DE19740343A1

DE19740343A1 - Especially fluidic or electromagnetic apparatus

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Publication number: DE19740343A1
Application number: DE19740343A
Authority: DE
Inventors: Harald Klocke
Original assignee: Kuhnke KG H GmbH
Current assignee: Kuhnke KG H GmbH
Priority date: 1997-09-13
Filing date: 1997-09-13
Publication date: 1998-09-17

Abstract

Apparatus, especially fluidic or electromagnetic apparatus, is (partly) protected by a surface coating against mechanical stress or any other external influences. The coating comprises a composite synthesised from units with long flexible molecular chains and special functional molecules and also embedded colloid nano-particles as complex inorganic and/or inorganic-organic molecular structure. (Part of) the colloid is an electrical and/or magnetic conductor or insulator. The coating composition has capillary properties in the as-applied state and gives a capillary-filling, entirely pore-tight, ductile, homogeneous coating in the cured state. Its shrinkage during cure is matched to that of the base material. The coating is bonded chemically to the base and, after cure, the coating and base have almost the same coefficient of thermal expansion.

Description

Diese Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung, insbesondere fluidische oder elektromagnetische Vorrichtung, bei der zumindest ein Bereich mit einer schützenden Oberflächenbeschichtung gegen mechanische Beanspruchungen oder sonstige äußere Einflüsse versehen ist.This innovation relates to a device, particularly a fluid one or electromagnetic device in which at least one area with a protective surface coating against mechanical stress or other external influences.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt, z. B. in Form von Ventilen, Magnetven tilen, fluidischen Aktoren wie Zylinder, elektromagnetischen Aktoren wie z. B. Hubmagnete, Drehmagnete, Zugmagnete u. dgl.Such devices are known, for. B. in the form of valves, solenoid valves tile, fluidic actuators such as cylinders, electromagnetic actuators such as e.g. B. solenoids, rotary magnets, pull magnets and. the like

Innerhalb dieser Vorrichtungen befinden sich jeweils gegenüber einer Aufnah me relativ bewegende Einzelkomponenten, wie z. B. ein Anker, der sich durch die Bestromung einer Spule aufgrund eines sich aufbauenden Magnetfeldes bewegt. Diese Bewegung erfolgt bei Magnetventilen und Zugmagneten vor zugsweise in spulenaxialer Richtung. Oftmals wird der Anker direkt in einem aus Kunststoff geformten Spulenkörper mit entsprechendem radialen Spiel- und axialer Bewegungsfreiheit aufgenommen. Diese Paarung eines metalli schen Ankers in einer Kunststoffaufnahme ergibt einen relativ niedrigen Rei bungskoeffizienten. Nachteilig hierbei ist, daß ein Kunststoffspulenkörper bei Raumtemperatur unter Drahtzug mit Draht zu einer entsprechenden Spule ge wickelt wird. Bei späterer Bestromung im Betriebszustand erwärmt sich die Spule. Hierdurch wird der mechanische Widerstand des Spulenkörpers gegen über der auftretenden mechanischen Spannung der Drahtwicklung reduziert. Die mechanische Spannung der Drahtwicklung verkleinert den Innendurchmes ser der Spule. Das Innendurchmessermaß der Spule ist jedoch so ausgelegt, daß hierin der metallische Anker unter entsprechendem radialem Spiel inner halb des Spulenkörpers geführt wird. Reduziert sich nun aufgrund der aufge zwungenen Schrumpfung des Spulenkörpers im erwärmten Zustand dieses Spiel, besteht die Gefahr, daß der Anker klemmt.Each of these devices is located opposite a receptacle me relatively moving individual components such. B. an anchor that is the energization of a coil due to a developing magnetic field emotional. This movement occurs before with solenoid valves and pull magnets preferably in the axial direction of the coil. Often the anchor is in one plastic spool with corresponding radial clearance and added axial freedom of movement. This pairing of a metalli The anchor in a plastic holder results in a relatively low friction exercise coefficients. The disadvantage here is that a plastic bobbin Room temperature under wire drawing with wire to a corresponding coil is wrapped. With later energization in the operating state the heats up Kitchen sink. As a result, the mechanical resistance of the coil body against reduced over the occurring mechanical tension of the wire winding. The mechanical tension of the wire winding reduces the inside diameter the coil. However, the inside diameter dimension of the coil is designed that inside the metallic anchor with appropriate radial play half of the bobbin is guided. Now reduces due to the up forced shrinkage of the bobbin in the heated state of this Game, there is a risk that the anchor will jam.

Wird dieses Spiel jedoch konstruktiv bereits großzügig ausgelegt, erhöht sich wiederum der magnetische Luftspalt innerhalb der Spule. Das führt bei gleichem Kraftbedarf zu einer höheren Aufnahmeleistung der Spule. D.h., der Wirkungs grad dieses Systemes wird mit zunehmendem radialem Spiel verschlechtert.However, if this game is already generously designed, it increases again the magnetic air gap inside the coil. That leads to the same thing Power requirement for a higher power consumption of the coil. That is, the effect degree of this system is deteriorated with increasing radial play.

