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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Scherteilen.
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Scherteile
können
auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. So ist es beispielsweise
bekannt, zunächst
Rohlinge herzustellen und diese dann durch einen Schleifprozeß in ihre
endgültige Form
zu bringen. Je komplexer die Form der Scherteile ist, desto schwieriger
ist es allerdings, hohe Schneidkantenqualitäten durch Schleifen zu erzielen. Ebenso
ist es auch bekannt, Scherteile mit Hilfe von Ätztechniken herzustellen. Beim
Einsatz von Ätztechniken
bestehen jedoch Einschränkungen
im Hinblick auf die realisierbaren Geometrien der Scherteile. Schließlich besteht
noch die Möglichkeit,
Scherteile mittels galvanischer Verfahren herzustellen. Dabei werden
positive Metallionen aus einem flüssigen Elektrolyten an einer
Kathode neutralisiert und am Ort der Kathode abgeschieden. Um die
Konzentration der Metallionen im Elektrolyten konstant zu halten, wird
die gleiche Menge an Metallionen an einer Anode in Lösung gebracht.
Die Geschwindigkeit der Metallabscheidung und damit auch die nach
einer bestimmten Abscheidezeit erreichte Schichtdicke hängen unter
anderem von der Stromdichte und der Konzentration der Metallionen
im Elektrolyten ab.
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Die
konkrete Vorgehensweise beim Einsatz von galvanischen Verfahren
ist beispielsweise in „Handbuch
der Galvanotechnik",
Carl Hanser Verlag (1966) Seiten 927 bis 937 für die Herstellung von Sieben
und insbesondere auch von Scherfolien offenbart. Die Herstellung
erfolgt jeweils mit Hilfe eines Trägermaterials, auf dem ein Muster
von elektrisch leitenden und isolierenden Bereichen zur Vorgabe der
gewünschten
Siebstruktur ausgebildet ist. Das Trägermaterial wird galvanisch
beschichtet, wobei sich lediglich auf den elektrisch leitenden Bereichen ein
metallischer Überzug
ausbildet. Die isolierenden Bereiche bleiben von dem Überzug ausgespart.
Dadurch wird der metallische Überzug
in einer Struktur ausgebildet, die dem auf dem Trägermaterial
vorgegebenen Muster entspricht. Anschließend wird die Struktur vom
Trägermaterial
abgelöst
und damit ist das Sieb weitgehend fertiggestellt. Auf diese Weise lassen
sich einfache Siebstrukturen relativ effizient herstellen. Allerdings
stößt das Verfahren
an seine Grenzen, wenn das gewünschte
Produkt eine komplexe dreidimensionale Struktur bzw. scharte Kanten mit
hoher Qualitätsanforderung
aufweist.
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Aus
der
DE 30 03 379 A1 ist
ein Verfahren zur Herstellung einer Scherfolie bekannt, bei dem
auf eine Metallplatte eine Nickelschicht abgeschieden wird, auf
der mittels Fotolack ein elektrisch isolierendes Muster ausgebildet
wird. Anschließend
wird eine Metallzwischenfolie aus Nickel abgeschieden, wobei insbesondere
gegen Ende der Abscheidung Polyvinylchlo rid-Teilchen in die Metallzwischenfolie
eingebaut werden. Dadurch wird erreicht, daß in der anschließend abgeschiedenen
Scherfolie aus Nickel rundliche Erhebungen ausgebildet werden, die
verbesserte Gleiteigenschaften der Scherfolie auf der Haut zur Folge
haben. Die Scherfolie wird schließlich durch Abriß von der
Metallzwischenfolie entfernt.
