EP2349582A2 - Beschichtungsanlagenbauteil, insbesondere glockenteller, und entsprechendes herstellungsverfahren - Google Patents

Beschichtungsanlagenbauteil, insbesondere glockenteller, und entsprechendes herstellungsverfahren

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EP2349582A2
EP2349582A2 EP09744972A EP09744972A EP2349582A2 EP 2349582 A2 EP2349582 A2 EP 2349582A2 EP 09744972 A EP09744972 A EP 09744972A EP 09744972 A EP09744972 A EP 09744972A EP 2349582 A2 EP2349582 A2 EP 2349582A2
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EP
European Patent Office
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coating
base body
functional element
layer
component
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EP09744972A
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EP2349582B2 (de
EP2349582B1 (de
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Hans-Georg Fritz
Steffen Wesselky
Timo Beyl
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Duerr Systems AG
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Duerr Systems AG
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Definitions

  • the invention relates to a coating plant component, in particular a bell cup for a rotary atomizer, and a corresponding manufacturing method.
  • the lowest possible weight is sought in order to reduce the mechanical loads exerted by the bell cup due to the high speed on the bearing unit or the drive used for compressed air turbine.
  • the lowest possible weight of the bell cup is also advantageous in order to minimize the forces occurring during braking and acceleration of the bell cup and thereby reduce the risk of accident-prone Bell plate ejection.
  • compound bell cup from EP 1 317 962 Bl and DE 20 2007 015 115 Ul are known.
  • Such compound bell cups have a material combination of a lightweight material with relatively low strength and a heavy material with a high strength in order to achieve a bell cup with the lowest possible weight and maximum strength.
  • the compound cam plates therefore consist of several components made of different materials, wherein the various components are connected to each other during assembly.
  • composite bell cup still do not form a satisfactory compromise between the design objectives of the lowest possible weight on the one hand and the highest possible strength on the other hand.
  • bell cups have a friction-reducing coating or a wear-reducing coating, but the coating has no influence on the weight and mechanical strength of the bell cup.
  • Such bell cups with a wear-reducing or friction-reducing coating are known, for example, from DE 101 12 854 A1 and DE 10 2006 022 057 B3.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a bell cup, which has the greatest possible mechanical strength with the lowest possible weight. Further- towards the invention, the object of the invention to provide a suitable manufacturing process.
  • the coating system component eg a bell cup
  • the functional element for mechanical stiffening and / or for chemical and / or electrical and / or tribological functionalization of the coating plant genbauteils serves and consists of a material with a greater mass density than the forming basic body.
  • the functional element is not formed as a separate, independent component of the bell cup, but consists of a coating which is at least partially applied to the base body and connected to the base body.
  • the layered functional element on the basic body is a stiffening element, which consists of a material which, compared with the material of the basic body, has a greater mass density and greater strength.
  • the coating on the base body therefore has the function of mechanically stiffening the base body and thus also the finished coating system component, which is advantageous in particular with a bell plate in order to increase the rotational speed resistance of the bell plate.
  • there is a fundamental difference compared to the conventional bell plates mentioned at the outset with a friction-reducing or wear-reducing coating since these conventional coating systems gen the stiffness of the bell cup and thus not improve the speed resistance of the bell cup, but only increase the service life against abrasive mechanical loads.
  • the mechanically stiffening coating substantially increases the rigidity of the coating system component, so that the rigidity of the coating system component with the mechanically stiffening coating meets the specified requirements, whereas the basic body alone without the stiffening coating does not meet the specified requirements.
  • the functional element does not serve for the mechanical stiffening of the coating plant component but for the electrical functionalization of the coating plant component.
  • the coating may consist of a material which has a different electrical conductivity than the material of the main body.
  • the layered functional element chemically functions the coating system component.
  • the coating may consist of a material which has different chemical properties than the material of the shaping body.
  • the coating of the main body can be, for example, a metal coating, a ceramic coating, a diamond ceramic coating, a carbonaceous coating and / or a nanocrystalline coating, such as the nanocrystalline metal coating offered by DuPont under the trademark MetaFuse TM.