Eine andere Ausführung, die dem Schrumpfungsprozeß der Spule entgegen wirkt, besteht darin, daß innerhalb der Spule ein metallisches, magnetisch nichtleitendes, sogenanntes Ankerführungsrohr eingebracht wird. Das kann mit seinem Außendurchmesser innerhalb der Spule beispielsweise mit einer Über gangspassung angeordnet sein. Im inneren Raum dieses Ankerführungsrohres ist der magnetisch leitende Anker mit einem radialen Spiel und axial beweglich eingebracht. Dieses Führungsrohr seinerseits nimmt nunmehr die durch die Er wärmung der Spule bei Bestromung freiwerdenden mechanischen Spannungen auf, ohne hierdurch den relativ engen, radial vorgegebenen Luftspalt praktisch weiter einzuengen. Another version that opposes the coil's shrinking process acts, is that within the coil a metallic, magnetic non-conductive, so-called anchor guide tube is introduced. That can with its outer diameter inside the coil, for example, with an over gear fit to be arranged. In the interior of this anchor guide tube is the magnetically conductive armature with radial play and axially movable brought in. This guide tube in turn now takes the through the Er heating of the coil when mechanical voltages are released practically without thereby the relatively narrow, radially predetermined air gap narrow down further.

Vorzugsweise werden als sogenannte Ankerführungsrohre magnetisch nichtlei tende Werkstoffe, wie Messing usw. vorgesehen. Diese Werkstoffe unterliegen mit ihrer Oberfläche auf sie einwirkende Umgebungsbedingungen. Wird bei spielsweise ein Magnetventil betrachtet, so wird der Innenraum des Führungs rohres, in dem der Anker axial beweglich gelagert ist, von dem zu steuernden Fluid umströmt. Dieses Fluid kann ein neutrales Gas oder eine neutrale Flüssig keit sein, aber auch ein chemisch aggressives Gas oder eine chemisch aggres sive Flüssigkeit. Im letzteren Fall kann es aufgrund unterschiedlicher Span nungsreihen der Werkstoffe, z. B. des Messingrohres und des magnetisch lei tenden Ankers zu Korrosionserscheinungen kommen, die bishin zu Funktions ausfällen des beschriebenen Magnetventiles führen können. Andererseits sind Magnetventile jedoch auch dafür prädestiniert, z. B. in Spektrometern entspre chende Gase oder Flüssigkeiten in ihrer Strömung und Strömungsrichtung zu beeinflussen. Bei einem solchen Anwendungsfall ist es selbstverständlich, daß die Analyse des zu untersuchenden Mediums nicht durch Fremdpartikel, die beispielsweise aus Korrosionserscheinungen des Ventiles stammen können, verfälscht werden darf.Preferably, so-called anchor guide tubes are magnetically non-conductive materials such as brass, etc. provided. These materials are subject to with their surface environmental conditions acting on them. Will at Consider a solenoid valve, for example, so the interior of the guide tube in which the armature is axially movably supported by the one to be controlled Fluid flows around. This fluid can be a neutral gas or a neutral liquid be, but also a chemically aggressive gas or a chemically aggressive sive liquid. In the latter case it can be due to different chip series of materials, e.g. B. the brass tube and the magnetic lei tendency anchor to show signs of corrosion, which are also functional failures of the solenoid valve described. On the other hand Solenoid valves are also predestined for this, e.g. B. correspond in spectrometers gases or liquids in their flow and flow direction influence. In such an application, it goes without saying that the analysis of the medium to be examined is not due to foreign particles can, for example, come from signs of corrosion in the valve, may be falsified.

Im Zuge zunehmender Automatisierung, vor allem auch aufgrund moderner elektronischer speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) wird zunehmend die Forderung gestellt, daß entsprechende Vorrichtungen, die beispielsweise aus einer SPS Steuerbefehle bekommen, auch in ihrer Ausführung dieser Be fehle abgefragt werden. Hierzu kann in einfacher Ausführung die Hubbewegung des Ankers direkt genutzt werden, wenn dessen elektrisch leitende Oberfläche als ein beweglicher Kontakt angesehen wird, der nach Ausführung eines Hubes mit einem anderen feststehenden Kontakt zur Anlage kommt und hierdurch ein elektrischer Stromkreis je nach ausgeführtem oder nicht ausgeführtem Hub ge schlossen oder geöffnet wird. In the course of increasing automation, especially due to modern ones Electronic programmable logic controllers (PLC) is growing the requirement that appropriate devices, for example receive control commands from a PLC, even in the execution of these commands missing be queried. This can be done in a simple version of the lifting movement of the anchor can be used directly if its electrically conductive surface is considered a moving contact after a stroke comes with another fixed contact to the system and thereby electrical circuit depending on the executed or not executed stroke is closed or opened.

Als fester Kontakt kann in einem Magnetventil, Hub- oder Zugmagnet der Kern angesehen werden.The core can be a fixed contact in a solenoid valve, lifting or pulling magnet be considered.

Wird nun dieser Kern in einem metallischen Führungsrohr angeordnet, besteht direkter elektrischer Übergang von dem Führungsrohr auf den Kern. Anderer seits läuft innerhalb dieses Führungsrohres auch der magnetisch leitende, me tallische Anker. Eine elektrische Kontaktgabe ist somit nicht möglich, da bereits hier ein geschlossener elektrischer Kreis vorliegt.If this core is now arranged in a metallic guide tube, there is direct electrical transition from the guide tube to the core. Other on the one hand, the magnetically conductive, me runs inside this guide tube tall anchor. Electrical contact is therefore not possible, as it already is there is a closed electrical circuit here.