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Die
US 4,552,832 offenbart ein
Verfahren zur Herstellung von Scherfolien, bei dem auf einer elektrisch
leitenden Platte mittels einer isolierenden Beschichtung ein Muster
ausgebildet wird. Anschließend
werden nacheinander eine festhaftende Metallschicht, eine lösbare Metallzwischenfolie
und die Scherfolie abgeschieden. Die Schichtdicken werden dabei
so gewählt,
daß die
Metallzwischenfolie die isolierende Schicht überragt. Nach Beendigung des Abscheidevorgangs
werden die Metallzwischenfolie und die Scherfolie gemeinsam abgezogen
und schließlich
die Scherfolie von der Metallfolie abgetrennt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Scherteilen
möglichst
optimal zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim
ertindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung von Scherteilen durch galvanische Materialabscheidung
wird jeweils die Form des Scherteils bereichsweise durch ein erstes
Werkzeug vorgegeben. Die Besonderheit des ertindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die
Form des Scherteils bereichsweise durch ein zweites Werkzeug, welches zusammen
mit dem ersten Werkzeug mindestens eine Kavität bildet, vorgegeben wird und
in einer Übergangszone,
in der das erste Werkzeug und das zweite Werkzeug aneinander grenzen,
eine erste Schicht ausgebildet wird, die kein permanenter Bestandteil
des Scherteils ist.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, daß sie
die Herstellung von Scherteilen hoher Qualität ermöglicht. Insbesondere lassen
sich damit geometrisch exakt ausgebildete Schneidkanten erzeugen,
die frei von Unterwachsungen und Lücken sind. Dies wirkt sich
positiv auf die Haltbarkeit der Scherteile aus, da eine auf die
Scherteile aufgebrachte Verschleißschutzschicht nicht durch
ausbrechende Unterwachsungen beschädigt wird. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, daß mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren Schneidkanten
mit sehr kleinen Kantenradien ausgebildet werden können. Dadurch
kann die Schneidkraft beim Einsatz der Scherteile vergleichsweise
gering gehalten werden. Schließlich
ist es noch von Vorteil, daß das
erfindungsgemäße Verfahren
nicht nur zur Herstellung einfach geformter Scherteile, son dern
auch für
Scherteile mit einer komplexen dreidimensionalen Struktur eingesetzt
werden kann.
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Die
erste Schicht wird vorzugsweise durch galvanische Materialabscheidung,
insbesondere durch galvanische Abscheidung von Nickel, ausgebildet.
Dabei kann das Material auf das erste Werkzeug abgeschieden werden.
Typischerweise wird die erste Schicht in einer Schichtdicke in der
Größenordnung
von 10 μm
ausgebildet. Die erste Schicht läßt sich
somit schnell und ohne großen
Aufwand herstellen.
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Um
ein späteres
Ablösen
der ersten Schicht zu erleichtern, kann die freie Oberfläche der
ersten Schicht passiviert werden. Hierzu kann eine Passivierungslösung über die
freie Oberfläche
der ersten Schicht geleitet werden. Eine besonders wirksame Passivierung
läßt sich
dadurch erreichen, daß auf
der freien Oberfläche
der ersten Schicht eine passivierende Schicht, insbesondere aus
Sulfid, ausgebildet wird.
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Im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann durch galvanische Materialabscheidung, insbesondere durch galvanische
Abscheidung von Nickel, eine zweite Schicht ausgebildet werden,
die ein permanenter Bestandteil des Scherteils ist. Die zweite Schicht
kann auf der passivierten Oberfläche der
ersten Schicht ausgebildet werden. Dabei kann die Erstreckung der
zweiten Schicht quer zu einer Richtung, in der das Material für die zweite
Schicht abgeschieden wird, durch das zweite Werkzeug vorgegeben
werden. Somit kann die zweite Schicht in einer sehr paßgenauen
Form, die durch die erste Schicht und das zweite Werkzeug gebildet
wird, hergestellt werden. Insbesondere wirken sich etwaige geometrische
Unregelmäßigkeiten
in der Übergangszone
zwischen dem ersten Werkzeug und dem zweiten Werkzeug nicht auf
die Ausbildung der zweiten Schicht aus, da diese Übergangszone
von der ersten Schicht abgedeckt wird. Ein weiterer Schritt des
erfindungsgemäßen Verfahrens
kann darin bestehen, daß das
Scherteil der durch das erste Werkzeug und das zweite Werkzeug gebildeten
Anordnung entnommen und die erste Schicht von der zweiten Schicht entfernt
wird. Die erste Schicht ist danach nicht mehr Bestandteil des Scherteils,
so daß die
in der ersten Schicht ausbildeten Unregelmäßigkeiten beim fertigen Scherteil
nicht mehr vorhanden sind. Zur Entnahme des Scherteils können das
erste Werkzeug und das zweite Werkzeug voneinander separiert werden. Um
eine möglichst
lange Lebensdauer des Scherteils zu erzielen, kann dieses wenigstens
bereichsweise mit einer Verschleißschutzschicht überzogen
werden.
