EP4268032A1 - VERSCHLEIßTEIL, HERSTELLUNGSVERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ÜBERWACHUNG EINES VERSCHLEIßZUSTANDS - Google Patents

VERSCHLEIßTEIL, HERSTELLUNGSVERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ÜBERWACHUNG EINES VERSCHLEIßZUSTANDS

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Publication number
EP4268032A1
EP4268032A1 EP21839057.3A EP21839057A EP4268032A1 EP 4268032 A1 EP4268032 A1 EP 4268032A1 EP 21839057 A EP21839057 A EP 21839057A EP 4268032 A1 EP4268032 A1 EP 4268032A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wear
indicator
wear indicator
layer
monitoring device
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.)
Pending
Application number
EP21839057.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard ORTNER
Andreas Neuber
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.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP4268032A1 publication Critical patent/EP4268032A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4183—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by data acquisition, e.g. workpiece identification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G2207/00—Indexing codes relating to constructional details, configuration and additional features of a handling device, e.g. Conveyors
    • B65G2207/48—Wear protection or indication features
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4184—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by fault tolerance, reliability of production system
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37256—Wear, tool wear
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a wearing part, a device for monitoring a state of wear, a method for producing a wearing part and a computer program product.
  • 3D printing also known under the terms additive manufacturing (“additive manufacturing”), generative manufacturing or rapid technologies.
  • additive manufacturing additive manufacturing
  • materials can be applied layer by layer and thus three-dimensional objects be generated.
  • the parts are only printed by the 3D printer using a homogeneous material based on the specified geometry.
  • the object of the invention is to provide improvements in relation to 3D-printed wearing parts.
  • One aspect of the present disclosure relates to a wear part (e.g. partially or fully produced by means of additive manufacturing, preferably 3D printed), preferably for a container treatment system (e.g. for manufacturing, cleaning, testing, filling, sealing, labelling, printing and/or packaging of containers for liquid media, preferably beverages or liquid foods).
  • the wearing part has (e.g. in an unworn state) a component interior (e.g. produced by means of additive manufacturing, preferably 3D-printed) and a wearing layer.
  • the wear layer is produced by additive manufacturing, preferably 3D printing, and covers the interior of the component (e.g. partially or completely).
  • the wear layer has a wear indicator, which is produced by means of additive manufacturing, preferably by means of 3D printing, and is designed to indicate a wear condition of the wear part (e.g. visually, electrically and/or haptically) (or a wear condition of the wear part specify), preferably when the wear indicator is exposed and/or worn away due to wear.
  • a wear condition of the wear part e.g. visually, electrically and/or haptically
  • a wear condition of the wear part specify preferably when the wear indicator is exposed and/or worn away due to wear.
  • the wear part can advantageously enable simple wear monitoring by monitoring the wear indicator.
  • the wear indicator can be individually adapted to wear parts.
  • the wear indicator can make it possible for the wear part not to be replaced too early, but only when the wear layer is, for example, completely closed.
  • a failure of the wearing part can be detected at an early stage, which means that unforeseen downtimes/maintenance work can be reduced.
  • the wear indicator can also enable an immediate assessment in the event of damage or during the warranty period.
  • data on the wear of the consumable can be collected, which may make it possible to optimize the consumable and/or the machine in which the consumable is included.
  • the wear layer has a cover layer that covers the wear indicator when the wear part is not worn. Consequently, the wear indicator can advantageously be arranged deeper in the wear layer and, for example, only indicate the state of wear when it is exposed (and/or later removed).
  • the wear indicator forms a component surface of the wear part when the wear part is not worn or is included in a component surface of the wear part.
  • the wear indicator can thus advantageously indicate the state of wear if it is, for example, worn away at certain points or in sections. Except- the wear indicator can reduce the risk of confusion when exchanging the wear part, since the wear indicator can be permanently assigned to the wear part, for example. The safety of the system can be increased in this way.
  • the wear indicator is at least partially formed by an electrical conductor, preferably a conductor track or a conductive layer. Electrical monitoring of the wear indicator can preferably take place in this way. Electrical monitoring can be used in many ways, including early detection of wear-related component failure and reporting to a local and/or remote user interface. Using the electrical conductor, it is also possible to determine loads on the wearing part and load cycles of the wearing part.
  • the wear indicator is at least partially formed by coloring, structuring, texturing, changing hardness (e.g. hardening or hardness reduction), material change and/or nanoparticle incorporation of the wear layer at least in sections or layers.
  • the wear indicator is at least partially formed by a visual code, preferably a color code, a bar code (e.g. barcode) or an area code (e.g. QR code).
  • the wear layer has a further wear indicator, which differs from the wear indicator, is arranged closer to the interior of the component than the wear indicator, is additively manufactured, preferably 3D printed, and is designed to indicate a further wear condition of the wear part (e.g Visually, electrically and/or haptically) (or to indicate a further state of wear of the wearing part), preferably if the further wear indicator is exposed and/or worn away due to wear.
  • the wear layer can have another wear indicator, which differs from the wear indicator and the other wear indicator, is arranged closer to the interior of the component than the other wear indicator, is additively manufactured, preferably 3D printed, and is designed to indicate another wear condition of the wear part (e.g.
  • the further wear indicator and optionally the further other wear indicator is at least partially formed by an electrical conductor, preferably a conductor track or a conductive layer, and/or coloring, structuring, texturing, a change in hardness (e.g. hardening) at least in sections or in layers or hardness reduction), material change and/or nanoparticle incorporation of the wear layer, and/or a visual code, preferably a color code, a barcode (e.g. barcode) or an area code (e.g. QR code).
  • an electrical conductor preferably a conductor track or a conductive layer
  • coloring, structuring, texturing, a change in hardness (e.g. hardening) at least in sections or in layers or hardness reduction), material change and/or nanoparticle incorporation of the wear layer and/or a visual code, preferably a color code, a barcode (e.g. barcode) or an area code (e.g. QR code).
  • the wear indicator and the further wear indicator and optionally the further other wear indicator are each formed by coloring the wear layer in layers, preferably according to a traffic light system (e.g. green-yellow-red or yellow-red or green-red) and/or or with a color gradient.
  • a traffic light system e.g. green-yellow-red or yellow-red or green-red
  • one of several states of wear can be visually recognized particularly easily with an individually configurable color spectrum and categorized without remeasurement.
  • the wearing part is a container clamp for holding a container, a container guide for guiding containers, a closure channel for guiding container closures, a locking star for interrupting a container flow, a bushing, a toothed wheel, a roller or a guide.
  • the device has a wear part as disclosed herein and a monitoring device.
  • the monitoring device is designed to monitor the wear part in relation to the wear indicator (e.g. during operation and/or a pause in operation of a machine in which the wearing part is included) and preferably to output a notification signal when the wear indicator indicates the state of wear.
  • the device can thus advantageously enable automatic monitoring of the wear of the wearing part. This can, for example, also allow spare parts to be reordered or reprinted at an early stage. As a result, an "on-demand" or, ideally, even “just-in-time” procurement can be possible, which ensures minimal system downtime.
  • the device also has an optical sensor (e.g. camera or spectroscope) which is arranged to detect the wearing part.
  • the monitoring device is designed to recognize the wear indicator in a signal from the optical sensor and preferably to output the information signal when the wear indicator is recognized. In particular, monitoring for one or more visual wear indicators can thus preferably take place.
  • the device also has an electrical circuit which is connected to the wear indicator when the wear part is not worn.
  • the monitoring device is designed to monitor at least one electrical parameter (e.g. resistance, current, voltage) of the electrical circuit.
  • monitoring for one or more electrical wear indicators can thus preferably take place.
  • the monitoring device is also designed to, if the electrical circuit is interrupted (e.g. by removing the wear indicator) and/or if there is a, preferably permanent, change in the at least one electrical parameter (e.g. by removing the wear indicator) to issue the warning signal. In this way, for example, it can be automatically recognized when the wearing part has become so worn that it has to be replaced.
  • the monitoring device is also designed to determine a load condition of the wearing part as a function of an amount of the change when there is a preferably temporary change in the at least one electrical parameter, and to generate a signal that indicates the load condition determined and/or a Output signal when the determined load condition is greater than a predetermined maximum load condition.
  • knowledge about the operation of the machine and the loads on the wearing part can preferably be obtained, whereby both the machine and have the wear part improved. It is also possible for excessive stresses on the consumable to be automatically detected, necessitating replacement of the consumable and/or adjustment to the configuration or operation of the machine in which the consumable is included.
  • the monitoring device is also designed to determine (e.g. count) a number of load cycles as a function of a number of, preferably temporary, changes in the at least one electrical parameter and a signal that indicates the number of load cycles , and/or to output a signal when the determined number of load cycles is greater than a predetermined maximum number of load cycles.
  • determine e.g. count
  • a number of load cycles as a function of a number of, preferably temporary, changes in the at least one electrical parameter and a signal that indicates the number of load cycles
  • a signal that indicates the number of load cycles
  • the wearing part can be used as a component in what is known as predictive maintenance.
  • the intelligent e.g This can be done, for example, via RFID or similar.
  • a wear part that can be clearly identified via the associated IP can deliver an electrical signal about its condition continuously or at intervals.Changes due to wear of the resistance in the wearing part, this information can be transmitted to the machine control, in particular the central machine control and/or the line control (e.g. via a cloud solution) and compared with different programs.
  • the monitoring device is designed to monitor the wearing part in relation to the additional wear indicator and preferably to output an additional notification signal that differs from the notification signal when the additional wear indicator indicates the additional wear condition.
  • the monitoring device can also be designed to monitor the wearing part with respect to the further other wear indicator and preferably to output another other notification signal, which differs from the notification signal and the further notification signal, if the further other wear indicator points to the further other state of wear.
  • the wear part can thus preferably be automatically monitored for a number of wear states, as a result of which progressive wear of the wear part can be identified.
  • the monitoring device is designed to transmit the notification signal (and possibly any other signal of the monitoring device disclosed herein) visually and/or acoustically and/or haptically and/or to a control unit and/or to a local user interface and/or to output a remote user interface.
  • the notification signal (and possibly any other signal of the monitoring device disclosed herein) visually and/or acoustically and/or haptically and/or to a control unit and/or to a local user interface and/or to output a remote user interface.
  • the user can be informed about the state of wear and/or for a control unit of the machine in which the wearing part is included to be adapted to the state of wear of the wearing part.
  • the user can be informed locally and/or remotely about the state of wear, which, for example, also enables the manufacturer to remotely monitor the machine or the wear part.
  • the monitoring device is part of a local (e.g. machine or system) control unit and/or a server-based, preferably web-server-based, remote machine monitoring system.
  • the integration with the control unit can allow a responsive and easy adjustment of the operation of the machine depending on the wear of the wear part.
  • the remote machine monitoring system can enable the manufacturer to remotely monitor the machine or wear part. This can enable variable manufacturer-side services, since the actual condition of the components/parts of the system reflects the real operating conditions. For example, a query can appear in the remote machine monitoring system for the service employee who can ask about further steps, e.g. B. replacement or manual inspection by the technician on site decides. The latter can also receive the information optionally (e.g. via an app if the manufacturer has previously granted activation). As an alternative or in addition, automated triggering and scheduling of the exchange is even conceivable without human intervention.
  • the device further comprises a machine (e.g. a conveyor or a container treatment machine in a container treatment plant), the machine comprising the wearing part.
  • a machine e.g. a conveyor or a container treatment machine in a container treatment plant
  • the monitoring device is designed to adjust operation of the machine when the wear indicator indicates the state of wear. For example, if the wearing part is heavily worn, the machine can be stopped or the performance or throughput of the machine can be reduced.
  • the present disclosure relates to a method of manufacturing a wear part, preferably as disclosed herein, e.g. B. by means of a 3D printer, fused layer modelling/manufacturing (FLM), fused filament fabrication (FFF), fused deposition modeling (FDM), SLS multi-material printing, polyjet or stereolithography.
  • FLM fused layer modelling/manufacturing
  • FFF fused filament fabrication
  • FDM fused deposition modeling
  • the method includes additively manufacturing, preferably 3D printing, a wear layer of the wear part, which has a wear indicator that is additively manufactured, preferably 3D printed, and designed to indicate a wear condition of the wear part (e.g. visually, electrically and/or haptically) (or to indicate a state of wear of the wearing part), preferably when the wear indicator is exposed and/or worn away due to wear.
  • a wear condition of the wear part e.g. visually, electrically and/or haptically
  • the method can preferably also include 3D printing of a component interior of the wearing part.
  • the wear part, the wear layer, the wear indicator(s) and/or the interior of the component is essentially made of a polymer material additively, preferably 3D printed, preferably with the addition of an ink or a technical additive for coloring and/or to increase electrical conductivity (if desired).
  • control unit can refer to electronics (e.g. with microprocessor(s) and data memory) and/or a mechanical, pneumatic and/or hydraulic controller, which, depending on the training, can perform control tasks and/or control tasks and/or Even if the term “control” is used here, “regulations” or “control with feedback” and/or “processing” can also be included or meant.
  • Another aspect of the present disclosure relates to a computer program product comprising (e.g. at least one computer-readable storage medium having stored thereon) instructions that cause an additive manufacturing device (e.g. 3D printer) to perform a method as disclosed herein or a consumable part such as disclosed herein to be manufactured in a plurality of layers in an additive manufacturing process.
  • an additive manufacturing device e.g. 3D printer
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view through an unworn wearing part according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through an unworn wearing part according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view through an unworn wearing part according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view through an unworn wearing part according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5A shows a schematic sectional view through an unworn wearing part according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figure 5B is a schematic sectional view through the exemplary wear part of Figure 5A in a worn condition
  • FIG. 5C shows a schematic sectional view through the exemplary unworn wear part of FIG. 5A under bending stress
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a device for monitoring wear.
