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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten einer insbesondere zylindrischen Innenfläche eines Hohlbereichs eines Bauteils mit einem Medium. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Beschichtung eines zylindrischen Innenraums eines Spulenträgers einer Zündspule.
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Im Stand der Technik existiert das Problem, Hohlbereiche eines Bauteils mit einem Medium zu benetzen, so dass eine gleichmäßige Beschichtung mit einer konstanten Beschichtungsdicke möglich ist, ohne dass eine Verschleppung des Mediums erfolgt auf Bereiche, welche nicht durch das Medium kontaminiert werden dürfen. Dies gilt insbesondere für Bauteile mit einem Durchmesser des Hohlbereichs von kleiner oder gleich 20 mm. Ein derartiges Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Benetzung eines zylindrischen Hohlbereichs, in welchem ein innerer Kern angeordnet wird, welcher aufgrund eines Vergießens mittels Harz fest am inneren Mantelbereich des Hohlbereichs anhaftet. Insbesondere können aufgrund von Temperaturwechselwirkungen große Spannungen in den Bauteilen auftreten, was insbesondere zu Rissen im Harz zwischen dem inneren Kern und dem Hohlbauteil führen kann. Hierdurch wird jedoch eine Lebensdauer der Bauteile signifikant reduziert. Es wäre daher wünschenswert, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche es ermöglichen, einen insbesondere zylindrischen Hohlbereich eines Bauteils mit einer gleichmäßigen Antihaft-Beschichtung in einem definierten Bereich ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine insbesondere zylindrische Innenfläche eines Hohlbereichs eines Bauteils mit einem Medium, insbesondere einer wässrigen Antihaft-Lösung, derart beschichtet werden kann, dass eine ganzflächige, mit einer konstanten Dicke und in einem exakt definierten Umfang vorhandene Beschichtung möglich ist. Die Beschichtung ist dabei auf einer scharfkantig begrenzten Fläche möglich und weist eine flächige, gleichmäßig dünne Schichtdicke auf. Hierzu wird erfindungsgemäß zuerst das Medium auf einen Beschichtungsschwamm aufgebracht, welcher dann in den Hohlbereich des Bauteils eingeführt wird. Anschließend erfolgt ein Aufweiten bzw. Aufspreizen des Beschichtungsschwamms im Hohlbereich derart, dass der Beschichtungsschwamm die Innenfläche des Hohlbereichs berührt. Hierdurch wird die Beschichtung vom Beschichtungsschwamm gleichmäßig auf die Innenfläche aufgebracht. Durch die definierten Schwammdimensionen wird hierbei auch nur ein gewünschter, definierter Bereich der Innenfläche beschichtet. Die Verwendung des Beschichtungsschwamms verhindert eine Tropfenbildung am Schwamm bzw. einem Spreizwerkzeug, so dass unerwünschte Verschleppungen des Mediums, welche zu einer ungleichmäßigen Beschichtung führen können, vermieden werden können. Anschließend wird der Beschichtungsschwamm wieder zusammengezogen und aus dem Hohlbereich entfernt. Somit ist auf den definierten Bereich der Innenfläche eine gleichmäßige und dünne Beschichtung aufgebracht.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise wird nach dem Aufspritzen des Beschichtungsschwamms eine Relativbewegung zwischen dem Beschichtungsschwamm und dem Hohlbereich des Bauteils ausgeführt. Die Relativbewegung erfolgt dabei bevorzugt in Umfangsrichtung und/oder in Längsrichtung oder es wird eine transversale Bewegung ausgeführt. Besonders bevorzugt wird der Beschichtungsschwamm bewegt und das Bauteil ist ortsfest. Besonders bevorzugt wird dabei der Beschichtungsschwamm um seine Längsachse gedreht, wobei zuerst eine Drehung in eine erste Richtung und anschließend eine Drehung in die entgegengesetzte zweite Richtung ausgeführt wird. Dabei erfolgen die beiden Drehungen in jede Richtung jeweils um mindestens 360°. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Medium sicher auch in Poren an der Innenfläche des Hohlbereichs eindringen kann und diese verschließen kann.
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Vorzugsweise erfolgt ein Aufweiten des Beschichtungsschwamms mechanisch oder elektrisch oder pneumatisch oder hydraulisch.
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Weiter bevorzugt ist ein Spreizweg des Aufspritzens verstellbar. Dies gilt vorzugsweise auch für einen Drehwinkel und/oder eine Drehzahl des rotierenden Beschichtungsschwamms.
