CN102281954A - 特别是钟形杯的、涂敷的涂敷机部件以及相应的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涂敷机部件(1)，特别是用于旋转雾化器(2)的钟形板(1)，其具有成型的本体(4；7)和用于涂敷机部件(1)的机械硬化和/或化学的和/或电气的功能化的功能性构件(5、6；8)，其中所述功能性构件(5、6；8)是由质量密度比本体(4；7)更大的材料制造的。根据本发明，所述功能性构件(5、6；8)是至少局部地施加到本体(4；7)上的涂层(5、6；8)。此外，本发明涉及一种相应的生产方法。

Description

特别是钟形杯的、涂敷的涂敷机部件以及相应的生产方法
技术领域
本发明涉及一种涂敷机部件，特别是涉及用于旋转雾化器的钟形杯及合适的生产方法。 
背景技术
在用于涂敷车身部件的现代涂漆厂中，旋转雾化器主要用作涂料施加设备，其具有快速旋转的钟形杯，该钟形杯由于作用于涂料上的离心力而喷射并雾化待施加的涂料。 
设计这样的钟形杯的一个目的是达到可能的最小重量，以便减少钟形杯由于非常高的旋转速度而施加在轴承单元上或者作为驱动单元的压缩空气涡轮机上的机械负荷。此外，钟形杯的可能的最小重量提供了以下优点：使与制动和加速钟形杯有关的作用力最小，并且因此减小了钟形杯喷出的危险，钟形杯喷出表示了发生事故的非常高的危险。 
另一方面，钟形杯的设计必须达到足够的旋转速度的强度，以便所使用的材料必须显示出足够的强度。因此，传统的钟形杯通常是由钛或者铝制成的，以便达到对于最低可能重量的足够强度。 
还从EP 1 317 962 B1和DE 20 2007 015 115 U1中已知了一种所谓的组合的钟形杯。这样组合的钟形杯是由较低强度的轻型材料和具有高强度的重型材料制成的材料组合所构成的，以便获得具有最低可能重量和最高可能强度的钟形杯。因此，所述组合钟形杯由许多不同材料制成的部件构成，各个部件在组装期间被相互连接在一起。然而，这种类型的组合钟形杯同样仍没有在一方面获得最低可能的重量并且另一方面还获得最高可能的强度的设计目标之间获得令人满意的平衡。 
此外，从DE 44 39 924 A1、US 4 398 493 A、WO 90/01568 A1和US 5 249 554 A中已知了涂层。 
为了完善起见，应当还涉及具有减小摩擦力的涂层或者减小磨损的涂层的传统的钟形杯，然而所述涂层不对钟形杯的重量和机械强度具有任何影响。例如，从DE 101 12 854 A1和DE 10 2006 022 057 B3中已知了具有减小磨损的涂层或者减小摩擦力的涂层的这样的钟形杯。 
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种钟形杯，其具有最低可能重量和最高可能强度。本发明的另一目的是提供一种合适的制造工艺。 
该目的是通过根据本发明的涂敷机和根据独立权利要求的相应制造工艺来实现的。 
本发明包括总的技术教导，涂敷机部件(例如，钟形杯)具有构型本体和功能性构件，所述功能性构件用来实现涂敷机部件的硬化和/或化学的和/或电气的和/或摩擦的功能化，并且由质量密度比构型本体的更高的材料构成。根据本发明，现在提供了特别的特征，功能性构件未被设计成钟形杯的单独的独立部分，而是由涂层构成，该涂层至少局部地施加到本体上并且连接到本体上。 
在本发明的优选实施例中，本体上的分层的功能性构件是硬化构件，该硬化构件具有比构型本体的质量密度更大的质量密度和更高的强度。因此，本体上的涂层具有通过机械方法硬化的本体并且从而还加工完成涂覆机部件的功能，这对于增加钟形杯的旋转速度的强度是特别有益的。这样，实现了与上述的传统钟形杯的根本差别，其具有减小摩擦的涂层和减小磨损的涂层，因为这些传统的涂层没有提高钟形杯的刚度，并且因此没有提高钟形杯的旋转速度的强度，只是简单地提高了当经受磨蚀性的机械负载时的使用寿命。对于根据本发明的涂敷机部件(例如，钟形杯)，用机械方法硬化涂层显著地增加了涂敷机部件的刚度，以使具有用机械方法硬化的 涂层的涂敷机部件的刚度符合规定的要求，然而其自身没有硬化涂层的本体不符合规定的要求。 