  • FIGS 1 to 5C show purely schematically a wearing part 10A-10E in different exemplary embodiments.
  • the wearing part 10A-10E is preferably used in a container treatment plant for the manufacture, cleaning, testing, filling, sealing, labelling, printing and/or packaging of containers for liquid media, preferably beverages or liquid foodstuffs, includes.
  • the wearing part 10A-10E can, for example, be constantly in contact with e.g. B. wear out containers or container closures.
  • the wearing part 10A-10E can be a container clamp (e.g. neck handling clamp) for holding a container (e.g. on the container neck or on the container shell), a container guide for guiding containers, a closure channel for guiding container closures, a locking star for interrupting of a container flow, any bushing, any gear, any roller or in general any guide.
  • a container clamp e.g. neck handling clamp
  • the techniques disclosed herein regarding the consumable 10A-10E are not unique to a container processing facility.
  • the consumable 10A-10E can be used in any environment where consumables are used, e.g. B. in any machine, any system, any vehicle, etc.
  • the wear part 10A-10E has a wear layer 12A-12E and a component interior 14 .
  • the wearing layer 12A-12E partially or completely covers the component interior 14 .
  • the wear layer 12A-12E preferably covers at least one side of the interior 14 of the component.
  • the wear layer 12A-12E progressively wears away in a direction toward the component interior 14.
  • the wear is a progressive loss of material from a surface of the wear layer 12A-12E, typically caused by mechanical causes, e.g. B. by contact and relative movement to a solid, liquid or gaseous counterpart.
  • there is a progressive loss of mass (surface abrasion) of the wearing layer 12A-12E e.g. B. by grinding, rolling, hitting, scratching, chemical and thermal stress.
  • the wearing part 10A is a 3D printed part in which at least the wear layer 12A-12E is produced by means of 3D printing.
  • the interior of the component 14 is preferably also produced by means of additive manufacturing, preferably by means of 3D printing.
  • the wear layer 12A-12E (and possibly the component interior 14) is additively manufactured layer by layer, preferably 3D-printed.
  • Fused Layer Modeling/Manufacturing FLM or Fused Filament Fabrication (FFF)
  • FDM Fused Deposition Modeling
  • SLS multi-material printing Polyjet or stereolithography
  • Plastic materials e.g. polymers such as polyamide or thermoplastics
  • the 3D printer can add so-called functional agents (so-called technical additives) when printing, e.g. B. in the form of inks, etc.
  • a special feature of the present disclosure is that the wear layer 12A-12E has at least one wear indicator 18A-32B.
  • the wear indicators 18A-32B can be covered by a cover layer 16 of the wearing layer 12A-12E when the wear part 12A-12E is not worn.
  • the wear indicators 18A-32B can therefore not be visible from the outside.
  • the wear indicator 18A-18E can then, for example, form a component surface of the wear part 10A-10E in the unworn state of the wear part 10A-10E or be included in a component surface of the wear part 10A-10E.
  • wear indicators 18A-32B are exposed and worn away. If there is no cover layer 16, the wear indicators 18A-18E are already initially exposed when the wear part 10A-10E is not worn. If several wear indicators 18A-32B are included in the wearing layer 12A-12E, the wear indicators 18A-32B are preferably gradually exposed and removed. Wear layer 12A-12E may be partially or fully formed by wear indicators 18A-32B.
  • the wear indicators 18A-32B when they are exposed and/or removed due to wear, they can indicate a respective associated wear condition of the wear part 10A-10E, preferably visually, electrically and/or haptically. If several wear indicators 18A-32B are included, these are preferably exposed and removed one after the other as wear layer 12A-12E wears, so that they can indicate increasing or increased wear states of wear part 10A-10E one after the other.
  • the wear indicator of the wear indicators 18A-32B that is arranged closest/closest to the component surface of the wear layer 12A-12E in the unworn state of the wear part 10A-10E can indicate a (first) state of wear.
  • the wear indicator of the wear indicators 18A-32B which is arranged the second closest to the component surface of the wearing layer 12A-12E in the unworn state of the wear part 10A-10E, indicates a further or second state of wear.
  • the second wear condition indicates wear of the wear layer 12A-12E and wear part 10A-10E that is more advanced than the first wear condition.
  • the wear indicator of the wear indicators 18A-32B which is the third closest to the component surface of the wear layer 12A-12E when the wear part 10A-10E is not worn, indicates another other or third wear condition, etc.
  • the monitoring of the wearing part 10A-10B in relation to the wear indicators 18A-32B can be carried out manually by a user/technician, for example.
  • the user may inspect the consumable 10A-10E at random or predetermined intervals, e.g. B. visually and / or haptically.
  • the monitoring of the wear indicators 18A-32B may function with system support and possibly fully automatically, as is described later herein by way of example with reference to FIG.
  • the wear indicators 18A-32B can indicate the associated wear condition in different ways.
  • the indication can preferably be visual, haptic and/or electrical.
  • the wear indicators 18A-32B can preferably be provided at least partially by an electrical conductor, at least sectionally or in layers (single) coloring, structuring, texturing, change in hardness, material change and/or nanoparticle incorporation (in) the wear layer 12A-12E and/or a visual code be educated.
  • the foregoing examples may be embodied in a single wear indicator 18A-32B individually or in any combination.
  • at least one of the wear indicators 18A-32B can be colored as well as structured and/or textured.
  • the wear indicators 18A-32B are distinct from the topsheet 16 (if present) and the component interior 14, respectively, to distinguish them from one another.
  • At least one of the wear indicators 18A-32B can be at least partially formed by an electrical conductor.
  • the electrical conductor can preferably be designed as a conductor track or a conductor layer.
  • the electrical conductor can be added as an electrically conductive additive (e.g. so-called "agent") during 3D printing to a non-conductive base material (e.g. a polymer) to form the electrical conductor.
  • agent electrically conductive additive
  • the 3D printer can directly print an electrically conductive material that is integrated or embedded in the remaining wear layer 12A-12E made of a polymer material.
  • the polymer material can be dispensed, for example, from a print head or an extrusion nozzle of the 3D printer.
  • the electrically conductive material or the electrically conductive additive can be dispensed, for example, from a further print head or a further extrusion nozzle of the 3D printer.
  • the wearing layer 12A-12E is preferably an electrical non-conductor (e.g B. with an electrical conductivity of less than 10E-8 S-cm-1).
  • the component interior 14 is an electrical N light conductor (e.g. B. with an electrical conductivity of less than 10E-8 S-cm-1).
  • the electrical conductor can indicate the associated state of wear, preferably electrically. However, it is also possible for the electrical conductor to visually indicate the associated state of wear, since it is different from its own Environment can settle visually, and / or indicates haptic, since he can noticeably or tactilely separate from its surroundings.
  • At least one of the wear indicators 18A-32B can be formed at least partially by coloring the wearing layer 12A-12E at least in sections or in layers.
  • the color or coloring of the wear layer 12A-12E can be provided in a variety of ways when 3D printing the wear layer 12A-12E.
  • differently colored materials preferably plastic materials, can be printed by the 3D printer, e.g. B. from different print heads or extrusion nozzles of the 3D printer.
  • a base material preferably a polymer base material, can be colored as desired when printed with different colorants (e.g. in the form of inks, powders or particles) in order to provide the coloring.
  • the wear layer 12A-12E is uncolored or otherwise colored apart from the tint(s).
  • the interior of the component 14 is preferably also uncolored or colored differently.
  • the wear layer 12A-12E is colored in multiple layers or sections for multiple wear indicators, the colors of the multiple colored layers or sections are preferably different.
  • a traffic light system eg yellow to red or green to red or green to yellow to red
  • a color gradient can be created from a component surface to the component interior 14 through the colored layers or sections.
  • the coloring can indicate the associated state of wear, preferably visually.
  • At least one of the wear indicators 18A-32B can be formed at least partially by structuring and/or texturing the wear layer 12A-12E at least in sections or in layers.
  • the structuring and/or texturing can be created directly as a two- or three-dimensional geometry (e.g. lattice structure) during 3D printing.
  • the wear layer 12A-12E is preferably structured and/or textured differently apart from the structuring and/or texturing.
  • the component interior 14 is preferably also structured and/or textured differently. If the wearing layer 12A-12E is structured and/or textured in several layers or sections for several wear indicators, the structuring and/or texturing of the several structured and/or textured layers or sections are preferably different.
  • the structuring and/or texturing can visually and/or haptically indicate the assigned state of wear.
  • At least one of the wear indicators 18A-32B can be formed at least partially by a change in hardness of the wear layer 12A-12E, at least in sections or in layers.
  • hardening or hardness reduction (softening) of the wear layer 12A can be effected by 3D printing of different hard materials.
  • the 3D printer can optionally print a first material (e.g., a polymer) or a second material (e.g., a different polymer) that are different in hardness, such that areas or Layers of wear layer 12A-12E can be created with different hardness.
  • the different hard (soft) materials can be delivered, for example, from different print heads or extrusion nozzles of the 3D printer.
  • the wearing layer 12A-12E preferably has a different, preferably homogeneous, hardness apart from the hardness-changed area or the hardness-changed layer.
  • the component interior 14 preferably has a different hardness than the hardness-changed area or the hardness-changed layer. If the wear layer 12A-12E has several layers or sections with a different hardness, these are preferably hardened differently. For example, a hardness gradient from hard to soft or from soft to hard can be created from a component surface to the component interior 14 through the hardened layers or sections. The change in hardness can haptically indicate the associated state of wear.
  • At least one of the wear indicators 18A-32B can be formed at least partially by a change in the material of the wear layer 12A-12E, at least in sections or in layers.
  • a change in the material of wear layer 12A can be brought about by 3D printing of different materials.
  • the 3D printer may optionally print a first material (e.g., a polymer) or a second material (e.g., a different polymer) such that portions or layers of wear layer 12A-12E can be made with different materials.
  • the different materials can, for example, be dispensed from different print heads or extrusion nozzles of the 3D printer.
  • a base material preferably a polymer base material
  • the wear layer 12A-12E preferably comprises a different material apart from the material-changed area or the material-changed layer.
  • the component interior 14 preferably has a different material than the material-changed areas or layers. If the wear layer 12A-12E has a plurality of material-changed layers or sections, these preferably have different materials.
  • the material change can indicate the associated state of wear, for example visually, haptically and/or electrically.
  • At least one of the wear indicators 18A-32B can be formed at least partially by an incorporation of nanoparticles, at least in sections or in layers, in the wear layer 12A-12E.
  • the 3D printer may or may not include nanoparticles in the form of an add-on additive.
  • the nanoparticle deposits can change the material properties.
  • the wearing layer 12A-12E preferably has no nanoparticle deposits apart from the areas or layers of the wear indicator mentioned.
  • the component interior 14 preferably has no nanoparticle deposits.
  • the nanoparticle deposits can indicate the associated state of wear, for example visually, haptically and/or electrically.
  • At least one of the wear indicators 18A-32B can be formed at least in part by a visual code.
  • the visual code can be created directly as two or three dimensional geometry in 3D printing.
  • the visual code may include a color code, a bar code (e.g., barcode), or an area code (e.g., QR code).
  • the wear layer 12A-12E has no visual code other than the visual code.
  • the component interior 14 preferably has no visual code.
  • the visual code can visually and/or haptically indicate the assigned state of wear.
  • a height of the wear indicators 18A-32B in a direction perpendicular to the overlying component surface of the wear layer 12A-12E can be selected depending on the application.
  • the level of the wear indicators 18A-32B can be set individually for each wear part 10A-10E, since there are components for which more wear is permitted and others that hardly allow any wear.
  • wear indicators 18A-32B may have a very low height, e.g. B. in the two-digit pm range (e.g. from 80 pm and/or with 10E-8 S-cm-1) or in the three-digit pm range.
  • FIGS. 1 to 5C are described in succession below.
  • the number of respective wear indicators 18A-32B can be varied, depending on requirements.
  • the design of the respective wear indicators 18A-32B can also be varied, depending on requirements.
  • FIG. 1 shows the wear part 10A with the wear layer 12A, which is formed from the optional top layer 16 and the wear indicators 18A, 20A and 22A.
  • Wear indicators 18A, 20A, 22A are each layers or portions of layers of wear layer 12A. In a direction from the outside to the component interior 14, the wear indicator 18A follows the top layer 16.
  • the wear indicator 20A follows the wear indicator 18A.
  • the wear indicator 22A follows the wear indicator 20A.
  • the component interior 14 follows the wear indicator 22A. As wear progresses, wear indicator 18A is first exposed and removed. Then the wear indicator 20A is exposed and worn away. Finally, the wear indicator 22A is exposed and worn away.
  • the wear indicators 18A, 20A, 22A are preferably designed as different colorings of the wearing layer 12A.
  • the wear indicators 18A, 20A, 22A can thus visually indicate the respective state of wear.
  • the wear indicators 18A, 20A, 22A can preferably have the colors of a traffic light system.
  • the wear indicator 18A can be green.
  • the wear indicator 20A can be yellow, for example.
  • the wear indicator 20A when the wear indicator 20A is exposed due to wear, it can indicate that the wear part 10A is already noticeably worn or has a medium degree of wear, but is still functional.
  • the wear indicator 22A may be red.
  • the cover layer 16 and the component interior 14 can preferably not be colored or can be colored with a different color.
  • FIG. 2 shows the wear part 10B with the wear layer 12B, which is formed from the optional top layer 16 and the wear indicators 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B.