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Wenn der Hohlbereich zylindrisch ist, ist vorzugsweise ein Durchmesser des Hohlbereichs kleiner oder gleich 20 mm, insbesondere kleiner oder gleich 12 mm.
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Damit jedes Bauteil sicher mit einer gleichartigen Beschichtung versehen werden kann, erfolgt vorzugsweise nach jedem Beschichtungsvorgang ein neues Aufbringen des Mediums auf den Beschichtungsschwamm.
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Weiter bevorzugt erfolgt unmittelbar nach dem Entfernen des Beschichtungsschwamms aus dem Hohlbereich eine Trocknung des aufgebrachten Mediums, insbesondere mittels Heißluft. Die Heißluft wird vorzugsweise mit einer Temperatur von 100° bis 150°C zugeführt.
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Weiter bevorzugt wird das Medium auf den Beschichtungsschwamm mittels einer Schwammbefeuchtungsvorrichtung aufgebracht, wobei diese einen einseitig offenen Behälter umfasst, in welchem ein Befeuchtungsschwamm angeordnet ist. Hierbei wird vorzugsweise durch Aufspreizen des Beschichtungsschwamms der Beschichtungsschwamm mit dem Befeuchtungsschwamm in Kontakt gebracht, um das Medium auf den Beschichtungsschwamm aufzubringen. Weiter bevorzugt wird hierbei eine Feuchtigkeit des Befeuchtungsschwamms überwacht, um sicherzustellen, dass der Befeuchtungsschwamm immer eine ausreichende Feuchtigkeit aufweist, um eine gleichmäßige Benetzung des Beschichtungsschwamms zu ermöglichen. Besonders bevorzugt wird der Beschichtungsschwamm dabei wenigstens zwei Mal mit dem Befeuchtungsschwamm in Kontakt gebracht.
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Weiter bevorzugt ist das Medium ein Antihaft-Medium. Das Antihaft-Medium ist vorzugsweise ein wässriges Trennmittel, d.h., ein auf Wasser basierendes Trennmittel, welches nach dem Aufbringen eine Antihaft-Beschichtung auf der Innenfläche des Hohlbereichs bereitstellt, z.B. ein wässriges Polymer. Weiter bevorzugt ist der Hohlbereich ein zylindrisches Sackloch oder eine zylindrische Durchgangsöffnung, und vorzugsweise eine Durchgangsöffnung eines Spulenkörpers einer Zündspule, auf den wenigstens eine Wicklung aufgebracht wird. Hierbei wird weiter bevorzugt nicht die gesamte Innenfläche des Spulenkörpers beschichtet, sondern am Anfang und am Ende des Spulenkörpers bleiben kleine, umlaufende Bereiche beschichtungsfrei.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Beschichten einer insbesondere zylindrischen Innenfläche eines Hohlbereichs eines Bauteils mit einem Medium. Dabei umfasst die Vorrichtung einen vorzugsweise zylindrischen Beschichtungsschwamm sowie eine Spreizvorrichtung, wobei der Beschichtungsschwamm an einer Außenseite der Spreizvorrichtung angeordnet ist. Hierdurch kann ein sicheres Aufspreizen des Beschichtungsschwamms im Hohlbereich ermöglicht werden. Bevorzugt weist der Beschichtungsschwamm eine zylindrische Außenfläche auf. Weiter bevorzugt ist die Spreizvorrichtung mechanisch oder elektrisch oder pneumatisch oder hydraulisch aufspreizbar.
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Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Rotationseinrichtung, um die Spreizvorrichtung und damit auch den Beschichtungsschwamm um eine Längsachse zu drehen und/oder einen Antrieb zum Bewegen der Spreizvorrichtung in Richtung der Längsachse.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine Befeuchtungseinrichtung, um den Beschichtungsschwamm zu befeuchten. Die Befeuchtungseinrichtung weist dabei vorzugsweise einen Befeuchtungsschwamm auf, der in einem einseitig offenen Behälter angeordnet ist. Um einen Feuchtigkeitszustand des Befeuchtungsschwamms zu erfassen, umfasst die Befeuchtungseinrichtung ferner bevorzugt eine Feuchtigkeitserfassungseinrichtung. Die Feuchtigkeitserfassungseinrichtung erfasst dabei vorzugsweise einen elektrischen Widerstand bzw. einen elektrischen Leitwert des Befeuchtungsschwamms. Hierzu sind vorzugsweise zwei elektrische Kontakte am Befeuchtungsschwamm angeordnet.
