DE202015005608U1

DE202015005608U1 - Ausrüstung einer metallischen Pressblech- und Endlosband-Oberfläche mit einer tribologisch positiven Schicht, um den vorzeitigen Verschleiß der Oberflächen entgegenzuwirken

Info

Publication number: DE202015005608U1
Application number: DE202015005608.3U
Authority: DE
Original assignee: Rolf Espe
Current assignee: Hueck Rheinische GmbH
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2015-09-11
Anticipated expiration: 2025-08-08

Abstract

Ausrüstung einer metallischen Pressblech- oder Endlosband-Oberfläche mit einer tribologisch positiven Schicht, um den vorzeitigen Verschleiß der Oberflächen entgegenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Oberflächenausbildung auf den Oberflächen Wolframdisulfid Moleküle implantiert werden und eine feste Verbindung der Moleküle mit dem metallischen Träger erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft die Ausrüstung einer metallischen Pressblech- oder Endlosband-Oberfläche mit einer tribologischen positiven Schicht, um den vorzeitigen Verschleiß der Oberflächen entgegenzuwirken.
Metallische Pressbleche oder Endlosbänder werden zum Beispiel bei der Beschichtung von Holzwerkstoffplatten mit Aminoplastharzfilmen, als Oberflächengeber eingesetzt. Hierbei werden bedruckte oder unbedruckte Edelzellstoffpapiere mit einer entsprechenden Kunstharzlösung imprägniert. Die Kunstharze bestehen in der Regel aus vorkondensierten Melamin-/Formaldehydharzen oder auch Mischharzen aus Melamin und Harnstoff. Die eingesetzten Edelzellstoffpapiere werden anschließend auf einem Imprägnierkanal mit den Harzen durchtränkt und auf einem erforderlichen Harzgehalt dosiert und in einem sich anschließenden Heißluftkanal vorgetrocknet. Dabei entstehen feste Papierbahnen die transportfähig sind und in hydraulischen Heizpressen oder in kontinuierlichen Doppelbandpressen verarbeitet werden. Die eingesetzten Holzwerkstoffplatten können aus Span-, MDF-(Medium Density Fibreboards), HDF-(High Density Fibreboards) oder Sperrholzplatten bestehen. Diese beschichteten Holzwerkstoffplatten werden in der Möbel-, Fußboden- und Bauindustrie eingesetzt.
Für den Bereich Fußboden oder auch Flooring genannt, werden zum Beispiel HDF-Platten mit Melaminharzfilmen und zuzüglichen Overlaypapieren eingesetzt. Die Melaminharzfilme bestehen in der Regel aus einem bedruckten Dekorpapier mit Holz-, Stein-, Stoff- oder anderen der Natur nachempfundenen Imitationen. Über dem Dekorpapier werden dünne ca. 20 bis 45 g/m² imprägnierte Overlaypapiere eingesetzt, die zuzüglich einen Anteil an Korundteilchen in der Papier- oder Melaminharzschicht aufweisen. Diese feinen Korundpartikeln sollen beim späteren Einsatz die Abriebfestigkeit an den Oberflächen erhöhen. Auf Grund der hohen Härte, Transparenz und Inertheit hat sich Korund bzw. Al₂O₃ als geeignete Stofftype bewährt.
Die Herstellung derartiger Dekorpapiere mit Korundzusatz wird in verschiedenen Patentschriften ausführlich beschrieben und bedarf keiner weiteren Ausführung.
Die Druckschrift EP0732449A1 beschreibt die Herstellung von abriebfesten Laminaten, die DE19529987A1 ein Verfahren zur Herstellung hochabriebfester Lackschichten und die Druckschrift EP1070688A1 einen oberflächenbeschichteten Hartstoff mit einer bestimmten Härte. Dieser Hartstoff wird als verschleißhemmendes Mittel in Lackschichten gegeben.
Synthetischer Korund oder Al₂O₃ wird im Lichtbogenofen bei ca. 2000°C durch Schmelzen von Bauxit oder Tonerde hergestellt. Korund fällt bei diesem Prozess in Blöcken an, die nach der Abkühlung zerkleinert und zu den gewünschten Korngrößen aufbereitet werden.
Bei der Zerkleinerung des Korunds entstehen aufgrund seines Sprödbruchverhaltens an den Kornteilchen sehr stark zerklüftete Oberflächen mit vielen Stufenversetzungen, Mikrokanten und Rissen.
Die so ausgebildeten Korundteilchen sind beim späteren Pressvorgang in den Heizpressen oder in den kontinuierlichen Doppelbandpressen verantwortlich, für den vorzeitigen Verschleiß der eingesetzten Pressbleche oder Endlosbänder.
Die zuvor beschriebenen Melamin-/Formaldehydharze werden in hydraulischen Heizpressenanlagen unter hohem Druck und Temperatur endkondensiert und erhalten eine nicht reversible, harte Oberfläche. Die Presstemperaturen liegen bei ca. 200–230°C Heizplattentemperatur und der spezifische Pressdruck bei 20 bis 60 kg/cm². Die Melaminkondensationsharze nehmen nach der Aushärtung die Oberflächen der eingesetzten Pressbleche oder Endlosbänder an.
Die dafür vorgesehenen metallischen Pressbleche bestehen aus harten Chromstählen der Qualitätsgüte AISI 410, AISI 630, die eine Härte von 38–42 HRC aufweisen. Aber auch andere Stahlqualitäten sind denkbar. Die Endlosbänder bestehen ebenfalls aus gehärtetem Stahl, wobei die Stahlqualitäten aufgrund ihrer elastischen und statischen Festigkeiten gegenüber den Pressblechen unterschiedlich sind.
Bei der Anwendung der Melaminharzbeschichtung werden die Blechoberflächen, nachdem sie ihre gewünschten Oberflächen erhalten haben, mit einem galvanischen Chromüberzug versehen um gute Trenneigenschaften zu erzielen und die Oberflächen gegen mechanische Beschädigungen zu schützen.
