EP2665843A1 - Method for applying functional elements to flat components - Google Patents

Method for applying functional elements to flat components

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Publication number
EP2665843A1
EP2665843A1 EP11781781.7A EP11781781A EP2665843A1 EP 2665843 A1 EP2665843 A1 EP 2665843A1 EP 11781781 A EP11781781 A EP 11781781A EP 2665843 A1 EP2665843 A1 EP 2665843A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dependent
location
functional element
plasma jet
component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11781781.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kristian MÜLLER-NIEHUUS
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.)
Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Original Assignee
Federal Mogul Sealing Systems GmbH
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 Federal Mogul Sealing Systems GmbH filed Critical Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Publication of EP2665843A1 publication Critical patent/EP2665843A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component, in particular flat component, with one or more functional elements, such as hinterland stoppers or combustion chamber stoppers.
  • the invention relates to a method in which functional elements are applied by means of plasma jets by sintering.
  • Sinterstopper which are to serve as an example of such functional elements are currently applied by a complex screen printing on a flat component and then baked and solidified by a complex and costly subsequent sintering process.
  • the object of the invention is to provide a simpler and more cost-effective method for applying functional elements.
  • a method for producing a component having at least one functional element comprising:
  • the point of impact of the plasma jet on the support is varied.
  • the functional element can thus be formed gradually at the point of impact of the plasma jet.
  • the point of impact can be varied during the application.
  • varying the impact location of the plasma jet comprises moving the plasma jet with respect to the support and / or the support with respect to the plasma jet.
  • varying the impact location of the plasma jet comprises varying the area of the impact site in a time-dependent and / or location-dependent manner. This can be achieved for example by time-dependent and / or location-dependent variable focusing and / or distance to the point of impact.
  • This embodiment may e.g. create a functional element with location-dependent width.
  • the application takes place with a time-dependent and / or location-dependent application data.
  • the enrichment material is varied in a time-dependent and / or location-dependent manner. This involves the use of two or more different enrichment materials, depending on the time and / or location. Also, multi-component materials can be used, wherein the respective proportions of the plurality of components can be varied time-dependent and / or location-dependent.
  • location-dependent different materials or material mixtures e.g. from a deposition material A and a second material B, to set properties of the functional element location-dependent.
  • the enhancement material comprises metal powder, sintering paste, solder paste or combinations thereof.
  • the solidification comprises sintering.
  • the method further comprises a location-dependent adjustment of the contact angle between carrier and functional element. Due to the variable adjustment of the contact angle, an improved distribution of stresses or improved introduction of force on the functional element into the component can be achieved. It can also be targeted by an increased voltage introduction, for example, at particularly stiff points of the component (such as in the installed state, depending on the circumstances of other components such as motors, etc., to which the component of the invention is attached) can be achieved, thereby relieving other less rigid points , Furthermore, this can be achieved in a targeted manner a stress distribution, for example, at particularly soft or less stiff points to thereby relieve these soft or less stiff points or to direct forces targeted to rigid locations.
  • the location-dependent adjustment of the contact angle between the carrier and the functional element can be effected by a location-dependent variation of the enrichment material and / or a location-dependent surface treatment of the carrier.
  • a location-dependent variation of the enrichment material and / or a location-dependent surface treatment of the carrier For example, by targeted, location-dependent smoothing or roughening with a given combination of materials, the contact angle can be influenced as desired. This can alternatively be achieved by location-dependent selection of the enrichment or coating material. A combination of surface treatment of the carrier and variation of the enrichment material is also possible.
  • the surface treatment may include one or more methods of:
  • the component is a flat component, for example a cylinder head gasket.
  • the at least one functional element is a Hälandstopper or a combustion chamber stopper.
  • the at least one functional element has a cross-section comprising one or a combination of
  • cross-sectional shape is about the control of the voltage waveforms possible when forces are introduced via the functional element in the component.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows possible cross sections of functional elements according to the invention
  • Fig. 3 shows further possible cross sections of functional elements according to the invention.
  • the contact angle refers to the angle that a liquid forms on the surface of a solid to this surface.
  • the contact angle is characteristic for different material combinations of flat component and functional element.
  • the functional element may be surface treated (cleaned, ground, plasma activated, coated, etched).
  • the type of surface treatment affects the contact angle for a given combination of materials and therefore can be used according to the invention to achieve desired contact angles.
  • a locally different surface treatment makes it possible to make the contact angle location-dependent, with otherwise the same material choice of carrier / enrichment or coating material.
  • the choice of materials, in particular of the coating or enrichment material can be carried out accordingly in order to obtain the desired contact angle.
  • a liquid can be used to apply the functional element.
  • the liquid will naturally try to form the optimum contact angle, troublesome post-processing for obtaining the angle can be dispensed with according to the invention.
  • Another advantage of this is that liquids wet, while solids usually rest only at a few contact points.
  • a liquid for forming the functional element also an improved stress distribution in the component to achieve a total, since the contact surface between Functional element and flat component is increased.
