DE102011110861B4

DE102011110861B4 - Verfahren zur Überprüfung eines Gegenstands mit materialfreien Bereichen

Info

Publication number: DE102011110861B4
Application number: DE102011110861A
Authority: DE
Inventors: Sandra Streckert
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: Eisenmann SE
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2031-08-18
Also published as: CN103635262B; EP2744600A1; WO2013023756A1; CN103635262A; US9524367B2; WO2013023756A9; US20140222183A1; DE102011110861A1

Abstract

Verfahren zur Überprüfung eines Gegenstands (10; 10') mit materialfreien Bereichen (14), bei dem eine gegenständliche dreidimensionale Prüfstruktur (16) erstellt wird, die eine Negativform (18) der materialfreien Bereiche (14) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Gegenstands mit materialfreien Bereichen.
Beispielsweise weisen Bauteile, die im Zusammenhang mit der Applikation von Lacken verwendet werden, in der Regel verhältnismäßig komplizierte Kanalsysteme auf, die somit materialfreie Bereiche dieses Bauteils definieren. Ein Beispiel für ein solches Bauteil ist eine Farbwechseleinheit, welche als Verteilereinheit arbeitet und über welche unterschiedliche Lacke zu einer Applikationseinrichtung gefördert werden.
Allgemein sind hier Bauteile von Interesse, die von fluiden Medium durchströmbar sind, deren Strömungswege nachvollzogen werden sollen. Als fluide Medien kommen neben Lacken beispielsweise auch Klebstoffe, Reinigungsflüssigkeiten, Hydraulikflüssigkeiten oder ähnliches sowie gasförmige Fluide, wie insbesondere Luft, im Rahmen von z. B. pneumatischen Steuerungen und dergleichen in Frage.
Aus der DE 197 47 551 C1 ist es bekannt, die Beschaffenheit von Rohren durch ein flexibles Prüfelement in Form eines aufblasbaren Kissens zu überprüfen. Ohne die umgebende Rohrwand entspricht die Kissenform jedoch nicht mehr dem Rohrinneren, so dass das Kissen allein keine Aussage über die Beschaffenheit des Rohres zulässt.
Bei der Konstruktion einer oben angesprochenen Farbwechseleinheit können in dem Kanalsystem z. B. Hinterschneidungen auftreten oder schmale Taschen und Schlitze sowie enge Kurven und dergleichen ausgebildet sein, durch welche die Strömung von durch die Farbwechseleinheit geleitetem Lack behindert sein kann. So können sich in Hinterschneidungen beispielsweise Lacknester ausbilden, durch die gegebenenfalls ein daran vorbeiströmender anderer Lack verunreinigt werden kann.
Bei komplizierter ausgebildeten Kanalsystemen ist die Wahrscheinlichkeit entsprechend höher, dass solche kritischen Stellen vorhanden sind. Es gilt unter anderem, solche Stellen bereits frühzeitig bei der Konstruktion einer Farbwechseleinheit oder allgemein eines Gegenstands mit materialfreien Bereichen auszumachen und gegebenenfalls zu beseitigen.
Zwar werden derartig komplexe Bauteile heutzutage häufig mit etablierten CAD-Systemen konstruiert, die auch eine dreidimensionale Darstellung auf einem Display oder als Ausdruck erlauben und in der Regel eine virtuelle Wanderung durch das Innenleben des Gegenstands und damit durch ein vorhandenes Kanalsystem zulassen.
Dennoch zeigt die Praxis, dass hierbei oben angesprochene kritische Stellen nicht besonders zu Tage treten und daher häufig nicht erkannt und beseitigt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, um solche kritischen Stellen bei materialfreien Bereichen von Gegenständen zu erkennen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, indem eine gegenständliche dreidimensionale Prüfstruktur erstellt wird, die eine Negativform der materialfreien Bereiche umfasst.
Es wurde erkannt, dass unerwünschte kritische Stellen in materialfreien Bereichen eines Gegenstands von einer Prüfperson leichter erkannt und zugeordnet werden können, wenn die Prüfperson die materialfreien Bereiche als gegenständliche Negativform in Händen hält, die sie sowohl visuell als auch haptisch erfassen kann. Hierdurch kann die Konstruktion oder können Konstruktionsänderungen zielgerichtet erfolgen.
Darüber hinaus kann gegebenenfalls auch die Arbeitsweise des Gegenstands besser nachvollzogen werden, da z. B. Strömungswege mit einem gegenständlichen dreidimensionalen Körper anschaulich vor Augen geführt werden können. Hierdurch kann das Innenleben des Gegenstands bei Inbetriebnahme in Augenschein genommen werden, wodurch die inneren Abläufe für Bedienpersonen besser nachvollziehbar werden.
