DE2353692A1

DE2353692A1 - Verfahren zur herstellung von matrizen fuer das galvanische niederschlagen von metall

Info

Publication number: DE2353692A1
Application number: DE19732353692
Authority: DE
Inventors: Martin Klemm
Original assignee: Fritz Buser AG Maschinenfabrik
Current assignee: Fritz Buser AG Maschinenfabrik
Priority date: 1972-11-28
Filing date: 1973-10-26
Publication date: 1974-05-30
Also published as: FR2208001A1; CA1012483A; FR2208001B1; IT1001734B; ES420372A1; CH591570A5; NL7316250A; US3891514A; JPS4987536A; NL158559B; JPS5143981B2; BR7309197D0; AT323496B; GB1441597A; IN142202B; DE2353692B2; AR203828A1; ZA738850B

Description

PATENTAITV7ÄLTE DIPL.-ING. C. STOEPEL· · DlPL.-ING. W. QOLLWITZER · DIPL.-ING. F. W. MOLL

674 IiANDAü/PFALZ · AM SCHÜTZENHOF OOCTCQ

TIL·. 06841/8000, βΟ85 · TELEX 488888 X O J O 0 vJ

25. 'W. 1973

Fritz Buser AG, Maschinenfabrik , Wiler b/Utzenstorf

(Schweiz)

Verfahren zur Herstellung von Matrizen für das galvanische Niederschlagen von Metall.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Matrizen für die galvanische Herstellung definiert-strukturierter Metallschichten, insbesondere von Sieben mit Oeffnungen bestimmter Grosse und Form, wobei ein Grundkörper mit einer Struktur aus leitenden und aus mit einer nichtleitenden Schicht bedeckten Partien versehen wird, seine Oberfläche eingeebnet und geglättet wird, worauf die Matrize zur Aufbringung von Metall an den leitenden Partien verwendbar wird.

Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung des als Matrize bezeichneten Werkzeuges ist es nachteilig, dass die Herstellung der Matrize , wie nachstehend noch gezeigt wird, sowohl bezüglich der Matrize selbst als auch bezüglich der benötigten Einrichtungen recht aufwendig ist. '

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, bei welchem der Herstellungsaufwand wesentlich gesenkt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass, ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, die leitenden Partien als Vertiefungen in die Oberfläche des Grundkörpers eingeprägt und mit leitendem Material ausgefüllt werden.

Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung anhand von Verfahrensbeispielen dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 - 3a die Matrizenherstellung nach dem bekannten

Verfahren, wobei

Fig. 1 eine Ansicht des Reliefs,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Oberfläche der geprägten Matrize zeigt und

Fig. 3a einen Schnitt durch ein "negatives" Relief.

Fig. 4-9 die Matrizenherstellung nach dem erfindungs-

gemässen Verfahren in einer ersten Variante,

Fig. 10 -14 die Matrizenherstellung nach einer zweiten

Variante und

Fig. 15 - 18 die Matrizenherstellung nach einer weiteren

Variante.

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In Fig. 1-3 ist das bekannte Verfahren zur Matrizenherstellung dargestellt. Bei der Herstellung dieser Matrize geht man beispielsweise von einem Metallzylinder als Gründkörper aus, der die Abmessungen eines herzustellenden Siebes hat. Er trägt auf seiner Mantelfläche eine mehr oder weniger dicke Schicht eines prägbaren Materiales, beispielsweise Kupfer oder Messing - auch Weichstahl kommt in Frage -, dessen Oberfläche geglättet ist, beispielsweise durch Schleifen, Rollen oder elektrolytisches Polieren.

In die Oberfläche des Grundkörpers 4 wird eine Struktur eingeprägt. Diese entspricht der Struktur des mittels des Grundkörpers herzustellenden Siebes. Zur Prägung bedient man sich eines sogenannten Reliefs 1. Es ist dies ein kleinerer, gehärteter Stahlzylinder, der auf seiner Oberfläche reliefartig das Muster zeigt, welches man in den Grundkörper 4 einprägen will. Das Relief 1 ist auf gravurtechnisehern Wege hergestellt. Die Elemente seines Musters bestehen in der Regel aus erhabenen Kegeln 2 mit sechseckigen Grundflächen, die zueinander versetzt angeordnet sind und die Reliefoberfläche nahtlos überziehen, wie dies in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Zwischen den Kegeln 2 sind Nuten 3 angeordnet, die bei der Prägung Rippen im. Grundkörper 4 ergeben.

