WO2014187688A1

WO2014187688A1 - Verfahren zum erzeugen eines schalenförmigen bauteils sowie zur anwendung dieses verfahrens geeignete herstellungsanlage

Info

Publication number: WO2014187688A1
Application number: PCT/EP2014/059612
Authority: WO
Inventors: Christian Doye; Ursus KRÜGER; Oliver Stier
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2014-11-27
Also published as: CA2913073A1; CA2913073C; EP2981381B1; EP2981381A1; US10099288B2; DE102013216439A1; US20160107231A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines schalenförmigen Bauteils (18). Außerdem betrifft die Erfindung eine Herstellungsanlage, die für die Herstellung eines solchen Bauteils (18) geeignet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bauteil (18) mittels Kaltgasspritzen durch einen Kaltgasstrahl (17) erzeugt wird. Die Partikel des Kaltgasstrahls (17) werden jeweils auf den Saum (20) des in Entstehung befindlichen Bauteils (18) aufgetragen, wobei gleichzeitig ein Stützkörper (16) verwendet wird, der das Bauteil erfindungsgemäß lediglich in der Auftreffstelle des Kaltgasstrahls (17) stützt. Auf diesem Wege lässt sich durch geeignetes Bewegen des Stützkörpers (16) und der Kaltspritzdüse die Form des Bauteils (18) gestalten, ohne dass ein das gesamte Volumen des schalenförmigen Bauteils (18) ausfüllender Kern hergestellt werden muss. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft bei kleinen Stückzahlen besonders wirtschaftlich, da der Stützkörper (16) universell für Bauteile unterschiedlicher Geometrien verwendet werden kann. Erfindungsgemäß weist die Herstellungsanlage daher einen beweglichen Stützkörper zusätzlich zur Kaltspritzdüse auf.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Erzeugen eines schalenförmigen Bauteils sowie zur Anwendung dieses Verfahrens geeignete Herstellungsanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines schalenförmigen Bauteils mit einer Wandung und einer zur Öffnung dieses Bauteils hin offenen Vertiefung. Außerdem betrifft die Erfindung eine Herstellungsanlage für ein Bauteil, aufweisend eine Kaltspritzdüse und eine Haltevorrichtung für das Bauteil, wobei die Kaltspritzeinrichtung und die Aufnahme relativ zueinander beweglich sind.

Ein Verfahren der eingangs angegebenen Art ist allgemein be- kannt . Schalenförmige Bauteile werden bevorzugt durch Tiefziehen hergestellt. Hierbei wird ein Blech über einen Formkörper (Matrize) umformtechnisch bearbeitet. Allerdings können Bauteile auf diese Weise nur bei größeren Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden, da die Formwerkzeuge ver- gleichsweise teuer in der Herstellung sind und bei kleineren Stückzahlen die Stückkosten daher negativ beeinflussen. Dies gilt auch für eine Herstellung durch Gießen, da in diesem Fall Gussformen hergestellt werden müssen. Grundsätzlich technisch möglich ist auch eine spanende Bearbeitung, bei- spielsweise durch Fräsen. Allerdings ist bei schalenförmigen Bauteilen ein großes Volumen spanend abzuheben, weswegen dieses Verfahren wegen des anfallenden Fertigungsaufwandes wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Als schalenförmige Bauteile im Sinne der Erfindung sollen Bauteile verstanden werden, deren Schalendicke, d. h. Wandstärke der Wandung, klein gegenüber den Gesamtabmessungen des Bauteils ist. Unter klein ist beispielsweise ein Verhältnis zu verstehen, bei dem die mittlere Schalendicke des Bauteils im Vergleich zu seiner längsten Gesamtabmessung unter 5 %, bevorzugt sogar unter 2 % und noch bevorzugter sogar unter 0,5 %, beträgt. Derartige Schalenbauteile finden in der Technik mannigfache Verwendung. Gemäß der DE 10 2010 040 855 AI ist beispielsweise eine Verwendung solcher schalenförmiger Bauteile in Gleichspannungs-Teilchenbeschleunigern beschrieben. Diese Teilchenbeschleuniger weisen Elektroden auf, welche ineinander verschachtelt werden und daher aus schalenför- migen Bauteilen unterschiedlicher Abmessungen bestehen. Diese Elektroden werden daher nur in geringer Stückzahl hergestellt, wobei ein Interesse daran besteht, dass diese wirtschaftlich hergestellt werden können. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher einerseits darin, ein Verfahren zum Erzeu- gen eines schalenförmigen Bauteils anzugeben, mit dem sich schalenförmige Bauteile auch in kleinen Stückzahlen wirtschaftlich herstellen lassen.