  • the coating may consist of organic, inorganic or metallic substances or a mixture thereof.
  • the coating has a layer thickness which may be in the range of a few nanometers to several millimeters.
  • the layer thickness is thus preferably greater than lnm, 5nm, lOnm, lOOnm or even greater than lmm.
  • the layer thickness is preferably less than 5 mm, 2 mm, 1 mm, 500 nm, 200 nm or even less than 100 nm.
  • the layer thickness of the functionalizing coating the invention is not restricted to the abovementioned ranges of values, but in principle can also be implemented with other layer thicknesses.
  • the functionalizing coating may comprise a plurality of superimposed layers with different properties.
  • the functionalizing coating may include a wear-reducing layer, a stiffness-enhancing layer, an anti-adhesion layer and / or a chemically resistant layer.
  • the functionalizing coating contains an anti-adhesion layer, it is preferred if the anti-adhesion layer has a coefficient of friction of less than 0.3, 0.2, 0.1 or even less than 0.05.
  • the coefficient of friction of the anti-adhesion layer is in the range of 0.02-0.3, wherein the friction values relate to a measurement, in the dry state is measured against steel.
  • the coating it is possible for the coating to have a material gradient transversely to the course of the layer, so that a material property in the coating changes along the material gradient, ie transversely to the course of the layer.
  • the material gradient occurs here within at least one of the layers, so that the material properties change within the relevant layer.
  • the material gradient occurs within the coating over several layers, so that the material properties in the coating change over several layers. For example, there is the possibility that the coating and / or the individual layers of the coating become increasingly harder from the inside to the outside.
  • the functionalizing coating is at least partially applied to the base body.
  • the entire surface of the main body is provided with the functionalizing coating.
  • the functionalizing coating is applied only to a part of the surface of the base body.
  • the base body has a cavity, for example, to reduce the weight of the base body, wherein the functionalizing coating may be applied to the inner wall of the cavity of the base body.
  • the coating is doped with a dopant to to distinguish an original part from a plagiarism.
  • the doping of layers with a dopant is known from semiconductor technology and therefore need not be described in detail.
  • doping the coating there is the possibility that all original parts are doped in the same way, so that it is possible to detect plagiarisms on the basis of the doping, without being able to distinguish the individual original parts from one another.
  • individual coding of the individual original parts to take place within the scope of the doping in order to be able to individually identify the individual original parts on the basis of the coding.
  • the coding of the individual coating system components can be carried out, for example, by varying the doping strength, the doping location and / or the doping agent.
  • the coating system component is preferably an application element which rotates during operation and which applies a coating agent to a component to be coated.
  • application elements are bell cups and spray discs for rotary atomizers.
  • a coating system component used in the context of the invention is not limited to application elements but encompasses any components of coating systems, such as color changers, atomizer parts, metering pumps and robot parts, to name just a few examples.
  • the base body and the coating provided for the stiffening are preferably designed so that the basic body without the coating does not have sufficient speed resistance, but only in the finished state with the coating.
  • the base body is preferably made of plastic or a plastic composite material in order to achieve the lowest possible weight of the base body.
  • the invention is not limited to plastics with respect to the material for the main body, but also with other materials as light as possible feasible.
  • the invention makes it possible to realize a relatively light coating system component which, together with the main body and the functional element, has an average mass density which can lie in the range between 1 g / cm 3 and 5 g / cm 3 .
  • the coating plant component according to the invention has a specific strength ratio between the mechanical strength of the material of the functional element on the one hand and the strength of the material of the main body on the other hand, wherein the material of the functional element usually has a substantially greater strength than the material of the body.
  • the strength ratio with respect to the tensile strength is at least 1: 4.
  • the coating installation component according to the invention (eg bell cup) has a specific mass density ratio between the mass density of the material of the functional element and the mass density of the material of the base body, the material of the functional element generally having a mass density which is significantly greater than the material. al of the main body.
  • the mass density ratio is in the range of 1: 20-1: 2.