然而，还替代地存在这样的可能性，即，功能性构件不但用于用机械方法硬化涂敷机部件，而且起到使涂敷机部件电气功能化的作用。例如，涂层可以由与制造本体的材料具有不同导电性的材料构成。 
还存在这样的可能性，即，分层的功能性构件用化学方法来使涂敷机部件功能化。为了这样做，涂层可以由与制造构型本体的材料具有不同化学性质的材料构成。 
此外，作为本发明的一部分，存在将机械硬化、电气功能化、摩擦及化学功能化的以上新颖的变型结合在一起的可能性。 
本体的涂层例如可以是金属涂层、陶瓷涂层、金刚石陶瓷涂层、含有碳的涂层和/或纳米晶(nanocrystalline)涂层，例如，由DuPont公司以商标名称MetaFuseTM提供的纳米晶金属镀层。涂层还可以由有机的、无机的或者金属物质或者其混合物构成。 
在本发明的一个优选实施例中，涂层具有可以在几纳米直到若干毫米范围内的层厚。因此，层厚优选大于1纳米、5纳米、10纳米、100纳米或甚至大于1毫米。此外，层厚优选小于5毫米、2毫米、1毫米、500纳米、200纳米或甚至小于100纳米。然而，关于功能化的涂层的层厚，本发明不限于上述的数值范围，而其他层厚也是可行的。 
此外，作为本发明的一部分，存在这样的可能性，即，功能化的涂层是由具有不同性质的、彼此上下设置的多个层构成的。例如，功能化的涂层可以包括减小磨损的涂层、增加刚度的涂层、抗粘着的涂层和/或耐化学品的涂层。如果功能化的涂层包含抗粘着的涂层，则优选是，所述抗粘着的涂层具有小于0.3、0.2、0.1或者甚至小于0.05的摩擦系数。抗粘着涂层的摩擦系数优选在0.02-0.3的范围内，所述摩擦系数是以相对处于干状态的钢所测得测量结果为基准的。 
此外，作为本发明的一部分，存在这样的可能性，即，所述涂层具有 横穿涂层的路径的材料梯度，从而涂层中的材料性能沿材料梯度变化，也就是说，横穿该层的路径。在本发明的一个变型中，材料梯度出现在至少一个层内，从而材料性能在所涉及的层内改变。在本发明的另一变型中，另一方面，材料梯度出现在涂层内多个层上，从而涂层中的材料性质可以在多个层上变化。例如，存在这样的可能性，即，涂层和/或涂层的单独的层从内到外越来越硬。 
此外，应当提及这样的事实，即，功能化的涂层至少部分地被施加到本体上。一方面，作为本发明的一部分，产生这样的可能性，即，本体的整个表面被功能化的涂层覆盖。然而，另一方面，备选是，功能化的涂层仅被施加到本体的一部分表面上。 
此外，存在这样的可能性，即，本体具有空腔，例如，以便减小本体的重量，功能化的涂层能够被施加到本体的空腔的内壁上。 
作为本发明的一部分，还存在这样的可能性，涂层还掺有掺杂物，以便能够将原始部分从伪品(fake)中区分出来。其中，这是有意义的，因为钟形杯必须满足一定安全要求。掺有掺杂物的层在半导体技术领域中也是已知的，并且因而无须在此更详细地描述。在掺杂涂层的过程中，同样有可能对所有的原始部分掺杂，以便可以在不能区分开单独原始部分的情况下基于掺杂物而识别出伪品。作为本发明的一部分，还存在这样的可能性，即，单独的原始部分的单独的编码作为掺杂过程的一部分出现，以便稍后能够基于编码个别地识别出单独的原始部分。单独的涂敷机部件的编码例如可能由于掺杂强度、掺杂位置和/或掺杂物改变而出现。 
从以上说明已经明确，涂敷机部件优选是用来将涂层剂施加到待涂敷的部件之一上的转动施加构件。这样的施加构件的实例是用于旋转雾化器的钟形杯和喷射盘。 
然而，用于本发明的说明书中的术语“涂敷机部件”不限于施加构件，而且包括例如颜色变换器、雾化部分、计量泵和机械手的一部分(仅举几个实例)的所有部件。 
本体和为另外的硬化而设的涂层优选按这样的方式设计，即，本体在没有涂层的情况下不具有足够的旋转速度强度，但是仅在具有所述涂层的加工完成状态下具有足够的旋转速度强度。 
此外，将提到，本体优选是由塑料或者塑料化合物材料制成的，以便实现本体的最低可能的重量。然而，本发明不限于塑料作为制造本体的材料，而是还可以使用其他可能使用的轻型材料来实现。 
本发明考虑到实现相对轻的涂层机器部件，其与本体和功能性构件一起具有能处于1g/cm3到5g/cm3范围的平均质量密度。 
