EP2612710B1 - Lackieranlagenbauteil mit einer modifizierten oberfläche - Google Patents

Lackieranlagenbauteil mit einer modifizierten oberfläche Download PDF

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EP2612710B1
EP2612710B1 EP13001691.8A EP13001691A EP2612710B1 EP 2612710 B1 EP2612710 B1 EP 2612710B1 EP 13001691 A EP13001691 A EP 13001691A EP 2612710 B1 EP2612710 B1 EP 2612710B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
surface layer
installation component
painting installation
base body
component according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP13001691.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2612710B2 (de
EP2612710A1 (de
Inventor
Hans-Georg Fritz
Hans-Jürgen Nolte
Timo Beyl
Marcus Kleiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=43597798&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP2612710(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP2612710A1 publication Critical patent/EP2612710A1/de
Publication of EP2612710B1 publication Critical patent/EP2612710B1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2612710B2 publication Critical patent/EP2612710B2/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/14—Arrangements for preventing or controlling structural damage to spraying apparatus or its outlets, e.g. for breaking at desired places; Arrangements for handling or replacing damaged parts
    • B05B15/18—Arrangements for preventing or controlling structural damage to spraying apparatus or its outlets, e.g. for breaking at desired places; Arrangements for handling or replacing damaged parts for improving resistance to wear, e.g. inserts or coatings; for indicating wear; for handling or replacing worn parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/50—Arrangements for cleaning; Arrangements for preventing deposits, drying-out or blockage; Arrangements for detecting improper discharge caused by the presence of foreign matter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces
    • B05B3/1007—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • B05B3/1014—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member with a spraying edge, e.g. like a cup or a bell

Definitions

  • the invention relates to a Lackieranlagenbauteil, in particular a bell cup for a rotary atomizer, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention comprises a corresponding manufacturing method.
  • the surfaces, in particular the overflow surfaces, of the conventional bell cup are subject to wear by corrosion and / or abrasion, whereby the surface roughness is increased, which in turn increases the requirements for cleaning the bell cup.
  • the invention is therefore based on the object to reduce the tendency to foul a bell cup and / or to improve the cleanability of the bell cup.
  • a painting installation component for example, bell cup
  • a surface layer which reduces the tendency to fouling and / or improves the cleaning capability.
  • the main body itself may in the context of the invention, for example, made of aluminum or an aluminum alloy, titanium, steel, stainless steel, non-ferrous metal (copper and its alloys), ceramic, plastic or a combination of these materials.
  • the surface layer may in the context of the invention contain oxides, nitrides and / or carbides, for example, boron, molybdenum, tantalum, niobium, vanadium, zirconium, silicon, chromium, titanium, carbon, nickel and fluorine compounds as (base) materials for the Surface layer are suitable.
  • the surface layer consists of a material based on Si-O, Si-OH or silicon-organic compounds, in particular in the form of a nano-layer, as will be described in detail.
  • the surface layer preferably contains metal oxides, metal nitrides or organometallic compound.
  • the surface layer may optionally consist of an organic, in particular metal-organic material or of an inorganic material.
  • the surface layer may be either hydrophilic or hydrophobic.
  • a hydrophilic surface layer is characterized by a contact angle with respect to water which is less than 90 °, 45 °, 20 °, 10 °, 8 ° or even less than 6 °.
  • the surface layer may even be superhydrophilic, with the surface layer then being characterized by a contact angle with water of less than 5 °, 3 °, 2 °, or even less than 1 °.
  • the contact angle with respect to water is preferably greater than 90 °, 110 °, 130 ° or 150 °.
  • the surface layer is superhydrophobic, wherein the contact angle with respect to water is greater than 160 °, 180 °, 200 ° or even 220 °.
  • the surface layer is a so-called nano-layer.
  • nanosheets are known per se from the prior art and therefore need not be described in detail.
  • nanosheets are usually made of nanoparticles with a size of less than 100 nm, which settle in the surface roughness and thereby seal the surface, resulting in a significantly reduced surface roughness.
  • nanosheets a lotus effect of the component surface can be realized, resulting in a self-cleaning component surface.
  • the term nanolayer used in the context of the invention therefore preferably refers to a surface layer which contains particles whose particle size is in the nanometer range.
  • the nanolayer has a layer thickness which is in the nanometer range.
  • the surface layer has a microstructuring in order to reduce the tendency to fouling.
  • WO 96/04123 A1 a self-cleaning component surface that combines a microstructure with a hydrophobic coating to achieve the self-cleaning effect. The content of this patent application is therefore to be fully attributed to the present specification.
  • the surface layer according to the invention can fulfill a further technical function in that the surface layer is, for example, wear-reducing, which in itself results from the patent application cited above DE 101 12 854 A1 is known.