Würde man den in das Führungsrohr eingebrachten Kern gegenüber dem Füh rungsrohr durch eine herkömmliche Beschichtung der Kernaußenoberfläche oder der Innenoberfläche des Führungsrohres elektrisch gegeneinander isolie ren, vergrößert diese Isolierschicht den magnetischen Luftspalt. Das hat zur Folge, daß sich der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung reduziert. Gleiches gilt auch für eine herkömmliche isolierende Beschichtung des Ankers. Somit ver bietet sich für die beschriebenen Anwendungsfälle als Korrosionsschutz eine zusätzliche, isolierende, magnetisch nichtleitende Beschichtung. Die bisher be kannten Beschichtungen haben weiterhin den Nachteil, daß sie starken Schlag belastungen, wie sie durch das elektromagnetische Anziehen des Ankers an den Kern auftreten, nicht standhalten, sondern von ihren Grundmaterial abplat zen. Abgeplatzte Beschichtungsbestandteile können direkt zum Funktionsausfall der Vorrichtung führen, wie z. B. zur Undichtigkeit von Magnetventilen. Gleich zeitig ist die geforderte Aufgabenstellung nach Korrosionsschutz nicht mehr er füllt, wenn die Beschichtung abgeplatzt ist.Would the core placed in the guide tube be opposite the guide pipe through a conventional coating of the core outer surface or electrically isolate the inner surface of the guide tube from one another ren, this insulating layer increases the magnetic air gap. That has to Consequence that the efficiency of this device is reduced. same for also for a conventional insulating coating of the anchor. Thus ver offers a corrosion protection for the applications described additional, insulating, magnetically non-conductive coating. The so far be Known coatings also have the disadvantage that they have a strong impact loads such as those caused by the electromagnetic attraction of the armature occur the core, not withstand, but flatten from their basic material Zen. Chipped coating components can directly lead to functional failure the device lead such. B. leakage of solenoid valves. Soon the required task for corrosion protection is no longer met fills when the coating has flaked off.

Eine für die elektrische Kontaktgabe erforderliche isolierende Beschichtung aus Kunststoff ist ebenfalls nicht zweckmäßig, weil hierdurch, wie bereits beschrie ben, sich der magnetische Luftspalt erhöht. Andererseits würde diese Be schichtung auch durch fortlaufende Anschläge zwischen Anker und Kern me chanisch zerstört werden, so daß sowohl der Korrosionsschutz wie auch die geforderte Isolierung nicht mehr gewährleistet sind.An insulating coating required for electrical contact Plastic is also not practical, because this, as already described ben, the magnetic air gap increases. On the other hand, this would be stratification also through continuous stops between anchor and core me can be destroyed mechanically, so that both the corrosion protection and the required insulation are no longer guaranteed.

Es stellt sich somit die Aufgabe, Vorrichtungen der genannten Art der Gestalt mit einer Oberflächenbeschichtung zu versehen, die je nach Bedarf durch Modi fikation der aufzubringenden Oberflächenbeschichtung elektrisch isolierend und korrosionsschützend ist, gleichzeitig aber auch in ihrer magnetischen Leitfähig keit den jeweiligen Erfordernissen anpaßbar ist.The task thus arises of devices of the type mentioned to be provided with a surface coating, which can be modified by modes as required fication of the surface coating to be applied, electrically insulating and is corrosion-protecting, but at the same time also in its magnetic conductivity speed is adaptable to the respective requirements.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Oberflächenbeschichtung ein Kompo sit ist, welches als aus chemischen Bauteilen zusammengesetzten, langen, flexiblen Molekülketten und speziellen Funktionsmolekülen und zusätzlich ein gelagerten Koloidpartikel mit Abmessungen im Nanometerbereich als komplexe, anorganische und/oder anorganisch-organische Molekülstruktur synthetisiert ist, daß mindestens ein Teil der Koloide elektrische und/oder magnetisch leitende oder nichtleitende Eigenschaften aufweisen, wobei das Oberflächenbeschich tungsmittel im auftragenden Zustand kapillares Verhalten aufweist und in aus gehärtetem Zustand eine kapillarenfüllende, ganzheitlich porendichte, duktile, homogen abdeckende Beschichtung des behandelten Grundmateriales ist, daß die Oberflächenbeschichtung eine dem Grundmaterial während des Aushärte prozesses angepaßte Schrumpfung aufweist, daß das Beschichtungsmittel mit dem Grundmaterial eine chemische Bindung eingeht und daß nach Aushärten des Oberflächenbeschichtungsmittels dieses annähernd dem thermischen Aus dehnungsverhalten des behandelten Grundmateriales folgt. The object is achieved in that the surface coating is a compo sit, which is a long, composed of chemical components flexible molecular chains and special functional molecules and an additional one stored coloid particles with dimensions in the nanometer range as complex, inorganic and / or inorganic-organic molecular structure is synthesized, that at least some of the coloids are electrically and / or magnetically conductive or have non-conductive properties, the surface coating has capillary behavior in the applied state and in out hardened condition a capillary filling, holistic pore-tight, ductile, homogeneously covering coating of the treated base material is that the surface coating of the base material during curing Process adapted shrinkage that the coating agent with the basic material forms a chemical bond and that after curing of the surface coating agent this approximately the thermal Aus expansion behavior of the treated base material follows.

