DE4102983A1 - Oberflaechenstruktur einer walze sowie verfahren und vorrichtung zur erzeugung der oberflaechenstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Oberflächenstruktur einer zur Beaufschlagung eines Materials vorgesehenen Walze, die aus durch einen Elektronenstrahl erzeug­ ten Ausnehmungen in Form von Kratern und die Krater umgebenden Krater­ wällen besteht.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Erzeugung der Ober­ flächenstruktur auf der Walze, bei dem die Ausnehmungen durch einen Elek­ tronenstrahl im Oberflächenbereich der Walze erzeugt werden.

Die Erfindung betrifft schließlich eine Vorrichtung zur Erzeugung der Oberflä­ chenstruktur auf der Walze, die einen einen Elektronenstrahl erzeugenden Strahlgenerator, eine Brennweiteneinstellung, eine Fokussierung sowie eine den Elektronenstrahl relativ zur Walze positionierende Ablenkeinheit auf­ weist.

Zur Erzeugung derartiger Oberflächenstrukturen auf Walzen, insbesondere auf Textur- oder Dressurwalzen zur Aufrauhung von Stahlblechen, sind in der Vergangenheit unterschiedliche Verfahren angewendet worden. Zum einen erfolgte eine Partikelbeaufschlagung mit Stahlkies entsprechend einem Schrotschuß, zum anderen wurden Vertiefungen auf der Walze mit Hilfe einer Elektroerosion oder mit Hilfe von Lasern durchgeführt. Die Elektroerosion und die Partikelbeaufschlagung mit Stahlkies führen jedoch zu scharfkantig begrenzten Vertiefungen, deren Kantenbereiche zum Abbrechen und somit zur Staubentwicklung neigen. Bei der Elektroerosion und der Laserbeaufschla­ gung tritt darüber hinaus eine Oxidation des Walzenmetalles und damit eine Aschenbildung auf. Die Anzahl der auf der Walzenoberfläche zu erzeugenden Vertiefungen ist bei einer Bearbeitung mit Lasern durch die Trägheit der verwendeten Spiegel begrenzt.

Aus der DE-OS 28 40 702 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Quali­ tätsverbesserung von Stahlfeinblechen bekannt. In dieser Druckschrift ist angegeben, daß auf der Walzenoberfläche eine Oberflächenstruktur mit Hilfe einer intermittierenden Energiestrahlung entlang einer spiralförmigen Bahn erfolgt. Insbesondere wird angegeben, daß als Energiestrahlung ein Laser­ strahl verwendet werden kann. Es wird jedoch auch auf die Möglichkeit hingewiesen, grundsätzlich einen Elektronenstrahl zu verwenden. Konkrete Hinweise zum Ablauf eines Verfahrens unter Verwendung eines Elektronen­ strahles oder zum Aufbau einer dieses Verfahren anwendenden Vorrichtung werden jedoch nicht gegeben.

Aus der EP-A-01 19 182 ist es bekannt, eine Walzenoberfläche mit Hilfe einer Laserstrahlung oder einer Elektronenstrahlung zu beaufschlagen. Mit Hilfe dieser Strahlung wird eine spiralförmige Bahn auf der Walze erzeugt. Insbesondere ist hier daran gedacht, in den Bereich der Strahlenbeaufschla­ gung ein Gas, beispielsweise Sauerstoff, zu blasen. Durch den Sauerstoffzutritt erfolgt im Bereich der Strahlenbeaufschlagung eine Oxidierung des Walzen­ metalles. Es wird dadurch die Ausbildung eines Kraterwalles, der eine von der Strahlung erzeugte Ausnehmung umschließt, weitgehend vermieden, da das verdampfende oder in flüssigem Zustand aus der Ausnehmung herausge­ schleuderte Material sehr schnell mit dem Sauerstoff reagiert.

In der FR-PS 9 02 850 wird die technische Lehre erteilt, die Oberflächenstruk­ turierung einer Texturwalze mit Hilfe von Laserstrahlung durchzuführen und die Verwendung von Spiegeln dadurch zu vermeiden, daß die zu beaufschla­ gende Walze rotatorisch und translatorisch an einem ortsfesten Laser vorbeibewegt wird.

