DE69423063T2

DE69423063T2 - Kugelgestrahlte Prägeplatte und deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69423063T2
Application number: DE69423063T
Authority: DE
Inventors: Michel J. Broussard; Kenneth J. Laurence
Original assignee: Formica Corp
Current assignee: Diller Corp
Priority date: 1993-08-12
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2014-08-11
Also published as: DE69423063D1; US5596912A; EP0638416A1; SE9402560D0; CA2129920A1; EP0638416B1; CA2129920C; ES2145079T3; SE510384C2; SE9402560L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von gemusterten Laminaten mit einer texturierten Oberfläche, welche durch Kugelstrahlen der Oberfläche der Prägeplatten hergestellt werden.
Prägeplatten werden in einem allgemein bekannten Verfahren verwendet, um gemusterte Laminate herzustellen. Diese Laminate werden auf Flächen aufgebracht, wie zum Beispiel Wände, Tischflächen, Möbel, Türen, Küchenschränke, Ladentische, Fußbodenbeläge od. dgl. Die gemusterten Laminate werden durch Komprimieren und Verkleben von wärmehärtenden Harzen, imprägnierten pigmentierten oder bedruckten gemusterten Papieren mit einer Oberfläche aus Zellulose hergestellt, die auf eine Vielzahl von Kernmaterialien aufgetragen werden, wie zum Beispiel Spanplatten, oder mit einem Phenolharz imprägnierte Füllerblätter aus Kraftpapier od. dgl., die zwischen Prägeplatten angeordnet werden, wobei mit Hilfe der Prägeplatte mindestens auf einer Fläche des geprägten Laminats ein Oberflächenfinish hergestellt wird. Die Materialschichten werden zunächst auf eine Prägeplatte aus rostfreiem Stahl aufgelegt. Der Aufbau aus Laminatkomponenten und Prägeplatte wird dann unter hohem Druck und hoher Temperatur verpreßt, um die Laminatmaterialien miteinander zu verschmelzen. Nach dem endgültigen Aushärten ist eine verfestigte Laminatfolie oder ein Paneel entstanden. Nach dem Abkühlen werden die Laminate aus den Prägeplatten herausgenommen, die dann an die Presse zurückgeführt werden, um für die Herstellung der nächsten Laminate verwendet werden zu können.
Das hergestellte Oberflächenfinish des Laminats ist eine exakte Replik des Spiegelbild des Oberflächenfinish der Prägeplatte, gegen die es gepreßt wird.
Prägeplatten bilden daher einen wichtigen Faktor bei der Herstellung von ständig guten kommerziellen Laminatoberflächen, da die Laminatflächen das Oberflächenfinish der Prägeplatte genau annehmen.
Es gibt zwei generelle Kategorien von Prägeplatten, die poliert und texturiert sind. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung richtet sich auf texturierte Prägeplatten, die für die Herstellung von matten oder veloursartigen Laminatmustern verwendet werden.
Es gibt zahlreiche Verfahren für die Herstellung des gewünschten Oberflächenfinish der Prägeplatte. Ein übliches Verfahren ist das chemische Ätzen. Obwohl dieses Verfahren sehr wirksam für die Herstellung der gewünschten Texturierungen und des Oberflächenfinish ist, ist es sowohl kostspielig, als auch schwierig in der Durchführung. Ein weiteres Verfahren der Texturierung umfaßt das Kugelstrahlen, wie dies zum Beispiel in den US-A- 4,076,566 oder der GB-A-2 106 430 offenbart ist.
Die Technik des Kugelstrahlens wird hauptsächlich wegen ihrer mechanischen Vorteile eingesetzt, da zum Beispiel mit Hilfe der kumulativen Wirkung der individuellen Einwirkung der Partikel auf die Oberfläche des Werkstücks der Werkstück kalt bearbeitet wird. Die aufgestrahlten Kugelpartikel werden mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Metalls gestrahlt oder geblasen, und die sich daraus ergebende plastische Fließbewegung des Metalls löst in gewisser Weise residuelle Spannungen an der Oberfläche des Werkstücks durch die Einleitung von Druckspannungen. Die mechanischen Vorteile liegen in einer besseren Festigkeit gegen Ermüdung und Spannungsrißkorrosion oder, falls gewünscht, der Umformung von flachen Teilen.
Um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, müssen zwei wesentliche Parameter kontrolliert werden: die Überdeckung der Oberfläche und die Intensität des Kugelstrahlens.