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Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Trocknungseinrichtung, welche in den Hohlbereich des Bauteils einführbar ist, um die aufgebrachte Beschichtung zu trocknen. Die Trocknungseinrichtung umfasst bevorzugt eine Hohlwelle mit einem geschlossenen Endbereich und einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen. Die Luftaustrittsöffnungen sind vorzugsweise nahe dem Endbereich angeordnet und sind besonders bevorzugt derart angeordnet, dass Heißluft entgegen einer Einführungsrichtung der Trocknungseinrichtung aus der Hohlwelle austritt.
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Die vorliegende Erfindung wird besonders bevorzugt zur Beschichtung von zylindrischen Hohlbereichen eines Spulenkörpers einer Zündspule mit einer Antihaft-Beschichtung, basierend auf einem wässrigen Trennmittel, verwendet.
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Zeichnung
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Beschichten einer Innenfläche während des Vorangs des Einführens der Vorrichtung in einen Hohlbereich eines Bauteils,
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2 eine schematische Schnittansicht der in das Bauteil eingeführten Vorrichtung,
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3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie I-I von 2,
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4 eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung im aufgespreizten Zustand,
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5 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II von 4,
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6 eine schematische Schnittansicht einer zusammengezogenen Vorrichtung im Bauteil,
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7 eine schematische Schnittansicht, welche den Vorgang des Entfernens der Vorrichtung aus dem Bauteil darstellt,
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8 eine schematische Schnittansicht des Einführens der Beschichtungsvorrichtung in eine Befeuchtungsvorrichtung,
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9 eine schematische Schnittansicht der eingeführten Beschichtungsvorrichtung in der Befeuchtungsvorrichtung,
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10 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III von 9,
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11 eine schematische Schnittansicht, welche den Befeuchtungsvorgang verdeutlicht,
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12 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 11, und
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13, 14 schematische Schnittansichten, welche das Zurückziehen der Beschichtungsvorrichtung aus der Befeuchtungsvorrichtung verdeutlichen.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 14 eine Beschichtungsvorrichtung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Hierbei zeigen die 1 bis 7 den Beschichtungsvorgang einer Innenfläche 20 eines Bauteils 2 und die 8 bis 14 zeigen den Befeuchtungsvorgang der Beschichtungsvorrichtung, um die Beschichtungsvorrichtung mit ausreichend Medium zu versorgen.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Beschichtungsvorrichtung 1 eine Spreizvorrichtung 4 und einen an einer Außenseite der Spreizvorrichtung 4 angeordneten Beschichtungsschwamm 3. Der Beschichtungsschwamm 3 weist in einer Axialrichtung (Längsachse X-X) der Beschichtungsvorrichtung eine definierte Länge auf und weist weiterhin eine zylindrische Außenfläche auf. Die Spreizvorrichtung 4 umfasst eine Vielzahl von Spreizelementen 41, welche aufspreizbar sind derart, dass ein Außendurchmesser des Beschichtungsschwamms 3 vergrößert wird. Dies ist in 4 dargestellt. Die Beschichtungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Rotationseinrichtung 5, welche eine Drehung der Beschichtungsvorrichtung 1 ermöglicht. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Spreizvorrichtung 4 eine mechanische Aufspreizung, beispielsweise mittels eines Kegels, auf. Die Aufspritzung kann jedoch auch beispielsweise pneumatisch über einen Ballon der dgl. erfolgen.
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In den 1 bis 7 ist als zu beschichtendes Bauteil examplarisch ein Spulenkörper einer Zündspule, insbesondere ein Sekundärspulenkörper, dargestellt. Hierbei soll eine zylindrische Innenfläche 20 des Bauteils 2 mit einer Antihaft-Beschichtung versehen werden. Hierdurch kann an der nachher fertig montierten Zündspule verhindert werden, dass ein im Hohlbereich 24 des Bauteils 2 angeordneter Innenkern, welcher mittels eines Harzes vergossen wird, an der Innenfläche 20 anhaftet. Hierdurch kann die Zündspule besser Temperaturwechsel in großen Temperaturbereichen überstehen und somit eine signifikant längere Lebensdauer aufweisen.