Aus der EP-B-01 08 376 ist es bekannt, eine Gravur von Druckwalzen mit Hilfe einer Elektronenstrahlbeaufschlagung durchzuführen und eine Nachgravur relativ zu einer bereits erfolgten Gravur durch einen speziellen Einphasvor­ gang zu gewährleisten. Die örtliche Anordnung der mit Hilfe der in dieser Druckschrift beschriebenen Vorrichtung erzeugten Ausnehmungen auf der Gravurwalze ist jedoch durch das zu erzeugende Druckbild vorgegeben. Die Größe und die Plazierung der einzelnen Ausnehmungen ist somit bereits vor dem Beginn des Gravurvorganges exakt bestimmt.

In der DE-PS 5 19 414 wird ein Verfahren beschrieben, gemäß dem eine Walze mit einer Oberflächenstruktur versehen wird, mit der eine Oberfläche eines metallischen Gegenstandes konturiert werden kann. Die Walze weist dazu ein gleichmäßiges Strukturmuster auf, das im wesentlichen aus in Umfangsrich­ tung länglich ausgebildeten Ausnehmungen besteht, die an Erhebungen im Bereich einer Gegenwalze angepaßt sind.

Aus der GB-PS 2 79 413 ist es bekannt, Platten zur Erzeugung einer gleichmäßigen Oberflächenstruktur zu walzen. Die Oberflächenstruktur kann beispiels­ weise aus länglichen, kreuzförmigen oder zylindrischen Erhebungen bestehen, die gleichmäßig und abstandsbehaftet über die Platte verteilt sind.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Oberflächenstrukturierungen für Textur- oder Dressierwalzen können nicht alle Anforderungen erfüllen, die insbesondere bei Verwendung von mit den Walzen beaufschlagten Blechen in weiterverarbeitenden Betrieben auftreten. Diese Anforderungen bestehen in der Regel darin, daß Vorzugsrichtungen auf der Materialoberfläche uner­ wünscht sind, eine hervorragende Anhaftung von ggf. erforderlichen Ober­ flächenbeschichtungen gewährleistet werden muß und daß eine Staubent­ wicklung durch Materialabrieb zu vermeiden ist. Die Kombination dieser Anforderungen konnte mit Hilfe der bislang bekannten Oberflächenstruktu­ ren nicht in zufriedenstellender Weise erfüllt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Oberflächenstruktur der einleitend genannten Art so zu verbessern, daß sowohl Anforderungen bezüglich der Vermeidung einer Vorzugsrichtung als auch Anforderungen bezüglich einer Materialbeständigkeit gleichzeitig erfüllt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausnehmungen in einem zweidimensionalen Raster mit einer konstanten Rasterstruktur ange­ ordnet sind, das aus sich im wesentlichen parallel zueinander erstreckenden Ausnehmungsreihen ausgebildet ist, und daß die Ausnehmungen in benach­ bart zueinander angeordneten Ausnehmungsreihen jeweils versetzt ange­ ordnet sind und sich mindestens in Richtung der Ausnehmungsreihen oder in einer quer zu den Ausnehmungsreihen verlaufenden Richtung mindestens einige der Ausnehmungen mindestens bereichsweise ein quasistochastisches Raster ausbildend überlappen.

Diese Ausbildung der Oberflächenstruktur ermöglicht es, die durch eine Elektronenstrahlbeaufschlagung generierbare Oberflächenkontur aus Kratern und Kraterwällen, die fest mit dem Walzenmaterial verbunden sind, mit einer Verteilung und Dimensionierung der Ausnehmungen zu kombinieren, die weitgehend eine Oberflächenkonturierung hervorrufen, die einer bei einer Stahlkiesbeaufschlagung entstehenden Konturierung entspricht. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß im Bereich von weiterverarbeitenden Betrieben an eine derartige Oberflächenstrukturierung angepaßte Verfahren und Bearbeitungsabläufe beibehalten werden können und keine zeit- und kostenaufwendigen Umstellungen erforderlich sind. Wesentliche Nachteile der Stahlkiesbeaufschlagung, nämlich die mögliche Staubentwicklung am fertigen Produkt durch abbrechende Materialpartikel, die Energieaufwen­ dungen zur Handhabung des Stahlkieses sowie die nicht unerhebliche Geräuschentwicklung können hierdurch vermieden werden. Mit einer der­ artigen Oberflächenkontur versehenen Bleche weisen ein gutes Lackier- und Tiefziehverhalten trotz einer relativ geringen Rauhigkeit auf.

