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Form- oder Prägewerkzeug zum Herstellen von Oberflächenmustern
Die Erfindung betrifft ein Form- oder Prägewerkzeug zum Herstellen von Oberflächenmustern.
Oberflächenmuster, beispielsweise in der Form von Rastern oder Riffelungen werden auf vielen Ge- bieten der Technik verwendet, um entweder die Oberfläche eines Gegenstandes lediglich zu verzieren oder um bestimmte optische Effekte zu erreichen. In letzterem Fall bewirkt z. B. die Rasterung der Ober- fläche eine gerichtete Rückstrahlung des auffallenden Lichtes. Solche Oberflächen werden beispielsweise verwendet als Projektionsschirme, bei denen durch die gerichtete Rückstrahlung eine besonders helle Pro- jektion erreicht wird, oder als unbeleuchtete Signalzeichen, z. B. für Verkehrssignalisierung. Letztere werden oft auch als Rückstrahler bezeichnet.
Um eine gleichmässige Wirkung der ganzen Fläche zu erzie- len, müssen die kleinen, das Muster bildenden Elemente des Oberflächenmusters gleichmässig verteilt und von gleicher Grösse sein, da sonst die ganze Oberfläche ungleichmässig und wolkig wirkt. Dies gilt ins- besondere bei Verwendung der Musterung für rückstrahlende Oberflächen, bei welchen auffallendes Licht innerhalb eines engbegrenzten Raumwinkels zurückgeworfen werden soll. Die Herstellung solcher Ober- flächen erfolgt beispielsweise durch Prägen (Pressen, Gaufrieren) eines an sich festen Materials, z. B. eines duktilen Metalls wie Aluminium, oder eines thermoplastischen Materials wie Celluloseacetetoder - Nitrat oder durch Giessen (Spritzgiessen, Foliengiessen) einer flüssigen nach dem Giessen erhärtenden . Masse, z. B. Epoxyharz.
Für alle diese Herstellungsverfahren benötigt man ein Werkzeug, z. B. Präge- stempel bzw. eine Giessform, welche als Negativ (Matrize) der herzustellenden Oberfläche ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft nun ein Form- oder Prägewerkzeug zum Herstellen von Oberflächenmustern, das dadurch gekennzeichnet, ist, dass eine Anzahl identischer flacher Elemente, deren die Formfläche bildenden Stirnflächen sägezahnförmig ausgebildet sind, mit ihren Seitenflächen aneinanderliegend an-
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reich der Verzahnung um einen Winkel von 350 16'gegenüber einer zur Formfläche senkrechten Ebene geneigt und die jeweils aneinanderliegenden Elemente gegeneinander um eine halbe Sägezahnteilung versetzt sind, so dass ein regelmässiges Würfeleckenmuster gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung soll im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, wobei in den Zeichnungen die Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform eines ebenen Werkzeuges schematisch in Aufsicht und Schnitt zeigen. Fig. 3 zeigt eines der das Werkzeug bildenden streifenförmigen Elemente. Fig. 4 zeigt vergrössert, das mit diesem Werkzeug erzeugte regelmässigeOberflächenmuster.
Fig. 5 zeigt ein zylindrisches Werkzeug im Schnitt und Fig. 6 zeigt eines der das zylindrische Werkzeug zusammensetzenden Elemente.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in Aufsicht und Schnitt ein gemäss der Erfindung aufgebautes Form- oder Prägewerkzeug zur Herstellung eines ebenen Oberflächenmusters. Das Werkzeug besteht aus einer Unterlage 10 und einer grossen Anzahl auf dieser Unterlage nebeneinanderliegender streifenförmiger Elemente 12. Die Elemente sind auf der Unterlage gehalten und mit ihrer Ebene gegen die Ebene der Unterlage geneigt, zu welchem Zweck seitlich an der Unterlage Anlagekanten 14 und 16 angebracht sind.