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Das Verfahren zum Beschichten der Innenfläche 20 ist dabei wie folgt: Zuerst wird die mit einem Antihaft-Medium getränkte Beschichtungsvorrichtung 1 in den Hohlbereich 24 des Bauteils 2 eingeführt, wobei sich die Spreizvorrichtung 4 noch in ihrem nicht ausgespreizten Zustand befindet. Dies ist in 1 durch den Pfeil A angedeutet. Die in das Bauteil 2 eingeführte Beschichtungsvorrichtung 1 ist aus den 2 bis 5 ersichtlich, wobei dann im nächsten Schritt die Spreizvorrichtung 4 ausgespreizt wird, so dass die zylindrische Außenseite des Beschichtungsschwamms 3 mit der Innenfläche 20 des Bauteils 2 in Kontakt kommt. Dies ist in den 4 und 5 gezeigt. Dann erfolgt eine Relativbewegung zwischen der Beschichtungsvorrichtung 4 und dem Bauteil 2, wobei bevorzugt die Beschichtungsvorrichtung 4 gedreht und/oder in Axialrichtung X-X bewegt wird, was in 4 durch die Pfeile C und D angedeutet ist. Anschließend wird die Beschichtungsvorrichtung 4 wieder zusammengezogen (6, Pfeile E) und aus dem Bauteil 2 entfernt (7, Pfeil F).
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Somit kann durch das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren eine definierte, gleichmäßig dünne und scharfkantig begrenzte Mediumsschicht an der Innenfläche 20 des Bauteils aufgebracht werden. Die Beschichtung ist dabei ganzflächig und weist vorzugsweise eine Schichtdicke von unter 10 µm auf, bevorzugt zwischen zwei und acht µm. Ein Innendurchmesser des Bauteils 2 ist dabei ungefähr 12 mm und die Länge der Beschichtung in Axialrichtung X-X beträgt ungefähr 100 mm. Insbesondere vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren während des Beschichtungsvorgangs dabei eine Tropfenbildung sowie eine Verschleppung der Flüssigkeit an nicht zu beschichtende Flächen, wie beispielsweise Außenbereiche oder Nuten. Wie aus 7 ersichtlich ist, werden in diesem Ausführungsbeispiel jeweils in Axialrichtung liegende, ringförmige Endbereiche 22, 23 der Innenfläche 20 nicht beschichtet, wobei zwischen den beschichteten und den nicht beschichteten Bereichen eine scharfkantige Grenze ausgebildet ist.
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Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren großserientechnisch durchgeführt werden, da eine leichte Automatisierung möglich ist. Hierbei kann auch, je nach Anwendungsfall, die Anzahl der Spreizelemente 41 der Spreizvorrichtung 4 variiert werden.
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Weiter bevorzugt ist die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 1 auch ausgelegt, um verschiedene Innendurchmesser mit Medium zu beschichten. Hierbei muss lediglich ein Spreizweg der Spreizvorrichtung geändert werden. Ebenso kann ein Drehwinkel und/oder eine Drehzahl der Spreizvorrichtung 4 variiert werden.
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In den 8 bis 14 ist eine Befeuchtungseinrichtung 10 und ein Befeuchtungsverfahren gezeigt. Die Befeuchtungseinrichtung 10 umfasst dabei einen einseitig offenen Behälter 11, in welchem ein Befeuchtungsschwamm 12 angeordnet ist. Der Befeuchtungsschwamm 12 ist im Inneren des Behälters entlang der Behälterwände angeordnet und weist eine zentrale, zylindrische Öffnung auf. Die Befeuchtungseinrichtung 10 umfasst ferner einen Zulauf 13 zum Zuführen eines Mediums, und einen Ablauf 14 auf. Ferner ist eine Pumpe 15, eine Steuereinrichtung 16 und mehrere elektrische Kontakte 17 vorgesehen. Die elektrischen Kontakte 17 sind im Inneren des Behälters angeordnet und dienen zur Messung eines elektrischen Widerstands, um eine Feuchtigkeit des Befeuchtungsschwamms 12 zu erfassen.
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Wie aus 8 ersichtlich ist, wird zum Befeuchten der Beschichtungsvorrichtung 1 in einem ersten Schritt die Beschichtungsvorrichtung 1 in den Behälter 11 eingeführt. Hierbei wird die Beschichtungsvorrichtung 1 im zusammengezogenen Zustand eingeführt (Pfeil A'). Vor dem Einführen der Beschichtungsvorrichtung 1 wurde der Befeuchtungsschwamm 12 mit ausreichend Medium über die Pumpe 15 und den Zulauf 13 versorgt. Überschüssiges Medium kann dabei über den Ablauf 14 abgeführt werden. Hierbei ist zusätzlich an der den Ablauf 14 aufweisenden Innenseite des Behälters 11 zum Sammeln des Mediums eine Längsnut 114 vorgesehen. Die richtige Feuchte des Befeuchtungsschwamms 12 wird dabei über die elektrischen Kontakte 17 erfasst.