  • the invention thus utilizes the wetting capabilities of a liquid.
  • the functional element thereby connects to the flat component everywhere, in contrast to punctiform or linear welds.
  • a wetting angle can be generated which achieves the desired property of force focusing, force distribution or force defocusing in the end product.
  • the invention therefore also relates to the specific choice or creation of a specific contact angle so as to obtain a specific type of stress distribution.
  • a right angle between the solid state functional element and flat component generates voltage peaks, for example.
  • Flange gene can be better distributed by a contact angle of less than 90 °, the tension.
  • a deliberately used concentration of tension is also useful, e.g. If the structural rigidity of a motor varies greatly and forces are to be introduced only in structurally strong areas, or if high pressure values for sealing must be achieved. In this case, the contact stress angle greater than 90 °, the voltage can be better concentrated on the appropriate places.
  • a plasma jet device 2 can (here two different) materials A and B are supplied. These materials may include, for example, metal powders, solder pastes, sinter pastes, etc. In an alternative embodiment, not shown, a different number of different materials may be used. Also, the use of multi-component materials is possible, in which case optionally the proportions of the plurality of components can be varied.
  • the enriched with eg sintering paste plasma jet 4 can then be directed and precisely aligned, for example by a robot or traversing table, at an arbitrary position on the flat member 10. At the approached position takes place through the plasma jet 4 a simultaneous application, bonding and solidification (sintering) of the sintered powder liquefied in the plasma jet on the flat component 10 in order to form part of the functional element.
  • the surface and / or shape of the impact point of the beam is a function of location and / or time-dependent (sb? A case of multiple coating of the same place, to produce a topography) varies, to form functional elements with adjustable cross section and / or an adjustable course ,
  • combustion chamber stopper 8 for combustion chambers 12 and a rear stop 6 are shown in FIG.
  • the flat component 10 itself can be moved relative to the plasma jet 4.
  • the cross section of the functional element such as a sinter stopper, follows a curve contour.
  • typical contours listed can be either asymmetric, symmetrical or completely irregular:
  • Characteristic of these cross-sectional geometries is that they have an angle between the flat component and the sintered functional element, as shown in Fig. 2.
  • This contact angle also called contact angle or wetting angle
  • An advantage of the method proposed by the invention is that it is possible to select materials which have optimum contact angles with regard to optimization, e.g. the voltage curve, of voltage distribution in the functional element or flat component have. Another advantage is that an appropriate and space-saving construction of material perpendicular to the flat component is to be realized by appropriate choice or influencing the contact angle. Furthermore, by the targeted choice or influencing of the contact angle either an improved stress distribution can be achieved, or it can be provided a deliberate concentration of stresses in areas that can absorb these stresses better than others, which in turn are relieved.
  • the invention offers the following advantages: a) Cost-saving: functional elements can avoid waste and save energy getting produced.

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Abstract

A method for producing a component with at least one functional element includes providing a substrate; enriching a plasma jet with material of the at least one functional element to be formed; and applying at least one functional element on the substrate, in that material in at least essentially liquid form is applied by means of the enriched plasma jet, connected to the substrate and consolidated.

Description

Verfahren zum Aufbringen von Funktionselementen auf Flaehbauteilen  Method for applying functional elements to flat components
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere Flachbauteils, mit ein oder mehreren Funktionselementen, wie etwa Hinterlandstoppern oder Brennraumstoppern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem mittels Plasmastrahlen durch Sintern Funktionselemente aufgebracht werden. The invention relates to a method for producing a component, in particular flat component, with one or more functional elements, such as hinterland stoppers or combustion chamber stoppers. In particular, the invention relates to a method in which functional elements are applied by means of plasma jets by sintering.
Sinterstopper, die als Beispiel für solche Funktionselemente dienen sollen, werden derzeit durch ein aufwendiges Siebdruckverfahren auf ein Flachbauteil aufgetragen und anschließend durch einen aufwendigen und kostenintensiven nachträglichen Sinterprozess eingebrannt und verfestigt. Sinterstopper, which are to serve as an example of such functional elements are currently applied by a complex screen printing on a flat component and then baked and solidified by a complex and costly subsequent sintering process.
