VERFAHREN ZUM ERZEUGEN EINES SCHALENFÖRMIGEN BAUTEILS SOWIE ZUR ANWENDUNG DIESES VERFAHRENS GEEIGNETE HERSTELLUNGSANLAGE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines schalenförmigen Bauteils mit einer Wandung und einer zur Öffnung dieses Bauteils hin offenen Vertiefung. Außerdem betrifft die Erfindung eine Herstellungsanlage für ein Bauteil, aufweisend eine Kaltspritzdüse und eine Haltevorrichtung für das Bauteil, wobei die Kaltspritzeinrichtung und die Aufnahme relativ zueinander beweglich sind.

[0002] Ein Verfahren der eingangs angegebenen Art ist allgemein bekannt. Schalenförmige Bauteile werden bevorzugt durch Tiefziehen hergestellt. Hierbei wird ein Blech über einen Formkörper (Matrize) umformtechnisch bearbeitet. Allerdings können Bauteile auf diese Weise nur bei größeren Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden, da die Formwerkzeuge vergleichsweise teuer in der Herstellung sind und bei kleineren Stückzahlen die Stückkosten daher negativ beeinflussen. Dies gilt auch für eine Herstellung durch Gießen, da in diesem Fall Gussformen hergestellt werden müssen. Grundsätzlich technisch möglich ist auch eine spanende Bearbeitung, beispielsweise durch Fräsen. Allerdings ist bei schalenförmigen Bauteilen ein großes Volumen spanend abzuheben, weswegen dieses Verfahren wegen des anfallenden Fertigungsaufwandes wirtschaftlich nicht vertretbar ist.

[0003] Als schalenförmige Bauteile im Sinne der Erfindung sollen Bauteile verstanden werden, deren Schalendicke, d. h. Wandstärke der Wandung, klein gegenüber den Gesamtabmessungen des Bauteils ist. Unter klein ist beispielsweise ein Verhältnis zu verstehen, bei dem die mittlere Schalendicke des Bauteils im Vergleich zu seiner längsten Gesamtabmessung unter 5 %, bevorzugt sogar unter 2 % und noch bevorzugter sogar unter 0,5 %, beträgt. Derartige Schalenbauteile finden in der Technik mannigfache Verwendung. Gemäß der DE 10 2010 040 855 A1 ist beispielsweise eine Verwendung solcher schalenförmiger Bauteile in Gleichspannungs-Teilchenbeschleunigern beschrieben. Diese Teilchenbeschleuniger weisen Elektroden auf, welche ineinander verschachtelt werden und daher aus schalenförmigen Bauteilen unterschiedlicher Abmessungen bestehen. Diese Elektroden werden daher nur in geringer Stückzahl hergestellt, wobei ein Interesse daran besteht, dass diese wirtschaftlich hergestellt werden können. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher einerseits darin, ein Verfahren zum Erzeugen eines schalenförmigen Bauteils anzugeben, mit dem sich schalenförmige Bauteile auch in kleinen Stückzahlen wirtschaftlich herstellen lassen.

[0004] Die eingangs angegebene Herstellungsanlage ist aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt. Das Kaltgasspritzen sowie eine zur Anwendung dieses Verfahrens geeignete Anlage ist beispielsweise in der DE 690 164 33 T2 beschrieben. Dabei wird ein Partikelstrahl durch ein unter Druck stehendes Gas durch eine konvergent-divergent ausgeführte Düse stark beschleunigt, wodurch es zu einer Abscheidung der Partikel auf einem geeigneten Substrat kommt.

[0005] Idealerweise wird der Partikelstrahl mit einem Spritzwinkel α = 0° eingestellt (d. h., dass die Strahlachse des Kaltgasstrahls senkrecht auf der zu beschichtenden Oberfläche steht). Jede davon abweichende Orientierung der Strahlachse führt zu einem positiven Wert des Spritzwinkels a. Abhängig von den Randbedingungen wie verarbeitete Partikel, Oberflächenmaterial und Spritzparameter gibt es ein zulässiges Intervall für den Spritzwinkel, innerhalb dessen die Haftfestigkeit der abgeschiedenen Partikel maximale Werte erreichen. Der Nullwinkel kann in diesem Intervall enthalten sein oder nicht. Die Schar aller zulässigen Spritzwinkel ergibt damit einen Raum zwischen zwei Kegelflächen, deren Spitzen im Auftreffpunkt des Partikelstrahls zusammenfallen. Wenn in dem Intervall der Nullwinkel enthalten ist (was normalerweise der Fall ist), benötigt man zur Beschreibung des Spritzwinkelintervalls nur einen Kegel, den sogenannten Kaltspritzkegel, der in der beschriebenen Weise ausgerichtet ist.