Dieses Oberflächenbeschichtungsmittel ist als viskoser Auftrag synthetisiert. Es setzt sich zusammen aus einer Kombination von anorganischen, anorganisch organischen Komponenten zuzüglich eingelagerter Funktionsmoleküle und ein gelagerten Nanopartikeln.This surface coating agent is synthesized as a viscous coating. It is composed of a combination of inorganic, inorganic organic components plus embedded functional molecules and a stored nanoparticles.

Diese Nanopartikel sind Kleinstpartikel im Nanometerbereich. Ihre Größe kann vorzugsweise zwischen 0,5 nm und 30 nm liegen, so daß hierüber auch der Spektralbereich von rot bis violett (720 bis 380 nm) abgedeckt wird, so daß bei einer entsprechenden Beschichtung keine Beeinflussung beim Passieren des sichtbaren Lichtes auftritt und die optischen Eigenschaften des behandelten Grundmaterials erhalten bleiben.These nanoparticles are tiny particles in the nanometer range. Your size can are preferably between 0.5 nm and 30 nm, so that the Spectral range from red to violet (720 to 380 nm) is covered, so that at a corresponding coating no influence when passing the visible light occurs and the optical properties of the treated Basic material is retained.

Durch stoffliche Auswahl der anorganischen und/oder anorganisch-organischen Komponente des Komposits lassen sich u. a. die chemische Bindung zur be schichtenden Oberfläche einstellen. In dem Komposit eingelagerte Funktions moleküle beeinflussen u. a. das Oberflächenverhalten der Beschichtung, z. B. eine antiadhäsive Ausprägung, während die Koloide auf weitere physikalische Eigenschaften, wie Härte, elektrische Leitfähigkeit, magnetisches Verhalten usw. der Beschichtung Einfluß nehmen.Through material selection of the inorganic and / or inorganic-organic Component of the composite can u. a. the chemical bond to be adjust layered surface. Function stored in the composite molecules influence u. a. the surface behavior of the coating, e.g. B. an anti-adhesive expression, while the coloids on further physical Properties such as hardness, electrical conductivity, magnetic behavior etc. influence the coating.

In dem hier zur Anwendung kommenden Oberflächenbeschichtungsmittel sind für die Aufgabe, daß die Beschichtung elektrisch und magnetisch nichtleitend sein soll, elektrisch und magnetisch nichtleitende Koloide, wie z. B. Keramiken und Oxyde vorzusehen.In the surface coating agent used here are for the task that the coating is electrically and magnetically non-conductive should be electrically and magnetically non-conductive coloids, such as. B. ceramics and to provide oxides.

Für elektrisch leitende Beschichtungen sind Koloide aus entsprechend elek trisch leitenden Werkstoffen mit möglichst geringem elektrischen Widerstand einzulagern. Diese können in hochwertigster Qualität auch aus Edelmetallen wie Gold und Silber bestehen. For electrically conductive coatings, coloids are made of correspondingly elec trically conductive materials with the lowest possible electrical resistance store. These can be of the highest quality, including precious metals such as Gold and silver exist.

Für magnetisch leitende Oberflächenbeschichtungen sind Koloide aus entspre chend magnetisch leitenden Werkstoffe einzulagern, wie z. B. aus Eisen, Ko balt.For magnetically conductive surface coatings, coloids are made of Chend magnetically conductive materials, such as. B. made of iron, Ko balt.

Es ist auch eine Kombination der Koloideinlagerung möglich, wie eine Ausfüh rung, bei der die Oberflächenbeschichtung im ausgehärteten Zustand sowohl elektrisch wie auch magnetisch leitend ist. Auch ist eine Beschichtung zu reali sieren, deren Koloidpartikel magnetisch leitend, die Beschichtung aber elek trisch isolierend ist. Bei dem als Komposit ausgeführten Beschichtungsmittel sind die genannten Koloidpartikel im molekularen Netzwerk chemisch einge bunden und in Verbindung mit der komplexen anorganisch und/oder anorga nisch-organisch Molekülstruktur für die Werkstoffeigenschaften mitbestimmend.A combination of coloid storage is also possible, such as an embodiment tion in which the surface coating in the hardened state both is electrically as well as magnetically conductive. A coating is also too real sieren, the coloid particles magnetically conductive, but the coating elek is tric isolating. In the case of the coating agent designed as a composite the mentioned coloid particles are chemically incorporated in the molecular network bound and in connection with the complex inorganic and / or anorga nisch-organic molecular structure for the material properties.