Werden die Abstände der Ausnehmungen innerhalb der Ausnehmungsreihen und die Abstände der Ausnehmungsreihen derart festgelegt, daß eine ausge­ prägte Linienkontur im Bereich der Walzenoberfläche entsteht, so können mit einer derartigen Oberflächenkonturierung versehene Walzen beispielsweise auch als Farbtransportwalzen verwendet werden.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einlei­ tend genannten Art so zu verbessern, daß es zur Generierung der erfindungs­ gemäßen Oberflächenstruktur geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch einen Elek­ tronenstrahl auf der Walze ein Raster mit einer konstanten Rasterstruktur erzeugt wird und durch eine sich mindestens teilweise überlappende Anord­ nung der Ausnehmungen eine pseudostochastische dreidimensionale Oberflächenkontur generiert wird.

Die konstante Rasterstruktur ermöglicht eine einfache Steuerung der Positio­ nierung des Elektronenstrahles relativ zur Oberfläche der Walze und gewähr­ leistet dennoch eine aus den sich überlappenden Ausnehmungen resultie­ rende ungleichmäßige Oberflächenkontur. Bei einer mit Hilfe dieses Verfah­ rens erzeugten Oberflächengestaltung kann bei einer Betrachtung keine deterministische Struktur erkannt werden. Hieraus resultierend kann mit Hilfe des Verfahrens eine Oberflächenstrukturierung erzeugt werden, die abgesehen von einer qualitativ besseren Ausführung, weitgehend identisch zu einer mit Hilfe einer Stahlkiesbeaufschlagung erzeugten Oberflächenstruk­ turierung ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vor­ richtung der einleitend genannten Art so zu konstruieren, daß sie zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine die Ober­ flächenstruktur ausbildende, Ausnehmungen reihenartig anordnende und Ausnehmungen sowohl innerhalb einer Ausnehmungsreihe als auch Aus­ nehmungen benachbarter Ausnehmungsreihen mit Überlappungen anord­ nende Steuerung, eine Ausrichtung des Elektronenstrahles festlegend, mit der Ablenkeinheit verbunden ist.

Aufgrund der deterministischen Anordnung der Ausnehmungen in den Ausnehmungsreihen kann die Steuerung vergleichsweise einfach aufgebaut werden und es kann ein konstanter Ablauf der Oberflächenbearbeitung der Walze gewährleistet werden. Durch die von der Steuerung veranlaßte Über­ lappung von Ausnehmungen entsteht trotz der zunächst deterministischen Positionierung der einzelnen Ausnehmungen durch die Überlagerung von einzelnen Ausnehmungsbereichen eine pseudostochastische Oberflächenkon­ turierung. Die Ablenkeinheit kann beispielsweise aus Spulen ausgebildet sein, die einander kreuzende bzw. sich zumindest mit unterschiedlichen Feldlinien­ verläufen überlagernde Magnetfelder generieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine zusätzliche zufallsbedingte Konturierung der Walzenoberfläche durch eine aus einer raschen Abkühlung der Kraterwälle resultierenden ungleichmäßigen Abkühlungskontraktion von die Kraterwälle ausbildendem Walzenmaterial hervorgerufen wird. Das Material aus den Kratern, das die jeweiligen Kraterwälle ausbildet, weist unmittelbar nach der Generierung des Kraters entlang des Kraterumfanges keine gleichmäßige Materialverteilung auf, sondern ist in Folge von ablaufenden Herausschleuderungs- und Ver­ dampfungsvorgängen ungleichmäßig verteilt. Bei einer schnellen Abkühlung des Kraterwalles verbleibt dem Material keine ausreichende Zeit, um sich gleichmäßig innerhalb des Kraterwalles zu verteilen. Durch eine evtl. durchge­ führte Vortemperierung des den Kraterwall aufnehmenden Walzenbereiches kann somit zwar eine feste Anhaftung des Kraterwalles auf der Walzenober­ fläche gewährleistet werden, eine gleichmäßige Strukturierung der Krater­ wälle erfolgt aufgrund der kurzen Abkühlungszeit jedoch nicht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Elektronenstrahl während der Generierung der Ausnehmungen der Rotation der Walze in Umfangsrichtung nachgeführt wird. Diese Nachführung vermeidet eine Verformung der Ausnehmung in Umfangsrichtung der Walze und somit die Entstehung einer erkennbaren Vorzugsrichtung.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschau­ licht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt der Oberflächenstruktur auf einer Walze mit einer pseudostochastischen Verteilung von Ausnehmungen,