  • Wear indicators 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B are each plies or portions of plies of wear layer 12B.
  • the wear indicator 18B follows the top layer 16.
  • the wear indicator 20B follows the wear indicator 18B, etc. As wear progresses, the wear indicator 18B is first exposed and worn away, etc.
  • the wear indicators 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B are preferably designed as different colorings of the wearing layer 12B.
  • the wear indicators 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B can thus indicate the respective state of wear visually.
  • the wear indicators 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B can preferably depict a color spectrum, e.g. B. from blue for the wear indicator 18B to red for the wear indicator 32B.
  • the wear indicator 18B can be dark blue, the wear indicator 20B light blue, wear indicator 22B dark green, wear indicator 24B light green, wear indicator 26B yellow, wear indicator 28B orange, wear indicator 30B light red and/or wear indicator 32B dark red.
  • the cover layer 16 and the component interior 14 can preferably not be colored or can be colored with a different color.
  • FIG. 3 shows the wear part IOC with the wear layer 12C, which is formed from the optional top layer 16 and the wear indicators 18C and 20C.
  • Wear indicators 18C and 20C are each layers or portions of layers of wear layer 12C. In a direction from the outside to the component interior 14, the wear indicator 18C follows the cover layer 16. The wear indicator 20C follows the wear indicator 18C, etc. As wear progresses, the wear indicator 18C is first exposed and removed, etc.
  • the wear indicators 18C, 20C are preferably designed as different colorings of the wearing layer 12B.
  • the wear indicators 18C, 20C can thus visually indicate the respective state of wear.
  • the wear indicator 18C can preferably have a manufacturer-specific, e.g. B. trademarked, have color, z. B. a dark blue.
  • the wear indicator 18C when exposed, can thus indicate a wear condition that is acceptable and does not require replacement of the wear part IOC.
  • the wear indicator 20C can preferably have a warning color, e.g. B. yellow, orange or red.
  • the wear indicator 20C can thus indicate a state of wear when it is uncovered, in which a replacement of the wearing part IOC is required.
  • the cover layer 16 and the component interior 14 can preferably not be colored or can be colored with a different color.
  • the respective wear indicators 18A-20C can be formed in addition or as an alternative to the coloring, for example by an electrical conductor, structuring, texturing, a material change, nanoparticle incorporation and/or a visual code.
  • FIG. 4 shows the wear part 10D with the wear layer 12D, which is formed from the optional top layer 16 and the wear indicators 18D, 20D and 22D.
  • the wear indicators 18D, 20D, 22D are each visual codes having individually colored, discrete and spaced apart areas per ply. In a direction from the outside to the component interior 14, the wear indicator 18D follows the cover layer 16. The wear indicator 20D follows the wear indicator 18D, etc. As wear progresses, the wear indicator 18D is first exposed and removed, etc. For example, wear indicator 18D may include multiple spaced green areas in a layer. The wear indicator 20D may have multiple spaced yellow areas in a layer. The wear indicator 22D may have multiple spaced red areas in one layer. Optionally, the wear indicators 18D, 20D, 22D can each have alternative or additional colors. The cover layer 16 and the component interior 14 can preferably not be colored or can be colored with a different color.
  • the wear indicators 18D-22D can be formed in addition to or as an alternative to the visual codes, for example by an electrical conductor, structuring, texturing, a material change and/or nanoparticle incorporation.
  • FIG. 5A shows the wear part 10E with the wear layer 12E, which is formed from the optional top layer 16 and the wear indicator 18E.
  • the wear indicator 18E is embodied as a ply or sheet-like portion of a ply of the wear layer 12C.
  • the wear indicator 18E can, for example, be printed into the wear layer 12E by means of the additives mentioned and overprinted with the top layer 16 .
  • the wear indicator 18E follows the cover layer 16.
  • the component interior 14 follows the wear indicator 18E. As wear progresses, the wear indicator 18E is exposed and worn away. Then the component interior 14 is exposed and removed.
  • the wear indicator 18E is designed as an electrical conductor, e.g. B. a conductor layer or a conductor track executed.
  • the wear indicator 18E can be integrated in an electric circuit. If the wear indicator 18E, as shown in FIG. 5B, has been worn away (e.g. at a point or over an area), the corresponding electric circuit is changed or interrupted. This can then lead, for example, to the generation of a warning signal that indicates the wear of the wearing part 10E.
  • the cover layer 16 and the component interior 14 can preferably be electrical non-conductors. In this context, the changing conductivity of the wear indicator 18E can also be monitored as it wears away, so that a statement can also be made about the progressive course of the wear.
  • the wearing part 10E is exposed to different loads (e.g. bending, twisting, stretching, upsetting, etc.) during operation.
  • loads e.g. bending, twisting, stretching, upsetting, etc.
  • These stresses or strains can cause the wear indicator 18E to deform (e.g., bend, twist, stretch, compress, etc.) temporarily or permanently, which can result in a change in the electrical properties of the wear indicator 18E.
  • the wear indicator 18E deforms its electrical resistance can change.
  • This change can be measured and evaluated, so that a load condition of the wearing part 10E can be inferred, e.g. B. comparable to a strain gauge). For example, it can thus be detected when a maximum permissible deformation of the wear part 10E has been exceeded, so that maintenance of the machine or replacement of the wear part 10E may be necessary.
  • load cycles can be monitored. For example, through a change in resistance during deformation, the load cycles can also be counted, for example. This allows a statement to be made about the number of changes in shape and thus about the expected service life.
  • FIG. 6 shows a device 34 for monitoring the wear of the wearing part 10 in a machine 36.
  • the wearing part 10 can be designed, for example, like one of the wearing parts 10A-10E explained with reference to FIGS. 1 to 5C.
  • the device 34 has a monitoring device 38 .
  • the monitoring device 38 is designed to monitor the wear part 10 in relation to its wear indicator(s).
  • the monitoring device 38 can preferably emit an information signal when a wear indicator indicates the respective state of wear.
  • monitoring device 38 can be connected to various other systems.
  • the device 34 can have an optical sensor 40 if the at least one wear indicator of the wear part 10 is designed as an electrical conductor.
  • the optical sensor 40 can be embodied as a camera, for example.
  • the optical sensor 40 can be arranged in the machine 36 for detecting the wearing part 10, preferably the wear layer of the wearing part 10, in its position of use.
  • the optical sensor 40 can detect the wearing part 10 during operation and/or during breaks in the operation of the machine 36 . Detection signals from the optical sensor 40 can be transmitted to the monitoring device 38 and evaluated by the monitoring device 38 .
  • the wear indicator becomes exposed due to wear of the consumable 10, the signal from the optical sensor 40 may indicate the wear indicator.
  • the monitoring device 38 can use the wear indicator to be detected in a signal from the optical sensor 40, e.g. B. by means of an image recognition algorithm (e.g. color recognition algorithm, color code recognition algorithm, structure recognition algorithm, texture recognition algorithm, etc.).
  • an image recognition algorithm e.g. color recognition algorithm, color code recognition algorithm, structure recognition
  • the device 34 can have an electrical circuit 42 if the at least one wear indicator of the wear part 10 is designed to output an electrical message.
  • the electrical circuit 42 is connected to the wear indicator (or indicators) in an unworn condition of the consumable 10 .
  • the monitoring device 38 monitors at least one electrical parameter (e.g. resistance, current, voltage) of the electrical circuit 42 during operation and/or during breaks in operation of the machine 36 in which the wearing part 10 is included.
  • the monitoring device 38 can output a warning signal. It is also possible that the monitoring device 38 with a, preferably permanent, change in an electrical parameter of the electrical circuit 42, z. B. caused by partial removal of the wear indicator or by complete removal of one of the wear indicators to output a (z. B. another) warning signal.
  • the monitoring device 38 can determine a load condition of the wearing part 10 as a function of an amount of the temporary change in the event of a preferably temporary change in the electrical parameter of the electrical circuit.
  • the monitoring device 38 can output a signal that indicates the load condition determined.
  • the monitoring device 38 can output a signal if the load condition determined is greater than a predefined maximum load condition.
  • the specified maximum load condition can be specified for each wearing part, e.g. B. as a value stored in the monitor 38.
  • the monitoring device 38 can determine (e.g. count) a number of load cycles as a function of a number of, preferably temporary, changes in the electrical parameter.
  • the monitoring device 38 can output a signal that indicates the number of load cycles and/or a signal if the determined number of load cycles is greater than a predefined maximum number of load cycles.
  • the specified number of load cycles can be specified for each wearing part, e.g. B. as a value stored in the monitor 38.
  • the monitoring device 38 can output the notification signal or the notification signals and possibly further signals to be output depending on the requirement and configuration of the device 10 .
  • device 34 may include a local user interface 44, a remote user interface 46, and/or a controller 48.
  • the monitoring device 38 can output the notification signal and, if necessary, other signals to be output visually, acoustically and/or haptically by means of the local user interface 44 .
  • the local user interface 44 may preferably be a machine user interface of the machine 36 or a plant user interface of a plant in which the machine 36 is included.
  • the monitoring device 38 can output the notification signal and, if necessary, other signals to be output to the remote user interface 46 .
  • the remote user interface 46 may be located at a manufacturer of the machine 36 or consumable 10, for example.
  • the remote user interface 44 can be reached, for example, by means of a web server-based connection, e.g. B. using TCP/IP or another Internet-enabled protocol.
  • the monitoring device 38 can output the information signal and possibly other signals to be output to a control unit 48 of the machine 36 .
  • the controller 48 may adjust operation of the machine 36 when the alert signal is received. For example, the controller 48 may stop the machine 36 or reduce power when the notification signal indicates that the wear layer of the consumable 10 has been completely removed and/or that the consumable 10 is to be replaced.
  • the monitoring device 38 may be part of the local control unit 48 or a server-based, preferably web-server-based, remote machine monitoring system.
  • the invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the idea of the invention and therefore fall within the scope of protection.
  • the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.
  • the individual features of independent claim 1 are each disclosed independently of one another.
  • the features of the subclaims are also independent of all features of independent claim 1 and, for example, independent of the features relating to the presence and/or the configuration of the component interior, wear layer and/or wear indicator of independent claim 1. All ranges herein are to be understood as disclosed such that all values falling within each range are disclosed individually, e.g. B. also as the respective preferred narrower outer limits of the respective area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verschleißteil (10E). Das Verschleißteil (10E) weist ein Bauteilinneres (14) und eine Verschleißschicht (12E) auf. Die Verschleißschicht (12E) ist durch additive Fertigung hergestellt, deckt das Bauteilinnere (14) ab und weist einen Verschleißindikator (18E) auf, der mittels additiver Fertigung hergestellt und dazu ausgebildet ist, auf einen Verschleißzustand des Verschleißteils (10E) hinzuweisen, wenn der Verschleißindikator (18E) verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird. Vorteilhaft kann das Verschleißteil (10E) eine einfache Verschleißüberwachung durch Überwachung des Verschleißindikators (18E) ermöglichen.

Description

Verschleißteil, Herstellungsverfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Verschleißzustands
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verschleißteil, eine Vorrichtung zu Überwachung eines Verschleißzustandes, ein Verfahren zum Herstellen eines Verschleißteiles und ein Computerprogrammprodukt.
Technischer Hintergrund
Ein aktueller Entwicklungstrend bei der Fertigung ist der sogenannte 3D-Druck, auch bekannt unter den Bezeichnungen Additive Fertigung („additive manufacturing"), Generative Fertigung oder Ra- pid-Technologien. Beim 3D-Drucken können Materialien Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden.
Dies eröffnet die Möglichkeit, Verschleißteile nach Bedarf mittels 3D-Drucker zu drucken. Bspw. können so Kosten für eine aufwendige Lagerhaltung von Verschleißteilen reduziert werden. Ebenfalls können mittels 3D-gedruckten Verschleißteilen lange Lieferzeiten für die Verschleißteile verhindert werden, da die Möglichkeit besteht, die Verschleißteile direkt oder zumindest nahe des Einsatzortes zu drucken.
Herkömmlich werden die Teile von dem 3D-Drucker nur anhand der jeweils vorgegebenen Geometrie mit einem homogenen Werkstoff gedruckt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Verbesserungen in Bezug auf 3D-gedruckte Verschleißteile zu schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben. Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein (z. B. teilweise oder vollständig mittels additiver Fertigung hergestelltes, vorzugsweise 3D-gedrucktes) Verschleißteil, vorzugsweise für eine Behälterbehandlungsanlage (z. B. zum Herstellen, Reinigen, Prüfen, Abfüllen, Verschließen, Etikettieren, Bedrucken und/oder Verpacken von Behältern für flüssige Medien, vorzugsweise Getränke o- der flüssige Nahrungsmittel). Das Verschleißteil weist (z. B. in einem unverschlissenen Zustand) ein (z. B. mittels additiver Fertigung hergestelltes, vorzugsweise 3D-gedrucktes) Bauteilinneres und eine Verschleißschicht auf. Die Verschleißschicht ist durch additive Fertigung, vorzugsweise 3D- Druck, hergestellt und deckt das Bauteilinnere (z. B. teilweise oder vollständig) ab. Die Verschleißschicht weist einen Verschleißindikator auf, der mittels additiver Fertigung, vorzugsweise mittels 3D-Druck, hergestellt und dazu ausgebildet ist, auf einen Verschleißzustand des Verschleißteils (z. B. visuell, elektrisch und/oder haptisch) hinzuweisen (bzw. einen Verschleißzustand des Verschleißteils anzugeben), vorzugsweise wenn der Verschleißindikator verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird.