Teilweise werden die Blechoberflächen mit diffizilen Strukturen und Glanzgraden ausgerüstet, die bei der Beschichtung sehr anfällig gegenüber Beschädigungen sind. Die Chromüberzüge werden durch Chromabscheidung in einem elektrochemischen Chrombad mit Cr (VI) – Verbindungen durchgeführt, wobei Schichtdicken bis 20 my angestrebt werden, um eine bestimmte Härte zu erzielen. Die verchromten Blechoberflächen weisen Härten von 1000 bis max. 1200 HV auf. Trotz dieser hohen Oberflächenhärten werden die Blechoberflächen bei der Flooringbeschichtung mit Melaminharzen und Korundteilchen relativ schnell verschlissen, da durch die höhere Härte der Korundteilchen von 1800 bis max. 2000 HV und die Relativbewegungen während des Pressvorgangs, die Chromoberfläche abgerieben wird. Die Relativbewegung kommt einerseits durch die Blechausdehnung und die Schrumpfung der Melaminharze bei der Polykondensation, während des Pressvorgangs, zustande. Da der Chromabrieb sukzessiv fortschreitet ändert sich auch der Glanzgrad ab einem bestimmten Abtrag. Die Pressbleche müssen dann aus der Produktion genommen und die Blechoberflächen neu verchromt oder aufgearbeitet werden. Hohe Produktionskosten und Umweltbelastungen, die durch die Chrombäder verursacht werden, ist die Folge.
Bei den Endlosbänder geschieht in der Regel das Gleiche, je nach Einsatzgebiet sind sie strukturiert und verchromt, wenn sie für die Beschichtung mit Kunstharzfilmen eingesetzt werden. Weitere Einsatzgebiete sind die Rohplattenherstellung, wie zum Beispiel HDF-, MDF-, Span-, oder OSB-Platten. Die Herstellung von Isocyanat gebundenen Holzwerkstoffplatten stellen die Endlosbänder vor einer sehr großen Herausforderung, da die Verklebungserscheinungen und damit verbundenen Beschädigungen relativ hoch sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, metallische Pressblech- oder Endlosband-Oberflächen so auszurüsten, dass die Standfestigkeit wesentlich erhöht, ein vorzeitiger Verschleiß der verchromten oder unverchromten Oberflächen verhindert und die Trenneigenschaft bei den zuvor erwähnten Verfahren gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung dadurch gelöst, dass den metallischen Pressblech- und Endlosband-Oberflächen nach der gewünschten Oberflächenausbildung, Molekühle der Verbindung WS₂ (Wolframdisulfid) in die Oberflächen der Metalle mit hoher Geschwindigkeit implantiert und fest verankert werden.
Durch die Implantierung der WS₂ Moleküle in die Metalloberfläche, wird die tribologische Beanspruchung der aufeinander einwirkenden, in Relativbewegung befindlichen Oberflächen wesentlich verbessert bzw. zum größten Teil aufgehoben.
Derartig ausgerüstete Presswerkzeuge sind daher sehr gut für den Einsatz hoch abriebfester Oberflächen, die beispielsweise mit Zusatzstoffen wie Korund beziehungsweise Al₂O₃ oder ähnlichen Materialien angereichert sind, geeignet. Durch die günstigen tribologischen Eigenschaften des Wolframdisulfid werden bei dem Beschichtungsvorgang die Relativbewegungen, Ausdehnung der Metalloberflächen und Schrumpfung der Kunstharzoberflächen mehr oder weniger eliminiert. Beschädigungen die durch die Korundpartikeln ausgelöst werden, finden nicht statt.
Ein Beispiel für die Ausrüstung einer tribologisch positiven Schicht eines metallischen Presswerkzeuges, das als Pressblech ausgebildet sein kann, ist nach der Erfindung dadurch gegeben, dass ein Stahlblech der Werkstoff Nr. DIN 1.4006 oder AISI 410 oder AISI 630 zunächst beidseitig einen Toleranzschliff erhält, um die geforderte Planparallelität herzustellen, danach einen Feinschliff und eine Politur erhält, um das Blech für die anschließende Strukturierung vorzubereiten. Danach wird eine Ätzreserve durch Walzendruck, Siebdruck, digitalem Druckverfahren oder Direktbeschichtung einer Fotoschicht aufgetragen. Das so vorbereitete Pressblech wird anschließend in einer Ätzanlage nach den bekannten konventionellen Ätzverfahren mit Eisen-III-chlorid oder Ätzsäuren strukturiert, wobei auch ein elektrochemischer Metallabtrag angewandt werden kann. Nach der Strukturierung empfehlen sich die bekannten Verfahren zur Rundung der Oberflächen, wie Nachätzen, Bürstenpolituren etc. anzuwenden. Der Glanzgrad der Oberfläche wird anschließend mittels Glasperlen oder anderen Strahlmedien im Blasverfahren hergestellt. Je nach Einsatzzweck schließt sich eine elektrochemische Chromabscheidung auf den Oberflächen an. Die Chromabscheidung findet in sogenannten Chrombädern statt, die mit einem Chromelektrolyten ausgestattet sind. Dieses sind wässerige Lösungen auf Chromsäurebasis der Formel H₂CrO₄. Da die Chromelektrolyte stark ätzend sind, werden nach dem Verchromungsvorgang fettfreie Oberflächen erhalten, die für die anschließende Wolframdisulfidbeschichtung empfehlenswert ist. Nach der Verchromung schließt sich ein Spül- und Trocknungsprozess an. Die so vorbereiteten Pressbleche werden nun dem Implantierungsprozess mit WS₂ Molekülen zugeleitet. Dazu wird das Wolframdisulfidpulver in einer bestimmten Korngröße in einer Druckstrahlkammer gegeben und mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit werden die WS₂ Moleküle auf die Metalloberfläche geschleudert und in die Oberfläche implantiert, wobei die Oberflächentopographie nicht verändert wird.
Die ausgehärteten Aminoplastharzfilmen zeigten an den Oberflächen nach der Entformung von den Pressblechen keine Veränderungen hinsichtlich Struktur und Glanzgrad. Besonders bei stark ausgeprägten Strukturoberflächen wie geometrische Figuren mit senkrechten Kanten ohne Abrundungen, war die Entformung der ausgehärteten Kunstharzflächen einwandfrei, da der gebildete Schutzfilm-Wolframdisulfid die bei Entformung entstehende Gleitreibung deutlich reduziert. Es empfiehlt sich, eine Schichtdicke von 0,5 μm zu wählen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0732449 A1 [0005]
DE 19529987 A1 [0005]
EP 1070688 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 1.4006 [0018]

