DE3443228A1

DE3443228A1 - Metallgegenstand und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE3443228A1
Application number: DE19843443228
Authority: DE
Inventors: Takayuki Tokio/Tokyo Nakamoto
Original assignee: Iwata Denko Co Ltd
Current assignee: Iwata Denko Co Ltd
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-11-27
Publication date: 1986-02-13
Also published as: JPS6137979A

Description

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Iwata Denko Co., Ltd., Tokyo / Japan

Metallgegenstand und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft einen Metallgegenstand und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Insbesondere betrifft die Erfindung verschiedene Metallartikel oder Teile und ein Verfahren zur Herstellung derselben, wobei die genannten Teile aus Eisen oder dessen Legierungen, einschliesslich rostfreiem Stahl, Aluminium und dessen Legierungen, Kupfer und dessen Legierungen, Titan und dessen Legierungen und dergleichen gefertigt sind, und durch Verfahren, wie Lochen, Bohren, Prägen bzw. Stanzen bearbeitet worden sind, wie z.B., elektrische oder elektronische Teile, bandähnliche Teile, wie integrierte Schaltrahmen, Verbindungsteile, Kardanfedern für Magnetköpfe von Floppy-Disks und dergleichen, und Konstanzformteile, wie Sensorfedern, Sensorschrittplatten für Schrittmotore, Schattenmasken (Masken für Farbfernseher), Stahlrahmen für Floppy-Disks und dergleichen.

Zur Herstellung der vorstehend genannten Teile wendet man das Stanz- bzw. Prägeverfahren sowie die Fotoätzmethode (chemische Bearbeitung oder chemisches Fräsverfahren) an.
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Bei dem Stanzverfahren werden die Rohmaterialteile zu den gewünschten Formen mit Hilfe von Stanz- bzw. Prägestempeln gestanzt.

Bei der Fotoätzmethode druckt man die gewünschten Formen auf fotografische Weise auf eine oder zwei Oberflächen des zu bearbeitenden Rohmaterials unter Bildung eines Antikorrosionsfilms (Resiste, Schutzlacke, Abdecklacke). Daraufhin wird das Rohmaterial chemisch oder elektrolytisch geätzt, um die gewünschten Form- " teile zu erhalten. Auf diese Weise kann man Verfahren, wie Schlitzlochen, Schneiden, Stanzen, Prägen, Lochen, Bohren und dergleichen, ausführen, ohne dass man sich der konventionellen Bearbeitungsmethoden, wie Pressen, Fräsen und dergleichen, bedient.

Ein durch Stanzen hergestelltes Metallteil bzw. ein entsprechender Gegenstand 50, der gewöhnlich Grate 51 und Unebenheiten 52 auf den durch Scherung oder Reibung beanspruchten Oberflächen, wie sie durch das Stanzen entstehen, aufweist, ist in Fig. 12 wiedergegeben. Diese Grate 51 beschädigen oft Teile, die in Kontakt mit dem Gegenstand 50 gebracht werden. Ausserdem fallen diese Grate 51 ab und die abgefallenen, verteilten Grate können eine Floppy einer Floppy-Disk beschädigen und die auf der Floppy registrierten Daten wertlos machen oder als leitende Elemente dienen, und

die integrierte Schaltung ausser Betrieb setzen. Wenn der gepresste Gegenstand 50 ein Stahlband für eine Floppy-Disk darstellt, ist es andererseits möglich, dass die durch Reibung beanspruchten Oberflächen eines Teiles mit der Rauhigkeit 52 in ihrer inhärenten Funktion aneinander reiben (Fig. 13), so dass feine Teilchen von den Oberflächen abfallen, die die Schaltung und die Floppy nachteilig beeinflussen. Ausserdem verkratzen die feinen Teilchen die durch Scherung beanspruchten Oberflächen wie Schmiermittel, was zu einem Reissen des Stahlbandes und zu einer Schädigung anderer Teile, die in Kontakt mit diesen Teilchen sind, führen kann.

Ein Teil 60, das durch Fotoätzung hergestellt wurde, .. weist im allgemeinen keine Grate und Rauhigkeiten der durch Scherung beanspuchten Oberflächen auf. Dennoch besitzt die Fotoätzmethode verschiedene Nachteile bei der Herstellung, indem sie nur zur Herstellung dünner Artikel angewendet werden kann, lange Produktionszeiten erfordert, für die Massenproduktion nicht geeignet ist und dazu tendiert, Ausschussteile in grosser Zahl herzustellen; ausserdem sind die nach diesem Verfahren hergestellten Teile teuer und weisen besondere Hervorhebungen 61 auf (im folgenden als "Ätzgrate" bezeichnet), die von dem Ätzverfahren herrühren und in Fig. 14 wiedergegeben sind.