Presst man dieses Relief 1 mittels einer geeigneten Maschine, die im wesentlichen einer Drehbank ähnelt, in die relativ weiche Oberfläche des Grundkörpers 4, so entsteht der negative Abdruck der Oberflächenstruktur des Reliefs 1 in der Oberfläche des Grundkörpers 4, siehe Fig. 3. Der Pressvorgang selbst wird hierbei rotativ vorgenommen. Um die Nahtlosigkeit des Reliefmusters auch auf dem Grundkörper zu verwirklichen, steuert man das Relief 1 während seiner Abwälzbewegung gegenüber dem Grundkörper 4 in der Weise an, dass pro Grundkörperumdrehung das Relief einen Längsvorschub vom Betrag eines oder mehrerer Muster-

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elemente 2 erhält und die Abwälzbewegung des Reliefs pro Grundkörperumdrehung so erfolgt, dass an der scheinbaren Nahtstelle der Prägung in die erstgeprägte Vertiefung wiederum ein erhabenes Musterelement 2 des Reliefs fällt. Auf diese Weise entsteht ein Verzahnungs- oder Schraubeffekt, der nach Vornahme einer zwangsweisen Ansteuerung in eine Selbststeuerung übergeht. Je nach den Bedingungen dieser, als Molettage genannten Operation ist der Grundkörper 4 nach einem oder mehreren Prägedurchgängen fertig geprägt.

Nach einer Reinigung werden die tiefliegenden Partien 2' des Grundkörpers 4 mit einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise einem Lack, ausgefüllt. Dies geschieht in der Weise, dass die geprägte Oberfläche mit dem Beschichtungsmaterial völlig bedeckt und anschliessend dieses soweit, beispielsweise durch Schleifen, entfernt wird, dass die erhabenen Partien 3¹ des Grundkörpers 4 wieder, frei sind. Im wesentlichen ist damit die Behandlung des Grundkörpers 4 abgeschlossen. Man bezeichnet ihn im nunmehr gefüllten Zustand als Matrize oder Mutterwalze.

Die Matrize wird in einem galvanischen Bad, vorzugsweise in einem Ni-Bad, vernickelt. Entsprechend den leitenden Partien, welche die Matrize netzartig überziehen, schlägt sich der Nickel ebenfalls netzartig oder siebförmig nieder.

Nach Erreichung der erforderlichen Schichtstärke wird der Vernicklungsvorgang abgebrochen und die entstandene, perforierte Nickelhaut von der Matrize mittels einer geeigneten Vorrichtung abgezogen. Es ist ein nahtloses, vollperforiertes Nickelsieb entstanden, die nach den bekannten Methoden nunmehr mit dem gewünschten Dessin versehen und im Rotationsfilmdruck eingesetzt werden kann.

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Dem hier beschriebenen Verfahren zur Nickelsieb-Herstellung haften verschiedene Nachteile any der wesentliche Nachteil besteht in folgendem:

Für den Prägevorgang, der darauf hinzielt, etwa 2/3 der Oberfläche des Grundkörpers 4 zu vertiefen, sind erhebliche Drücke auf das Relief 1 und damit auf den Grundkörper 4 nötig. Abgesehen von der entsprechend schweren Ausführung der für die Durchführung der Molettage benötigten Maschine muss der Grundkörper selbst sehr stabil ausgeführt sein. Dies führt zu sehr hohen Matrizengewichten, die ihrerseits den gesamten Herstellungsprozess des Nickel-Siebes verteuern.

Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, ein Verfahren zu finden, welches es ermöglicht, sehr leichte Matrizen herzustellen.

