WO2014057002A1 - Werkstückträger - Google Patents

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WO2014057002A1
WO2014057002A1 PCT/EP2013/071090 EP2013071090W WO2014057002A1 WO 2014057002 A1 WO2014057002 A1 WO 2014057002A1 EP 2013071090 W EP2013071090 W EP 2013071090W WO 2014057002 A1 WO2014057002 A1 WO 2014057002A1
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WO
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component elements
workpiece carrier
cfc
latching
cfc component
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2013/071090
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Eiselt
Thomas Steiner
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SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0006—Composite supporting structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0025—Supports; Baskets; Containers; Covers

Definitions

  • the present invention relates to a workpiece carrier comprising at least two component elements, which are each composed of a carbon fiber reinforced carbon (CFC).
  • CFC carbon fiber reinforced carbon
  • CFC workpiece carriers are used to support or hold workpieces in high temperature environments.
  • charging racks are used as a carrier, wherein the heat treatment to be subjected to workpieces are placed on a support surface of the charging frame in the simplest case.
  • workpiece carriers made of CFC are characterized in particular by increased temperature resistance and better dimensional stability.
  • the assembly of a workpiece carrier of a plurality of component elements is advantageous in terms of manufacturing costs and flexibility. In particular, this makes it possible to build complex frames, which are tuned to the respective workpiece type and quantity.
  • the individual component elements can be plugged together, for example by means of frictional connection elements.
  • a workpiece carrier for hardened material, which is composed of four frame-like assembled CFC strips is, for example, in
  • At least two of the at least two CFC component elements are locked together.
  • a latch engage at least two corresponding locking teeth form fit into each other and hold the two CFC component elements in a defined detent position, but under force overcoming the positive connection is possible in at least one direction. That is to say, when plugging together and optionally when the component elements are being pulled apart, the mentioned toothed elements can slide past one another.
  • a snap connection or click connection reaching the detent position is often audible and / or tactile perceptible (“clicking" or "snapping").
  • the two CFC components are therefore not only plugged together and thereby frictionally connected, but there is also a positive connection due to the latching, which increases the stability of the overall component and prevents unwanted loosening or loosening of the individual components.
  • a complex bonding is not required here. Due to the increase in the load-bearing capacity of the connection caused by the positive connection, material can be saved in the design of the component elements, as a result of which the production costs decrease.
  • Fixed form-fitting connections in the form of undercuts or stakes often require complicated assembly of the component elements from different directions and in an exactly predetermined order. In contrast, a locking two component elements is particularly fast and easy. At a locking connection only comparatively low seasonal alternmaschinen are also to make.
  • kits for workpiece carriers by means of which end customers can produce individual workpiece carriers as a function of the respective application by simply clicking in the individual parts.
  • the latching of the at least two CFC component elements can preferably be achieved by overcoming a latching resistor.
  • the workpiece carrier can then be easily disassembled if necessary.
  • the force to be exerted on one of the two CFC component elements to overcome the detent resistance is at least 10 N.
  • An adapted detent resistance on the one hand ensures sufficiently high security against unintentional release of the detent connection and on the other hand facilitates easy assembly and disassembly of the workpiece carrier , If subsequent dismantling of the workpiece carrier is not considered, the detent resistance may also be so be interpreted large that a non-destructive release of the locking is practically impossible.
  • the workpiece carrier can also comprise at least three CFC component elements, wherein each of the at least three CFC component elements is latched with at least one further of the at least three CFC component elements.
  • a workpiece carrier may comprise two CFC component elements configured as side members, which are arranged parallel to one another and overlapped by at least one CFC component element designed as a cross member, the cross member being latched at each end to one of the side members.
  • a rust- or lattice-like workpiece carrier is possible, which is suitable for supporting a plurality of different workpieces.
  • a bearing surface for a workpiece can be formed on at least one of the at least two CFC component elements and, preferably, on each of the at least two CFC component elements.
  • special fixing elements such as recesses or stirrups, to be provided on the CFC component elements that overlap the workpiece to be held.
  • a locking projection may be provided on at least one of the at least two CFC component elements latched to one another, which latching projection projects into a CFC component element latched to another of the at least two mutually latched components. seen locking recess engages.
  • the latching protrusion may be any area of material that protrudes from a base surface of the CFC component element, such as a flat wall. Depending on the application specification, such a latching projection can be shaped like a tooth, hump-like or nose-like.
  • the locking projection is designed ramp-like, to provide a casserole oblique to facilitate the locking.
  • the latching projection could be designed as a separate component element. However, it is preferred if the latching projection is formed directly on the associated CFC component element.
  • the latching projection by a distance between 0.05 mm and 1, 5 mm, preferably between 0.1 mm and 0.7 mm, and particularly preferably between 0.2 mm and 0.4 mm relative to the base surface of associated CFC component element protrudes.
