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betreffend ein
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Verfahren zur Herstellung einer plattenartigen Matrize"
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer plattenartigen Matrize, die
ihrerseits zur Herstellung von Schichtstoffplatten, vorzugsweise von Hochdruck-Schichtstoffplatten
(HPL), dient, wobei die herzustellende Matrize einen Kern aus mehreren Schichten
von mit Phenolharz oder einem anderen ähnlichen Kunststoff getränktem Trägermaterial,
insbesondere Papier, aufweist.
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Schichtstoffplatten bestehen aus einer Mehrzahl von mit härtbaren
Kunstharzen getränkten Trägerbahnen aus Papier, Gewebe, Matten od. dgl., die durch
Warmpressen miteinander verbunden werden. Diese Schichtstoffplatten sind bei der
Herstellung beispielsweise 4.100 mm lang und ca. 1.300 mm breit, also ziemlich großflächig.
Beim Warmpressen wird immer ein größerer Stapel von Schichtstoffplatten hergestellt,
wobei plattenartige Matrizen zwischen jeweils zwei Schichtstoffplatten eingelegt
werden. Die Matrizen dienen einerseits der Übertragung von Preßdruck und Preßtemperatur,
andererseits als Strukturgeber für gewünschte Oberflächenstrukturen der Schichtstoffplatten.
Selbstverständlich müssen die Matrizen die gleiche Größe haben wie die Schichtstoffplatten,
die mit ihnen durch Warmpressen hergestellt werden. Bei der Herstellung von Hochdruck-Schichtstoffplatten
(HPL) wird mit Preßdrücken bis zu 100 bar und mehr und Temperaturen von ca. 400
K bis 470 K gearbeitet.
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Die bislang üblicherweise verwendete plattenartige Matrize besteht
aus einer Mehrzahl von Schichten aus mit Phenolharz oder einem anderen Kunststoff
getränktem Trägermaterial, insbesondere Papier als Trägermaterial.
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Die Matrize ist also ihrerseits wieder eine Art Schichtstoffplatte,
die auf der Oberfläche die gewünschte Struktur aufweist. Zur Herstellung der Matrize
dient eine Muttermatrize, zur Herstellung der Muttermatrize dient eine Urmuttermatrize.
Die mehrstufige Staffelung ist notwendig, da die bei der Herstellung von Schichtstoffplatten
tatsächlich verwendeten Matrizen relativ schnell verschleißen. Nach maximal 100
Warmpreßvorgängen bei den oben angegebenen Parametern müssen die Matrizen erneuert
werden. Die Urmuttermatrizen bestehen häufig aus Blech. Die erheblich höheren Kosten
einer Blechmatrize sind dort vertretbar.
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Grundsätzlich ist es auch bekannt, plattenartige Blechmatrizen unmittelbar
zur Herstellung von Schichtstoffplatten zu verwenden. Blechmatrizen haben natürlich
eine vielfach höhere Standzeit als Matrizen, die aus einer Matrizenplatte aus mit
Phenolharz od. dgl. getränktem Trägermaterial bestehen. Die Kosten einer Blechmatrize
sind allerdings um ein Vielfaches höher als die Kosten einer solchen "einfachen"
Matrize. Bei der zuvor angegebenen Größe der Schichtstoffplatten kostet eine der
zuvor erläuterten "einfachen" Matrizen ca. DM 300,--, hingegen kostet eine Blechmatrize
bis zu DM 60.000,--, je nach der Oberflächenbeschaffenheit.