Wenn der Gegenstand mehrere durch umgebendes Material voneinander isolierte materialfreie Bereiche umfasst ist es günstig, wenn diese isolierten materialfreien Bereiche bei der Prüfstruktur jeweils als Einzel-Negativform ausgebildet sind, die über wenigstens ein Verbindungsglied miteinander verbunden sind. Ansonsten würden Einzel-Negativformen erstellt, die dann als lose Einzelkörper vorhanden wären, ohne die Relativlage der fraglichen materialfreien Bereiche in dem Gegenstand widerzuspiegeln.
Das Verfahren ist besonders für Gegenstände geeignet, deren materialfreie Bereiche ein Kanalsystem umfassen.
Die Prüfstruktur wird vorzugsweise mittels eines generativen Fertigungsverfahrens angefertigt.
Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn als Vorlage für das generative Fertigungsverfahren ein Computermodell der materialfreien Bereiche verwendet wird.
Vorzugsweise wird das Computermodell der materialfreien Bereiche mittels eines CAD-Systems als invertiertes Modell auf der Basis eines CAD-Modells des Gegenstands erstellt.
In der Praxis konnte das Verfahren besonders gut für Gegenstände angewendet werden, welche von fluiden Medien durchströmbar sind. Bei diesen ist es wie oben angesprochen wichtig, dass der Fluidstrom weitgehend störungsfrei durch das Kanalsystem des Bauteils geführt wird.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 als Beispiel für einen Prüfgegenstand eine perspektivische Ansicht einer Farbwechseleinheit für Lacke, welche materialfreie Bereiche aufweist;
2 eine gegenständliche dreidimensionale Prüfstruktur, welche eine Negativform der materialfreien Bereiche der Farbwechseleinheit umfasst;
3 eine perspektivische Ansicht einer Farbwechseleinheit, die komplizierter aufgebaut ist als die Farbwechseleinheit von 1.
1 zeigt als Beispiel für einen zu überprüfenden Gegenstand eine Farbwechseleinheit 10 mit einem einstückigen Gehäuseblock 12, wie sie an und für sich bekannt ist und welche von zu applizierenden Lacken durchströmt wird.
In dem Gehäuseblock 12 sind insgesamt mit 14 bezeichnete materialfreie Bereiche vorhanden, die in Form einer Prüfstruktur 16 in 2 zu erkennen sind, die in der Praxis gegenständlich und dreidimensional ausgebildet ist. Die Prüfstruktur 16 umfasst eine Negativform 18 der materialfreien Bereiche 14 der Farbwechseleinheit 10. In 2 sind diejenigen Bereiche und Abschnitte der Negativform 18, welche nachfolgend erläuterte materialfreie Bereiche und Abschnitte der Farbwechseleinheit 10 widerspiegeln, mit denselben Bezugszeichen versehen, wie diese materialfreien Bereiche in 1. Teilweise sind dabei nachfolgend erläuterte Kanäle und Räume im Inneren der Farbwechseleinheit 10 nur aus 2 ersichtlich.
Auf einer Abgabeseite 20 des Gehäuseblocks 12 ist eine Abgabe-Anschlussbohrung 22 vorgesehen, welche in einen zentralen Verteilerraum 24 mündet. Der Verteilerraum 24 kann über die Abgabe-Anschlussbohrung 22 z. B. mit der Versorgungsleitung einer hier nicht dargestellten elektrostatisch arbeitenden Applikationseinrichtung verbunden werden.
Auf zwei senkrecht zur Abgabeseite 20 verlaufenden und sich gegenüberliegenden Stirnseiten 26, 28 weist der Gehäuseblock 12 Ventilaufnahmebohrungen 30 auf, welche jeweils in zu dem Verteilerraum 24 benachbarten Vorkammern 32 münden. Die Vorkammern 32 wiederum stehen mit dem Verteilerraum 24 über jeweils eine ventilsitzartige Öffnung 34 in Verbindung. Diese Öffnung 32 kann durch das Schließelement eines hier nicht eigens gezeigten, in der Ventilaufnahmebohrung 30 sitzenden druckluftbetätigten Ventils verschlossen werden, wie es an und für sich bekannt ist.
Von den Vorkammern 32 geht jeweils ein Nebenkanal 36 aus, der in Richtung auf eine weitere, von der Abgabeseite 20 und den Stirnseiten 26 und 28 umgebene Zulaufseite 38 verläuft und in eine Zulauf-Anschlussbohrung 40 mündet, die bündig mit der Zulaufseite 38 abschließt. Über jede Zulauf-Anschlussbohrung 40 kann die Farbwechseleinheit 10 mit einem Zuleitungsschlauch eines eine bestimmte Farbe aufnehmenden Reservoirs verbunden werden, wobei die beiden letztgenannten Komponenten hier nicht dargestellt sind. Jeder Nebenkanal 36 ist über die zugehörige Vorkammer 32 und die Öffnung 34 mit dem Verteilerraum 24 der Farbwechseleinheit 10 verbunden.