Die eingangs angegebene Herstellungsanlage ist aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt. Das Kaltgasspritzen sowie eine zur Anwendung dieses Verfahrens geeignete Anlage ist beispielsweise in der DE 690 164 33 T2 beschrieben. Dabei wird ein Partikelstrahl durch ein unter Druck stehendes Gas durch eine konvergent -divergent ausgeführte Düse stark beschleu- nigt, wodurch es zu einer Abscheidung der Partikel auf einem geeigneten Substrat kommt .

Idealerweise wird der Partikelstrahl mit einem Spritzwinkel = 0° eingestellt (d. h., dass die Strahlachse des Kaltgas- Strahls senkrecht auf der zu beschichtenden Oberfläche steht) . Jede davon abweichende Orientierung der Strahlachse führt zu einem positiven Wert des Spritzwinkels . Abhängig von den Randbedingungen wie verarbeitete Partikel, Oberflächenmaterial und Spritzparameter gibt es ein zulässiges In- tervall für den Spritzwinkel, innerhalb dessen die Haftfestigkeit der abgeschiedenen Partikel maximale Werte erreichen. Der Nullwinkel kann in diesem Intervall enthalten sein oder nicht. Die Schar aller zulässigen Spritzwinkel ergibt damit einen Raum zwischen zwei Kegelflächen, deren Spitzen im Auf- treffpunkt des Partikelstrahls zusammenfallen. Wenn in dem

Intervall der Nullwinkel enthalten ist (was normalerweise der Fall ist) , benötigt man zur Beschreibung des Spritzwinkelin- tervalls nur einen Kegel, den sogenannten Kaltspritzkegel, der in der beschriebenen Weise ausgerichtet ist.

Das Kaltgasspritzen ist ein an sich bekanntes Verfahren, bei dem für die Beschichtung vorgesehene Partikel mittels einer konvergent-divergenten Düse vorzugsweise auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden, damit diese aufgrund ihrer eingeprägten kinetischen Energie auf der zu beschichtenden Oberfläche haften bleiben. Hierbei wird die kinetische Ener- gie der Teilchen genutzt, welche zu einer plastischen Verformung derselben führt, wobei die Beschichtungspartikel beim Auftreffen lediglich an ihrer Oberfläche aufgeschmolzen werden. Deshalb wird dieses Verfahren im Vergleich zu anderen thermischen Spritzverfahren als Kaltgasspritzen bezeichnet, weil es bei vergleichsweise tiefen Temperaturen durchgeführt wird, bei denen die Beschichtungspartikel im Wesentlichen festbleiben. Vorzugsweise wird zum Kaltgasspritzen, welches auch als kinetisches Spritzen bezeichnet wird, eine Kaltgasspritzanlage verwendet, die eine Gasheizeinrichtung zum Er- hitzen eines Gases aufweist. An die Gasheizeinrichtung wird eine Stagnationskammer angeschlossen, die ausgangsseitig mit der konvergent-divergenten Düse, vorzugsweise einer Lavaldüse verbunden wird. Konvergent-divergente Düsen weisen einen zusammenlaufenden Teilabschnitt sowie einen sich aufweitenden Teilabschnitt auf, die durch einen Düsenhals verbunden sind. Die konvergent-divergente Düse erzeugt ausgangsseitig einen Pulverstrahl in Form eines Gasstroms mit darin befindlichen Partikeln mit hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise Überschallgeschwindigkeit. Mit dem Kaltgasstrahl lassen sich Schichten abscheiden, um zum Beispiel ein Rohr auf einer zylindrischen Rohrmatrize herzustellen, wie in der DE 10 2010 060362 AI beschrieben .