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Bei Verwendung der zuvor erläuterten plattenartigen Matrizen zur Herstellung
von Schichtstoffplatten ist es notwendig, zwischen den Matrizen und den zu pressenden
Schichtstoffplatten Trennmedien vorzusehen, beispielsweise hauchdünne Trennschichten
aus Papier, Kunststoff, Aluminium od. dgl.. Täte man dies nicht, so würden die Matrizen
sich mit den Schichtstoffplatten verbinden. Die Verwendung von Blechmatrizen erfordert
diese Trennmedien nicht, Blechmatrizen sind insoweit selbsttrennend, es erfolgt
keine Verbindung mit den Schichtstoffplatten während des Warmpreßvorganges. Zwar
sind mit den erläuterten Trennmedien besondere Oberflächeneffekte zu erreichen,
jedoch führt die Verwendung der Trennmedien, abgesehen von den zusätzlichen Kosten,
immer wieder dazu, daß Oberflächen defekte auftreten, also Ausschuß produziert wird.
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Neben den zuvor erläuterten plattenartigen Matrizen zur Herstellung
von Schichtstoffplatten und dem Verfahren zur Herstellung dieser plattenartigen
Matrizen sind auch Matrizen in Form von Bändern, insbesondere Endlosbändern, bekannt,
die zur kontinuierlichen Herstellung von Schichtstoffen auf Doppelbandpressen verwendet
werden (DE-OS 32 49 394). Bei Doppelbandpressen sind die Voraussetzungen hinsichtlich
Druck und Temperatur ganz anders als bei Plattenpressen. Maximal sind Preßdrücke
von 50 bar erreichbar bei Temperaturen um 420 K. Folglich sind die Bandmatrizen
hinsichtlich des #Drucks erheblich geringeren Beanspruchungen ausgesetzt als bei
Plattenpressen, andererseits sind an Bandmatrizen andere Anforderungen an die Flexibilität
zu stellen.
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Bei Bandmatrizen ist ein Verfahren zur Herstellung bekamt, bei dem
zunächst eine Schicht von mit Phenolharz oder einem anderen ähnlichen Kunststoff
getränktem Papier in einer Doppelbandpresse zwischen Strukturgebern gepreßt und
nach dem Aushärten verkupfert und verchromt wird. Alternativ ist es auch bekannt,
eine Bandmatrize dadurch herzustellen, daß zwei Metallbänder, insbesondere Kupferbänder,
mit dazwischen eingebrachter Klebeschicht aus duroplastischem Material und außen
aufliegenden Beiläuferbändern zur Strukturgebung der Oberflächen in einer Doppelbandpresse
gepreßt werden, wobei nach dem Preßvorgang die Beiläuferbänder von den Metallbändern
getrennt werden. Die dadurch hergestellte Bandmatrize besteht also letztlich aus
den beiden Metallbändern mit der dazwischen liegenden Kleberschicht aus duroplastischem
Material, über die im Inneren der Bandmatrize durch das bei den gegebenen Preßtemperaturen
fließende duroplastische Material eine Ausfüllung aller Hohlräume, eine Abpolsterung
und eine'Druckverteilung gewährleistet ist. Insgesamt ist es also bei Bandmatrizen
bekannt, mit niedrigen Kosten eine Standzeit und eine Oberflächenqualität durch
Beschichtung mit einem Hartmetall zu erreichen, die mit reinen Blechmatrizen bzw.
Metallbändern vergleichbar sind.
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Die übertragung der bei der Herstellung von Bandmatrizen zur Verwendung
auf Doppelbandpressen bekannten Verfahrensschritte auf die Herstellung von plattenartigen
Matrizen ist wegen der anderen Randbedingungen, insbesondere der erheblich höheren
Drücke, nicht ohne weiteres möglich. Dazu bedarf es besonderer überlegungen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgernäßes
Verfahren anzugeben, mit dem eine plattenartige Matrize mit hoher Standzeit und
guter Oberflächenqualität einfach, kostengünstig und verfahrenstechnisch zweckmäßig
hergestellt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe
gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Schichten von Trägermaterial
zwischen zwei Metallfolien, insbesondere zwei Kupferfolien,
zur Bildung eines Gesamtstapels eingelegt werden und daß danach
die Schichten von Trägermaterial gemeinsam mit den außen liegenden Metallfolien,
insbesondere Kupferfolien, mit hohem Druck, vorzugsweise einem Druck von bis zu
100 bar und mehr, und bei hoher Temperatur, vorzugsweise einer Temperatur von 400
K bis 470 K, insbesondere von etwa 435 K, gepreßt werden, so daß die innige Verbindung
der Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, mit den Schichten von Trägermaterial
gemeinsam mit der innigen Verbindung der Schichten von Trägermaterial untereinander
erfolgt. Erfindungsgemäß werden also die Metallfolien, insbesondere Kupferfolien,
mehr oder weniger wie weitere, äußere Schichten von Trägermaterial behandelt, aus
allen Folien und Schichten wird also zunächst ein Gesamtstapel gebildet.
