磨损部件、生产方法和用于监测磨损状态的装置与流程

1.本发明涉及一种磨损部件、一种用于监测磨损状态的装置、一种用于生产磨损部件的方法以及一种计算机程序产品。


背景技术：

2.制造业目前的发展趋势是熟知的3d打印，也熟知为增材制造、生成制造或快速技术。在3d打印中，材料可被逐层施加，从而产生三维物体。
3.这开启了根据需要通过3d打印机打印磨损部件的可能性。例如，用于存储磨损部件的成本因此可降低。同样，通过3d打印磨损部件可避免磨损部件的长递送时间，因为有可能直接在现场或至少在使用场所附近打印磨损部件。
4.常规地，3d打印机仅在预先指定的几何形状的基础上用均质材料打印部件。
5.本发明基于提供关于3d打印的磨损部件的改进的目的。


技术实现要素：

6.该目的通过独立权利要求1的特征来实现。在从属权利要求和说明书中规定了有利的改进形式。
7.本公开的一个方面涉及一种磨损部件(例如，部分或完全通过增材(优选地3d打印)制造)，优选地用于容器处理系统(例如，用于制造、清洁、测试、填充、封闭、贴标、打印和/或包装液体介质(优选地饮料或液体食品)容器)。该磨损部件(例如，处于未磨损状态)具有部件内部(例如，通过增材制造(优选地3d打印)生产)和磨损层。该磨损层通过增材制造(优选地3d打印)来产生，并覆盖该部件内部(例如，部分或全部覆盖)。该磨损层具有磨损指示器，该磨损指示器通过增材制造，优选地通过3d打印来生产，并且被配置为优选地，如果该磨损指示器由于磨损而暴露和/或被移除，则指示(例如，视觉地、电学地和/或触觉地)该磨损部件的磨损状态(或显示该磨损部件的磨损状态)。
8.有利地，该磨损部件能够通过监测该磨损指示器来使容易地监测磨损成为可能。磨损指示器可单独适配磨损方式。磨损指示器可使磨损部件不被过早替换成为可能，但是例如仅当磨损层完全磨损时才被替换。此外，可在早期阶段检测到磨损部件的故障，使得可减少不可预见的停产/维护工作。磨损指示器还可在损坏的情况下和/或保修期内进行即时评估。此外，监测磨损指示器允许收集关于磨损部件磨损的数据，其结果是可以优化磨损部件和/或包括磨损部件的机器。
9.在一个示例性实施方案中，该磨损层具有覆盖层，当该磨损部件处于未磨损状态时，该覆盖层覆盖该磨损指示器。有利地，磨损指示器因此可布置在磨损层中更深的位置，并且例如仅当其被暴露(和/或稍后被移除)时指示该磨损状态。
10.在另外的示例性实施方案中，当该磨损部件处于未磨损状态时，该磨损指示器形成该磨损部件的部件表面或包括在该磨损部件的部件表面中。有利地，磨损指示器因此可指示当其被移除时的磨损状态，例如，在点处或在区域中。此外，例如，由于磨损指示器可固
定到磨损部件，所以当磨损部件被替换时，磨损指示器可降低混淆的风险。因此可增加系统的安全性。
11.在另外的示例性实施方案中，该磨损指示器至少部分地由电导体形成，优选地由导体轨迹或导电层形成。优选地，因此可发生磨损指示器的电监测。电监测可用于许多方面，例如，用于早期检测与磨损相关的部件故障，以及用于向本地和/或远程用户界面报告。通过电导体，还可以确定磨损部件上的载荷和磨损部件的载荷循环。
12.另选地或附加地，该磨损指示器至少部分地通过该磨损层至少在区域或层中的染色、结构化、纹理化、硬度变化(例如，硬度硬化或降低)、材料变化和/或纳米颗粒嵌入而形成。另选地或附加地，该磨损指示器至少部分地由视觉代码形成，优选地颜色代码、条形码或矩阵条形码(例如，qr代码)。有利地，这些特征可以简单的方式被视觉地检测和分类，而不需要后续测量。磨损部件的异质结构可节省材料和重量。机械特性(刚度、硬度、强度、弯曲/膨胀刚度、弹性)也可以目标方式变化。这可具有这样的优点，即如果例如在硬的磨损指示层(例如，具有绿色或黄色)磨损之后，下层较软的磨损指示层(例如，红色)受到磨损，则可以目标方式控制磨损部件的功能，因此例如可避免机器中的碰撞。同样，这些特征可有助于防止磨损部件的伪造或未授权的改装，因为其可与制造商提供的具体侧面特征组合，例如，特殊的制造商代码、特殊的制造商颜色、特殊的制造商结构等。
13.在一个示例性实施方案中，该磨损层具有不同于该磨损指示器的另外的磨损指示器，该另外的磨损指示器被布置成比该磨损指示器更靠近该部件内部，该磨损指示器是增材制造的，优选地3d打印的，并且被配置为优选地如果该另外的磨损指示器由于磨损而暴露和/或被移除，则指示(例如，视觉地、电学地和/或触觉地)该磨损部件的另外的磨损状态(或显示该磨损部件的另外的磨损状态)。任选地，该磨损层可具有不同于该磨损指示器和该另外的磨损指示器的其他另外的磨损指示器，该其他另外的磨损指示器被布置成比该另外的磨损指示器更靠近该部件内部，该磨损指示器是增材制造的，优选地3d打印的，并且其被配置为优选地当该其他另外的磨损指示器由于磨损而暴露和/或被移除时指示(例如，视觉地、电学地和/或触觉地)该磨损部件的其他另外的磨损状态(或显示该磨损部件的其他另外的磨损状态)。有利地，因此可以连续指示若干不同的磨损状态，例如，低磨损状态和高级磨损状态。
14.在另外的实施方案中，该另外的磨损指示器和任选地该其他另外的磨损指示器至少部分地由电导体，优选地导体轨道或导电层和/或该磨损层至少在区域或层中的染色、结构化、纹理化、硬度变化(例如硬化或硬度降低)、材料变化和/或纳米颗粒嵌入，和/或视觉代码，优选地颜色代码、条形码或矩阵条形码(例如qr代码)形成。
15.在一个实施方案变体中，该磨损指示器和该另外的磨损指示器以及任选地该其他另外的磨损指示器各自通过分层设计的该磨损层的着色形成，优选地以交通灯系统的方式(例如，绿-黄-红或黄-红或绿-红)和/或具有颜色梯度。有利地，利用能够单独配置的色谱，可特别容易地视觉地识别和分类多种磨损状态中的一种磨损状态，而不需要后续测量。