  • Such distances have proved to be particularly favorable in that on the one hand a secure locking connection is ensured and on the other hand, a slight engagement or clicking one CFC component element in the other CFC component element is possible.
  • both a latching projection and a latching receptacle are provided on each of the at least two interconnected CFC component elements, the latching projections and the latching receptacles of two mutually latched CFC component elements being mutually engaged.
  • a further aspect of the invention provides that the at least two CFC component parts can be plugged together for latching along a plug-in direction, the latching projection and the latching receptacle of each of the at least two CFC component elements being arranged one behind the other with respect to the plug-in direction.
  • the latching projection of one CFC component element thus automatically enters the latching receptacle of the other CFC component element and vice versa, so that a particularly simple latching is possible.
  • At least one of the at least two interlocked CFC component elements may have a groove for receiving a male portion of the respective other CFC component element, wherein the latching projection projects from a side wall of the groove.
  • the insertion portion may be any portion of the respective CFC component member whose width is matched to the width of the groove.
  • the groove then serves as a guide for the CFC component element to be inserted and on the other hand provides the locking projection serving for latching.
  • the at least two mutually locked CFC component elements are plate-like and each have at least one groove, wherein the grooves mutually engage.
  • Such CFC component elements are relatively easy to produce and are particularly suitable for the construction of grid-like charging racks.
  • the groove may in particular have a rectangular cross-section. This enables a particularly simple production.
  • a further embodiment of the invention provides that at least one of the at least two interconnected CFC component elements, and preferably each of the at least two interconnected CFC component elements, has at least three spaced-apart grooves for receiving an insertion portion of another CFC component element.
  • the flexibility in the construction of an application-related workpiece carrier can be further increased.
  • two parallel and mutually spaced grooves are formed, between which extends the, in particular plateau- or hump-like, locking projection. Such a configuration of the latching projection has been found to be advantageous in terms of easy latching.
  • the grooves may have a rounded cross section, wherein the radius of curvature of the rounding is at least 0.1 mm and preferably at least 0.3 mm. Furthermore, in at least one side wall of the groove may be formed a ramp-like locking projection and an adjacent thereto groove.
  • the groove facilitates the snapping or clicking the locking projection into the associated locking receptacle.
  • the at least two CFC component elements are each composed of a carbon fiber-reinforced carbon which comprises carbonized and / or graphitized polyacrylonitrile fibers. With such fibers particularly good results were achieved.
  • the at least two CFC component elements are each composed of a carbon reinforced with carbon fibers, carbon fibers and / or drawn fibers.
  • the at least two CFC component elements are each composed of a carbon fiber-reinforced carbon which comprises carbon fibers with an average diameter of between 5 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • a carbon fiber-reinforced carbon which comprises carbon fibers with an average diameter of between 5 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • the at least two CFC component elements are each composed of a carbon fiber-reinforced carbon which is at least
  • the at least two CFC component elements have a temperature resistance of at least 1, 500 ° C. and preferably of at least 2,500 ° C.
  • the workpiece carrier can be composed exclusively of, preferably similar, CFC component elements. This allows a particularly cost-effective production.
  • the workpiece support has a size (BxLxH) of at least 50 mm x 50 mm ⁇ 10 mm, preferably ⁇ of at least 100 mm 100 mm ⁇ 10 mm and more preferably ⁇ of at least 300 mm 300 mm ⁇ 20 mm, such as of Figure 1.
  • Workpiece carrier of this Size are commonly used as charging racks when curing or sintering components.
  • Another object of the present invention is the use of a previously described workpiece carrier as Chargiergestell in a Hochtempera- environment.
  • FIG. 1 is a plan view of a CFC component element for a workpiece carrier according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is an enlarged partial view of the workpiece carrier according to FIG. 1.
  • FIG. 1 is a plan view of a CFC component element for a workpiece carrier according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is an enlarged partial view of the workpiece carrier according to FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partial view of a CFC component member for a workpiece carrier according to a second embodiment of the invention.
  • 4 is a partial view of a CFC component member for a workpiece carrier according to a third embodiment of the invention.
  • the plate-shaped component element 1 1 shown in FIG. 1 is made entirely of a carbon fiber-reinforced carbon (CFC) and serves to construct a workpiece carrier such as a charging frame.
  • the carbon fiber-reinforced carbon comprises continuous fibers of carbonized and / or graphitized polyacrylonitrile, which are embedded in a proportion of at least 80% by volume in a matrix of carbon. Preferably, the fibers have an average diameter of about 7 ⁇ .
  • the CFC component element 1 1 is designed in the form of an elongated strip and has a longitudinal axis L. Four grooves 13 with a rectangular cross-section are formed along the longitudinal axis L spaced apart in the CFC component element 1 1. The width B of each groove corresponds to the not shown in FIG.