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Der Befeuchtungsschwamm 12 weist vorzugsweise eine Vielzahl von Kapillaren auf, um eine homogene Verteilung des Beschichtungsmediums zu gewährleisten.
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Nach dem Einführen der Beschichtungsvorrichtung 1 in die Befeuchtungseinrichtung 10 wird wie in 9 durch die Pfeile B' angedeutet, die Beschichtungsvorrichtung 1 aufgespreizt. Dadurch kommt der Beschichtungssschwamm 3 flächig mit dem Befeuchtungsschwamm 12 in Kontakt (vgl. 11 und 12). Zur besseren Übertragung des Mediums auf den Beschichtungsschwamm 3 wird die Beschichtungsvorrichtung 1 gedreht bzw. in Axialrichtung X-X bewegt (Pfeil D'). Nach erfolgter Mediumsübertragung auf den Beschichtungsschwamm 3 wird die Spreizvorrichtung 4 wieder zusammengezogen (Pfeile E') und die Beschichtungsvorrichtung 1 wird aus der Befeuchtungseinrichtung 10 herausgefahren (Pfeil F').
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Durch das erfindungsgemäße Befeuchtungsverfahren weist der Beschichtungsschwamm 3 eine definierte, gleichmäßige Feuchtigkeit für den Beschichtungsvorgang auf. Durch die Entnahme von Medium durch den Beschichtungsschwamm 3 steigt der elektrische Widerstand im Befeuchtungsschwamm 12 an, was mittels der Steuereinrichtung 16 bestimmt wird, so dass nach erfolgter Befeuchtung des Beschichtungsschwamms 3 eine Zufuhr von Beschichtungsmedium über den Zulauf 13 und die Pumpe 15 erfolgt, bis wieder ein gewünschter Sollwert erreicht wird.
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Erfindungsgemäß kann dabei der Beschichtungsschwamm 3 gleichmäßig in definierter Weise mit einem Medium befeuchtet werden, ohne dass eine Tropfenbildung oder eine Verschleppung des aufzutragenden Mediums vorkommen kann. Die elektrische Widerstandsregelung stellt dabei eine exakte Einstellung einer Feuchtigkeit des Befeuchtungsschwammes 12 und somit eine definierte Übertragung des Mediums vom Befeuchtungsschwamm 12 auf den Beschichtungsschwamm 3 sicher. Hierbei ist auch das erfindungsgemäße Befeuchtungsverfahren für eine Großserienfertigung geeignet. Das Beschichtungsmedium kann dabei gleichmäßig auf den Beschichtungsschwamm 3 übertragen werden und ist somit gleichmäßig im Beschichtungsschwamm 3 verteilt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Beschichtung der Innenfläche 20 des Bauteils sichergestellt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Hohlbauteile, insbesondere mit kleinem Durchmesser, insbesondere Durchmesser kleiner als 20 mm, zu beschichten. Hierbei können verschiedenste Beschichtungsmedien verwendet werden, wobei bevorzugt ein wasserbasiertes Medium, insbesondere ein wässriges Antihaftungsmittel, bevorzugt ist. Die Erfindung kann insbesondere großserientechnisch zur Beschichtung von Hohlbauteilen verwendet werden. Auch können mittels der Erfindung beispielsweise Bohrungen oder dgl. von innen beschichtet werden.
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Nach dem Beschichten kann entweder eine Trocknung der aufgebrachten Beschichtung an der Luft oder eine zusätzliche Zwangstrocknung mittels einer in den Hohlbereich 24 eingeführten Trocknungseinrichtung erfolgen. Beispielsweise umfasst die Trocknungseinrichtung eine Hohlwelle mit einem geschlossenen Endbereich und einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen am Endbereich der geschlossenen Hohlwelle. Hierbei kann Heißluft, beispielsweise in einem Temperaturbereich von 100° bis 150° aus den Luftaustrittsöffnungen austreten und die Beschichtung an der Innenfläche 20 trocknen. Vorzugsweise sind hierbei die Luftaustrittsöffnungen in einer Richtung entgegen einer Einführungsrichtung der Hohlwelle gerichtet, um zu verhindern, dass sich bei einem sacklochartigen Hohlbereich zu große Verwirbelungen am Ende des Hohlbereichs bilden können.
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In den Figuren ist lediglich ein Zulauf 13 und ein Ablauf 14 gezeigt. Es sei jedoch angemerkt, dass es selbstverständlich möglich ist, eine Vielzahl von Zuläufen und Abläufen am Behälter 11 vorzusehen.