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht damit darin, eine Herstellungsanlage zum Kaltgasspritzen so zu modifizieren, dass sich das eingangs angegebene Verfahren mit dieser durchführen lässt. Dies bedeutet, dass mittels der Herstellungsan- läge die Herstellung von schalenförmigen Bauteilen auch bei Kleinserien vorteilhaft kostengünstig durchführbar sein soll.

Die erstgenannte Aufgabe wird durch das eingangs angegebene Verfahren erfindungsgemäß durch folgende Maßnahmen gelöst. Das Bauteil wird durch Kaltgasspritzen hergestellt. Hierbei wird ein Stützkörper mit einer gekrümmten Oberfläche aus einem Material zur Verfügung gestellt, auf dem die Partikel des Kaltgasstrahls nicht haften bleiben. Auf diesem Stützkörper kann eine Startstruktur auf der Oberfläche temporär fixiert werden. Diese Fixierung darf nicht durch ein inniges, beispielsweise Stoffschlüssiges Verbinden der Startstruktur mit dem Stützkörper folgen. Eine bessere Möglichkeit besteht aber darin, die Startstruktur mittels einer Haltevorrichtung zu halten und auf diesem Wege mit dem Stützkörper in Kontakt zu bringen .

Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung davon die Rede ist, dass die Partikel des Kaltgasstrahls nicht an dem Material des Stützkörpers haften bleiben, so hängt dies wesentlich von der Wahl des Spritzwinkels ab. Beträgt der Spritzwinkel 0°, so lassen sich auf den meisten Materialien Schichten abscheiden, während dies nicht möglich ist, wenn der Spritzwinkel außerhalb des Kaltspritzkegels liegt. Mit anderen Worten lässt sich ein Stützkörper, auf dem die Partikel des Kaltgasstrahls möglichst wenig haften bleiben, vorteilhaft dadurch auswählen, dass die abzuscheidenden Partikel auf dem Material des Stützkörpers nur in einem vergleichsweise spitzen Kaltspritzkegel oder gar nicht abgeschieden werden können.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass das Bauteil durch einen Materialauftrag aus dem Kaltgasstrahl jeweils an den Saum des in Entstehung befindlichen Bauteils hergestellt wird, wobei der Stützkörper und der Kaltgasstrahl synchron derart bewegt werden, dass der Kaltgasstrahl in einem Winkel innerhalb des Kaltspritzkegels des Saumes, aber außerhalb des Kaltspritzkegels des Stützkörpers auf den Saum auftrifft. Der Saum des in Herstellung befindlichen Bauteils wird sich immer in einem Winkel zu dem Stützkörper befinden, bei dem die Oberfläche des Stützkörpers so ausgerichtet ist, dass sich bezogen auf den Stützkörper der Kaltgasstrahl außerhalb des Kaltspritzkegels befindet. Bevorzugt beträgt die Ausrichtung der Oberfläche des Saums gegenüber der Oberfläche des Stütz - körpers ca. 90° oder wenigstens mehr als 70° bis 90°. Hierdurch kommt der erfindungsgemäße Effekt zustande, dass der Stützkörper das in Entstehung befindliche Bauteil im Auf- treffpunkt des Kaltgasstrahls stützt. Dadurch, dass eine Her- Stellung des Bauteils durch Kaltgasspritzen eine Stützung des Bauteils immer nur im Auftreffbereich des Kaltgasstrahls erfordert, kann das Volumen des Stützkörpers vorteilhaft sehr viel kleiner als das Innenvolumen der Vertiefung des schalenförmigen Bauteils sein. Erforderlich ist es nur, dass bei ei- ner konvexen Oberfläche des Stützkörpers der Krümmungsradius an der Auftreffstelle des Kaltgasstrahls gerade geringer ausfällt, als der lokale Krümmungsradius des schalenförmigen Bauteils auf der Innenseite. Wird eine konkave Stützstruktur verwendet, dann muss der Krümmungsradius des Bauteils außen geringer sein als der Krümmungsradius der Stützstruktur. Nur so kann erreicht werden, dass sich die Stützstruktur jeweils an die in Entstehung befindliche Partie des schalenförmigen Bauteils bevorzugt tangential anschmiegen kann und diese dadurch stützt.