Fig. 2 eine Darstellung von einander überlappenden Ausnehmungen,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausnehmung,

Fig. 4 ein Diagramm,

Fig. 5 eine deterministische Anordnung von Ausnehmungen,

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Ober­ flächenstruktur,

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der Strahlerzeugung,

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Steuerung der Vorrichtung,

Fig. 9 ein Blockschaltbild der Linsenansteuerung,

Fig. 10 eine Prinzipdarstellung eines fokussierten Elektronenstrahles und

Fig. 11 eine Prinzipdarstellung eines defokussierten Elektronenstrahles.

In Fig. 1 ist ausschnittsweise die Oberflächenstruktur auf der Oberfläche (1) einer Walze (2) in Form einer Vielzahl von Ausnehmungen (22) dargestellt. Die Ausnehmungen (22) oder Krater sind von Kraterwällen (62) oder Wülsten umgeben. Die Ausnehmungen (22) sind einander bereichsweise überlappend deterministisch auf der Oberfläche (1) verteilt und bilden eine Linienstruktur in Form von Ausnehmungsreihen (65). Die Ausnehmungsreihen (65) können sich entweder in Umfangsrichtung oder in Längsrichtung der Walze (2) erstrecken.

In Fig. 2 sind zwei Ausnehmungen (22) oder Krater dargestellt, deren Krater­ wälle (62) sowohl einander als auch Bereiche der Ausnehmungen (22) über­ lappen. Durch die Überlappung wird eine mit wesentlichen Höhenunterschie­ den versehene Oberflächenstruktur erzeugt, die in vorteilhafter Weise einer mit Hilfe einer Stahlkiesbeaufschlagung gewonnenen Oberflächenstrukturie­ rung entspricht.

Fig. 3 zeigt den Ausschnitt durch eine Ausnehmung (22) bzw. durch einen Krater, aus der ersichtlich ist, daß der Krater von einem sich über die Ober­ fläche (1) erhebenden Kraterwall (62) umschlossen ist. Der Durchmesser des nahezu kreisförmigen Kraterwalles (62) ist mit "D", die Höhe des Kraterwalles (62) mit "H", die Breite des Kraterwalles (62) mit "B" und die Tiefe des Kraters (22) mit "T" bezeichnet.

Die genannten Parameter können je nach gewünschter Oberflächenstruktur in weiten Grenzen variiert werden. Ein bevorzugter Wertebereich für die Breite B liegt beispielsweise zwischen 7 und 15 Mikrometern und für die Höhe H zwischen 3 und 17 Mikrometern.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm den bevorzugten Wertebereich (schraffierte Fläche) für die Tiefe T und den Durchmesser D in Mikrometern.