Die einzelnen Elemente sind in der Fig. 3 dargestellt. Das Element besitzt zwei ebene Seitenflächen 20, eine glatte Längskante 22, sowie eine sägezahnförmig ausgebildete zweite Längskante 24. Wie
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der Elemente 12, so werden durch dieses wechselseitige Verschieben nach rechts und links die neben- einanderliegenden Elemente gerade um eine halbe Sägezahnteilung versetzt sein und es ergibt sich das in der Mitte der Fig. 1 dargestellte Würfeleckenmuster, welches genau mit der vergrösserten Darstellung der
Fig. 4 übereinstimmt.
Um ein genügend regelmässiges Muster zu erzeugen, muss die Genauigkeit der einzelnen Elemente selbstverständlich sehr gross sein. Man erreicht dies beispielsweise durch Verwendung von Elementen aus planparallelen Metallstreifen mit sehr glatten oder sogar polierten Seitenflächen. Diese Elemente wer- den mit den polierten Seitenflächen aufeinandergelegt, so dass sie einen flachen Block bilden, darauf werden die beiden den Längskanten entsprechenden Flächen dieses Blockes übergeschliffen, so dass man Elemente erhält, welche die genau rechtwinklig auf den Flächen der Seitenflächen stehenden Längskan- ten haben.
Jetzt wird dieses Paket auf der einen Seite mit der Sägezahnteilung versehen, beispielsweise durch Einfräsen mittels eines entsprechend geformten Fräsers, wobei die einzelnen Sägekanten nachein- ander oder gemeinsam gefräst werden können. Vorteilhafterweise erfolgt die Herstellung der Sägezahn- nuten mittels eines Diamanten. Dadurch wird nicht nur eine grosse Genauigkeit der Sägezähne, sondern auch ausserordentlich hohe Oberflächengüte die für eine richtig reflektierende Rückstrahlfläche erforder- lich ist, erreicht. Solche, mittels Diamant hergestellten Flächen, können ohne Nacharbeit für das Werk- zeug verwendet werden. Dagegen muss bei Herstellung der Sägezahnflächen durch Fräsen die Oberflä- chengüte, beispielsweise durch Polieren verbessert werden.
Das auf diese Weise erhaltene Werkzeug, gemäss der Fig. 1 kann entweder direkt als Werkzeug selbst, z. B. Prägematrize oder Giessunterlage oder aber als Modell zur Herstellung des eigentlichen Arbeits- werkzeuges verwendet werden. Dieses ist unter Anwendung bekannter Kopiertechniken möglich, beispielsweise durch Herstellung eines Abgusses mittels eines Giessharzes oder einer sonstigen plastischen
Masse. Gleichzeitig kann man durch Vervielfachen der von diesem Werkzeug gebildeten Oberfläche ein Werkzeug mit einer grösseren Arbeitsoberfläche herstellen. Allerdings ist die Fläche eines ebenen Präge- werkzeuges und so auch die Fläche der damit herstellbaren Oberflächen begrenzt.
Will man grössere Oberflächen herstellen, so muss man entweder sehr viele Prägungen nacheinander vornehmen, was den Nachteil hat, dass gewisse Orientierungsfehler zwischen den aufeinanderfolgenden Prägeschritten auftreten, was eine abweichende Orientierung der einzelnen Flächenstücke gegeneinander und somit einen uneinheitlichen optischen Effekt der Musterung zur Folge hat.
Bildet man dagegen ein Werkzeug gemäss der vorliegenden Erfindung walzenartig aus, so können Streifen von beliebiger Länge mit einem Oberflächenmuster versehen werden.
Bei einer solchen Prägewalze sind die einzelnen Elemente kreisscheibenförmig ausgebildet und weisen eine sägezahnförmige Umfangskante auf. Alle Elemente sind auf einer gemeinsamen Achse aufgereiht, so dass ihre Sägezahnkanten ein regelmässiges Oberflächenmuster auf einer Zylinderfläche bilden.
Ein solches Werkzeug ist schematisch in der Fig. 5 im Schnitt dargestellt.