16.在另外的实施方案变体中，该磨损部件是用于保持容器的容器夹具、用于引导容器的容器引导件、用于输送容器封闭件的封闭件通道、用于中断容器供给的阻挡星、衬套、齿轮、辊或引导件。
17.本公开的另外的方面涉及一种用于监测磨损状态的装置。该装置具有如本文所公
开的磨损部件和监测装置。该监测装置被配置为相对于该磨损指示器监测该磨损部件(例如，在包括磨损部件的机器的操作和/或操作停止期间)，并且优选地，如果该磨损指示器指示该磨损状态，则输出指示信号。有利地，装置可因此使得能够对磨损部件的磨损进行自动监测。例如，这也使在早期阶段订购替换部件或后续打印成为可能。因此，“按需”或理想情况下的“即时”采购可优选地为可能的，这确保了最小的系统停机时间。
18.在一个示例性实施方案中，该装置还具有光学传感器(例如，相机或分光镜)，其被定位用于检测磨损部件。该监测装置被配置为检测来自该光学传感器的信号中的该磨损指示器，并且优选地在检测到该磨损指示器时输出该指示信号。优选地，因此可监测一个或多个视觉磨损指示器。
19.在另外的示例性实施方案中，该装置还具有电路，当该磨损部件处于未磨损状态时，该电路连接到该磨损指示器。该监测装置被配置为监测该电路的至少一个电参数(例如，电阻、电流、电压)。优选地，因此可监测一个或多个电磨损指示器。
20.在另外的示例性实施方案中，该监测装置还被配置为当该电路中断时(例如，通过移除该磨损指示器)和/或在该至少一个电参数发生优选永久性变化的情况下(例如，通过移除该磨损指示器)，输出该指示信号。以此方式，优选地，可自动检测例如磨损部件是否已经磨损到必须被替换的程度。
21.在另外的示例性实施方案中，该监测装置还被配置为在该至少一个电参数发生优选临时性变化的情况下，根据变化程度确定该磨损部件的载荷状态，并输出指示所确定的载荷状态的信号，并且/或者如果所确定的载荷状态大于预先指定的最大载荷状态则输出信号。以此方式，可优选地获得关于机器的操作和磨损部件上的载荷的知识，使得可改进机器和磨损部件两者。还可以自动检测磨损部件上的过度载荷，这需要替换磨损部件和/或调配包括磨损部件的机器的构造或操作。
22.在另外的示例性实施方案中，该监测装置还被配置为根据该至少一个电参数中的优选临时性变化的数量来确定载荷循环的数量，并且输出指示该载荷循环的数量的信号，并且/或者如果所确定的载荷循环的数量大于预先指定的最大载荷循环数量，则输出信号。以此方式，可同样优选地获得关于机器的操作和磨损部件上的载荷的知识，使得可改进机器和磨损部件两者。还可自动检测过高的载荷循环数量，这可使替换磨损部件成为必要。
23.磨损部件也可以用作所谓的预测维护中的部件。作为数字化工艺(未来工厂)的一部分，在为此目的所必需的智能(例如，自学习)特征的背景下，可能有必要将部件数字化，也就是说，使其“智能化”。这意味着其被提供有身份(ip)，并且可独立地提供信息。这可例如通过rfid等进行。在此类芯片与插入的导电区域的组合中，可通过相过关联的ip离散寻址的磨损部件可连续地或间隔地递送关于其状态的电信号。如果磨损部件中的电阻由于磨损而改变，则此信息可以传输到机器控制器，具体地传输到中央机器控制器和/或线路控制器(例如，通过云解决方案)，并且与不同的程序进行比较。
24.在一个实施方案中，该监测装置被配置为相对于该另外的磨损指示器监测该磨损部件，并且如果该另外的磨损指示器指示该另外的磨损状态，则优选地输出不同于该指示信号的另外的指示信号。任选地，该监测装置还可被配置为相对于该其他另外的磨损指示器监测该磨损部件，并且如果该其他另外的磨损指示器指示该其他另外的磨损状态，则优选地输出不同于该指示信号和该另外的指示信号的其他另外的指示信号。优选地，磨损部
件因此可针对多种磨损状态被自动监测，其结果是可检测磨损部件的渐进磨损。
25.在另外的实施方案中，该监测装置被配置为视觉地和/或听觉地和/或触觉地输出该指示信号(以及任选地，本文所公开的监测装置的任何其他信号)，和/或输出到控制单元和/或输出到本地用户界面和/或输出到远程用户界面。有利地，可通知用户磨损状态，和/或使包括磨损部件的机器的控制单元适配磨损部件的磨损状态。可在本地和/或远程通知用户磨损状态，因此，例如，制造商还可远程监测机器或磨损部件。
26.在另外的实施方案中，该监测装置是本地(例如，机器或系统)控制单元和/或基于服务器(优选地基于网络)的远程机器监测系统的一部分。集成到控制单元中可使得能够根据磨损部件的磨损对机器的操作进行快速反应、简单地调整。远程机器监测系统可使制造商能够远程监测机器或磨损部件。这可实现来自制造商的可变服务，因为系统的部件/模块的实际状态映射了真实的操作条件。例如，在远程机器监测系统中，可向服务人员提出请求，该服务人员可决定采取哪些另外的步骤，例如，替换或由现场技术人员进行手动验证。后者同样可任选地获得信息(例如，如果制造商先前已经颁发了证书，则通过应用程序)。另选地或附加地，自动需求释放和替换调度也是可想象的，而不需要人工干预。
27.在另外的实施方案中，该装置还具有机器(例如，容器处理系统中的传送装置或容器处理机器)，其中该机器具有磨损部件。
28.在另外的实施方案中，该监测装置被配置为如果该磨损指示器指示该磨损状态，则调整该机器的操作。例如，在磨损部件严重磨损的情况下，可停止机器，或者可降低机器的功率或吞吐量。