Das Stanzverfahren und die Fotoätzmethode besitzen somit Vor- und Nachteile, wie dies vorstehend beschrieben ist. Grate und Unebenheiten auf den Teilen der durch Scherung beanspruchten Oberflächen sind aber

z.B. für AO-Ausrüstungen, auf EC-technischem Gebiet und dergleichen absolut zu vermeiden, so dass man trotz der hohen Kosten vorwiegend das Fotoätzverfahren angewendet hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Metallteil bzw. einen Metallgegenstand und ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfugung zu stellen, wobei sämtliche Nachteile, wie sie durch die bekannten Verfahren entstehen, vermieden werden sollen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Metallteil für elektrische und elektronische Ausrüstungen und ein Verfahren zur Herstellung eines Metallteiles ·· zur Verfugung zu stellen, das keine Pressgrate, Rauhigkeiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen und Ätzgrate, welche beim Stanzen in die gewünschte Form entstehen, aufweist und bei welchem Grate und Unebenheiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen, die beim Stanzen entstehen, durch Ätzen eliminiert werden.

Die vorstehende Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein erfindungsgemäss hergestelltes Teil gelöst, das durch Stanzen bzw. Prägen hergestellt wird, und glatte, spiegelähnlich Oberflächen aufweist, indem die Pressgrate und Rauhigkeiten der durch Scherung beanspruchten Oberflächen, wie sie beim Stanzen entstehen, durch Ätzen behandelt werden.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Metallteiles gemäss der Erfindung umfasst die folgenden Schritte:

Beschichten eines Metallbleches mit Resisten, die durch eine metallkorrosive Flüssigkeit nicht angegriffen werden,

Stanzen bzw. Prägen des genannten Rohmaterials, das mit Resisten beschichtet ist, zu der gewünschten Form unter Erhalt eines Halbfertigproduktes, Ätzen des Halbfertigproduktes mit Hilfe einer metallkorrosiven Flüssigkeit, um die Pressgrate und Unebenheiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen zu spiegelglatten Oberflächen zu glätten, Entfernen der Resiste von dem genannten Gegenstand mit Hilfe eines Lösungsmittels, und

Reinigen und Trocknen des genannten Gegenstandes unter Erhalt des endgültigen Metallgegenstandes.

Das Resist bzw. der Antikorrosionsfilm oder die Antikorrosionsschicht ist vorzugsweise wasserlöslich oder in einem organischen Lösungsmittel löslich, wie z.B. wasserlösliches Kolloid, Polyzimtsäure, cyclisierter Gummi, Chinon-disäure oder Trockentinte (dry ink).

Die metallkorrosive Flüssigkeit ist eine Säure, vorzugsweise eine einzelne Flüssigkeit aus Eisen(III)-chlorid, Salpetersäure, Salzsäure oder Picrinsäure, oder eine aus mehreren dieser Säuren gebildete Flüssigkeit, oder eine Lösung dieser Säuren.

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Das Lösungsmittel ist vorzugsweise eine gemischte Lösung aus Phenol, Tetrachlorethylen, Dichlorbenzol, Alkylbenzolsulfonsäure oder dergleichen, oder eine gemischte Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxidlösung zur Entfernung des cyclisierten Gummi, oder ein organisches Lösungsmittel, wie Aceton, Alkohol, Trichlorethylen oder dergleichen, zur Entfernung des wasserlöslichen Kolloids, Polyzimtsäure, Chinon-disäure oder Trockentinte.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsformen als Beispiele beschrieben, wobei Bezug auf die anliegenden Zeichnungen genommen wird.

Fig. 1 ist eine teilweise vergrösserte Schnittansicht eines Metallgegenstandes oder Teiles gemäss der Erfindung;

Fig. 2 erläutert sämtliche Schritte der ersten Ausführungsform nach dem Verfahren gemäss der Erfindung;

Fig. 3 ist eine vergrösserte Schnittansicht entlang der Linie (3)-(3) in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine vergrösserte Schnittansicht entlang der Linie ' (4)-(4) in Fig. 2;

Fig. 5 ist eine vergrösserte Schnittansicht entlang der Linie (5)-(5) in Fig. 2;

Fig. 6 ist eine vergrösserte Schnittansicht entlang der Linie (6)-(6) in Fig. 2;

Fig. 7 ist eine vergrösserte Schnittansicht entlang der Linie (7)-(7) in Fig. 2;

Fig. 8 ist eine Aufsicht auf einen Metallartikel, der nach der ersten Ausführungsform gemäss der Erfindung hergestellt wurde; 10