Fig. 5 zeigt eine deterministische Anordnung von Ausnehmungen (22) sowie eine mögliche Rastergeometrie. Typische Bemaßungen betragen für den Rei­ henabstand (66) fünfzig bis vierhundert Mikrometer und für den Ausneh­ mungsabstand (67) gleichfalls etwa fünfzig bis vierhundert Mikrometer. Der Diagonalabstand (68) beträgt etwa fünfzig bis zweihundert Mikrometer. Für den Ausnehmungsdurchmesser (69) ist ein Wert im Bereich von etwa fünfzig bis vierhundert Mikrometern vorgesehen. Ausgehend von dieser determini­ stischen Anordnung kann durch geeignete Wahl der Parameter jede ge­ wünschte Überlappung der Ausnehmungen (22) und damit jede gewünschte pseudostochastische Oberflächenstruktur erzeugt werden.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Oberflächenstruktur auf einer Walze (2). Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem einen Elektronenstrahl (3) erzeugenden Strahlgene­ rator (4), einem Linsensystem (5) sowie aus einer die Walze (2) aufnehmenden Vakuumkammer (6). Der Strahlgenerator (4) und das Linsensystem (5) sind in einer Strahleinrichtung (7) angeordnet, die in eine Hauptkammer (8) sowie eine Zwischenkammer (9) unterteilt ist. In der Hauptkammer (8) sind der Strahlgenerator (4) sowie eine Brennweiteneinstellung (10) angeordnet, die als Teil des Linsensystems (5) ausgebildet ist. In der Zwischenkammer (9) sind im wesentlichen eine Wechselblende (11) sowie eine Fokussierung (12) angeordnet, die gemeinsam mit der Brennweiteneinstellung (10) die wesent­ lichen Elemente des Linsensystems (5) bilden. Die Hauptkammer (8) ist von der Zwischenkammer (9) durch eine Vakuumdrossel (13) getrennt, die eine im wesentlichen zentrisch angeordnete und den Durchtritt des Elektronen­ strahles (3) zulassende Ausnehmung (14) aufweist. Durch die Vakuumdrossel (13) ist es möglich, in der Hauptkammer (8) und der Zwischenkammer (9) unterschiedliche Druckverhältnisse zu erzielen. So ist es beispielsweise möglich, in der Hauptkammer (8) einen Druck von etwa 8×0,00001 bar und in der Zwischenkammer (9) einen Druck von etwa 8×0,001 bar zu erreichen.

Der Strahlgenerator (4) besteht im wesentlichen aus einer Kathode (15), einem Wehneltzylinder (16) sowie einer Anode (17). Im Bereich der Anode (17) ist ein den Elektronenstrahl (3) zweidimensional ablenkender Anodenzentrierer (18) angeordnet. In der Ausbreitungsrichtung (19) des Elektronenstrahles (3) ist hinter der Anode (17) ein Folgezentrierer (20) angeordnet, der gleichfalls eine zweidimensionale Ablenkung des Elektronenstrahles (3) vornimmt und Streu­ verluste vermeidet. Die Kathode (15) ist über Leitungen (15′) mit einer in Fig. 7 dargestellten Hochspannungseinheit (21) verbunden, die eine Spannung bis zu etwa -50 Kilovolt generiert. Ein typischer Wert liegt bei etwa -35 Kilovolt. Mit einer derartigen Spannung können bei einer Einwirkungsdauer von etwa einer Mikrosekunde auf der Oberfläche (1) Ausnehmungen (22) mit einer typischen Tiefe von etwa 7 Mikrometern erzeugt werden. Bei Reduktion der Hochspannung auf etwa -25 Kilovolt beträgt die typische Tiefe der Ausneh­ mung (22) etwa 3 bis 4 Mikrometer. Die Kathode (15) ist darüber hinaus mit einer in Fig. 6 dargestellten Heizstromversorgung (23) verbunden. Der Weh­ neltzylinder (16) wird über eine Leitung (16′) von einem Spannungsgenerator (24) gespeist, der gegenüber der an der Kathode (15) anliegenden Spannung ein Potential von etwa -1000 Volt erzeugt. Im Bereich der Anode (17) ist neben den den Anodenzentrierer (18) ausbildenden Zentrierspulen eine Ionensperre (25) vorgesehen, die im Bereich der Anode (17) auftretende Ionen aus dem Bereich des Elektronenstrahles (3) ableitet. Die Anode (17) ist über einen Widerstand (26) mit einem Masseanschluß (27) verbunden. Darüber hinaus ist auch die Hochspannungseinheit (21) über einen Widerstand (28) gegen Masse geschaltet. Als Material für die Kathode (15) sind insbesondere Wolframdrähte geeignet.