  • each groove 13 has two mutually opposite side walls 17, wherein in each of the side walls 17 two mutually parallel and transverse to the longitudinal axis L spaced grooves 19 are formed. Between the two grooves 19 of a side wall 17 is in each case a slightly rounded Rastbuckel 20, which protrudes relative to the surface of the side wall 17 by about 0.35 mm.
  • two CFC component elements 1 1 designed according to FIG. 1 can each be latched to one another, as will be explained in more detail below.
  • the two to be joined CFC component elements 1 1 are first arranged in a basically known manner such that their longitudinal axes L perpendicular to each other and an upper side groove 13 of a CFC component element 1 1 a bottom groove 13 of the other CFC component element 1 1 opposite ,
  • the two CFC component elements 11 are then brought together along an insertion direction E pointing transversely to the two longitudinal axes L, wherein the grooves 13 mutually intermesh.
  • the locking resistance can be adjusted relatively accurately to an application-related default value.
  • three or more CFC component elements 1 1 it is possible in the manner described to build up frame or lattice-like workpiece carriers in which the narrow sides 23 of the CFC component elements 1 1 form respective bearing surfaces 25 for workpieces.
  • Such workpiece carriers are particularly suitable as charging racks in hardening or sintering furnaces.
  • Assembling a workpiece carrier by locking the CFC component elements 1 1 is simple and requires no special knowledge. It can therefore also be carried out by a respective end customer, while the manufacturer of the workpiece carrier provides only a set of CFC component elements 1 1 for individual mating as a kit.
  • a particular advantage of the illustrated system is that there are no undercuts, which require the consideration of different Ein-directions and the maintenance of a particular order in the assembly during assembly. Neither gluing nor separate fastening elements such as pins or pins are necessary, since the stability of the CFC component part assembly is ensured by the locking.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a CFC component part 1 1 according to the invention, wherein, instead of a latching boss, a latching nose 27 having a ramp portion 29 and a shoulder 31 is provided here.
  • the approach shoulder 31 is followed by a single groove 19.
  • the ramp portion 29 of the locking lug 27 forms a casserole oblique for the insertion portion 21 of the other CFC component element 1 1 and thus facilitates the mating of the two CFC component elements 1 first
  • the shoulder 31 provides for this in comparison to the embodiment according to FIGS. 1 and 2 increased detent resistance.
  • FIG. 1 For latching into the recess 15, a latching lug 27 is provided here similar to the embodiment according to FIG. 3, wherein, however, no groove is formed in the side wall 17 of the groove 13.
  • the shoulder 31 runs here rather in a rounding 33.
  • the distance A, by which the latching nose 27 protrudes relative to the side wall 17, is highlighted by dashed lines.
  • the locking not only allows a higher stability, but also a simplified assembly.

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Description

Werkstückträger
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstückträger umfassend wenigstens zwei Bauteilelemente, welche jeweils aus einem carbonfaserverstärkten Kohlenstoff (CFC) zusammengesetzt sind.
Werkstückträger aus CFC werden zum Stützen oder Halten von Werkstücken in Hochtemperaturumgebungen benutzt. Beispielsweise werden beim Härten oder Sintern von Werkstücken in Industrieöfen sogenannte Chargiergestelle als Träger verwendet, wobei die der Wärmebehandlung zu unterziehenden Werkstücke im einfachsten Fall auf eine Auflagefläche des Chargiergestells aufgelegt werden. Gegenüber Werkstückträgern aus Stahl zeichnen sich Werkstückträger aus CFC insbesondere durch eine erhöhte Temperaturbeständigkeit und eine bessere Formstabilität aus.
Das Zusammensetzen eines Werkstückträgers aus mehreren Bauteilelementen ist hinsichtlich der Herstellungskosten sowie der Flexibilität vorteilhaft. Insbesondere ist es dadurch möglich, komplexe Gestelle aufzubauen, welche auf die jeweilige Werkstückart- und -menge abgestimmt sind. Die einzelnen Bauteilelemente können beispielsweise mittels reibschlüssiger Verbindungselemente zusammengesteckt werden. Ein Werkstückträger für Härtegut, welcher aus vier rahmenartig zusammengesteckten CFC-Leisten aufgebaut ist, ist beispielsweise in der
DE 295 12 569 U1 offenbart.
Bei solchen Werkstückträgern aus zusammengesteckten CFC-Bauteilelementen besteht jedoch das Problem, dass die betreffenden reibschlüssigen Verbindungselemente, wie Führungsrippen und -nuten, mit relativ hoher Genauigkeit gefertigt werden müssen, um eine unerwünscht lockere Verbindung einerseits und ein Verklemmen der Bauteilelemente beim Zusammenstecken andererseits zu verhindern. Dies ist mit einem hohen Herstellungsaufwand verbunden. Weiterhin kann es aufgrund der hohen Temperaturen und der starken Temperaturunter- schiede während eines Hart- oder Sinterprozesses zu einem Lösen der reibschlüssigen Verbindung und in der Folge zu einer unerwünschten Verformung des gesamten Werkstückträgers kommen. Um ein solches unerwünschtes Lösen zweier verbundener Bauteilelemente zu verhindern, können diese miteinander verklebt werden, was jedoch wiederum mit einem erhöhten Herstellungsaufwand einhergeht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Werkstückträger der vorstehend genannten Art mit einfachen Mitteln derart weiterzubilden, dass ein unerwünschtes Lösen der einzelnen Bauteilelemente sicher verhindert wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Werkstückträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .
Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei der wenigstens zwei CFC-Bauteilelemen- te miteinander verrastet. Bei einer solchen Verrastung greifen wenigstens zwei entsprechende Rastverzahnungselemente formschlüssig ineinander und halten die beiden CFC-Bauteilelemente in einer definierten Raststellung fest, wobei jedoch unter Kraftaufwand ein Überwinden des Formschlusses zumindest in einer Richtung möglich ist. D.h. beim Zusammenstecken und gegebenenfalls beim Aus- einanderziehen der Bauteilelemente können die erwähnten Verzahnungselemente aneinander vorbeigleiten. Bei einer solchen Rastverbindung bzw. Klickverbindung ist das Erreichen der Raststellung häufig akustisch und/oder taktil wahrnehmbar ("Einklicken" oder "Einschnappen"). Die beiden CFC-Bauteile sind also nicht nur zusammengesteckt und hierdurch reibschlüssig verbunden, sondern es besteht aufgrund der Verrastung auch eine formschlüssige Verbindung, welche die Stabilität des Gesamtbauteils erhöht und ein unerwünschtes Lockern oder Lösen der Einzelbauteile verhindert. Ein aufwän- diges Verkleben ist hierbei nicht erforderlich. Aufgrund der durch den Formschluss bewirkten Erhöhung der Belastbarkeit der Verbindung kann bei der Auslegung der Bauteilelemente Material eingespart werden, wodurch die Herstellungskosten sinken. Feste formschlüssige Verbindungen in Form von Hinterschneidungen oder Ver- stiftungen erfordern häufig ein kompliziertes Zusammensetzen der Bauteilelemente aus verschiedenen Richtungen und in einer genau vorgegebenen Reihenfolge. Demgegenüber ist ein Verrasten zweier Bauteilelemente besonders schnell und einfach möglich. An eine Rastverbindung sind außerdem nur vergleichweise geringe Maßhaltigkeitsanforderungen zu stellen. Somit ist es insbesondere möglich, Bausätze für Werkstückträger anzubieten, mittels welchen Endkunden individuelle Werkstückträger in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung durch einfaches einklickendes Zusammenstecken der Einzelteile herstellen können. Vorzugsweise ist die Verrastung der wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente unter Überwindung eines Rastwiderstands lösbar. Der Werkstückträger kann dann bei Bedarf leicht zerlegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die auf eines der zwei CFC- Bauteilelemente zur Überwindung des Rastwiderstands mindestens auszuübende Kraft wenigstens 10 N. Ein angepasster Rastwiderstand gewährleistet einerseits eine ausreichend hohe Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Rastverbindung und ermöglicht andererseits ein leichtes Zusammenbauen und Auseinanderbauen des Werkstückträgers. Sofern ein nachträgliches Zerlegen des Werk- Stückträgers nicht in Erwägung gezogen wird, kann der Rastwiderstand auch so groß ausgelegt werden, dass ein zerstörungsfreies Lösen der Verrastung praktisch nicht möglich ist.
Der Werkstückträger kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung auch we- nigstens drei CFC-Bauteilelemente umfassen, wobei jedes der wenigstens drei CFC-Bauteilelemente mit wenigstens einem weiteren der wenigstens drei CFC- Bauteilelemente verrastet ist. Dies ermöglicht den Aufbau vergleichsweise komplexer Werkstückträger, wobei die einzelnen Bauteilelemente durch die gegenseitige Verrastung sicher zusammengehalten werden. Beispielsweise kann ein Werk- stückträger zwei als Längsträger ausgestaltete CFC-Bauteilelemente umfassen, die parallel zueinander angeordnet sind und durch wenigstens ein als Querträger ausgebildetes CFC-Bauteilelement übergriffen werden, wobei der Querträger an beiden Enden jeweils mit einem der Längsträger verrastet ist. Auf diese Weise ist insbesondere der Aufbau eines rost- oder gitterartigen Werkstückträgers möglich, welcher zum Stützen einer Vielzahl von unterschiedlichen Werkstücken geeignet ist.
Um ein einfaches und zuverlässiges Halten von Werkstücken zu ermöglichen, kann an wenigstens einem der wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente und bevor- zugt an jedem der wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente eine Auflagefläche für ein Werkstück ausgebildet sein. Sofern es die Anwendung erfordert, können jedoch auch spezielle, das zu haltende Werkstück übergreifende Fixierelemente wie Aussparungen oder Bügel an den CFC-Bauteilelementen vorgesehen sein. Ebenso kann es bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein, separate Auflage- oder Halteelemente - beispielsweise aus Keramik - vorzusehen, die mit den CFC-Bauteilelementen verbunden sind.