Vorteilhaft kann das Verschleißteil eine einfache Verschleißüberwachung durch Überwachung des Verschleißindikators ermöglichen. Der Verschleißindikator kann verschleißteilindividuell angepasst sein. Der Verschleißindikator kann ermöglichen, dass das Verschleißteil nicht zu früh ausgetauscht wird, sondern erst wenn die Verschleißschicht bspw. vollständig verschliessen ist. Zudem kann ein Versagen des Verschleißteils frühzeitig erkannt werden, wodurch unvorhergesehene Stil Istandzei- ten/Wartungsarbeiten reduziert werden können. Der Verschleißindikator kann auch eine sofortige Beurteilung im Schadensfall bzw. Gewährleistungszeitraum ermöglichen. Ferner können durch die Überwachung des Verschleißindikators Daten über den Verschleiß des Verschleißteils gesammelt werden, wodurch es möglich sein kann, das Verschleißteil und/oder die Maschine, in der das Verschleißteil umfasst ist, zu optimieren.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Verschleißschicht eine Deckschicht auf, die den Verschleißindikator in einem unverschlissenen Zustand des Verschleißteils verdeckt. Vorteilhaft kann der Verschleißindikator folglich tiefer in der Verschleißschicht angeordnet werden und bspw. erst auf den Verschleißzustand hinweisen, wenn er freigelegt (und/oder später abgetragen) wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel bildet der Verschleißindikator in einem unverschlissenen Zustand des Verschleißteils eine Bauteiloberfläche des Verschleißteils oder ist in einer Bauteiloberfläche des Verschleißteils umfasst. Vorteilhaft kann der Verschleißindikator somit auf den Verschleißzustand hinweisen, wenn er bspw. punktuell oder abschnittsweise abgetragen wird. Außer- dem kann der Verschleißindikator beim Austausch des Verschleißteils das Risiko einer Verwechslung verringern, da der Verschleißindikator dem Verschleißteil bspw. fest zugeordnet sein kann. Damit kann die Anlagensicherheit gesteigert werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Verschleißindikator zumindest teilweise durch einen elektrischen Leiter, vorzugsweise eine Leiterbahn oder eine Leitschicht, gebildet. Vorzugsweise kann so eine elektrische Überwachung des Verschleißindikators erfolgen. Die elektrische Überwachung kann in vielerlei Hinsicht genutzt werden, bspw. zum frühzeitigen Erkennen des verschleißbedingten Bauteilversagens und Melden an eine lokale und/oder Remote-Benutzerschnittstelle. Mittels des elektrischen Leiters ist es auch möglich, Belastungen am Verschleißteil und Lastzyklen des Verschleißteils zu ermitteln.
Alternativ oder zusätzlich ist der Verschleißindikator zumindest teilweise durch eine zumindest abschnittsweise oder lageweise Färbung, Strukturierung, Texturierung, Härteänderung (z. B. Verhärtung oder Härteverringerung), Materialänderung und/oder Nanopartikeleinlagerung der Verschleißschicht gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist der Verschleißindikator zumindest teilweise durch einen visuellen Code, vorzugsweise einen Farbcode, einen Strichcode (z. B. Barcode) oder einen Flächencode (z. B. QR-Code) gebildet. Vorteilhaft können diese Merkmale auf einfache Weise visuell erfasst und kategorisiert werden, ohne Nachmessungen anzustellen. Es ist möglich, dass durch eine inhomogene Struktur des Verschleißteils Material und Gewicht gespart werden kann. Es ist auch möglich, dass gezielt mechanische Eigenschaften (Steifigkeit, Härte, Festigkeit, Biege- /Dehnsteifigkeit, Elastizität, usw.) variiert werden können. Dies kann den Vorteil haben, dass die Funktionsfähigkeit des Verschleißteils gezielt gesteuert werden kann, wenn z. B. nach Abnutzung einer harten Verschleißindikatorlage (z. B. mit grüner oder gelber Färbung) die darunterliegende weichere Verschleißindikatorlage (z. B. roter Färbung) beansprucht wird und so bspw. eine Kollision in der Maschine vermieden werden kann. Ebenso können die Merkmale dazu beitragen, eine Fälschung oder unautorisierten Nachbau der Verschleißteile zu verhindern, da sie mit spezifischen herstellerseitigen Merkmalen kombiniert sein können, z. B. spezieller Herstellercode, spezielle Herstellerfarbe, spezielle Herstellerstruktur usw.
In einer Ausführungsform weist die Verschleißschicht einen weiteren Verschleißindikator auf, der sich von dem Verschleißindikator unterscheidet, näher zu dem Bauteilinneren als der Verschleißindikator angeordnet, additiv hergestellt, vorzugsweise 3D-gedruckt, und dazu ausgebildet ist, auf einen weiteren Verschleißzustand des Verschleißteils (z. B. visuell, elektrisch und/oder haptisch) hinzuweisen (bzw. einen weiteren Verschleißzustand des Verschleißteils anzugeben), vorzugsweise wenn der weitere Verschleißindikator verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird. Optional kann die Verschleißschicht einen weiteren anderen Verschleißindikator aufweisen, der sich von dem Verschleißindikator und dem weiteren Verschleißindikator unterscheidet, näher zu dem Bauteilinneren als der weitere Verschleißindikator angeordnet, additiv hergestellt, vorzugsweise 3D-gedruckt, und dazu ausgebildet ist, auf einen weiteren anderen Verschleißzustand des Verschleißteils (z. B. visuell, elektrisch und/oder haptisch) hinzuweisen (bzw. einen weiteren anderen Verschleißzustand des Verschleißteils anzugeben), vorzugsweise wenn der weitere andere Verschleißindikator verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird. Vorteilhaft kann so ermöglicht werden, dass nacheinander auf mehrere unterschiedliche Verschleißzustände hingewiesen werden kann, z. B ein geringer Verschleißzustand und ein fortgeschrittener Verschleißzustand.
In einer weiteren Ausführungsform ist der weitere Verschleißindikator und optional der weitere andere Verschleißindikator zumindest teilweise gebildet durch einen elektrischen Leiter, vorzugsweise eine Leiterbahn oder eine Leitschicht, und/oder eine zumindest abschnittsweise oder lageweise Färbung, Strukturierung, Texturierung, Härteänderung (z. B. Verhärtung oder Härteverringerung), Materialänderung und/oder Nanopartikeleinlagerung der Verschleißschicht, und/oder einen visuellen Code, vorzugsweise einen Farbcode, einen Strichcode (z. B. Barcode) oder einen Flächencode (z. B. QR-Code).
In einer Ausführungsvariante ist der Verschleißindikator und der weitere Verschleißindikator und optional der weitere andere Verschleißindikator jeweils durch eine lageweise Einfärbung der Verschleißschicht gebildet, vorzugsweise nach einem Ampelsystem (z. B. grün-gelb-rot oder gelb-rot oder grün-rot) und/oder mit einem Farbgradienten. Vorteilhaft kann so mit einem individuell gestaltbaren Farbspektrum einer von mehreren Verschleißzuständen visuell besonders einfach erkannt und ohne Nachmessen kategorisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist das Verschleißteil eine Behälterklammer zum Halten eines Behälters, eine Behälterführung zum Führen von Behältern, eine Verschlussrinne zum Führen von Behälterverschlüssen, ein Sperrstern zum Unterbrechen eines Behälterstroms, eine Buchse, ein Zahnrad, eine Rolle oder eine Führung.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Verschleißzustands. Die Vorrichtung weist ein Verschleißteil wie hierin offenbart und eine Überwa- chungseinrichtung auf. Die Überwachungseinrichtung ist dazu ausgebildet, das Verschleißteil in Bezug auf den Verschleißindikator zu überwachen (z. B. während eines Betriebs und/oder einer Be- triebspause einer Maschine, in der das Verschleißteil umfasst ist) und vorzugsweise ein Hinweissignal auszugeben, wenn der Verschleißindikator auf den Verschleißzustand hinweist. Vorteilhaft kann die Vorrichtung somit eine automatische Überwachung des Verschleißes des Verschleißteils ermöglichen. Dies kann bspw. auch ermöglichen, dass Ersatzteile frühzeitig nachbestellt oder nachgedruckt werden können. Dadurch kann vorzugsweise eine „On-Demand"- oder im Idealfall sogar „Just-in-time"-Beschaffung möglich sein, die für minimale Anlagenstillstände sorgt.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner einen optischen Sensor (z. B. Kamera, oder Spektroskop) auf, der zum Erfassen des Verschleißteils angeordnet ist. Die Überwachungsein- richtung ist dazu ausgebildet, den Verschleißindikator in einem Signal von dem optischen Sensor zu erkennen und vorzugsweise das Hinweissignal auszugeben, wenn der Verschleißindikator erkannt wird. Vorzugsweise kann somit insbesondere eine Überwachung auf einen oder auch mehrere visuelle Verschleißindikatoren erfolgen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner einen elektrischen Stromkreis auf, der in einem unverschlissenen Zustand des Verschleißteils an den Verschleißindikator angeschlossen ist. Die Überwachungseinrichtung ist dazu ausgebildet, mindestens eine elektrische Kenngröße (z. B. Widerstand, Strom, Spannung) des elektrischen Stromkreises zu überwachen. Vorzugsweise kann somit insbesondere eine Überwachung auf einen oder auch mehrere elektrische Verschleißindikatoren erfolgen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinrichtung ferner dazu ausgebildet, bei einem Unterbrechen des elektrischen Stromkreises (z. B. durch Abtragen des Verschleißindikators) und/oder bei einer, vorzugsweise permanenten, Veränderung der mindestens einen elektrischen Kenngröße (z. B. durch Abtragen des Verschleißindikators) das Hinweissignal auszugeben. Bevorzugt kann auf diese Weise bspw. automatisch erkannt werden, wenn das Verschleißteil soweit verschliessen wurde, dass es ausgetauscht werden muss.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinrichtung ferner dazu ausgebildet, bei einer, vorzugsweise temporären, Veränderung der mindestens einen elektrischen Kenngröße einen Belastungszustand des Verschleißteils in Abhängigkeit von einem Betrag der Veränderung zu ermitteln und ein Signal, das den ermittelten Belastungszustand angibt, und/oder ein Signal, wenn der ermittelte Belastungszustand größer als ein vorgegebener maximaler Belastungszustand ist, auszugeben. Bevorzugt können auf diese Weise Erkenntnisse über den Betrieb der Maschine und die Belastungen des Verschleißteils gewonnen werden, wodurch sich sowohl die Maschine als auch das Verschleißteil verbessern lassen. Es ist auch möglich, dass übermäßige Belastungen des Verschleißteils automatisch erkannt werden, die einen Austausch des Verschleißteils und/oder eine Anpassung der Konfiguration oder des Betriebs der Maschine, in der das Verschleißteil umfasst ist, erforderlich machen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinrichtung ferner dazu ausgebildet, eine Anzahl von Lastzyklen in Abhängigkeit von einer Anzahl von, vorzugsweise temporären, Veränderungen der mindestens einen elektrischen Kenngröße zu ermitteln (z. B. zählen) und ein Signal, das die Anzahl der Lastzyklen angibt, und/oder ein Signal, wenn die ermittelte Anzahl der Lastzyklen größer als eine vorgegebene maximale Lastzyklenanzahl ist, auszugeben. Bevorzugt können auf diese Weise ebenfalls Erkenntnisse über den Betrieb der Maschine und die Belastungen des Verschleißteils gewonnen werden, wodurch sich sowohl die Maschine als auch das Verschleißteil verbessern lassen. Es ist auch möglich, dass eine übermäßig große Anzahl an Lastzyklen automatisch erkannt wird, die einen Austausch des Verschleißteils erforderlich machen können.
Es ist auch möglich, dass das Verschleißteil als ein Baustein im sogenannten Predictive Maintenance verwendet wird. Im Zuge der Digitalisierung (Fabrik der Zukunft) und der dafür notwendigen intelligenten wie z.B. selbstlernenden Eigenschaften kann es notwendig sein, Bauteile zu digitalisieren, also „intelligent" zu machen. Das bedeutet, dass sie mit einer Identität (IP) versehen werden und selbständig Informationen liefern können. Dies kann z.B. über RFID o.ä. erfolgen. In Kombination eines solchen Chips mit den eingebrachten leitfähigen Bereichen kann ein über die dazugehörige IP eindeutig erkennbares Verschleißteil kontinuierlich oder in Abständen ein elektrisches Signal über seinen Zustand liefern. Ändert sich durch Verschleiß der Widerstand im Verschleißteil, kann diese Information an die Maschinensteuerung, insbesondere die zentrale Maschinensteuerung und/oder die Liniensteuerung (z. B. über eine Cloudlösung) übermittelt und mit unterschiedlichen Programmen abgeglichen werden.