  • the coating system component according to the invention has a specific thickness ratio between the material thickness of the main body and the layer thickness of the coating, wherein the thickness ratio is preferably in the range of 100,000: 1 to 1: 1.
  • the thickness ratio can range from 1:20 to 1: 2.
  • the invention is not limited to a single bell cup, but also includes a rotary atomizer with a bell cup according to the invention.
  • the invention also includes a painting device, such as a multi-axis painting robot, which has a rotary atomizer with the above-described bell plate according to the invention as an application device.
  • a painting device such as a multi-axis painting robot, which has a rotary atomizer with the above-described bell plate according to the invention as an application device.
  • the invention also encompasses a corresponding production method for producing a coating installation component according to the invention, wherein the functionalizing coating is applied to the basic body in the context of the manufacturing method according to the invention.
  • various methods can be used, such as painting, dipping, plasma coating, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD: Physical vapor deposition), plasma-assisted chemical vapor deposition (PACVD: JPlasma Assisted Chemical Vapor Deposition), electroless metal deposition or electroplating, while also Any combinations of the aforementioned coating methods are possible.
  • the base body can be produced for example by a rapid prototyping method, as described for example in German Patent Application 10 2008 047 118.6.
  • the main body is produced by an injection molding process or by a machining process.
  • the invention also makes it possible to use non-light-stable polymers (for example UV-crosslinking polymers), as described, for example, in US Pat. be used in stereolithographic processes, since they are completely protected by the coating from UV light.
  • non-light-stable polymers for example UV-crosslinking polymers
  • the base body consists of a material mix.
  • metal parts can be contained in the base body, wherein the metal parts can be screwed in, cast in or injected, for example. So it may be useful, for example, that the connection to the turbine consists of a metallic part.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a conventional bell cup in the mounted state on a rotary atomizer
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a part of a bell cup according to the invention with a weight-reducing cavity and a mechanically stiffening coating
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a part of a bell cup according to the invention in another exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a surface area of a coating installation component according to the invention with a base body and a single-layer coating
  • FIG. 5 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 4 with a four-layer coating
  • Figure 6 shows a modification of the embodiment of Figure 4 with a two-ply coating, as well
  • FIG. 1 The cross-sectional view in Figure 1 shows a conventional bell cup 1 in the assembled state on a rotary atomizer only partially shown 2.
  • the bell cup 1 is conventionally made of titanium or aluminum in order to achieve the highest possible strength and a correspondingly high speed resistance with the lowest possible weight.
  • the bell cup 1 furthermore has a cavity 3 which, however, is not shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a part of a bell cup 1 according to the invention, partially in line with the present invention. 1, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • a special feature of this bell cup 1 according to the invention consists first of all in that the bell cup 1 has a shaping basic body 4 which consists of plastic and is therefore relatively light.
  • the main body 4 has a substantially lower mechanical strength than the conventional bell cup 1 consisting of aluminum or titanium according to FIG. 1.
  • the base body 4 is therefore provided externally with a mechanically stiffening coating 5.
  • the inner wall of the cavity 3 is also provided with a mechanically stiffening coating 6.
  • the coatings 5, 6 consist in this embodiment of a nanocrystalline metal layer with a layer thickness of 500 .mu.m.
  • FIG. 3 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and illustrated in FIG. 2, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • a special feature of this embodiment is that the bell cup 1 has no cavity 3, but is provided only on the outside with the coating 5.
  • the cross-sectional view in FIG. 4 shows in schematic form a main body 7 of a coating system component with a single-layer coating 8 applied to the main body 7 for functionalizing the coating system component.
  • the coating 8 is also a nanocrystalline metal layer in this embodiment.
  • FIG. 5 corresponds in part to the exemplary embodiment described above and illustrated in FIG. 4, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • a special feature of this embodiment is that the coating 8 is not single-layered, but has four superimposed layers 8.1-8.4.
  • the layers 8.1-8.4 in this case have different material properties, so that within the coating 8 a material gradient forms from the inside to the outside. For example, the strength, the hardness and / or the electrical conductivity in the coating 8 can increase from the inside to the outside.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 6 in turn largely corresponds to the exemplary embodiments described above and illustrated in FIGS. 4 and 5, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • a special feature of this embodiment is that the coating 8 is two-ply and has two layers 8.1, 8.2, which lie one above the other.