An wenigstens einem der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente kann ein Rastvorsprung vorgesehen sein, welcher in eine an einem anderen der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente vor- gesehene Rastaufnahme eingreift. Bei dem Rastvorsprung kann es sich um einen beliebigen Materialbereich handeln, der gegenüber einer Basisfläche des CFC- Bauteilelements, wie z.B. einer ebenen Wand, vorsteht. Je nach Anwendungsvorgabe kann ein solcher Rastvorsprung zahnartig, buckelartig oder nasenartig ge- formt sein. Bevorzugt ist der Rastvorsprung rampenartig ausgestaltet, um eine Auflauf schräge zum leichteren Herbeiführen der Verrastung bereitzustellen.
Grundsätzlich könnte der Rastvorsprung als separates Bauteilelement ausgeführt sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Rastvorsprung direkt an das zugehörige CFC-Bauteilelement angeformt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Rastvorsprung um einen Abstand zwischen 0,05 mm und 1 ,5 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,7 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,4 mm gegenüber der Basisfläche des zugehörigen CFC-Bauteilelements vorsteht. Derartige Abstände haben sich dahingehend als besonders günstig erwiesen, dass einerseits eine sichere Rastverbindung gewährleistet ist und andererseits ein leichtes Einrasten oder Einklicken des einen CFC-Bauteilelements in das andere CFC-Bauteilelement möglich ist.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist an jedem der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente sowohl ein Rastvorsprung als auch eine Rastaufnahme vorgesehen, wobei die Rastvorsprünge und die Rastaufnahmen jeweils zweier miteinander verrasteter CFC-Bauteilelemente wechselseitig in Eingriff stehen. Hierdurch wird die Konstruktion des Werkstückträgers vereinfacht. Insbesondere muss beim Zusammenbau nicht darauf geachtet werden, dass eine ausreichende Anzahl an CFC-Bauteilelementen mit Rastvorsprung sowie an CFC-Bauteilelementen mit Rastaufnahme zur Verfügung steht, da stets für jeden Rastvorsprung eine Rastaufnahme bereitsteht. Auf diese Weise ist der Aufbau unterschiedlicher Werkstückträger aus einem beschränkten Satz von Grundelementen im Sinne eines Baukastensystems möglich. Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens zwei CFC-Bau- teilelemente zum Verrasten entlang einer Einsteckrichtung zusammensteckbar sind, wobei der Rastvorsprung und die Rastaufnahme jedes der wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente bezüglich der Einsteckrichtung hintereinander angeordnet sind. Beim Zusammenführen der CFC-Bauteilelemente entlang der Einsteckrichtung gelangt somit der Rastvorsprung des einen CFC-Bauteilelements automatisch in die Rastaufnahme des anderen CFC-Bauteilelements und umgekehrt, sodass ein besonders einfaches Einrasten möglich ist. Wenigstens eines der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente kann eine Nut zum Aufnehmen eines Einsteckabschnitts des jeweils anderen CFC-Bauteilelements aufweisen, wobei der Rastvorsprung von einer Seitenwand der Nut absteht. Der Einsteckabschnitt kann ein beliebiger Bereich des betreffenden CFC-Bauteilelements sein, dessen Breite an die Breite der Nut an- gepasst ist. Die Nut dient dann einerseits als Führung für das einzusteckende CFC-Bauteilelement und stellt andererseits den zum Verrasten dienenden Rastvorsprung bereit.
Es können auch von zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden der Nut jeweilige Rastvorsprünge abstehen. Dadurch kann die Stabilität der Rastverbindung erhöht werden.
Gemäß einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente plattenartig ausgebildet und weisen jeweils wenigstens eine Nut auf, wobei die Nuten wechselseitig ineinandergreifen. Solche CFC-Bauteilelemente sind relativ leicht herstellbar und eignen sich insbesondere zum Aufbau gitterartiger Chargiergestelle.
Die Nut kann insbesondere einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Dies er- möglicht eine besonders einfache Herstellung. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eines der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente und vorzugsweise jedes der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente we- nigstens drei voneinander beabstandete Nuten zum Aufnehmen eines Einsteckabschnitts eines anderen CFC-Bauteilelements aufweist. Hierdurch kann die Flexibilität beim Aufbau eines anwendungsbezogenen Werkstückträgers weiter gesteigert werden. Es kann vorgesehen sein, dass in wenigstens einer Seitenwand der Nut zwei parallele und zueinander beabstandete Rillen ausgebildet sind, zwischen denen sich der, insbesondere plateau- oder buckelartige, Rastvorsprung erstreckt. Eine derartige Ausgestaltung des Rastvorsprungs hat sich hinsichtlich einer leichten Verrastbarkeit als vorteilhaft herausgestellt.