[0006] Das Kaltgasspritzen ist ein an sich bekanntes Verfahren, bei dem für die Beschichtung vorgesehene Partikel mittels einer konvergent-divergenten Düse vorzugsweise auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden, damit diese aufgrund ihrer eingeprägten kinetischen Energie auf der zu beschichtenden Oberfläche haften bleiben. Hierbei wird die kinetische Energie der Teilchen genutzt, welche zu einer plastischen Verformung derselben führt, wobei die Beschichtungspartikel beim Auftreffen lediglich an ihrer Oberfläche aufgeschmolzen werden. Deshalb wird dieses Verfahren im Vergleich zu anderen thermischen Spritzverfahren als Kaltgasspritzen bezeichnet, weil es bei vergleichsweise tiefen Temperaturen durchgeführt wird, bei denen die Beschichtungspartikel im Wesentlichen festbleiben. Vorzugsweise wird zum Kaltgasspritzen, welches auch als kinetisches Spritzen bezeichnet wird, eine Kaltgasspritzanlage verwendet, die eine Gasheizeinrichtung zum Erhitzen eines Gases aufweist. An die Gasheizeinrichtung wird eine Stagnationskammer angeschlossen, die ausgangsseitig mit der konvergent-divergenten Düse, vorzugsweise einer Lavaldüse verbunden wird. Konvergent-divergente Düsen weisen einen zusammenlaufenden Teilabschnitt sowie einen sich aufweitenden Teilabschnitt auf, die durch einen Düsenhals verbunden sind. Die konvergent-divergente Düse erzeugt ausgangsseitig einen Pulverstrahl in Form eines Gasstroms mit darin befindlichen Partikeln mit hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise Überschallgeschwindigkeit. Mit dem Kaltgasstrahl lassen sich Schichten abscheiden, um zum Beispiel ein Rohr auf einer zylindrischen Rohrmatrize herzustellen, wie in der DE 10 2010 060362 A1 und der WO 2009/109016 A1 beschrieben. Die Rohrmatrize kann nach der Herstellung des Rohres aus dessen Inneren entfernt werden.

[0007] Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht damit darin, eine Herstellungsanlage zum Kaltgasspritzen so zu modifizieren, dass sich das eingangs angegebene Verfahren mit dieser durchführen lässt. Dies bedeutet, dass mittels der Herstellungsanlage die Herstellung von schalenförmigen Bauteilen auch bei Kleinserien vorteilhaft kostengünstig durchführbar sein soll.

[0008] Die erstgenannte Aufgabe wird durch das eingangs angegebene Verfahren erfindungsgemäß durch folgende Maßnahmen gelöst. Das Bauteil wird durch Kaltgasspritzen hergestellt. Hierbei wird ein Stützkörper mit einer gekrümmten Oberfläche aus einem Material zur Verfügung gestellt, auf dem die Partikel des Kaltgasstrahls nicht haften bleiben. Auf diesem Stützkörper kann eine Startstruktur auf der Oberfläche temporär fixiert werden. Diese Fixierung darf nicht durch ein inniges, beispielsweise stoffschlüssiges Verbinden der Startstruktur mit dem Stützkörper folgen. Eine bessere Möglichkeit besteht aber darin, die Startstruktur mittels einer Haltevorrichtung zu halten und auf diesem Wege mit dem Stützkörper in Kontakt zu bringen.

[0009] Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung davon die Rede ist, dass die Partikel des Kaltgasstrahls nicht an dem Material des Stützkörpers haften bleiben, so hängt dies wesentlich von der Wahl des Spritzwinkels ab. Beträgt der Spritzwinkel 0°, so lassen sich auf den meisten Materialien Schichten abscheiden, während dies nicht möglich ist, wenn der Spritzwinkel außerhalb des Kaltspritzkegels liegt. Mit anderen Worten lässt sich ein Stützkörper, auf dem die Partikel des Kaltgasstrahls möglichst wenig haften bleiben, vorteilhaft dadurch auswählen, dass die abzuscheidenden Partikel auf dem Material des Stützkörpers nur in einem vergleichsweise spitzen Kaltspritzkegel oder gar nicht abgeschieden werden können.