Vorteilhaft kann das Bauteil schüsseiförmig ausgebildet sein. Hiermit ist gemeint, dass das schalenförmige Bauteil rotationssymmetrisch ist und die Symmetrieachse senkrecht auf der die Öffnung enthaltenden Ebene steht. Besonders bevorzugt kann das Bauteil als Elektrodenschale eines Teilchenbeschleunigers hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stützkörper aus einem Hartmetall besteht. Dieses Ma- terial hat den Vorteil, dass sich Partikel mittels Kaltgasspritzen vergleichsweise schlecht auf diesem Material abscheiden lassen und daher die Stützwirkung eines so hergestellten Stützkörpers gut genutzt werden kann. Außerdem ist ein solcher Stützkörper nur einem geringen Verschleiß ausgesetzt, so dass dieser selten ausgetauscht werden muss.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese- hen, dass der Stützkörper eine Oberfläche aufweist, die die Form einer Kugel oder eines Kugelabschnitts hat. Diese Formen der Stützkörper gehören zur Gruppe der Stützkörper mit konvexer Oberfläche. Kugelförmige Stützkörper lassen sich dabei vorteilhaft einfach handhaben, da unabhängig von der Positio- nierung der Kugel gegenüber der in Entstehung befindlichen

Wandung des Bauteils immer derselbe Krümmungsradius zur Stützung zur Verfügung steht. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist der Stützkörper mit konkaver Oberfläche ausgebildet, wobei auch diese konkave Oberfläche vorteilhaft die eines Ku- gelabschnitts bilden kann.

Auch an sich schwierig zu verarbeitende Materialien wie Titan und Tantal lassen sich vorteilhaft erfindungsgemäß mit dem Verfahren abscheiden. Dadurch können vorteilhaft auch diese Materialien einer breiteren Anwendung zugeführt werden.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mehrere Stützkörper mit unterschiedlichen Krümmungsradien ihrer gekrümmten Oberfläche zur Verfügung ge- stellt werden. Diese können in dem Verfahren dann ausgewechselt werden, wobei sich vorteilhaft auf diesem Wege auch schalenförmige Bauteile herstellen lassen, bei denen die Krümmungradien der Schale lokal unterschiedlich sind (d. h. andere Formen als Kugelschalen) . Hierbei muss berücksichtigt werden, dass der Krümmungsradius des Stützkörpers nicht zu stark von dem gerade herzustellenden Krümmungsradius der Wandung abweichen darf, da der Stützeffekt ansonsten zu gering ausfällt . Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kaltspritzdüse

und/oder der Stützkörper jeweils durch einen Roboterarm geführt werden. Durch Führung mittels eines Roboterarms können die Kaltspritzdüse sowie der Stützkörper vorteilhaft optimal gegeneinander ausgerichtet werden, wodurch sich die Vielfalt der herstellbaren Formen von schüsseiförmigen Bauteilen erhöht. Um eine möglichst raumunabhängige Führungsmöglichkeit für die Kaltspritzdüse und/oder den Stützkörper zu erreichen, kann der Roboterarm vorteilhaft jeweils mindestens drei Achsen aufweisen. Mehr Freiheitsgrade erhöhen selbstverständlich die geometrische Flexibilität des gesamten Systems.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung erhält man, wenn als Startstruktur eine ringförmig geschlossene Struktur verwendet wird, die den Rand der Öffnung des schalenförmigen Bauteils definiert, wobei die Wandung des Bauteils ausgehend von der Startstruktur aufgebaut wird. Ringförmig geschlossen muss die Struktur deswegen sein, damit sie eine Umrandung der Öffnung des schalenförmigen Bauteils darstellt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass diese Öffnung kreisringförmig sein muss. Unter ringförmig geschlossen ist im Sinne der Erfindung lediglich zu verstehen, dass die Startstruktur länglich ausgebildet ist und keinen Anfang und kein Ende aufweist.

Vorteilhaft kann die Startstruktur auch als ringförmig geschlossene Struktur auf einer Unterlage durch Kaltgasspritzen hergestellt werden. Diese bildet dann den Rand der Öffnung des schalenförmigen Bauteils und die Wandung wird ausgehend von der Startstruktur durch Kaltgasspritzen aufgebaut. Die hiermit verbundenen Vorteile sind vorstehend bereits beschrieben worden. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, dass die Unterlage besser zur Abscheidung von Material durch Kaltgasspritzen geeignet ist, als der Stützkörper, der an sich schwer zu beschichten ist, damit die Partikel beim Stützen der herzustellenden Wandung nicht an diesem haften bleiben.