29.在另外的方面，本公开涉及一种用于生产磨损部件的方法，优选地如本文所公开的，例如，通过3d打印机、熔融层成型/制造(flm)、熔融细丝制造(fff)、熔融沉积成型(fdm)、sls多材料打印、聚合喷射或立体平版打印。该方法包括该磨损部件的磨损层的增材制造-优选地3d打印，该磨损部件具有磨损指示器，该磨损指示器是增材制造的，优选地3d打印的，并且被配置为优选地如果该磨损指示器由于磨损而暴露和/或被移除，则指示(例如，视觉地、电学地和/或触觉地)该磨损部件的磨损状态(或显示该磨损部件的磨损状态)。
30.优选地，该方法还可以磨损部件的部件内部的3d打印为特征。
31.磨损部件、磨损层、磨损指示器和/或部件内部可以基本上由聚合物材料生产，优选地为3d打印的，并且优选地添加有油墨或用于着色和/或增加导电性的技术添加剂(如果需要)。
32.优选地，术语“控制单元”可指电子系统(例如，具有微处理器和数据存储器)和/或机械、气动和/或液压控制器，其可根据设计接管控制任务和/或调节任务和/或处理任务。尽管本文使用了术语“控制”，但是这也可包括或理解为“调节”或“反馈控制”和/或“处理”。
33.本公开的另外的方面涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有(例如，在其上存储有指令的至少一个计算机可读存储介质)，这些指令使得增材制造设备(例如，3d打印机)执行如本文所公开的方法，或在增材制造过程中在多个层中生产如本文所公开的磨损部件。
34.上述本发明的优选实施方案和特征可以根据需要相互组合。
附图说明
35.下面参照附图描述本发明的另外的细节和优点。在附图中：
36.图1是根据本公开的示例性实施方案的穿过未磨损的磨损部件的示意性剖视图；
37.图2是根据本公开的示例性实施方案的穿过未磨损的磨损部件的示意性剖视图；
38.图3是根据本公开的示例性实施方案的穿过未磨损的磨损部件的示意性剖视图；
39.图4是根据本公开的示例性实施方案的穿过未磨损的磨损部件的示意性剖视图；
40.图5a是根据本公开的示例性实施方案的穿过未磨损的磨损部件的示意性剖视图；
41.图5b是穿过处于磨损状态的图5a的示例性磨损部件的示意性剖视图；
42.图5c是经受弯曲应力的图5a的示例性未磨损磨损部件的示意性剖视图；并且
43.图6示出了用于监测磨损的装置的示意图。
44.在附图中示出的实施方案至少部分地对应，使得相似或相同的部件具有相同的参考标号(并且任选地，具有不同的附加字母)，并且还参考了其他实施方案或附图的描述以对其进行说明，以避免重复。
具体实施方式
45.图1至图5c仅示意性地示出了不同实施方案中的磨损部件10a至10e。磨损部件10a至10e优选地包括在容器处理系统中，用于制造、清洁、检查、填充、封闭、贴标、打印和/或包装液体介质(优选地饮料或液体食品)的容器。在容器处理系统中，磨损部件10a至10e可例如由于与例如容器或容器封闭件的连续接触而磨损。优选地，磨损部件10a至10e可为用于保持容器(例如，容器颈部或容器护套)的容器夹具(例如，颈部操作夹具)、用于引导容器的容器引导件、用于引导容器封闭件的封闭件通道、用于中断容器流动的阻挡星、任何衬套、任何齿轮、任何辊或通常任何引导件。
46.然而，本文所公开的关于磨损部件10a至10e的技术不仅可用于容器处理系统。通常，磨损部件10a至10e可用于其中使用磨损部件的任何环境，例如任何机器、任何系统、任何车辆等。
47.磨损部件10a至10e具有磨损层12a至12e和部件内部14。磨损层12a至12e部分或完全地覆盖部件内部14。磨损层12a至12e优选地覆盖部件内部14的至少一侧。在磨损部件10a至10e的预期使用期间，磨损层12a至12e在朝部件内部14的方向上继续磨损。磨损是磨损层12a至12e的表面的渐进材料损失，这通常是由机械原因引起的，例如，通过相对于固体、液体或气体相对物体的接触和运动。换句话说，磨损层12a至12e的渐进质量损失(表面移除)发生在磨损期间，例如，通过研磨、轧制、撞击、刮擦以及化学和热应力。
48.磨损部件10a是3d打印的部件，其中至少磨损层12a至12e通过3d打印生产。优选地，部件内部14同样通过增材制造来生产，优选地通过3d打印来生产。磨损层12a至12e(并且任选地，部件内部14)是附加地逐层生产的，优选地是3d打印的。例如，3d打印技术可为熔融层成型/制造(flm或熔融细丝制造(fff))或熔融沉积成型(fdm)、sls多材料打印、聚合喷射或立体平版打印。优选地，塑料材料(例如，聚合物，诸如聚酰胺或热塑性塑料)在3d打印中被打印。3d打印机有可能在打印期间添加所谓的功能剂(所谓的技术添加剂)，例如，以油墨等的形式。
49.本公开的一个特殊特征是磨损层12a至12e具有至少一个磨损指示器18a至32b。在
磨损部件12a至12e的未磨损状态下，磨损指示器18a至32b可被磨损层12a至12e的覆盖层16覆盖。因此，在磨损部件10a的未磨损状态下，磨损指示器18a至32b从外部不可见。然而，另选地，也可不存在覆盖层16。具体地，例如，然后磨损指示器18a至18e在磨损部件10a至10e的未磨损状态下可形成磨损部件10a至10e的部件表面或包括在磨损部件10a至10e的部件表面中。
50.随着磨损层12a至12e的渐进磨损，磨损指示器18a至32b被暴露并被移除。如果不存在覆盖层16，则磨损指示器18a至18e已经在磨损部件10a至10e的未磨损状态下被初始暴露。如果若干磨损指示器18a至32b被包括在磨损层12a至12e中，则磨损指示器18a至32b优选地被一个接一个地暴露和移除。磨损层12a至12e可部分或完全地由磨损指示器18a至32b形成。
