Die Erfindung betrifft einen Glockenteller für einen Rotationszerstäuber, und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
In modernen Lackieranlagen zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden als Applikationsgeräte meist Rotationszerstäuber eingesetzt, die einen schnell rotierenden Glockenteller aufweisen, der den zu applizierenden Lack aufgrund der auf den Lack wirkenden Zentrifugalkräfte absprüht und zerstäubt.
Zum einen wird bei der Konstruktion derartiger Glockenteller ein möglichst geringes Gewicht angestrebt, um die mechanischen Belastungen zu reduzieren, die der Glockenteller aufgrund der hohen Drehzahl auf die Lagereinheit bzw. die zum Antrieb dienende Druckluftturbine ausübt. Darüber hinaus ist ein möglichst geringes Gewicht des Glockentellers auch vorteilhaft, um die beim Abbremsen und Beschleunigen des Glockentellers auftretenden Kräfte zu minimieren und dadurch die Gefahr eines unfallträchtigen Glockentellerabwurfes zu reduzieren.
Zum anderen muss bei der Konstruktion des Glockentellers eine ausreichende Drehzahlfestigkeit erreicht werden, so dass die verwendeten Materialien eine ausreichende Festigkeit aufweisen müssen. Die herkömmlichen Glockenteller bestehen deshalb meist aus Titan oder Aluminium, um eine ausreichende Festigkeit bei möglichst geringem Gewicht zu erreichen.
Weiterhin sind sogenannte Verbundglockenteller aus
Aus
Der Vollständigkeit halber ist noch hinzuweisen auf herkömmliche Glockenteller, die eine reibungsmindernde Beschichtung oder eine verschleißmindernde Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung jedoch keinen Einfluss auf das Gewicht und die mechanische Festigkeit des Glockentellers hat. Derartige Glockenteller mit einer verschleißmindernden bzw. reibungsmindernden Beschichtung sind beispielsweise bekannt aus
Weiterhin ist zum Stand der Technik hinzuweisen auf
Schließlich ist aus
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Glockenteller zu schaffen, der bei möglichst geringem Gewicht eine möglichst große mechanische Festigkeit aufweist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Herstellungsverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Glockenteller und durch ein entsprechendes Herstellungsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, dass der Glockenteller einen formgebenden Grundkörper und ein Funktionselement aufweist, wobei das Funktionselement zur mechanischen Versteifung des Beschichtungsanlagenbauteils dient und aus einem Material mit einer größeren Massendichte besteht als der formgebende Grundkörper. Erfindungsgemäß ist nun als Besonderheit vorgesehen, dass das Funktionselement nicht als separates eigenständiges Bauteil des Glockentellers ausgebildet ist, sondern aus einer Beschichtung besteht, die mindestens teilweise auf den Grundkörper aufgebracht und mit dem Grundkörper verbunden ist.
Gemäß der Erfindung ist das schichtförmige Funktionselement auf dem Grundkörper ein Versteifungselement, das aus einem Material besteht, das gegenüber dem Material des Grundkörpers eine größere Massendichte und eine größere Festigkeit aufweist. Die Beschichtung auf dem Grundkörper hat hierbei also die Funktion, den Grundkörper und damit auch das fertige Beschichtungsanlagenbauteil mechanisch zu versteifen, was bei einem Glockenteller vorteilhaft ist, um die Drehzahlfestigkeit des Glockentellers zu erhöhen. Hierbei besteht ein grundsätzlicher Unterschied gegenüber den eingangs erwähnten herkömmlichen Glockentellern mit einer reibungsmindernden bzw. verschleißmindernden Beschichtung, da diese herkömmlichen Beschichtungen die Steifigkeit des Glockentellers und damit die Drehzahlfestigkeit des Glockentellers nicht verbessern, sondern lediglich die Standzeit gegenüber abrasiven mechanischen Belastungen erhöhen. Bei dem erfindungsgemäßen Glockenteller erhöht die mechanisch versteifende Beschichtung also die Steifigkeit des Glockentellers wesentlich, so dass die Steifigkeit des Beschichtungsanlagenbauteils mit der mechanisch versteifenden Beschichtung den vorgegebenen Anforderungen genügt, wohingegen der Grundkörper allein ohne die versteifende Beschichtung den vorgegebenen Anforderungen nicht genügt.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Funktionselement nicht nur zur mechanischen Versteifung des Beschichtungsanlagenbauteils dient, sondern auch zur elektrischen Funktionalisierung des Beschichtungsanlagenbauteils. Beispielsweise kann die Beschichtung aus einem Material bestehen, das eine andere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das Material des Grundkörpers.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass das schichtförmige Funktionselement das Beschichtungsanlagenbauteil auch chemisch funktionalisiert. Hierzu kann die Beschichtung aus einem Material bestehen, das andere chemische Eigenschaften aufweist als das Material des formgebenden Grundkörpers.
Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, die vorstehend erwähnten erfindungsgemäßen Varianten der mechanischen Versteifung, der elektrischen Funktionalisierung, der tribologischen und der chemischen Funktionalisierung miteinander zu kombinieren.
Bei der Beschichtung des Grundkörpers handelt es sich um eine Metallbeschichtung.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Beschichtung eine Schichtdicke auf, die im Bereich bis zu mehreren Millimetern liegen kann. Die Schichtdicke ist also vorzugsweise größer als 1mm. Weiterhin ist die Schichtdicke vorzugsweise kleiner als 5mm. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Schichtdicke der funktionalisierenden Beschichtung nicht auf die vorstehend genannten Wertebereiche beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Schichtdicken realisierbar.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die funktionalisierende Beschichtung mehrere übereinanderliegende Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften enthält. Beispielsweise kann die funktionalisierende Beschichtung eine verschleißmindernde Schicht, eine steifigkeitserhöhende Schicht, eine Antihaftschicht und/oder eine chemisch widerstandsfähige Schicht enthalten.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Beschichtung einen Materialgradienten quer zum Schichtverlauf aufweist, so dass sich eine Materialeigenschaft in der Beschichtung entlang dem Materialgradienten verändert, d.h. quer zum Schichtverlauf. In einer Variante der Erfindung tritt der Materialgradient hierbei innerhalb mindestens einer der Schichten auf, so dass sich die Materialeigenschaften innerhalb der betreffenden Schicht ändern. In einer anderen Variante der Erfindung tritt der Materialgradient dagegen innerhalb der Beschichtung über mehrere Schichten hinweg auf, so dass sich die Materialeigenschaften in der Beschichtung über mehrere Schichten hinweg ändern. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass die Beschichtung und/oder die einzelnen Schichten der Beschichtung von innen nach außen zunehmend härter werden.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die funktionalisierende Beschichtung mindestens teilweise auf den Grundkörper aufgebracht ist. Zum einen besteht also im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die gesamte Oberfläche des Grundkörpers mit der funktionalisierenden Beschichtung versehen ist. Zum anderen besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die funktionalisierende Beschichtung nur auf einen Teil der Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht ist.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass der Grundkörper einen Hohlraum aufweist, um beispielsweise das Gewicht des Grundkörpers zu reduzieren, wobei die funktionalisierende Beschichtung auf die Innenwand des Hohlraums des Grundkörpers aufgebracht sein kann.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Beschichtung mit einem Dotierungsmittel dotiert ist, um ein Originalteil von einem Plagiat unterscheiden zu können. Dies ist u.a. sinnvoll, da ein Glockenteller sicherheitstechnische Anforderungen erfüllen muss. Die Dotierung von Schichten mit einem Dotierungsmittel ist aus der Halbleitertechnik bekannt und muss deshalb nicht näher beschrieben werden. Bei der Dotierung der Beschichtung besteht die Möglichkeit, dass alle Originalteile in gleicher Weise dotiert sind, so dass anhand der Dotierung eine Erkennung von Plagiaten möglich ist, ohne die einzelnen Originalteile voneinander unterscheiden zu können. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass im Rahmen der Dotierung eine individuelle Codierung der einzelnen Originalteile erfolgt, um später anhand der Codierung die einzelnen Originalteile individuell identifizieren zu können. Die Codierung der einzelnen Beschichtungsanlagenbauteile kann beispielsweise erfolgen, indem die Dotierungsstärke, der Dotierungsort und/oder das Dotierungsmittel variiert werden.
Der Grundkörper und die zur Versteifung vorgesehene Beschichtung sind hierbei vorzugsweise so konzipiert, dass der Grundkörper ohne die Beschichtung keine ausreichende Drehzahlfestigkeit aufweist, sondern nur im fertigen Zustand mit der Beschichtung.
Ferner ist zu erwähnen, dass der Grundkörper vorzugsweise aus Kunststoff oder einem Kunststoffverbundwerkstoff besteht, um ein möglichst geringes Gewicht des Grundkörpers zu erreichen. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Materials für den Grundkörper nicht auf Kunststoffe beschränkt, sondern auch mit anderen möglichst leichten Materialien realisierbar.
Die Erfindung ermöglicht die Realisierung eines relativ leichten Beschichtungsanlagenbauteils, das zusammen mit dem Grundkörper und dem Funktionselement eine durchschnittliche Massendichte aufweist, die im Bereich zwischen 1g/cm3 und 5g/cm3 liegen kann.
Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Beschichtungsanlagenbauteil ein bestimmtes Festigkeitsverhältnis zwischen der mechanischen Festigkeit des Materials des Funktionselements einerseits und der Festigkeit des Materials des Grundkörpers andererseits auf, wobei das Material des Funktionselements in der Regel eine wesentliche größere Festigkeit aufweist als das Material des Grundkörpers. Vorzugsweise beträgt das Festigkeitsverhältnis betreffend die Zugfestigkeit mindestens 1:4.
Weiterhin weist der erfindungsgemäße Glockenteller ein bestimmtes Massendichteverhältnis zwischen der Massendichte des Materials des Funktionselements und der Massendichte des Materials des Grundkörpers auf, wobei das Material des Funktionselements in der Regel eine wesentlich größere Massendichte aufweist als das Material des Grundkörpers. Vorzugsweise liegt das Massendichteverhältnis im Bereich von 1:20-1:2.
Ferner weist der erfindungsgemäße Glockenteller ein bestimmtes Dickenverhältnis zwischen der Materialstärke des Grundkörpers und der Schichtdicke der Beschichtung auf. Beispielsweise kann das Dickenverhältnis im Bereich 1:20 bis 1:2 liegen.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf einen einzelnen Glockenteller beschränkt ist, sondern auch einen Rotationszerstäuber mit einem erfindungsgemäßen Glockenteller umfasst.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch eine Lackiervorrichtung, wie beispielsweise einen mehrachsigen Lackierroboter, der als Applikationsgerät einen Rotationszerstäuber mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Glockenteller aufweist.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Glockentellers, wobei im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens die versteifende Beschichtung auf den Grundkörper aufgebracht wird.
Hierzu können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, wie beispielsweise Lackieren, Tauchen, Plasma-Beschichten, stromlose Metallabscheidung oder Galvanisieren, wobei auch beliebige Kombinationen der vorstehend erwähnten Beschichtungsverfahren möglich sind.
Darüber hinaus ist noch zu erwähnen, dass der Grundkörper beispielsweise durch ein Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt werden kann, wie es beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Grundkörper durch ein Spritzgussverfahren oder durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren hergestellt wird.
Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung auch den Einsatz nicht-lichtbeständiger Polymere (z.B. UV-vernetzender Polymere), wie sie z.B. bei stereolithografischen Verfahren eingesetzt werden, da diese durch die Beschichtung komplett vor UV-Licht geschützt werden.
Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass der Grundkörper aus einem Werkstoffmix besteht. Beispielsweise können Metallteile in dem Grundkörper enthalten sein, wobei die Metallteile beispielsweise eingeschraubt, eingegossen oder eingespritzt werden können. So kann es beispielsweise sinnvoll sein, dass die Verbindung zur Turbine aus einem metallischen Teil besteht. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Die Querschnittsansicht in
Eine Besonderheit dieses erfindungsgemäßen Glockentellers 1 besteht zunächst darin, dass der Glockenteller 1 einen formgebenden Grundkörper 4 aufweist der aus Kunststoff besteht und deshalb relativ leicht ist. Andererseits weist der Grundkörper 4 eine wesentlich geringere mechanische Festigkeit auf als der aus Aluminium oder Titan bestehende herkömmliche Glockenteller 1 gemäß
Zur Erreichung der erforderlichen mechanischen Festigkeit ist der Grundkörper 4 deshalb außen mit einer mechanisch versteifenden Beschichtung 5 versehen. Darüber hinaus ist zur mechanischen Versteifung des Glockentellers 1 auch die Innenwand des Hohlraums 3 mit einer mechanisch versteifenden Beschichtung 6 versehen.
Die Beschichtungen 5, 6 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus einer nanokristallinen Metallschicht mit einer Schichtdicke von 500µm.
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass der Glockenteller 1 keinen Hohlraum 3 aufweist, sondern nur an der Außenseite mit der Beschichtung 5 versehen ist.
Die Querschnittsansicht in
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Beschichtung 8 nicht einlagig ist, sondern vier übereinander liegende Schichten 8.1-8.4 aufweist. Die Schichten 8.1-8.4 weisen hierbei verschiedene Materialeigenschaften auf, so dass sich innerhalb der Beschichtung 8 ein Materialgradient von innen nach außen ausbildet. Beispielsweise kann die Festigkeit, die Härte und/oder die elektrische Leitfähigkeit in der Beschichtung 8 von innen nach außen zunehmen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Beschichtung 8 zweilagig ist und zwei Schichten 8.1, 8.2 aufweist, die übereinander liegen. Bei der außen liegenden Schicht 8.1 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Antihaftschicht, die wahlweise elektrisch leitfähig oder elektrisch nicht leitfähig ist. Die darunter liegende Schicht 8.2 ist dagegen eine nanokristalline Metallschicht oder eine andere elektrisch leitfähige Schicht.
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Innenwand des Hohlraums 3 nicht beschichtet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.
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