DE19727132C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminaten dienenden Prägewerkzeug - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminaten dienenden PrägewerkzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Prägestruktur auf einem der Oberflächenformung von Preßla
minat dienenden Prägewerkzeug, das als Preßblech, Endlos
band oder Preßwalze ausgebildet ist. Preßlaminate in der
Art kunststoffbeschichteter Hartfaserplatten, Holzfaser
platten, Holzspanplatten, Glasfaserplatten u. dgl., die im
Möbelbau oder in der Raumausstattung Verwendung finden,
werden in zunehmendem Maße mit einer in die Oberfläche ein
geprägten Strukturierung versehen, deren Muster beliebig
sein kann. Zu solchen Mustern gehören beispielsweise Fein
strukturierungen oder Riffelungen, Noppen, aber auch eine
Strukturierung in der Art einer Holzmaserung. Das Einprägen
der Strukturierung geschieht mit Hilfe von Prägewerkzeugen,
die je nach der Herstellungsmethode verschieden sind. Bei
der gebräuchlichsten Preßmethode in Etagenpressen finden
großformatige planebene Preßbleche Verwendung, welche mit
einer Prägegravur versehen sind. Weiterhin finden Prägewal
zen oder Endlosbandpaare Anwendung, mit denen die Herstel
lung der Preßlaminate und deren Oberflächenprägung oder ei
ne Oberflächenprägung von Kunststoffbahnen u. dgl. er
folgt. Die Prägegravur in den Preßblechen, Preßwalzen oder
Endlosbändern wird überwiegend mit Hilfe der Ätzmethode
eingearbeitet, wobei eine sogenannte Ätzreserve in einem
vorgesehenen Muster auf das Preßwerkzeug aufgetragen und
der von der Ätzreserve freibleibende Flächenbereich durch
eine Ätzbehandlung je nach der Behandlungsdauer verschieden
tief weggeätzt wird. Der Auftrag des Ätzreservemusters kann
beispielsweise durch Aufdrucken oder nach dem sogenannten
fotografischen Reproduktionsverfahren erfolgen. Solche
Preßwerkzeuge sind für viele Pressungen mit den diskontinu
ierlich arbeitenden Etagenpressen geeignet. Das Auftragen
der Ätzreserve sowie die nachfolgende Ätzbehandlung können,
wie die DE-AS 27 06 947 zeigt, ein - oder mehrfach wieder
holt werden, um eine mehrstufige Ätzgravur zu erzielen. Je
de Ätzgravur erfordert jedoch in nachteiliger Weise mehrere
Behandlungsstufen, so daß das Ätzverfahren zeitaufwendig
und teuer ist.
Die Erfindung geht weiterhin von dem bekannten Elysierver
fahren zur Herstellung von Gravuren und ähnlichen Struktu
ren auf metallischen Werkstücken aus. Ein in DE 73 09 401 U
beschriebenes Elysierverfahren betrifft das Auftragen einer
rasterförmigen Markierung auf die Oberfläche von Werkstüc
ken, um deren Verformungseigenschaften studieren zu können.
Hierfür wird eine Walzenelektrode, auf deren Mantel ein mit
Elektrolyt getränktes Vlies und eine Rasterfolie aufge
spannt ist, auf der mit dem Raster bzw. Meßgitter zu verse
henden Fläche des Werkstücks abgerollt. Auch in DE-OS 14 96
792 ist die Markierung durch Buchstaben u. dgl. von metal
lischen Werkstücken mit Hilfe des Elysierverfahrens be
schrieben. Um derartige Markierungen in unebenen Flächen
des Werkstücks einarbeiten zu können, wird eine mit einer
reliefartigen Markierung versehene elastische Elektroden
platte verwendet, die unter Zwischenlage eines mit Elektro
lyt getränkten Bandes gegen die Fläche des Werkstücks ge
preßt wird. Beide Elysierverfahren sind für großformatige
Prägewerkzeuge völlig ungeeignet. Mit dem Einarbeiten von
Mustern in Rotationskörpern nach dem Elysierverfahren be
faßt sich JP 0 726 8699 A. Auf zwei parallelen Drehwellen
sind zwei formgleiche Rotationskörper angebracht, von denen
die eine mit einer Isoliermaske versehen ist, deren Muster
in die Mantelfläche des anderen Rotationskörpers eingear
beitet werden soll. Beide Rotationskörper liegen mit etwas
Abstand nebeneinander und werden synchron gedreht, wobei in
den Spalt Elektrolyt gepumpt wird. Auch dieses Elysierfah
ren ist zur Herstellung einer Prägegravur in einen großfor
matigen Prägewerkzeug unbrauchbar.