Die Brennweiteneinstellung (10) ist aus einer ersten Zoom-Linse (29) sowie einer zweiten Zoom-Linse (30) aufgebaut, die in Ausbreitungsrichtung (19) hintereinander angeordnet sind. Die erste Zoom-Linse (29) besteht aus einer dynamischen Linse (31) sowie einer statischen Linse (32). Die zweite Zoom- Linse (30) ist ohne eine dynamische Linse (31) ausgebildet. Das Vakuum in der Hauptkammer (8) wird von einer Vakuumpumpe (33) und das Vakuum in der Zwischenkammer (9) von einer Vakuumpumpe (34) aufrechterhalten. Insbesondere ist daran gedacht, die Pumpen (33, 64) als Turbomolekularpum­ pen auszubilden. In der Zwischenkammer (9) ist zwischen der Wechselblende (11) und der Fokussierung (12) ein Zentrierer (35) vorgesehen, der Streuver­ luste des Elektronenstrahles (3) vermeidet. Die Fokussierung (12) besteht im wesentlichen aus einer statischen Linse (36) und einer dynamischen Linse (37). Die dynamischen Linsen (32, 36) sind jeweils im Bereich der von dem Elektro­ nenstrahl (3) zugewandten Innenflächen der statischen Linsen (32, 36) angeordnet. An der der Vakuumkammer (6) zugewandten Seite weist die Einrichtung (7) eine Austrittsöffnung (38) auf, in der eine Düse (39) ange­ ordnet ist.

Zur Steuerung der reproduzierbaren Plazierung der Ausnehmungen (22) auf der Oberfläche (1) ist eine mit der Drehbewegung der Walze (7) synchroni­ sierte und in Fig. 7 dargestellte Rasterscheibe (40) vorhanden, die über Abnehmer (41) mit einer Auswertung (42) verbunden ist. Die Auswertung (42) stellt für nachfolgende Steuerelemente einen Takt zur Verfügung, der die exakte Erfassung der aktuellen Position der Walze (2) ermöglicht. Mit Hilfe einer Nullpunkterfassung (43) erfolgt eine definierte Festlegung eines Bezugs­ punktes. Die Auswertung (42) ist mit einer Steuerung (44) verbunden, die beispielsweise als ein Phase-Locked-Loop-Schaltkreis ausgebildet sein kann. Die Steuerung (44) speist einen Sägezahngenerator (45) sowie eine Vorschub­ takterzeugung (46). Der Sägezahngenerator (45) weist einen Gravursägezahn- Anschluß (47) sowie einen Vorschubsägezahn-Anschluß (48) auf. Die Vorschub­ takterzeugung (46) ist mit einem Vorschubschrittmotor-Anschluß (49) verse­ hen. Der Steuerausgang (73) der Steuerung (44) ist mit dem Sägezahngene­ rator (45) und über einen Steueranschluß (50′) mit einer Linsenansteuerung (50) verbunden. Die Linsenansteuerung (50) weist einen Zoomlinsen-Anschluß (51), einen Schärfelinsen-Anschluß (52) und einen Steuer-Anschluß (53) auf.

Die Steuerung (44) ist darüber hinaus mit einem Anschluß (71) für die Einstel­ lung der Raster-Parameter versehen. Die Vorgabe der für die Positionierung der Ausnehmungen (22) auf der Oberfläche (1) erforderlichen Steuersignale erfolgt von der Steuerung (44) durch Vorgabe von Taktfolgen für die Abstän­ de der Ausnehmungen (22) in Umfangsrichtung bzw. in Längsrichtung der Walze (2). Die Taktfolge für die Vorgabe der Abstände der Ausnehmungen (22) in Umfangsrichtung der Walze (2) wird dem Sägezahngenerator (45) sowie der Linsenansteuerung (50) zugeführt. Die Taktfolge für die Abstände der Ausnehmungen (22) in Umfangsrichtung der Walze (2) wird im Säge­ zahngenerator (45) zur Bildung einer Gravur-Sägezahnspannung am Ausgang (47) verwendet. Die von der Steuerung (44) generierte Taktfolge steuert darüber hinaus in der Linsenansteuerung (50) die Bildung von einzelnen Zeitintervallen. Die Taktfolge zur Festlegung der Abstände der Ausnehmun­ gen (22) in Längsrichtung der Walze (2) wird zur Bildung einer Vorschub- Sägezahnspannung am Ausgang (48) des Sägezahngenerators (45) verwendet. Die am Steueranschluß (72) anliegende Taktfolge wird durch Frequenzteilung in eine Vorschubtaktfolge zur Ansteuerung eines Vorschub-Schrittmotores umgesetzt. Die Geometrie der Ausnehmungen (22), d. h. die Tiefe bzw. die Größe wird durch die Steuergröße am Steuereingang (53) der Linsenansteu­ erung (50) bestimmt.