Von den Ventilaufnahmebohrungen 30 geht jeweils ein Druckluftkanal 42 aus, welcher jeweils in einer Druckluft-Anschlussbohrung 44 für einen hier nicht dargestellten Druckluftschlauch einer hier ebenfalls nicht gezeigten Ventilsteuerung mündet. Mittels einer an sich bekannten Ventilsteuerung können die oben angesprochenen Ventile mit Druckluft beaufschlagt werden, wodurch die Öffnung 34 zum Verteilerraum 24 über das Verschlusselement wahlweise freigegeben oder verschlossen werden kann.
Von der Zulaufseite 38 zur gegenüberliegenden Seite des Gehäuseblocks 12 verlaufen zwei parallele Befestigungsdurchgänge 46, durch die Schrauben geführt werden können, mittels derer die Farbwechseleinheit 10 an beispielsweise einem Roboterarm befestigt werden kann. Wie anhand der 2 zu erkennen ist, sind die Durchgangsbohrungen 46 stufig ausgebildet, so dass der Kopf einer entsprechenden Schraube versenkt werden kann.
Bei der hier illustrierten Farbwechseleinheit 10 bilden somit die Abgabe-Anschlussbohrung 22, der Verteilerraum 24, die Ventilaufnahmebohrungen 30 mit den Vorkammern 32, die Nebenkanäle 36 und die Zulauf-Anschlussbohrungen 40 sowie die Druckluftkanäle 42 und die Druckluft-Anschlussbohrungen 44 bilden insgesamt ein Kanalsystem 48 der Farbwechseleinheit 10.
Das hier veranschaulichte Kanalsystem 48 ist verhältnismäßig einfach aufgebaut. Bereits hier können in dem Kanalsystem 48 jedoch – wie eingangs erläutert – Hinterschneidungen auftreten oder schmale Taschen und Schlitze sowie enge Kurven und dergleichen ausgebildet sein, durch welche die Strömung von durch die Farbwechseleinheit 10 geleitetem Lack behindert sein kann.
Als Beispiel für einen Gegenstand, der ein komplexeres Kanalsystem bzw. ein komplexeres System 50 aus materialfreien Bereichen als die Farbwechseleinheit 10 umfasst, ist in 3 eine gegenüber der Farbwechseleinheit 10 größere Farbwechseleinheit 10' gezeigt. Bei dieser tragen ansonsten funktional äquivalente Komponenten dieselben Bezugszeichen, wie bei der Farbwechseleinheit 10. Wie in 3 zu erkennen ist, umfasst die Farbwechseleinheit 10' deutlich mehr Zulauf-Anschlussbohrungen 40, so dass hierüber mehr unterschiedliche Lacke durch das Kanalsystem 52 zur Abgabe-Anschlussbohrung 22 geleitet werden können.
Zur Überprüfung der Farbwechseleinheit 10 wird nun also eine gegenständliche dreidimensionale Prüfstruktur erstellt, wie sie in 2 beispielhaft in Form der Prüfstruktur 16 für die materialfreien Bereiche 14 der Farbwechseleinheit 10 gezeigt ist.
In dem Farbwechselblock 10 sind die Befestigungsdurchgänge 46 und das Kanalsystem 48 jeweils durch Material des Gehäuseblocks 12 voneinander getrennt ausgebildet. Das Kanalsystem 48 und die beiden Befestigungsdurchgänge 46 bilden somit jeweils materialfreie Bereiche der Farbwechseleinheit 10, die durch sie umgebendes Material des Gehäuseblocks 12 voneinander isoliert sind.
Daher umfasst die Negativform 18 der materialfreien Bereiche 14 der Farbwechseleinheit 10 somit drei Einzel-Negativformen: Ein erste Einzel-Negativform 54 des Kanalsystems 48, eine zweite Einzel-Negativform 56 eines der beiden Befestigungsdurchgänge 46 sowie eine dritte Einzel-Negativform 58 des anderen der beiden Befestigungsdurchgänge 46.
Damit diese Einzel-Negativformen 54, 56 und 58 in der Prüfstruktur 16 zusammenhängend die Gesamtanordnung der materialfreien Bereiche 14 der Farbwechseleinheit 10 widerspiegeln und nicht nur als lose Einzelelemente vorhanden sind, sind die Einzel-Negativformen 54, 56, 58 durch Verbindungsglieder miteinander verbunden.
In 2 ist beispielhaft nur ein solches Verbindungsglied in Form eines Brückenelements 60 mit gestrichelten Linien angedeutet, welches die erste Einzel-Negativform 54 des Kanalsystems 48 und die zweite Einzel-Negativform 56 des einen Befestigungsdurchgangs 46 miteinander verbindet.
Die dritte Einzel-Negativform 58 kann über ein entsprechendes Verbindungsglied mit der ersten Einzel-Negativform 54 des Kanalsystems 48 oder auch oder zusätzlich mit der zweiten Einzel-Negativform 56 des ersten Befestigungsdurchgangs 46 verbunden sein.
Um nun die Prüfstruktur 16 anzufertigen, wird ein generatives Fertigungsverfahren verwendet. Generative Fertigungsverfahren sind auch unter dem Begriff Rapid Prototyping bekannt.
Grundsätzlich sind alle bekannten generativen Fertigungsverfahren geeignet. Die nachstehende Liste soll und kann daher lediglich einen Überblick geben und ist – auch im Hinblick auf die jeweils angegebenen Materialien – nicht abschließend. Eine Prüfstruktur kann insbesondere hergestellt werden mittels