[0010] Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass das Bauteil durch einen Materialauftrag aus dem Kaltgasstrahl jeweils an den Saum des in Entstehung befindlichen Bauteils hergestellt wird, wobei der Stützkörper und der Kaltgasstrahl synchron derart bewegt werden, dass der Kaltgasstrahl in einem Winkel innerhalb des Kaltspritzkegels des Saumes, aber außerhalb des Kaltspritzkegels des Stützkörpers auf den Saum auftrifft. Der Saum des in Herstellung befindlichen Bauteils wird sich immer in einem Winkel zu dem Stützkörper befinden, bei dem die Oberfläche des Stützkörpers so ausgerichtet ist, dass sich bezogen auf den Stützkörper der Kaltgasstrahl außerhalb des Kaltspritzkegels befindet. Bevorzugt beträgt die Ausrichtung der Oberfläche des Saums gegenüber der Oberfläche des Stützkörpers ca. 90° oder wenigstens mehr als 70° bis 90°. Hierdurch kommt der erfindungsgemäße Effekt zustande, dass der Stützkörper das in Entstehung befindliche Bauteil im Auftreffpunkt des Kaltgasstrahls stützt. Dadurch, dass eine Herstellung des Bauteils durch Kaltgasspritzen eine Stützung des Bauteils immer nur im Auftreffbereich des Kaltgasstrahls erfordert, kann das Volumen des Stützkörpers vorteilhaft sehr viel kleiner als das Innenvolumen der Vertiefung des schalenförmigen Bauteils sein. Erforderlich ist es nur, dass bei einer konvexen Oberfläche des Stützkörpers der Krümmungsradius an der Auftreffstelle des Kaltgasstrahls gerade geringer ausfällt, als der lokale Krümmungsradius des schalenförmigen Bauteils auf der Innenseite. Wird eine konkave Stützstruktur verwendet, dann muss der Krümmungsradius des Bauteils außen geringer sein als der Krümmungsradius der Stützstruktur. Nur so kann erreicht werden, dass sich die Stützstruktur jeweils an die in Entstehung befindliche Partie des schalenförmigen Bauteils bevorzugt tangential anschmiegen kann und diese dadurch stützt.

[0011] Vorteilhaft kann das Bauteil schüsselförmig ausgebildet sein. Hiermit ist gemeint, dass das schalenförmige Bauteil rotationssymmetrisch ist und die Symmetrieachse senkrecht auf der die Öffnung enthaltenden Ebene steht. Besonders bevorzugt kann das Bauteil als Elektrodenschale eines Teilchenbeschleunigers hergestellt werden.

[0012] Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stützkörper aus einem Hartmetall besteht. Dieses Material hat den Vorteil, dass sich Partikel mittels Kaltgasspritzen vergleichsweise schlecht auf diesem Material abscheiden lassen und daher die Stützwirkung eines so hergestellten Stützkörpers gut genutzt werden kann. Außerdem ist ein solcher Stützkörper nur einem geringen Verschleiß ausgesetzt, so dass dieser selten ausgetauscht werden muss.

[0013] Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stützkörper eine Oberfläche aufweist, die die Form einer Kugel oder eines Kugelabschnitts hat. Diese Formen der Stützkörper gehören zur Gruppe der Stützkörper mit konvexer Oberfläche. Kugelförmige Stützkörper lassen sich dabei vorteilhaft einfach handhaben, da unabhängig von der Positionierung der Kugel gegenüber der in Entstehung befindlichen Wandung des Bauteils immer derselbe Krümmungsradius zur Stützung zur Verfügung steht. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist der Stützkörper mit konkaver Oberfläche ausgebildet, wobei auch diese konkave Oberfläche vorteilhaft die eines Kugelabschnitts bilden kann.

[0014] Auch an sich schwierig zu verarbeitende Materialien wie Titan und Tantal lassen sich vorteilhaft erfindungsgemäß mit dem Verfahren abscheiden. Dadurch können vorteilhaft auch diese Materialien einer breiteren Anwendung zugeführt werden.