  • the main body and the surface layer consist of the same starting material, wherein the material properties of the surface layer are selectively changed in order to reduce the tendency of the painting component to become soiled reduce and / or improve cleanability.
  • the surface of the base body for this purpose with radiation techniques eg water jets, ceramic bead jets, glass beads, etc.
  • radiation techniques eg water jets, ceramic bead jets, glass beads, etc.
  • the surface of the main body is irradiated or etched with a laser to produce the desired material properties.
  • the surface layer is produced by plasma processes, for example by plasma-electrolytic oxidation (PEO technology).
  • the base body and the surface layer consist of different starting materials, the surface layer being applied to the base body as a surface coating.
  • this application of the surface layer can be done by physical vapor deposition (PVD) or by other methods.
  • CVD chemical vapor deposition
  • etching etching
  • laser irradiation ion implantation
  • blasting techniques eg water jets, ceramic bead blasting, glass bead blasting
  • coating methods such as spraying, dipping, sputtering, brushing, which are particularly suitable for applying organic surface layers.
  • the surface layer has a plurality of areas which are separated from each other and have different properties.
  • the surface layer can be more optimized for the greatest possible abrasion resistance, whereas the good cleanability at such sites is less of a priority.
  • the surface layer can be optimized for the lowest possible tendency to become soiled, whereas the abrasion resistance in these areas is given only a lower priority.
  • the surface layer may consist of a material with a high, medium or low surface friction.
  • the surface layer may consist of a material with a high ductility, in particular with an elongation at break of more than 5% or 10%.
  • the surface layer may consist of a material with a high ductility, in particular with an elongation at break of more than 5% or 10%.
  • the surface layer may consist of a material with a middle Ductility, in particular with an elongation at break between 0.5 and 5%.
  • the surface layer consists of a material with a low ductility, in particular with an elongation at break of less than 0.5%, 0.3% or 0.1%.
  • the surface layer can optionally consist of a material with a high, medium or low abrasion resistance.
  • the corrosion resistance of the surface layer can optionally consist of a material with a high, medium or small corrosion resistance.
  • Corrosion resistance is particularly important when the paint shop equipment (e.g., bell cup) is made of non-ferrous metal (copper and its alloys) because non-ferrous metals also corrode in combination with demineralized water (DI water). This is important because demineralised water is contained in water-based paints and water-based detergents, so that non-ferrous metal dish plates must be coated with a corrosion-resistant surface layer.
  • DI water demineralized water
  • the coating composition For the finest possible atomization of the coating composition, it is advantageous, for example, to combine the following material properties of the surface layer: low interfacial friction, low wettability, high ductility, low roughness, high abrasion resistance and low corrosion resistance.
  • the cleaning-optimizing surface layer covers the entire surface of the base body.
  • the cleaning-optimizing surface layer covers only outer surfaces of the base body.
  • the outer surface and / or the rear side of the main body are then preferably coated with the surface layer.
  • a bell cup may be an overflow surface.
  • the surface layer covers the surface of the base body only on partial areas which require an optimization of the cleaning properties.
  • these may be the areas of the lateral surface and the overflow surface that are directly adjacent to the spray-off edge.
  • the inventive principle of optimizing the tendency to fouling or cleanability is not only suitable for bell plates of rotary atomizers, but is also suitable for other paint-carrying components, such as valve housing or valve needles.
  • the invention is also useful for ameliorating other paint shop components that come in contact with a coating agent during operation, such as atomizers (e.g., rotary atomizers), robotic hand axes, robotic arms, or flanges.
  • the invention is useful for improving the cleanability or soiling of components of a paint robot or handling robot (e.g., door opener, hood opener).
  • the invention is also suitable for reducing the tendency to fouling or for improving the cleanability of components of a paint booth, such as covers, gratings, conveyors, windows, wall panels or exhaust ducts.
  • the invention is not limited to a single painting plant component (eg bell cup) which is optimized with regard to its tendency to fouling or cleaning capability. Rather, the invention also includes a rotary atomizer with an inventively optimized bell cup and a complete painting robot with such a rotary atomizer.
  • the invention also encompasses a production method for producing a coating plant component (for example bell cup) optimized according to the invention, as already apparent from the above description.
  • FIG. 1 shows a largely conventional bell cup 1 for a rotary atomizer 2, wherein the bell cup 1 rotates about a rotation axis 3 in operation.
  • the paint to be applied is the bell cup 1 in this case fed through a paint tube and then hits axially on a baffle plate 4, which deflects the paint in the radial direction.
  • the paint then flows along an overflow surface 5 to an annular peripheral spray-off edge 6, at which the paint is sprayed.