Die Rillen können einen abgerundeten Querschnitt aufweisen, wobei der Krümmungsradius der Rundung wenigstens 0,1 mm und bevorzugt wenigstens 0,3 mm beträgt. Weiterhin kann in wenigstens einer Seitenwand der Nut ein rampenartiger Rastvorsprung und eine zu diesem benachbarte Rille ausgebildet sein. Die Rille erleichtert das Einrasten oder Einklicken des Rastvorsprungs in die zugehörige Rastaufnahme. Vorzugsweise sind die wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente jeweils aus einem carbonfaserverstärkten Kohlenstoff zusammengesetzt, welcher carbonisierte und/oder graphitierte Poylacrylnitrilfasern umfasst. Mit derartigen Fasern wurden besonders gute Ergebnisse erzielt. Ferner ist es bevorzugt, dass die wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente jeweils aus einem mit Carbonendlosfasern, Carbonschnittfasern und/oder streckgerissenen Fasern verstärkten Kohlenstoff zusammengesetzt sind. Hinsichtlich der Faserdicke ist es bevorzugt, dass die wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente jeweils aus einem carbonfaserverstärkten Kohlenstoff zusammengesetzt sind, welcher Carbonfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 5 μιτι und 10 μιτι umfasst. Als besonders günstiger Wert hat sich ein durchschnittlicher Durchmesser der Carbonfasern von etwa 7 μιτι erwiesen.
In Bezug auf den Faseranteil der CFC-Bauteilelemente hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente jeweils aus einem carbonfaserverstärkten Kohlenstoff zusammengesetzt sind, der wenigstens
30 Vol.-%, bevorzugt wenigstens 50 Vol.-% und besonders bevorzugt wenigstens 70 Vol.-% an Carbonfasern umfasst.
Um einen sicheren Einsatz des Werkstückträgers beim Härten oder Sintern zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass die wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente eine Temperaturbeständigkeit von wenigstens 1 .500°C und bevorzugt von we- nigstens 2.500°C aufweisen.
Der Werkstückträger kann ausschließlich aus, vorzugsweise gleichartigen, CFC- Bauteilelementen zusammengesetzt sein. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung.
Vorzugsweise weist der Werkstückträger eine Größe (BxLxH) von wenigstens 50 mm x 50 mm χ 10 mm, bevorzugt von wenigstens 100 mm χ 100 mm χ 10 mm und besonders bevorzugt von wenigstens 300 mm χ 300 mm χ 20 mm, wie beispielsweise von 1 .200 mm x 1 .200 mm x 50 mm, auf. Werkstückträger von dieser Größe werden üblicherweise als Chargiergestelle beim Härten oder Sintern von Bauteilen verwendet.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines zuvor beschriebenen Werkstückträgers als Chargiergestell in einer Hochtempera- turumgebung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von diese erläuternden, diese aber nicht einschränkenden Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter be- schrieben.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein CFC-Bauteilelement für einen Werkstückträger gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht des Werkstückträgers gemäß Fig. 1 .
Fig. 3 ist eine Teilansicht eines CFC-Bauteilelements für einen Werkstückträger gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 ist eine Teilansicht eines CFC-Bauteilelements für einen Werkstückträger gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Das in der Fig. 1 gezeigte plattenförmige Bauteilelement 1 1 ist vollständig aus einem carbonfaserverstärkten Kohlenstoff (CFC) gefertigt und dient zum Aufbau eines Werkstückträgers wie z.B. eines Chargiergestells. Der carbonfaserverstärkte Kohlenstoff umfasst Endlosfasern aus carbonisiertem und/oder graphitiertem Poly- acrylnitril, welche in einem Anteil von wenigstens 80 Vol.-% in eine Matrix aus Kohlenstoff eingebettet sind. Vorzugsweise weisen die Fasern einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 7 μιτι auf. Wie dargestellt ist das CFC-Bauteilelement 1 1 in Form einer länglichen Leiste ausgestaltet und weist eine Längsachse L auf. Vier Nuten 13 mit rechteckigem Querschnitt sind entlang der Längsachse L zueinander beabstandet in dem CFC- Bauteilelement 1 1 ausgebildet. Die Breite B jeder Nut entspricht der in der Fig. 1 nicht ersichtlichen Dicke des plattenförmigen CFC-Bauteilelements 1 1 . Weiterhin weist das CFC-Bauteilelement 1 1 vier rechteckige Aussparungen 15 auf, welche jeweils benachbart zu einer Nut 13 angeordnet sind und deren Breite der Breite B der Nuten 13 entspricht. Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung gemäß der Fig. 2 hervorgeht, weist jede Nut 13 zwei einander gegenüberliegende Seitenwände 17 auf, wobei in jeder der Seitenwände 17 zwei zueinander parallele und quer zu der Längsachse L zueinander beabstandete Rillen 19 ausgebildet sind. Zwischen den beiden Rillen 19 einer Seitenwand 17 befindet sich jeweils ein leicht abgerundeter Rastbuckel 20, welcher gegenüber der Oberfläche der Seitenwand 17 um etwa 0,35 mm vorsteht.