[0015] Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mehrere Stützkörper mit unterschiedlichen Krümmungsradien ihrer gekrümmten Oberfläche zur Verfügung gestellt werden. Diese können in dem Verfahren dann ausgewechselt werden, wobei sich vorteilhaft auf diesem Wege auch schalenförmige Bauteile herstellen lassen, bei denen die Krümmungradien der Schale lokal unterschiedlich sind (d. h. andere Formen als Kugelschalen). Hierbei muss berücksichtigt werden, dass der Krümmungsradius des Stützkörpers nicht zu stark von dem gerade herzustellenden Krümmungsradius der Wandung abweichen darf, da der Stützeffekt ansonsten zu gering ausfällt.

[0016] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kaltspritzdüse und/oder der Stützkörper jeweils durch einen Roboterarm geführt werden. Durch Führung mittels eines Roboterarms können die Kaltspritzdüse sowie der Stützkörper vorteilhaft optimal gegeneinander ausgerichtet werden, wodurch sich die Vielfalt der herstellbaren Formen von schüsselförmigen Bauteilen erhöht. Um eine möglichst raumunabhängige Führungsmöglichkeit für die Kaltspritzdüse und/oder den Stützkörper zu erreichen, kann der Roboterarm vorteilhaft jeweils mindestens drei Achsen aufweisen. Mehr Freiheitsgrade erhöhen selbstverständlich die geometrische Flexibilität des gesamten Systems.

[0017] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung erhält man, wenn als Startstruktur eine ringförmig geschlossene Struktur verwendet wird, die den Rand der Öffnung des schalenförmigen Bauteils definiert, wobei die Wandung des Bauteils ausgehend von der Startstruktur aufgebaut wird. Ringförmig geschlossen muss die Struktur deswegen sein, damit sie eine Umrandung der Öffnung des schalenförmigen Bauteils darstellt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass diese Öffnung kreisringförmig sein muss. Unter ringförmig geschlossen ist im Sinne der Erfindung lediglich zu verstehen, dass die Startstruktur länglich ausgebildet ist und keinen Anfang und kein Ende aufweist.

[0018] Vorteilhaft kann die Startstruktur auch als ringförmig geschlossene Struktur auf einer Unterlage durch Kaltgasspritzen hergestellt werden. Diese bildet dann den Rand der Öffnung des schalenförmigen Bauteils und die Wandung wird ausgehend von der Startstruktur durch Kaltgasspritzen aufgebaut. Die hiermit verbundenen Vorteile sind vorstehend bereits beschrieben worden. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, dass die Unterlage besser zur Abscheidung von Material durch Kaltgasspritzen geeignet ist, als der Stützkörper, der an sich schwer zu beschichten ist, damit die Partikel beim Stützen der herzustellenden Wandung nicht an diesem haften bleiben.

[0019] Die auf die eingangs angegebene Herstellungsanlage gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Herstellungsanlage einen Stützkörper aufweist, der eine konvex oder konkav gekrümmte Oberfläche aufweist und relativ zur Aufnahme beweglich ist. Die mit der Anwendung eines solchen Stützkörpers verbundenen Vorteile sind im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Verfahren bereits erwähnt worden. Die freie Beweglichkeit des Stützkörpers sowie der Kaltspritzdüse stellen sicher, dass die Bewegung dieser beiden Elemente synchronisiert werden kann, um lokal den Auftrag von Partikeln auf den Saum des in Herstellung befindlichen Bauteils zu stützen. Zu bemerken ist im Zusammenhang mit der Herstellungsanlage, dass die relative Beweglichkeit zwischen der Haltevorrichtung für das herzustellende Bauteil, der Kaltspritzdüse sowie des Stützkörpers nicht unbedingt durch eine Bewegung von Kaltspritzdüse und Stützkörper alleine, sondern auch durch eine Bewegung des Bauteils in der Haltevorrichtung bewerkstelligt werden kann. Insbesondere bei rotationssymmetrischen Bauteilen bietet sich beispielsweise an, dass das schüsselförmige Bauteil um seine Rotationsachse gedreht wird. Dann müssen die Kaltspritzdüse sowie der Stützkörper nur noch Schwenkbewegungen in einer Ebene ausführen. Abhängig vom Anwendungsfall kann die Konstruktion der Herstellungsanlage also vereinfacht werden. Erkauft wird diese Vereinfachung aber durch eine geringere geometrische Flexibilität der Herstellungsanlage. Hierbei muss ein technischer Kompromiss gefunden werden.