  • the bell cup 1 on its outer side a conical lateral surface 7, which is also known per se from the prior art.
  • the bell cup 1 is coated on its surface with a surface layer which reduces the tendency to fouling and improves the cleaning ability.
  • This surface layer is in this case applied to the overflow surface 5 and the paint-carrying inner surfaces of the bell cup 1 and also extends beyond the entire lateral surface 7.
  • the entire surface of the bell cup 1 is sealed to the surface coating ,
  • the surface layer of the invention contains in this embodiment, a nano-layer, which realizes a lotus effect, so that the bell cup 1 is self-cleaning and possibly requires a short cleaning.
  • FIG. 2 The embodiment according to FIG. 2 is largely consistent with the embodiment described above, so in order to avoid repetition, reference is made to the above description, wherein the same reference numerals are used for corresponding details.
  • bell cup 1 has a surface layer 8 only in the region of its spray-off edge 6, the surface layer 8 being located both on the overflow surface 5 and on the outer jacket surface 7.
  • a region 9 which is provided with a surface layer, which reduces the tendency to fouling and improves the cleaning ability.
  • FIG. 3 is broadly consistent with the embodiments described above, so reference is made to the foregoing description to avoid repetition, with like reference numerals being used for like details.
  • This embodiment is characterized in that the surface layer covers only the outer circumferential surface 7 and the back of the bell cup 1, whereas the overflow surface 5 and the inner surface of the bell cup 1 remain uncoated.
  • This embodiment is characterized in that the bell cup 1 complete with the surface layer. 8 is sealed. This means that the entire surface of the bell cup 1 is covered by the surface layer 8.
  • FIG. 5 is largely consistent with the embodiments described above, so reference is made to avoid repetition of the above description.
  • a special feature of this embodiment is that only the overflow surface 5 and the inner surface of the bell cup 1 is coated with the surface layer.

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Lackieranlagenbauteil, insbesondere einen Glockenteller für einen Rotationszerstäuber, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
  • Zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden üblicherweise Rotationszerstäuber eingesetzt, die als Applikationselement einen rotierenden Glockenteller aufweisen. Problematisch hierbei ist die Tatsache, dass der Glockenteller im Lackierbetrieb sowohl an Außenflächen (z.B. Mantelfläche) als auch an Innenflächen (z.B. Überströmfläche) stark mit dem applizierten Lack verunreinigt wird, wobei der Lack teilweise sehr stark an der Oberfläche des Glockentellers anhaftet. Bei einem Beschichtungsmittelwechsel muss deshalb eine relativ große Menge an Spülmittel verwendet werden, um den Glockenteller von den anhaftenden Resten des alten Beschichtungsmittels zu reinigen, wofür auch relativ viel Zeit erforderlich ist. Dies gilt auch für das sogenannte Kurzspülen, das zwischen der Beschichtung einzelner Beschichtungsobjekte (z.B. Kraftfahrzeugkarosserien) durchgeführt wird. Nachteilig an den herkömmlichen Glockentellern ist also die Verschmutzungsneigung und die unbefriedigende Reinigungsfähigkeit.
  • Darüber hinaus unterliegen die Oberflächen, insbesondere die Überströmflächen, der herkömmlichen Glockenteller einem Verschleiß durch Korrosion und/oder Abrasion, wodurch die Oberflächenrauhigkeit erhöht wird, was wiederum die Anforderungen an die Reinigung des Glockentellers erhöht.
  • Aus DE 101 12 854 A1 ist es bekannt, die Oberfläche eines derartigen Glockentellers zu beschichten, um die Abriebfestigkeit zu erhöhen und dadurch den Verschleiß zu verringern. Diese bekannten Oberflächenbeschichtungen lösen jedoch nicht das Problem der Verschmutzungsneigung bzw. der mangelnden Reinigungsfähigkeit des Glockentellers.
  • Ferner ist zum Stand der Technik hinzuweisen auf US 5 923 944 A , GB 2 170 226 A , EP 0 435 312 A1 , WO 03/064720 A1 und EP 0 087 836 A1 . Diese Druckschriften offenbaren jedoch keine Lackieranlagenbauteile und gehören einem völlig anderen technischen Gebiet an.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Verschmutzungsneigung eines Glockentellers zu verringern und/oder die Reinigungsfähigkeit des Glockentellers zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Glockenteller gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
  • Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Lackieranlagenbauteil (z.B. Glockenteller) eine Oberflächenschicht aufweist, welche die Verschmutzungsneigung verringert und/oder die Reinigungsfähigkeit verbessert.
  • Der Grundkörper selbst kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Titan, Stahl, Edelstahl, Buntmetall (Kupfer und dessen Legierungen), Keramik, Kunststoff oder einer Kombination dieser Materialien bestehen.