  • the outer layer 8.1 in this exemplary embodiment is an anti-adhesive layer which is optionally electrically conductive or electrically nonconductive.
  • the underlying layer 8.2 is a nanocrystalline metal layer or another electrically conductive layer.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and illustrated in FIG. 2, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • a special feature of this embodiment is that the inner wall of the cavity 3 is not coated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsanlagenbauteil (1), insbesondere Glockenteller (1) für einen Rotationszerstäuber (2), mit einem formgebenden Grundkörper (4; 7) und einem Funktionselement (5, 6; 8) zur mechanischen Versteifung und/oder zur chemischen und/oder elektrischen Funktionalisierung des Beschichtungsanlagenbauteils (1), wobei das Funktionselement (5, 6; 8) aus einem Material mit einer größeren Massendichte besteht als der Grundkörper (4; 7). Es wird vorgeschlagen, dass das Funktionselement (5, 6; 8) eine Beschichtung (5, 6; 8) ist, die mindestens teilweise auf den Grundkörper (4; 7) aufgebracht ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren.

Description

BESCHREIBUNG
Beschichtungsanlagenbauteil , insbesondere Glockenteller , und entsprechendes Herstellungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsanlagenbauteil, insbesondere 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 vor- teilhaft, 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 EP 1 317 962 Bl und DE 20 2007 015 115 Ul bekannt. Derartige Verbundglockenteller weisen eine Materialkombination aus einem leichten Material mit relativ geringer Festigkeit und einem schweren Material mit einer hohen Festigkeit auf, um einen Glockenteller mit möglichst geringem Gewicht und möglichst großer Festigkeit zu erreichen. Die Verbundglockenteller bestehen deshalb aus mehreren Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien, wobei die verschiedenen Bauteile bei der Montage miteinander verbunden werden. Auch derartige Verbundglockenteller bilden jedoch noch keinen befriedigenden Kompromiss zwischen den Konstruktionszielen eines möglichst geringen Gewichts einerseits und einer möglichst großen Festigkeit andererseits .
Aus DE 44 39 924 Al, US 4 398 493 A, WO 90/01568 Al und US 5 c 249 554 A sind weitere Beschichtungen bekannt.
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. reibungs- mindernden Beschichtung sind beispielsweise bekannt aus DE 101 12 854 Al und DE 10 2006 022 057 B3.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Glockenteller zu schaffen, der bei möglichst geringem Gewicht eine möglichst große mechanische Festigkeit aufweist. Weiter- hin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Herstellungsverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemaßes Beschichtungs- anlagenbauteil und durch ein entsprechendes Herstellungsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelost.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, dass das Beschichtungsanlagenbauteil (z.B. ein Glockenteller) ei- nen formgebenden Grundkorper und ein Funktionselement aufweist, wobei das Funktionselement zur mechanischen Versteifung und/oder zur chemischen und/oder elektrischen und/oder zur tribologischen Funktionalisierung des Beschichtungsanla- genbauteils dient und aus einem Material mit einer größeren Massendichte besteht als der formgebende Grundkorper. Erfin- dungsgemaß ist nun als Besonderheit vorgesehen, dass das Funktionselement nicht als separates eigenständiges Bauteil des Glockentellers ausgebildet ist, sondern aus einer Be- schichtung besteht, die mindestens teilweise auf den Grund- korper aufgebracht und mit dem Grundkorper verbunden ist.
In einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist das schichtformige Funktionselement auf dem Grundkorper ein Versteifungselement, das aus einem Material besteht, das ge- genuber dem Material des Grundkorpers eine größere Massendichte und eine größere Festigkeit aufweist. Die Beschichtung auf dem Grundkorper hat hierbei also die Funktion, den Grundkorper und damit auch das fertige Beschichtungsanlagenbauteil mechanisch zu versteifen, was insbesondere bei einem Glocken- teller vorteilhaft ist, um die Drehzahlfestigkeit des Glockentellers zu erhohen. Hierbei besteht ein grundsatzlicher Unterschied gegenüber den eingangs erwähnten herkömmlichen Glockentellern mit einer reibungsmindernden bzw. verschleißmindernden Beschichtung, da diese herkömmlichen Beschichtun- gen die Steifigkeit des Glockentellers und damit die Drehzahlfestigkeit des Glockentellers nicht verbessern, sondern lediglich die Standzeit gegenüber abrasiven mechanischen Belastungen erhöhen. Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsan- lagenbauteil (z.B. Glockenteller) erhöht die mechanisch versteifende Beschichtung also die Steifigkeit des Beschich- tungsanlagenbauteils wesentlich, so dass die Steifigkeit des Beschichtungsanlagenbauteils mit der mechanisch versteifenden Beschichtung den vorgegebenen Anforderungen genügt, wohinge- gen der Grundkörper allein ohne die versteifende Beschichtung den vorgegebenen Anforderungen nicht genügt.
Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass das Funktionselement nicht zur mechanischen Versteifung des Be- Schichtungsanlagenbauteils dient, sondern 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 chemisch funkti- onalisiert. 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 Funktionali- sierung, der tribologischen und der chemischen Funktionalisierung miteinander zu kombinieren.
Bei der Beschichtung des Grundkörpers kann es sich beispielsweise um eine Metallbeschichtung, eine Keramikbeschichtung, eine Diamantkeramikbeschichtung, eine kohlenstoffhaltige Be- schichtung und/oder eine nanokristalline Beschichtung handeln, wie beispielsweise die nanokristalline Metallbeschich- tung, die von der Firma DuPont unter der Marke MetaFuse™ an- geboten wird. Weiterhin kann die Beschichtung aus organischen, anorganischen oder metallischen Substanzen oder einer Mischung daraus bestehen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Beschichtung eine Schichtdicke auf, die im Bereich von wenigen Nanometern bis mehreren Millimetern liegen kann. Die Schichtdicke ist also vorzugsweise größer als lnm, 5nm, lOnm, lOOnm oder sogar größer als lmm. Weiterhin ist die Schichtdicke vorzugsweise kleiner als 5mm, 2mm, lmm, 500nm, 200nm oder sogar kleiner als lOOnm. 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 übereinan- derliegende Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften enthält. Beispielsweise kann die funktionalisierende Be- Schichtung eine verschleißmindernde Schicht, eine steifig- keitserhöhende Schicht, eine Antihaftschicht und/oder eine chemisch widerstandsfähige Schicht enthalten. Falls die funk- tionalisierende Beschichtung eine Antihaftschicht enthält, so ist es bevorzugt, wenn die Antihaftschicht einen Reibwert von weniger als 0,3, 0,2, 0,1 oder sogar weniger als 0,05 aufweist. Vorzugsweise liegt der Reibwert der Antihaftschicht im Bereich von 0,02-0,3, wobei sich die Reibwerte auf eine Messung beziehen, bei der im trockenen Zustand gegenüber Stahl gemessen wird. 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 Va- riante 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 aufge- bracht 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 unterschei- den 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 Be- Schichtungsanlagenbauteile kann beispielsweise erfolgen, indem die Dotierungsstärke, der Dotierungsort und/oder das Dotierungsmittel variiert werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist bereits ersichtlich, dass es sich bei dem Beschichtungsanlagenbauteil vorzugsweise um ein im Betrieb rotierendes Applikationselement handelt, das ein Beschichtungsmittel auf ein zu beschichtendes Bauteil appliziert. Beispiele für derartige Applikationselemente sind Glockenteller und Sprühscheiben für Rotationszerstäuber.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Be- schichtungsanlagenbauteils ist jedoch nicht auf Applikationselemente beschränkt, sondern umfasst jegliche Bauteile von Beschichtungsanlagen, wie beispielsweise Farbwechsler, Zer- stäuberteile, Dosierpumpen und Roboterteile, um nur einige Beispiele zu nennen.