Desweiteren ist aus EP 0 631 837 A1 die Herstellung von
Prägewalzen mittels einer elektroerosiven Bearbeitung be
kannt. Als Elektrode dient eine ebene Platte, die mit einer
negativen Struktur versehen ist. In ein dielektrisches Bad
wird die zu bearbeitende Metallwalze ganz und die Oberflä
che der Elektrodenplatte eingetaucht. Metallwalze und Elek
trodenfläche werden einander genähert. Bei der Erosionsbe
handlung rotiert die Metallwalze und es werden die Elektro
denplatte und die Metallwalze relativ zueinander verscho
ben. Bei diesem Verfahren findet eine Lichtbogen- oder Fun
kenerosion statt. Dieses Verfahren ist zur Herstellung ei
ner Prägegravur auf großformatigen Prägewerkzeugen völlig
ungeeignet. Da bei der Elektroerosion an der mit der nega
tiven Prägestruktur versehenen Elektrode ein erheblicher
Werkstoffverschleiß stattfindet, ist schon nach kurzer Be
arbeitungszeit die negative Prägestruktur so verändert, daß
auf dem großformatigen Prägewerkzeug keine exakt gleiche
Prägestruktur über die Gesamtfläche erhältlich ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf
einem der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden Prä
gewerkzeug, das als großformatiges Preßblech, Endlosband
oder Prägewalze ausgebildet ist, eine schnellere und preis
wertere Strukturierung zu ermöglichen. Hierfür sieht die
Erfindung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale vor.
Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise das an sich be
kannte Elysierverfahren für die großflächigen Preßwerkzeu
ge, die als Preßblech Flächenabmessungen von z. B. 230 ×
660 cm oder als Endlosband eine Bandbreite von z. B. 100
bis 200 cm haben können. Dies wird durch die kathodisch ge
schaltete Rotationselektrode ermöglicht, die mit der Nega
tivform der Prägestruktur versehen ist und innerhalb des
Elektrolytbades über der zu strukturierenden Fläche des an
odisch geschalteten Preßwerkzeugs kongruent, das heißt flä
chengenau abrollt, wobei der elektrochemische Vorgang ab
läuft. Das Elysieren zeichnet sich dadurch aus, daß an der
ätzbaren metallischen Oberfläche des Preßwerkzeugs, eine
anodische Auflösung des Metalls geschieht, indem Metallato
me unter Abgabe einer ihrer Wertigkeit entsprechenden La
dung in Lösung gehen, in der sie sich mit den an der katho
dischen Rotationselektrode gebildeten Hydroxylionen zu un
löslichem Metallhydroxid verbinden. Im Elektrolytbad findet
der Ladungstransport statt, wobei der Elektrolyt jedoch
nicht an der chemischen Reaktion beteiligt ist. Für eine
genaue Abbildung der Struktur ist der Bearbeitungsspalt,
das heißt der Abstand zwischen Preßwerkzeug und Rotationse
lektrode sehr klein zu halten und sind hohe Stromdichten zu
wählen. Außerdem ist der Elektrolyt umzuwälzen, zu kühlen
und das ausgeschiedene Metallhydroxid abzutrennen.