In einer Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet, das Verschleißteil in Bezug auf den weiteren Verschleißindikator zu überwachen und vorzugsweise ein weiteres Hinweissignal, das sich von dem Hinweissignal unterscheidet, auszugeben, wenn der weitere Verschleißindikator auf den weiteren Verschleißzustand hinweist. Optional kann die Überwachungseinrichtung ferner dazu ausgebildet sein, das Verschleißteil in Bezug auf den weiteren anderen Verschleißindikator zu überwachen und vorzugsweise ein weiteres anderes Hinweissignal, das sich von dem Hinweissignal und dem weiteren Hinweissignal unterscheidet, auszugeben, wenn der weitere andere Verschleißindikator auf den weiteren anderen Verschleißzustand hinweist. Bevorzugt kann das Verschleißteil somit automatisch auf mehrere Verschleißzustände hin überwacht werden, wodurch ein fortschreitender Verschleiß des Verschleißteils erkennbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet, das Hinweissignal (und ggf. jedes andere hierin offenbarte Signal der Überwachungseinrichtung) visuell und/oder akustisch und/oder haptisch und/oder an eine Steuereinheit und/oder an eine lokale Benutzerschnittstelle und/oder an eine Remote-Benutzerschnittstelle auszugeben. Vorteilhaft kann so ermöglicht werden, dass Benutzer über den Verschleißzustand informiert werden und/oder eine Steuereinheit der Maschine, in der das Verschleißteil umfasst ist, an den Verschleißzustand des Verschleißteils angepasst wird. Der Benutzer kann lokal und/oder remote über den Verschleißzustand informiert werden, wodurch bspw. auch eine herstellerseitige Remote-Überwachung der Maschine bzw. des Verschleißteils ermöglicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung Teil einer lokalen (z. B. Maschinen- oder Anlagen-) Steuereinheit und/oder eines serverbasierten, vorzugsweise webserverbasierten, Remote-Maschinenüberwachungssystems. Die Integration in die Steuereinheit kann ein reaktionsschnelles und einfaches Anpassen des Betriebs der Maschine in Abhängigkeit von dem Verschleiß des Verschleißteils ermöglichen. Das Remote-Maschinenüberwachungssystems kann eine herstellerseitige Remote-Überwachung der Maschine bzw. des Verschleißteils ermöglichen. Dies kann variable herstellerseitige Serviceleistungen ermöglichen, da der Istzustand der Komponen- ten/Bauteile der Anlage die realen Einsatzbedingungen abbildet. Bspw. kann im Remote-Maschi- nenüberwachungssystems eine Anfrage beim Servicemitarbeiter erscheinen, der über weitere Schritte, z. B. Austausch oder manuelle Überprüfung durch den Techniker vor Ort entscheidet. Auch letzterer kann die Information optional (z. B. über eine App, wenn der Hersteller vorher die Freischaltung erteilt hat) erhalten. Alternativ oder zusätzlich ist sogar eine automatisierte Bedarfsauslösung und Terminierung für den Austausch denkbar, ohne dass ein Mensch eingreifen muss.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Maschine (z. B. einen Förderer oder eine Behälterbehandlungsmaschine in einer Behälterbehandlungsanlage) auf, wobei die Maschine das Verschleißteil aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet, einen Betrieb der Maschine anzupassen, wenn der Verschleißindikator auf den Verschleißzustand hinweist. Bspw. kann bei starken Verschleiß des Verschleißteils die Maschine gestoppt oder eine Leistung bzw. ein Durchsatz der Maschine verringert werden. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines Verschleißteils, vorzugsweise wie hierin offenbart, z. B. mittels eines 3D-Druckers, Fused Layer Mo- delling/Manufacturing (FLM), Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Deposition Modeling (FDM), SLS-Multimaterial-Druck, Polyjet oder Stereolithographie. Das Verfahren weist ein additives Herstellen, vorzugsweise 3D-Drucken, einer Verschleißschicht des Verschleißteils auf, die einen Verschleißindikator aufweist, der additiv hergestellt, vorzugweise 3D-gedruckt, und dazu ausgebildet ist, auf einen Verschleißzustand des Verschleißteils (z. B. visuell, elektrisch und/oder haptisch) hinzuweisen (bzw. einen Verschleißzustand des Verschleißteils anzugeben), vorzugsweise wenn der Verschleißindikator verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner ein 3D-Drucken eines Bauteilinneren des Verschleißteils aufweisen.
Es ist möglich, dass das Verschleißteil, die Verschleißschicht, der (die) Verschleißindikator(en) und/oder das Bauteilinnere im Wesentlichen aus einem Polymerwerkstoff additiv hergestellt, vorzugsweise 3D-gedruckt, ist, vorzugsweise unter Zugabe einer Tinte oder eines technischen Zusatzstoffes zur Färbung und/oder zu Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit (wenn gewünscht).
Vorzugsweise kann sich der Begriff „Steuereinheit" auf eine Elektronik (z. B. mit Mikroprozessor(en) und Datenspeicher) und/oder eine mechanische, pneumatische und/oder hydraulische Steuerung beziehen, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben und/oder Verarbeitungsaufgaben übernehmen kann. Auch wenn hierin der Begriff „Steuern" verwendet wird, kann damit gleichsam zweckmäßig auch „Regeln" bzw. „Steuern mit Rückkopplung" und/oder „Verarbeiten" umfasst bzw. gemeint sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Computerprogrammprodukt aufweisend (z. B. mindestens ein computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten) Anweisungen, die eine additive Fertigungsvorrichtung (z. B. 3D-Drucker) veranlassen, ein Verfahren wie hierin offenbart durchzuführen oder ein Verschleißteil wie hierin offenbart in einer Vielzahl von Schichten in einem additiven Fertigungsverfahren herzustellen.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. der Figuren
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht durch ein unverschlissenes Verschleißteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 2 eine schematische Schnittansicht durch ein unverschlissenes Verschleißteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 3 eine schematische Schnittansicht durch ein unverschlissenes Verschleißteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 4 eine schematische Schnittansicht durch ein unverschlissenes Verschleißteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 5A eine schematische Schnittansicht durch ein unverschlissenes Verschleißteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 5B eine schematische Schnittansicht durch das beispielhafte Verschleißteil von Figur 5A in einem verschlissenen Zustand;
Figur 5C eine schematische Schnittansicht durch das beispielhafte unverschlissene Verschleißteil von Figur 5A bei einer Biegebeanspruchung; und
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verschleißüberwachung.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit gleichen Bezugsnummern (und ggf. unterschiedlichen nachgestellten Buchstaben) versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die Figuren 1 bis 5C zeigen rein schematisch ein Verschleißteil 10A-10E in unterschiedlichen beispielhaften Ausführungen. Bevorzugt ist das Verschleißteil 10A-10E in einer Behälterbehandlungsanlage zum Herstellen, Reinigen, Prüfen, Abfüllen, Verschließen, Etikettieren, Bedrucken und/oder Verpacken von Behältern für flüssige Medien, vorzugsweise Getränke oder flüssige Nahrungsmittel, umfasst. In der Behälterbehandlungsanlage kann das Verschleißteil 10A-10E beispielsweise durch ständige Kontakte mit z. B. Behältern oder Behälterverschlüssen verschleißen. Vorzugsweise kann das Verschleißteil 10A-10E eine Behälterklammer (z. B. Neckhandlingklammer) zum Halten eines Behälters (z. B. am Behälterhals oder am Behältermantel), eine Behälterführung zum Führen von Behältern, eine Verschlussrinne zum Führen von Behälterverschlüssen, ein Sperrstern zum Unterbrechen eines Behälterstroms, jegliche Buchse, jegliches Zahnrad, jegliche Rolle oder allgemein jegliche Führung sein.
Die hierin offenbarten Techniken bezüglich des Verschleißteils 10A-10E sind jedoch nicht nur in einer Behälterbehandlungsanlage einsetzbar. Allgemein kann das Verschleißteil 10A-10E in jeglichem Umfeld einsetzbar sein, in dem Verschleißteile verwendet werden, z. B. in jeglicher Maschine, jeglicher Anlage, jeglichem Fahrzeug usw.
Das Verschleißteil 10A-10E weist eine Verschleißschicht 12A-12E und ein Bauteilinneres 14 auf. Die Verschleißschicht 12A-12E deckt das Bauteilinnere 14 teilweise oder vollständig ab. Vorzugsweise deckt die Verschleißschicht 12A-12E zumindest eine Seite des Bauteilinneren 14 ab. Während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Verschleißteils 10A-10E verschleißt die Verschleißschicht 12A-12E fortschreitend in einer Richtung zu dem Bauteilinneren 14. Der Verschleiß ist ein fortschreitender Materialverlust aus einer Oberfläche der Verschleißschicht 12A-12E, der typischerweise durch mechanische Ursachen hervorgerufen wird, z. B. durch Kontakt und Relativbewegung zu einem festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörper. In anderen Worten kommt es beim Verschleiß zu einem fortschreitenden Masseverlust (Oberflächenabtrag) der Verschleißschicht 12A- 12E, z. B. durch schleifende, rollende, schlagende, kratzende, chemische und thermische Beanspruchung.
Das Verschleißteil 10A ist ein 3D-Druck-Teil, bei dem zumindest die Verschleißschicht 12A-12E mittels 3D-Druck hergestellt ist. Bevorzugt ist auch das Bauteilinnere 14 mittels additiver Fertigung, vorzugsweise mittels 3D-Druck, hergestellt. Die Verschleißschicht 12A-12E (und ggf. das Bauteilinnere 14) ist Lage für Lage additiv hergestellt, vorzugsweise 3D-gedruckt. Als 3D-Drucktechnik kann bspw. Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch Fused Filament Fabrication (FFF)) bzw. Fused Deposition Modeling (FDM; Deutsch etwa: Schmelzschichtung)), SLS-Multimaterial- Druck, Polyjet oder Stereolithographie verwendet werden. Vorzugsweise werden beim 3D-Drucken Kunststoffmaterialien (z. B. Polymere, wie Polyamid bzw. thermoplastische Kunststoffe) gedruckt. Es ist möglich, dass der 3D-Drucker beim Drucken sogenannte funktionelle Agenten (sogenannte technische Zusätze) hinzufügen kann, z. B. in Form von Tinten usw. Eine Besonderheit der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass die Verschleißschicht 12A-12E mindestens einen Verschleißindikator 18A-32B aufweist. Die Verschleißindikatoren 18A-32B können im unverschlissenen Zustand des Verschleißteils 12A-12E von einer Decklage 16 der Verschleißschicht 12A-12E abgedeckt sein. Im unverschlissenen Zustand des Verschleißteils 10A können die Verschleißindikatoren 18A-32B daher von außen nicht sichtbar sein. Alternativ kann es jedoch auch möglich sein, dass keine Decklage 16 vorhanden ist. Insbesondere kann dann bspw. der Verschleißindikator 18A-18E im unverschlissenen Zustand des Verschleißteils 10A-10E eine Bauteiloberfläche des Verschleißteils 10A-10E bilden oder in einer Bauteiloberfläche des Verschleißteils 10A-10E umfasst sein.
Beim fortschreitenden Verschleiß der Verschleißschicht 12A-12E werden die Verschleißindikatoren 18A-32B freigelegt und abgetragen. Sofern keine Decklage 16 vorhanden ist, liegen die Verschleißindikatoren 18A-18E im unverschlissenen Zustand des Verschleißteils 10A-10E bereits anfänglich frei. Sofern mehrere Verschleißindikatoren 18A-32B in der Verschleißschicht 12A-12E umfasst sind, werden die Verschleißindikatoren 18A-32B bevorzugt nach und nach freigelegt und abgetragen. Die Verschleißschicht 12A-12E kann teilweise oder vollständig durch die Verschleißindikatoren 18A-32B gebildet sein.
Je nach Ausführung der Verschleißindikatoren 18A-32B können diese beim verschleißbedingten Freilegen und/oder Abtragen auf einen jeweils zugeordneten Verschleißzustand des Verschleißteils 10A-10E hinweisen, vorzugsweise visuell, elektrisch und/oder haptisch. Sofern mehrere Verschleißindikatoren 18A-32B umfasst sind, werden diese beim Verschleißen der Verschleißschicht 12A-12E vorzugsweise nacheinander freigelegt und abgetragen, sodass sie nacheinander auf zunehmende bzw. vergrößerte Verschleißzustände des Verschleißteils 10A-10E hinweisen können. Der im unverschlissenen Zustand des Verschleißteils 10A-10E am nähesten/dichtesten zu der Bauteiloberfläche der Verschleißschicht 12A-12E angeordnete Verschleißindikator von den Verschleißindikatoren 18A-32B kann auf einen (ersten) Verschleißzustand hinweisen. Der im unverschlissenen Zustand des Verschleißteils 10A-10E am zweitdichtesten zu der Bauteiloberfläche der Verschleißschicht 12A-12E angeordnete Verschleißindikator von den Verschleißindikatoren 18A- 32B weist auf einen weiteren bzw. zweiten Verschleißzustand hin. Der zweite Verschleißzustand kennzeichnet einen Verschleiß der Verschleißschicht 12A-12E und des Verschleißteils 10A-10E, der weiter fortgeschritten ist als der erste Verschleißzustand. Der im unverschlissenen Zustand des Verschleißteils 10A-10E am drittdichtesten zu der Bauteiloberfläche der Verschleißschicht 12A-12E angeordnete Verschleißindikator von den Verschleißindikatoren 18A-32B weist auf einen weiteren anderen bzw. dritten Verschleißzustand hin, usw. Die Überwachung des Verschleißteils 10A-10B in Bezug auf die Verschleißindikatoren 18A-32B kann bspw. manuell durch einen Benutzer/Techniker erfolgen. Der Benutzer kann das Verschleißteil 10A- 10E bspw. in zufälligen oder vorgegebenen Abständen prüfen, z. B. visuell und/oder haptisch. Es ist allerdings auch möglich, dass die Überwachung der Verschleißindikatoren 18A-32B systemunterstützt und ggf. vollautomatisch funktioniert, wie hierin später unter Bezugnahme auf die Figur 6 beispielhaft beschrieben ist.