Der Grundkörper und die zur Versteifung vorgesehene Beschichtung sind hierbei vorzugsweise so konzipiert, dass der Grund- körper 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 lg/cm3 und 5g/cm3 liegen kann.
Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Beschichtungsanla- genbauteil 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 Fes- tigkeitsverhältnis betreffend die Zugfestigkeit mindestens 1:4.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Beschichtungsanlagenbau- teil (z.B. Glockenteller) ein bestimmtes Massendichteverhält- nis 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 Materi- al des Grundkörpers. Vorzugsweise liegt das Massendichtever- hältnis im Bereich von 1:20-1:2.
Ferner weist das erfindungsgemäße Beschichtungsanlagenbauteil ein bestimmtes Dickenverhältnis zwischen der Materialstärke des Grundkörpers und der Schichtdicke der Beschichtung auf, wobei das Dickenverhältnis vorzugsweise im Bereich von 100.000:1 bis 1:1. 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 Lackieranlagenbauteils, wobei im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens die funktionalisierende Beschichtung auf den Grundkörper aufgebracht wird.
Hierzu können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, wie beispielsweise Lackieren, Tauchen, Plasma-Beschichten, chemi- sehe Gasphasenabscheidung (CVD: Chemical Vapor Deposition) , physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD: £hysical Vapor Deposition) , plasma-unterstützte chemische Dampfphasenabscheidung (PACVD: JPlasma Assisted Chemical Vapor Deposition), stromlose Metallabscheidung oder Galvanisieren, wobei auch beliebige Kombinationen der vorstehend erwähnten Beschich- tungsverfahren 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 10 2008 047 118.6 beschrieben ist.
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 Polyme- re) , 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:
Figur 1 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Glockentellers im montierten Zustand an einem Rotationszerstäuber, Figur 2 eine Querschnittsansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Glockentellers mit einem gewichtsmindernden Hohlraum und einer mechanisch versteifenden Beschichtung,
Figur 3 eine Querschnittsansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Glockentellers in einem anderen Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine Querschnittsansicht eines Oberflächenbereichs eines erfindungsgemäßen Beschichtungsanlagenbauteils mit einem Grundkörper und einer einlagigen Beschichtung,
Figur 5 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4 mit einer vierlagigen Beschichtung,
Figur 6 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4 mit einer zweilagigen Beschichtung, sowie
Figur 7 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von Figur 2.
Die Querschnittsansicht in Figur 1 zeigt einen herkömmlichen Glockenteller 1 im montierten Zustand an einem nur aus- schnittsweise dargestellten Rotationszerstäuber 2. Der Glockenteller 1 besteht herkömmlicherweise aus Titan oder Aluminium, um bei möglichst geringem Gewicht eine möglichst große Festigkeit und eine entsprechend hohe Drehzahlfestigkeit zu erreichen. Zur Gewichtsminimierung weist der Glockenteller 1 weiterhin einen Hohlraum 3 auf, der jedoch in Figur 1 nicht dargestellt ist.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Glockentellers 1, der teilweise mit dem vor- stehend beschriebenen und in Figur 1 dargestellten Glockenteller 1 übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen ver- wendet werden.
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 Figur 1.
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 Beschich- tung 6 versehen.
Die Beschichtungen 5, 6 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus einer nanokristallinen Metallschicht mit einer Schichtdicke von 500μm.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden. 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 Figur 4 zeigt in schematisierter Form einen Grundkörper 7 eines Beschichtungsanlagenbauteils mit einer auf den Grundkörper 7 aufgebrachten einlagigen Beschichtung 8 zur Funktionalisierung des Beschichtungsanlagenbauteils. Bei der Beschichtung 8 handelt es sich auch in die- sem Ausführungsbeispiel um eine nanokristalline Metallschicht .
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 stimmt teilweise mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Beschichtung 8 nicht einlagig ist, sondern vier ü- bereinander 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 Material- gradient 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 Figur 6 stimmt wiederum weitge- hend mit den vorstehend beschriebenen und in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden. 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 liegen- den 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 Figur 7 stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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.
