Title:
Applikationsbauteil aus Schaum
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Ein Applikationsbauteil (14; 114; 214) für einen Rotationszerstäuber (10; 110; 210) hat einen Grundkörper (16; 116; 216), welcher eine Abströmfläche (18; 118; 218) für ein zu zerstäubendes Applikationsmaterial aufweist. Um ein möglichst geringes Gewicht bei möglichst hoher Festigkeit zu erhalten, ist der Grundkörper (16; 116; 216) in seinem Inneren zumindest bereichsweise aus einem Material (22; 122; 222) mit zellulären Strukturen gebildet ist.





Inventors:
Vetter, Svenja, Dr. (72149, Neustetten, DE)
Schulze, Herbert (71134, Aidlingen, DE)
Application Number:
DE102016006177A
Publication Date:
11/30/2017
Filing Date:
05/24/2016
Assignee:
Eisenmann SE, 71032 (DE)
International Classes:
B05B3/10; B05B5/04; B22D25/00; B22F3/11; B29C44/02; C22C1/08
Domestic Patent References:
DE102008047118A1N/A
DE102014118178A1N/A
DE3634443A1N/A
Foreign References:
EP1323616
WO2010030156A1
WO2011129677A1
Attorney, Agent or Firm:
Ostertag & Partner, Patentanwälte mbB, 70597, Stuttgart, DE
Claims:
1. Applikationsbauteil (14; 114; 214) für einen Rotationszerstäuber (10; 110; 210) mit einem Grundkörper (16; 116; 216), welcher eine Abströmfläche für ein zu zerstäubendes Applikationsmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (16; 116; 216) in seinem Inneren zumindest bereichsweise aus einem Material (22; 122; 222) mit zellulären Strukturen gebildet ist.

2. Applikationsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (22; 122; 222) mit zellularen Strukturen ein Metallschaum, insbesondere ein Aluminiummetallschaum, ein Kunststoffschaum und/oder ein Keramikschaum ist.

3. Applikationsbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (22; 122; 222) mit zellularen Strukturen zwei unterschiedliche Materialien umfasst.

4. Applikationsbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zellularen Strukturen eine definierte Geometrie aufweisen.

5. Verfahren zur Herstellung eines Applikationsbauteils (14; 114; 214) für einen Rotationszerstäuber (10; 110; 210) mit folgendem Schritt:
a) Herstellen des Applikationsbauteils (14; 114; 214) mit einem Grundkörper (16; 116; 216), welcher eine Abströmfläche (18; 118; 218) für ein zu zerstäubendes Applikationsmaterial aufweist und dessen Inneres zumindest bereichsweise aus einem Material (22; 122; 222) mit zellulären Strukturen gebildet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Grundkörpers (16; 116; 216) folgende Schritte umfasst:
a) Bereitstellen einer Gussform, welche die Außenkontur des Grundkörpers (16; 116; 216) vorgibt;
b) Spritzgießen eines mit einem Treibmittel versehenen Vollmaterials.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Grundkörpers (216) ein Integralschaumgießen, insbesondere Integralmetallschaumgießen, umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Grundkörpers (16; 116; 216) ein generatives Fertigungsverfahren zum Erzeugen der zellularen Strukturen umfasst.

9. Verfahren zur Beschichtung von Gegenständen mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines Applikationsgeräts (10; 110; 210) mit einem Applikationsbauteil (14; 114; 214) nach einem der Ansprüche 1 bis 5;
b) Beschichten der Gegenstände mithilfe des Applikationsgeräts (10; 110; 210).

Description:
HINTERGRUND DER ERFINDUNG1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Applikationsbauteil für einen Rotationszerstäuber mit einem Grundkörper, welcher eine Abströmfläche für ein zu zerstäubendes Applikationsmaterial aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Applikationsbauteils und ein Verfahren zur Beschichtung von Gegenständen mit einem Rotationszerstäuber, der ein solches Applikationsbauteil aufweist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Bei der Lackierung von Gegenständen, beispielsweise von Fahrzeugkarosserien und Teilen davon, werden häufig Rotationszerstäuber als Applikationsgeräte eingesetzt. Derartige Rotationszerstäuber weisen ein schnell rotierendes Applikationsbauteil, wie beispielsweise einen Glockenteller oder eine Sprühscheibe, auf. Das zu applizierende Material wird über einen zentralen Kanal auf die Abströmfläche des Applikationsbauteils aufgebracht, auf welcher das zu applizierende Material aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte nach außen bewegt, zerstäubt und abgesprüht wird.