  • Die Oberflächenschicht kann im Rahmen der Erfindung Oxide, Nitride und/oder Karbide enthalten, wobei sich beispielsweise Bor, Molybdän, Tantal, Niob, Vanadium, Zirkonium, Silizium, Chrom, Titan, Kohlenstoff, Nickel und Fluorverbindungen als (Basis-) Materialien für die Oberflächenschicht eignen.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Oberflächenschicht aus einem Material auf Basis von Si-O, Si-OH oder silizium-organischer Verbindungen, insbesondere in Form einer Nanoschicht, wie sie noch detailliert beschrieben wird.
  • Darüber hinaus ist zu bemerken, dass die Oberflächenschicht vorzugsweise Metalloxide, Metallnitride oder metallorganische Verbindung enthält.
  • Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Oberflächenschicht wahlweise aus einem organischen, insbesondere metall-organischen Material oder aus einem anorganischen Material bestehen kann.
  • Je nach dem zu verwendenden Beschichtungsmittel kann die Oberflächenschicht entweder hydrophil oder hydrophob sein. Eine hydrophile Oberflächenschicht zeichnet sich durch einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser aus, der kleiner ist als 90°, 45°, 20°, 10°, 8° oder sogar kleiner als 6°. Darüber hinaus kann die Oberflächenschicht sogar superhydrophil sein, wobei sich die Oberflächenschicht dann durch einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser von weniger als 5°, 3°, 2° oder sogar weniger als 1° auszeichnet. Bei einer hydrophoben Oberflächenschicht ist der Kontaktwinkel gegenüber Wasser dagegen vorzugsweise größer als 90°, 110°, 130° oder 150°. Im Rahmen der Erfindung besteht sogar die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht superhydrophob ist, wobei der Kontaktwinkel gegenüber Wasser größer ist als 160°, 180°, 200° oder sogar 220°.
  • Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht eine sogenannte Nanoschicht ist. Derartige Nanoschichten sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden. An dieser Stelle ist lediglich zu erwähnen, dass Nanoschichten in der Regel aus Nanopartikeln mit einer Größe von weniger als 100 nm bestehen, welche sich in den Oberflächenrauhigkeiten absetzen und die Oberfläche dadurch versiegeln, was zu einer wesentlich verringerten Oberflächenrauhigkeit führt. Mit einer derartigen Nanoschicht lässt sich auch ein Lotuseffekt der Bauteiloberfläche realisieren, was zu einer selbstreinigenden Bauteiloberfläche führt. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Nanoschicht stellt also vorzugsweise auf eine Oberflächenschicht ab, die Partikel enthält, deren Partikelgröße im Nanometerbereich liegt. Es besteht jedoch auch oder alternativ die Möglichkeit, dass die Nanoschicht eine Schichtdicke aufweist, die im Nanometerbereich liegt.
  • Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht eine Mikrostrukturierung aufweist, um die Verschmutzungsneigung zu verringern. Beispielsweise offenbart WO 96/04123 A1 eine selbstreinigende Bauteiloberfläche, die zur Erzielung des Selbstreinigungseffekts eine Mikrostruktur mit einer hydrophoben Beschichtung kombiniert. Der Inhalt dieser Patentanmeldung ist deshalb der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen.
  • Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Oberflächenschicht eine weitere technische Funktion erfüllen, indem die Oberflächenschicht beispielsweise verschleißmindernd ist, was an sich aus der bereits eingangs zitierten Patentanmeldung DE 101 12 854 A1 bekannt ist.
  • In einer Variante der Erfindung bestehen der Grundkörper und die Oberflächenschicht aus demselben Ausgangsmaterial, wobei die Materialeigenschaften der Oberflächenschicht gezielt verändert sind, um die Verschmutzungsneigung des Lackieranlagenbauteils zu verringern und/oder die Reinigungsfähigkeit zu verbessern. Beispielsweise kann die Oberfläche des Grundkörpers hierzu mit Strahltechniken (z.B. Wasserstrahlen, Keramikperlenstrahlen, Glasperlen, etc.) bestrahlt werden, um die Oberflächeneigenschaften entsprechend zu verändern. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Oberfläche des Grundkörpers zur Herstellung der gewünschten Materialeigenschaften mit einem Laser bestrahlt oder geätzt wird. Ferner besteht im Rahmen dieser Variante der Erfindung die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht durch Plasmaverfahren erzeugt wird, beispielsweise durch plasma-elektrolytische Oxidation (PEO-Technologie).
  • In einer anderen Variante der Erfindung bestehen der Grundkörper und die Oberflächenschicht dagegen aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien, wobei die Oberflächenschicht als Oberflächenbeschichtung auf den Grundkörper aufgebracht wird. Beispielsweise kann diese Aufbringung der Oberflächenschicht durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD: Physical Vapor Deposition) erfolgen oder durch andere Verfahren.