Fig. 9 ist eine Aufsicht auf einen anderen Metallgegenstand, der nach der ersten Ausführungsform gemäss der Erfindung hergestellt wurde;

Fig. 10 erläutert die Schritte einer zweiten Ausführungsform nach dem Verfahren gemäss der Erfindung;

Fig. 11 ist eine Aufsicht auf einen Metallgegenstand, der nach der zweiten Ausführungsform gemäss der Erfindung hergestellt wurde;

Fig. 12 ist eine teilweise vergrösserte Schnittansicht eines Metallgegenstandes, der wie bisher nach dem Stanz- bzw. Prägeverfahren her- gestellt wurde;

■ Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Stahlbandes für eine Floppy-Disk, das nach den bekannten Pressverfahren (press work) herge- stellt wurde, und

Fig. 14 ist eine teilweise vergrösserte Schnittansicht eines Metallgegenstandes, der nach der bisher angewendeten Fotoätzmethode hergestellt wurde.

Fig. 1 erläutert eine grundlegende Konfiguration eines Querschnittes von einem gestanzten Metallteil, das teilweise vergrössert ist, gemäss der Erfindung. Dieser Metallgegenstand oder das entsprechende Teil A besteht aus Eisen und dessen Legierungen, einschliesslich rostfreiem Stahl, Kupfer und seinen Legierungen, Aluminium und seinen Legierungen, Titan und seinen Legierungen und dergleichen. Nachdem das Rohmaterial durch Stanzen bzw. Prägen (punching) zu der gewünschten Form geformt wurde, wird es weiter durch Ätzen des Randes A,, der Pressgrate aufweist, und der Oberfläche A_, die grobe Rauhigkeiten zeigt, zu einem perfekten Gegenstand mit glatten, spiegelähnlichen Oberflächen geformt. Gemäss der Erfindung kann die Dicke des Gegenstandes A in einem weiten Bereich variieren; so kann dieser Gegenstand ziemlich dünn sein oder verhältnismässig grosse Dicken aufweisen, solange sich das Stanzverfahren durchführen lässt.

Fig. 2 erläutert eine erste Ausfuhrungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung in der Reihenfolge der Verfahrensschr.itte. In einem ersten Schritt I ..wird ein Metallblech 1 (Fig. 3) für das Metallteil A auf seinen beiden Oberflächen la und Ib mit antikorrosiven Filmen oder Resisten 2, die von einer metallkorrosiven Flüssigkeit 3 (Fig. 4) nicht angegriffen werden, beschichtet. In einem zweiten Schritt II wird das beschichtete Metallblech 1 zu einer gegebenen Form des

Teiles gestanzt unter Bildung eines Halbfertigproduktes 4 (Fig. 5). In einem dritten Schritt III wird das Halbfertigprodukt 4 in die metallkorrosive Flüssigkeit 3 eingetaucht, um die Pressgrate a, und Unebenheiten a~ auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen zu korrodieren unter Erhalt eines geformten Rohteiles 5 (Fig. 6). In einem vierten Schritt IV wird das Rohteil 5 in ein Lösungsmittel 6 eingetaucht, um die Resiste 2 auf beiden Oberflächen zu entfernen, es wird dann gespült und in einem fünften Schritt V getrocknet, um auf diese Weise das Metallteil oder den Gegenstand A fertigzustellen.

Genauer gesagt, das Rohmaterial 1 wird mit den Resisten 2 mit Hilfe einer Beschichtungsvorrichtung 7 in .. dem ersten Schritt I vor dem Schritt II beschichtet. Das Resist 2 ist ein Material, das von einer metallkorrosiven Flüssigkeit 3 nicht angegriffen wird, genauer gesagt, es ist in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel löslich und stellt z.B. ein wasserlösliches Kolloid, Polyzimtsäure, cyclisiertes Gummi, Chinon-disäure oder Trockentinte dar.

Das Rohmaterial 1, das mit den Resisten 2 auf beiden Oberflächen beschichtet ist, wird dann zu einer gegebenen Form mit Hilfe von Pressverfahren (pressworking) in einer Presse 8 in dem zweiten Schritt II gestanzt.