Die Wirkungsweise des Komposits nach dem Aufbringen bekannter Weise, wie im Tauchverfahren, im Vakuumtauchverfahren, durch Besprühen, Bepinseln usw. auf die zu behandelnde Oberfläche ist der Gestalt, daß thermodynamische Kräfte die einzelnen funktionsbestimmenden molekularen Bausteine an ihre Funktionsorte bringen. Die Bausteine für die Verbindung der Kompositschicht mit der zu behandelnden Oberfläche des Grundmateriales wandern zur Grenz fläche der zu behandelnden Oberfläche und werden dort mit dieser chemisch gebunden. Hierbei ist das Beschichtungsmittel derart zusammengesetzt, daß es in seinem Schrumpfungsverhalten während des Aushärteprozesses nach dem Aushärten eine ganzheitlich porendichte, kapillarfüllende, homogen abdeckende und duktile Oberflächenbeschichtung darstellt, die dem thermischen Ausdeh nungsverhalten des Grundmateriales annähernd folgt. Die zu behandelnde Oberfläche kann beispielsweise die Oberfläche des Ankers eines Magnetventi les oder eines Hubmagneten sein. The operation of the composite after application in a known manner, such as in the immersion process, in the vacuum immersion process, by spraying, brushing etc. on the surface to be treated is of the shape that is thermodynamic Forces the individual function-determining molecular building blocks on their Bring functional sites. The building blocks for connecting the composite layer with the surface of the base material to be treated migrate to the border surface of the surface to be treated and become chemical there with this bound. Here, the coating agent is composed such that it in its shrinkage behavior during the curing process after Harden a holistic pore-tight, capillary-filling, homogeneous covering and represents a ductile surface coating which corresponds to the thermal expansion approximate behavior of the basic material. The one to be treated Surface can, for example, be the surface of the armature of a solenoid valve les or a solenoid.

Die speziell eingelagerten Funktionsmoleküle, die beispielsweise antiadhäsive Eigenschaften bewirken, drängen zur Außenseite der Beschichtung, während die eingelagerten Koloide in das molekulare Netz integriert sind und für die ge forderten Eigenschaften, wie elektrisch leitend, magnetisch leitend etc. sowie u. a. auch für die Duktilität, die Härte etc. sorgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Koloide in ihren Abmessungen größer oder kleiner zu halten, als die genannten 0,5 nm bis 30 nm. Hierdurch ändern sich die Eigenschaften des Komposites, so auch die Härte, entsprechend. Um die Abriebfestigkeit und Härte der Beschichtungsoberflächen zu erhöhen, können beispielsweise zu sätzlich zu den magnetisch leitenden Koloiden auch harte Oxydkoloide eingela gert werden, die gleichzeitig wieder den elektrischen Widerstand in der ge wünschten Weise beeinflussen.The specially embedded functional molecules, for example anti-adhesive Properties, pushing to the outside of the coating while the embedded coloids are integrated into the molecular network and for the ge required properties such as electrically conductive, magnetically conductive, etc. and u. a. also ensure ductility, hardness etc. Of course it is possible to keep the dimensions of the coloids larger or smaller than the mentioned 0.5 nm to 30 nm. This changes the properties of the Composites, including the hardness, accordingly. To the abrasion resistance and For example, increasing the hardness of the coating surfaces can In addition to the magnetically conductive coloids, hard oxide coloids are also added be gert, which at the same time the electrical resistance in the ge desired way.

Diese aus dem Komposit aufgebrachte Beschichtung läßt sich weiterhin so aus gestalten, daß sie auch eine Sperrschicht auf von außen auf die Oberfläche einwirkende Einflüsse auf das behandelte Grundmaterial darstellt. Somit sind direkte chemische und physikalische Angriffe auf die behandelte Oberfläche eingeschränkt bzw. unterbunden.This coating applied from the composite can continue to be so shape that they also have a barrier layer on the outside of the surface influences on the treated base material. So are direct chemical and physical attacks on the treated surface restricted or prevented.

Die Duktilität läßt sich den gegebenen Forderungen anpassen, indem auf die chemische Bindung der Kompositschicht mit dem Grundmaterial verantwortli chen Bestandteile Einfluß genommen wird. Z.B. wird sich im Bereich des An schlages eines elektromagnetisch bewegten Ankers an seinem feststehenden Gegenpart, dem Kern, eine Oberflächenverformung an Anker und Kern durch dauernd einwirkende Aufschlagenergie einstellen. Aufgrund der chemischen Bindung der beschriebenen Oberflächenbeschichtung des ausgehärteten Kom posits mit der behandelten Oberfläche und der vorbestimmbaren Duktilität der Schicht wird diese Oberflächenverformung von der Beschichtung mit vollzogen. Die Eigenschaften der Beschichtungsoberfläche lassen sich weiterhin so variie ren, daß - ansich widersprüchlich - äußerst harte und trotzdem duktile Oberflä chen geschaffen werden, die beispielsweise durch entsprechend eingelagerte Funktionsmoleküle zusätzlich antiadhäsive und/oder hervorragende Gleiteigen schaften aufweisen.The ductility can be adapted to the given requirements by the Responsible chemical bonding of the composite layer with the base material Chen components is influenced. E.g. will be in the area of the An impact of an electromagnetically moved armature on its fixed Counterpart, the core, a surface deformation on anchor and core through Adjust the impact energy that is continuously applied. Because of the chemical Binding of the described surface coating of the hardened grain posits with the treated surface and the predictable ductility of the Layer, this surface deformation is carried out by the coating. The properties of the coating surface can still be varied ren that - contradicting themselves - extremely hard, yet ductile surfaces Chen created, for example, by appropriately stored Functional molecules additionally anti-adhesive and / or excellent sliding properties have shafts.

