DE2353692B2 - Verfahren zur herstellung von leitende und nichtleitende flaechenbereiche aufweisenden matrizen fuer die galvanoplastische erzeugung von definiert strukturierten metallschichten - Google Patents

Description

* EHe Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leitende und nichtleitende Flächenbereiche aufweisenden Matrizen für die galvanoplastische Erzeugung von definiert strukturierten Metallschichten, insbesondere von Sieben, durch mechanische Herstellung von ίο Vertiefungen, die mit leitendem Material versehen werden.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung feinmaschiger Siehe bekannt (US-PS 25 29 086), bei dem auf einen Grundkörper aus Glas oder keramischem Material eine

is Abdeckscfoicht aufgebracht und das Siebmuster durch diese Schacht in die Oberfläche des Grundkörpers geritzt wird. Nach Entfernen der Abdeckschicht wird

eine Metallschicht aufgedampft und diese auf der

Oberfläche mit Ausnahme in den Nuten und am Rand

entfernt Das Sieb wird galvanoplastisch in die Nuten niedergeschlagen und anschließend gewaschen, bis es

leicht aus der Matrize geschält werden kann. Abgesehen von der aufwendigen Herstellung der Matrize können damit keine nahtlosen Zylindersiebe hergestellt werden.

« Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur

Herstellung einer Matrize, mit der auch nahtlose Zylindersiebe hergestellt werden können, werden an der Oberfläche eines Matrizenkörpers aus leitendem Material Vertiefungen an den Stellen der Sieböffnungen

eingeprägt, die mit nichtleitendem Material ausgefüllt

werden. Da es jedoch bei Sieben erwünscht ist ein

möglichst großes Öffnungsverhältnis zu erreichen, ist

die aufzuwendende Einprägearbeit sowohl bezüglich der Hersteltoeit als auch der benötigten Einrichtungen aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, das auch die: Herstellung nahtloser Zylindersiebe erlaubt jedoch gegenüber dem zweitgenannten Verfahren einet: wesentlich geringeren Herstellungsaufwand benötigt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Vertiefungen eingeprägt und mit leitendem Material ausgefüllt werden. Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Verfahrensbeispielen dargestellt und nachfolgend beschrieber. Es zeigt

Fig. 1 bis 3a die Matrizenherstellung nach dem bekannten zweitgenannten Verfahren, wobei

F ig. 1 eine Ansicht des Reliefs, F i g 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in F i g. 1, F i g 3 einen Schnitt durch die Oberfläche der geprägten Matrize zeigt und ** Fig. 3a einen Schnitt durch ein »negatives« Relief darstellt

F i g. 4 bis 9 die Matrizenherstellung in einer ersten Ausftihriiingsform,

Fig. 10 bis 14 die Matrizenherstellung nach einer zweiten Ausiführungsform und

Fig. 15 bis 18 die Matrizenherstellung nach einer weiteren Ausführungsform.

Das in F i g. 1 bis 3 dargestellte bekannte Verfahren zur Matrizenheirstellung für die Herstellung von ⁶S nahtlosen Zylindersieben geht von einem Metallzylinder als Grundkörper 4 aus, der die Abmessungen des herzustellenden Siebes aufweist Seine Mantelfläche besteht aus einer mehr oder weniger dicken Schicht

eines prägbaren Materials, z. a Kupfer, Messing oder WeichstahL deren Oberfläche geglättet ist. z. B. 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 gravurtechnischem 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 einer Drehbank ähnelt in die relativ weiche Oberfläche des Grundkörpers 4, so entsteht der negative Abdruck des Reliefs 1 in der Oberfläche des Grundkörpers 4, siehe F i g. 3. Der Preßvorgang selbst wird hierbei rotativ vorgenommen. Um die Nahtlosigkeit des Relief mustere auch auf dem Grundkörper 4 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 Musterelemente 2 erhält und die Abwälzbewegung des Reliefs 1 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 bekannten Operation ist der Grundkörper 4 nach einem oder mehreren Prägedurchgängen fertig geprägt. Darauf werden die tiefliegenden ,0 Partien 2' des Grundkörpers 4 mit einem elektrisch nichtleitenden Material, ζ. Β Lack, ausgefüllt. Hierbei wird die geprägte Oberfläche mit dem Beschichtungsmaterial völlig bedeckt und anschließend dieses, z. B. durch Schleifer., so weit entfernt daß die erhabenen Partien 3' des Grundkörpers 4 wieder frei sind. Im wesentlichen ist damit die Behandlung des Grundkörpers 4 abgeschlossen. Man bezeichnet ihn in diesem Zustand als Matrize oder Mutterwalze.

Die Matrize wird vorzugsweise galvanisch vernickelt. Entsprechend den leitenden Partien, welche die Matrize netzartig überziehen, schlägt sich Nickel ebenfalls netzartig oder siebförmig nieder. Nach Erreichen der erforderlichen Schichtstärke wird der Vprnicklungsvorgang abgebrochen und die entstandene, perforierte Nickelhaut von der Matrize mittels einer geeigneten Vorrichtung abgezogen; es ist ein nahtloses, vollperforiertes Nickelsieb entstanden.