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Dieser Gesamtstapel aus einer Mehrzahl von Schichten wird dann in
einem einzigen Warmpreßvorgang zu einem Sandwichsystem verpreßt. Dies ist besonders
gut möglich, da beim Arbeiten mit Plattenpressen Drücke bis zu 100 bar und mehr
erreichbar sind, die zu einer innigen Verbindung aller Schichten eines solchen Gesamtstapels
führen.
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Es gibt nun verschiedene. Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer plattenartigen Matrize auszugestalten und weiterzubilden.
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Zunächst kann das Verfahren so praktiziert werden, daß mit dünnen,
glatten Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, vorzugsweise mit einer Dicke von
etwa 0,1 mm bis 0,5 mm, gearbeitet wird und daß die Metallfolien, insbesondere Kupferfolien,
zum Preßvorgang zwischen strukturgebende Schichten wie Folien, Platten od. dgl.
eingelegt werden, so daß beim Preßvorgang gleichzeitig eine Strukturgebung der Oberflächen
erfolgt.
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Hier ist also der Schritt der Strukturgebung der Oberflächen mit in
den zur Herstellung der plattenartigen Matrize überhaupt dienenden Warmpreßvorgang
integriert.
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Grundsätzlich wäre es möglich, bei dem zuvor erläuterten erfindungsgemäßen
Verfahren schon mit hartmetallbeschichteten Metallfolien, insbesondere
Kupferfolien,
zu arbeiten. Eine Strukturgebung hartmetallbeschichteter Metallfolien ist schwierig,
zumindest wenn feine Strukturen erzeugt werden sollen. Folglich empfiehlt es sich,
daß anschließend an den Preßvorgang die Metallfolien mit einer Zwischenschicht,
insbesondere aus Nickel, versehen, insbesondere galvanisch vernickelt, werden und
daß schließlich die Metallfolien mit einer Beschichtung aus einem Hartmetall, insbesondere
aus Chrom, versehen, insbesondere galvanisch verchromt, werden.
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Als Alternative zu dem zuvor beschriebenen Verfahren empfiehlt sich
auch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mit schon von vornherein
die gewünschte Struktur der Oberflächen aufweisenden Metallfolien, insbesondere
Kupferfolien gearbeitet wird und beim Preßvorgang eine weitere Strukturgebung der
Oberflächen nicht erfolgt. Die hier verwendeten Metallfolien, insbesondere Kupferfolien
sind durch die Strukturgebung der Oberflächen noch zusätzlich versteift und widerstandsfähiger
gemacht worden.
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Derartige dünne, schon von vornherein die gewünschte Struktur der
Oberflächen aufweisende Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, sind als solche
bekannt und am Markt erhältlich, werden nämlich bislang als Metall-Bandmatrizen
für die kontinuierliche Herstellung von Schichtstoffen auf Doppelbandpressen eingesetzt.
Die Erfindung lehrt nun, wie derartige bekante Metallfolien mit Oberflächenstruktur
zur Herstellung von plattenartigen Matrizen mit einem mehrschichtigen Phenol kern
eingesetzt werden können.