Werden bei einer elektromagnetischen Vorrichtung, wie einem Magnetventil der Oberflächenbeschichtung magnetisch nichtleitende Eigenschaften durch Einla gerung entsprechende Koloide eingeprägt, wirkt diese Beschichtung bei Berüh rung des Ankers am Kern (durch die Bestromung der Spule) wie ein magneti scher Luftspalt. Hierdurch reduziert sich der remanente Einfluß der Werkstoffe zwischen dem beweglichen Anker und dem feststehenden Kern. Praktisch heißt das, daß sich die Abfallzeit des Ankers vom Kern bei einer elektromagnetischen Vorrichtung reduziert, wenn die Spule stromlos geschaltet wird -oder anders ausgedrückt: die mögliche Schalthäufigkeit pro Zeiteinheit erhöht sich, die Vor richtung schaltet schneller. In magnetisch nichtleitende Komposide können z. B. Keramikkoloide oder Oxydkoloide eingebracht werden, die neben der magne tisch nichtleitenden Komponente gleichzeitig für eine hohe Abriebfestigkeit der beschichteten Oberfläche stehen.In the case of an electromagnetic device, such as a solenoid valve, the Surface coating of magnetically non-conductive properties through inlet Coating is embossed on this coating, this coating works with Touch the armature on the core (by energizing the coil) like a magnet air gap. This reduces the residual influence of the materials between the movable anchor and the fixed core. Practical means that the fall time of the armature from the core at an electromagnetic Device reduced when the coil is switched off - or otherwise expressed: the possible switching frequency per unit of time increases, the pre direction switches faster. In magnetically non-conductive composites z. B. Ceramic or oxide colloid can be introduced in addition to the magne table non-conductive component for high abrasion resistance coated surface.

Andererseits lassen sich durch Einlagerung magnetisch leitender Koloide auch magnetisch leitende Schichten erzielen. Diese sind dann vorteilhaft, wenn z. B. bei Passungspaarungen magnetische Luftspalte unerwünscht und zu reduzieren sind. Dieses ist bei der Verbindung eines, die elektrische Spule umgreifenden korrosionsgeschützten Fe-Joches mit einem entsprechenden, ebenfalls korrosi onsgeschützten Fe-Kern der Fall. Als Nanopartikel für magnetisch leitende Schichten läßt sich als deren Ausgangsmaterial beispielsweise Eisen, Kobalt usw. verwenden. On the other hand, magnetically conductive coloids can also be embedded achieve magnetically conductive layers. These are advantageous if, for. B. undesirable and to reduce magnetic air gaps in pairings of fits are. This is when connecting one that encompasses the electrical coil Corrosion-protected Fe yokes with a corresponding, also corrosive ons-protected Fe core. As a nanoparticle for magnetically conductive Layers can be used as their starting material, for example iron, cobalt etc. use.

Die Härte und die Verschleißfestigkeit des Beschichtungsmateriales ist eben falls durch die Werkstoffwahl, die Größe und Menge der eingelagerten Koloide in extrem weiten Grenzen variabel und den Erfordernissen entsprechend an paßbar.The hardness and wear resistance of the coating material is even if by the choice of material, the size and quantity of the stored coloids variable within extremely wide limits and according to requirements fitable.

Durch Einflußnahme auf die Härte, die Verschleißfestigkeit, den Reibungsfaktor usw. ist eine bedeutende Abnahme des Verschleißes, der sich relativ zueinan der bewegenden Funktionseinzelteile gegeben. Auch hier ist es möglich, die Reibpartner trotz der jeweils geforderten elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften unterschiedlicher Oberflächenbeschichtungen zu unterziehen, um ein optimales Arbeitsverhalten - und somit längere Lebensdauer - der fluidi schen oder elektromagnetischen Vorrichtung zu erreichen. Aufgrund der ent sprechend behandelten Teile kann die zu erwartende Lebensdauer ein Vielfa ches von der sein, die nicht behandelte Teile aufweisen.By influencing hardness, wear resistance, the friction factor etc. is a significant decrease in wear that is relative to each other given the moving functional items. It is also possible here Friction partner despite the respectively required electrical and / or magnetic Subject properties of different surface coatings, for optimal working behavior - and therefore a longer service life - of the fluidi reach or electromagnetic device. Due to the ent parts that are treated accordingly, the expected service life can be ches of those that have untreated parts.

Da sich eine elektromagnetische Spule bei Bestromung erwärmt, ist es für deren Leistungsbedarf wichtig, die entstehende Wärme schnell nach außen, oder durch ein z. B. durch ein Magnetventil strömendes Fluid abzuführen. Durch Einlagerung entsprechender Koloide mit geringem Wärmeübergangswiderstand in das Komposit läßt sich diese Aufgabe auch problemlos lösen.Since an electromagnetic coil heats up when energized, it is for them Power requirement important, the heat generated quickly to the outside, or by a z. B. to drain fluid flowing through a solenoid valve. By Storage of appropriate coloids with low heat transfer resistance this task can also be easily solved in the composite.

Aufgrund der Anpaßbarkeit von über 1000 verschiedenen Werkstoffparametern und beim Herstellverfahren lassen sich die Komposite den jeweiligen Forderun gen optimal bedarfsorientiert und auch den individuellen Erfordernissen gerecht werdend, anpassen. So ist es unter anderem auch problemlos möglich, die Oberflächenbeschichtung nicht, wie vorn beschrieben, optisch klar auszuführen, sondern farblich zu beeinflussen. Due to the adaptability of over 1000 different material parameters and in the manufacturing process, the composites can be tailored to the respective requirements optimally needs-based and also meet individual requirements going to adapt. So it is also possible, among other things, without any problems Surface coating not visually clear as described above, but to influence color.