Die Verschleißindikatoren 18A-32B können auf unterschiedliche Art und Weise auf den jeweils zugeordneten Verschleißzustand hinweisen. Der Hinweis kann vorzugsweise visuell, haptisch und/oder elektrisch sein. Die Verschleißindikatoren 18A-32B können vorzugsweise zumindest teilweise durch einen elektrischen Leiter, eine zumindest abschnittsweise oder lageweise (Ein-)Färbung, Strukturierung, Texturierung, Härteänderung, Materialänderung und/oder Nanopartikeleinlagerung (in) der Verschleißschicht 12A-12E und/oder einen visuellen Code gebildet sein. Die vorgenannten Beispiele können in einem einzigen Verschleißindikator 18A-32B einzeln oder in jeglicher Kombination verwirklicht sein. Bspw. kann mindestens einer der Verschleißindikatoren 18A-32B sowohl gefärbt als auch strukturiert und/oder texturiert sein. Die Verschleißindikatoren 18A-32B unterscheiden sich jeweils von der Decklage 16 (sofern vorhanden) und dem Bauteilinneren 14, um diese voneinander abzugrenzen.
Beispielsweise kann mindestens einer der Verschleißindikatoren 18A-32B zumindest teilweise durch einen elektrischen Leiter gebildet sein. Der elektrische Leiter kann vorzugsweise als eine Leiterbahn oder eine Leiterschicht ausgeführt sein. Der elektrische Leiter kann beispielsweise als elektrisch leitfähiger Zusatz (z. B. sogenannter „Agent") beim 3D-Drucken zu einem Nichtleiter-Basismaterial (z. B. ein Polymer) hinzugefügt werden, um den elektrischen Leiter zu bilden. Es ist auch möglich, dass der 3D-Drucker direkt ein elektrisch leitfähiges Material drucken kann, das in die übrige Verschleißschicht 12A-12E aus einem Polymerwerkstoff integriert bzw. eingebettet wird. Der Polymerwerkstoff kann bspw. aus einem Druckkopf bzw. einer Extrusionsdüse des 3D-Druckers abgegeben werden. Das elektrisch leitfähige Material oder der elektrisch leitfähige Zusatz kann bspw. aus einem weiteren Druckkopf bzw. einer weiteren Extrusionsdüse des 3D-Druckers abgegeben werden. Bevorzugt ist die Verschleißschicht 12A-12E abgesehen von dem elektrischen Leiter bzw. den elektrischen Leitern ein elektrischer Nichtleiter (z. B. mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10E-8 S-cm-1). Bevorzugt ist das Bauteilinnere 14 ein elektrischer Nichtleiter (z. B. mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10E-8 S-cm-1). Der elektrische Leiter kann auf den zugeordneten Verschleißzustand bevorzugt elektrisch hinweisen. Es ist aber auch möglich, dass der elektrische Leiter auf den zugeordneten Verschleißzustand visuell hinweist, da er sich von seiner Umgebung visuell absetzen kann, und/oder haptisch hinweist, da er sich von seiner Umgebung fühlbar bzw. tastbar absetzen kann.
Beispielsweise kann mindestens einer der Verschleißindikatoren 18A-32B zumindest teilweise durch eine zumindest abschnittsweise oder lageweise (Ein-)Färbung der Verschleißschicht 12A-12E gebildet sein. Die Farbe bzw. Färbung der Verschleißschicht 12A-12E kann auf unterschiedliche Weise beim 3D-Drucken der Verschleißschicht 12A-12E vorgesehen werden. Bspw. können unterschiedlich farbige Materialien, vorzugsweise Kunststoffmaterialien, von dem 3D-Drucker gedruckt werden, z. B. aus verschiedenen Druckköpfen oder Extrusionsdüsen des 3D-Druckers. Es ist bspw. auch möglich, dass ein Basismaterial, vorzugsweise Polymerbasismaterial, beim Drucken mit unterschiedlichen Farbstoffen (z. B. in Form von Tinten, Pulvern oder Partikeln) wie gewünscht eingefärbt werden kann, um die Färbung vorzusehen. Bevorzugt ist die Verschleißschicht 12A-12E abgesehen von der Färbung bzw. den Färbungen ungefärbt oder anders gefärbt. Bevorzugt ist das Bauteilinnere 14 ebenfalls ungefärbt oder anders gefärbt. Sofern die Verschleißschicht 12A-12E in mehreren Lagen oder Abschnitten für mehrere Verschleißindikatoren gefärbt ist, sind die Farben der mehreren gefärbten Lagen oder Abschnitten bevorzugt unterschiedlich. Beispielsweise kann von einer Bauteiloberfläche zum Bauteilinneren 14 durch die farbigen Lagen oder Abschnitte ein Ampelsystem (z. B. gelb zu rot oder grün zu rot oder grün zu gelb zu rot) oder ein Farbgradient geschaffen werden. Die Färbung kann auf den zugeordneten Verschleißzustand bevorzugt visuell hinweisen.
Beispielsweise kann mindestens einer der Verschleißindikatoren 18A-32B zumindest teilweise durch eine zumindest abschnittsweise oder lageweise Strukturierung und/oder Texturierung der Verschleißschicht 12A-12E gebildet sein. Die Strukturierung und/oder Texturierung kann direkt als zwei- oder dreidimensionale Geometrie (z. B. Gitterstruktur) beim 3D-Drucken geschaffen werden. Bevorzugt ist die Verschleißschicht 12A-12E abgesehen von der Strukturierung und/oder Texturierung anders strukturiert und/oder texturiert. Bevorzugt ist das Bauteilinnere 14 ebenfalls anders strukturiert und/oder texturiert. Sofern die Verschleißschicht 12A-12E in mehreren Lagen oder Abschnitten für mehrere Verschleißindikatoren strukturiert und/oder texturiert ist, sind die Strukturierung und/oder Texturierung der mehreren strukturierten und/oder texturierten Lagen oder Abschnitten bevorzugt unterschiedlich. Die Strukturierung und/oder Texturierung kann auf den zugeordneten Verschleißzustand visuell und/oder haptisch hinweisen.
Beispielsweise kann mindestens einer der Verschleißindikatoren 18A-32B zumindest teilweise durch eine zumindest abschnittsweise oder lageweise Härteänderung der Verschleißschicht 12A- 12E gebildet sein. Beispielsweise kann eine Härtung oder Härteverringerung (Aufweichung) der Ver- schleißschicht 12A durch ein 3D-Drucken von unterschiedlichen harten Materialien bewirkt werden. Bspw. kann der 3D-Drucker beim Drucken der Verschleißschicht 12A-12E wahlweise ein erstes Material (z. B. ein Polymer) oder ein zweites Material (z. B. ein anderes Polymer), die unterschiedlich hart sind, drucken, sodass Bereiche oder Lagen der Verschleißschicht 12A-12E mit unterschiedlicher Härte geschaffen werden können. Die unterschiedlich harten (weichen) Materialien können bspw. aus verschiedenen Druckköpfen oder Extrusionsdüsen des 3D-Druckers abgegeben werden. Es ist bspw. auch möglich, dass ein Basismaterial, vorzugsweise Polymerbasismaterial, beim Drucken selektiv mit einem härtenden oder aufweichenden Zusatz gemischt werden kann. Bevorzugt weist die Verschleißschicht 12A-12E abgesehen von dem härteveränderten Bereich oder der härteveränderten Lage eine andere, vorzugweise homogenen, Härte auf. Bevorzugt weist das Bauteilinnere 14 eine andere Härte als der härteveränderte Bereich oder die härteveränderte Lage auf. Sofern die Verschleißschicht 12A-12E mehrere härteveränderte Lagen oder Abschnitte aufweist, sind diese vorzugsweise unterschiedlich gehärtet. Beispielsweise kann von einer Bauteiloberfläche zum Bauteilinneren 14 durch die gehärteten Lagen oder Abschnitte ein Härtegradient von hart zu weich oder von weich zu hart geschaffen werden. Die Härteveränderung kann auf den zugeordneten Verschleißzustand haptisch hinweisen.
Beispielsweise kann mindestens einer der Verschleißindikatoren 18A-32B zumindest teilweise durch eine zumindest abschnittsweise oder lageweise Materialänderung der Verschleißschicht 12A-12E gebildet sein. Beispielsweise kann eine Materialänderung der Verschleißschicht 12A durch ein 3D-Drucken von unterschiedlichen Materialien bewirkt werden. Bspw. kann der 3D-Drucker beim Drucken der Verschleißschicht 12A-12E wahlweise ein erstes Material (z. B. ein Polymer) oder ein zweites Material (z. B. ein anderes Polymer) drucken, sodass Bereiche oder Lagen der Verschleißschicht 12A-12E mit unterschiedlichen Materialien geschaffen werden können. Die unterschiedlichen Materialien können bspw. aus verschiedenen Druckköpfen oder Extrusionsdüsen des 3D-Druckers abgegeben werden. Es ist bspw. auch möglich, dass ein Basismaterial, vorzugsweise Polymerbasismaterial, beim Drucken selektiv mit einem Materialzusatz gemischt werden kann, um eine Materialänderung zu bewirken. Bevorzugt weist die Verschleißschicht 12A-12E abgesehen von dem materialveränderten Bereich oder der materialveränderten Lage ein anderes Material auf. Bevorzugt weist das Bauteilinnere 14 ein anderes Material als die materialveränderten Bereiche oder Lagen auf. Sofern die Verschleißschicht 12A-12E mehrere materialveränderte Lagen oder Abschnitte aufweist, weisen diese vorzugsweise unterschiedliche Materialien auf. Die Materialänderung kann auf den zugeordneten Verschleißzustand bspw. visuell, haptisch und/oder elektrisch hinweisen. Beispielsweise kann mindestens einer der Verschleißindikatoren 18A-32B zumindest teilweise durch eine zumindest abschnittsweise oder lageweise Nanopartikeleinlagerung der Verschleißschicht 12A-12E gebildet sein. Bspw. kann der 3D-Drucker beim Drucken der Verschleißschicht 12A- 12E wahlweise Nanopartikel in Form eines hinzufügbaren Zusatzes hinzufügen oder nicht. Die Nanopartikeleinlagerungen können die Materialeigenschaften verändern. Bevorzugt weist die Verschleißschicht 12A-12E abgesehen von den genannten Bereichen oder Lagen des Verschleißindikators keine Nanopartikeleinlagerungen auf. Bevorzugt weist das Bauteilinnere 14 keine Nanopartikeleinlagerungen auf. Die Nanopartikeleinlagerungen können auf den zugeordneten Verschleißzustand bspw. visuell, haptisch und/oder elektrisch hinweisen.
Beispielsweise kann mindestens einer der Verschleißindikatoren 18A-32B zumindest teilweise durch einen visuellen Code gebildet sein. Der visuelle Code kann direkt als zwei- oder dreidimensionale Geometrie beim 3D-Drucken geschaffen werden. Beispielsweise kann der visuelle Code einen Farbcode, einen Strichcode (z. B. Barcode) oder einen Flächencode (z. B. QR-Code) aufweisen. Bevorzugt weist die Verschleißschicht 12A-12E abgesehen von dem visuellen Code keinen weiteren visuellen Code auf. Bevorzugt weist das Bauteilinnere 14 keinen visuellen Code auf. Der visuelle Code kann auf den zugeordneten Verschleißzustand visuell und/oder haptisch hinweisen.
Eine Höhe der Verschleißindikatoren 18A-32B in einer Richtung senkrecht zur darüber liegenden Bauteiloberfläche der Verschleißschicht 12A-12E kann je nach Anwendungsfall gewählt werden. Die Höhe der Verschleißindikatoren 18A-32B kann für jedes Verschleißteil 10A-10E individuell getroffen werden, da es Bauteile gibt, für die mehr Verschleiß zugelassen ist und andere, die kaum Verschleiß erlauben. Bspw. können die Verschleißindikatoren 18A-32B eine sehr geringe Höhe aufweisen, z. B. im zweistelligen pm-Bereich (z. B. ab 80 pm und/oder mit 10E-8 S-cm-1) oder im dreistelligen pm- Bereich.
Nachfolgend sind die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 5C nacheinander beschrieben. Die Anzahl der jeweiligen Verschleißindikatoren 18A-32B kann variiert werden, je nach Anforderung. Die Ausbildung der jeweiligen Verschleißindikatoren 18A-32B kann ebenfalls variiert werden, je nach Anforderung.
Die Figur 1 zeigt das Verschleißteil 10A mit der Verschleißschicht 12A, die aus der optionalen Decklage 16 und den Verschleißindikatoren 18A, 20A und 22A gebildet ist. Die Verschleißindikatoren 18A, 20A, 22A sind jeweils Lagen oder Abschnitte von Lagen der Verschleißschicht 12A. In einer Richtung von außen zu dem Bauteilinneren 14 folgt der Verschleißindikator 18A auf die Decklage 16. Der Verschleißindikator 20A folgt auf den Verschleißindikator 18A. Der Verschleißindikator 22A folgt auf den Verschleißindikator 20A. Das Bauteilinnere 14 folgt auf den Verschleißindikator 22A. Bei fortschreitendem Verschleiß wird zunächst der Verschleißindikatoren 18A freigelegt und abgetragen. Dann wird der Verschleißindikator 20A freigelegt und abgetragen. Schließlich wird der Verschleißindikator 22A freigelegt und abgetragen.