[0020] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Herstellungsanlage kann der Stützkörper an einem Roboterarm befestigt werden. Genauso kann gemäß einer anderen Ausgestaltung dieser Herstellungsanlage die Kaltspritzdüse an einem Roboterarm befestigt werden. Hierdurch lässt sich vorteilhaft eine vergleichsweise hohe Flexibilität der Herstellungsanlage erreichen. Insbesondere, wenn die Roboterarme mehrere rotatorische Freiheitsgrade haben (3 oder mehr), kann eine Freiformfläche beliebiger Geometrie vorteilhaft ohne größeren Rüstaufwand der Herstellungsanlage hergestellt werden.

[0021] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:

Figur 1 und 2

ausgewählte Schritte eines Ausführungsbei*spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in geschnittener Darstellung,

Figur 3 bis 5

ausgewählte Fertigungsschritte eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, teilweise in dreidimensionaler und teilweise in geschnittener Darstellung,

Figur 6

ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schnittdarstellung und

Figur 7

ein schematisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Herstellungsanlage im schematischem Schnitt.

[0022] In Figur 1 ist zu erkennen, wie das erfindungsgemäße Verfahren gestartet wird. Zu diesem Zweck ist eine Startstruktur 11a vorgesehen, die ringförmig ausgebildet ist und den Rand einer herzustellenden Öffnung 12 eines noch nicht zu erkennenden, herzustellenden schalenförmigen Bauteils bildet. Die Startstruktur 11a ist mit einer Haltevorrichtung 13 fixiert.

[0023] Um die Wandung des herzustellenden Bauteils zu erzeugen, wird eine Kaltspritzdüse 14, die an einem Roboterarm 15 befestigt ist, auf den Rand der Startstruktur 11a gerichtet. Gleichzeitig wird ein kugelförmiger Stützkörper 16 von der anderen Seite mit einem weiteren Roboterarm 15b an den Rand der Startstruktur 11a herangeführt. Hierdurch wird lokal eine Stützung der im Aufbau befindlichen Wandung des herzustellenden Bauteils erreicht, und zwar genau an der Auftreffstelle eines Kaltgasstrahls 17, der die von der Kaltspritzdüse 14 beschleunigten Partikel enthält.

[0024] In Figur 2 ist ausschnitthaft zu erkennen, wie eine Wandung 18 des herzustellenden Bauteils 19 entsteht. Es ist zu erkennen, dass der Stützkörper 16 derart nachgeführt wird, dass er sich immer an der Auftreffstelle des Kaltgasstrahls 17 befindet. Dieser wird auf den Saum 20 der in Herstellung befindlichen Wandung 18 gerichtet und trifft in der in Figur 2 dargestellten Variante genau in einem Winkel von 90° auf den Saum 20. Der Spritzwinkel α liegt insofern bei 0°. Allerdings kann dieser, wie durch den Kaltspritzkegel 21 angedeutet, auch von den dargestellten 0° abweichen, solange dieser innerhalb des Kaltspritzkegels 21 liegt.

[0025] Weiterhin ist zu erkennen, dass sich der Stützkörper 16 derart an die konkave Innenseite der Wandung 18 anschmiegt, dass im Bereich des Saums 20 eine tangentiale Berührung der Wandung 18 mit der Oberfläche des Stützkörpers 16 erfolgt. Dabei ist die Ausrichtung des Saums in Bezug auf eine auf der Oberfläche des Stützkörpers 16 stehenden Normalen 22 um den Winkel β geneigt, wobei der Winkel β gering genug gewählt wird, damit eine Ausrichtung des Kaltstrahls 17 außerhalb des (nicht dargestellten) Spritzkegels auf der Oberfläche des Stützkörpers liegt (β kann auch Null betragen). Damit wird vermieden, dass Partikel auf der Oberfläche des Stützkörpers abgeschieden werden.

[0026] In Figur 3 ist zu erkennen, wie eine Startstruktur 11b auf einer Unterlage 24 in Form eines flachen Tisches hergestellt wird. Hierbei wird der Kaltgasstrahl 17 auf diese Unterlage 24 gerichtet und so die ringförmige Startstruktur hergestellt. Diese besteht vorteilhaft bevorzugt aus demselben Material wie die herzustellende Wandung. In der Mitte der Unterlage ist ein Loch 25 vorgesehen, durch das die Stützstruktur 16 (vgl. Figur 5) in die Vertiefung 26 des schalenförmigen Bauteils 19 eingeführt werden kann.