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren zum Aufbringen von Funktionselementen bereitzustellen. Based on this, the object of the invention is to provide a simpler and more cost-effective method for applying functional elements.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einem Funktionselement bereitgestellt, umfassend: According to a first aspect of the invention, a method is provided for producing a component having at least one functional element, comprising:
Bereitstellen eines Trägers;  Providing a carrier;
Anreichern eines Plasmastrahls mit Material des zu bildenden mindestens einen Funktionselements; und  Enriching a plasma jet with material of the at least one functional element to be formed; and
Aufbringen von mindestens einem Funktionselement auf den Träger, indem mittels des angereicherten Plasmastrahls Material in zumindest im Wesentlichen flüssiger Form aufgetragen, mit dem Träger verbunden und verfestigt wird.  Applying at least one functional element to the support by applying material in at least substantially liquid form by means of the enriched plasma jet, bonding it to the support and solidifying it.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können sehr flexibel Funktionselemente auf Bauteilen aufgebracht werden. Durch den gezielten Material auftrag kann unter minimalem Energieeinsatz und stark verringertem Anfall von Abfallmaterial produziert werden. Durch das Aufbringen, welches ein gleichzeitiges Auftragen, Verbinden mit dem Träger und Verfestigen umfasst, kann ein hoher Durchsatz pro Zeiteinheit erzielt werden. With the method according to the invention, functional elements can be applied very flexibly to components. Through the targeted application of material can be produced with minimal energy use and greatly reduced accumulation of waste material. By the application comprising simultaneous application, bonding to the support and solidification, high throughput per unit time can be achieved.
Gemäß einer Ausführungsform wird während des Aufbringens die Auftreffstelle des Plasmastrahls auf den Träger variiert. According to one embodiment, during the application, the point of impact of the plasma jet on the support is varied.
Das Funktionselement kann so nach und nach jeweils an der Auftreffstelle des Plasmastrahls gebildet werden. Um in Bezug auf die Fläche der Auftreffstelle größere bzw. längere Funktionselemente zu bilden, kann die Auftreffstelle während des Aufbringens variiert werden. The functional element can thus be formed gradually at the point of impact of the plasma jet. In order to form larger or longer functional elements in relation to the area of the point of impact, the point of impact can be varied during the application.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Variieren der Auftreffstelle des Plasmastrahls, den Plasmastrahl in Bezug auf den Träger und/oder den Träger in Bezug auf den Plasmastrahl zu verfahren. According to one embodiment, varying the impact location of the plasma jet comprises moving the plasma jet with respect to the support and / or the support with respect to the plasma jet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Variieren der Auftreffstelle des Plasmastrahls, die Fläche der Auftreffstelle zeitabhängig und/oder ortsabhängig zu variieren. Dies kann beispielsweise durch zeit- und/oder ortsabhängige variable Fokussierung und/oder Abstand zu der Auftreffstelle erreicht werden. According to one embodiment, varying the impact location of the plasma jet comprises varying the area of the impact site in a time-dependent and / or location-dependent manner. This can be achieved for example by time-dependent and / or location-dependent variable focusing and / or distance to the point of impact.
Diese Ausführungsform kann z.B. ein Funktionselement mit ortsabhängiger Breite erzeugen. This embodiment may e.g. create a functional element with location-dependent width.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Aufbringen mit einer zeitabhängigen und/oder ortsabhängigen Auftragungs- ate. According to one embodiment, the application takes place with a time-dependent and / or location-dependent application data.
Durch eine pro Zeiteinheit geringere bzw. höhere Auftragungs-Rate kann beispielsweise eine senkrecht (z-Richtung) zur Oberfläche des Bauteils verlaufende Topographie des Funktionselements erzeugt werden. As a result of a lower or higher rate of application per unit time, it is possible, for example, to generate a topography of the functional element running perpendicular to the surface of the component (z-direction).
Alternativ kann durch Verwenden einer ortsabhängigen Verweildauer des Plasmastrahls je Auftreffstelle eine unterschiedlich hohe Auftragungsmenge des Materials erzielt werden, um die z-Topographie zu erzeugen. Alternatively, by using a location-dependent residence time of the plasma jet, respectively Impact site a different high application rate of the material can be achieved to produce the z-topography.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Anreicherungsmaterial zeitabhängig und/oder ortsabhängig variiert. Dies beinhaltet die Verwendung von zwei oder mehr verschiedenen Anreicherungsmaterialien, die je nach Zeitpunkt und/oder Ort eingesetzt werden. Ebenfalls können Mehrkomponentenmaterialien verwendet werden, wobei die jeweiligen Anteile der mehreren Komponenten zeitabhängig und/oder ortsabhängig variiert werden können. According to one embodiment, the enrichment material is varied in a time-dependent and / or location-dependent manner. This involves the use of two or more different enrichment materials, depending on the time and / or location. Also, multi-component materials can be used, wherein the respective proportions of the plurality of components can be varied time-dependent and / or location-dependent.