Um die mechanischen Anforderungen an den Antrieb, die Lagerung und einen das Applikationsgerät tragenden Industrieroboter möglichst gering zu halten, sollte das rotierende Applikationsbauteil ein möglichst geringes Gewicht aufweisen und dennoch eine ausreichende mechanische Festigkeit haben, um die auftretenden Zentrifugalkräfte aufzunehmen.

Aus der EP 2 349 582 B1 ist daher ein Glockenteller bekannt, bei welchem der Grundkörper mit einer der mechanischen Versteifung dienenden Beschichtung überzogen ist. Das Material dieser Beschichtung weist eine höhere Massendichte als das eigentliche Material des Grundkörpers auf. Nach der EP 2 349 582 B1 geht damit eine höhere mechanische Festigkeit einher.

Die Herstellung eines solchen Glockentellers ist jedoch aufwändig, sodass andere Lösungsansätze für ein möglichst leichtes und dennoch rotationsstabiles Applikationsbauteil wünschenswert sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein rotierendes Applikationsbauteil für einen Rotationszerstäuber anzugeben, das bei möglichst geringem Gewicht eine möglichst große mechanische Festigkeit aufweist. Ferner soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren sowie ein Verfahren zur Beschichtung von Gegenständen angegeben werden.

Hinsichtlich des Applikationsbauteils wird diese Aufgabe durch ein eingangs genanntes Applikationsbauteil gelöst, bei welchem der Grundkörper in seinem Inneren zumindest bereichsweise aus einem Material mit zellularen Strukturen gebildet ist.

Die Erfinder haben erkannt, dass die Verwendung eines Materials mit zellularen Strukturen gegenüber einem aus Vollmaterial gefertigten Applikationsbauteil vorteilhaft ist, um eine Gewichtsreduktion zu erreichen.

Unter zellularen Strukturen werden hier Strukturen verstanden, die eine Vielzahl von kleinen Kavitäten, vorzugsweise mit Durchmessern kleiner als 5 mm, insbesondere kleiner als 2 mm, aufweisen. Dadurch kann ein Material mit zellularen Strukturen einen Quotienten von Rohdichte zu Reindichte (auch relative Dichte genannt) haben, der zwischen 10% und 60%, insbesondere zwischen 30% und 50%, liegen kann. Unter der Rohdichte wird hierbei die Dichte eines Festkörpers basierend auf dem Volumen einschließlich der Kavitäten verstanden. Die Reindichte bezieht sich hingegen auf das eigentliche Vollmaterial und wird oft auch als Massendichte bezeichnet.

Die zellularen Strukturen weisen sich gegenseitig stützende dünnwandige Zwischenstege auf, sodass ein Grundkörper aus einem Material mit zellularen Strukturen im Vergleich zu einem als Hohlkörper ausgebildeten Grundkörper bei gleicher Rohdichte eine deutlich höhere Festigkeit aufweist. Der Grundkörper kann dabei nahezu vollständig aber auch nur in Teilbereichen ein Material mit zellularen Strukturen aufweisen.

Zu Materialien mit zellularen Strukturen zählen beispielsweise zellulare Werkstoffe mit Schaum-, Faser-, Draht-, Hohlkugel-, Wabenstrukturen und dergleichen, die offene oder geschlossene Kavitäten aufweisen.

Vor allem kann das Material mit zellularen Strukturen auch aus einem Material gebildet sein, das eine höhere oder gleiche Reindichte hat wie ein Material, das am Grundkörper für eine äußere Festigkeitshülle verwendet wird. Der Grundkörper selbst kann insofern zwei unterschiedliche Materialien umfassen.

Aufgrund der so erhaltenen Verringerung der Gesamtmasse des Applikationsbauteils werden die mechanischen Belastungen der Lagerung, des Antriebs und des Industrieroboters reduziert. Zudem sind die beim Abbremsen und Beschleunigen des rotierenden Applikationsbauteils auftretenden Kräfte kleiner.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen genannt.

Vorzugsweise ist das Material mit zellularen Strukturen ein Metallschaum, insbesondere ein Aluminiummetallschaum, ein Kunststoffschaum und/oder ein Keramikschaum. Durch derartige Schäume lassen sich auf verhältnismäßig einfache Weise die zellularen Strukturen herstellen. Zwar kommen erfindungsgemäß als zellulare Strukturen auch zielgerichtet aufgebaute Strukturen wie beispielsweise Wabenstrukturen oder ähnliches infrage. Besonders vorteilhaft kommen jedoch Schäume zum Einsatz, da diese hohe Festigkeiten bei geringen Rohdichten aufweisen können.