此外，根据本发明的涂敷机部件在一方面制造功能性构件的材料的机械强度和另一方面制造本体的材料的强度之间具有一定强度比，制造功能性构件的材料通常具有比制造本体的材料显著高的强度。涉及拉伸强度的所述强度比优选至少为1∶4。 
此外，根据本发明的涂敷机部件(例如，钟形杯)在制造功能性构件的材料的质量密度和制造本体的材料的质量密度之间具有一定质量密度比，制造功能性构件的材料通常具有比制造本体的材料显著高的质量密度。所述质量密度比优选在1∶20-1∶2的范围内。 
此外，根据本发明的涂敷机部件在制造本体的材料的厚度和涂层的层厚之间具有一定厚度比，所述厚度比优选处于100.000∶1到1∶1的范围内。例如，所述厚度比可以处于1∶20到1∶2的范围。 
此外，还提到，本发明不限于单个钟形杯，而且包括具有根据本发明的钟形杯的旋转雾化器。 
此外，本发明还包括涂敷设备，例如，具有作为涂料施加设备的旋转雾化器的多轴涂料机器人，所述旋转雾化器具有根据如上所述的本发明的钟形杯。 
最后，本发明还包括用于生产新颖的涂敷机部件的合适的生产方法，作为根据本发明的制造方法的一部分，将功能化的涂层施加到本体上。 
可以采用各种方法来这样做，例如，涂涂料、浸沾、等离子涂敷、化 学气相淀积(CVD)、物理气相淀积(PVD)、等离子加强化学气相淀积(PACVD)无电流金属沉积或者电镀，还可以具有以上所提到的涂敷方法的任何期望的组合。 
此外，还应当提到，例如，可以使用例如在德国专利申请10 2008 047 118.6中所描述的快速原型(rapid-prototyping)方法来生产本体。 
替代地，还存在这样的可能性，即，使用注射成型方法或者借助于材料切割方法来制造本体。 
此外，本发明允许使用不耐光的聚合物(例如，紫外线-交联聚合物)，例如，用于立体光照成型(stereolithographic)方法的那些聚合物，因为这些聚合物可以通过涂层而完全防止紫外光。 
还存在由材料的混合物制造本体的可能性。例如，可以将金属部件引入到本体中，所述金属部件能够例如被拧入或者铸入或者注射到其中。因此，例如，至涡轮机的连接部包括金属部件是有意义的。 
附图说明
本发明的其他有益的进一步发展在从属权利要求中表示出，或者在以下与参照附图的本发明的实施例的优选实例的描述一起更详细地阐明。这些附图显示了： 
图1是处于安装到旋转雾化器上的状态的传统的钟形杯的横截面图， 
图2是根据本发明的具有减小重量的腔室和用机械方法硬化涂层的钟形杯的一部分的横截面图， 
图3是根据本发明的另一实例性实施例中的钟形杯的一部分的横截面图， 
图4是根据本发明的具有本体和单层涂层的钟形杯的表面积的横截面图， 
图5是根据图4的具有四层的涂层的实例性实施例的改进， 
图6是根据图4的具有两层的涂层的实例性实施例的改进， 
图7是图2中的实例性实施例的改进。 
具体实施方式
图1中的横截面图显示了处于安装在仅局部地示出的旋转雾化器2上的状态中的传统的钟形杯1。钟形杯1通常是由钛或者铝制成的，以便获得最高可能强度和对于最低可能重量的适当的高转速强度。为了使重量最小，钟形杯1还具有腔室3，然而腔室3未在图1中示出。 
图2显示了根据本发明的钟形杯1的横截面图，其部分地相应于如上所述的并在图1中描绘出的钟形杯1，从而可以参考上述说明，其中为了避免重复，相同的附图标记用于相应的部件。 
根据本发明的该钟形杯1的一个特定特征是，钟形杯1具有由塑料制成的并且从而相对轻的构型本体4。另一方面，本体4具有比根据图1的由铝或者钛制成的传统的钟形杯1的机械强度显著低的机械强度。 
因此，本体4设有用机械方法的硬化涂层5，以便达到所需的机械强度。此外，腔室3的内壁还设有用机械方法的硬化涂层6以实现钟形杯1的机械硬化。 
在该实例中，涂层5、6是具有500μm层厚的纳米晶(nanocrystalline)金属层的实施例。 
如图3所示的实例性实施例又大体上相应于图2中示出的如上所述的实例性实施例，所以参见上面描述，为了避免重复，相同的附图标记用于相应的部件。 
该实例性实施例的一个特定特征是，钟形杯1没有腔室3，但是替代地在外侧上设有涂层5。 