Es ist mit dieser Ausführungsform beispielsweise möglich, ortsabhängig unterschiedliche Materialien bzw. Materialmischungen, z.B. aus einem Auftragungsmaterial A und einem zweiten Material B, zu verwenden, um Eigenschaften des Funktionselements ortsabhängig einzustellen. It is possible with this embodiment, for example, location-dependent different materials or material mixtures, e.g. from a deposition material A and a second material B, to set properties of the functional element location-dependent.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anreicherungsmaterial Metallpulver, Sinterpaste, Lötpaste oder Kombinationen daraus. According to one embodiment, the enhancement material comprises metal powder, sintering paste, solder paste or combinations thereof.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfestigen Sintern. According to one embodiment, the solidification comprises sintering.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter ein ortsabhängiges Einstellen des Kontaktwinkels zwischen Träger und Funktionselement. Durch die variable Einstellung des Kontaktwinkels kann eine verbesserte Verteilung von Spannungen bzw. verbesserte Krafteinleitung am Funktionselement ins Bauteil erreicht werden. Auch kann dadurch gezielt eine erhöhte Spannungseinleitung beispielsweise an besonders steifen Stellen des Bauteils (etwa im Einbauzustand, abhängig von den Gegebenheiten anderer Bauteile wie etwa Motoren etc., an der das erfindungsgemäße Bauteil angebracht wird) erreicht werden, um dadurch andere weniger steife Stellen zu entlasten. Des Weiteren kann dadurch gezielt eine Spannungsverteilung beispielsweise an besonders weichen bzw. weniger steifen Stellen erreicht werden, um dadurch diese weichen bzw. weniger steifen Stellen zu entlasten oder Kräfte gezielt auf steife Stellen zu leiten. Das ortsabhängige Einstellen des Kontaktwinkels zwischen Träger und Funktionselement kann durch eine ortsabhängige Variation des Anreicherungsmaterials und/oder eine ortsabhängige Oberflächenbehandlung des Trägers erfolgen. Beispielsweise kann durch gezieltes, ortsabhängiges Glätten bzw. Aufrauhen bei gegebener Materialkombination der Kontaktwinkel wie gewünscht beeinflusst werden. Dies kann alternativ durch ortsabhängige Wahl des Anreicherungs- bzw. Beschichtungsmaterials erreicht werden. Eine Kombination von Oberflächenbehandlung des Trägers und Variation des Anreicherungsmaterials ist ebenfalls möglich. According to one embodiment, the method further comprises a location-dependent adjustment of the contact angle between carrier and functional element. Due to the variable adjustment of the contact angle, an improved distribution of stresses or improved introduction of force on the functional element into the component can be achieved. It can also be targeted by an increased voltage introduction, for example, at particularly stiff points of the component (such as in the installed state, depending on the circumstances of other components such as motors, etc., to which the component of the invention is attached) can be achieved, thereby relieving other less rigid points , Furthermore, this can be achieved in a targeted manner a stress distribution, for example, at particularly soft or less stiff points to thereby relieve these soft or less stiff points or to direct forces targeted to rigid locations. The location-dependent adjustment of the contact angle between the carrier and the functional element can be effected by a location-dependent variation of the enrichment material and / or a location-dependent surface treatment of the carrier. For example, by targeted, location-dependent smoothing or roughening with a given combination of materials, the contact angle can be influenced as desired. This can alternatively be achieved by location-dependent selection of the enrichment or coating material. A combination of surface treatment of the carrier and variation of the enrichment material is also possible.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Oberflächenbehandlung eins oder mehrere Methoden umfassen aus: According to one embodiment, the surface treatment may include one or more methods of:
Plasma- Aktivierung;  Plasma activation;
Ätzen;  Etching;
Säubern;  Clean;
Schleifen;  Grind;
(Vor-) Beschichten.  (Pre) coating.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bauteil bereitgestellt, hergestellt nach einem Verfahren wie vorstehend beschrieben. According to another aspect of the invention, there is provided a component manufactured by a method as described above.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Bauteil ein Flachbauteil, beispielsweise eine Zylinderkopfdichtung. According to one embodiment, the component is a flat component, for example a cylinder head gasket.
Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine Funktionselement ein Hinterlandstopper oder ein Brennraumstopper. According to one embodiment, the at least one functional element is a Hinterlandstopper or a combustion chamber stopper.
Gemäß einer Ausfuhrungsform weist das mindestens eine Funktionselement einen Querschnitt auf, der eines oder eine Kombination umfasst von According to one embodiment, the at least one functional element has a cross-section comprising one or a combination of
Kreisbogen; Kreisausschnitt; Arc; Circular cutout;
Kreisschicht;  Circular layer;
elliptisch;  elliptical;
Viel-Eck;  Polygon;
Kugel-Viel-Eck;  Ball multi-Eck;
Halbe Raute;  Half rhombus;
Drache; und  Dragon; and
Trapez.  Trapeze.
Durch entsprechende Wahl der Querschnittsform ist etwa die Steuerung der Spannungsverläufe möglich, wenn Kräfte über das Funktionselement in das Bauteil eingeleitet werden. By appropriate choice of the cross-sectional shape is about the control of the voltage waveforms possible when forces are introduced via the functional element in the component.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 zeigt mögliche Querschnitte von Funktionselementen gemäß der Erfindung; und Fig. 3 zeigt weitere mögliche Querschnitte von Funktionselementen gemäß der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of the invention; Fig. 2 shows possible cross sections of functional elements according to the invention; and Fig. 3 shows further possible cross sections of functional elements according to the invention. Detailed description of the invention
Die folgende Beschreibung bezieht sich der Einfachheit halber auf Flachbauteile. Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, sondern kann auch für andere Bauteile Verwendung finden, die nicht zwangsläufig flach sind. The following description refers to flat components for the sake of simplicity. The invention is not limited thereto, but can also be used for other components that are not necessarily flat.