[0027] In Figur 4 ist zu erkennen, dass die dort zur Anwendung kommende Stützstruktur 16 die Form einer Halbkugel aufweist, damit diese an den Saum 20 herangeführt werden kann, ohne dass die Unterlage 24 dabei stört. Ansonsten erfolgt die Herstellung der Wandung gemäß Figur 4 in der zu Figur 2 bereits beschriebenen Weise.

[0028] In Figur 5 ist zu erkennen, wie das Bauteil 19 kurz vor dessen endgültiger Fertigstellung hergestellt wird. Die Wandung 18 ist bereits fast geschlossen, wobei der Stützkörper 16 mit dem Roboterarm 15b durch das Loch 25 an die letzte offene Stelle der Wandung herangeführt wird. Die Stützstruktur 16 vermag das verbleibende offene Areal der Wandung komplett zu verschließen, so dass mittels des Kaltgasstrahls 17 dieses Loch geschlossen werden kann. Anschließend kann das Bauteil 19 in nicht dargestellter Weise beispielsweise durch Drahterodieren von der Unterlage 24 getrennt werden.

[0029] In Figur 6 ist ein konkaver Stützkörper 16 dargestellt, der von außen an die Wandung 18 des nicht näher dargestellten herzustellenden Bauteils herangeführt wird. Es ist zu erkennen, dass der Krümmungsradius des konkaven Stützkörpers 16 nur so groß sein kann, dass der Kaltgasstrahl 17 noch an den Saum 20 des Bauteils herangeführt werden kann. Daher eignet sich ein konkaver Stützkörper bevorzugt für die Herstellung großer Radien, die durch eine Heranführung des Stützkörpers von innen erschwert werden würde.

[0030] In Figur 7 lässt sich das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Herstellungsanlage erkennen. Die Herstellungsanlage weist ein Gehäuse 27 auf, damit diese mit einem Schutzgas befüllt werden kann. In dem Gehäuseraum sind zwei Roboter 28a, 28b angeordnet, die die Roboterarme 15a, 15b aufweisen. An dem Roboterarm 15a ist die Kaltspritzdüse 14 befestigt, die über eine flexible Leitung 29 mit einer Kaltspritzanlage 30 verbunden ist. Die Haltevorrichtung 13 ermöglicht die Aufnahme einer Startstruktur (nicht dargestellt). Diese kann bei einer Herstellung der Wandung gemäß den bereits beschriebenen Verfahren über die Stützstruktur 16 gestützt werden, die mittels des Roboters 28b in geeigneter Weise nachgeführt wird. Sollte das herzustellende Bauteil Bereiche unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, so sind weitere Stützkörper 16 in einem Magazin 31 vorgesehen. Dieses Magazin 31 kann von dem Roboterarm 15b angefahren werden, damit die Stützkörper 16 ausgewechselt werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen eines schalenförmigen Bauteils (19) mit einer Wandung (18) und einer zu einer Öffnung (12) hin offenen Vertiefung,
wobei dieses Bauteil (19) durch Kaltgasspritzen hergestellt wird, wobei

- ein Stützkörper (16) mit einer konvex oder konkav gekrümmten Oberfläche aus einem Material zur Verfügung gestellt wird, auf dem die Partikel des Kaltgasstahls (17) nicht haften bleiben,

- eine Startstruktur (11a) von einer Haltevorrichtung (13) gehalten wird und mit der Oberfläche des Stützkörpers (16) in Kontakt gebracht wird,