51.根据磨损指示器18a至32b的设计，这些可指示(优选地视觉地、电学地和/或触觉地)磨损部件10a至10e在与磨损相关的暴露和/或被移除期间分别相关联的磨损状态。如果包括若干磨损指示器18a至32b，其优选地在磨损层12a至12e的磨损期间一个接一个地暴露和移除，使得其可相继地指示磨损部件10a至10e的磨损的增加或更大的状态。在磨损指示器18a至32b中，在磨损部件10a至10e的未磨损状态下，最接近/最靠近磨损层12a至12e的部件表面布置的磨损指示器可指示(第一)磨损状态。在磨损部件10a至10e的未磨损状态下，布置在磨损层12a至12e的部件表面的次最靠近位置中的磨损指示器18a至32b的磨损指示器可指示另外的或第二磨损状态。第二磨损状态表征了磨损层12a至12e和磨损部件10a至10e的磨损，其比第一磨损状态进一步发展。在磨损部件10a至10e的未磨损状态下，布置在磨损层12a至12e的部件表面的第三靠近位置处的磨损指示器18a至32b的磨损指示器可指示其他另外的或第三磨损状态等。
52.磨损部件10a至10b相对于磨损指示器18a至32b的监测可例如由用户/技术人员手动进行。用户可例如以随机或预先指定的间隔检查(例如视觉地和/或触觉地)磨损部件10a指10e。然而，磨损指示器18a至32b的监测同样可能以系统辅助的方式执行，并且任选地，完全自动地执行，如稍后通过参考图6的示例所述的。
53.磨损指示器18a至32b可以不同的方式指示分别分配的磨损状态。该指示可优选地为视觉的、触觉的和/或电子的。磨损指示器18a至32b可优选地至少部分地由电导体、通过磨损层12a至12e至少在区域或层中的着色/染色、结构化、纹理化、硬度变化、材料变化、和/或纳米颗粒嵌入、和/或视觉代码形成。前述示例可在单个磨损指示器18a至32b中单独或任何组合地实现。例如，磨损指示器18a至32b中的至少一个磨损指示器可为彩色的和结构化的，和/或有纹理的两者。磨损指示器18a至32b中的每个磨损指示器都不同于覆盖层16(如果存在的话)并且不同于部件内部14，从而将其彼此界定。
54.例如，磨损指示器18a至32b中的至少一个磨损指示器可至少部分地由电导体形成。电导体可优选地被配置为导体轨道或导体层。例如，电导体可在3d打印期间作为导电添加剂(例如，所谓的“试剂”)添加到非导体基体材料(例如，聚合物)中，以形成电导体。3d打印机还可以直接打印集成或嵌入由聚合物材料制备的磨损层12a至12e的其余部分中的导电材料。聚合物材料可例如从3d打印机的打印头或挤出模具中分配。导电材料或导电添加剂可例如从3d打印机的另外的打印头或另外的挤出模具递送。除了一个或多个电导体之外，磨损层12a至12e优选地为非电导体(例如，具有小于10e-8s
·
cm-1的电导率)。优选地，
部件内部14是非导电体(例如，电导率小于10e-8s
·
cm-1)。电导体可优选地电指示相关联的磨损状态。然而，电导体还可视觉地指示相关联的磨损状态，因为其可视觉地与其周围环境相区别，并且/或者可触觉地指示，因为其可触觉地和/或通过触摸与其周围环境相区别。
55.例如，磨损指示器18a至32b中的至少一个磨损指示器可至少部分地由磨损层12a至12e的着色/染色形成，至少在区域或层中。磨损层12a至12e的颜色或染色可在磨损层12a至12e的3d打印期间以不同的方式提供。例如，不同颜色的材料，优选地塑料材料，可由3d打印机从例如3d打印机的不同打印头或挤出喷嘴打印。例如，对于基体材料，优选地聚合物基体材料，也可在打印期间根据需要用不同的染料(例如，以油墨、粉末或颗粒的形式)进行染色，以提供着色。除了着色/染色之外，磨损层12a至12e优选地未着色或不同地着色。优选地，部件内部14同样未着色或不同地着色。如果对于若干磨损指示器，磨损层12a至12e在若干层或部分中被着色，则若干着色层或部分的颜色优选是不同的。例如，交通灯系统(例如，黄色到红色，或绿色到红色，或绿色到黄色到红色)或颜色梯度可通过着色层或部分从部件表面朝部件内部14前进而产生。该颜色可优选地视觉地指示相关联的磨损状态。
56.例如，磨损指示器18a至32b中的至少一个磨损指示器可至少部分地通过至少在区域或层中结构化和/或纹理化磨损层12a至12e来形成。在3d打印期间，结构化和/或纹理化可直接创建为二维或三维几何形状(例如，网格结构)。除了结构化和/或纹理化之外，磨损层12a至12e优选地被不同地结构化和/或纹理化。优选地，部件内部14同样被不同地结构化和/或纹理化。如果磨损层12a至12e被结构化和/或纹理化成用于若干磨损指示器的若干层或部分，则若干结构化和/或纹理化层或部分的结构化和/或纹理化优选地是不同的。结构化和/或纹理化可视觉地和/或触觉地指示相关联的磨损状态。
57.例如，磨损指示器18a至32b中的至少一个磨损指示器可至少部分地通过磨损层12a至12e至少在区域或层中的硬度变化来形成。例如，磨损层12a的硬化或硬度降低(软化)可通过不同硬度的材料的3d打印来实现。例如，当打印磨损层12a至12e时，3d打印机可选择性地打印硬度不同的第一材料(例如，聚合物)或第二材料(例如，其他聚合物)，使得可产生具有不同硬度的磨损层12a至12e的区域或层。不同的硬(或软)材料可例如从3d打印机的不同打印头或挤出喷嘴分配。例如，基体材料(优选地聚合物基体材料)也可以在打印期间选择性地与硬化或软化添加剂混合。除了硬化区域或硬化层之外，磨损层12a至12e优选地具有不同的硬度，并且优选地具有均质硬度。优选地，部件内部14具有不同于硬化区域或硬化层的硬度。如果磨损层12a至12e具有若干硬化层或部分，这些硬化层或部分优选地是不同地硬化的。例如，可通过硬化层或部分从部件表面朝部件内部14前进而产生从硬到软或从软到硬的硬度梯度。硬度的变化可在触觉上指示相关联的磨损状态。