Der Kontaktwinkel bezeichnet den Winkel, den eine Flüssigkeit auf der Oberfläche eines Feststoffes zu dieser Oberfläche ausbildet. Der Kontaktwinkel ist charakteristisch für verschiedene Materialkombinationen aus Flachbauteil und Funktionselement. Das Funktionselement kann oberflächen-behandelt sein (gesäubert, geschliffen, plasmaaktiviert, beschichtet, geätzt). Die Art der Oberflächenbehandlung beeinflusst den Kontaktwinkel bei einer gegebenen Materialkombination und kann daher erfindungsgemäß genutzt werden, um gewünschte Kontaktwinkel zu erreichen. Eine lokal unterschiedliche Oberflächenbehandlung ermöglicht es, den Kontaktwinkel ortsabhängig zu gestalten, bei ansonsten gleicher Materialwahl von Träger/ Anreicherungs- bzw. Beschichtungsmaterial. Ergänzend oder alternativ dazu kann die Wahl der Materialien, insbesondere des Beschichtungs- bzw. Anreicherungsmaterials, entsprechend erfolgen, um den gewünschten Kontaktwinkel zu erhalten. The contact angle refers to the angle that a liquid forms on the surface of a solid to this surface. The contact angle is characteristic for different material combinations of flat component and functional element. The functional element may be surface treated (cleaned, ground, plasma activated, coated, etched). The type of surface treatment affects the contact angle for a given combination of materials and therefore can be used according to the invention to achieve desired contact angles. A locally different surface treatment makes it possible to make the contact angle location-dependent, with otherwise the same material choice of carrier / enrichment or coating material. In addition or alternatively, the choice of materials, in particular of the coating or enrichment material, can be carried out accordingly in order to obtain the desired contact angle.
Bezüglich der Anwendung im Sinne der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit Funktionselementen auf einer Trägeroberfläche bedeutet dies: Es wird von einem Kontaktwinkel ausgegangen, unter welchem die auftretenden Spannungen im Funktionselement optimal, also etwa ohne Spannungskonzentration und damit das Material schonend, auf das Flachbauteil übertragen werden. Es kann nun entweder einem Funktionselement in Form eines Festkörpers durch mechanische / chemische Bearbeitung dieser optimale Winkel zeit- und arbeitsaufwendig nachträglich verliehen werden, mit allen Toleranzen und anderen Nachteilen, die sich dabei ergeben. Regarding the application in the context of the present invention in connection with functional elements on a support surface, this means: It is assumed that a contact angle under which the stresses occurring in the functional element optimally, ie without stress concentration and thus the material gently transferred to the flat component. It can now either a functional element in the form of a solid by mechanical / chemical processing of this optimal angle time and labor-consuming subsequently be awarded, with all the tolerances and other disadvantages that arise here.
Der Erfinder hat jedoch herausgefunden, dass stattdessen erfindungsgemäß eine Flüssigkeit verwendet werden kann, um das Funktionselement aufzubringen. Da die Flüssigkeit dabei von selbst versuchen wird, den optimalen Kontaktwinkel auszubilden, kann in diesem Fall gemäß der Erfindung auf eine problembehaftete Nachbearbeitung zum Erhalten des Winkels verzichtet werden. However, the inventor has found that instead of this, according to the invention, a liquid can be used to apply the functional element. In this case, since the liquid will naturally try to form the optimum contact angle, troublesome post-processing for obtaining the angle can be dispensed with according to the invention.
Ein weiterer Vorteil dabei besteht darin, dass Flüssigkeiten benetzen, während Festkörper in der Regel nur an wenigen Kontaktpunkten aufliegen. Somit ist durch die Verwendung einer Flüssigkeit zum Bilden des Funktionselements ebenfalls eine verbesserte Spannungsverteilung im Bauteil insgesamt zu erreichen, da die Kontaktfläche zwischen Funktionselement und Flachbauteil vergrößert wird. Die Erfindung nutzt somit die Benetzungsfähigkeiten einer Flüssigkeit aus. Another advantage of this is that liquids wet, while solids usually rest only at a few contact points. Thus, by the use of a liquid for forming the functional element also an improved stress distribution in the component to achieve a total, since the contact surface between Functional element and flat component is increased. The invention thus utilizes the wetting capabilities of a liquid.
Zum Einen verbindet sich das Funktionselement dadurch überall mit dem Flachbauteil, im Gegensatz zu punkt- oder linienförmigen Schweißungen. Zum anderen kann bei geeigneter Materialwahl des Funktionselementes und des Bauteils ein Benetzungswinkel erzeugt werden, welcher die gewünschte Eigenschaft Kraftfokussierung, Kraftverteilung oder Kraftdefokussierung im Endprodukt erreicht. On the one hand, the functional element thereby connects to the flat component everywhere, in contrast to punctiform or linear welds. On the other hand, with a suitable choice of material of the functional element and of the component, a wetting angle can be generated which achieves the desired property of force focusing, force distribution or force defocusing in the end product.