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Hinsichtlich der vorzugsweise zu wählenden Dickenbereiche gilt, daß
mit Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, mit einer Dicke von etwa 0,5 mm bis
1,3 mm, insbesondere von etwa 0,7 mm bis 1,1 mm, gearbeitet wird oder daß mit Metallfolien,
insbesondere Kupferfolien, mit einer Dicke von etwa 0,1 mm bis 0,3 mm, insbesondere
von etwa 0,15 mm bis 0,25 mm, gearbeitet wird.
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Grundsätzlich ist es möglich, auch bei dem zuletzt erläuterten Verfahren
nach dem eigentlichen Preßvorgang die Zwischenschicht bzw. die Beschichtung
aus
einem Hartmetall aufzubringen. Da jedoch die gewünschte Struktur der Oberflächen
hier schon von vornherein vorliegt empfiehlt es sich, daß hier mit Metallfolien,
insbesondere Kupferfolien, gearbeitet wird, die von vornherein eine Beschichtung
aus Hartmetall, insbesondere aus Chrom, aufweisen.
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Arbeitet man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer
plattenartigen Matrize mit dünnen, schon von vornherein die gewünschte Struktur
der Oberflächen aufweisenden Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, so besteht
ein besonderes Problem darin zu verhindern, daß die Struktur der Oberflächen während
des Preßvorgangs bei den zum Teil ja erheblichen Preßdrücken nicht zerstört bzw.
verändert wird. Hierzu geht nun eine weitere Lehre der Erfindung dahin, daß die
Metallfolien, insbesondere Kupferfolien> zum Preßvorgang zwischen abpolsternde
und druckverteilende Schichten wie Folien, Platten od. dgl. eingelegt werden und
daß die abpolsternden und druckverteilenden Schichten nach dem Preßvorgang von den
Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, getrennt werden. Zum Abpolstern sind Materialien
zu verwenden, die auf die zu erwartenden Preßdrücke und Preßternperaturen abgestimmt
sind, wobei mitunter die abpolsternden und druckverteilenden Schichten nochmals
zwischen hauchdünne Trennschichten eingelegt werden. Das ist beispielsweise bei
Polyäthylenfolien als abpolsternde und druckverteilende Schichten zweckmäßig. Derartige
Trennschichten können sehr feine Papierbahnen od. dgl. sein.
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Längere Untersuchungen haben schließlich gezeigt, daß es für die Herstellung
einer plattenartigen Matrize der in Rede stehenden Art hinsichtlich der abpolsternden
und druckverteilenden Schichten besonders zweckmäßig ist, wenn mit mit Phenolharz
oder einem anderen ähnlichen Kunststoff getränktem Trägermaterial, insbesondere
Papier, als abpolsternden und druckverteilenden Schichten gearbeitet wird. Die sowieso
vorhandenen und bekannten mit Phenolharz od. dgl. getränkten Papierbahnen eignen
sich nach den angestellten Untersuchungen hervorragend für die Abpolsterung und
Druckverteilung und sind überdies außerordentlich preisgünstig und verfahrenstechnisch
gut handhabbar. Die Verwendung von mit Phenolharz od. dgl.
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getränktem Trägermaterial, insbesondere Papier, als abpolsternde und
druckverteilende Schicht auf der Außenseite der Metallfolien, insbesondere Kupferfolien,
trägt der Tatsache Rechnung, daß bei den gegebenen Preßtemperaturen das Phenolharz
od. dgl. fließt, alle Hohlräume der Oberflächenstruktur ausfüllt und eine optimale
Druckverteilung ergibt. Dadurch ist jede Beschädigung oder auch nur Beeinträchtigung
der Oberflächenstruktur ausgeschlossen, und zwar auf systematisch optimale Weise,
da für die den Kern der Matrize bildenden Schichten im wesentlichen dasselbe Material
verwendet wird für die abpolsternden und druckverteilenden Schichten.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte plattenartige
Matrize ist in jedem Fall wie eine reine Blechmatrize selbsttrennend, so daß zusätzliche
Trennmedien nur dann verwendet werden müssen, wenn mit deren Hilfe besondere Oberflächeneffekte
erreicht werden sollen. Das gilt sowohl für optische Oberflächeneffekte als auch
für haptische Oberflächeneffekte, also Oberflächeneffekte, die für den Tasteindruck
von mit derartigen Matrizen hergestellten Schichtstoffplatten bedeutsam sind.