Dem beschriebenen Verfahren haften Nachteile an, von denen der wesentliche darin besteht, daß für den f>o Prägevorgang, der darauf hinzielt, etwa ²h der Oberfläche des Grundkörpers 4 zu vertiefen, erhebliche Drücke auf das Relief 1 und damit auf den Grundkörper 4 nötig sind. Abgesehen von der entsprechenden schweren Ausführung der für die Durchführung der <\s Molettage benötigten Maschine muß der Grundkörper selbst sehr stabil ausgeführt sein. Dies führt zu sehr hohen Matrizengewichten, die ihrerseits den gesamten Herstellungsprozeß des Siebes verteuern.

Um den Aufwand zn senken, gebt die Erfindung von uem Gedanken der Herstellung sehr leichter Matrizen aus. Hierzu müssen die beim Molettieren aufzuwendenden Drücke verhältnismäßig klein gehalten werden. Dies kann nur aber 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.! und 2 ausgebildet Das in dem Grundkörper 4 (Fig.3) zu prägende Mustervolumen, das aus Rastemäpfchen 2' besteht ist hierbei hoch, jedenfalls erheblich größer als das Volumen der durch die Prägung entstandenen Rippe 3'. Werden jedoch nicht die einzelnen Rasternäpfchen 2', sondern die Rippen 3* — der sogenannte Steg — in den Grundkörper 4 geprägt, weil hierbei das zu verdrängende Volumen nur einen Bruchteil des bei der herkömmlichen Molettage zu verdrängenden Volumens ausmacht kann mit erheblich geringeren Molettagedrücken gearbeitet werden. Ein entsprechendes Relief ist ohne Schwierigkeit durch Umprägen eines »normalen« Reliefs 1 in Weichstahl mit anschließender Härtung herstellbar·, das 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 Γ. wie es im Vergleich zum bekannten Relief 1 anschaulicht 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 Molettage 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 bis 9) wird der nunmthr »negativ« molettiene Grundkörper 5 im galvanischen Bad z. B. hartverchromt (F i g. 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 6 und auf die Grundkörperoberfläche 9 abgeschiedenen Chrompartien 10,11 besteht.

Nunmehr wird die Chromschicht 8 soweit abgetragen, z. B abgeschliffen, daß die ehemals hochliegenden Grundkörperoberflächen 9 keine Chromschicht 11 mehr tragen. Die Chromfüllung 10 in den Einkerbungen 6 der Grundkörperoberfläche 9 erhält hierbei das gleiche Höhenniveau wie die Grundkörperoberfläche 9 selbst (Fig. 6).

Nun wird die Grundkörperoberfläche 9 durch ein geeignetes Ätzmittel, das lediglich das Grundkörpermatenal, dagegen nicht oder nur geringfügig Chrom angreift, abgetragen (F i g. 7), wobei vertiefte Partien 12 zwischen den zu Stegen gewordenen Chromfüllungen 10 entstehen.

Es folgt hierauf eine Beschichtung mit einem geeigneten, nichtleitenden Material 13 (F i g. 8), z. B. Lack, das soweit abgetragen wird, daß die netzartig angeordneten Chrom-Stege 10 wieder freiliegen (Fig.9). Damit ist die Herstellung abgeschlossen und eine Matrize entstanden, die sich zur Nickelsiebherstellung eignet.

Bei der zweiten Herstellungsweise (Fig. 10 bis 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 z. B. einem Lack abzudecken, daß nur die hochliegenden Partien eine Lackschicht erhalten. Mit der Tamponage erreicht man die Abdeckung aller hochliegenden Musterflächen 9 der Oberfläche des Grundkörpers 5 (F i g. 10), während die netzartig angeordneten tiefliegenden Einkerbungen 6 (F i g. 10) keine Abdeckung erfahren.

Der so präparierte Grundkörper 5 wird z. B. vernickelt oder hartverchromt Es entsteht ein Querschnitt gemäß Fig. 11; die tiefliegenden Einkerbungen 6 erhalten eine metallische Füllung 15, während die vom elektrisch nichtleitenden Lack abgedeckten Partien des Grundkörpers 5 keine Metallauflage erhalten.

Nun wird, z. B. durch eine Schleifoperation, die Oberfläche des Grundkörpers eingeebnet womit die Herstellung der Matrize abgeschlossen ist Ihr Querschnitt ist in F i g. 14 dargestellt

Sollte der Tamponierlack zwar für den einmaligen Galvanisierungsprozeß (Verchromen, Vernickeln o. ä.) der Matrizenhersteiiung, nicht aber für den Dauergebrauch der eigentlichen Nickelsieb-Herstellung (z. B. wegen mangelnder chemischer Resistenz über längere Zeit im Nickelelektrolyten) geeignet sein, wird er nach der Vernicklungs- oder Verchromungsoperation, z. B. mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt Hierdurch entstehen vertiefte Partien 16 (F i g. 12). Nunmehr wird die Oberfläche der Matrize mit einem geeigneten Material. z.L. einem Lack, beschichtet (Fig. 13) und sodann soweit eingeebnet daß die Lackschicht 13 mit den Metallstegen 15, die frei von Beschichtungsmaterial sind, eine ebene Fläche bildet (Fig. 14), womit die Herstellung der Matrize abgeschlossen ist