Die auf die eingangs angegebene Herstellungsanlage gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Her- Stellungsanlage einen Stützkörper aufweist, der eine konvex oder konkav gekrümmte Oberfläche aufweist und relativ zur Aufnahme beweglich ist. Die mit der Anwendung eines solchen Stützkörpers verbundenen Vorteile sind im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Verfahren bereits erwähnt worden. Die freie Beweglichkeit des Stützkörpers sowie der Kaltspritzdüse stellen sicher, dass die Bewegung dieser beiden Elemente synchronisiert werden kann, um lokal den Auftrag von Partikeln auf den Saum des in Herstellung befindlichen Bauteils zu stützen. Zu bemerken ist im Zusammenhang mit der Herstellungsanlage, dass die relative Beweglichkeit zwischen der Haltevorrichtung für das herzustellende Bauteil, der Kaltspritzdüse sowie des Stützkörpers nicht unbedingt durch eine Bewegung von Kaltspritzdüse und Stützkörper alleine, sondern auch durch eine Bewegung des Bauteils in der Haltevorrichtung bewerkstelligt werden kann. Insbesondere bei rotationssymmetrischen Bauteilen bietet sich beispielsweise an, dass das schüsseiförmige Bauteil um seine Rotationsachse gedreht wird. Dann müssen die Kaltspritzdüse sowie der Stützkörper nur noch Schwenkbewegungen in einer Ebene ausführen. Abhängig vom Anwendungsfall kann die Konstruktion der Herstellungsanlage also vereinfacht werden. Erkauft wird diese Vereinfachung aber durch eine geringere geometrische Flexibilität der Herstel- lungsanlage. Hierbei muss ein technischer Kompromiss gefunden werden .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Herstellungsanlage kann der Stützkörper an einem Roboterarm befestigt werden. Genauso kann gemäß einer anderen Ausgestaltung dieser Herstellungsanlage die Kaltspritzdüse an einem Roboterarm befestigt werden. Hierdurch lässt sich vorteilhaft eine vergleichsweise hohe Flexibilität der Herstellungsanlage erreichen. Insbesondere, wenn die Roboterarme mehrere

rotatorische Freiheitsgrade haben (3 oder mehr) , kann eine

Freiformfläche beliebiger Geometrie vorteilhaft ohne größeren Rüstaufwand der Herstellungsanlage hergestellt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen :

Figur 1 und 2 ausgewählte Schritte eines Ausführungsbei - spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in geschnittener Darstellung,

Figur 3 bis 5 ausgewählte Fertigungsschritte eines anderen

Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, teilweise in dreidimensionaler und teilweise in geschnittener Darstellung,

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schnittdarstellung und

Figur 7 ein schematisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Herstellungsanlage im schema- tischem Schnitt.

In Figur 1 ist zu erkennen, wie das erfindungsgemäße Verfahren gestartet wird. Zu diesem Zweck ist eine Startstruktur IIa vorgesehen, die ringförmig ausgebildet ist und den Rand einer herzustellenden Öffnung 12 eines noch nicht zu erken- nenden, herzustellenden schalenförmigen Bauteils bildet. Die Startstruktur IIa ist mit einer Haltevorrichtung 13 fixiert.

Um die Wandung des herzustellenden Bauteils zu erzeugen, wird eine Kaltspritzdüse 14, die an einem Roboterarm 15 befestigt ist, auf den Rand der Startstruktur IIa gerichtet. Gleichzeitig wird ein kugelförmiger Stützkörper 16 von der anderen Seite mit einem weiteren Roboterarm 15b an den Rand der