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Zur
Materialabscheidung kann ein Elektrolyt durch die Kavität gepumpt
werden. Das Vorhalten eines Bads ist dann nicht erforderlich, da
der Elektrolyt durch das erste und das zweite Werkzeug eingeschlossen
wird. Nach Ausbildung und/oder nach Passivierung der ersten Schicht
kann eine Spülflüssigkeit,
insbesondere Wasser, durch die Kavität gepumpt werden, um die jeweils
verwendeten Chemikalien wieder aus der Kavität zu entfernen.
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Das
erste Werkzeug kann wenigstens bereichsweise elektrisch leitend
und das zweite Werkzeug wenigstens bereichsweise elektrisch isolierend ausgebildet
werden. Dadurch wird eine selektive Materialabscheidung auf das
erste Werkzeug ermöglicht.
Insbesondere können
das erste Werkzeug wenigstens zum Teil aus Metall und das zweite
Werkzeug wenigstens zum Teil aus Kunststoff gefertigt werden. Ein
besonders kompakter Aufbau und eine schnelle und gleichmäßige Materialabscheidung kann
erreicht werden, wenn das erste Werkzeug als eine Kathode betrieben
wird und im zweiten Werkzeug eine Anode angeordnet wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich beispielsweise zur Herstellung eines Scherteils, das
als ein Untermesser eines elektrischen Rasierapparats ausgebildet
ist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels, das
sich auf die Herstellung eines Untermessers für einen elektrischen Rasierapparat
bezieht, näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß hergestellten
Untermessers eines elektrischen Rasierapparats in perspektivischer
Darstellung,
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2 einen
der Messerstege des in 1 dargestellten Untermessers
in Schnittdarstellung,
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3 eine
Anordnung zur Herstellung des Untermessers in einer ausschnittsweisen
Schnittdarstellung und
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
der 3.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß hergestellten
Untermessers 1 eines elektrischen Rasierapparats in perspektivischer Darstellung.
Das Untermesser 1 weist einen Grundkörper 2 auf, der eine
halbzylindrische Form besitzt und an den sich zwei Flanken 3 tangential
anschließen. Der Grundkörper 2 wird
durch eine Reihe von Messerstegen 4 gebildet, die in regelmäßiger Abfolge
nebeneinander angeordnet sind, wobei je zwei benachbarte Messerstege 4 jeweils
durch einen Zwischenraum 5 voneinander getrennt sind. Die
Form der Messerstege 4 geht im einzelnen aus 2 hervor.
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2 zeigt
einen der Messerstege 4 des in 1 dargestellten
Untermessers 1 in Schnittdarstellung. Die gewählte Schnittebene
verläuft
quer zur Richtung der Haupterstreckung des Messerstegs 4. Der
Messersteg 4 weist zwei scharfe Schneidkanten 6 auf,
die auf einander entgegengesetzten Seiten einer Außenfläche 7 des
Untermessers 1 angeordnet sind. Die Außenfläche 7 begrenzt den
Messersteg 4 radial nach außen. Radial nach innen wird
der Messersteg 4 durch eine Innenfläche 8 des Untermessers 1 begrenzt,
die parallel zur Außenfläche 7 verläuft, wenn
der Messersteg 4 eine konstante Dicke aufweist. Um die
scharfen Schneidkanten 6 auszubilden, verjüngt sich
der Messersteg 4 von der Außenfläche 7 zur Innenfläche 8,
so daß das
Untermesser 1 insgesamt eine relativ komplexe Form aufweist.
Die Herstellung des Untermessers 1, insbesondere die Ausbildung
qualitativ hochwertiger Schneidkanten 6, wird im folgenden
näher beschrieben.
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3 zeigt
eine Anordnung zur Herstellung des Untermessers 1 in einer
ausschnittsweisen Schnittdarstellung. Die Schnittebene wurde bezüglich des
Untermessers 1 analog zu 2 gewählt. Ein
nochmals vergrößerter Ausschnitt
aus der 3 ist in 4 dargestellt.