Eine zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem der
Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden großformatigen
Preßblechen geeignete Vorrichtung kann beispielsweise ein
Elektrolytbecken mit einem aus einem elektrisch isolieren
den Werkstoff bestehenden Auflagetisch für das Preßblech
aufweisen, sowie eine walzenförmige Rotationselektrode, de
ren Manteloberfläche eine Negativform der Prägestruktur
darstellt, Antriebseinrichtungen zum flächengenauen Abrol
len von Preßblech und Rotationselektrode und Einrichtungen
zur Erzeugung und Steuerung eines Elysierstroms und zum
Stromanschluß an das Preßblech und die Rotationselektrode.
Die Negativform der Prägestruktur kann beliebig sein, auch
mehrstufig bzw. reliefartig. Für ein flächengenaues Abrol
len der Rotationselektrode mit etwas Abstand über dem Preß
blech kann die Rotationselektrode mit einem Getriebe für
einen synchronen Dreh- und Fahrantrieb versehen sein, so
daß die Rotationselektrode über das Preßblech bewegt wird
und sich dabei kongruent, das heißt flächengenau zum Preß
blech abrollt. Umgekehrt kann aber auch das Preßblech mit
tels eines verfahrbaren Auflagetisches unter einer ortsfe
sten Rotationselektrode entlanggeführt werden, wobei eben
falls für ein flächengenaues Abrollen zu sorgen ist, das
auch durch elektronische Steuerung des Fahrantriebes und des
Drehantriebes geschehen kann. Der Elysiervorgang geschieht
in einer relativ schmalen, sich über die Breite des Preß
bleches erstreckende Zone unter der Rotationselektrode, die
beispielsweise 5 bis 20 mm betragen kann. Um das elektri
sche Feld zwischen Preßblech und Rotationselektrode auf
diese Zone zu begrenzen und die Abbildungsgenauigkeit zu
erhöhen, ist zweckmäßig eine die Rotationselektrode abdec
kende Haube vorgesehen, die im Elektrolytbereich einen ent
sprechend breiten koaxialen Schlitz aufweist. Der Abstand
zwischen der Rotationselektrode und dem Preßblech hängt von
den Stromwerten und der Zusammensetzung des Elektrolyten ab
und reicht etwa von 0,8 bis 2 mm. Um eine völlig planebene
Auflage des Preßblechs auf dem Auflagetisch zu erzielen,
ist der Auflagetisch zweckmäßig als Vakuumspanntisch ausge
bildet.
Soll die Prägestruktur auf die Oberfläche eins Endlosbandes
durch Elysieren eingearbeitet werden, kann eine ähnliche
Vorrichtung Verwendung finden, wobei zweckmäßig das Endlos
band von Rollen bewegt und mit dem Untergurt an einer orts
festen Rotationselektrode "abgerollt" wird. Zur Strukturie
rung einer Prägewalze kann diese im Elektrolytbad mit einer
Rotationselektrode synchron abgerollt werden.
In der schematischen Zeichnung ist die Erfindung anhand ei
ner zur Strukturierung eines Preßblechs geeigneten Vorrich
tung erläutert; es zeigt
Fig. 1 die Vorrichtung in einem Längsschnitt
Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Grundriß und
Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in einem größeren Maß
stab.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient der
Herstellung einer Prägestruktur auf einem Preßblech 1, das
zum Pressen und zur Oberflächenformung von Preßlaminaten
verwendet wird. Üblicherweise haben die Preßbleche Flächen
abmessungen von etwa 230 × 660 cm. Sie bestehen aus Stahl
blech und können mit einer zusätzlichen Metallbeschichtung
z. B. aus Kupfer, Nickel o. dgl. versehen sein. Die Ober
flächenstruktur im Preßblech kann entsprechend den Wünschen
der Möbelindustrie verschieden sein, z. B. gemustert oder
gleichmäßig matt, mehrstufig, in der Art einer Holzmaserung
u. dgl. Auch kann das Preßblech entsprechend EP 0 536 339
B1 mit einer Unterstruktur versehen werden. Erfindungsgemäß
wird die Prägestruktur in das Prägeblech durch Elysieren
eingearbeitet. Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist in
der Zeichnung schematisch dargestellt.
Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Maschi
nenbett 2 mit einem Vakuumspanntisch 3, auf den das zu be
handelnde Preßblech 1 gelegt wird. Zugeordnet ist ein Elek
trolytbecken 4, das aus einem elektrisch isolierenden Werk
stoff, z. B. Kunststoff besteht und in dem sich ein für das
Elysierverfahren geeigneter flüssiger Elektrolyt 5 befin
det, der z. B. NaCl, NaNO3 oder auch Säuren enthält. Der
Elektrolyt 5 ist mit einem Umlaufsystem versehen, zu dem
eine am Stirnende des Elektrolytbeckens 4 angeordnete Über
laufrinne 6 gehört. Wesentlicher Bestandteil die Vorrichtung
ist eine Rotationselektrode 7, die sich über die Breite des
Elektrolytbeckens 4 erstreckt und in Längsrichtung des
Beckens verfahrbar ist. Ihr Durchmesser kann etwa 200 bis
300 mm betragen. Die metallische Mantelfläche der Rotati
onselektrode 7 ist mit der Negativform der in das Preßblech
1 einzuarbeitenden Prägestruktur versehen. Die negative
Prägestruktur kann beispielsweise durch die übliche Ätzme
thode in die Mantelfläche der Rotationselektrode 7 eingear
beitet sein. Weiterhin ist eine die Rotationselektrode 7
abdeckende Haube 8 vorgesehen, die einerseits an ihrem obe
ren Ende eine Zulaufrinne 9 für den umlaufenden flüssigen
Elektrolyt 5 und anderseits am unteren Ende einen Schlitz
10 aufweist, der koaxial zur Rotationselektrode 7 verläuft.
Durch den Schlitz wird die Bearbeitungsbreite des Elysier
vorgangs bestimmt, sie liegt etwa zwischen 5 bis 20 mm. Die
Rotationselektrode 7 taucht teilweise in den Elektrolyt 5
ein, jedoch nur soweit, daß zur Oberfläche des Preßblechs 1
noch ein Abstand verbleibt, dessen Größe von den elektro
chemischen Verhältnissen, z. B. Zusammensetzung des Elek
trolyten 5, Stromstärke, elektrische Feldstärke, abhängt
und etwa 0,8 bis 2 mm betragen kann. Eine Antriebseinrich
tung 11 trägt dafür Sorge, daß die Verdrehung der Rotation
selektrode 7 und deren Bewegung über dem fest auf dem Vaku
umspanntisch 3 angeordneten Preßblech 1 über ein Getriebe
oder synchronisierte Einzelantriebe (in der Zeichnung nicht
dargestellt) so koordiniert sind, daß der Mantelumfang kon
gruent, das heißt flächengenau über der zu strukturierenden
Oberfläche des Preßblechs 1 abrollt. Als Hilfeeinrichtung
ist noch eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte
Elektrolytumwälzeinrichtung vorgesehen, welche den Elektro
lyt 5 von der Überlaufrinne 6 in die Zulaufrinne 9 fördert
und der auch eine Abscheidevorrichtung für das ausgefällte
Metallhydroxid beigefügt werden kann. Schließlich gehört
zur Vorrichtung noch eine elektrische Einrichtung zur Er
zeugung und Steuerung eines Elysierstroms und zum anodi
schen Stromanschluß an das Preßblech 1 und zum kathodischen
Anschluß der Rotationselektrode 7. Die Stromdichte kann im
Bearbeitungsbereich, das heißt im Schlitz 10 etwa 500 bis
10000 A/dm2 betragen.
Der Elysiervorgang läuft auf folgende Art und Weise ab:
Nachdem das zu strukturierende Preßblech 1 auf dem Vakuum
spanntisch 3 planeben fixiert ist, wird es an die Anode an
geschlossen. Gleichzeitig mit dem Elysierstrom wird der ko
ordinierte Dreh- und Fahrantrieb der Rotationselektrode 7
und die Elektrolytumwälzeinrichtung eingeschaltet. Bei dem
kongruenten Abrollen wird die Struktur durch Elysieren in
die Oberfläche des Preßblechs 1 eingearbeitet. Die Arbeits
weise geschieht von einem zum andere Ende des Preßblechs 1.