Startstruktur IIa herangeführt. Hierdurch wird lokal eine Stützung der im Aufbau befindlichen Wandung des herzustellen- den Bauteils erreicht, und zwar genau an der Auftreffstelle eines Kaltgasstrahls 17, der die von der Kaltspritzdüse 14 beschleunigten Partikel enthält. In Figur 2 ist ausschnitthaft zu erkennen, wie eine Wandung 18 des herzustellenden Bauteils 19 entsteht. Es ist zu erkennen, dass der Stützkörper 16 derart nachgeführt wird, dass er sich immer an der Auftreffstelle des Kaltgasstrahls 17 befin- det . Dieser wird auf den Saum 20 der in Herstellung befindlichen Wandung 18 gerichtet und trifft in der in Figur 2 dargestellten Variante genau in einem Winkel von 90° auf den Saum 20. Der Spritzwinkel liegt insofern bei 0°. Allerdings kann dieser, wie durch den Kaltspritzkegel 21 angedeutet, auch von den dargestellten 0° abweichen, solange dieser innerhalb des Kaltspritzkegels 21 liegt.

Weiterhin ist zu erkennen, dass sich der Stützkörper 16 derart an die konkave Innenseite der Wandung 18 anschmiegt, dass im Bereich des Saums 20 eine tangentiale Berührung der Wandung 18 mit der Oberfläche des Stützkörpers 16 erfolgt. Dabei ist die Ausrichtung des Saums in Bezug auf eine auf der Oberfläche des Stützkörpers 16 stehenden Normalen 22 um den Winkel ß geneigt, wobei der Winkel ß gering genug gewählt wird, damit eine Ausrichtung des Kaltstrahls 17 außerhalb des

(nicht dargestellten) Spritzkegels auf der Oberfläche des Stützkörpers liegt ( ß kann auch Null betragen) . Damit wird vermieden, dass Partikel auf der Oberfläche des Stützkörpers abgeschieden werden.

In Figur 3 ist zu erkennen, wie eine Startstruktur IIb auf einer Unterlage 24 in Form eines flachen Tisches hergestellt wird. Hierbei wird der Kaltgasstrahl 17 auf diese Unterlage 24 gerichtet und so die ringförmige Startstruktur herge- stellt. Diese besteht vorteilhaft bevorzugt aus demselben Material wie die herzustellende Wandung. In der Mitte der Unterlage ist ein Loch 25 vorgesehen, durch das die Stützstruktur 16 (vgl. Figur 5) in die Vertiefung 26 des schalenförmigen Bauteils 19 eingeführt werden kann.

In Figur 4 ist zu erkennen, dass die dort zur Anwendung kommende Stützstruktur 16 die Form einer Halbkugel aufweist, damit diese an den Saum 20 herangeführt werden kann, ohne dass die Unterlage 24 dabei stört. Ansonsten erfolgt die Herstellung der Wandung gemäß Figur 4 in der zu Figur 2 bereits beschriebenen Weise. In Figur 5 ist zu erkennen, wie das Bauteil 19 kurz vor dessen endgültiger Fertigstellung hergestellt wird. Die Wandung

18 ist bereits fast geschlossen, wobei der Stützkörper 16 mit dem Roboterarm 15b durch das Loch 25 an die letzte offene Stelle der Wandung herangeführt wird. Die Stützstruktur 16 vermag das verbleibende offene Areal der Wandung komplett zu verschließen, so dass mittels des Kaltgasstrahls 17 dieses Loch geschlossen werden kann. Anschließend kann das Bauteil

19 in nicht dargestellter Weise beispielsweise durch Drahterodieren von der Unterlage 24 getrennt werden.

In Figur 6 ist ein konkaver Stützkörper 16 dargestellt, der von außen an die Wandung 18 des nicht näher dargestellten herzustellenden Bauteils herangeführt wird. Es ist zu erkennen, dass der Krümmungsradius des konkaven Stützkörpers 16 nur so groß sein kann, dass der Kaltgasstrahl 17 noch an den Saum 20 des Bauteils herangeführt werden kann. Daher eignet sich ein konkaver Stützkörper bevorzugt für die Herstellung großer Radien, die durch eine Heranführung des Stützkörpers von innen erschwert werden würde .