Die in den 3 und 4 dargestellte
Anordnung weist einen Metallblock 9 und einen Kunststoffstempel 10 auf.
Der Kunststoffstempel 10 besteht aus mehreren Kunststoffplatten 11,
die jeweils durch schmale Lücken 12 voneinander getrennt
sind. Die Lücken 12 sind
Bestandteile einer durch den Kunststoffstempel 10 und den
Metallblock 9 gebildeten Kavität, die von einem Elektrolyten gleichmäßig durchströmt wird.
Aus dem Elektrolyten werden Metallionen auf den Metallblock 9 abgeschieden
und dabei neutralisiert. Hierzu wird der Metallblock 9 auf
ein negatives Potential gelegt und dient somit als Kathode. Gleichzeitig
gehen bei einer figürlich
nicht dargestellten Anode, die in einer Aussparung des Kunststoffstempels 10 angeordnet
ist, Metallionen in Lösung.
Für die
Ausbildung des Untermessers 1 eignet sich insbesondere
ein Elektrolyt, der Nickelionen enthält. Durch die Abscheidung der Nickelionen
auf den Metallblock 9 wird eine erste Nickelschicht 13 aufgebaut.
Die laterale Ausdehnung der ersten Nickelschicht 13 wird
durch die Kunststoffplatten 11 begrenzt, wobei etwaige Spalte 14 zwischen
den Kunststoffplatten 11 und dem Metallblock 9 von
der ersten Nickelschicht 13 aufgefüllt werden. Typischerweise
wird der Abscheideprozeß solange aufrecht
erhalten, bis die erste Nickelschicht 13 eine Schichtdicke
von ca. 10 μm
erreicht. Dann ist bei Fertigungstoleranzen für den Metallblock 9 und
den Kunststempel 10 von ca. 1 μm gewährleistet, daß sämtliche
Spalte 14 zwischen den Kunststoffplatten 11 und
dem Metallblock 9 durch die erste Nickelschicht 13 abgedeckt
sind. Zudem werden etwaige Unebenheiten der Oberfläche des
Metallblocks 9 ausgeglichen.
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Wenn
die erste Nickelschicht 13 die gewünschte Schichtdicke erreicht
hat, wird der Elektrolyt durch Spülen mit Wasser aus der Kavität entfernt. Hierzu
wird die in den 3 und 4 dargestellte Anordnung
nicht zerlegt. Das Wasser wird durch figürlich nicht dargestellte Kanäle im Kunststoffstempel 10 gepumpt.
Nach Beendigung des Spülvorgangs
wird die freie Oberfläche
der ersten Nickelschicht 13, die weder durch den Metallblock 9 noch durch
die Kunststoffplatten 11 abgedeckt ist, passiviert. Hierzu
wird eine Passivierungslösung
durch die Kavität
gepumpt. Als Passivierungslösung
eignet sich beispielsweise eine Natriumbisulfit-Lösung, durch
die eine dünne
Sulfidschicht 15 auf der freien Oberfläche der ersten Nickelschicht 13 ausgebildet wird.
Durch Spülen
mit Wasser wird die Passivierungslösung aus der Kavität entfernt.
Anschließend wird
die Kavität
wieder mit dem Elektrolyten gefüllt, um
eine zweite Nickelschicht 16 galvanisch abzuscheiden. Da
die erste Nickelschicht 13 mit der Sulfidschicht 15 überzogen
ist, haftet die zweite Nickelschicht 16 allerdings nicht
sehr fest an der ersten Nickelschicht 13. Wenn die zweite
Nickelschicht 16 die gewünschte Schichtdicke erreicht
hat, wird die Abscheidung beendet und das auf die beschriebene Weise
hergestellte Untermesser 1 aus der vom Kunststoffstempel 10 und
vom Metallblock 9 gebildeten Anordnung entnommen. Dabei
wird auch die erste Nickelschicht 13 von der zweiten Nickelschicht 16 entfernt.
Dies bedeutet, daß lediglich
die zweite Nickelschicht 16 ein permanenter Bestandteil
des Untermessers 1 ist. Die erste Nickelschicht 13 ist
kein permanenter Bestandteil des Untermessers 1, sondern
dient dazu, die fertigungsbedingten Spalte 14 in der Übergangszone
zischen dem Kunststoffstempel 10 und dem Metallblock 9 abzudecken.