58.例如，磨损指示器18a至32b中的至少一个磨损指示器可至少部分地通过至少在区域或层中磨损层12a至12e的材料变化来形成。例如，磨损层12a的材料变化可通过不同材料的3d打印来实现。例如，当打印磨损层12a至12e时，3d打印机可选择性地打印第一材料(例如，聚合物)或第二材料(例如，其他聚合物)，使得磨损层12a至12e的区域或层可用不同的材料产生。不同的材料可例如从3d打印机的不同打印头或挤出喷嘴分配。例如，基体材料(优选地聚合物基体材料)也可以在打印期间选择性地与材料添加剂混合，以实现对材料的改变。除了材料改性区域或材料改性层之外，磨损层12a至12e优选地由不同的材料制成。优选地，部件内部14由不同于材料改性区域或层的材料制成。如果磨损层12a至12e是若干材
料改性层或部分，这些优选地是不同的材料。例如，材料的变化可视觉地、触觉地和/或电学地指示相关联的磨损状态。
59.例如，磨损指示器18a至32b中的至少一个磨损指示器可至少部分地通过至少在区域或层中的磨损层12a至12e的纳米颗粒嵌入来形成。例如，当打印磨损层12a至12e时，3d打印机可选择性地以添加剂的形式添加或不添加纳米颗粒。纳米颗粒嵌入可改变材料特性。除了所提及的磨损指示器的区域或层之外，磨损层12a至12e优选地不具有纳米颗粒嵌入。优选地，部件内部14没有纳米颗粒嵌入。纳米颗粒嵌入可指示相关联的磨损状态，例如，视觉地、触觉地和/或电学地。
60.例如，磨损指示器18a至32b中的至少一个磨损指示器可至少部分地由视觉代码形成。视觉代码可在3d打印期间直接创建为二维或三维几何形状。例如，视觉代码可具有颜色代码、条形码或矩阵条形码(例如，qr代码)。除了视觉代码之外，磨损层12a至12e优选地不具有任何另外的视觉代码。优选地，部件内部14没有视觉代码。视觉代码可以视觉地和/或触觉地指示相关联的磨损状态。
61.取决于应用程序，可选择磨损指示器18a至32b在垂直于位于上方的磨损层12a至12e的部件表面的方向上的高度。磨损指示器18a至32b的高度可为每个磨损部件10a至10e单独选择，因为存在允许更多磨损的部件，以及几乎不允许任何磨损的其他部件。例如，磨损指示器18a至32b可具有非常低的高度，例如，在两位数μm范围内(例如，高于80μm和/或10e-8s
·
cm-1)，或在三位数μm范围内。
62.下文连续描述图1至图5c的示例性实施方案。在每种情况下，磨损指示器18a至32b的数量可根据需要而变化。在每种情况下，磨损指示器18a至32b的设计也可根据需要而变化。
63.图1示出了磨损部件10a，其中磨损层12a由任选的覆盖层16和磨损指示器18a、20a和22a形成。磨损指示器18a、20a、22a各自都是磨损层12a的层或层的部分。在从外部朝部件内部14的方向上，磨损指示器18a沿循覆盖层16。磨损指示器20a沿循磨损指示器18a。磨损指示器22a沿循磨损指示器20a。部件内部14沿循磨损指示器22a。随着磨损的发展，磨损指示器18a首先暴露并被移除。磨损指示器20a然后暴露并被移除。最后，磨损指示器22a暴露并被移除。
64.磨损指示器18a、20a、22a优选地体现为磨损层12a的不同颜色。磨损指示器18a、20a、22a因此可视觉地指示相应的磨损状态。磨损指示器18a、20a、22a可优选地具有交通灯系统的颜色。例如，磨损指示器18a可为绿色的。因此，当磨损指示器18a由于磨损而暴露时，其可指示磨损部件10a几乎没有磨损，或具有低程度的磨损。例如，磨损指示器20a可为黄色的。因此，磨损指示器20a可指示磨损部件10a已经明显磨损，或具有平均程度的磨损，但仍起作用。例如，磨损指示器22a可为红色的。因此，当磨损指示器22a由于磨损而暴露时，可指示磨损部件10a非常磨损，和/或具有高程度的磨损，并且应被替换。一旦磨损指示器22a已经被完全移除，磨损部件10a就不能再可靠地运行，或甚至可能导致机器损坏。覆盖层16和部件内部14可优选地不着色，或用不同的颜色着色。
65.图2示出了磨损部件10b，该磨损部件具有由任选的覆盖层16和磨损指示器18b、20b、22b、24b、26b、28b、30b、32b形成的磨损层12b。磨损指示器18b、20b、22b、24b、26b、28b、30b、32b各自都是磨损层12b的层或层的部分。在从外部朝部件内部14的方向上，磨损指示
器18b沿循覆盖层16。磨损指示器20b沿循磨损指示器18b等。随着磨损的发展，磨损指示器18b首先暴露并被移除等。
66.磨损指示器18b、20b、22b、24b、26b、28b、30b、32b优选地被配置为磨损层12b的不同颜色。磨损指示器18b、20b、22b、24b、26b、28b、30b、32b因此可视觉地指示相应的磨损状态。优选地，磨损指示器18b、20b、22b、24b、26b、28b、30b、32b可表示色谱，例如，磨损指示器18b为蓝色到磨损指示器32b为红色。例如，磨损指示器18b可为深蓝色，磨损指示器20b为浅蓝色，磨损指示器22b为深绿色，磨损指示器24b为浅绿色，磨损指示器26b为黄色，磨损指示器28b为橙色，磨损指示器30b为浅红色，并且/或者磨损指示器32b为深红色。覆盖层16和部件内部14可优选地不着色，或用不同的颜色着色。