Die Erfindung betrifft daher auch die gezielte Wahl bzw. Erstellung eines bestimmten Kontaktwinkels, um so eine bestimmte Art der Spannungsverteilung zu erhalten. Ein rechter Winkel zwischen Festkörperfunktionselement und Flachbauteil erzeugt beispielsweise Spannungsspitzen. Flingegen kann durch einen Kontaktwinkel kleiner 90° die Spannung besser verteilt werden. Eine bewusst eingesetzte Spannungskonzentration ist ebenfalls sinnvoll, z.B. wenn die Struktursteifigkeit eines Motors stark variiert und nur in strukturstarken Bereichen Kräfte eingeleitet werden sollen, oder wenn hohe Pressungswerte zur Abdichtung erzielt werden müssen. In diesem Fall kann durch einen Kontaktwinkel größer 90° die Spannung besser auf die entsprechenden Stellen konzentriert werden. The invention therefore also relates to the specific choice or creation of a specific contact angle so as to obtain a specific type of stress distribution. A right angle between the solid state functional element and flat component generates voltage peaks, for example. Flange gene can be better distributed by a contact angle of less than 90 °, the tension. A deliberately used concentration of tension is also useful, e.g. If the structural rigidity of a motor varies greatly and forces are to be introduced only in structurally strong areas, or if high pressure values for sealing must be achieved. In this case, the contact stress angle greater than 90 °, the voltage can be better concentrated on the appropriate places.
In Fig. 1 ist in schematischer Weise die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Einem Plasmastrahlgerät 2 können (hier zwei verschiedene) Materialien A bzw. B zugeführt werden. Diese Materialien können beispielsweise Metallpulver, Lötpasten, Sinterpasten etc. umfassen. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform kann eine andere Anzahl verschiedener Materialien verwendet werden. Auch ist die Verwendung von Mehrkomponentenmaterialien möglich, wobei dann optional die Anteile der mehreren Komponenten variiert werden können. In Fig. 1, the operation of the method according to the invention is shown in a schematic manner. A plasma jet device 2 can (here two different) materials A and B are supplied. These materials may include, for example, metal powders, solder pastes, sinter pastes, etc. In an alternative embodiment, not shown, a different number of different materials may be used. Also, the use of multi-component materials is possible, in which case optionally the proportions of the plurality of components can be varied.
Der mit z.B. Sinterpaste angereicherte Plasmastrahl 4 kann dann gerichtet und präzise, z.B. durch einen Roboter oder Verfahrtisch, an einer beliebigen Position auf das Flachbauteil 10 ausgerichtet werden. An der angefahrenen Position erfolgt durch den Plasmastrahl 4 ein gleichzeitiges Auftragen, Verbinden und Verfestigen (Sintern) des im Plasmastrahl verflüssigten Sinterpulvers auf dem Flachbauteil 10, um einen Teil des Funktionselements zu bilden. The enriched with eg sintering paste plasma jet 4 can then be directed and precisely aligned, for example by a robot or traversing table, at an arbitrary position on the flat member 10. At the approached position takes place through the plasma jet 4 a simultaneous application, bonding and solidification (sintering) of the sintered powder liquefied in the plasma jet on the flat component 10 in order to form part of the functional element.
Durch weiteres Verfahren des Plasmastrahls 4 entlang vorgegebener Wege und unter Verwendung eines kontinuierlichen Auftrags können so zusammenhängende Funktionselemente beliebiger Geometrie (sowohl in X- und Y-Richtung als auch in Z- Richtung = Topographie) hergestellt werden. Durch mehrfaches Anfahren einer bestimmen Stelle und/oder durch Erhöhen der Anreicherungs- bzw. Auftragungsrate des Plasmastrahls 4 kann die Höhe des Funktionselements wie gewünscht eingestellt werden. Auch ist es dadurch möglich, den Querschnitt des Funktionselements wie gewünscht zu erstellen (also beispielsweise breite Basis und sich verjüngende Spitze des Funktionselements). By further moving the plasma jet 4 along predetermined paths and using a continuous application, it is possible to produce coherent functional elements of any desired geometry (both in the X and Y directions and in the Z direction = topography). By repeatedly starting a certain point and / or by increasing the accumulation or application rate of the plasma jet 4, the height of the functional element can be set as desired. This also makes it possible to create the cross section of the functional element as desired (ie, for example, broad base and tapered tip of the functional element).