  • Weitere mögliche Verfahren zum Aufbringen bzw. Erzeugen der Oberflächenschicht sind chemische Gasphasenabscheidung (CVD: Chemical Vapor Deposition), Ätzen, Laserbestrahlung, Ionenimplantation, Strahltechniken (z.B. Wasserstrahlen, Keramikperlenstrahlen, Glasperlenstrahlen) und klassische Beschichtungsmethoden, wie beispielsweise Spritzen, Tauchen, Zerstäuben, Streichen, die sich insbesondere zum Aufbringen von organischen Oberflächenschichten anbieten.
  • Zur Erzielung spezieller Oberflächenschichten kann es im Rahmen der Erfindung sinnvoll sein, mehrere übereinander liegende Teilschichten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften aufzubringen, wobei sich die übereinander liegenden Teilschichten beispielsweise hinsichtlich Duktilität, Reibung, Benetzbarkeit, Rautiefe, Korrosionsbeständigkeit oder Verschleißwiderstand unterscheiden können.
  • Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht mehrere Bereiche aufweist, die voneinander getrennt sind und unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. In einem mechanisch stark belasteten Bereich kann die Oberflächenschicht beispielsweise stärker auf eine möglichst große Abriebfestigkeit hin optimiert werden, wohingegen die gute Reinigungsfähigkeit an derartigen Stellen eine geringere Priorität genießt. In Oberflächenbereichen, die dem Lack stark ausgesetzt und darüber hinaus nur schlecht zugänglich sind, kann die Oberflächenschicht dagegen vorrangig auf eine möglichst geringe Verschmutzungsneigung hin optimiert werden, wohingegen die Abriebfestigkeit in diesen Bereichen nur eine geringere Priorität genießt.
  • Ferner ist zu erwähnen, dass die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer hohen, mittleren oder geringen Grenzflächenreibung bestehen kann.
  • Das Gleiche gilt sinngemäß auch für die Benetzbarkeit der Oberflächenschicht, die wahlweise aus einem Material mit einer sehr guten, guten oder geringen/schlechten Benetzbarkeit bestehen kann.
  • Auch hinsichtlich der Duktilität bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten, die je nach Anwendungszweck ausgewählt werden können. Beispielsweise kann die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer hohen Duktilität bestehen, insbesondere mit einer Bruchdehnung von mehr als 5% oder 10%. Alternativ besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer mittleren Duktilität besteht, insbesondere mit einer Bruchdehnung zwischen 0,5 und 5%. Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer geringen Duktilität besteht, insbesondere mit einer Bruchdehnung von weniger als 0,5%, 0,3% oder 0,1%.
  • Darüber hinaus kann die Oberflächenschicht aus einem Material mit einer großen Rauheit (z.B. Rz>50µm), einer mittleren Rauheit (z.B. Rz=10pm-50pm) oder einer geringen Rauheit (z.B. Rz<10pm) bestehen.
  • Auch hinsichtlich der Abriebfestigkeit bestehen verschiedene Möglichkeiten, so dass die Oberflächenschicht wahlweise aus einem Material mit einer hohen, mittleren oder geringen Abriebfestigkeit bestehen kann.
  • Ferner bestehen auch hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit der Oberflächenschicht je nach Anwendungszweck verschiedene Möglichkeiten, so dass die Oberflächenschicht wahlweise aus einem Material mit einer großen, mittleren oder kleinen Korrosionsbeständigkeit bestehen kann.
  • Die Korrosionsbeständigkeit ist insbesondere dann wichtig, wenn das Lackieranlagenbauteil (z.B. Glockenteller) aus Buntmetall (Kupfer und dessen Legierungen) besteht, da Buntmetalle auch in Verbindung mit vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) korrodieren. Dies ist wichtig, weil VE-Wasser in Wasserlacken und Wasserspülmittel enthalten ist, so dass Glockenteller aus Buntmetallen mit einer korrosionsbeständigen Oberflächenschicht überzogen werden müssen.
  • Die vorstehend genannten Möglichkeiten der Materialeigenschaften können auch gezielt miteinander kombiniert werden, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen.
  • Für eine möglichst feine Zerstäubung des Beschichtungsmittels ist es beispielsweise vorteilhaft, folgende Materialeigenschaften der Oberflächenschicht miteinander zu kombinieren: Geringe Grenzflächenreibung, geringe Benetzbarkeit, hohe Duktilität, geringe Rauhigkeit, große Abriebfestigkeit und geringe Korrosionsbeständigkeit.