Zur Ansteuerung des Linsensystems (5) sind in der Linsenansteuerung (50) entsprechend Fig. 9 mehrere Kennlinienglieder zur Signalformung vor­ gesehen. Über eine mit einem Steueranschluß (53) versehene Linearisierung (54) erfolgt die Ansteuerung eines Schärfegliedes (55), von Zeitgeberstufen (56a, 56b, 56c) sowie eines Zoom-Gliedes (58).

Das am Steuereingang (53) anliegende Steuersignal beeinflußt die Geometrie der zu erzeugenden Ausnehmungen (22). Die angegebene Steuergröße wird in dem Schärfeglied (55) mittels Kennlinien in Einstellwerte für die Fokussie­ rung (12) umgesetzt, welche der dynamischen Linse (37) zur Fokussierung zugeführt werden. Die Kennlinie des Zoom-Gliedes (58) setzt die Steuergröße in entsprechende Einstellwerte für die Brennweiteneinstellung (10) um, die an die dynamische Linse (31) gelangen.

Über eine Nachführung des Elektronenstrahls (3) kann eine Kompensation der Relativbewegung der Walze (2) bezüglich der Düse (39) vorgenommen wer­ den. Der Elektronenstrahl (3) bleibt hierdurch exakt auf das beaufschlagte Gebiet ausgerichtet und führt zur Ausbildung sehr symmetrischer Ausnehmun­ gen (22).

Aufgrund der sehr kurzen Zeitverzögerungen bei der Ansteuerung des Linsen­ systems (5) können etwa 150 000 Ausnehmungen (22) je Sekunde hergestellt werden. Bei Verwendung geeignet schneller Steuervorrichtungen ist es auch möglich, Taktfrequenzen für die Generierung von 300 000 bis 600 000 Aus­ nehmungen pro Sekunde zu realisieren. Um diese Taktfrequenzen zu errei­ chen, wird die Walze (2) mit etwa 10 Umdrehungen pro Sekunde gedreht und mit einer entsprechenden Geschwindigkeit axial bewegt. Bei einer Zeitspanne von etwa 16 Mikrosekunden zur Erzeugung einer Ausnehmung (22) kann eine komplette Walze (2) innerhalb von etwa 45 Minuten bearbeitet werden. Die Energieaufnahme durch die Walze (2) beträgt in dieser Zeit lediglich etwa 500 Watt. Unerwünschte Veränderungen auf der Oberfläche (1) durch thermische Verspannungen oder ähnliche Vorgänge sind somit mit hoher Wahrschein­ lichkeit ausgeschlossen.

In Fig. 10 ist ein zur Erzeugung einer Ausnehmung (22) fokussierter Elektro­ nenstrahl (3) dargestellt. In diesem Fokussierungszustand weist der Elektro­ nenstrahl (3) im Bereich der Oberfläche (1) eine hohe Energiedichte auf.

In Fig. 11 ist der Elektronenstrahl (3) fokussiert dargestellt und aufgrund der gegenüber der Fokussierung nach Fig. 9 geringeren Energiedichte nicht im Stande, strukturelle Veränderungen auf der Oberfläche (1) durchzuführen. Dieser defokussierte Zustand des Elektronenstrahles ermöglicht es, während einer Weiterbewegung der Walze (2) eine Positionsveränderung des Elektro­ nenstrahles (3) relativ zur Oberfläche (1) vorzunehmen, ohne den jeweils zwischen zwei zu erzeugenden Ausnehmungen (22) vorhandenen Oberflä­ chenbereich zu beschädigen.

Claims (16)

1. Oberflächenstruktur einer zur Beaufschlagung eines Materials vorge­ sehenen Walze, die aus durch einen Elektronenstrahl erzeugten Aus­ nehmungen in Form von Kratern und die Krater umgebenden Krater­ wällen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (22) in einem zwei­ dimensionalen Raster mit einer konstanten Rasterstruktur angeordnet sind, das aus sich im wesentlichen parallel zueinander erstreckenden Ausnehmungsreihen (65) ausgebildet ist, und daß die Ausnehmungen (22) in benachbart zueinander angeordneten Ausnehmungsreihen (65) jeweils versetzt angeordnet sind und sich mindestens in Richtung der Ausnehmungsreihen (65) oder in einer quer zu den Ausnehmungsreihen (65) verlaufenden Richtung mindestens einige der Ausnehmungen min­ destens bereichsweise ein quasistochastisches Raster ausbildend überlap­ pen.

2. Oberflächenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungsreihen (65) in Umfangsrichtung der Walze (2) erstrec­ ken und eine Ausnehmung (22) in einer Ausnehmungsreihe (65) zu ihr benachbart angeordneten Ausnehmungen (22) in einer benachbarten Ausnehmungsreihe (65) einen etwa gleichen Abstand aufweist.

3. Oberflächenstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von einander benachbarten Ausnehmungen (22) in einer Ausnehmungsreihe (65) geringer als der Abstand von Ausnehmungen (22) einer Ausnehmungsreihe (65) zu Ausnehmungen (22) einer benachbarten Ausnehmungsreihe (65) ist.

4. Oberflächenstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung einer Höhenstrukturierung mindestens ein Kraterwall (62) mit einem Überlappungsbereich zu einem benachbarten Kraterwall (62) angeordnet ist.

5. Oberflächenstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kraterwall (62) über­ lappend zu einem Krater einer benachbarten Ausnehmung (22) angeord­ net ist.

6. Oberflächenstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Krater einer Ausnehmung (22) überlappend zu einem Krater einer benachbarten Ausnehmung (22) angeordnet ist.

7. Oberflächenstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der pseudostochastischen Oberflächen­ kontur eine aus einer schnellen Abkühlung von Kraterwällen (62) resultierende stochastische Oberflächenstruktur überlagert ist.

8. Oberflächenstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige Ausnehmungsreihen (65) eine sich in Umfangsrichtung der Walze (2) erstreckende Streifenstrukturierung ausbildet.

9. Oberflächenstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Ausnehmungsrei­ hen (65) eine sich in Längsrichtung der Walze (2) erstreckende Streifen­ strukturierung ausbildet.

10. Oberflächenstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Ausnehmungsreihen (65) eine sich spiralförmig entlang der Oberfläche (1) erstreckende Kontur ausbildet.

11. Verfahren zur Erzeugung einer Oberflächenstruktur auf einer zur Beaufschlagung eines Materials vorgesehenen Walze, bei dem durch einen Elektronenstrahl Ausnehmungen auf der Oberfläche der Walze erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Elektronen­ strahl (3) auf der Walze (2) ein Raster mit einer konstanten Rasterstruktur erzeugt wird und durch eine sich mindestens teilweise überlappende Anordnung der Ausnehmungen (22) eine pseudostochastische dreidimensionale Oberflächenkontur generiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß von dem eine Ausnehmung (22) erzeugenden Elektronenstrahl (3) eine in einem bereits abgeschlossenen Arbeitstakt erzeugte Ausnehmung (22) verändert wird.

13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraterwall (62) einer Folgeausnehmung mit einer sich mindestens im Bereich eines Kraterwalles (62) oder eines Kraters einer Vorausnehmung erstreckenden Verlauf versehen wird.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Texturwalze zur Beaufschlagung von Blechen mit einer pseudostochastischen Oberflächenkontur versehen wird.

15. Vorrichtung zur Erzeugung einer Oberflächenstruktur auf einer zur Beaufschlagung eines Materials vorgesehenen Walze, die einen einen Elektronenstrahl erzeugenden Strahlgenerator, eine Brennweitenein­ stellung, eine Fokussierung sowie eine den Elektronenstrahl relativ zur Walze positionierende Ablenkeinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Oberflächenstruktur ausbildende Ausnehmungen (22), reihenartig anordnende und Ausnehmungen (22) sowohl innerhalb einer Ausnehmungsreihe (65) als auch Ausnehmungen (22) benachbarter Ausnehmungsreihen (65) mit Überlappungen anordnende Steuerung (44), eine Ausrichtung des Elektronenstrahles (3) festlegend, mit der Ablenkeinheit verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinheit mindestens bereichsweise aus einander überkreuzend angeordnete Magnetfelder generierenden elektrischen Spulen ausge­ bildet ist.