Durch in die Beschichtung implementierte fotochemische Eigenschaften lassen sich die Farben auch durch entsprechende Lichteinwirkung ändern. Auch diese Eigenschaften des Komposits werden durch die eingelagerten Koloide mitbeein flußt.Let through the photochemical properties implemented in the coating the colors also change due to exposure to light. This too Properties of the composite are influenced by the embedded coloids flows.

Aufgrund der chemischen Bindung der Komposite mit der zu behandelnden Oberfläche ist die Beschichtung dauerhaft. Durch die Größe und Werkstoffwahl der eingelagerten Koloide lassen sich weitere zusätzliche und unterschiedliche Werkstoffeigenschaften der ausgehärteten Oberflächenschicht realisieren, wie physiologische Unbedenklichkeit, chemische Neutralität gegenüber den behan delten Oberflächen, chemische Beständigkeit gegenüber Umwelt- und Medien einflüssen, Porendichtheit und Homogenität der aufgebrachten Oberflächenbe schichtung, Vorbestimmung des Schrumpfungsverhaltens während des Aus härteprozesses, selbstreinigende antiadhäsive Oberflächen usw. Somit lassen sich auch Oberflächeneigenschaften erreichen, die an sich scheinbar wider spruchsvoll sind, wie extreme Härte bei einer gleichzeitig hohen Duktilität. Durch entsprechende Wahl der Werkstoffe, deren Anteile, deren Koloiddurchmesser und durch Abstimmung des jeweiligen Verfahrensprozesses bei der Herstellung und beim Auftrag der Komposite lassen sich die Eigenschaften der ausgehärten Oberflächenbeschichtungen den Anforderungen entsprechend in extrem weiten Grenzen vorgeben und erreichen. Eine wichtige Verhaltensweise ist auch jene, daß sich eine chemische Bindung im Grenzbereich unterschiedlicher, gleichzei tig zu behandelnder Oberflächen, wie z. B. eine eingedrückte Messinghülse in einem magnetisch leitendem Stahl, optimal den jeweiligen Forderungen ent sprechend einstellen läßt und auch an diesen normalerweise kritischen Stellen eine technisch einwandfreie Oberflächenbeschichtung erreichbar ist. Due to the chemical bonding of the composites with the one to be treated The surface of the coating is permanent. By the size and choice of materials The stored coloids can be further additional and different Realize material properties of the hardened surface layer, such as physiological harmlessness, chemical neutrality towards the behan Deleted surfaces, chemical resistance to environmental and media influences, pore tightness and homogeneity of the applied surface stratification, predetermination of shrinkage behavior during out hardening process, self-cleaning anti-adhesive surfaces etc. surface properties are also achieved, which in themselves seem to be reflected are demanding, like extreme hardness with high ductility. By appropriate choice of materials, their proportions, their coloid diameter and by coordinating the respective manufacturing process and when applying the composites, the properties of the hardened Surface coatings in accordance with the requirements in extremely wide Set and reach limits. An important behavior is also that that a chemical bond in the border area is different, at the same time surfaces to be treated, e.g. B. an indented brass sleeve in a magnetically conductive steel, optimal to meet the respective requirements can be adjusted accordingly and also at these normally critical points a technically perfect surface coating can be achieved.

Beispielhafte Möglichkeiten der Herstellung entsprechender Kompositmateriali en sind u. a. auch aus den Schriften EP 0317945 B1; EP 0587667 B1; DE OF 41 33 621 ersichtlich.Exemplary possibilities for the production of corresponding composite materials are u. a. also from the documents EP 0317945 B1; EP 0587667 B1; DE OF 41 33 621 can be seen.

Um fluidische oder elektromagnetische Vorrichtungen der beschriebenen Art, wie Magnetventile und Hubmagnete auch innerhalb medizinischer Geräte dem sogenannten primären Patientenkreislauf einzusetzen, z. B. im Kreislauf eines Beatmungsgerätes, muß die Oberflächenbeschichtung in ausgehärtetem Zu stand physiologisch unbedenklich sein. Für andere Geräte wiederum muß sie hart, verschleiß- und kratzfest in einem Temperaturbereich von ≦ -10°C bis ≧ +100°C betriebssicher sein. Diese Eigenschaften sind insbesondere für alle fluiddurchströmbaren Räume und fluidberührenden Werkstoffe der genannten Vorrichtungen äußerst relevant und lassen sich durch die vorgeschlagenen Lö sungen zuverlässig realisieren.To fluidic or electromagnetic devices of the type described, like solenoid valves and solenoids also within medical devices use so-called primary patient circuit, z. B. in a cycle Ventilator, the surface coating must be hardened stood to be physiologically harmless. For other devices, however, it must hard, wear and scratch resistant in a temperature range from ≦ -10 ° C to ≧ + 100 ° C to be reliable. These properties are especially for everyone fluid-flowable spaces and fluid-contacting materials of the named Devices extremely relevant and can be proposed by the proposed Lö implement solutions reliably.