  • Zur Erreichung einer möglichst guten Reinigungsfähigkeit ist es dagegen vorteilhaft, folgende Materialeigenschaften miteinander zu kombinieren: Mittlere Grenzflächenreibung, hohe Benetzbarkeit, mittlere Duktilität, geringe Rauhigkeit, geringe Abriebfestigkeit und sehr gute Korrosionsbeständigkeit.
  • Zur Erzielung eines Korrosionsschutzes von Aluminium ist es dagegen vorteilhaft, die folgenden Materialeigenschaften miteinander zu kombinieren: Mittlere Grenzflächenreibung, geringe Benetzbarkeit, hohe Duktilität, geringe Rauhigkeit, geringe Abriebfestigkeit und sehr gute Korrosionsbeständigkeit.
  • In einer Variante der Erfindung überzieht die reinigungsoptimierende Oberflächenschicht die gesamte Oberfläche des Grundkörpers.
  • In einer anderen Variante der Erfindung überzieht die reinigungsoptimierende Oberflächenschicht dagegen nur Außenflächen des Grundkörpers. Bei einem Glockenteller werden dann vorzugsweise die Mantelfläche und/oder die Rückseite des Grundkörpers mit der Oberflächenschicht überzogen.
  • In einer weiteren Variante der Erfindung wird dagegen nur eine Innenfläche des Grundkörpers mit der Oberflächenschicht überzogen. Bei einem Glockenteller kann es sich dabei beispielsweise um eine Überströmfläche handeln.
  • In einer weiteren Variante der Erfindung überzieht die Oberflächenschicht die Oberfläche des Grundkörpers dagegen nur an Teilbereichen, die einer Optimierung der Reinigungseigenschaften bedürfen. Beispielsweise kann es sich hierbei um die Bereiche der Mantelfläche und der Überströmfläche handeln, die unmittelbar an die Absprühkante angrenzen.
  • Das erfindungsgemäße Prinzip einer Optimierung der Verschmutzungsneigung bzw. der Reinigungsfähigkeit eignet sich nicht nur für Glockenteller von Rotationszerstäubern, sondern ist auch für andere lackführende Bauteile geeignet, wie beispielsweise Ventilgehäuse oder Ventilnadeln. Darüber hinaus eignet sich die Erfindung auch zur Verbesserung von sonstigen Lackieranlagenbauteilen, die im Betrieb mit einem Beschichtungsmittel in Kontakt kommen, wie beispielsweise Zerstäuber (z.B. Rotationszerstäuber), Roboterhandachsen, Roboterarme oder Flansche. Allgemein eignet sich die Erfindung zur Verbesserung der Reinigungsfähigkeit bzw. der Verschmutzungsneigung von Bauteilen eines Lackierroboters oder eines Handhabungsroboters (z.B. Türöffner, Haubenöffner). Schließlich eignet sich die Erfindung auch zur Verringerung der Verschmutzungsneigung bzw. zur Verbesserung der der Reinigungsfähigkeit von Bauteilen einer Lackierkabine, wie beispielsweise Abdeckungen, Gitterroste, Förderer, Fensterscheiben, Wandelemente oder Abluftkanäle.
  • Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf ein einzelnes Lackieranlagenbauteil (z.B. Glockenteller) beschränkt ist, das hinsichtlich seiner Verschmutzungsneigung bzw. Reinigungsfähigkeit optimiert ist. Vielmehr umfasst die Erfindung auch einen Rotationszerstäuber mit einem erfindungsgemäß optimierten Glockenteller sowie einen kompletten Lackierroboter mit einem derartigen Rotationszerstäuber.
  • Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäß optimierten Lackieranlagenbauteils (z.B. Glockenteller), wie bereits aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht.
  • 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 erfindungsgemäßen Glockentellers an einem Rotationszerstäuber,
    Figur 2
    eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Glockentellers, bei dem die Oberflächenschicht nur Teile des Glockentellers abdeckt,
    Figur 3
    eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Glockentellers, bei dem die Oberflächenschicht die äußere Mantelfläche und die Rückseite des Glockentellers überzieht,
    Figur 4
    eine Querschnittsansicht durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Glockentellers, wobei die Oberflächenschicht den gesamten Glockenteller überzieht, sowie
    Figur 5
    eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Glockentellers, bei dem die Oberflächenschicht nur die Innenfläche und die Überströmfläche des Glockentellers überzieht.
  • Figur 1 zeigt einen weitgehend herkömmlichen Glockenteller 1 für einen Rotationszerstäuber 2, wobei der Glockenteller 1 im Betrieb um eine Drehachse 3 rotiert.
  • Der zu applizierende Lack wird dem Glockenteller 1 hierbei durch ein Farbrohr zugeführt und trifft dann axial auf einen Prallteller 4, der den Lack in Radialrichtung ablenkt.