Unter Verwendung der Nuten 13, der Aussparungen 15 und der Rastbuckel 20 können jeweils zwei gemäß der Fig. 1 gestaltete CFC-Bauteilelemente 1 1 mitein- ander verrastet werden, wie nachfolgend näher ausgeführt wird. Hierbei werden die beiden zu verbindenden CFC-Bauteilelemente 1 1 zunächst in grundsätzlich bekannter Weise derart angeordnet, dass ihre Längsachsen L rechtwinklig zueinander verlaufen und eine oberseitige Nut 13 des einen CFC-Bauteilelements 1 1 einer unterseitigen Nut 13 des anderen CFC-Bauteilelements 1 1 gegenüberliegt. Die beiden CFC-Bauteilelemente 1 1 werden dann entlang einer quer zu den beiden Längsachsen L weisenden Einsteckrichtung E zusammengeführt, wobei die Nuten 13 wechselseitig ineinandergreifen. Der in Richtung der Längsachse L gesehen seitlich neben der Nut 13 befindliche Bereich eines CFC-Bauteilelements 1 1 bildet dabei einen Einsteckabschnitt 21 , welcher durch die Nut 13 des anderen CFC-Bauteilelements 1 1 geführt ist und beim Zusammenstecken unter elastischer Deformation des Rastbuckels 20 an diesem vorbeigleitet. Sobald die Aussparungen 15 bei den Rastbuckeln 20 angelangt sind, rasten die unter Vorspannung stehenden Rastbuckel 20 in die Aussparungen 15 ein, wodurch die beiden CFC- Bauteilelemente 1 1 miteinander verrastet sind. Ein Lösen der CFC-Bauteilelemen- te 1 1 voneinander entgegen der Einsteckrichtung E ist nur mit einem erhöhten Kraftaufwand unter Überwindung eines Rastwiderstandes möglich. Durch die Formgebung und die Größe des Rastbuckels 20 sowie durch die Materialauswahl lässt sich der Rastwiderstand relativ exakt an einen anwendungsbedingten Vorgabewert anpassen. Unter Verwendung von drei oder mehr CFC-Bauteilelemen- ten 1 1 lassen sich auf die beschriebene Art und Weise leicht rahmen- oder gitterartige Werkstückträger aufbauen, bei welchen die Schmalseiten 23 der CFC- Bauteilelemente 1 1 jeweilige Auflageflächen 25 für Werkstücke bilden. Derartige Werkstückträger sind insbesondere als Chargiergestelle in Härte- oder Sinteröfen geeignet. Dadurch dass die zugehörigen Bauteilelemente 1 1 ausschließlich aus CFC gefertigt sind, ist eine ausreichende Temperaturbeständigkeit und Formstabilität gewährleistet.
Das Zusammenbauen eines Werkstückträgers durch Verrasten der CFC-Bauteil- elemente 1 1 ist einfach und erfordert keine besonderen Kenntnisse. Es kann da- her auch von einem jeweiligen Endkunden durchgeführt werden, während der Hersteller der Werkstückträger lediglich einen Satz von CFC-Bauteilelementen 1 1 zum individuellen Zusammenstecken als Bausatz bereitstellt. Ein besonderer Vorteil des dargestellten Systems besteht darin, dass keine Hinterschneidungen vorliegen, welche bei der Montage das Berücksichtigen unterschiedlicher Ein- Steckrichtungen und das Einhalten einer bestimmten Reihenfolge beim Zusammensetzen erfordern. Es sind auch weder Verklebungen noch separate Befestigungselemente wie Zapfen oder Stifte notwendig, da die Stabilität des CFC-Bau- teilelement-Verbunds durch die Verrastungen gewährleistet ist. Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen CFC-Bau- teilelements 1 1 , wobei anstelle eines Rastbuckels hier eine Rastnase 27 mit einem Rampenabschnitt 29 und einer Ansatzschulter 31 vorgesehen ist. An die Ansatzschulter 31 schließt sich eine einzelne Rille 19 an. Der Rampenabschnitt 29 der Rastnase 27 bildet eine Auflauf schräge für den Einsteckabschnitt 21 des anderen CFC-Bauteilelements 1 1 und erleichtert so das Zusammenstecken der beiden CFC-Bauteilelemente 1 1 . Die Ansatzschulter 31 sorgt hierbei für einen im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 und 2 erhöhten Rastwiderstand.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 4 dargestellt. Zum Einrasten in die Aussparung 15 ist hier ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 3 eine Rastnase 27 vorgesehen, wobei jedoch keine Rille in der Seitenwand 17 der Nut 13 ausgebildet ist. Die Ansatzschulter 31 läuft hier vielmehr in einer Rundung 33 aus. In der Fig. 4 ist der Abstand A, um welchen die Rastnase 27 gegenüber der Seitenwand 17 vorsteht, durch gestrichelte Linien hervorgehoben.
