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Title:
METHOD FOR CLADDING A COMPONENT WITH A SELF-SUPPORTING CLADDING CLOSED BY COLD SPRAYING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/000674
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a cladding (12, 13) on a component (11). According to the invention, the cladding (12, 13) is self-supporting and joined on the component (11) such that a joining gap (16) is created between the edges (15). Said joining gap (16) is closed by means of cold gas spraying with a bead-like layer (17) such that the cladding (16) can be used, for example, as corrosion protection. If the component (11) is made of aluminum, for example, the component (11) can be used as a current-conducting component (11) during galvanic coating. In this case, a cladding (12) made of titanium can be used as the corrosion protection layer.

Inventors:
PYRITZ UWE (DE)
STIER OLIVER (DE)
Application Number:
PCT/EP2010/058127
Publication Date:
January 06, 2011
Filing Date:
June 10, 2010
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
PYRITZ UWE (DE)
STIER OLIVER (DE)
International Classes:
B23K28/00; B65H81/06; C23C24/04; H01B1/02; H01B7/20; H01B7/28; H01B13/012; H01B13/26
Foreign References:
GB304736A1930-04-17
US20060113359A12006-06-01
JPS63308808A1988-12-16
DE3224747A11984-01-05
FR2918910A12009-01-23
JPH04133212A1992-05-07
Other References:
See also references of EP 2448709A1
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Verkleiden eines Bauteils (11), bei dem

• das Bauteil (11) in eine selbst tragende Verkleidung (12) aus einem Verkleidungsmaterial eingelegt wird,

• die Verkleidung (12) so zusammengefügt und/oder verformt wird, das zwei Kanten der Verkleidung unter Ausbildung eines Fügespaltes (16) aneinander stoßen, aneinander ausgerichtet sind oder einander überlappen und

• der Fügespalt (16) verschlossen wird, wobei das Verschließen durch Aufbringen einer den Fügespalt (16) überbrückenden Schicht (17) durch Kaltgasspritzen erfolgt.

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 die Verkleidung (12) aus einem Metall, insbesondere Titan oder einer Titanlegierung, gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

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

dass die Schicht (17) aus einem Metall, insbesondere aus dem Metall oder der Metalllegierung der Verkleidung, gebildet 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 die Schicht (17) mit einer Dicke aufgetragen wird, die ausreicht, damit die Schicht gegenüber Ionen dicht ist. 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 die Schicht zumindest oberhalb des Fügepaltes (16) in einer Dicke hergestellt wird, die größer oder gleich der Dicke des Verkleidungsmaterials ist. 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 ein Verkleidungsmaterial mit einer Dicke von höchstens 1 mm, bevorzugt einer Dicke von 100 bis 300 μm verwendet wird. 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 die Schicht (17) in Form eines dem Fügespalt (16) folgenden Wulstes hergestellt 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 die Verkleidung (12) als Korrosionsschutz für das Bauteil (11) dient. 9. Verfahren nach Anspruch 8,

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

dass als Bauteil (11) ein metallisches Bauteil für das elektrochemische Beschichten verkleidet wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9,

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

dass das Bauteil (11) aus Kupfer oder Aluminium oder einer

Legierung dieser Metalle besteht.

Description:
VERFAHREN ZUM VERKLEIDEN EINES BAUTEILS MIT EINER DURCH KALTSPRITZEN VERSCHLOSSENEN SELBST TRAGENDEN VERKLEIDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleiden eines Bauteils mit einer selbst tragenden Verkleidung.

Verkleidungen können auf Bauteile aufgebracht werden, um de- ren Funktionstauglichkeit zu verbessern. Hierbei ist es beispielsweise bekannt, dass bei Bauteilen eine Verkleidung aus Flacherzeugnissen hergestellt werden kann, welche in geeigneter Weise verformt werden können. Diese Verkleidungen können zum Beispiel für stromführende Konstruktionen für das galva- nische Beschichten von Bauteilen Verwendung finden. Ein solches Bauteil kann beispielsweise aus einem Halter für die zu beschichtenden Bauteile bestehen. Um diese im elektrochemischen Beschichtungsbad elektrisch zu kontaktieren muss der Bauteilhalter elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Hierzu kommen bevorzugt gute Leiter wie Kupfer oder Aluminium zum

Einsatz. Um diese Metalle vor einer elektrochemischen Auflösung zu schützen, wird eine Verkleidung aus Titan auf das Bauteil aufgebracht, welches sich zumindest über den Teil des Bauteiles erstreckt, welcher in das Elektrolyt eingetaucht wird.