  • Der Lack strömt dann entlang einer Überströmfläche 5 zu einer ringförmig umlaufenden Absprühkante 6, an der der Lack abgesprüht wird.
  • Darüber hinaus weist der Glockenteller 1 an seiner Außenseite eine konische Mantelfläche 7 auf, was ebenfalls an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Die Erfindung sieht nun vor, dass der Glockenteller 1 an seiner Oberfläche mit einer Oberflächenschicht beschichtet ist, welche die Verschmutzungsneigung verringert und die Reinigungsfähigkeit verbessert. Diese Oberflächenschicht ist hierbei auf die Überströmfläche 5 und die lackführenden Innenflächen des Glockentellers 1 aufgebracht und erstreckt sich darüber hinaus auch über die gesamte Mantelfläche 7. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die gesamte Oberfläche des Glockentellers 1 mit der Oberflächenbeschichtung versiegelt ist.
  • Die erfindungsgemäße Oberflächenschicht enthält in diesem Ausführungsbeispiel eine Nanoschicht, die einen Lotuseffekt realisiert, so dass der Glockenteller 1 selbstreinigend ist und allenfalls eine kurze Reinigung benötigt.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen 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 lediglich im Bereich seiner Absprühkante 6 eine Oberflächenschicht 8 aufweist, wobei sich die Oberflächenschicht 8 sowohl an der Überströmfläche 5 als auch an der außen liegenden Mantelfläche 7 befindet.
  • Darüber hinaus befindet sich auch an der Innenfläche des Glockentellers 1 ein Bereich 9, der mit einer Oberflächenschicht versehen ist, welche die Verschmutzungsneigung verringert und die Reinigungsfähigkeit verbessert.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 stimmt wiederum weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
  • Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberflächenschicht lediglich die äußere Mantelfläche 7 und die Rückseite des Glockentellers 1 abdeckt, wohingegen die Überströmfläche 5 und die Innenfläche des Glockentellers 1 unbeschichtet bleiben.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 stimmt wiederum weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
  • Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Glockenteller 1 komplett mit der Oberflächenschicht 8 versiegelt ist. Dies bedeutet, dass die gesamte Oberfläche des Glockentellers 1 von der Oberflächenschicht 8 bedeckt ist.
  • Auch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 stimmt weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
  • Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass nur die Überströmfläche 5 und die Innenfläche des Glockentellers 1 mit der Oberflächenschicht 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.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Glockenteller
    2
    Rotationszerstäuber
    3
    Drehachse
    4
    Prallteller
    5
    Überströmfläche
    6
    Absprühkante
    7
    Mantelfläche
    8
    Oberflächenschicht
    9
    Beschichteter Bereich

Claims (13)

  1. Lackieranlagenbauteil, insbesondere Glockenteller (1) für einen Rotationszerstäuber, mit
    a) einem Grundkörper (1) und
    b) einer Oberflächenschicht (8) zumindest auf einem Teil der Oberfläche des Grundkörpers (1),
    c) wobei die Oberflächenschicht (8) die Verschmutzungsneigung des Lackieranlagenbauteils verringert und/oder die Reinigungsfähigkeit des Lackieranlagenbauteils verbessert,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (8) mindestens eines der folgenden Materialien enthält:
    d) Niob,
    e) Vanadium,
    f) Tantal.
  2. Lackieranlagenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (8) mindestens eines der folgenden Materialien enthält:
    a) Oxide,
    b) Karbide,
    c) Nitride.
  3. Lackieranlagenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (8) mindestens eines der folgenden Materialien enthält:
    a) Metalloxid,
    b) Metallnitrid,
    c) eine metallorganische Verbindung.
  4. Lackieranlagenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) aus einem der folgenden Materialien oder aus einer Kombination der folgenden Materialien besteht:
    a) Aluminium oder einer Aluminiumlegierung,
    b) Titan,
    c) Stahl, insbesondere Edelstahl,
    d) Buntmetall, insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung,
    e) Keramik,
    f) Kunststoff.
  5. Lackieranlagenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Oberflächenschicht (8) hydrophil ist, insbesondere mit einem Kontaktwinkel gegenüber Wasser von weniger als 90°, 45°, 20°, 10°, 8° oder weniger als 6°, oder
    b) dass die Oberflächenschicht (8) superhydrophil ist, insbesondere mit einem Kontaktwinkel gegenüber Wasser von weniger als 5°, 3°, 2° oder weniger als 1°, oder
    c) dass die Oberflächenschicht (8) hydrophob ist, insbesondere mit einem Kontaktwinkel gegenüber Wasser von mehr als 90°, 110°, 130° oder 150°, oder
    d) dass die Oberflächenschicht (8) superhydrophob ist, insbesondere mit einem Kontaktwinkel gegenüber Wasser von mehr als 160°, 180°, 200° oder 220°.