Vorzugsweise umfasst das Material mit zellularen Strukturen zwei unterschiedliche Materialien. Die Kavitäten der zellularen Strukturen können so mit einem anderen, insbesondere leichteren, Material gefüllt sein als jenes Material, das die Zwischenstege ausbildet. Dadurch lassen sich die mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers noch besser optimieren.

Vorzugsweise weisen die zellularen Strukturen eine definierte innere Geometrie auf. Dies ist beispielsweise bei einer hexagonalen Wabenstruktur oder dergleichen der Fall. Im Gegensatz dazu ist die innere Geometrie bei einem Schaum nicht definiert, da im Herstellungsprozess nicht festlegbar ist, welche Größe und Form eine individuelle Pore am Ende haben wird. Eine definierte innere Geometrie ist vor allem für eine definierte Gewichtsverteilung innerhalb des Grundkörpers vorteilhaft. Da die Gewichtsverteilung das Trägheitsmoment und damit die Laufruhe des Applikationsbauteils beeinflusst, ist eine vorhersehbare Gewichtsverteilung relevant.

Hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung eines Applikationsbauteils für einen Rotationszerstäuber ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgesehen:

  • a) Herstellen des Applikationsbauteils mit einem Grundkörper, welcher eine Abströmfläche für ein zu zerstäubendes Applikationsmaterial aufweist und dessen Inneres zumindest bereichsweise aus einem Material mit zellularen Strukturen gebildet ist.

Vorzugsweise umfasst das Herstellen des Grundkörpers folgende Schritte:

  • a) Bereitstellen einer Gussform, welche die Außenkontur des Grundkörpers vorgibt;
  • b) Spritzgießen eines mit einem Treibmittel versehenen Vollmaterials.

Mit einem solchen Verfahren lassen sich Grundkörper erzeugen, die zumindest bereichsweise Schaummaterialien als Material mit zellularen Strukturen aufweisen.

Vorzugsweise umfasst das Herstellen des Grundkörpers ein Integralschaumgießen, insbesondere Integralmetallschaumgießen. Dies kann ein Hochdruck-Integralschaumgießen oder ein Niederdruck-Integralschaumgießen sein. Auf diese Weise lässt sich ein Grundkörper herstellen, der einen kompakten Außenbereich aufweist und dennoch in seinem Inneren aus einem leichten Schaummaterial besteht. Darüber hinaus ist es so möglich, einen Vollmaterialmantel um ein innenliegendes Schaumvolumen gleichen Materials zu bilden. Dadurch entfallen aufwendige Fügeverfahren für Einzelteile gleichen oder unterschiedlichen Materials.

Vorzugsweise umfasst das Herstellen des Grundkörpers ein generatives Fertigungsverfahren zum Erzeugen der zellularen Strukturen. Hierfür kommen insbesondere 3D-Druckverfahren, vorzugsweise 3D-Metall-Druckverfahren, in Frage. Der Grundkörper kann dabei mitsamt der zellularen Strukturen im Innenbereich aus einem Material, beispielsweise einer Metalllegierung, in einem Schritt erzeugt werden.

Darüber hinaus besteht bei all diesen Verfahren die Möglichkeit, die Abstörmfläche des Grundkörpers nachträglich noch in gewohnter Weise funktional zu verändern. Beispielsweise kann die Abstörmfläche bearbeitet werden (Schleifen, Lappen usw.) oder mit speziellen reibungs- und/oder verschleißmindernden Beschichtungen versehen werden.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Beschichtung von Gegenständen wird die erfindungsgemäße Aufgabe mit folgenden Schritten gelöst:

  • a) Bereitstellen eines Applikationsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Applikationsbauteil;
  • b) Beschichten der Gegenstände mithilfe des Applikationsgeräts.

Als zu beschichtende Gegenstände sind hier vor allem Fahrzeugkarosserien oder Teile von diesen vorgesehen. Dabei kann insbesondere ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren zum Einsatz kommen. In diesem Fall sollte das Applikationsbauteil aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt werden oder eine entsprechende Beschichtung tragen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 einen Schnitt durch einen Rotationszerstäuber mit einem Glockenteller aus Vollschaum;

2 einen Schnitt durch einen Rotationszerstäuber mit einem Glockenteller, der einen schaumgefüllten Hohlkörper als Glockenteller aufweist;

3 einen Schnitt durch einen Rotationszerstäuber mit einem Glockenteller aus Integralschaum.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

1 zeigt einen Rotationszerstäuber 10, der einen über ein Lager 12 gelagerten, im Betrieb schnell rotierenden Glockenteller 14 als Applikationsbauteil aufweist.