In dem dritten Schritt III wird das gestanzte Halbfertigprodukt 4 in ein Bad eingetaucht, das mit metallkorrosiver Flüssigkeit 9 gefüllt ist, um die exponierten Pressgrate a und Rauhigkeiten a„ auf den

durch Scherung beanspruchten Oberflächen, die iiicht mit Resisten 2 beschichtet sind, durch Ätzwirkung der metallkorrosiven Flüssigkeit zu entfernen unter Erhalt einer glatten, spiegelartigen Oberfläche. Die metallkorrosive Flüssigkeit 3 stellt im allgemeinen eine Säure dar, z.B. eine einzelne Flüssigkeit, bestehend aus Eisen(III)chlorid, Salpetersäure, Salzsäure, Picrinsäure oder dergleichen, oder eine zusammengesetzte Flüssigkeit dieser Säuren, oder eine Lösung dieser Säuren.

Im vierten Schritt IV wird der Rohling 5 nach Entfernen der Pressgrate a.. und der Rauhigkeiten a~ auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen in ein Bad mit dem Lösungsmittel 10 eingetaucht, um die Resiste 2 auf den Oberflächen mit Hilfe des Lösungsmittels 6 aufzulösen und zu entfernen. Das Lösungsmittel 6 ist in der Lage, das Resist 2 aufzulösen; es stellt z.B. gemischt Lösungen von Phenol, Tetrachlorethylen, Dichlorbenzol, Alkylbenzolsulfonsäure oder dergleichen dar, oder gemischte Lösungen aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxidlösung zur Entfernung des cyclisier-' ten Gummi, oder organische Lösungsmittel, wie Aceton, Alkohol, Trichlorethlen oder dergleichen zur Entfernung des wasserlöslichen Kolloids, Polyzimtsäure, Chinon-disäure und Trockentinte.

Im fünften Schritt V wird der im wesentlichen fertiggestellte Metallgegenstand A in einer Spülvorrichtung 11 gespült und in einem Trockner 12 getrocknet, um sämtliche Oberflächen des Teiles zu reinigen.

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Eine derartige Ausführungsform eignet sich besonders für ein Metallteil A in Form eines Endlosbandes.

Fig. 8 und 9 zeigen Metallgegenstände A vom Typ eines Endlosbandes nach der ersten Ausführungsform. Das in Fig. 8 gezeigte Teil wird für einen integrierten Schaltrahmen und der in Fig. 9 gezeigte Gegenstand wird als Kardanfeder verwendet; diese Gegenstände weisen spiegelartige Oberflächen einschlieslich der Stellen A₁ und A„ von Pressgraten und Rauhigkeiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen auf.

Fig. 10 erläutert eine zweite Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung. Nach dieser Ausführungsform wird ein Rohmaterial einem ersten Schritt I un- ■· terworfen, der ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform durchgeführt wird; dann wird das Rohmaterial mit Hilfe einer Presse 8 in einem zweiten Schritt II so verarbeitet, dass es durch Stanzen in die gewünschte Form gebracht wird unter Erhalt von Halbfertigteilen 4, die in den Korb 13 fallen. Die Halbfertigteile 4, die sich in dem Korb 13 befinden, werden dann den dritten, vierten und fünften Schritten III, IV und V unterworfen, die ähnlich den in der vorstehenden ersten Ausführungsform sind, wobei ein Metallgegenstand A mit der gewünschten Form erhalten wird.

Fig. 11 zeigt ein Stahlband für eine Floppy Disk als Beispiel für die Teile A unter Anwendung der zweiten Ausführunsform gemäss der Erfindung. Dieses Stahlband weist lauter glatte Oberflächen auf, einschliesslich

der Stellen A, und A₂ von Pressgraten und Rauhigkeiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann anstelle des Eintauchens der Gegenstände in die metallkorrosive Flüssigkeit in dem dritten Schritt III, die Flüssigkeit auch auf die Halbfertigprodukte gesprüht werden oder es kann zu diesem Zweck ein Paddelrührer verwendet werden.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, weisen die Metallgegenstände gemäss der Erfindung die folgende Vorteile auf.
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1) Nachdem die Stellen mit Pressgraten und Rauhig-., keiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen so behandelt worden sind, dass sie glatte, spiegelartige Oberflächen darstellen, besteht nicht mehr die Gefahr, dass Grate oder feine Teilchen infolge eines Reibens der Oberflächen gegeneinander abfallen. Die Gegenstände sind deshalb besonders geeignet für Teile, die in verschiedenen elektrischen oder elektronischen Geräten zur Anwendung kommen.

2) Da auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen keine Ätzgrate oder Rauhigkeiten und insbesondere keine Pressgrate auf den Teilen vorliegen, besteht . keine Gefahr eines Verletzens der Finger an diesen Graten sowie keine Beschädigung von sich in Kontakt befindlichen Teilen. Dieser Effekt ist besonders bei dünnen Teilen von grosser Bedeutung.

3) Die Gemäss der Erfindung hergestellten Gegenstände sind nicht teuer.