图4中的横截面图按示意性的形式显示出了涂敷机部件的本体7，在本体7上具有用于使涂敷机部件功能化的单层的涂层8。在该实例性实施例中，涂层8是纳米晶金属层。 
如图5所示的实例性实施例部分地相应于图4中示出的如上所述的实 例性实施例，所以参见上面描述，为了避免重复，相同的附图标记用于相应的部件。 
该实例性实施例的一个特定特征是，涂层8不是单层的，由四层8.1-8.4构成的，该四层8.1-8.4彼此上下设置。层8.1-8.4具有不同的材料性质，从而在涂层8内部从内到外形成材料梯度。例如，涂层8中的强度、硬度和/或导电率可以从内到外地增加。 
根据图6的实例性实施例进而大体上相应于如上说明的及图4和5描绘的实例性实施例，所以参见上面描述，为了避免重复，相同的附图标记用于相应的部件。 
该实例性实施例的一个特定特征是，涂层8是两层的，并且具有彼此上下设置的两层8.1、8.2。在该实例性实施例中，外层8.1是抗粘着层，其可以是导电的或者不导电的。另一方面，位于下面的层8.2是纳米晶金属层或者另外的导电层。 
如图7所示的实例性实施例大体上相应于图2中示出的如上所述的实例性实施例，所以参见上面描述，为了避免重复，相同的附图标记用于相应的部件。 
该实例性实施例的特性是腔室3的内壁未被涂敷。 
本发明不限于如上所述的实例性实施例。当然存在许多可能的变型和改进，这同样利用本发明的概念，并且因此落入本发明的保护范围内。 
附图标记列表 
1钟形杯 
2旋转雾化器 
3腔室 
4本体 
5涂层 
6涂层 
7本体 
8涂层 
8.1-8.4层 

Claims (17)

1.涂敷机部件(1)，特别是用于旋转雾化器(2)的钟形杯(1)，具有
a)构型本体(4；7)，以及
b)功能性构件(5、6；8)，其用于所述涂敷机部件(1)的机械硬化和/或用于所述涂敷机部件(1)的化学的和/或电气的和/或摩擦的功能化，所述功能性构件(5、6；8)是由具有比所述本体(4；7)更高的质量密度的材料制造的，
其特征在于
c)所述功能性构件(5、6；8)是至少部分地施加到所述本体(4；7)上的涂层(5、6；8)。
2.根据权利要求1所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，所述功能性构件(5、6；8)是硬化构件，该硬化构件由与制造所述本体(4；7)的材料相比具有更高质量密度和更高强度的材料构成。
3.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，
a)所述涂层(5、6；8)的材料具有与制造所述本体(4；7)的材料不同的电气性质，特别是具有不同的导电率，和/或
b)所述涂层(5、6；8)的材料具有与制造所述本体(4；7)的材料不同的化学性质，和/或
c)所述涂层(5、6；8)的材料具有与制造所述本体(4；7)的材料不同的摩擦性质。
4.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，所述涂层(5)是
a)金属涂层，
b)陶瓷涂层，
c)金刚石陶瓷涂层，
d)含碳的涂层(5、6；8)，和/或
e)纳米晶涂层(5、6；8)，和/或
f)由有机的、无机的或者金属材料或者它们的混合物构成。
5.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，所述涂层(5、6；8)具有一定层厚，
a)该层厚大于1纳米、5纳米、10纳米、50纳米、100纳米、200纳米、500纳米、1毫米、2毫米或者5毫米，和/或
b)该层厚小于5毫米、2毫米、1毫米、500纳米、200纳米或者100纳米。
6.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，
a)所述涂层(5、6；8)具有不同性质的、彼此上下设置的多个层(8.1-8.4)，和/或
b)所述涂层(5、6；8)具有材料梯度，从而材料性质沿所述材料梯度变化，和/或
c)所述材料梯度存在于所述层(8.1-8.4)中的至少一个中，从而材料性质在所述层内变化，或者
d)所述材料梯度存在于所述涂层(5、6；8)中在多个层(8.1-8.4)上，从而材料性质在所述涂层(5、6；8)中在多个层(8.1-8.4)上变化，和/或