In Figur 7 lässt sich das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Herstellungsanlage erkennen. Die Herstellungsanlage weist ein Gehäuse 27 auf, damit diese mit einem Schutzgas befüllt werden kann. In dem Gehäuseraum sind zwei Roboter 28a, 28b angeordnet, die die Roboterarme 15a, 15b aufweisen. An dem Roboterarm 15a ist die Kaltspritzdüse 14 befestigt, die über eine flexible Leitung 29 mit einer Kaltspritzanlage 30 verbunden ist. Die Haltevorrichtung 13 ermöglicht die Aufnahme einer Startstruktur (nicht dargestellt) . Diese kann bei einer Herstellung der Wandung gemäß den bereits beschriebenen Verfahren über die Stützstruktur 16 gestützt werden, die mittels des Roboters 28b in geeigneter Weise nachgeführt wird. Sollte das herzustellende Bauteil Bereiche unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, so sind weitere Stützkörper 16 in einem Magazin 31 vorgesehen. Dieses Magazin 31 kann von dem Roboterarm 15b angefahren werden, damit die Stützkörper 16 ausgewechselt werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen eines schalenförmigen Bauteils (19) mit einer Wandung (18) und einer zu einer Öffnung (12) hin offenen Vertiefung,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass dieses Bauteil (19) durch Kaltgasspritzen hergestellt wird, wobei

- ein Stützkörper (16) mit einer gekrümmten Oberfläche aus einem Material zur Verfügung gestellt wird, auf dem die Partikel des Kaltgasstahls (17) nicht haften bleiben,

- eine Startstruktur (IIb) auf der Oberfläche temporär fixiert wird,

- das Bauteil durch einen Materialauftag aus dem Kaltgasstrahl (17) jeweils an den Saum (20) des in Entstehung befindlichen Bauteils (19) hergestellt wird, wobei der Stützkörper (IIa, IIb) und der Kaltgasstrahl (21) synchron derart bewegt werden, dass der Kaltgasstrahl (17) in einem Winkel innerhalb des Kaltspritzkegels (21) auf den Saum (20) auftrifft und der Stützkörper (IIa, IIb) das in Entstehung befindliche Bauteil (19) im Auftreffpunkt des Kaltgasstrahls (17) stützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass ein schüsseiförmiges Bauteil (19) hergestellt wird.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass als Bauteil (19) eine Elektrodenschale eines Teilchenbeschleunigers hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass der Stützkörper (IIa, IIb) aus einem Hartmetall besteht.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Stützkörper (IIa, IIb) eine Oberfläche aufweist, die die Form einer Kugel oder eines Kugelabschnittes aufweist.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das der Stützkörper (16) konkav ausgebildet ist.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass als Material Titan oder Tantal verarbeitet wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass mehrere Stützkörper (16) mit unterschiedlichen Krüm- mungsradien ihrer gekrümmten Oberfläche zur Verfügung gestellt werden.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Kaltspritzdüse (14) und/oder der Stützkörper (16) jeweils durch einen Roboterarm (15a, 15b) geführt werden.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass als Startstruktur (IIa, IIb) eine ringförmig geschlossene Struktur verwendet wird, die den Rand der Öffnung (12) des schalenförmigen Bauteils (19) definiert und dass die Wandung (18) des Bauteils (19) ausgehend von der Startstruktur (IIa, IIb) aufgebaut wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Startstruktur (IIb) als ringförmig geschlossene Struktur auf einer Unterlage (24) durch Kaltgasspritzen her- gestellt wird und den Rand der Öffnung (12) des schalenförmigen Bauteils (19) definiert und dass die Wandung (18) des Bauteils (19) ausgehend von der Startstruktur (IIa, IIb) aufgebaut wird.

12. Herstellungsanlage für ein Bauteil, aufweisend eine Kalt spritzdüse (14) , und eine Haltevorrichtung (13) für das Bauteil, wobei die Kaltspritzeinrichtung und die Aufnahme relativ zueinander beweglich sind,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Herstellungsanlage außerdem einen Stützkörper aufweist, der eine konvex oder konkav gekrümmte Oberfläche aufweist und relativ zur Aufnahme beweglich ist.

13. Herstellungsanlage nach Anspruch 12

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass der Stützköper (16) an einem Roboterarm (15a, 15b) befestigt ist.

14. Herstellungsanlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Kaltspritzdüse (14) an einem Roboterarm (15a, 15b) befestigt ist.