Die Verschleißindikatoren 18A, 20A, 22A sind bevorzugt als unterschiedliche Einfärbungen der Verschleißschicht 12A ausgeführt. Die Verschleißindikatoren 18A, 20A, 22A können somit visuell auf den jeweiligen Verschleißzustand hinweisen. Bevorzugt können die Verschleißindikatoren 18A, 20A, 22A Farben eines Ampelsystems aufweisen. Beispielsweise kann der Verschleißindikator 18A grün sein. Damit kann der Verschleißindikator 18A bei dessen verschleißbedingten Freilegen darauf hinweisen, dass das Verschleißteil 10A kaum verschlissen ist bzw. einen geringen Abnutzungsgrad aufweist. Der Verschleißindikator 20A kann bspw. gelb sein. Damit kann der Verschleißindikator 20A bei dessen verschleißbedingten Freilegen darauf hinweisen, dass das Verschleißteil 10A bereits merklich verschlissen bzw. einen mittleren Abnutzungsgrad aufweist, aber noch funktionsfähig ist. Der Verschleißindikator 22A kann bspw. rot sein. Damit kann der Verschleißindikator 22A bei dessen verschleißbedingten Freilegen darauf hinweisen, dass das Verschleißteil 10A sehr verschlissen bzw. einen hohen Abnutzungsgrad aufweist und getauscht werden sollte. Sobald der Verschleißindikator 22A vollständig abgetragen ist, kann das Verschleißteil 10A nicht mehr zuverlässig funktionieren oder sogar Schäden in der Maschine verursachen. Die Decklage 16 und das Bauteilinnere 14 können vorzugsweise nicht oder mit einer anderen Farbe eingefärbt sein.
Die Figur 2 zeigt das Verschleißteil 10B mit der Verschleißschicht 12B, die aus der optionalen Decklage 16 und den Verschleißindikatoren 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B gebildet ist. Die Verschleißindikatoren 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B sind jeweils Lagen oder Abschnitte von Lagen der Verschleißschicht 12B. In einer Richtung von außen zu dem Bauteilinneren 14 folgt der Verschleißindikator 18B auf die Decklage 16. Der Verschleißindikator 20B folgt auf den Verschleißindikator 18B, usw. Bei fortschreitendem Verschleiß wird zunächst der Verschleißindikator 18B freigelegt und abgetragen, usw.
Die Verschleißindikatoren 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B sind bevorzugt als unterschiedliche Einfärbungen der Verschleißschicht 12B ausgeführt. Die Verschleißindikatoren 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B können somit visuell auf den jeweiligen Verschleißzustand hinweisen. Bevorzugt können die Verschleißindikatoren 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, 32B ein Farbspektrum abbilden, z. B. von Blau für den Verschleißindikator 18B zu Rot für den Verschleißindikatoren 32B. Beispielsweise kann der Verschleißindikator 18B dunkelblau, der Verschleißindikator 20B hellblau, der Verschleißindikator 22B dunkelgrün, der Verschleißindikator 24B hellgrün, der Verschleißindikator 26B gelb, der Verschleißindikator 28B orange, der Verschleißindikator 30B hellrot und/oder der Verschleißindikator 32B dunkelrot sein. Die Decklage 16 und das Bauteilinnere 14 können vorzugsweise nicht oder mit einer anderen Farbe eingefärbt sein.
Die Figur 3 zeigt das Verschleißteil IOC mit der Verschleißschicht 12C, die aus der optionalen Decklage 16 und den Verschleißindikatoren 18C und 20C gebildet ist. Die Verschleißindikatoren 18C und 20C sind jeweils Lagen oder Abschnitte von Lagen der Verschleißschicht 12C. In einer Richtung von außen zu dem Bauteilinneren 14 folgt der Verschleißindikator 18C auf die Decklage 16. Der Verschleißindikator 20C folgt auf den Verschleißindikator 18C, usw. Bei fortschreitendem Verschleiß wird zunächst der Verschleißindikator 18C freigelegt und abgetragen, usw.
Die Verschleißindikatoren 18C, 20C sind bevorzugt als unterschiedliche Einfärbungen der Verschleißschicht 12B ausgeführt. Die Verschleißindikatoren 18C, 20C können somit visuell auf den jeweiligen Verschleißzustand hinweisen. Bevorzugt kann der Verschleißindikator 18C eine herstellerspezifische, z. B. markengeschützte, Farbe aufweisen, z. B. ein Dunkelblau. Der Verschleißindikator 18C kann somit bei dessen Freilegen auf einen Verschleißzustand hinweisen, der akzeptabel ist und keinen Austausch des Verschleißteils IOC erfordert. Bevorzugt kann der Verschleißindikator 20C hingegen eine Warnfarbe aufweisen, z. B. Gelb, Orange oder Rot. Der Verschleißindikator 20C kann somit bei dessen Freilegen auf einen Verschleißzustand hinweisen, bei dem ein Austausch des Verschleißteils IOC erforderlich ist. Die Decklage 16 und das Bauteilinnere 14 können vorzugsweise nicht oder mit einer anderen Farbe eingefärbt sein.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 können die jeweiligen Verschleißindikatoren 18A- 20C zusätzlich oder alternativ zu den Einfärbungen bspw. durch einen elektrischen Leiter, eine Strukturierung, eine Texturierung, eine Materialänderung, eine Nanopartikeleinlagerung und/oder einen visuellen Code gebildet sein.
Die Figur 4 zeigt das Verschleißteil 10D mit der Verschleißschicht 12D, die aus der optionalen Decklage 16 und den Verschleißindikatoren 18D, 20D und 22D gebildet ist.
Die Verschleißindikatoren 18D, 20D, 22D sind jeweils visuelle Codes, die je Lage individuell eingefärbte, einzelne und voneinander beabstandete Bereich aufweisen. In einer Richtung von außen zu dem Bauteilinneren 14 folgt der Verschleißindikator 18D auf die Decklage 16. Der Verschleißindikator 20D folgt auf den Verschleißindikator 18D, usw. Bei fortschreitendem Verschleiß wird zunächst der Verschleißindikatoren 18D freigelegt und abgetragen, usw. Bspw. kann der Verschleißindikator 18D mehrere beabstandete grüne Bereiche in einer Lage aufweisen. Der Verschleißindikator 20D kann mehrere beabstandete gelbe Bereiche in einer Lage aufweisen. Der Verschleißindikator 22D kann mehrere beabstandete rote Bereiche in einer Lage aufweisen. Optional können die Verschleißindikatoren 18D, 20D, 22D jeweils alternative oder weitere Farben aufweisen. Die Decklage 16 und das Bauteilinnere 14 können vorzugsweise nicht oder mit einer anderen Farbe eingefärbt sein.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 können die Verschleißindikatoren 18D-22D zusätzlich oder alternativ zu den visuellen Codes bspw. durch einen elektrischen Leiter, eine Strukturierung, eine Texturierung, eine Materialänderung und/oder eine Nanopartikeleinlagerung gebildet sein.
Figur 5A zeigt das Verschleißteil 10E mit der Verschleißschicht 12E, die aus der optionalen Decklage 16 und dem Verschleißindikator 18E gebildet ist. Der Verschleißindikator 18E ist als eine Lage oder ein bahnförmiger Abschnitt einer Lage der Verschleißschicht 12C ausgeführt. Der Verschleißindikator 18E kann bspw. mittels der erwähnten Zusätze in die Verschleißschicht 12E eingedruckt und mit der Decklage 16 überdruckt werden.
In einer Richtung von außen zu dem Bauteilinneren 14 folgt der Verschleißindikator 18E auf die Decklage 16. Das Bauteilinnere 14 folgt auf den Verschleißindikator 18E. Bei fortschreitendem Verschleiß wird der Verschleißindikatoren 18E freigelegt und abgetragen. Danach wird das Bauteilinnere 14 freigelegt und abgetragen.
Der Verschleißindikator 18E ist als ein elektrischer Leiter, z. B. eine Leiterschicht oder eine Leiterbahn, ausgeführt. Der Verschleißindikator 18E kann in einem Stromkreis integriert sein. Wenn der Verschleißindikator 18E, wie in Figur 5B dargestellt ist, (z. B. punktuell oder flächig) abgetragen wurde, wird der entsprechende Stromkreis verändert oder unterbrochen. Dies kann dann bspw. zur Generierung eines Warnsignals führen, das auf den Verschleiß des Verschleißteils 10E hinweist. Die Decklage 16 und das Bauteilinnere 14 können vorzugsweise elektrische Nichtleiter sein. In diesem Zusammenhang kann auch die sich ändernde Leitfähigkeit des Verschleißindikators 18E bei dessen fortschreitenden Abtragen überwacht werden, sodass damit auch eine Aussage über den fortschreitenden Verlauf des Verschleißes getroffen werden kann.
Es ist auch möglich, dass wie in Figur 5C übertrieben dargestellt ist, dass das Verschleißteil 10E im Betrieb unterschiedlichen Belastungen (z. B. Biegen, Verdrillen, Dehnen, Stauchen usw.) ausgesetzt ist. Diese Belastungen-oder Beanspruchungen können zu einer temporären oder permanenten Formänderung des Verschleißindikators 18E führen (z. B. Biegen, Verdrillen, Dehnen, Stauchen usw.), die zu einer Änderung der elektrischen Eigenschaften des Verschleißindikators 18E führen können. Bspw. kann sich bei der Verformung des Verschleißindikators 18E dessen elektrischer Widerstand verändern.
Diese Veränderung kann messtechnisch erfasst und ausgewertet werden, sodass auf einen Belastungszustand des Verschleißteils 10E geschlossen werden kann, z. B. vergleichbar mit einem Dehnmessstreifen). Bspw. kann so erkannt werden, wenn eine maximal zulässige Verformung des Verschleißteils 10E überschritten wurde, sodass eine Wartung der Maschine oder ein Austausch des Verschleißteils 10E erforderlich sein kann. Alternativ oder zusätzlich können Lastzyklen überwacht werden. Durch bspw. eine Widerstandsänderungen beim Verformen können auch die Lastzyklen bspw. mitgezählt werden. Dadurch kann eine Aussage über die Anzahl der Formänderungen und somit über die zu erwartende Lebensdauer gemacht werden.
Die Figur 6 zeigt eine Vorrichtung 34 zur Verschleißüberwachung des Verschleißteils 10 in einer Maschine 36. Das Verschleißteil 10 kann bspw. wie eines der unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5C erläuterten Verschleißteile 10A-10E ausgeführt sein.
Die Vorrichtung 34 weist eine Überwachungseinrichtung 38 auf. Die Überwachungseinrichtung 38 ist dazu ausgebildet, das Verschleißteil 10 in Bezug auf dessen Verschleißindikator(en) zu überwachen. Vorzugsweise kann die Überwachungseinrichtung 38 ein Hinweissignal ausgeben, wenn ein Verschleißindikator auf den jeweiligen Verschleißzustand hinweist.
Je nach Ausführung des mindestens einen zu überwachenden Verschleißindikators des Verschleißteils 10 kann die Überwachungseinrichtung 38 mit unterschiedlichen anderen Systemen verbunden sein.
Bspw. kann die Vorrichtung 34 einen optischen Sensor 40 aufweisen, wenn der mindestens eine Verschleißindikator des Verschleißteils 10 als elektrischer Leiter ausgeführt ist. Der optische Sensor 40 kann bspw. als eine Kamera ausgeführt sein. Der optische Sensor 40 kann zum Erfassen des Verschleißteils 10, vorzugsweise der Verschleißschicht des Verschleißteils 10, in dessen Gebrauchslage in der Maschine 36 angeordnet sein. Bspw. kann der optische Sensor 40 das Verschleißteil 10 während des Betriebs und/oder während Betriebspausen der Maschine 36 erfassen. Erfassungssignale des optischen Sensors 40 können zu der Überwachungseinrichtung 38 übermittelt und von der Überwachungseinrichtung 38 ausgewertet werden. Wenn der Verschleißindikator aufgrund des Verschleißes des Verschleißteils 10 freigelegt wird, kann das Signal des optischen Sensors 40 auf den Verschleißindikator hinweisen. Die Überwachungseinrichtung 38 kann den Verschleißindikator in einem Signal von dem optischen Sensor 40 zu erkennen, z. B. mittels eines Bilderkennungsalgorithmus (z. B. Farberkennungsalgorithmus, Fabcodeerkennungsalgorithmus, Strukturerkennungsalgorithmus, Texturerkennungsalgorithmus usw.).
Bspw. kann die Vorrichtung 34 einen elektrischen Stromkreis 42 aufweisen, wenn der mindestens eine Verschleißindikator des Verschleißteils 10 zum Ausgeben eines elektrischen Hinweises ausgeführt ist. Der elektrische Stromkreis 42 ist in einem unverschlissenen Zustand des Verschleißteils 10 an den Verschleißindikator (oder die Verschleißindikatoren) angeschlossen. Die Überwachungsein- richtung 38 überwacht mindestens eine elektrische Kenngröße (z. B. Widerstand, Strom, Spannung) des elektrischen Stromkreises 42 während des Betriebs und/oder während Betriebspausen der Maschine 36, in der das Verschleißteil 10 umfasst ist.
Bei einem Unterbrechen des elektrischen Stromkreises 42, z. B. bewirkt durch ein punktuelles oder vollständiges Abtragen des Verschleißindikators, kann die Überwachungseinrichtung 38 ein Hinweissignal ausgeben. Es ist auch möglich, dass die die Überwachungseinrichtung 38 bei einer, vorzugsweise permanenten, Veränderung einer elektrischen Kenngröße des elektrischen Stromkreises 42, z. B. bewirkt durch teilweises Abtragen des Verschleißindikators oder durch vollständiges Abtragen einer der Verschleißindikatoren, ein (z. B. weiteres) Hinweissignal auszugeben.
Zusätzlich oder alternativ kann die Überwachungseinrichtung 38 bei einer, vorzugsweise temporären, Veränderung der elektrischen Kenngröße des elektrischen Stromkreises einen Belastungszustand des Verschleißteils 10 in Abhängigkeit von einem Betrag der temporären Veränderung ermitteln. Die Überwachungseinrichtung 38 kann ein Signal, das den ermittelten Belastungszustand angibt, ausgeben. Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungseinrichtung 38 ein Signal ausgeben, wenn der ermittelte Belastungszustand größer als ein vorgegebener maximaler Belastungszustand ist. Der vorgegebene maximale Belastungszustand kann jeweils verschleißteilspezifisch vorgegeben sein, z. B. als ein in der Überwachungseinrichtung 38 gespeicherter Wert.
