Die Erfindung betrifft einen Glockenteller für einen Rotationszerstäuber, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden üblicherweise Rotationszerstäuber eingesetzt, die als Applikationselement einen rotierenden Glockenteller aufweisen. Problematisch hierbei ist die Tatsache, dass der Glockenteller im Lackierbetrieb sowohl an Außenflächen (z.B. Mantelfläche) als auch an Innenflächen (z.B. Überströmfläche) stark mit dem applizierten Lack verunreinigt wird, wobei der Lack teilweise sehr stark an der Oberfläche des Glockentellers anhaftet. Bei einem Beschichtungsmittelwechsel muss deshalb eine relativ große Menge an Spülmittel verwendet werden, um den Glockenteller von den anhaftenden Resten des alten Beschichtungsmittels zu reinigen, wofür auch relativ viel Zeit erforderlich ist. Dies gilt auch für das sogenannte Kurzspülen, das zwischen der Beschichtung einzelner Beschichtungsobjekte (z.B. Kraftfahrzeugkarosserien) durchgeführt wird. Nachteilig an den herkömmlichen Glockentellern ist also die Verschmutzungsneigung und die unbefriedigende Reinigungsfähigkeit.
Darüber hinaus unterliegen die Oberflächen, insbesondere die Überströmflächen, der herkömmlichen Glockenteller einem Verschleiß durch Korrosion und/oder Abrasion, wodurch die Oberflächenrauhigkeit erhöht wird, was wiederum die Anforderungen an die Reinigung des Glockentellers erhöht.
Aus
Ferner ist zum Stand der Technik hinzuweisen auf
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Verschmutzungsneigung eines Glockentellers zu verringern und/oder die Reinigungsfähigkeit des Glockentellers zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Glockenteller gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Glockenteller eine Oberflächenschicht aufweist, welche die Verschmutzungsneigung verringert und/oder die Reinigungsfähigkeit verbessert.
Der Grundkörper selbst kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Titan, Stahl, Edelstahl, Buntmetall (Kupfer und dessen Legierungen), Keramik, Kunststoff oder einer Kombination dieser Materialien bestehen.
Die Oberflächenschicht kann im Rahmen der Erfindung Oxide, Nitride und/oder Karbide enthalten, wobei die Oberflächenschicht Tantal, Niob und/oder Vanadium enthält.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Oberflächenschicht aus einem Material auf Basis von Si-O, Si-OH oder silizium-organischer Verbindungen, insbesondere in Form einer Nanoschicht, wie sie noch detailliert beschrieben wird.
Darüber hinaus ist zu bemerken, dass die Oberflächenschicht vorzugsweise Metalloxide, Metallnitride oder metallorganische Verbindung enthält.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Oberflächenschicht wahlweise aus einem organischen, insbesondere metall-organischen Material oder aus einem anorganischen Material bestehen kann.
Je nach dem zu verwendenden Beschichtungsmittel kann die Oberflächenschicht entweder hydrophil oder hydrophob sein. Eine hydrophile Oberflächenschicht zeichnet sich durch einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser aus, der kleiner ist als 90°, 45°, 20°, 10°, 8° oder sogar kleiner als 6°. Darüber hinaus kann die Oberflächenschicht sogar superhydrophil sein, wobei sich die Oberflächenschicht dann durch einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser von weniger als 5°, 3°, 2° oder sogar weniger als 1° auszeichnet. Bei einer hydrophoben Oberflächenschicht ist der Kontaktwinkel gegenüber Wasser dagegen vorzugsweise größer als 90°, 110°, 130° oder 150°. Im Rahmen der Erfindung besteht sogar die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht superhydrophob ist, wobei der Kontaktwinkel gegenüber Wasser größer ist als 160°, 180°, 200° oder sogar 220°.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht eine sogenannte Nanoschicht ist. Derartige Nanoschichten sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden. An dieser Stelle ist lediglich zu erwähnen, dass Nanoschichten in der Regel aus Nanopartikeln mit einer Größe von weniger als 100 nm bestehen, welche sich in den Oberflächenrauhigkeiten absetzen und die Oberfläche dadurch versiegeln, was zu einer wesentlich verringerten Oberflächenrauhigkeit führt. Mit einer derartigen Nanoschicht lässt sich auch ein Lotuseffekt der Bauteiloberfläche realisieren, was zu einer selbstreinigenden Bauteiloberfläche führt. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Nanoschicht stellt also vorzugsweise auf eine Oberflächenschicht ab, die Partikel enthält, deren Partikelgröße im Nanometerbereich liegt. Es besteht jedoch auch oder alternativ die Möglichkeit, dass die Nanoschicht eine Schichtdicke aufweist, die im Nanometerbereich liegt.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht eine Mikrostrukturierung aufweist, um die Verschmutzungsneigung zu verringern. Beispielsweise offenbart
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Oberflächenschicht eine weitere technische Funktion erfüllen, indem die Oberflächenschicht beispielsweise verschleißmindernd ist, was an sich aus der bereits eingangs zitierten Patentanmeldung
In einer Variante der Erfindung bestehen der Grundkörper und die Oberflächenschicht aus demselben Ausgangsmaterial, wobei die Materialeigenschaften der Oberflächenschicht gezielt verändert sind, um die Verschmutzungsneigung des Glockentellers zu verringern und/oder die Reinigungsfähigkeit zu verbessern. Beispielsweise kann die Oberfläche des Grundkörpers hierzu mit Strahltechniken (z.B. Wasserstrahlen, Keramikperlenstrahlen, Glasperlen, etc.) bestrahlt werden, um die Oberflächeneigenschaften entsprechend zu verändern. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Oberfläche des Grundkörpers zur Herstellung der gewünschten Materialeigenschaften mit einem Laser bestrahlt oder geätzt wird. Ferner besteht im Rahmen dieser Variante der Erfindung die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht durch Plasmaverfahren erzeugt wird, beispielsweise durch plasma-elektrolytische Oxidation (PEO-Technologie).