Claims

Ausrüstung einer metallischen Pressblech- oder Endlosband-Oberfläche mit einer tribologisch positiven Schicht, um den vorzeitigen Verschleiß der Oberflächen entgegenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Oberflächenausbildung auf den Oberflächen Wolframdisulfid Moleküle implantiert werden und eine feste Verbindung der Moleküle mit dem metallischen Träger erfolgt.
Ausrüstung einer metallischen Pressblech- oder Endlosband-Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Oberflächen Molybdändisulfid Moleküle implantiert werden und eine feste Verbindung der Moleküle mit dem metallischen Träger erfogt.
Ausrüstung einer metallischen Oberfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Oberfläche eine Press- oder Prägewalze umfasst.
Ausrüstung einer metallischen Oberfläche nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Oberflächenausbildung mit einer Struktur oder einem Glanzgrad ein Chromüberzug durchgeführt wird.
Ausrüstung einer metallischen Oberfläche nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressblech- oder Endlosbänder bevorzugt bei der Herstellung von organischen Di- oder Polyisocyanat gebunden Holzwerkstoffplatten eingesetzt werden.
Ausrüstung einer metallischen Oberfläche nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressblech-, Endlosband und Press- oder Prägewalzoberflächen vor der Implantierung der Wolframdisulfid oder Molybdändisulfid Moleküle eine fettfreie Oberfläche erhalten.
Ausrüstung einer metallischen Pressblech-, Endlosband- oder Press- und Prägewalzen-Oberfläche nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der implantierten Wolframdisulfid- und Molybdändisulfid-Moleküle mindestens 0,1 μm beträgt.
Ausrüstung einer metallischen Pressblech-, Endlosband- oder Press- und Prägewalzen-Oberfläche nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der implantierten Wolframdisulfid- und Molybdändisulfid Moleküle maximal 100 μm beträgt.