Um dieses Ziel zu erreichen, d.h. um von einem verhältnismässig leichten Grundkörper ausgehen und um einen solchen Grundkörper molettieren zu können, müssen die Molettage-Drücke verhältnismässig klein gehalten werden. Dies kann nur über die Art der Mustergebung des Reliefs erfolgen, da die Härte des zu prägenden Metalls nur in engen Grenzen variiert werden kann.

Bis heute wird, wie bereits vorstehend erläutert wurde, das Relief 1 stets entsprechend Fig. 1 und 2 ausgebildet. Das in dem Grundkörper 4 (Fig. 3) zu prägende Mustervolumen, das aus den sogenannten Rasternäpfchen 2¹ besteht, ist hierbei hoch, jedenfalls erheblich grosser als das Volumen der durch die

Prägung entstandenen Rippe 3¹. Demnach besteht der Grundgedanke der. Erfindung darin, nicht die einzelnen Rasternäpfchen 2', sondern die Rippe 3' - den sogenannten Steg - in den Grundkörper 4 zu prägen, weil hierbei das zu verdrängende

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Volumen nur einen Bruchteil des bei der herköiranliehen Molettage zu verdrängenden Volumens ausmacht. Aus diesem Grunde kann also mit erheblich geringeren Molettagedrücken gearbeitet v/erden. Ein entsprechendes Relief ist ohne Schwierigkeit durch Umprägen eines "normalen" Reliefs 1 in Weichstahl mit anschliessender Härtung herstellbar, das etwa die in Fig. 3a dargestellte Oberfläche mit kegeligen Vertiefungen 2" und Erhebungen 3" erhalten kann, wobei die Vertiefungen 2" auch z.B. einen ebenen Grund erhalten können. Dieses "negative" Relief I¹, wie es im Vergleich zum bekannten Relief 1 anschaulich genannt werden kann, wird nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren in einen Grundkörper 5 geprägt, siehe Fig. 4, auf dem eine Netzstruktur aus tiefliegenden Einkerbungen 6 und hochliegenden Flächen 7 entsteht, deren Tiefe und Ausformung je nach Molettagedruck sowie Reliefstruktur gesteuert werden kann.

Die Weiterbearbeitung des Grundkörpers 5 kann auf drei verschiedene Weisen erfolgen, die alle die Herstellung einer Matrize zur Nickelsieb-Herstellung zum Ziele haben.

Bei der ersten Herstellungsweise (Fig. 4-9) wird der nunmehr "negativ" molettierte Grundkörper 5 im galvanischen Bad z.B. hartverchromt (Fig. 5). Es entsteht hierbei ein Aufbau, bei dem auf dem geprägten Material des Grundkörpers 5 eine Chromschicht 8 abgeschieden wird, die aus den in die Einkerbungen und auf die Grundkörperoberfläche 9 abgeschiedenen Chrompartien 10, 11 besteht.

Nunmehr wird die Chromschicht 8 soweit abgetragen, beispielsweise abgeschliffen, dass die ehemals hochliegenden Grundkörperoberflächen 9 keine Chromschicht 11 mehr tragen. Die Chromfüllung 10 in den Einkerbungen 6 der Grundkörperober-

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fläche 9 erhält hierbei das gleiche Höhenniveau wie die Grundkörperoberfläche selbst (Fig. 6) .

Nun wird die Grundkörperoberfläche 9 mittels eines geeigneten Aetzmittels, das lediglich das Grundkörpermaterial, dagegen nicht oder nur geringfügig Chrom angreift, behandelt. Das Grundkörpermaterial wird hierbei entsprechend der geprägten und mit Chrom aufgefüllten Netzstruktur abgetragen (Fig. 7), wobei ver- . tiefte Partien 12 zwischen den zu Stegen gewordenen Chromfüllungen 10 entstehen.

Es folgt hierauf eine Beschichtung mit einem geeigneten, nichtleitenden Material 13 (Fig. 8) mit nachfolgender Abtragungsoperation, beispielsweise Schleifen. Es wird das nichtleitende Material 13, das beispielsweise ein Lack sein kann, soweit abgetragen, dass die netzartig angeordneten Chrom-Stege 10 wieder freiliegen (Fig. 9).