Es ist aus der US 2006/0113359 Al grundsätzlich bekannt, dass man stromführende Bauteile mittels Kaltgasspritzens miteinander verbinden kann. Zu diesem Zweck werden diese elektrischen Bauteile, beispielsweise ein elektrisches Bauelement und die metallische Oberfläche einer Leiterplatte, in der gewünschten Position zueinander ausgerichtet und mittels eines Materialauftrags durch Kaltgasspritzen elektrisch leitend miteinander verbunden. Diese Verbindungen können mit einem elektrischen Widerstand von weniger als 0,5 mΩ hergestellt werden.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Ver- kleiden von Bauteilen anzugeben, mit dem sich vergleichsweise kostengünstig Verkleidungen mit vergleichsweise guter Schutzwirkung herstellen lassen.

Diese Erfindung wird mit einem Verfahren zum Verkleiden eines Bauteils erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei dem Verfahren das Bauteil zunächst in eine selbst tragende Verkleidung aus einem Verkleidungsmaterial eingelegt wird. Die Verkleidung wird dann so zusammengefügt und/oder verformt, dass zwei Kanten der Verkleidung unter Ausbildung eines Fügespaltes an- einander stoßen, aneinander ausgerichtet sind oder einander überlappen. Unter Fügen im Sinne der Erfindung sind alle Handhabungsschritte der Fertigung zu verstehen, die die Ausbildung des Fügespaltes ermöglichen. Dies kann durch ein Handhaben vorgeformter Teile geschehen, die eine entsprechen- de Passform aufweisen, dass sich durch den Fügeprozess eine Stoßkante oder ein Überlappen unter Ausbildung des Fügespaltes ergibt. Es ist aber auch möglich, nach dem Einlegen des Bauteils das Verkleidungsmaterial plastisch zu verformen, wodurch ein Einschluss des Bauteils entsteht und die Kanten der Verkleidung einen Stoß oder einen Überlapp unter Ausbildung des Fügespaltes bilden. Das Verkleidungsmaterial kann zu diesem Zweck aus einem flächenhaften Halbzeug, beispielsweise einem dünnen Blech, bestehen. Der Fügespalt kann eine Breite von 0 bis 5 mm, bevorzugt 2 mm aufweisen. Hierdurch können vorteilhaft Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.

Zuletzt wird der Fügespalt verschlossen, wobei das Verschließen erfindungsgemäß durch Aufbringen einer den Fügespalt überbrückenden Schicht durch Kaltgasspritzen erfolgt. Hierbei handelt es sich vorteilhaft um ein Verfahren, mit dem in kurzer Zeit vergleichsweise dicke Schichten erzeugbar sind. Außerdem kann bei einer geeigneten Verfahrensführung die Be- schichtung mit dem Schichtmaterial unter atmosphärischen Be- dingungen erfolgen, wodurch ein kostengünstiges Beschichten möglich ist. Der Hauptvorteil des Kaltgasspritzens besteht jedoch darin, dass der das partikelförmige Schichtmaterial enthaltene Kaltgasstrahl das Verkleidungsmaterial nicht aufschmilzt, sondern die Partikel aufgrund ihrer kinetischen Energie die Schicht und deren Haftung auf dem Verkleidungsmaterial aufgrund einer plastischen Verformung erzeugen. Hierbei wird vorteilhaft nur die Oberfläche des Verkleidungsmaterials angegriffen, wodurch die gute Schichthaftung zustande kommt. Ein Aufschmelzen oberflächenferner Bereiche des Ver- kleidungsmaterials kann jedoch ausgeschlossen werden. Im Vergleich beispielsweise zum Verschweißen des Fügespaltes kann daher vorteilhaft mit geringeren Wandstärken des Verkleidungsmaterials gearbeitet werden, da eine Wärmeableitung von Schweißenergie in das Verkleidungsmaterial nicht notwendig ist. Als maßgeblicher Faktor für die Wahlwandstärke der Verkleidung ist daher ihre eigentliche Aufgabe zu sehen. Wird die Verkleidung beispielsweise als Korrosionsschutz für metallische Bauteile verwendet, die beim elektrochemischen Beschichten verwendet werden, so sind bei der Auswahl bei- spielsweise von Titan oder einer Titanlegierung für die Verkleidung wesentlich dünnere Wandstärken zur Ausbildung eines zuverlässigen Korrosionsschutzes notwendig als für ein Verschweißen der Verkleidung vorgehalten werden müsste. Daher kann im Vergleich zu verschweißten Verkleidungen bei Verklei- düngen, die mittels Kaltgasspritzens versiegelt werden, Verkleidungsmaterial eingespart werden. Dies ist aufgrund der Anforderungen an die Verkleidung häufig im Vergleich zu dem Material des zu verkleidenden Bauteils teurer, weswegen ge- ringere Wandstärken der Verkleidung vorteilhaft zu wirtschaftlicheren Bauteilen führt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schicht, die durch das Kaltgasspritzen aufgebracht wird, aus einem Metall gebildet wird. Die meisten Metalle lassen sich vorteilhaft einfach durch Kaltgasspritzen abscheiden, da deren plastisches Verformungsverhalten dem Schichtaufbau zuträglich ist. Insbesondere kann ein Metall oder eine Metall- legierung gewählt werden, die der Verkleidung entspricht, beispielsweise eine Titanlegierung oder Titan. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass beispielsweise bei einer Korrosionsbeanspruchung das elektrochemische Verhalten der Schicht weitgehend an das elektrochemische Verhalten des Verklei- dungsmaterials angepasst ist oder bei der Wahl identischer Werkstoffe sogar ein identisches Korrosionsverhalten aufweist. Hierdurch kann der Entstehung von Lokalelementen am Schichtrand vorgebeugt werden, weswegen auch im Bereich des Fügespaltes eine gleichmäßige Korrosion des Verkleidungsmate- rials zustande kommt. Die Einstellung der Legierung des