In fortgeschrittenen Ausführungsformen wird die Fläche und/oder Form der Auftreffstelle des Strahls ortsabhängig und/oder zeitabhängig (etw?a bei mehrfacher Beschichtung der gleichen Stelle, um eine Topographie zu erzeugen) variiert, um Funktionselemente mit einstellbarem Querschnitt und/oder einstellbarem Verlauf zu bilden. In advanced embodiments, the surface and / or shape of the impact point of the beam is a function of location and / or time-dependent (sb? A case of multiple coating of the same place, to produce a topography) varies, to form functional elements with adjustable cross section and / or an adjustable course ,
Beispielhaft für mögliche Funktionselemente sind in Fig. 1 ein Brennraum stopper 8 für Brennräume 12 und ein Hinter landstopper 6 gezeigt. By way of example for possible functional elements, a combustion chamber stopper 8 for combustion chambers 12 and a rear stop 6 are shown in FIG.
Alternativ zur Bewegung des Plasmastrahls 4 in Relation zu dem Bauteil kann das Flachbauteil 10 selbst gegenüber dem Plasmastrahl 4 bewegt werden. As an alternative to the movement of the plasma jet 4 in relation to the component, the flat component 10 itself can be moved relative to the plasma jet 4.
In Regel folgt der Querschnitt des Funktionselements wie etwa eines Sinterstoppers einer Kurvenkontur. Nachfolgend sind typische Konturen aufgelistet. Diese können entweder asymmetrisch, symmetrisch oder völlig unregelmäßig ausgebildet sein: In general, the cross section of the functional element, such as a sinter stopper, follows a curve contour. Below are typical contours listed. These can be either asymmetric, symmetrical or completely irregular:
1. Kreisbogen 1st arc
2. Kreisausschnitt 3. Kreisschicht 2nd circle cutout 3rd circle layer
4. Elliptische Kontur  4. Elliptical contour
5. Viel Eck (1-n Ecken)  5. Much corner (1-n corners)
6. Kugel-Viel-Eck ( 1 -n Ecken)  6. Ball-Viel-Eck (1 -n corners)
7. Halbe Raute, Drache, Trapez  7. Half rhombus, dragon, trapeze
Kennzeichnend für diese Querschnittsgeometrien ist, dass diese einen Winkel zwischen dem Flachbauteil und dem gesinterten Funktionselement aufweisen, wie in Fig. 2 dargestellt. Dieser Kontaktwinkel (auch Randwinkel oder Benetzungswinkel genannt) kann zwischen 0° (Null) Grad und kleiner 180° liegen. Im Falle von Winkeln deutlich kleiner 90° spricht man von hydrophil, bei Winkel um 90° von hydrophob und bei Winkeln deutlich größer als 90° von superhydrophob. Characteristic of these cross-sectional geometries is that they have an angle between the flat component and the sintered functional element, as shown in Fig. 2. This contact angle (also called contact angle or wetting angle) can be between 0 ° (zero) degrees and less than 180 °. In the case of angles much smaller than 90 ° it is called hydrophilic, at angles of 90 ° it is hydrophobic and at angles much greater than 90 ° of superhydrophobic.
In Fig. 2 sind weitere mögliche Querschnittsformen gezeigt, in Fig. 3 noch verschiedene andere. In Fig. 2 further possible cross-sectional shapes are shown, in Fig. 3 still different others.
Ein Vorteil das von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens ist es, dass Materialien ausgewählt werden können, welche optimale Kontaktwinkel hinsichtlich einer Optimierung z.B. des Spannungsverlaufes, von Spannungsverteilungen im Funktionselement oder Flachbauteil aufweisen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch entsprechende Wahl bzw. Beeinflussung des Kontaktwinkels ein exaktes und platzsparendes Aufbauen von Material senkrecht zum Flachbauteil zu realisieren ist. Weiterhin kann durch die gezielte Wahl bzw. Beeinflussung des Kontaktwinkels entweder eine verbesserte Spannungsverteilung erzielt werden, oder es kann eine bewusste Konzentration der Spannungen in Bereichen vorgesehen werden, welche diese Spannungen besser aufnehmen können als andere, die wiederum entlastet werden. An advantage of the method proposed by the invention is that it is possible to select materials which have optimum contact angles with regard to optimization, e.g. the voltage curve, of voltage distribution in the functional element or flat component have. Another advantage is that an appropriate and space-saving construction of material perpendicular to the flat component is to be realized by appropriate choice or influencing the contact angle. Furthermore, by the targeted choice or influencing of the contact angle either an improved stress distribution can be achieved, or it can be provided a deliberate concentration of stresses in areas that can absorb these stresses better than others, which in turn are relieved.
Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile: a) Kosten sparend: Funktionselemente können Abfall vermeidend und Energie sparend hergestellt werden. The invention offers the following advantages: a) Cost-saving: functional elements can avoid waste and save energy getting produced.
Erhöhung des Produktions-Durchsatzes pro Zeitzyklus aufgrund des Verzichts auf langwieriges Sintern.  Increase in production throughput per time cycle due to elimination of tedious sintering.
Material schonend: Im Gegensatz zu geprägten Stoppern erfolgt keine Beeinträchtigung der Bauteil struktur durch Prägen oder Ziehen.  Gentle on materials: In contrast to embossed stoppers, there is no impairment of the component structure due to embossing or drawing.