Bezugs zeichenliste :
1 Glockenteller
2 Rotations Zerstäuber
3 Hohlraum
4 Grundkörper
5 Beschichtung
6 Beschichtung
7 Grundkörper
8 Beschichtung
8.1-8.4 Schichten

Claims

ANSPRUCHE
1. Beschichtungsanlagenbauteil (1) , insbesondere Glockenteller (1) für einen Rotationszerstäuber (2) , mit a) einem formgebenden Grundkörper (4; 7) und b) einem Funktionselement (5, 6; 8) zur mechanischen Versteifung und/oder zur chemischen und/oder elektrischen und/oder tribologischen Funktionalisierung des Be- schichtungsanlagenbauteils (1) , wobei das Funktionselement (5, 6; 8) aus einem Material mit einer größeren Massendichte besteht als der Grundkörper (4; 7) , dadurch gekennzeichnet, dass c) das Funktionselement (5, 6; 8) eine Beschichtung (5, 6; 8) ist, die mindestens teilweise auf den Grundkörper (4; 7) aufgebracht ist.
2. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (5, 6; 8) ein Versteifungselement ist, das aus einem Material besteht, das gegenüber dem Material des Grundkörpers (4; 7) eine größere Massendichte und eine größere Festigkeit aufweist.
3. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Material der Beschichtung (5, 6; 8) andere e- lektrische Eigenschaften aufweist als das Material des Grundkörpers (4; 7) , insbesondere eine andere elektri- sehe Leitfähigkeit, und/oder b) dass das Material der Beschichtung (5, 6; 8) andere chemische Eigenschaften aufweist als das Material des Grundkörpers (4; 7) , und/oder c) dass das Material der Beschichtung (5, 6; 8) andere tribologische Eigenschaften aufweist als das Material des Grundkörpers (4; 7) .
4. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5, 6; 8) a) eine Metallbeschichtung, b) eine Keramikbeschichtung, c) eine Diamantkeramikbeschichtung, d) eine kohlenstoffhaltige Beschichtung (5, 6; 8) und/oder e) eine nanokristalline Beschichtung (5, 6; 8) ist und/oder f) aus organischen, anorganischen oder metallischen Sub- stanzen oder einer Mischung daraus besteht,
5. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5, 6; 8) eine Schichtdicke aufweist, a) die größer ist als lnm, 5nm, lOnm, 50nm, lOOnm, 200nm,
500nm, lmm, 2mm oder 5mm, und/oder b) die kleiner ist als 5mm, 2mm, lmm, 500nm, 200nm oder lOOnm.
6. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Beschichtung (5, 6; 8) mehrere übereinander liegende Schichten (8.1-8.4) mit unterschiedlichen Eigenschaften enthält, und/oder b) dass die Beschichtung (5, 6; 8) einen Materialgradienten aufweist, so dass sich eine Materialeigenschaft entlang dem Materialgradienten verändert, und/oder c) dass der Materialgradient innerhalb mindestens einer der Schichten (8.1-8.4) auftritt, so dass sich die Materialeigenschaften innerhalb der Schicht ändern, oder d) dass der Materialgradient innerhalb der Beschichtung (5, 6; 8) über mehrere Schichten (8.1-8.4) hinweg auftritt, so dass sich die Materialeigenschaften in der Beschichtung (5, 6; 8) über mehrere Schichten (8.1-8.4) hinweg ändern, und/oder e) dass die Beschichtung (5, 6; 8) und/oder die einzelnen Schichten (8.1-8.4) der Beschichtung (5, 6; 8) von innen nach außen aus zunehmend härter werden.
7. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5, 6; 8) fol- gende Schichten (8.1-8.4) aufweist: a) eine verschleißmindernde Schicht, und/oder b) eine steifigkeitserhöhende Schicht, und/oder
'c) eine Antihaftschicht oder eine Gleitschicht, insbesondere eine Antihaftschicht oder eine reibungsmindernde Schicht mit einem Reibwert von weniger als 0,3, 0,2, 0,1 oder 0,05, und/oder d) eine chemisch widerstandsfähige Schicht, und/oder e) eine adhäsionsmindernde Schicht.
8. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5, 6; 8) mindestens teilweise auf eine Innenwand eines Hohlraums (3) in dem Beschichtungsanlagenbauteil (1) aufgebracht ist.
9. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5, 6; 8) mit einem Dotierungsmittel dotiert ist.
10. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Beschichtungsanlagenbauteil (1) ein im Betrieb rotierendes Applikationselement ist, das ein Beschich- tungsmittel auf ein zu beschichtendes Bauteil appliziert, insbesondere ein Glockenteller (1) oder eine Sprühscheibe für einen Rotationszerstäuber (2) , und/oder b) dass der Grundkörper (4; 7) ohne die Beschichtung (5, 6; 8) keine ausreichende Drehzahlfestigkeit aufweist, sondern nur im fertigen Zustand mit der Beschichtung (5, 6; 8) .
11. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsanlagenbauteil (1) zusammen mit dem Grundkörper (4; 7) und dem Funktionselement (5, 6; 8) eine durchschnittliche Massendichte aufweist, die a) größer als 0,5g/cm3 oder lg/cm3 und/oder b) kleiner als lOg/cm3 7g/cm3 oder 5g/cm3 ist.
12. Beschichtungsanlagenbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) ein bestimmtes Festigkeitsverhältnis zwischen der Fes- tigkeit des Materials des Funktionselements (5, 6; 8) und der Festigkeit des Materials des Grundkörpers (4; 7), wobei das Festigkeitsverhältnis größer als 1, 2 o- der 3 und/oder kleiner als 20, 10, 5, oder 4 ist, und/oder b) ein bestimmtes Massendichteverhältnis zwischen der Massendichte des Materials des Funktionselements (5, 6; 8) und der Massendichte des Materials des Grundkörpers (4; I)1 wobei das Massendichteverhältnis größer als 1, 2 oder 4 und/oder kleiner als 50, 40, 20, 15 oder 10 ist, und/oder c) ein bestimmtes Dickenverhältnis zwischen der Materialstärke des Grundkörpers (4; 7) und der Schichtdicke der Beschichtung (5, 6; 8), wobei das Dickenverhältnis größer als 1, 10, 100, 1.000, 10.000 oder 100.000 und/oder kleiner als 100.000, 10.000, 1.000 oder 100 ist.
13. Rotationszerstäuber (2) mit einem Glockenteller (1) o- der einer Sprühscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
14. Lackiervorrichtung, insbesondere mehrachsiger Lackierroboter, mit einem Rotationszerstäuber (2) nach Anspruch 13.
15. Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsanlagen- bauteils (1), insbesondere eines Glockentellers (1) oder einer Sprühscheibe für einen Rotationszerstäuber (2), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellung eines formgebenden Grundkörpers (4; 7), b) Bereitstellung eines Funktionselements (5, 6; 8) zur mechanischen Versteifung und/oder zur chemischen oder elektrischen Funktionalisierung des Beschichtungsanla- genbauteils (1), wobei das Funktionselement (5, 6; 8) aus einem schwereren Material besteht als der Grundkörper (4; I)1 dadurch gekennzeichnet, dass c) das Funktionselement (5, 6; 8) eine Beschichtung (5, 6; 8) ist, die mindestens teilweise auf den Grundkörper
(4; 7) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet:, dass die Beschichtung (5, 6; 8) durch eines der folgenden Verfahren auf den Grundkörper (4; 7) aufgebracht wird: a) Lackieren b) Tauchen c) Plasma-Beschichten d) Chemische Gasphasenabscheidung e) Physikalische Dampfphasenabscheidung f) Plasma-unterstützte chemische Dampfphasenabscheidung g) Stromlose Metallabscheidung h) Galvanisieren.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Grundkörper (4; 7) mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, insbesondere eines Rapid- Prototyping-Verfahrens, hergestellt wird, oder b) dass der Grundkörper (4; 7) mittels kunststoff- formgebender Verfahren hergestellt wird, insbesondere mittels Spritzguss oder spanender Verfahren.
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