- das Bauteil durch einen Materialauftag aus dem Kaltgasstrahl (17) jeweils an den Saum (20) des in Entstehung befindlichen Bauteils (19) hergestellt wird, wobei der Stützkörper (16) und der Kaltgasstrahl (21) synchron derart bewegt werden, dass der Kaltgasstrahl (17) in einem Winkel innerhalb des Kaltspritzkegels (21) auf den Saum (20) auftrifft und der Stützkörper (16) das in Entstehung befindliche Bauteil (19) im Auftreffpunkt des Kaltgasstrahls (17) stützt, während die Ausrichtung des Kaltgasstrahls (21) außerhalb des Spritzkegels auf der Oberfläche des Stützkörpers (16) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein schüsselförmiges Bauteil (19) hergestellt wird.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Bauteil (19) eine Elektrodenschale eines Teilchenbeschleunigers hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stützkörper (16) aus einem Hartmetall besteht.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stützkörper (16) eine Oberfläche aufweist, die die Form einer Kugel oder eines Kugelabschnittes aufweist.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das der Stützkörper (16) konkav ausgebildet ist.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Material Titan oder Tantal verarbeitet wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Stützkörper (16) mit unterschiedlichen Krümmungsradien ihrer gekrümmten Oberfläche zur Verfügung gestellt werden.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kaltspritzdüse (14) und/oder der Stützkörper (16) jeweils durch einen Roboterarm (15a, 15b) geführt werden.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Startstruktur (11a, 11b) eine ringförmig geschlossene Struktur verwendet wird, die den Rand der Öffnung (12) des schalenförmigen Bauteils (19) definiert und dass die Wandung (18) des Bauteils (19) ausgehend von der Startstruktur (11a, 11b) aufgebaut wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Startstruktur (11b) als ringförmig geschlossene Struktur auf einer Unterlage (24) durch Kaltgasspritzen hergestellt wird und den Rand der Öffnung (12) des schalenförmigen Bauteils (19) definiert und dass die Wandung (18) des Bauteils (19) ausgehend von der Startstruktur (11a, 11b) aufgebaut wird.

12. Herstellungsanlage für ein schalenförmiges Bauteil, aufweisend eine Kaltspritzdüse (14), und eine Haltevorrichtung (13) mit einer Aufnahme für das Bauteil, wobei die Kaltspritzeinrichtung und die Aufnahme relativ zueinander beweglich sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Herstellungsanlage außerdem einen Stützkörper aufweist, der eine konvex oder konkav gekrümmte Oberfläche aufweist und relativ zur Aufnahme beweglich ist.

13. Herstellungsanlage nach Anspruch 12
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stützköper (16) an einem Roboterarm (15a, 15b) befestigt ist.

14. Herstellungsanlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kaltspritzdüse (14) an einem Roboterarm (15a, 15b) befestigt ist.

Claims

1. Method for producing a shell-shaped component (19), having a wall (18) and a depression open toward an opening (12), wherein
said component (19) is produced by cold gas spraying, wherein

- a supporting body (16) having a convexly or concavely curved surface composed of a material to which the particles of the cold gas jet (17) do not adhere is made available,

- a starting structure (11a) is held by a holding fixture (13) and is brought into contact with the surface of the supporting body (16),

- the component is produced by application of material from the cold gas jet (17) in each case to the edge (20) of the component (19) being formed, wherein the supporting body (16) and the cold gas jet (21) are moved synchronously in such a way that the cold gas jet (17) impinges on the edge (20) at an angle within the cold spraying cone (21), and the supporting body (16) supports the component (19) being formed at the point of impact of the cold gas jet (17), while the cold gas jet (21) is aligned outside the spraying cone on the surface of the supporting body (16).

2. Method according to Claim 1,
characterized
in that a bowl-shaped component (19) is produced.

3. Method according to either of the preceding claims,
characterized
in that an electrode shell of a particle accelerator is produced as a component (19).

4. Method according to one of the preceding claims,
characterized
in that the supporting body (16) is composed of a hard metal.

5. Method according to one of the preceding claims,
characterized in that the supporting body (16) has a surface which has the shape of a sphere or of a spherical segment.

6. Method according to one of the preceding claims,
characterized
in that the supporting body (16) is of concave design.

7. Method according to one of the preceding claims,
characterized
in that titanium or tantalum are used as the material.

8. Method according to one of the preceding claims,
characterized
in that a plurality of supporting bodies (16) having different radii of curvature of the curved surface thereof are made available.

9. Method according to one of the preceding claims,
characterized
in that the cold spraying nozzle (14) and/or the supporting body (16) are each guided by a robot arm (15a, 15b).

10. Method according to one of the preceding claims,
characterized
in that a structure in the form of a closed ring is used as a starting structure (11a, 11b), defining the rim of the opening (12) of the shell-shaped component (19), and in that the wall (18) of the component (19) is built up starting from the starting structure (11a, 11b).