e)所述涂层(5、6；8)和/或所述涂层(5、6；8)的单层(8.1-8.4)从内到外变得越来越硬。
7.根据权利要求6所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，所述涂层(5、6；8)具有以下层(8.1-8.4)：
a)减小磨损层，和/或
b)增加刚度层，和/或
c)抗粘着层或者滑动层，特别是摩擦系数小于0.3、0.2、0.1或0.05的抗粘着层或者减小摩擦层，和/或
d)耐化学品层，和/或
e)减小粘附层。
8.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，所述涂层(5、6；8)被至少局部地施加到所述涂敷机部件(1)中的腔室(3)的内壁上。
9.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，所述涂层(5、6；8)掺有掺杂物。
10.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，
a)所述涂敷机部件(1)是用来将涂层剂施加到待涂敷的部件之一上的旋转施加构件，特别是钟形杯(1)或者用于旋转雾化器(2)的喷射盘，和/或
b)所述本体(4；7)在没有所述涂层(5、6；8)的情况下没有足够的旋转速度强度，而仅在具有所述涂层(5、6；8)的加工完成状态下具有足够的旋转速度强度。
11.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，所述涂敷机部件(1)与所述本体(4；7)和所述功能性构件(5、6；8)一起具有平均质量密度，所述平均质量密度为
a)大于0.5克/厘米3或者1克/厘米3，和/或
b)小于10克/厘米3、7克/厘米3或者5克/厘米3。
12.根据前述权利要求之一所述的涂敷机部件(1)，其特征在于，
a)在所述功能性构件(5、6；8)的材料的强度和所述本体(4；7)的材料的强度之间存在一定强度比，所述强度比大于1、2或者3和/或小于20、10、5或者4，和/或
b)在所述功能性构件(5、6；8)的材料的质量密度和所述本体(4；7)的材料的质量密度之间存在一定质量密度比，所述质量密度比大于1、2或者4和/或小于50、40、20或者10，和/或
c)在所述本体(4；7)的材料厚度和所述涂层(5、6；8)的层厚之间存在一定厚度比，所述厚度比大于1、10、100、1,000、10,000或者100,000和/或小于100,000、10,000、1,000或者100。
13.一种具有根据前述权利要求之一所述的钟形杯(1)或者喷射盘的旋转雾化器(2)。
14.一种具有根据权利要求13所述的旋转雾化器的涂料设备，特别是一种多轴涂料机械手。
15.一种用于制造特别是根据权利要求1到12之一所述的涂敷机部件(1)，特别是钟形杯(1)或者用于旋转雾化器(2)的喷射盘的方法，具有以下步骤：
a)设置构型本体(4；7)，
b)设置用于所述涂敷机部件(1)的机械硬化和/或用于化学的和/或电气的和/或电气的功能化的功能性构件(5、6；8)，所述功能性构件(5、6；8)是由质量密度比所述本体(4；7)的大的材料制造的，
其特征在于
c)所述功能性构件(5、6；8)是至少部分地被施加到所述本体(4；7)上的涂层(5、6；8)。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，使用以下方法之一来将所述涂层(5、6；8)施加到所述本体(4；7)上：
a)涂涂料
b)浸沾
c)等离子涂敷
d)化学气相淀积
e)物理气相淀积
f)等离子加强化学气相淀积
g)无电流金属沉积
h)电镀。
17.根据权利要求15到16之一所述的方法，其特征在于：
a)借助于有生产能力的制造方法来制造所述本体(4；7)，特别是快速原型方法，或者
b)借助于塑料成型方法来制造所述本体(4；7)，特别是借助于注射成型或材料切削方法。
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