Mit dieser Abtragungsoperation ist die Herstellung abgeschlossen und eine Matrize entstanden, die sich zur Nickelsiebherstellung eignet.

Bei der zweiten Herstellungsweise (Fig. 10 - 14) wird der "negativ" molettierte Grundkörper mit einem geeigneten Abdecklack 14 tamponiert. Unter Tamponieren versteht man ein in der Tiefdruckformenherstellung bekanntes Verfahren. Es hat zum Ziel, eine strukturierte Oberfläche derartig mit beispielsweise einem Lack abzudecken, dass nur die hochliegenden Partien eine Lack— schicht erhalten, alle tiefliegenden Partien dagegen nicht. Mit der Tamponage erreicht man die Abdeckung aller hochliegenden Musterflächen 9 der Oberfläche des Grundkörpers 5, beispielsweise mit einem Lack (Fig. 10), während die netzartig angeordneten tiefliegenden Einkerb\ingen 6 (Fig. 10) keine Abdekkung erfahren.

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Der so präparierte Grundkörper 5 wird beispielsweise vernickelt oder hartverchromt. Es entsteht ein Querschnitt, wie er in Fig. 11 dargestellt istj die tiefliegenden Einkerbungen 6 erhalten eine metallische Füllung 15, während die vom elektrisch nichtleitenden Lack abgedeckten Partien des Grundkörpers 5 keine Metallauflage erhalten.

Nun folgt eine Schleifoperation, mit welcher die Oberfläche des Grundkörpers eingeebnet wird, womit die Herstellung der Matrize abgeschlossen ist. Ihr Querschnitt ist in Fig.. 14 dargestellt.

Sollte der Tamponierlack zwar für den einmaligen Galvanisie— rungsprozess (Chromen, Nickeln o.a.) der Matrizenherstellung, nicht aber für den Dauergebrauch der eigentlichen Nickelsieb-Herstellung (aus z.B. dem Grund mangelnder chemischer Resistenz'· über längere Zeit im Nickelelektrolyten) geeignet sein, wird er nach der Vernickelungs- oder Verchromungsoperation mit z.B. einem geeigneten Lösungsmittel entfernt. Hierdurch entstehen vertiefte Partien 16 (Fig. 12). Nunmehr wird die Oberfläche der Matrize mit einem geeigneten Material, z.B. einem Lack, beschichtet (Fig. 13) und sodann durch beispielsweise eine Schleifoperation soweit eingeebnet, dass die Lackschicht 13 mit den Metallstegen 15, die frei von Beschichtungsmaterial sind, eine ebene Fläche bildet (Fig. 14).

Mit dieser Schleifoperation ist die Herstellung der Matrize abgeschlossen.

Bei der dritten Herstellungsweise (Fig. 15 - 18) wird der Grundkörper 5 nach dem Drehen, Schleifen und eventuellen Polieren mit einem geeigneten Lack 17 gleichmässig beschichtet. Sodann erfolgt die "negative" Molettage in der Weise, dass die Beschichtung 17 von den Stegen des Reliefs durchschnitten und

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der Grundkörper 5 mit Einkerbungen 18 relativ schwach geprägt wird (Fig. 15). Hierzu ist der Reliefsteg zweckmässigerweise messerartig auszubilden.

Nun erfolgt eine Vernickelung oder Verchromung, die in dem Zeitpunkt beendet wird, in dem die eigentliche, metallische Prägetiefe 18 ausgefüllt und mit ca. 20 - 100 % vom galvanisch niedergeschlagenen Metall 19 überwachsen ist (Fig. 16)

Die weitere Verarbeitung kann nun in ähnlicher Weise wie bei der zweiten Herstellungsweise auf zwei verschiedene Weisen erfolgen. Hierbei wird entweder die Oberfläche des Grund- . körpers so lange geschliffen, bis zwischen den Chrom- bzw. Nickelstegen 19 (Fig. 18) und.den Lackpartien 17 eine plane Fläche entsteht. Mit dieser Einebnungsoperation ist dann die Herstellung der Matrize abgeschlossen.