Schichtwerkstoffes kann dabei vorteilhaft durch eine geeignete Pulvermischung der zur Beschichtung verwendeten Partikel erfolgen, wobei die Legierungsbildung dann während des

Schichtaufbaus erfolgt. Alternativ können selbstverständlich auch Partikel verwendet werden, die aus der betreffenden Legierung bestehen.

Für die Verwendung der Verkleidung als Korrosionsschutz ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schicht mit einer Dicke aufgetragen wird, die ausreicht, damit die Schicht gegenüber Ionen dicht ist. Insbesondere bei elektrochemischen Prozessen kann somit vorteilhaft verhindert werden, dass Ionen durch die Schicht und anschließend durch den Fügespalt wandern und auf diesem Wege eine Korrosion des verkleideten Bauteils ent- stehen könnte. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass aufgrund ihrer Ladung die Dichtheit gegenüber Ionen höheren Anforderungen genügt als die Abdichtung gegenüber ungeladenen chemischen Substanzen. Wird die Schicht aus einem metallischen Werkstoffe gefertigt, lässt sich eine Dichtheit gegenüber Ionen bereits bei vergleichsweise geringen Schichtdicken erreichen. Die Dicke des Verkleidungsmaterials kann vorteilhaft höchstens 1 mm betragen, bevorzugt mit einer Dicke von 100 bis 300 μm verwendet werden, wobei auch eine Abtragungsrate auf Grund einer korrosiven Beanspruchung der Verkleidung über die vorgesehene Lebensdauer des verkleideten Bauteils berücksichtigt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schicht zumindest oberhalb des Fügespaltes in einer Dicke hergestellt wird, die größer oder gleich der Dicke des Verkleidungsmaterials ist. Wird das Verkleidungsmaterial unter Berücksichtung seiner Funktion mit einer geeigneten Dicke ausgelegt, so kann durch eine Schicht im Bereich des Fügespaltes, die größer oder gleich der Dicke des Verkleidungsmaterials ist, vorteilhaft gewährleistet werden, dass in diesem Bereich die Anforderungen an das Verkleidungsmaterial ebenfalls erfüllt werden. Außerhalb des Fügespalts kann eine geringere Dicke der Schicht vorgesehen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Schicht in Form eines Wulstes auf dem Fügespalt hergestellt wird, wobei dessen größte Dicke genau über dem Fügespalt liegt, während nach beiden Seiten der Verkleidung hin die Schichtdicke abnimmt und so einen Übergang zwischen der

Schicht und der Oberfläche der Verkleidung schafft.