Die Überdeckung der Oberfläche ist ein Maß des Prozentsatzes des Oberflächenbereiches des Werkstücks, auf das die Partikel aufgestrahlt werden. Der kumulative Aufprall der aufgestrahlten Partikel sollte beinahe oder vollständig den Oberflächenbereich sättigen, um die mechanischen Ergebnisse zu erreichen, welche durch das Kugelstrahlen erreicht werden sollen.
Die Intensität des Kugelstrahlens ist ein Maß der Kraft des jeweiligen Aufpralls und der kumulativen Bearbeitung der Oberfläche des Werkstückes. Die Intensität des Kugelstrahlens ist daher Funktion der Aufprallgeschwindigkeit und der Größe und Dichte der Partikel (d. h. der Masse). Die optimale Intensität des Kugelstrahlens und die dadurch erreichte Tiefe der Druckspannungsschicht hängt ebenfalls von der metallischen Legierung und der Härte des Materials ab, das kugelgestrahlt wird.
Im Gegensatz zu dem üblichen Einsatz der Technik des Kugelstrahlens, dient das Kugelstrahlen bei der Herstellung von texturierten Prägeplatten in erster Linie nicht so sehr der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, als vielmehr der Erreichung der Ästhetik der Oberfläche der Prägeplatte, einschließlich ihrer Textur, ihrem Glanz und ihrem Gesamtbild, während die erforderlich Planheit erhalten bleibt. Die strikte Einhaltung der Kriterien in Bezug auf die Überdeckung der Oberfläche und die Intensität des Kugelstrahlens bei der mechanischen Anwendung des Kugelstrahlens sind, ausgenommen vom Standpunkt der regelmäßigen Herstellung der gewünschten texturierten Prägeplatte und dem sich daraus ergebenden Aussehen des Laminats, nicht kritisch. Die Erhaltung der Planheit der Prägeplatte während dem Kugelstrahlen und die Erreichung des einheitlichen Glanzes und der Oberflächenrauhigkeit der Prägeplatte bilden wesentliche Gesichtspunkte.
Kugelgestrahlte texturierte Prägeplatten sind zu Anfang hochglanzpolierte Prägeplatten mit einem Oberflächenzustand, der in der industriellen Herstellung von Prägeplatten und Laminaten als Spiegelflächen #7 bekannt ist. Diese Prägeplatten werden hauptsächlich aus einem rostfreien Stahl nach AISI 410 hergestellt. Diese Legierung bietet eine relative Härte, Beständigkeit gegen Beschädigungen und gute Korrosionsfestigkeit, sowie eine dimensionale Stabilität nach wiederholten thermischen Zyklen. Es wurde festgestellt, daß das Kugelstrahlen einer ursprünglichen Spiegelplatte #7 in jedem Fall den Glanz der Prägeplatte beeinträchtigt. Daraus ergibt sich aufgrund des myriadischen Aufpralls, welcher erhöhte Lichtstreuungen verursacht, ein matterer Oberflächenzustand, der entweder visuell oder mit Hilfe von Instrumenten festgestellt werden kann (d. h., mit Hilfe eines elektronischen Glanzmessers). Je größer die Überdeckung des Kugelstrahlens bis zur Saturierung ist, um so geringer ist im allgemeinen der erreichte Glanz, da der gesamte Bereich von glänzenden "Inseln" (nicht gestrahlter Breiche) auf der Oberfläche abnimmt. Die Saturierung der Oberfläche kann relativ leicht erreicht werden, wenn kleinere oder feinere Strahlungsgrade eingesetzt werden, und so ein insgesamt fleckiges Aussehen vermieden und ein einheitlich "matter" (leicht texturierter) Oberflächenzustand erreicht wird.
Aus Gründen der Ästhetik sind manchmal Laminate mit "rauheren" Texturen erwünscht, um eine "veloursartige" Oberfläche zu simulieren. Es wurde festgestellt, daß "veloursartige" Texturierungen erreicht werden können, wenn höhere Grade des Kugelstrahlens und/oder eine höhere Aufprallgeschwindigkeit eingesetzt werden, die beide, wie bereits vorstehend erwähnt, zu einer höheren Intensität des Kugelstrahlens führen. Beim Einsatz von höheren Kugelgraden ergeben sich jedoch Probleme.
