensed:
The free-flowing green mixture was placed in a hopper with adjustment over a pair of rollers, whose rolls each had a diameter of 200 mm and whose roll axes were arranged in the horizontal plane. The mantle speed of the counter-rotating rolls was 2.0 m / min. The continuous densification of the green mixture in the nip was at room temperature and the densified profile left the nip vertically from top to bottom. The nip was set to 1.50 mm.
Das Ergebnis des Walz-Kompaktierens war ein verdichtetes, endloses Profil aus grünem Kohlenstoff mit einer Dicke von 1,70 mm.The The result of roll compacting was a compacted, endless profile from green Carbon with a thickness of 1.70 mm.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wurden die gleichen Rohstoffe wie im ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt. Auch das Mischen, Extrudieren und die Herstellung der Sekundärmahlung entsprachen dem ersten Ausführungsbeispiel.In a second embodiment the same raw materials were used as in the first embodiment. Also, mixing, extruding and making the secondary payment were the same the first embodiment.
Es wurde derselbe Walzenstuhl eingesetzt. Die Mantelgeschwindigkeit der gegenläufigen Walzen betrug 0,4 m/min. Das Verdichten der grünen Mischung im Walzenspalt erfolgte kontinuierlich bei Raumtemperatur und das verdichtete Profil verlies den Walzenspalt vertikal von oben nach unten. Der Walzenspalt wurde auf 1,90 mm eingestellt.It the same roller mill was used. The jacket speed the opposite Rolls were 0.4 m / min. The compaction of the green mixture in the nip was carried out continuously at room temperature and the densified profile left the nip vertically from top to bottom. The nip was set to 1.90 mm.
Das Ergebnis des Walz-Kompaktierens war ein verdichtetes, endloses Profil aus grünem Kohlenstoff mit einer Dicke von 2,10 mm.The The result of roll compacting was a compacted, endless profile from green Carbon with a thickness of 2.10 mm.
In
einem dritten Ausführungsbeispiel
wurden zwei gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
hergestellte, verdichtete Profile in ein Walzenpaar gegeben, dessen
Walzenachsen in der vertikalen Ebene angeordnet waren, die. Profile
wurden also in der Horizontalen gefördert. Das Walz-Kompaktieren
erfolgte unter diesen Bedingungen:
Die Walzen hatten jeweils
einen Durchmesser von 200 mm und die Mantelgeschwindigkeit der gegenläufigen Walzen
betrug 0,6 m/min. Die beiden Materiallagen wurden vor dem Eintritt
in den Walzenspalt innerhalb von einer Minute auf 80°C aufgeheizt.
Die beiden Lagen hatten vor dem Verdichten eine Gesamtdicke von
4,50 mm und der Walzenspalt wurde auf 3,60 mm eingestellt.In a third embodiment, two compacted profiles produced according to the first embodiment were placed in a pair of rollers whose roller axes were arranged in the vertical plane, the. Profiles were thus promoted horizontally. The rolling compacting was carried out under these conditions:
The rolls each had a diameter of 200 mm and the mantle speed of the counter-rotating rolls was 0.6 m / min. The two layers of material were heated to 80 ° C within one minute before entering the nip. The two layers had a total thickness of 4.50 mm before compaction and the nip was set at 3.60 mm.
Das Ergebnis des Walz-Kompaktierens war ein verdichtetes, endloses Profil aus grünem Kohlenstoff mit einer Dicke von 3,75 mm.The The result of roll compacting was a compacted, endless profile from green Carbon with a thickness of 3.75 mm.
Durch die folgende Figur wird die Erfindung beispielhaft weiter erläutert. Es zeigt:By the following figure, the invention is further exemplified. It shows:
Beschreibung der Figur:Description of the figure:
Das
Schema einer Anlage zur kontinuierlichen Herstellung eines Profils
(
In
einen Fülltrichter
(
Das
im Wesentlichen in vertikaler Richtung von oben nach unten entstehende
Profil (
Claims (9)
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DE200410006588 DE102004006588B4 (en) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Continuous production of profiles made of carbon material and profile produced in this way |
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2004
- 2004-02-10 DE DE200410006588 patent/DE102004006588B4/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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