Verwendung von optimalen Materialien: Anstelle der Verwendung von einheitlichen bzw. All-in-One Lösungen, was immer mit Kompromissen einhergeht, können mit der Erfindung nur an gezielten und benötigten Stellen auf die jeweilige Anwendung abgestimmt Funktionselemente angebracht werden.  Use of Optimal Materials: Instead of using uniform or all-in-one solutions, which always involves compromises, functional elements can be attached to the respective application only at specific and required locations.
Neue Konstruktionsmöglichkeiten: Die Erzeugung einer Topographie wird möglich, eine kleinere Bauweise ist ebenfalls möglich, da an bis hin zu sehr dünnen Stellen des Bauteils Funktionselemente aufgebracht werden können  New construction possibilities: The production of a topography becomes possible, a smaller construction method is also possible, since functional elements can be applied up to very thin points of the component

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einem Funktionselement, umfassend: 1. A method for producing a component with at least one functional element, comprising:
Bereitstellen eines Trägers;  Providing a carrier;
Anreichern eines Plasmastrahls mit Material des zu bildenden mindestens einen Funktionselements; und  Enriching a plasma jet with material of the at least one functional element to be formed; and
Aufbringen von mindestens einem Funktionselement auf den Träger, indem mittels des angereicherten Plasmastrahls Material in zumindest im Wesentlichen flüssiger Form aufgetragen, mit dem Träger verbunden und verfestigt wird.  Applying at least one functional element to the support by applying material in at least substantially liquid form by means of the enriched plasma jet, bonding it to the support and solidifying it.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei während des Aufbringens die Auftreffstelle des Plasmastrahls auf den Träger variiert wird. 2. The method of claim 1, wherein during the application, the point of impact of the plasma jet is varied to the carrier.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Variieren der Auftreffstelle des Plasmastrahls umfasst, den Plasmastrahl in Bezug auf den Träger und/oder den Träger in Bezug auf den Plasmastrahl zu verfahren. 3. The method of claim 2, wherein varying the impact location of the plasma jet comprises moving the plasma jet relative to the support and / or the support with respect to the plasma jet.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Variieren der Auftreffstelle des Plasmastrahls umfasst, die Fläche der Auftreffstelle zeitabhängig und/oder ortsabhängig zu variieren. 4. The method of claim 2 or 3, wherein varying the impact location of the plasma jet comprises varying the area of the point of impact time-dependent and / or location-dependent.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen mit einer zeitabhängigen und/oder ortsabhängigen Auftragungs-Rate erfolgt. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the application takes place with a time-dependent and / or location-dependent application rate.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Anreicherungsmaterial zeitabhängig und/oder ortsabhängig variiert wird. Method according to one of the preceding claims, wherein enrichment material is varied time-dependent and / or location-dependent.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anreicherungsmaterial Metallpulver, Sinterpaste, Lötpaste oder Kombinationen daraus umfasst. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the Enrichment material metal powder, sintering paste, solder paste or combinations thereof.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfestigen Sintern umfasst. A method according to any one of the preceding claims, wherein the solidifying comprises sintering.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ortsabhängiges Einstellen des Kontaktwinkels zwischen Träger und Funktionselement durch: 9. The method according to any one of the preceding claims, further comprising location-dependent adjustment of the contact angle between the carrier and the functional element by
ortsabhängige Variation des Anreicherungsmaterials; und/oder  location-dependent variation of the enrichment material; and or
ortsabhängige Oberflächenbehandlung des Trägers.  location-dependent surface treatment of the carrier.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Oberflächenbehandlung eines oder mehrere umfasst aus: 10. The method of claim 9, wherein the surface treatment comprises one or more of:
Plasma- Aktivierung;  Plasma activation;
Säubern; Clean;
Schleifen;  Grind;
Beschichten.  Coating.
1 1 . Bauteil, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. 1 1. Component produced by a method according to one of the preceding claims.
12. Bauteil nach Anspruch 1 1 , wobei das Bauteil ein Flachbauteil ist. 12. The component according to claim 1 1, wherein the component is a flat component.
13. Bauteil nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das mindestens eine Funktionselement ein Hinterlandstopper oder ein Brennraumstopper ist. 13. Component according to claim 1 1 or 12, wherein the at least one functional element is a Hinterlandstopper or a combustion chamber stopper.
14. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei das mindestens eine Funktionselement einen Querschnitt aufweist, der eines oder eine Kombination umfasst von 14. Component according to one of claims 1 1 to 13, wherein the at least one functional element has a cross section, the one or a combination includes of
Kreisbogen; Kreisausschnitt; Kreisschicht; elliptisch;  Arc; Circular cutout; Circular layer; elliptical;
Viel-Eck;  Polygon;
Kugel- Viel-Eck; Halbe Raute; Drache; und Trapez.  Spherical multi-corner; Half rhombus; Dragon; and harness.
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