Weiterhin weist das erfindungsgemässe Verfahren noch die folgenden Vorteile auf:

1) Da die Formgebung der gewünschten Teile durch Stanzen erfolgt, das es erlaubt, in kurzer Zeit eine grosse Menge an Ausgangsmaterial zu verarbeiten, und das Abglätten der Grate und Rauhigkeiten, wie sie beim Stanzen entstehen, und deren Oberfläche im Verhältnis zur Gesamtoberfläche sehr klein ist, durch Ätzen in kurzer Zeit durchgeführt wird, ist es möglich, Metallgegenstände mit glatten, spiegelartigen Oberflächen, einschliesslich der Stellen mit Pressgraten und Rau- ., higkeiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen, durch Massenproduktion auf billige Weise herzustellen.

2) Da die gewünschten Teile und Formen mittels Stanzen hergestellt werden, können Metallgegenstände, die in ihrer Dicke in einem weiten Bereich variieren, nämlich von ziemlich dünn bis ziemlich dick, in ähnlicherweise in kurzer Zeit hergestellt werden.

3) Da die Anzahl der Produkte erhöht ist, nehmen die Produktkosten für ein Teil ab, so dass auf billige Weise Metallteile hergestellt werden können.

4) Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich zur Bearbeitung von Metallgegenständen, ungeachtet, ob es sich dabei um allgemein übliche oder besondere Produkte handelt.

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Claims

41 176 Iwata Denko Co., Ltd., Tokyo / Japan Metallgegenstand und Verfahren zur Herstellung desselben Patentansprüche

1. Durch Pressverfahren hergestellter Metallgegenstand mit glatten, spiegelähnlichen Oberflächen, dadurch gekennzeichnet , dass man die Pressgrate und Unebenheiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen, wie sie sich beim Stanzen bzw. Prägen ergeben, durch Ätzen behandelt.

2. Verfahren zur Herstellung eines Metallteiles, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Beschichten eines Metallbleches mit Resisten, die durch eine metallkorrosive Flüssigkeit nicht angegriffen werden,
Stanzen bzw. Prägen des genannten Rohmaterials, das mit Resisten beschichtet ist, zu der gewünschten Form unter Erhalt eines Halbfertigproduktes,

Ätzen des Halbfertigproduktes mit einer metallkorrosiven Flüssigkeit, um die Pressgrate und Unebenheiten auf den durch Scherung beanspruchten Oberflächen in glatte, spiegelähnliche Oberflächen umzuwandeln unter Erhalt des gewünschten Gegenstandes, Entfernen der Resiste von dem genannten Gegenstand mit Hilfe eines Lösungsmittels, und

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Resist wasserlöslich oder in einem organischen Lösungsmittel löslich ist und ausgewählt wird aus der Gruppe der wasserlöslichen Kolloide, Polyzimtsäure, cyclische Gummi'; Chinon-disäure, Trockentinte und dergleichen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte metallkorrosive Flüssigkeit eine einzelne Flüssigkeit, eine zusammengesetzte Flüssigkeit oder Lösung von mindestens einem der Stoffe aus der Gruppe Eisen(III)chlorid, Salpetersäure, Salzsäure, Picrinsäure und dergleichen darstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass zum Ätzen des Halbfertigproduktes das Produkt in die genannte metallkorrosive Flüssigkeit eingetaucht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ätzen des Halbfertigproduktes die metallkorrosive Flüssigkeit auf bzw. an das Halbfertigprodukt gesprüht wird.

7. Verfahren nach Anspruch '.-:, dadurch gekennzeichnet, dass zum .".tzen des Halbfertiproduktes ein Paddelrührer verwe _det wird, um das HaIbfertiprodukt an sämtlichen Ot :rflächen in Kontakt mit der metallkorrosiven Flüssigk it zu bringen.

8. Verfahren nach Anspruch ·, dadurch gekennzeichnet, dass das .enannte Lösungsmittel Wasser oder eine gemischte Fl ssgkeit aus mindestens zwei Substanzen aus der Grupj Wasser, Phenol, Tetra-_ chlorethylen, Dichlorbenzol, Ikylbenzolsulfonsäure und dergleichen darstellt.

9. Verfahren nach Anspruch ., dadurch g e k e η η · zeichnet, dass das enannte Lösungsmittel ein Flüssigkeitsgemisch aus £-.hwefelsäure und Wasserstoffperoxid darstellt.

10. Verfahren nach Anspruch ·, dadurch g e k e η η zeichnet, dass das enannte Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel¹ . ausgewählt aus der Gruppe Aceton, Alkohol oder ¹^.. ichlorethylen, darstellt