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 sie Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen

Figur 1 den Schnitt durch ein Bauteil, das nach einem Aus- führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist,

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein Kaltgasspritzen zum Einsatz kommt und

Figur 3 die Aufsicht auf ein Bauteil, welches nach einem

Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.

Ein Bauteil 11 gemäß Figur 1 kann in Form einer Stange ausgebildet sein, welche gemäß Figur 1 im Schnitt dargestellt ist. Dieses Bauteil ist mit einer Verkleidung 12 versehen, die aus einem Blech gebogen wurde. Bei der Biegung des Bleches wird in zwei Schritten vorgegangen. In einem ersten Schritt wird das Blech soweit gebogen, dass es ein genügend breiten Spalt zum Einlegen des Bauteils 11 aufweist (siehe gestrichelt dargestellte Kontur 13) . Nach dem Einlegen des Bauteils 11 wird das Blech verschlossen, wobei ein Überlappungsbereich 14 entsteht. Innerhalb dieses Überlappungsbereiches entsteht zwischen den Kanten 15 der Verkleidung ein Fügespalt 16, der abgedichtet werden muss. Dies geschieht über eine wulstförmige Schicht 17, die den Fügespalt 16 und die angrenzenden Randbereiche an den Kanten 13 der Verkleidung abdeckt und so zu einer hermetischen ionendichten Versiegelung der Verkleidung 12 führt. Die Verkleidung 12 gemäß Figur 2 ist zweischalig aufgebaut, wobei am dargestellten Schnitt des Bauteils 11 die beiden Fügespalte 16 unterhalb der wulstförmigen Schichten 17 zu erkennen sind, die die Verkleidung 12 in zwei Halbschalen tei- len. Die Spaltbreiten können bei einer Verkleidungsstärke von 100 bis 300 μm zwischen 0 und 5 mm, bevorzugt bei 2 mm liegen. Die Kanten der Verkleidung können in nicht dargestellter Weise abgeschrägt sein, so dass die Spaltbreite sich zum Bauteil hin verkleinert. Bei einer Spaltbreite größer 0 mm fin- det durch den Wulst vorteilhaft auch eine Fixierung der Verkleidung auf dem Bauteil statt. Weiterhin ist dargestellt, wie die wulstförmige Schicht 17 auf den Fügespalt 16 mittels eines Kaltgasstrahls 18 gerade aufgetragen wird. Dieser enthält Beschichtungspartikel, die mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche der Verkleidung 12 auftreffen und durch eine plastische Verformung die Schicht 17 ergeben (nicht dargestellt) . Es wird deutlich, dass mittels des Kaltgasstrahls 18 durch eine geeignete Führung auch dreidimensionale räumliche Kurven des Fügespaltes 16 beschichtet werden können. Das Bau- teil 11 ist nämlich gebogen, so dass auch die Linie des Fügespaltes 16 nicht geradlinig verläuft.

Gemäß Figur 3 ist eine Haltevorrichtung als Bauteil 11 dargestellt. Diese weist einen Stamm 19 auf, von dem Äste 20 mit Klemmvorrichtungen 21 für zu beschichtende Bauteile 22 abgehen. Das gesamte Bauteil 11 (also Stamm, Äste und Klemmvorrichtung) ist verkleidet. Auf den Ästen 20 ist die wulstförmige Schicht 17 angedeutet. Der Stamm ist mit zwei Halbschalen verkleidet, deren Fügespalte parallel zur Zeichenebene liegen und daher in Figur 3 nicht erkennbar sind. Das Bauteil 11 kann dazu verwendet werden, um die zu beschichtenden Bauteile 22 in ein Elektrolyt (nicht dargestellt) einzutauchen. Am nicht dargestellten Ende des Bauteils 11 ist eine Vorrichtung zur Aufnahme einer elektrischen Leitung vorgesehen, so dass das Bauteil als Elektrode geschaltet werden kann und so eine elektrisch leitende Verbindung zu den zu beschichtenden Bauteilen 22 entsteht. Um eine elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten, ist das Bauteil 11 aus Aluminium hergestellt und die Verkleidung 12 besteht aus Titan. Auch die Schicht 17 ist aus Titan hergestellt. Die Verkleidung aus Titan bildet damit einen wirksamen Korrosionsschutz für das Bauteil aus Aluminium auch unter den korrosiven Bedingungen, wie sie bei der galvanischen Beschichtung von Bauteilen vorherrschen.