67.图3示出了磨损部件10c，其中磨损层12c由任选的覆盖层16和磨损指示器18c和20c形成。磨损指示器18c和20c各自是磨损层12c的层或层的部分。在从外部朝部件内部14的方向上，磨损指示器18c沿循覆盖层16。磨损指示器20c沿循磨损指示器18c等。随着磨损的发展，磨损指示器18c首先暴露并被移除等。
68.磨损指示器18c、20c优选地被配置为磨损层12b的不同颜色。磨损指示器18c、20c因此可视觉地指示相应的磨损状态。优选地，磨损指示器18c可具有制造商特定的颜色，例如商标颜色，例如深蓝色。因此，当磨损指示器18c暴露时，其可指示磨损状态，这是可接受的，并且不需要磨损部件10c的任何替换。相比之下，磨损指示器20c可优选地具有警告颜色，例如黄色、橙色或红色。因此，当磨损指示器20c暴露时，其可指示磨损状态，在该状态下磨损部件10c必须被替换。覆盖层16和部件内部14可优选地不着色，或可用不同的颜色着色。
69.在图1至图3的示例性实施方案中，除了染色之外或作为着色的另选方案，相应的磨损指示器18a至20c可通过例如电导体、结构化、纹理化、材料变化、纳米颗粒嵌入和/或视觉代码来形成。
70.图4示出了磨损部件10d，其中磨损层12d由任选的覆盖层16和磨损指示器18d、20d和22d形成。
71.磨损指示器18d、20d、22d各自都是视觉代码，这些磨损指示器各自具有不同地着色的、彼此间隔开的单独区域。在从外部朝部件内部14的方向上，磨损指示器18d沿循覆盖层16。磨损指示器20d沿循磨损指示器18d等。随着磨损的发展，磨损指示器18d首先暴露并被移除等。
72.例如，磨损指示器18d可在一层中具有彼此间隔开的若干绿色区域。磨损指示器20d可在一层中具有彼此间隔开的若干黄色区域。磨损指示器22d可在一层中具有彼此间隔开的若干红色区域。任选地，磨损指示器18d、20d、22d可各自具具有另选的或另外的颜色。覆盖层16和部件内部14可优选地不着色，或可用不同的颜色着色。
73.在图4的示例性实施方案中，除了视觉代码之外或作为视觉代码的另选方案，磨损指示器18d至22d可以通例如电导体、结构化、纹理化、材料变化和/或纳米颗粒嵌入来形成。
74.图5a示出了磨损部件10e，其中磨损层12e由任选的覆盖层16和磨损指示器18e形成。磨损指示器18e被配置为磨损层12c的层或层的片状部分。磨损指示器18e可例如通过所提及的添加剂被压印到磨损层12e中，并且与覆盖层16套印在一起。
75.在从外部朝部件内部14的方向上，磨损指示器18e沿循覆盖层16。部件内部14沿循
磨损指示器18e。随着渐进磨损，磨损指示器18e暴露并被移除。然后，部件内部14暴露并被移除。
76.磨损指示器18e被配置为电导体，例如导体层或导体轨道。磨损指示器18e可集成到电路中。如果如图5b所示，磨损指示器18e已经被移除(例如，在点处或在区域上)，则对应的电路被改变或中断。然后，这可导致例如生成指示磨损部件10e磨损的警告信号。覆盖层16和部件内部14可优选地是非导电体。在此上下文中，在磨损指示器18e渐进移除的过程中，同样可监测该磨损指示器的电导率变化，使得同样可作出关于磨损的渐进过程的陈述。
77.如图5c中夸张地示出的，在操作期间磨损部件10e也可以暴露于不同的载荷(例如，弯曲、扭转、拉伸、压缩等)。这些载荷或应力可导致磨损指示器18e的形状临时性或永久性变化(例如，弯曲、扭转、拉伸、压缩等)，这可导致损耗指示器18e的电特性的变化。例如，在磨损指示器18e变形期间，其电阻可改变。
78.此变化可被计量学地检测和评估，使得可推导出磨损部件10e的载荷状态(例如，与应变计进行比较)。例如，因此可识别磨损部件10e的最大允许变形是否已经被超过，使得机器的维护或磨损部件10e的替换可能是必要的。另选地或附加地，可监测载荷循环。例如，通过变形期间电阻的变化，也可对载荷循环进行计数。因此，可获得关于形状变化数量的知识，并且因此获得关于预期使用寿命的知识。
79.图6示出了用于监测机器36中磨损部件10的磨损的装置34。磨损部件10可被配置为例如类似于参照图1至图5c解释的磨损部件10a至10e中的一个磨损部件。
80.装置34具有监测装置38。监测装置38被配置为监测关于磨损部件10的磨损指示器。优选地，当磨损指示器指示相应的磨损状态时，监测装置38可输出指示信号。
81.根据待监测的磨损部件10的至少一个磨损指示器的设计，监测装置38可连接到不同的其他系统。
82.例如，如果磨损部件10的至少一个磨损指示器被配置为电导体，则装置34可具有光学传感器40。例如，光学传感器40可被配置为相机。光学传感器40可位于机器36中，用于在其使用位置检测磨损部件10，优选地磨损部件10的磨损层。例如，光学传感器40可在机器36的操作期间和/或暂停期间检测磨损部件10。光学传感器40的检测信号可被传输到监测装置38并由监测装置38评估。如果磨损指示器由于磨损部件10的磨损暴露，光学传感器40的信号可指示磨损指示器。监测装置38可例如通过图像识别算法(例如，颜色检测算法、颜色代码识别算法、结构识别算法、纹理识别算法等)来检测来自光学传感器40的信号中的磨损指示器。
83.例如，如果磨损部件10的至少一个磨损指示器被配置为输出电指示，则装置34可具有电路42。当磨损部件10处于未磨损状态时，电路42连接到一个或多个磨损指示器。监测装置38在包括磨损部件10的机器36的操作期间和/或操作暂停期间监测电路42的至少一个电参数(例如，电阻、电流、电压)。
84.如果电路42被中断，例如，由于在点处或整体上移除磨损指示器，监测装置38可输出指示信号。在电路42的电参数优选永久性变化的情况下，例如，由于磨损指示器的部分移除或磨损指示器中的一个磨损指示器的完全移除，监测装置38也可输出(例如，还)指示信号。