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Ganz generell sind für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in der einen oder anderen Ausgestaltung noch folgende Erläuterungen hilfreich: Kupferfolien
einer sehr geringen Dicke, beispielsweise einer Dicke von 0,2 rnm und weniger, sind
aus dem Bereich der Herstellung von Leiterplatten für elektrische und elektronische
Schaltungen bekannt. Solche oder ähnliche Kupferfolien können auch hier verwendet
werden. Dabei kann ein Klebemittel zur Verbindung der Kupferfolie mit den Schichten
aus Trägermaterial gesondert aufgebracht werden, die Kupferfolie kann aber auch
auf der zu verklebenden Seite mit einem Acrylatkleber od. dgl. beschichtet sein.
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Bei einer Hartmetallbeschichtung aus Chrom empfiehlt sich eine Zwischenschicht
aus Nickel bzw. einer Nickel/Bor-Legierung, wodurch beim stromlosen Einhängen in
die als Galvanisierflüssigkeit dienende Chromsäure ein
ansonsten
auftretendes Anätzen der Grundbeschichtung aus Kupfer verhindert werden kann. Im
übrigen ergibt eine Zwischenschicht weitere Möglichkeiten zur Erzielung besonderer
Oberflächenstrukturen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung nochmals erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel
einer plattenartigen Matrize zur Herstellung von Schichtstoffplatten während eines
ersten Verfahrensschritts ihrer Herstellung, Fig. 2 die Matrize aus Fig. 1 während
eines zweiten Verfahrensschritts ihrer Herstellung, Fig. 3 die Matrize aus Fig.
1 während eines dritten bzw. vierten Schritt ihrer Herstellung und Fig. 4 ein zweites
Ausführungsbeispiel einer plattenartigen Matrize zur Herstellung von Schichtstoffplatten
während des zweiten Verfahrensschritts ihrer Herstellung, also in Fig. 2 entsprechender
Darstellung.
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Die in Fig. 1 in einem ersten Verfahrensschritt ihrer Herstellung
dargestellte plattenartige Matrize ist zur Herstellung von Schichtstoffplatten bestimmt
und weist zunächst einen Kern aus mehreren Schichten 1 von mit Phenolharz oder einem
anderen ähnlichen Kunststoff getränktem Trägermaterial auf. Als Trägermaterial kommt
insbesondere Papier, häufig sogenanntes Natronkraftpapier, in Frage. Wesentlich
ist in Fig. 1, daß die Schichten 1 von Trägermaterial zwischen zwei Metallfolien
2, im vorliegenden und bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei Kupferfolien, zur Bildung
eines Gesamtstapels eingelegt werden. Fig. 1 zeigt, wie die Kupferfolie 2 soeben
auf die oberste Schicht 1 von Trägermaterial aufgeklebt wird. Gestrichelt ist angedeutet,
daß auch auf der Unterseite des Stapels von Schichten 1 von Trägermaterial eine
Kupferfolie 2 aufgeklebt wird. Im dar-
gestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupferfolie 2 auf der mit
der Schicht 1 zu verbindenden Seite mit einer Klebeschicht 3, im hier dargestellten
Ausführungsbeispiel aus einem Acrylatkleber od. dgl., versehen.