Zusätzlich oder alternativ kann die Überwachungseinrichtung 38 eine Anzahl von Lastzyklen in Abhängigkeit von einer Anzahl von, vorzugsweise temporären, Veränderungen der elektrischen Kenngröße ermitteln (z. B. zählen). Die Überwachungseinrichtung 38 kann ein Signal, das die Anzahl der Lastzyklen angibt, und/oder ein Signal, wenn die ermittelte Anzahl der Lastzyklen größer als eine vorgegebene maximale Lastzyklenanzahl ist, ausgeben. Die vorgegebene Lastzyklenanzahl kann jeweils verschleißteilspezifisch vorgegeben sein, z. B. als ein in der Überwachungseinrichtung 38 gespeicherter Wert. Die Überwachungseinrichtung 38 kann das Hinweissignal bzw. die Hinweissignale und ggf. weitere auszugebende Signale je nach Anforderung und Konfiguration der Vorrichtung 10 ausgeben. Beispielsweise kann die Vorrichtung 34 eine lokale Benutzerschnittstelle 44, eine Remote-Benutzerschnittstelle 46 und/oder eine Steuereinheit 48 aufweisen.
Beispielsweise kann die Überwachungseinrichtung 38 das Hinweissignal und ggf. weitere auszugebende Signale visuell, akustisch und/oder haptisch mittels der lokalen Benutzerschnittstelle 44 ausgeben. Die lokale Benutzerschnittstelle 44 kann vorzugsweise eine Maschinenbenutzerschnittstelle der Maschine 36 oder eine Anlagenbenutzerschnittstelle einer Anlage, in der die Maschine 36 umfasst ist, sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungseinrichtung 38 das Hinweissignal und ggf. weitere auszugebende Signale an die Remote-Benutzerschnittstelle 46 ausgeben. Die Remote-Benutzerschnittstelle 46 kann beispielsweise bei einem Hersteller der Maschine 36 oder des Verschleißteils 10 angeordnet sein. Die Remote-Benutzerschnittstelle 44 kann bspw. mittels einer webserverbasierten Verbindung erreicht werden, z. B. mittels TCP/IP oder einem anderen internetfähigen Protokoll.
Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungseinrichtung 38 das Hinweissignal und ggf. weitere auszugebende Signale an eine Steuereinheit 48 der Maschine 36 ausgeben. Die Steuereinheit 48 kann einen Betrieb der Maschine 36 anpassen, wenn das Hinweissignal empfangen wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit 48 die Maschine 36 stoppen oder eine Leistung verringern, wenn das Hinweissignal angibt, dass die Verschleißschicht des Verschleißteils 10 vollständig abgetragen wurde und/oder dass das Verschleißteil 10 auszutauschen ist.
Es ist möglich, dass die Überwachungseinrichtung 38 Teil der lokalen Steuereinheit 48 oder eines serverbasierten, vorzugsweise webserverbasierten, Remote-Maschinenüberwachungssystems 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. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und beispielsweise unabhängig von den Merkmalen bezüglich des Vorhandenseins und/oder der Konfiguration des Bauteilinneren, der Verschleißschicht und/oder des Verschleißindikators des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweils bevorzugte engere Außengrenzen des jeweiligen Bereichs.
Bezugszeichenliste
10-10E Verschleißteil
12A-12E Verschleißschicht
14 Bauteilinneres
16 Decklage
18A-32B Verschleißindikator
34 Vorrichtung zur Verschleißüberwachung
36 Maschine
38 Überwachungseinrichtung
40 Optischer Sensor
42 Elektrischer Stromkreis
44 Lokale Benutzerschnittstelle
46 Remote-Benutzerschnittstelle
48 Steuereinheit

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verschleißteil (10-10E), vorzugsweise für eine Behälterbehandlungsanlage, wobei das Verschleißteil (10-10E) aufweist: ein Bauteilinneres (14); und eine Verschleißschicht (12A-12E), die durch additive Fertigung, vorzugsweise 3D- Druck, hergestellt ist, das Bauteilinnere (14) abdeckt und einen Verschleißindikator (18A- 32B) aufweist, der mittels additiver Fertigung, vorzugsweise 3D-Druck, hergestellt und dazu ausgebildet ist, auf einen Verschleißzustand des Verschleißteils (10-10E) hinzuweisen, wenn der Verschleißindikator (18A-32B) verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird.
2. Verschleißteil (10-10E) nach Anspruch 1, wobei: die Verschleißschicht (12A-12E) eine Deckschicht (16) aufweist, die den Verschleißindikator (18A-32B) in einem unverschlissenen Zustand des Verschleißteils (10- 10E) verdeckt; oder der Verschleißindikator (18A-32B) in einem unverschlissenen Zustand des Verschleißteils (10-10E) eine Bauteiloberfläche des Verschleißteils (10-10E) bildet oder in einer Bauteiloberfläche des Verschleißteils (10-10E) umfasst ist.
3. Verschleißteil (10-10E) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Verschleißindikator (18A-32B) zumindest teilweise gebildet ist durch: einen elektrischen Leiter, vorzugsweise eine Leiterbahn oder eine Leitschicht; und/oder eine zumindest abschnittsweise oder lageweise Färbung, Strukturierung, Texturierung, Härteänderung, Materialänderung und/oder Nanopartikeleinlagerung der Verschleißschicht (12A-12D); und/oder einen visuellen Code, vorzugsweise einen Farbcode, einen Strichcode oder einen Flächencode.
4. Verschleißteil (10-10D) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Verschleißschicht (12A-12D) einen weiteren Verschleißindikator (18A-32B) aufweist, der sich von dem Verschleißindikator (18A-32B) unterscheidet, näher zu dem Bau-
24 teilinneren (14) als der Verschleißindikator (18A-32B) angeordnet, additiv hergestellt, vorzugsweise 3D-gedruckt, und dazu ausgebildet ist, auf einen weiteren Verschleißzustand des Verschleißteils (10-10D) hinzuweisen, wenn der weitere Verschleißindikator (18A-32B) verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird; und optional die Verschleißschicht (12A-12C) einen weiteren anderen Verschleißindikator (18A- 32B) aufweist, der sich von dem Verschleißindikator (18A-32B) und dem weiteren Verschleißindikator (18A-32B) unterscheidet, näher zu dem Bauteilinneren (14) als der weitere Verschleißindikator (18A-32B) angeordnet, additiv hergestellt, vorzugsweise 3D-gedruckt, und dazu ausgebildet ist, auf einen weiteren anderen Verschleißzustand des Verschleißteils (10-10D) hinzuweisen, wenn der weitere andere Verschleißindikator (18A-32B) verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird. Verschleißteil (10-10D) nach Anspruch 4, wobei der weitere Verschleißindikator (18A-32B) und optional der weitere andere Verschleißindikator (18A-32B) zumindest teilweise gebildet ist durch: einen elektrischen Leiter, vorzugsweise eine Leiterbahn oder eine Leitschicht; und/oder eine zumindest abschnittsweise oder lageweise Färbung, Strukturierung, Texturierung, Härteänderung, Materialänderung und/oder Nanopartikeleinlagerung der Verschleißschicht (12A-12D); und/oder einen visuellen Code, vorzugsweise einen Farbcode, einen Strichcode oder einen Flächencode. Verschleißteil (10-10C) nach Anspruch 4, wobei: der Verschleißindikator (18A-32B) und der weitere Verschleißindikator (18A-32B) und optional der weitere andere Verschleißindikator (18A-32B) jeweils durch eine lageweise Einfärbung der Verschleißschicht (12A-12D) gebildet ist, vorzugsweise nach einem Ampelsystem und/oder mit einem Farbgradienten. Verschleißteil (10-10E) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Verschleißteil (10-10E) eine Behälterklammer zum Halten eines Behälters, eine
Behälterführung zum Führen von Behältern, eine Verschlussrinne zum Führen von Behälterverschlüssen, ein Sperrstern zum Unterbrechen eines Behälterstroms, eine Buchse, ein Zahnrad, eine Rolle oder eine Führung ist.
8. Vorrichtung (34) zur Überwachung eines Verschleißzustands, wobei die Vorrichtung (34) aufweist: ein Verschleißteil (10-10E) nach einem der vorherigen Ansprüche; und eine Überwachungseinrichtung (38), die dazu ausgebildet ist, das Verschleißteil (10- 10E) in Bezug auf den Verschleißindikator (18A-32B) zu überwachen und vorzugsweise ein Hinweissignal auszugeben, wenn der Verschleißindikator (18A-32B) auf den Verschleißzustand hinweist.
9. Vorrichtung (34) nach Anspruch 8, ferner aufweisend: einen optischen Sensor (40), der zum Erfassen des Verschleißteils (10-10E) angeordnet ist, wobei die Überwachungseinrichtung (38) dazu ausgebildet ist, den Verschleißindikator (18A-32B) in einem Signal von dem optischen Sensor (40) zu erkennen und vorzugsweise das Hinweissignal auszugeben, wenn der Verschleißindikator (18A-32B) erkannt wird.
10. Vorrichtung (34) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, ferner aufweisend: einen elektrischen Stromkreis (42), der in einem unverschlissenen Zustand des Verschleißteils (10, 10E) an den Verschleißindikator (18E) angeschlossen ist; wobei die Überwachungseinrichtung (38) dazu ausgebildet ist, mindestens eine elektrische Kenngröße des elektrischen Stromkreises (42) zu überwachen.
11. Vorrichtung (34) nach Anspruch 10, wobei die Überwachungseinrichtung (38) ferner dazu ausgebildet ist: bei einem Unterbrechen des elektrischen Stromkreises (42) und/oder bei einer, vorzugsweise permanenten, Veränderung der mindestens einen elektrischen Kenngröße das Hinweissignal auszugeben; und/oder bei einer, vorzugsweise temporären, Veränderung der mindestens einen elektrischen Kenngröße einen Belastungszustand des Verschleißteils (10, 10E) in Abhängigkeit von einem Betrag der Veränderung zu ermitteln und ein Signal, das den ermittelten Belastungszustand angibt, und/oder ein Signal, wenn der ermittelte Belastungszustand größer als ein vorgegebener maximaler Belastungszustand ist, auszugeben; und/oder eine Anzahl von Lastzyklen in Abhängigkeit von einer Anzahl von, vorzugsweise temporären, Veränderungen der mindestens einen elektrischen Kenngröße zu ermitteln und ein Signal, das die Anzahl der Lastzyklen angibt, und/oder ein Signal, wenn die ermittelte Anzahl der Lastzyklen größer als eine vorgegebene maximale Lastzyklenanzahl ist, auszugeben.
12. Vorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei: das Verschleißteil (10-10D) zumindest die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 aufweist; die Überwachungseinrichtung (38) dazu ausgebildet ist, das Verschleißteil (10-10D) in Bezug auf den weiteren Verschleißindikator (18A-32B) zu überwachen und vorzugsweise ein weiteres Hinweissignal, das sich von dem Hinweissignal unterscheidet, auszugeben, wenn der weitere Verschleißindikator (18A-32B) auf den weiteren Verschleißzustand hinweist; und optional die Überwachungseinrichtung (38) dazu ausgebildet ist, das Verschleißteil (10-10D) in Bezug auf den weiteren anderen Verschleißindikator (18A-32B) zu überwachen und vorzugsweise ein weiteres anderes Hinweissignal, das sich von dem Hinweissignal und dem weiteren Hinweissignal unterscheidet, auszugeben, wenn der weitere andere Verschleißindikator (18A-32B) auf den weiteren anderen Verschleißzustand hinweist.
13. Vorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei: die Überwachungseinrichtung (38) dazu ausgebildet ist, das Hinweissignal visuell und/oder akustisch und/oder haptisch und/oder an eine Steuereinheit (48) und/oder an eine lokale Benutzerschnittstelle (44) und/oder an eine Remote-Benutzerschnittstelle (46) auszugeben; und/oder die Überwachungseinrichtung (38) Teil einer lokalen Steuereinheit (48) und/oder eines serverbasierten, vorzugsweise webserverbasierten, Remote-Maschinenüberwa- chungssystems ist.
14. Vorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, ferner aufweisend: eine Maschine (36), die das Verschleißteil (10-10E) aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung (38) dazu ausgebildet ist, einen Betrieb der Maschine (36) anzupassen, wenn der Verschleißindikator (18A-32B) auf den Verschleißzustand hinweist.
15. Verfahren zum Herstellen eines Verschleißteils (10-10E), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren aufweist:
27 Additives Herstellen, vorzugsweise 3D-Drucken, einer Verschleißschicht (12A-12E) des Verschleißteils (10-10E), die einen Verschleißindikator (18A-32B) aufweist, der additiv hergestellt, vorzugsweise 3D-gedruckt, und dazu ausgebildet ist, auf einen Verschleißzustand des Verschleißteils (10-10E) hinzuweisen, wenn der Verschleißindikator (18A-32B) verschleißbedingt freigelegt und/oder abgetragen wird. Computerprogrammprodukt aufweisend Anweisungen, die eine additive Fertigungsvorrichtung veranlassen: ein Verfahren nach Anspruch 15 durchzuführen; oder ein Verschleißteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Vielzahl von Schichten in einem additiven Fertigungsverfahren herzustellen.
28
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