Um die Entnahme des Untermessers 1 zu ermöglichen,
werden der Kunststoffstempel 10 und der Metallblock 9 voneinander
separiert.
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Würde man
auf die erfindungsgemäß vorgesehene
erste Nickelschicht 13 verzichten, würden die Schneidkanten 6 des
Untermessers 1 in der Übergangszone
zwischen dem Kunststoffstempel 10 und dem Metallblock 9 ausgebildet
und ließen
sich somit nicht exakt in der gewünschten Geometrie fertigen. Insbesondere
käme es
durch die Spalte 14 im Bereich der Schneidkanten 6 zu
Unterwachsungen des Kunststoffstempels 10, die beim späteren Ge brauch des
Untermessers 1 weitgehend abbrechen würden. Dadurch würde die
Scharfkantigkeit der Schneidkanten 6 reduziert werden,
so daß beim
Einsatz des Untermessers 1 für eine Rasur eine erhöhte Schneidkraft
erforderlich wäre.
Auch eine gezielte Entfernung der Unterwachsungen, beispielsweise
durch elektrochemisches Entgraten, würde zu einer Reduzierung der
Scharfkantigkeit führen.
Ein weiteres Problem entstünde
dadurch, daß beim
Entfernen der Unterwachsungen eine üblicherweise auf das Untermesser 1 aufgebrachte
Verschleißschutzschicht
im Bereich der Schneidkanten 6 beschädigt würde und dadurch die Haltbarkeit
des Untermessers 1 reduziert würde.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
hat zur Folge, daß die
Ausbildung der Schneidkanten 6 aus der Übergangszone zwischen dem Kunststoffstempel 10 und
dem Metallblock 9 herausverlagert wird, ohne daß dies Probleme
beim Entformen des Untermessers 1 zur Folge hätte. Dadurch
können
die Schneidkanten 6 des Untermessers 1 ohne Unterwachsungen
und mit sehr kleinen Kantenradien hergestellt werden, die typischerweise
bei 0,25 μm
liegen. Unterwachsungen treten lediglich im Bereich der ersten Nickelschicht 13 auf,
die gegen Ende des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
ohnehin vom Untermesser 1 entfernt wird. Danach kann beispielsweise
eine Verschleißschutzschicht
insbesondere im Bereich der Schneidkanten 6 auf das Untermesser 1 aufgebracht
werden.
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Die
erste Nickelschicht 13 und die zweite Nickelschicht 16 werden
vorzugsweise durch eine lamellare Abscheidung von Nickel ausgebildet.
Anstelle von Nickel können
für das
erfindungsgemäße Verfahren
auch andere Metalle oder Legierungen eingesetzt werden. Dabei kann
die Passivierung der zuerst abgeschiedenen Schicht jeweils chemisch
oder elektrochemisch erfolgen.
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Beim
beschriebenen Ausführungsbeispiel weist
der Kunststoffstempel 10 mehrere Kunststoffplatten 11 auf.
In analoger Wiese kann auch der Metallblock 9 aus mehreren
Einzelkomponenten zusammengesetzt sein.
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Der
Einsatz der Erfindung ist nicht auf die Herstellung des Untermessers 1 begrenzt.
Es können
in entsprechender Weise auch andere Scherteile hergestellt werden.
Dabei wird jeweils die Grundform des Scherteils durch die Form des
Trägers
vorgegeben, auf den das Material abgeschieden wird. In Abscheiderichtung
kann diese Form durch eine homogene Metallionenkonzentration und
Stromdichte im Elektrolyten fortgeschrieben werden. Besonders gute Ergebnisse
lassen sich dann erzielen, wenn der Elektrolyt eine laminare Strömung ausbildet.
Zudem sollte die Strömung
des Elektrolyts möglichst
parallel zur Abscheidefront verlaufen. Durch Barrieren, auf die kein
Material abgeschieden wird, wird die Erstreckung des Scherteils
quer zur Abscheiderichtung festgelegt. In der Übergangszone zwischen den Barrieren
und dem Träger
wird analog zum beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Materialschicht
ausgebildet, die kein permanenter Bestandteil des Scherteils ist.