Die im Elektrolyten 5 an der kathodischen Rotationselektro
de 7 gebildeten OH-Ionen binden die an dem anodischen Preß
blech 1 gebildeten Metall-Ionen zu Metallhydroxid, das aus
fällt. Die Metall-Ionen wandern dabei aus der Oberfläche
des Preßblechs 1 heraus und hinterlassen Vertiefungen, wel
che die Strukturierung bilden. Da die für die Metallablö
sung maßgebliche Stromdichte vom Abstand zwischen Anode und
Kathode abhängt, wird die gegebenenfalls mehrstufige Nega
tivform der Rotationselektode 7 genau auf dem Preßblech 1
abgebildet.
Wenngleich das erfindungsgemäße Strukturierungsverfahren
nach der Elysiermethode am Beispiel der Strukturierung ei
nes großformatigen Preßblechs beschrieben ist, läßt sich
dieses Verfahren auch zur Strukturierung von Endlosbändern
oder Preßwalzen anwenden, wobei lediglich die Vorrichtung
entsprechend anzupassen ist. Im Falle eines Endlosbandes
kann dieses über Rollen laufen, mit einem Umlaufgetriebe
versehen sein und mit dem Untergurt durch das Elektrolytbad
geführt werden, während die Rotationselektrode ortsfest an
geordnet ist. Eine Prägewalze, die sich auch zur Struktu
rierung von Kunststoff-Folien verwenden läßt, kann man mit
einer Rotationselektrode im Elektrolytbad ebenfalls syn
chron und kongruent abrollen lassen.
Die erfindungsgemäß strukturierten Prägewerkzeuge (Preß
blech, Endlosbänder, Preßwalzen) können anschließend auf
übliche Weise mit einem Finish, z. B. mit einer Hartver
chromung versehen werden.
1
Preßblech
2
Maschinenbett
3
Vakuumspanntisch
4
Elektrolytbecken
5
Elektrolyt
6
Überlaufrinne
7
Rotationselektrode
8
Haube
9
Zulaufrinne
10
Schlitz
11
Antriebseinrichtung
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem
der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden Präge
werkzeug, das als Preßblech, Endlosband oder Preßwalze
ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prä
gestruktur durch Elysieren in das Prägewerkzeug einge
arbeitet wird, wobei das Prägewerkzeug in ein elektro
lytisches Bad taucht und anodisch an eine Gleichstrom
quelle angeschlossen ist, und eine kathodisch geschal
tete walzenförmige Rotationselektrode, deren Mantelflä
che mit einer Negativform der Prägestruktur versehen
ist teilweise in das Elektrolytbad eintaucht und mit
Abstand über der zu strukturierenden Fläche des Preß
werkzeugs kongruent abgerollt wird.
2. Vorrichtung zur Herstellung einer Prägestruktur auf ei
nem der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden
Preßblech (1), gekennzeichnet durch ein Elektrolytbec
ken (4) mit einem aus einem elektrisch isolierenden
Werkstoff bestehenden Auflagetisch (3) für ein Preß
blech, eine walzenförmige Rotationselektrode (7), deren
Manteloberfläche eine Negativform der die Prägestruktur
darstellenden Struktur aufweist, Antriebseinrichtungen
zum flächengenauen Abrollen des Preßblechs (1) und der Rota
tionselektrode (7) sowie eine Einrichtung zur Erzeugung und
Steuerung eines Elysierstroms und zum Anschluß an das
Preßblech und die Rotationselektrode.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche der Rotationselektrode (7) mit einer
ein- oder mehrstufigen negativen Prägestruktur versehen
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Rotationselektrode (7) mit einem Ge
triebe für einen synchronen Dreh- und Fahrantrieb ver
sehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekenn
zeichnet durch eine die Rotationselektrode (7) abdec
kende Haube (8), die im Elysierbereich einen koaxialen
Schlitz (10) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Rotationselek
trode (7) und dem Preßblech (1) etwa 0,8 bis 2 mm be
trägt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis S. dadurch
gekennzeichnet, daß der Auflagetisch als Vakuumspann
tisch (3) ausgebildet ist.
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