– 3D Printing. Als Ausgangsmaterialien werden dabei z. B. Kunststoffe, Kalkpuder mit Epoxidhülle oder Photopolymere auf Acrylbasis eingesetzt.
– Fused Deposition Modeling (FDM). Materialien sind hier bevorzugt Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und Polycarbonate.
– Multi Jet Modeling. Dort werden insbesondere wachsartige Thermoplaste und UV-Photopolymere verwendet.
– Polyamidguss aus Polyamiden.
– Selektives Laserschmelzen (SLM). Dieses Verfahren kann beispielsweise mit Metallen, Kunststoffen oder Keramiken durchgeführt werden.
– Selektives Lasersintern. Hier können unter anderem Thermoplaste wie Polycarbonate, Polyamide oder Polyvinylchlorid, aber auch Metalle oder Keramiken als Grundmaterial dienen.
– Space Puzzle Molding (SPM). Dieses Verfahren arbeitet mit Kunststoffen.
– Stereolithographie (STL oder SLA), bei der insbesondere flüssige Duromere oder Elastomere eingesetzt werden.

Um nun die Prüfstruktur 14 für die Farbwechseleinheit 10 anzufertigen, wird auf ein vorhandenes CAD-Modell der Farbwechseleinheit 10 zurückgegriffen oder zunächst ein solches mittels eines an und für sich bekannten CAD-Systems erstellt. Dann wird ein Computermodell der materialfreien Bereiche 14 mittels des CAD-Systems als invertiertes Modell auf der Basis des CAD-Modells der Farbwechseleinheit 10 erstellt. Das Computermodell der materialfreien Bereiche 14 liefert dann die Arbeitsparameter für das verwendete generative Fertigungsverfahren und die Prüfstruktur 16 wird hergestellt.
Ein oder mehrere Verbindungsglieder 60 können dabei – sofern erforderlich – manuell vorgegeben oder automatisiert berechnet werden.

Claims

Verfahren zur Überprüfung eines Gegenstands (10; 10') mit materialfreien Bereichen (14), bei dem eine gegenständliche dreidimensionale Prüfstruktur (16) erstellt wird, die eine Negativform (18) der materialfreien Bereiche (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Gegenstand (10; 10') mehrere durch umgebendes Material voneinander isolierte materialfreie Bereiche (46, 48) umfasst, diese isolierten materialfreien Bereiche (46, 48) bei der Prüfstruktur (16) jeweils als Einzel-Negativform (54, 56, 58) ausgebildet sind, die über wenigstens ein Verbindungsglied (60) miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenstände (10; 10') überprüft werden, deren materialfreie Bereiche (14) ein Kanalsystem (48) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfstruktur (16) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens angefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorlage für das generative Fertigungsverfahren ein Computermodell der materialfreien Bereiche (14) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Computermodell der materialfreien Bereiche (14) mittels eines CAD-Systems als invertiertes Modell auf der Basis eines CAD-Modells des Gegenstands (10; 10') erstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (10; 10') ein von fluiden Medien durchströmbares Bauteil ist.