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Fig. 2 läßt erkennen, daß nach der Bildung des Gesamtstapels gemäß
Fig. 1 in einem zweiten Verfahrensschritt die Schichten 1 von Trägermaterial gemeinsam
mit den außen liegenden Kupferfolien 2 mit hohem Druck und hoher Temperatur gepreßt
werden, so daß eine innige Verbindung der Kupferfolien 2 mit den Schichten 1 gemeinsarn
mit einer innigen Verbindung der Schichten 1 untereinander erfolgt. Die Pfeile deuten
den Warmpreßvorgang mit einem Druck p von ca. 100 bar und einer Temperatur T von
ca. 435 K im hier dargestellten Ausführungsbeispiel an.
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An Ende des Verfahrensschrittes, der in Fig. 2 dargestellt ist, liegt
also eine plattenartige Matrize vor, die sich als inniger Verbund aus den Schichten
1 und den als Grundbeschichtung dienenden Kupferfolien 2 darstellt. Diese plattenartige
Matrize hat im Warmpreßvorgang hier auch eine bestimmte, gewünschte Oberflächenstruktur
erhalten. Im nächsten, in Fig. 3 dargestellten Verfahrensschritt bei der Herstellung
der Matrize erfolgt nun zunächst die Aufbringung einer Zwischenschicht aus Nickel.
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Im in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Matrize in
einem Galvanisierbadbehälter 4 in einer Galvanisierflüssigkeit 5 galvanisch vernickelt.
Die Niederschlagung von Nickel auf den Kupferfolien 2 ist hier durch Pfeile symbolisch
angedeutet. Diesem Verfahrensschritt folgt in entsprechender Weise der abschließende
Verfahrensschritt, in dem eine Beschichtung aus einem Hartmetall, im dargestellten
Ausführungsbeispiel aus Chrom, aufgebracht wird. In gleicher Weise, wie das in Fig.
3 dargestellt ist, wird hier in einem Gaivanisierbadbehälter 4 mit Chromsäure als
Galvanisierflüssigkeit 5 die Matrize nunmehr galvanisch verchromt. Grundsätzlich
ist es auch möglich, das Aufbringen einer Zwischenschicht aus Nickel entfallen zu
lassen, d. h. die Grundbeschichtung aus Kupfer direkt mit der Beschichtung aus einem
Hartmetall, insbesondere aus Chrom, zu versehen.
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Fig. 4 macht ein von dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Verfahren
etwas abweichendes Verfahren zur Herstellung einer plattenartigen Matrize deutlich,
bei dem mit schon von vornherein die gewünschte Struktur der Oberflächen aufweisenden
Metallfolien, hier ebenfalls Kupferfolien 2, gearbeitet wird. Beim Preßvorgang in
diesem Verfahren erfolgt eine weitere Strukturgebung normalerweise nicht mehr. Der
Preßvorgang dient lediglich der innigen Verbindung der strukturierten Kupferfolien
2 mit den Schichten 1 und der Schichten 1 untereinander zu einem Gesamt-Sandwich-Verbund.
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Das in Fig. 4 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel für ein
erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt es im übrigen, mit Kupferfolien 2 zu arbeiten,
die von vornherein eine Beschichtung aus Hartmetall, insbesondere aus Chrom, aufweisen,
ggf. aufgebracht auf einer Zwischenschicht. Dadurch kann der in Fig. 3 dargestellte
Verfahrensschritt entfallen.
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Nicht dargestellt ist in den Figuren, daß nach weiter bevorzugter
Lehre der Erfindung die Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, zum Preßvorgang
zwischen abpolsternde und druckverteilende Schichten wie Folien, Platten od. dgl.
eingelegt werden und daß die abpolsternden und druckverteilenden Schichten nach
dem Preßvorgang von den Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, getrennt werden,
daß zum Preßvorgang zwischen die Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, und die
abpolsternden und druckverteilenden Schichten sehr dünne, sich feinsten Strukturen
anpassende Trennschichten eingelegt werden und daß mit mit Phenolharz oder einem
anderen ähnlichen Kunststoff getränktem Trägermaterial, insbesondere Papier als
abpolsternden und druckverteilenden Schichten gearbeitet wird.
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