Auf einer Achse 60 sind eine grössere Anzahl tellerförmiger Zylinderscheiben 62 aufgereiht und mittels einer Mutter 64 zusammengehalten. Die einzelnen Elemente weisen einen tellerartig umgebördelten Rand 66 auf und diese Ränder ihrerseits sind am Umfang sägezahnförmig ausgebildet. Dies ist in der Fig. 6 dargestellt. Der Umfang zeigt wieder zur Erzeugung eines Würfeleckenmusters rechteckig oder angenähert rechteckig ausgebildete Sägezähne 68. Will man, wie bereits erwähnt, wieder ein Würfeleckenmuster herstellen. so werden die Umfangskanten wie in der Fig. 6 gezeigt, rechteckig sägezahnförmig ausgebildet. Die Umfangskanten werden tellerförmig so umgebördelt, dass die Ebenen der die Verzahnung aufweisenden Scheibenränder gegenüber der Ebene der Scheibe um einen Winkel von 35 16' abgebogen sind.
Weiterhin macht man die Teilung der Zähnung gleich dem 2fachen der Dicke der Elementenscheibe. Man muss nun weiterhin dafür sorgen, dass nebeneinanderliegende Elemente jeweils gegeneinander um eine 1/2 Sägezahnteilung versetzt, d. h. verdreht sind, um auf diese Weise den gleichen Effekt zu erreichen, wie dieses im Zusammenhang mit der Fig. 3 und 4 bereits erläutert wurde. Zu diesem Zweck ist darstellungsgemäss die Zahl der am Umfang einer Scheibe befindlichen Zähne ungerade.
Legt man also einen Durchmesser 70 durch die Spitze eines Zahnes,. so geht der Durchmesser auf der gegenüberliegenden Seite des Umfanges genau durch einspringende Kanten zwischen zwei Sägezähnen.
Die Scheiben sind gegen Verdrehen auf der Achse durch zwei Stifte 72 gesichert, welche ebenfalls auf einem durch die Zylinderachse gehenden Durchmesser liegen.
Die Scheiben werden jetzt wieder hergestellt wie die streifenförmigen Elemente der Fig. 3, d. h. es wird der Sägezahn entweder durch Drücken mit einem Diamanten oder durch Fräsen eines zylinderförmigen Paketes der Elemente hergestellt. Nach dem Fräsen erfolgt das Umbördeln der Kanten und darauf ein Aufreihen derart, dass aufeinanderfolgende Elemente jeweils um 1800 versetzt sind. Es liegen also auf
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einer Mantellinie bei dem ersten Element eine Sägezahnspitze, beim darauffolgenden Element ein Sä- gezahntal, und so fort. Auf diese Weise wird eine zylindrische Walze erhalten, deren Mantelfläche mit einem regelmässigen Würfeleckenmuster bedeckt ist.
Selbstverständlich kann man die gegeneinander verschobenen Scheibenkanten auch dadurch errei- chen, dass man zwei verschiedene Sorten Scheiben verwendet, bei denen die Lage der Sägezähne in be- zug auf einen Passstift um eine 1/2 Sägezahnteilung versetzt ist. Das Paket der fertigen Walze wird dann zusammengesetzt, indem man abwechselnd eine Scheibe der einen Sorte und eine Scheibe der andern
Sorte aufreiht. Man erhält so wieder eine Walze, deren Mantelfläche mit einem regelmässigen Würfel- eckenmuster bedeckt ist.
Der Vorteil eines Werkzeuges gemäss der Erfindung liegt darin, dass alle Flächen des Oberflächen- musters insbesondere die drei Flächen eines Würfeleckenmusters mit grosser Genauigkeit und Oberflä- chengüte bearbeitet werden können, weil sie alle mindestens in bestimmten Stufen des Herstellungs- verfahrens leicht zugänglich sind. Bei einem aus ebenen Elementen zusammengesetzten Werkzeug gemäss der Fig. 1 werden zwei Flächen der Würfelecken gebildet durch die Flächen des Sägezah- nes, die dritte Fläche durch eine Seitenfläche des Elementes.