Oder es wird nach der Vernickelung bzw. Verchromung der Lack entfernt, wobei vertiefte Partien 20 zwischen den Stegen 19 entstehen, entsprechend dem in Fig. 17 gezeigten Querschnitt. Sodann wird die Oberfläche des Grundkörpers 5 mit einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise einem Lack, beschichtet und beispielsweise durch Schleifen analog den in Fig. 9 und 14 dargestellten Arbeitsoperationen eingeebnet, womit ebenfalls eine Matrize entstanden ist, die sich zur Herstellung von Sieben eignet.

Die auf diese Weise hergestellten Matrizen dienen der Herstellung von Sieben aller Art, bei denen, wie z.B. bei Filtern und Siebschablonen, insbesondere für Siebschablonen eine bestimmte Grosse und/oder Form der Oeffnungen vorgeschrieben ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Matrizen für die galvanische Herstellung definiert-strukturierter Metallschichten, insbesondere von Sieben mit öeffnungen bestimmter Form und/ oder Grosse, wobei ein Grundkörper mit einer Oberflächenstruktur, bestehend aus elektrisch leitenden und nichtleitenden Partien, versehen und hierdurch zur galvanischen Aufbringung von Metall an den leitenden Partien verwendbar wird, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Partien als Vertiefungen (6,18) in die Oberfläche des Grundkörpers (5) eingeprägt und mit leitendem Material (10,15,19) ausgefüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung der Vertiefungen eine Metallschicht (8), z.B. galvanisch, auf die gesamte Oberfläche des Grundkörpers (5) aufgebracht wird, deren Vertiefungen (6) hierbei ausgefüllt werden, und die Metallschicht (8), z.B. durch eine Schleif operation, soweit entfernt v/ird,- dass die Partien (9) zwischen den ausgefüllten Vertiefungen (10) freigelegt werden, worauf die freigelegten Partien, z.B. durch Aetzen, abgetragen und die gesamte Oberfläche des Grundkörpers (5) mit einer Schicht aus einem nichtleitenden Material (13) bedeckt und diese Schicht anschliessend bis zur Freilegung der ausgefüllten Vertiefungen durch eine Bearbeitungsoperation, z.B. Schleifen, abgetragen wird.

S. Verfahren nach Anspruch If dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Vertiefungen (6) versehene Oberfläche des Grundkörpers (5) mit einem Abdeckmaterial (14) aus nichtleitendem Material tamponiert wird und hierauf die nichtbe-

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deckten Vertiefungen (6) galvanisch mit Metall (15) ausgefüllt werden und zur Bildung einer ebenen Matrizenoberfläche eingeebnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1,; dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Vertiefungen (6) versehene Oberfläche des Grundkörpers (5) mit einer Abdeckschicht (14) aus nichtleitendem Material tamponiert wird und hierauf die nichtbedeckten Vertiefungen galvanisch mit Metall (15) ausgefüllt werden, worauf die Abdeckschicht (14) entfernt und die nunmehr entstandenen vertieften Partien (16) zur Bildung einer ebenen Matrizenoberfläche mit einem nichtleitenden Material (13) ausgefüllt werden. . - "

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Grundkörpers (5) mit einer Schicht aus einem nichtleitenden Material (17) abgedeckt wird und hierauf die

" ' Vertiefungen (18) durch die Abdeckschicht hindurch in den Grundkörper eingeprägt, diese sodann galvanisch ausgefüllt (19) und zur Bildung einer ebenen Matrizenoberfläche eingeebnet werden (Fig. 18) .

6'. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (18) galvanisch im Ueberschuss ausgefüllt werden und durch eine Bearbeitungsoperation, z.B. Schleifen, auf die Höhe der Abdeckschicht (17) eingeebnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Grundkörpers mit einer Schicht aus nichtleitendem Material (17) abgedeckt wird und hierauf die Vertiefungen (18) durch die Abdeckschicht hindurch in den Grund-

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körper eingeprägt und galvanisch ausgefüllt werden, worauf die Schicht (17) entfernt und die entstehenden vertieften Partien (20) zur Bildung einer ebenen Matrizenoberfläche mit einem nichtleitenden Material (17) ausgefüllt werden.

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