85.附加地或另选地，在电路的电参数优选临时性变化的情况下，监测装置38可根据
临时性变化的幅值来确定磨损部件10的载荷状态。监测装置38可输出指示所确定的载荷状态的信号。另选地或附加地，当所确定的载荷状态大于预先指定的最大载荷状态时，监测装置38可输出信号。预先指定的最大载荷状态可在每种情况下以特定于磨损部件的方式预先指定，例如作为存储在监测装置38中的值。
86.附加地或另选地，监测装置38可根据电参数的多个优选临时性变化来确定(例如，计数)多个载荷循环。监测装置38可输出指示载荷循环数量的信号，和/或如果所确定的载荷循环数量大于预先指定的最大载荷循环数量，则输出信号。在每种情况下，预先指定的载荷循环数可以特定于磨损部件的方式预先指定，例如，作为存储在监测装置38中的值。
87.根据装置10的要求和构造，监测装置38可输出一个或多个指示信号，并且任选地，输出待输出的另外的信号。例如，装置34可具有本地用户界面44、远程用户界面46和/或控制单元48。
88.例如，监测装置38可输出指示信号，并且任选地，通过本地用户界面44输出视觉地、听觉地和/或触觉地待输出的另外的信号。本地用户界面44可优选地是机器36的机器用户界面或包括机器36的系统的系统用户界面。
89.另选地或附加地，监测装置38可向远程用户界面46输出指示信号，并且任选地输出待输出的另外的信号。远程用户界面46可位于例如机器36或磨损部件10的制造商处。远程用户界面44可例如通过基于网络的连接到达，例如通过tcp/ip或其他支持互联网的协议。
90.另选地或附加地，监测装置38可向机器36的控制单元48输出指示信号，并且任选地输出待输出的另外的信号。当接收到指示信号时，控制单元48可调整机器36的操作。例如，如果指示信号指示磨损部件10的磨损层已经完全移除并且/或者磨损部件10必须替换，则控制单元48可停止机器36或降低功率。
91.监测装置38可能是本地控制单元48或基于服务器的远程机器监测系统的一部分。
92.本发明不限于上述优选的示例性实施方案。相反，可以有多种变体和修改，该变体和修改同样利用本发明构思并且因此落入保护范围内。具体地，本发明还要求对独立于其所涉及的权利要求的从属权利要求的主题和特征进行保护。具体地，独立权利要求1的各个特征各自彼此独立地公开。此外，从属权利要求的特征也独立于独立权利要求1的所有特征而公开，并且例如独立于与独立权利要求1的第一部件内部、磨损层和/或磨损指示器的存在和/或构造相关的特征而公开。本文指定的所有范围应理解为以这样一种方式公开，即落入相应范围内的所有值均单独公开，例如也作为相应范围的相应优选的较窄外限值公开。
93.附图标记列表
94.10-10e磨损部件
95.12a-12e 磨损层
96.14 部件内部
97.16 覆盖层
98.18a-32b 磨损指示器
99.34 用于监测的装置
100.36 机器
101.38 监测装置
102.40 光学传感器
103.42 电路
104.44 本地用户界面
105.46 远程用户界面
106.48 控制单元

技术特征：
1.一种优选地用于容器处理系统的磨损部件(10-10e)，所述磨损部件(10-10e)具有：部件内部(14)；和磨损层(12a-12e)，所述磨损层通过增材制造、优选地3d打印来生产，覆盖所述部件内部(14)并且具有磨损指示器(18a-32b)，所述磨损指示器通过增材制造、优选地3d打印来生产，并且所述磨损指示器被配置为如果所述磨损指示器(18a-32b)由于磨损而暴露和/或被移除，则指示磨损部件(10-10e)的磨损状态。2.根据权利要求1所述的磨损部件(10-10e)，其中：所述磨损层(12a-12e)具有覆盖层(16)，当所述磨损部件(10-10e)处于未磨损状态时，所述覆盖层覆盖所述磨损指示器(18a-32b)；或者当所述磨损部件(10-10e)处于未磨损状态时，所述磨损指示器(18a-32b)形成所述磨损部件(10-10e)的部件表面或包括在所述磨损部件(10-10e)的部件表面中。3.根据权利要求1或权利要求2所述的磨损部件(10-10e)，其中所述磨损指示器(18a-32b)至少部分地由以下各项形成：电导体，所述电导体优选地为导体轨道或导电层；并且/或者所述磨损层(12a-12d)至少在区域或层中的着色、结构化、纹理化、硬度变化、材料变化和/或纳米颗粒嵌入；并且/或者视觉代码，优选地颜色代码、条形码或矩阵条形码。4.根据前述权利要求中的一项所述的磨损部件(10-10d)，其中：所述磨损层(12a-12d)具有不同于所述磨损指示器(18a-32b)的另外的磨损指示器(18a-32b)，所述另外的磨损指示器被布置成比所述磨损指示器(18a-32b)更靠近所述部件内部(14)，所述另外的磨损指示器是增材制造的，优选地3d打印的，并且被配置为如果所述另外的磨损指示器(18a-32b)由于磨损而暴露和/或被移除，则指示所述磨损部件(10-10d)的另外的磨损状态；并且任选地所述磨损层(12a-12c)具有不同于所述磨损指示器(18a-32b)和所述另外的磨损指示器(18a-32b)的其他另外的磨损指示器(18a-32b)，所述其他另外的磨损指示器被布置成比所述另外的磨损指示器(18a-32b)更靠近所述部件内部(14)，所述其他另外的磨损指示器是增材制造的，优选地3d打印的，并且被配置为如果所述其他另外的磨损指示器(18a-32b)由于磨损而暴露和/或被移除，则指示所述磨损部件(10-10d)的其他另外的磨损状态。5.