Ein bemerkenswerter Nebeneffekt der beschriebenen Beschichtung liegt darin, daß aufgrund der Medien- und Umweltbeständigkeit der Oberflächenbeschich tung auch preiswerte Materialien einem Einsatzfeld zugeführt werden können, was diesen ansonsten verschlossen ist. Beispielsweise ist Messing als Werk stoff medienberührender Teile in einem Magnetventil, das in der Lebensmittelin dustrie eingesetzt wird, bislang bedingt zulässig. Statt dessen müssen diese Teile aus allgemein bekannten Gründen aufwendig aus teurem Edelstahl oder mit großem Werkzeugaufwand aus Kunststoffen hergestellt werden. Aufgrund der Möglichkeiten der hier beschriebenen Oberflächenbeschichtungen sind z. B. auch entsprechend in ihrer Ganzheit behandelte Messingteile, die erheblich preiswerter sind, als mechanisch bearbeitete Edelstahlteile, einsetzbar. Ein weiterer Vorteil ist das einfache Aufbringen der Oberflächenbeschichtung auf die zu behandelnde Oberfläche, so auch die partielle Behandlung eines Ober flächenanteiles einer Gesamtoberfläche. A remarkable side effect of the coating described is that that due to the media and environmental resistance of the surface coating low-cost materials can also be fed into a field of application, what is otherwise closed to them. For example, brass is a work parts in contact with media in a solenoid valve that is in the food industry is used, conditionally permitted so far. Instead, they have to Parts for well-known reasons expensive from expensive stainless steel or can be made from plastics with a large amount of tools. Because of the possibilities of the surface coatings described here are e.g. B. brass parts treated accordingly in their entirety, which are considerable are cheaper to use than mechanically processed stainless steel parts. A Another advantage is the easy application of the surface coating the surface to be treated, including the partial treatment of a waiter area share of a total surface.

Als weitere Vorteile lassen sich Umweltfreundlichkeit und die später - nach Aus gebrauch der Vorrichtung - anfallende Entsorgung nennen. Die preiswerte Her stellung und Verarbeitung entsprechender Vorrichtungen mit den beschriebenen Oberflächenbeschichtungen sowie die Möglichkeit, projektbezogen der Oberflä chenbeschichtung spezielle Eigenschaften zu implementieren sind weiter zu nennende Vorteile.Further advantages are environmental friendliness and the later - after Aus use of the device - call for disposal. The inexpensive Her Position and processing of appropriate devices with the described Surface coatings and the possibility of project-related surface special properties are still to be implemented naming advantages.

Abschließend sei noch erwähnt, daß sich diese Beschichtungen nicht nur - wie beispielhaft ausführlich erläutert - auf den Einsatz in elektromagnetisch ange steuerten Geräten beschränkt. Vielmehr kann ihre Anwendung auch in anderen Bauteilen sinnvoll sein, wie z. B. in Zylindern, Sitzventilen usw., wo die be schriebenen Funktionsmerkmale der Beschichtung deren Einsatzmöglichkeiten erweitert, verbessert oder gar erst möglich machen.Finally, it should be mentioned that these coatings are not only - how explained in detail by way of example - for use in electromagnetically controlled devices limited. Rather, their application can also be used in others Components make sense, such as. B. in cylinders, poppet valves, etc., where the be written functional characteristics of the coating and their possible uses expanded, improved or even made possible.

Claims

1. Device, in particular fluidic or electromagnetic device, in which at least one area is provided with a protective surface coating against mechanical stresses or other external influences, characterized in that the surface coating is a composite which is composed of chemical components, long, Flexible molecular chains and special functional molecules and additionally embedded coloid particles with dimensions in the nanometer range are synthesized as a complex, inorganic and / or inorganic-organic molecular structure that at least some of the coloids have electrical and / or magnetically conductive or non-conductive properties, the surface coating agent in bulky state capillary behavior and in the hardened state is a capillary-filling, holistic pore-tight, ductile, homogeneously covering coating of the treated base material, because ß the surface coating ei ne the base material during the curing process adapted shrinkage, that the coating agent enters into a chemical bond with the base material and that after curing of the surface coating agent this approximately follows the thermal expansion behavior of the treated base material.

2. Device according to claim 1, characterized in that the coloids electrically and / or magnetically non-conductive material.

3. Device according to claim 1, characterized in that the coloids exist electrically and / or magnetically conductive material.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the coloid particles preferably in the order of 0.5 nm up to 30 nm.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the hardness of the cured surface coating is approximately is the same or harder than the hardness of the treated base material.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the surface coating has a chemical bond with the treated basic material.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the hardened surface coating wear and scratch is firmer than the treated base material.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the hardened surface ge the treated base material is chemically inactive.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the hardened surface coating compared to media and environmental influences is chemically neutral and chemically shows constant behavior.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the cured surface coating is an anti-adhesive, has a self-cleaning surface.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the cured surface coating repeated many times Temperature change between ≦ -10 ° C and ≧ + 100 ° C survives without damage.

12. Device according to one of the above claims, characterized in that that the cured surface coating has a low heat has contact resistance.

13. Device according to one of the above claims, characterized in that that the cured surface coating has less Rei exercise coefficient than the untreated base material, with the same surface roughness.

14. Device according to one of the above claims, characterized in that that a permanent chemical bond of the hardened surfaces coating with parts made of different basic materials given is.

15. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the surface coating agent is colored and so treated surface of the base material after hardening of the surface Chen coating is also colored.

16. Device according to one of the above claims, characterized in that that the surface coating agent is optically clear and the be acted surface of the base material after hardening of the surfaces coating compared to the original state none with the naked eye has a recognizable color change.

17. Device according to one of the preceding claims, characterized net that the device needs partially inside and / or outside is surface coated.