Im Vergleich zu einem rein reibschlüssigen Ineinanderstecken der CFC-Bauteil- elemente 1 1 ermöglicht die Verrastung nicht nur eine höhere Stabilität, sondern auch einen vereinfachten Zusammenbau.
Bezugszeichenliste: 1 1 Bauteilelement
13 Nut
15 Aussparung/Rastaufnahme
17 Seitenwand/Basisfläche
19 Rille
20 Rastbuckel/Rastvorsprung 21 Einsteckabschnitt 23 Schmalseite
25 Auflagefläche
27 Rastnase/Rastvorsprung 29 Rampenabschnitt 31 Ansatzschulter
33 Rundung
L Längsachse
B Breite
E Einsteckrichtung
A Abstand

Claims

Patentansprüche
1. Werkstückträger umfassend wenigstens zwei Bauteilelemente (11 ), welche jeweils aus einem carbonfaserverstärkten Kohlenstoff (CFC) zusammengesetzt sind, wobei wenigstens zwei der wenigstens zwei CFC-Bauteilele- mente (11 ) miteinander verrastet sind.
2. Werkstückträger nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Verrastung der wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente (11 ) unter Überwindung eines Rastwiderstands lösbar ist.
3. Werkstückträger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Werkstückträger wenigstens drei CFC-Bauteilelemente (11) umfasst, wobei jedes der wenigstens drei CFC-Bauteilelemente (11 ) mit wenigstens einem weiteren der wenigstens drei CFC-Bauteilelemente (11 ) verrastet ist.
4. Werkstückträger nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
an wenigstens einem der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC- Bauteilelemente (11) ein Rastvorsprung (20, 27) vorgesehen ist, welcher in eine an einem anderen der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC- Bauteilelemente (11) vorgesehene Rastaufnahme (15) eingreift.
5. Werkstückträger nach Anspruch 4,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rastvorsprung (27) rampenartig ausgestaltet ist.
6. Werkstückträger nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Rastvorsprung (20, 27) um einen Abstand (A) zwischen 0,05 mm und 1,5 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,7 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,4 mm gegenüber der Basisfläche (17) des zugehörigen CFC-Bauteilelements (11) vorsteht.
7. Werkstückträger nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
an jedem der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilele- mente (11) sowohl ein Rastvorsprung (20, 27) als auch eine Rastaufnahme (15) vorgesehen ist, wobei die Rastvorsprünge (20, 27) und die Rastaufnahmen (15) jeweils zweier miteinander verrasteter CFC-Bauteilelemente (11) wechselseitig in Eingriff stehen.
8. Werkstückträger nach Anspruch 7,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente (11) zum Verrasten entlang einer Einsteckrichtung (E) zusammensteckbar sind, wobei der Rastvorsprung (20, 27) und die Rastaufnahme (15) jedes der wenigstens zwei CFC-Bauteilelemente (11) bezüglich der Einsteckrichtung (E) hintereinander angeordnet sind.
9. Werkstückträger nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens eines der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente (11) eine Nut (13) zum Aufnehmen eines Einsteckabschnitts (21 ) des jeweils anderen CFC-Bauteilelements (11 ) aufweist, wobei der Rastvorsprung (20, 27) von der Seitenwand (17) der Nut (13) absteht.
10. Werkstückträger nach Anspruch 9,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
von zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden (17) der Nut (13) jeweilige Rastvorsprünge (20, 27) abstehen.
11. Werkstückträger nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente (11) plattenartig ausgebildet sind und jeweils wenigstens eine Nut (13) aufweisen, wobei die Nuten (13) wechselseitig ineinandergreifen.
12. Werkstückträger nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens eines der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente (11 ) und vorzugsweise jedes der wenigstens zwei miteinander verrasteten CFC-Bauteilelemente (11) wenigstens drei voneinander beabstandete Nuten (13) zum Aufnehmen eines Einsteckabschnitts (21) eines anderen CFC-Bauteilelements (11) aufweist.
13. Werkstückträger nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
in wenigstens einer Seitenwand (17) der Nut (13) zwei parallele und zueinander beabstandete Rillen (19) ausgebildet sind, zwischen denen sich der, insbesondere plateau- oder buckelartige, Rastvorsprung (20) erstreckt.
14. Werkstückträger nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in wenigstens einer Seitenwand (17) der Nut (13) ein rampenartiger Rastvorsprung (27) und eine zu diesem benachbarte Rille (19) ausgebildet ist.
15. Verwendung eines Werkstückträgers gemäß einem der vorstehenden Ansprüche als Chargiergestell in einer Hochtemperaturumgebung.
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