11. Method according to one of Claims 1 to 9,
characterized
in that the starting structure (11b) is produced as a structure in the form of a closed ring on a base (24) by cold gas spraying and defines the rim of the opening (12) of the shell-shaped component (19), and in that the wall (18) of the component (19) is built up starting from the starting structure (11a, 11b).

12. Production system for a shell-shaped component, having a cold spraying nozzle (14) and a holding fixture (13) having a holder for the component, wherein the cold spraying device and the holder can be moved relative to one another,
characterized
in that the production system furthermore has a supporting body, which has a convexly or concavely curved surface and can be moved relative to the holder.

13. Production system according to Claim 12,
characterized
in that the supporting body (16) is secured on a robot arm (15a, 15b).

14. Production system according to either of Claims 12 and 13,
characterized
in that the cold spraying nozzle (14) is secured on a robot arm (15a, 15b).

Revendications

1. Procédé de production d'une pièce (19) en forme de coupelle, ayant une paroi (18) et une cavité ouverte vers une ouverture (12),
dans lequel
on produit cette pièce (19) par projection de gaz froid, dans lequel

- on se procure un corps (16) d'appui, ayant une surface incurvée de manière convexe ou concave, en un matériau sur lequel les particules du jet (17) de gaz froid ne restent pas en adhérence,

- on maintient une structure (11a) de départ par un dispositif (13) de maintien et on la met en contact avec la surface du corps (16) d'appui,

- on produit la pièce par un dépôt de matière à partir du jet (17) de gaz froid, respectivement à la lisière de la pièce (19) se trouvant en création, le corps (16) d'appui et le jet (21) de gaz froid étant déplacés en synchronisme, de manière à ce que le jet (17) de gaz froid arrive sur la lisière (20) suivant un angle à l'intérieur du cône (10, 21) d'injection à froid, et de manière à ce que le corps (16) d'appui appuie, au point d'incidence du jet (17) de gaz froid, la pièce (19) se trouvant en création, pendant que l'orientation du jet (21) de gaz froid se trouve à l'extérieur du cône d'injection sur la surface du corps (16) d'appui.

2. Procédé suivant la revendication 1,
caractérisé
en ce que l'on produit une pièce (19) en forme de cuve.

3. Procédé suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé
en ce que l'on produit, comme pièce (19), une coupelle d'électrode d'un accélérateur de particules.

4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé
en ce que le corps (16) d'appui est en un métal (12).

5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé
en ce que le corps (16) d'appui a une surface, qui a la forme d'une sphère ou d'un segment de sphère.

6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé
en ce que le corps (16) d'appui est concave.

7. Procédé suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé
en ce que l'on traite, comme matériau, du titane ou du tantale.

8. Procédé suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé
en ce que l'on se procure plusieurs corps (16) d'appui, ayant des rayons de courbure différents de la surface incurvée.

9. Procédé suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé
en ce que l'on guide la buse (14) d'injection à froid et/ou le corps (16) d'appui, chacune par un bras (15a, 15b ) de robot.

10. Procédé suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé
en ce que l'on utilise, comme structure (11a, 11b) de départ, une structure fermée annulairement, qui définit le bord de l'ouverture (12) de la pièce (19) en forme de coupelle et en ce que l'on forme la paroi (18) de la pièce (19) à partir de la structure (11a, 11b) de départ.

11. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9,
caractérisé
en ce que l'on produit la structure (11b) de départ par projection de gaz froid, sous la forme d'une structure fermée annulairement sur un support (24) et on définit le bord de l'ouverture (12) de la pièce (19) en forme de coupelle et en ce que l'on forme la paroi (18) de la pièce (19) à partir de la structure (11a, 11b) de départ.

12. Installation de production d'une pièce en forme de coupelle, comportant une buse (14) de projection à froid et un dispositif (13) de maintien, ayant un logement pour la pièce, le dispositif de projection à froid et le logement étant mobiles l'un par rapport à l'autre,
caractérisée
en ce que l'installation de production a, en outre, un corps d'appui, qui a une surface incurvée de manière convexe ou concave, et est mobile par rapport au logement.

13. Installation de production suivant la revendication 12,
caractérisée
en ce que le corps (16) d'appui est fixé à un bras (15a, 15b) de robot.

14. Installation de production suivant l'une des revendications 12 à 13,
caractérisée
en ce que la buse (14) de projection à froid est fixée à un bras (15a, 15b) de robot.

Zeichnung