Wie bereits erwähnt, verwendet man vorteilhafterweise Elemente, deren Seitenflächen vor der Bearbeitung eine grosse Oberflächengüte aufwiesen, wie beispielsweise gezogenes Flächenmaterial oder Streifen, deren Flächen vor der Wei- terbearbeitung planparallel geschliffen und gegebenenfalls poliert wurden. Die Sägezahnflächen
Rönnen in grosser Oberflächengüte, entweder durch Fräsen und daiauffolgendes Polieren, oder durch
Drücken mit einem Diamanten hergestellt werden. Die Oberflächengüte dieser Flächen wird durch das
Zusammensetzen nicht beeinflusst, so dass man tatsächlich eine Werkzeugoberfläche erhält, deren ein- zelne Teilflächen höchste Oberflächengüte aufweisen. Dies ist bei andern Herstellungsverfahren für sol- che Flächen, z.
B. durch Prägen einzelner Elemente, Molletieren usw. nicht zu erreichen, da die ein- zelnen Flächen am fertigen Werkzeug für einen Poliervorgang nicht mehr zugänglich sind, insbesondere da die einzelnen Flächen nicht nur hochgradig poliert, sondern auch eben sein und zueinander eine bestimmte Orientierung der Fläche aufweisen müssen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht eingeschränkt auf die Erzeugung von Würfeleckenmustern, wenn auch solche Würfeleckenmuster einen besonders vorteilhaften Fall darstellen, bei dem die Möglichkeiten des Werkzeuges und des Verfahrens zur Herstellung dieses Werkzeuges voll zur Geltung kommen. Es ist aber leicht einzusehen, dass die sägezahnförmig ausgebildeten Längskanten der Elemente auch in anderer Weise ausgebildet werden können, so können sie beispielsweise mit einer kreisförmigen'oder sonst irgendwie bogenförmig begrenzten Teilung ausgeführt werden, wobei sie in ihrer Gesamtheit dann wieder ein regelmässiges Oberflächenmuster aus ganz definierten einzelnen Elementen bilden.
Sollen mit einem solchen Werkzeug aus plastischem Material regelmässige Würfeleckenmuster nach Art der Fig. 4 hergestellt werden, z. B. durch Prägen von Folien, so ergibt sich infolge der Elastizität des Materials eine gewisse Abweichung der Form der einzelnen Würfelelemente des geprägten Rasters ger genüber der der Elemente des Werkzeuges.
Es hat sich gezeigt, dass bei einem regelmässigen Würfeleckenmuster der von den einzelnen Kanten eingeschlossene Winkel auf keinen Fall grösser sein darf als 900, da in diesem Fall im allgemeinen nicht mehr die Reflexion an drei Würfelflächen auftritt, die für die richtige Reflexion in Richtung des auffallenden Lichtes erforderlich ist, sondern nur noch eine Reflexion an zwei Würfelflächen. Das so in falsche Richtung reflektierte Licht geht verloren und verschlechtert den Lichtwirkungsgrad der Fläche, d. h. die Lichtdichte mit der die Fläche einem Beobachter in Nähe der Lichtquelle, z. B. Autoscheinwerfer erscheint.
Sind dagegen die von den einzelnen Würfelflächen eingeschlossenen Winkel kleiner als 900, so tritt eine dreifache Reflexion des reflektierenden Lichtes auf und dieses gelangt, wenn auch unter einer gewissen Aufstreuung immer noch in die Nähe des Beschauers. Um mit Sicherheit zu erreichen, dass trotz der beim Prägen auftretenden Abweichung die einzelnen Kantenwinkel auf keinen Fall den Wert von 900 überschreiten, wählt man bei dem erfindungsgemässen Werkzeug die Winkel der Sägezahnkanten geringfügig kleiner als 900. Die Grösse dieser Abweichung hängt von der Elastizität und den Prägeeigenschaften des zu verarbeitenden Materials ab, sie liegt im allgemeinen in der Grössenordnung von etwa 5 .
Mit Hilfe des Werkzeuges hergestellte Oberflächen eignen sich mit Rücksicht auf ihre optischen Eigenschaften (gerichtete Reflexion) für die verschiedensten Zwecke, so beispielsweise zur Herstellung von Unterlagen für Aufsichtsbilder gemäss der österr. Patentschrift Nr. 224445, zum Prägen von Textilien oder Kunststoffolien, oder als wirksame Flächen von Verkehrszeichen. Auf keinen Fall aber soll durch diese Aufzählung die Anwendung des Werkzeuges auf irgend eines dieser Gebiete beschränkt sein.