Bei der dritten Herstellungsweise (Fig. 15 bis 18) wird der Grundkörper 5 nach dem Drehen, Schleifen und eventuellen Polieren mit einem geeigneten Lack 17 gleichmäßig beschichtet. Sodann erfolgt die »negative« s Molettage in der Weise, daß die Beschichtung 17 von den Stegen des Reliefs durchschnitten und der Grundkörper 5 mit Einkerbungen 18 relativ schwach geprägt wird (Fig. 15). Hierzu ist der Relief steg zweckmäßigerweise messerartig auszubilden.

ίο Nun erfolgt eine Vernicklung oder Verchromung, die in dem Zeitpunkt beendet wircl, in dem die eigentliche, metallische Prägetiefe 18 ausgefüllt und mit etwa 20-100% vom galvanisch niedergeschlagenen Metall 19 überwachsen ist (F i g. 16).

Die weitere Verarbeitung kann nun in ähnlicher Weise wie bei der zweiten Heirstellungsweise auf zwei verschiedene Welsen erfolgen. Hierbei wird entweder die Oberfläche des Grundkörpers so lange geschliffen, bis zwischen den Chrom- bzw. Nickelstegen 19 (F i g. 18] und den Lackpartien 17 eine plane Fläche entsteht mit welcher Einebnungsoperation. die Herstellung der Matrize abgeschlossen ist

Oder es wird nach der Vemicklung bzw. Verchromung der Lack entfernt wobei vertiefte Partien 2C

2s zwischen den Stegen 19 entstehen (Fig. 17). Sodanr wird die Oberfläche des Grundkörpers 5 mit einerr elektrisch nichtleitenden Material, z. B. einem Lack beschichtet und analog den in Fig.9 und 14 dargestellten Arbeitsoperationen eingeebnet womii ebenfalls eine Matrize entstunden ist die sich zui Herstellung von Sieben eignet

Die auf diese Weise hergestellten Matrizen diener der Herstellung von Sieben aller Art, bei denen, wie ζ. Β bei Filtern und Siebdruckformen, eine bestimmte Groß« und/oder Form der öffnungen vorgeschrieben ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüchen

1. Verfahren zur Herstellung von leitende und nichtleitende Haehenbereiche aufweisenden Matrizen für die galvanoplastische Erzeugung von definiert strukturierten MetaHschicbten, insbesondere von Sieben, durch mechanische Herstellung von Vertiefungen, die mh leitendem Material versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen eingeprägt und mit leitendem Material ausgefüllt werden.

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß nach der Herstellung der Vertiefungen fine Metallschicht, insbesondere galvanisch, auf die gesamte Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht wird, deren Vertiefungen hierbei ausgefüllt werden, und die Metallschicht, insbesondere durch eine Schleifoperation so weit entfernt wird, daß die Partien zwischen den ausgefüllten Vertiefungen freigelegt werden, worauf die freigelegten Partien, insbesondere durch Ätzen, abgetragen und die gesamte Oberfläche des Grundkörpers mit einer Schicht aus einem nichtleitenden Material bedeckt und diese Schicht anschließend bis zur Freilegung der ausgefüllten Vertiefungen durch eine Bearbeitungsoperation, insbesondere Schleifen abgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Vertiefungen versehene Oberfläche des Grundkörpers mit einem Abdeckmaterial aus nichtleitendem Material tamponiert wird und hierauf die rnchtbedeckten Vertiefungen galvanisch mit Metall ausgefüllt werden und ?ur Bildung einer ebenen Matrizenoberfläche eingeebnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Vertiefungen versehene Oberfläche des Grundkörpers mit einer Abdeckschicht aus nichtleitendem Material tamponiert wird und hierauf die nichtbedeckten Vertiefungen galvanisch mit Metall ausgefüllt werden, worauf die Abdeckschicht entfernt und die nunmehr entstandenen vertieften Partien zur Bildung einer ebenen Matrizenoberfläche mit einem nichtleitenden Material ausgefüllt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Grundkörpers mit einer Schicht aus einem nichtleitenden Material abgedeckt wird und hierauf die Vertiefungen durch die Abdeckschicht hindurch in den Grundkörper eingeprägt, diese sodann galvanisch ausgefüllt und zur Bildung einer ebenen Matrizenoberfläche eingeebnet werden {F i g. 18).

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen galvanisch im Überschuß ausgefüllt werden und durch eine Bearbeitungsoperation, insbesondere Schleifen, auf die Höhe der Abdeckschicht eingeebnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Grundkörpers mit einer Schicht aus nichtleitendem Material abgedeckt wird und hierauf die Vertiefungen durch die Abdeckschicht hindurch in den Grundkörper eingeprägt und galvanisch ausgefüllt werden, worauf die Schicht entfernt und die entstehenden vertieften Partien zur Bildung einer ebenen Matrizenoberflä

che mit einem nichtleitenden Material ausgefüllt werden.