In einer anderen Variante der Erfindung bestehen der Grundkörper und die Oberflächenschicht dagegen aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien, wobei die Oberflächenschicht als Oberflächenbeschichtung auf den Grundkörper aufgebracht wird. Beispielsweise kann diese Aufbringung der Oberflächenschicht durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD: Physical Vapor Deposition) erfolgen oder durch andere Verfahren.
Weitere mögliche Verfahren zum Aufbringen bzw. Erzeugen der Oberflächenschicht sind chemische Gasphasenabscheidung (CVD: Chemical Vapor Deposition), Ätzen, Laserbestrahlung, Ionenimplantation, Strahltechniken (z.B. Wasserstrahlen, Keramikperlenstrahlen, Glasperlenstrahlen) und klassische Beschichtungsmethoden, wie beispielsweise Spritzen, Tauchen, Zerstäuben, Streichen, die sich insbesondere zum Aufbringen von organischen Oberflächenschichten anbieten.
Zur Erzielung spezieller Oberflächenschichten kann es im Rahmen der Erfindung sinnvoll sein, mehrere übereinander liegende Teilschichten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften aufzubringen, wobei sich die übereinander liegenden Teilschichten beispielsweise hinsichtlich Duktilität, Reibung, Benetzbarkeit, Rautiefe, Korrosionsbeständigkeit oder Verschleißwiderstand unterscheiden können.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht mehrere Bereiche aufweist, die voneinander getrennt sind und unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. In einem mechanisch stark belasteten Bereich kann die Oberflächenschicht beispielsweise stärker auf eine möglichst große Abriebfestigkeit hin optimiert werden, wohingegen die gute Reinigungsfähigkeit an derartigen Stellen eine geringere Priorität genießt. In Oberflächenbereichen, die dem Lack stark ausgesetzt und darüber hinaus nur schlecht zugänglich sind, kann die Oberflächenschicht dagegen vorrangig auf eine möglichst geringe Verschmutzungsneigung hin optimiert werden, wohingegen die Abriebfestigkeit in diesen Bereichen nur eine geringere Priorität genießt.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer hohen, mittleren oder geringen Grenzflächenreibung bestehen kann.
Das Gleiche gilt sinngemäß auch für die Benetzbarkeit der Oberflächenschicht, die wahlweise aus einem Material mit einer sehr guten, guten oder geringen/schlechten Benetzbarkeit bestehen kann.
Auch hinsichtlich der Duktilität bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten, die je nach Anwendungszweck ausgewählt werden können. Beispielsweise kann die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer hohen Duktilität bestehen, insbesondere mit einer Bruchdehnung von mehr als 5% oder 10%. Alternativ besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer mittleren Duktilität besteht, insbesondere mit einer Bruchdehnung zwischen 0,5 und 5%. Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer geringen Duktilität besteht, insbesondere mit einer Bruchdehnung von weniger als 0,5%, 0,3% oder 0,1%.
Darüber besteht die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer geringen Rauheit (d.h. Rz<10µm) bestehen.
Auch hinsichtlich der Abriebfestigkeit bestehen verschiedene Möglichkeiten, so dass die Oberflächenschicht wahlweise aus einem Material mit einer hohen, mittleren oder geringen Abriebfestigkeit bestehen kann.
Ferner bestehen auch hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit der Oberflächenschicht je nach Anwendungszweck verschiedene Möglichkeiten, so dass die Oberflächenschicht wahlweise aus einem Material mit einer großen, mittleren oder kleinen Korrosionsbeständigkeit bestehen kann.
Die Korrosionsbeständigkeit ist insbesondere dann wichtig, wenn der Glockenteller aus Buntmetall (Kupfer und dessen Legierungen) besteht, da Buntmetalle auch in Verbindung mit vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) korrodieren. Dies ist wichtig, weil VE-Wasser in Wasserlacken und Wasserspülmittel enthalten ist, so dass Glockenteller aus Buntmetallen mit einer korrosionsbeständigen Oberflächenschicht überzogen werden müssen.
Die vorstehend genannten Möglichkeiten der Materialeigenschaften können auch gezielt miteinander kombiniert werden, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen.