根据权利要求4所述的磨损部件(10-10d)，其中所述另外的磨损指示器(18a-32b)，并且任选地所述其他另外的磨损指示器(18a-32b)至少部分地通过以下项形成：电导体，所述电导体优选地为导体轨道或导电层；并且/或者所述磨损层(12a-12d)至少在区域或层中的着色、结构化、纹理化、硬度变化、材料变化和/或纳米颗粒嵌入；并且/或者视觉代码，优选地颜色代码、条形码或矩阵条形码。6.根据权利要求4所述的磨损部件(10-10c)，其中：所述磨损指示器(18a-32b)和所述另外的磨损指示器(18a-32b)，并且任选地所述其他另外的磨损指示器(18a-32b)各自通过所述磨损层(12a-12d)的逐层着色形成，优选地以交通灯系统的方式形成和/或形成有颜色梯度。7.根据前述权利要求中的一项所述的磨损部件(10-10e)，其中：
所述磨损部件(10-10e)是用于保持容器的容器夹具、用于引导容器的容器引导件、用于引导容器封闭件的封闭件通道、用于中断容器流动的阻挡星、衬套、齿轮、辊或引导件。8.一种用于监测磨损状态的装置(34)，所述装置(34)具有：根据前述权利要求中的一项所述的磨损部件(10-10e)；和监测装置(38)，所述监测装置被配置为相对于所述磨损指示器(18a-32b)监测所述磨损部件(10-10e)，并且如果所述磨损指示器(18a-32b)指示所述磨损状态，则优选地输出指示信号。9.根据权利要求8所述的装置(34)，所述装置还具有：光学传感器(40)，所述光学传感器被布置成检测所述磨损部件(10-10e)，其中所述监测装置(38)被配置为检测来自所述光学传感器(40)的信号中的所述磨损指示器(18a-32b)，并且优选地在检测到所述磨损指示器(18a-32b)时输出所述指示信号。10.根据权利要求8或权利要求9所述的装置(34)，所述装置还具有：电路(42)，所述电路在所述磨损部件(10,10e)处于未磨损状态时，连接到所述磨损指示器(18e)，其中所述监测装置(38)被配置为监测所述电路(42)的至少一个电参数。11.根据权利要求10所述的装置(34)，其中所述监测装置(38)还被配置为：在所述电路(42)中断的情况下和/或在所述至少一个电参数发生优选永久性变化的情况下，输出所述指示信号；并且/或者在所述至少一个电参数发生优选临时性变化的情况下，根据变化程度确定所述磨损部件(10,10e)的载荷状态，并输出指示所确定的载荷状态的信号，并且/或者如果所确定的载荷状态大于预先指定的最大载荷状态则输出信号；并且/或者根据所述至少一个电参数中的优选临时性变化的数量来确定载荷循环的数量，并且输出指示所述载荷循环的数量的信号，并且/或者如果所确定的载荷循环的数量大于预先指定的最大载荷循环数量，则输出信号。12.根据权利要求8至11中的一项所述的装置(34)，其中：所述磨损部件(10-10d)至少具有根据权利要求1和4所述的特征；所述监测装置(38)被配置为相对于所述另外的磨损指示器(18a-32b)监测所述磨损部件(10-10d)，并且如果所述另外的磨损指示器(18a-32b)指示所述另外的磨损状态，则优选地输出不同于所述指示信号的另外的指示信号；并且任选地所述监测装置(38)被配置为相对于所述其他另外的磨损指示器(18a-32b)监测所述磨损部件(10-10d)，并且如果所述其他另外的磨损指示器(18a-32b)指示所述其他另外的磨损状态，则优选地输出不同于所述指示信号和所述另外的指示信号的其他另外的指示信号。13.根据权利要求8至12中的一项所述的装置(34)，其中：所述监测装置(38)被配置为视觉地和/或听觉地和/或触觉地输出所述指示信号，和/或输出到控制单元(48)和/或输出到本地用户界面(44)和/或输出到远程用户界面(46)；并且/或者所述监测装置(38)是本地控制单元(48)和/或基于服务器、优选地基于网络的远程机器监测系统的一部分。
14.根据权利要求8至13中的一项所述的装置(34)，所述装置还具有：机器(36)，所述机器具有磨损部件(10-10e)，其中所述监测装置(38)被配置为如果所述磨损指示器(18a-32b)指示所述磨损状态，则调配所述机器(36)的操作。15.一种用于生产优选地根据权利要求1至7中的一项所述的磨损部件(10-10e)的方法，其中所述方法具有：增材制造、优选地3d打印所述磨损部件(10-10e)的磨损层(12a-12e)，所述磨损层具有磨损指示器(18a-32b)，所述磨损指示器通过增材制造、优选地3d打印生产，并且被配置为如果所述磨损指示器(18a-32b)由于磨损而暴露和/或被移除，则指示所述磨损部件(10-10e)的磨损状态。16.一种具有指令的计算机程序产品使增材制造设备：执行根据权利要求15所述的方法；或者在增材制造工艺中在多个层中生产根据权利要求1至7中的一项所述的磨损部件。

技术总结
本发明涉及一种磨损部件(10E)。该磨损部件(10E)具有部件内部(14)和磨损层(12E)。该磨损层(12E)通过增材制造来生产，覆盖该部件内部(14)，并且具有磨损指示器(18E)，该磨损指示器通过增材制造来生产，并且被配置为如果该磨损指示器(18E)由于磨损而暴露和/或被移除，则指示该磨损部件(10E)的磨损状态。有利地，该磨损部件(10E)能够通过监测该磨损指示器(18E)来允许简单的磨损监测。来允许简单的磨损监测。来允许简单的磨损监测。


技术研发人员：莱因哈德
受保护的技术使用者：克罗内斯股份公司
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2023/9/14