  6. Lackieranlagenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Oberflächenschicht (8) eine Nanoschicht ist, die Partikel mit einer Partikelgröße im Nanometerbereich enthält, und/oder
    b) dass die Oberflächenschicht (8) eine Nanoschicht ist, die eine Schichtdicke im Nanometerbereich aufweist,
    c) dass die Oberflächenschicht (8) eine Mikrostrukturierung aufweist, und/oder
    d) dass die Oberflächenschicht (8) verschleißmindernd ist.
  7. Lackieranlagenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (8) durch eines der folgenden Verfahren erzeugt ist:
    a) Plasmaverfahren, insbesondere plasma-elektrolytische Oxidation,
    b) Strahltechniken, insbesondere Wasserstrahlen, Keramikperlenstrahlen, Glasperlenstrahlen, oder
    c) Laserbestrahlung,
    d) Ätzen,
    e) Ionenimplantation,
    f) Physikalische Gasphasenabscheidung,
    g) Chemische Gasphasenabscheidung,
    h) Spritzen,
    i) Tauchen,
    j) Zerstäuben,
    k) Streichen.
  8. Lackieranlagenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Oberflächenschicht (8) mehrere übereinander liegende Teilschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweist, und/oder
    b) dass die Oberflächenschicht (8) mehrere Bereiche aufweist, die voneinander getrennt sind und unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
  9. Lackieranlagenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Oberflächenschicht (8) aus einem Material mit einer hohen Duktilität besteht, nämlich mit einer Bruchdehnung von mehr als 5% oder 10%, oder
    b) dass die Oberflächenschicht (8) aus einem Material mit einer mittlere Duktilität besteht, nämlich mit einer Bruchdehnung zwischen 0,5% und 5%, oder
    c) dass die Oberflächenschicht (8) aus einem Material mit einer geringen Duktilität besteht, nämlich mit einer Bruchdehnung von weniger als 0,5%, 0,3% oder 0,1%.
  10. Lackieranlagenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Oberflächenschicht (8) aus einem Material mit einer großen Rauheit besteht, nämlich mit einer Rauzahl größer 50µm, oder
    b) dass die Oberflächenschicht (8) aus einem Material mit einer mittleren Rauheit besteht, nämlich mit einer Rauzahl zwischen 10µm und 50µm, oder
    c) dass die Oberflächenschicht (8) aus einem Material mit einer geringen Rauheit besteht, nämlich mit einer Rauzahl von weniger als 10µm.
  11. Lackieranlagenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Oberflächenschicht (8) die gesamte Oberfläche des Grundkörpers (1) überzieht, oder
    b) dass die Oberflächenschicht (8) nur Außenflächen des Grundkörpers (1) überzieht, insbesondere eine Mantelfläche und/oder eine Rückseite des Grundkörpers (1), oder
    c) dass die Oberflächenschicht (8) nur eine Innenfläche des Grundkörpers (1) überzieht, insbesondere eine Überströmfläche, oder
    d) dass die Oberflächenschicht (8) die Oberfläche des Grundkörpers (1) nur an Teilbereichen überzieht.
  12. Lackieranlagenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lackieranlagenbauteil eines der folgenden Bauteile ist:
    a) ein Glockenteller (1) eines Rotationszerstäubers,
    b) ein lackführendes Bauteil, insbesondere ein Ventilgehäuse oder eine Ventilnadel,
    c) ein Bauteil das im Betrieb mit dem Beschichtungsmittel in Kontakt kommt, insbesondere ein Zerstäuber, eine Roboterhandachse, ein Roboterarm oder ein Flansch,
    d) ein Bauteil eines Lackierroboters oder eines Handhabungsroboters,
    e) ein Bauteil einer Lackierkabine, insbesondere eine Abdeckung, ein Gitterrost, ein Förderer, eine Fensterscheibe, ein Wandelement, ein Abluftkanal.
  13. Herstellungsverfahren für ein Lackieranlagenbauteil, insbesondere für einen Glockenteller (1), mit den folgenden Schritten:
    a) Bereitstellung eines Grundkörpers (1),
    b) Erzeugen einer Oberflächenschicht (8) zumindest auf einem Teil der Oberfläche des Grundkörpers (1),
    c) wobei die Oberflächenschicht (8) die Verschmutzungsneigung des Lackieranlagenbauteils verringert und/oder die Reinigungsfähigkeit verbessert,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (8) mindestens eines der folgenden Materialien enthält:
    d) Niob,
    e) Vanadium,
    f) Tantal.
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