Für eine möglichst feine Zerstäubung des Beschichtungsmittels ist es beispielsweise vorteilhaft, folgende Materialeigenschaften der Oberflächenschicht miteinander zu kombinieren: Geringe Grenzflächenreibung, geringe Benetzbarkeit, hohe Duktilität, geringe Rauhigkeit, große Abriebfestigkeit und geringe Korrosionsbeständigkeit.
Zur Erreichung einer möglichst guten Reinigungsfähigkeit ist es dagegen vorteilhaft, folgende Materialeigenschaften miteinander zu kombinieren: Mittlere Grenzflächenreibung, hohe Benetzbarkeit, mittlere Duktilität, geringe Rauhigkeit, geringe Abriebfestigkeit und sehr gute Korrosionsbeständigkeit.
Zur Erzielung eines Korrosionsschutzes von Aluminium ist es dagegen vorteilhaft, die folgenden Materialeigenschaften miteinander zu kombinieren: Mittlere Grenzflächenreibung, geringe Benetzbarkeit, hohe Duktilität, geringe Rauhigkeit, geringe Abriebfestigkeit und sehr gute Korrosionsbeständigkeit.
In einer Variante der Erfindung überzieht die reinigungsoptimierende Oberflächenschicht die gesamte Oberfläche des Grundkörpers.
In einer anderen Variante der Erfindung überzieht die reinigungsoptimierende Oberflächenschicht dagegen nur Außenflächen des Grundkörpers. Bei einem Glockenteller werden dann vorzugsweise die Mantelfläche und/oder die Rückseite des Grundkörpers mit der Oberflächenschicht überzogen.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird dagegen nur eine Innenfläche des Grundkörpers mit der Oberflächenschicht überzogen. Bei einem Glockenteller kann es sich dabei beispielsweise um eine Überströmfläche handeln.
In einer weiteren Variante der Erfindung überzieht die Oberflächenschicht die Oberfläche des Grundkörpers dagegen nur an Teilbereichen, die einer Optimierung der Reinigungseigenschaften bedürfen. Beispielsweise kann es sich hierbei um die Bereiche der Mantelfläche und der Überströmfläche handeln, die unmittelbar an die Absprühkante angrenzen.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf einen einzelnen Glockenteller beschränkt ist, der hinsichtlich seiner Verschmutzungsneigung bzw. Reinigungsfähigkeit optimiert ist. Vielmehr umfasst die Erfindung auch einen Rotationszerstäuber mit einem erfindungsgemäß optimierten Glockenteller sowie einen kompletten Lackierroboter mit einem derartigen Rotationszerstäuber.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäß optimierten Glockentellers, wie bereits aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht.
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:
Der zu applizierende Lack wird dem Glockenteller 1 hierbei durch ein Farbrohr zugeführt und trifft dann axial auf einen Prallteller 4, der den Lack in Radialrichtung ablenkt.
Der Lack strömt dann entlang einer Überströmfläche 5 zu einer ringförmig umlaufenden Absprühkante 6, an der der Lack abgesprüht wird.
Darüber hinaus weist der Glockenteller 1 an seiner Außenseite eine konische Mantelfläche 7 auf, was ebenfalls an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Erfindung sieht nun vor, dass der Glockenteller 1 an seiner Oberfläche mit einer Oberflächenschicht beschichtet ist, welche die Verschmutzungsneigung verringert und die Reinigungsfähigkeit verbessert. Diese Oberflächenschicht ist hierbei auf die Überströmfläche 5 und die lackführenden Innenflächen des Glockentellers 1 aufgebracht und erstreckt sich darüber hinaus auch über die gesamte Mantelfläche 7. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die gesamte Oberfläche des Glockentellers 1 mit der Oberflächenbeschichtung versiegelt ist.
Die erfindungsgemäße Oberflächenschicht enthält in diesem Ausführungsbeispiel eine Nanoschicht, die einen Lotuseffekt realisiert, so dass der Glockenteller 1 selbstreinigend ist und allenfalls eine kurze Reinigung benötigt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass der Glockenteller 1 lediglich im Bereich seiner Absprühkante 6 eine Oberflächenschicht 8 aufweist, wobei sich die Oberflächenschicht 8 sowohl an der Überströmfläche 5 als auch an der außen liegenden Mantelfläche 7 befindet.
Darüber hinaus befindet sich auch an der Innenfläche des Glockentellers 1 ein Bereich 9, der mit einer Oberflächenschicht versehen ist, welche die Verschmutzungsneigung verringert und die Reinigungsfähigkeit verbessert.
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberflächenschicht lediglich die äußere Mantelfläche 7 und die Rückseite des Glockentellers 1 abdeckt, wohingegen die Überströmfläche 5 und die Innenfläche des Glockentellers 1 unbeschichtet bleiben.
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Glockenteller 1 komplett mit der Oberflächenschicht 8 versiegelt ist. Dies bedeutet, dass die gesamte Oberfläche des Glockentellers 1 von der Oberflächenschicht 8 bedeckt ist.
Auch das Ausführungsbeispiel gemäß
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass nur die Überströmfläche 5 und die Innenfläche des Glockentellers 1 mit der Oberflächenschicht 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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