Der Glockenteller 14 weist einen Grundkörper 16 auf, dessen Masse einen Großteil der gesamten sich drehenden Masse ausmacht. Am Grundkörper 16 des Glockentellers 14 ist eine im Wesentlichen innenkonusförmige Abströmfläche 18 vorgesehen, welcher von einem Zuführrohr 20 ausgehend zu applizierendes Beschichtungsmaterial zugeführt wird. Durch die Rotation des Glockentellers 14 wird dabei das Beschichtungsmaterial an den Rand des Glockentellers 14 getragen und dort zerstäubt. Weitere Einzelheiten zur Funktionsweise eines derartigen Rotationszerstäubers 10 sind allgemein bekannt und für die vorliegende Erfindung nicht weiter von Bedeutung.

Der Grundkörper 16 ist zumindest in seinem Innenbereich, wie durch die karierte Schraffur angedeutet, aus einem Schaummaterial 22, insbesondere einer hochfesten Aluminiumschaumlegierung gefertigt. Ein solches Schaummaterial 22 stellt ein Material mit zellularen Strukturen dar. Denn der Grundkörper 16 weist in seinem Inneren eine Vielzahl von hohlen Kavitäten, die Schaumporen 24, auf, deren Zwischenstege 26 sich gegenseitig stützen.

Der Grundkörper 16 weist ferner eine Außenhaut 28 auf, die den Innenbereich des Grundkörpers 16 glatt umschließt. Im Bereich der Abströmfläche 18 ist die Außenhaut 28 des Grundkörpers 16 ferner mit einer in der Figur nicht erkennbaren, reibungs- und verschleißmindernden Beschichtung versehen.

2 zeigt einen Rotationszerstäuber 110, der ebenfalls einen über ein Lager 112 gelagerten Glockenteller 114 aufweist. Der Glockenteller 114 hat in diesem Fall einen Grundkörper 116, bei welchem ein Außenbereich 130, aus einem Vollmaterial, beispielsweise einer hochfesten Aluminiumlegierung, geformt ist. Ferner umfasst ein Innenbereich ein Schaummaterial 122, insbesondere eine geschäumte Aluminiumlegierung, welche eine identische oder größere Reindichte wie die Aluminiumlegierung des Vollmaterial-Außenbereichs 130 hat. Aufgrund der Kavitäten des Schaummaterials 122 ergibt sich jedoch im Innenbereich eine kleinere Rohdichte als im Außenbereich. Ein solcher Glockenteller 114 kann z. B. in Sandwich-Bauweise gefertigt werden.

3 zeigt einen Rotationszerstäuber 210, bei welchem der Grundkörper 216 des Glockentellers 214 als Integralschaumbauteil ausgebildet ist. Bei diesem geht ein Außenbereich aus einem Vollmaterial fortlaufend in einen Innenbereich aus Schaummaterial 222 über.

Ein solches Integralschaumbauteil kann durch Hochdruck- oder Niederdruck-Integralschaumgießen hergestellt werden. Beim Niederdruckverfahren wird eine Form mit einer einer mit Treibmitteln versetzten Schmelze unterfüllt. Die schäumende Schmelze füllt dann die Form aus. Durch die starke Abkühlung an der Formwand entsteht ein kompakter Außenbereich aus Vollmaterial. Je nach Prozessführung und Treibmittelkonzentration kann die Dicke des Außenbereichs beeinflusst werden.

Beim Hochdruckverfahren wird die Form unter Druck zunächst vollständig gefüllt. Nach einer zeitlichen Verzögerung erfolgt dann eine Vergrößerung des Formvolumens beispielsweise durch einen Kernzug. Dadurch sinkt der Druck schlagartig und in der Schmelze gelöste Gase können im noch nicht erstarrten Innenbereich expandieren und die Schmelze aufschäumen.

Auf diese Weise kann in einem einzigen Gießschritt der Grundkörper 216 des Glockentellers 214 hergestellt werden.

Anstatt einem Schaummaterial können bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen auch zellulare Strukturen mit definierter Geometrie eingesetzt werden. So kann im Innenbereich des Grundkörpers 14 beispielsweise auch eine Wabenstruktur in der Art einer Bienenwabe vorgesehen sein. Derartige Wabenstrukturen können über ein generatives Fertigungsverfahren wie beispielsweise ein 3D-Metall-Druckverfahren erzeugt werden, sodass sich der Grundkörper ebenfalls im Wesentlichen in einem Schritt herstellen lässt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 2349582 B1 [0005, 0005]