Bei "rauheren" Texturen, welche mit Hilfe des Einsatzes von höheren Kugelgraden erreicht werden (die aufgrund von höheren Aufprallkräften größere Aufprallkrater verursachen), ergeben sich rauhere Strukturen an der Spitze. Da die Prägeplatten außerdem große, dünne und flache Werkstücke sind, werden ihre Abmessungen immer instabiler, wenn die Intensität des Kugelstrahlens erhöht wird. Zum Beispiel bewirkt ein Kugelstrahlen einer Seite der Prägeplatte mit einem hohen Strahlgrad bei hoher Geschwindigkeit, daß sich die Prägeplatten in einer konvexen Krümmung auf der gestrahlten Fläche verziehen. Obwohl dieses Problem in gewisser Weise durch "ausgeglichene" Kugelstrahlmaschinen gelöst werden kann, welche flächeninduzierte Druckspannungen dadurch ausgleichen, daß gleichzeitig beide Flächen der Prägeplatte kugelgestrahlt werden, so erhöhen höhere Kugelgrade dennoch die dimensionale Instabilität.
Außerdem wurde bei höheren Kugelgraden festgestellt, daß es immer schwieriger wird, eine saturierte Oberfläche zu erreichen, die frei von dem ist, was häufig als unerwünschte "Fleckenbildung" bezeichnet wird.
Kugelstrahlmaschinen bearbeiten im wesentlichen eine vorgegebene Masse von Kugeln pro Zeiteinheit. Daher bildet die Anzahl der Pellets, welche auf die Oberfläche einer Prägeplatte pro Zeiteinheit aufprallen (d. h. Überdeckung der Oberfläche) eine umgekehrte kubische Funktion der größeren Durchmesser der Kugeln, die entweder eine deutliche Verringerung der Strahlgeschwindigkeit, wiederholte Arbeitsgänge, Aufstrahlen einer größeren Anzahl von Kugeln pro Zeiteinheit, oder eine Kombination der vorgenannten Parameter erfordert. Die beiden erst genannten Annäherungen zeigen aus praktischer kommerzieller Sicht ganz wesentliche Nachteile, und die letztgenannte Alternative wird durch die Begrenzung der möglichen Auslegung der Maschine bestimmt. Um ein akzeptables einheitliches Aussehen der Prägeplatte zu erreichen, welches sich der Saturierung mit größeren Kugelgraden nähert, führen alle drei genannten Alternativen zu Problemen der größeren Intensität des Kugelstrahlens und des Spannungsabbaus, wenn sie nicht perfekt ausgeglichen werden können.
Weiterhin bewirkt die Herstellung von vollständig gesättigten grob kugelgestrahlten texturierten Oberflächen im allgemeinen keine Schwierigkeiten bei der Herstellung in einem Labor oder in einer Pilotanlage. Dagegen werden bei der Industriellen Fertigung von Prägeplatten mit großen Abmessungen häufig ernsthafte Einschränkungen der Oberflächenüberdeckung und der Intensität des Kugelstrahlens festgestellt, die zu einer Gesamtbegrenzung der Oberflächenrauhigkeit führen. Diese Prägeplatten müssen nach dem Kugelstrahlen fast perfekt flach bleiben, wenn sie in einem Verfahren für die konventionelle Herstellung unter hohem Druck von Dekorpaneelen eingesetzt werden, bei dem in jedem Prozeßschritt eine Vielzahl von Prägeplatten eingesetzt wird.
Daher weist das vorstehend beschriebene Verfahren, in dem ein einziger Größenbereich oder ein einziger Kugelgrad für das Texturieren einer Prägeplatte eingesetzt wird, ernsthafte Begrenzungen in Bezug auf seine Eignung auf, die gewünschte höhere Oberflächenrauhigkeit zu erreichen, welche eine Verwendung von größeren Kugelgraden erfordert, während gleichzeitig eine ausreichende Überdeckung und ein gleichmäßiger Oberflächenzustand (ohne übermäßige Fleckenbildung) innerhalb von vernünftigen Bearbeitungszeiten erreicht werden.
Die US-A-4,076,566 hat die vorstehend genannten diametral entgegengesetzten Forderungen in Bezug auf Rauhigkeit und Überdeckung, die bei der industriellen Fertigung von Prägeplatten vorgeschrieben werden, im wesentlichen gelöst. Sie beschreibt zuerst die Verwendung eines relativ großen Kugelgrades, um die gewünschte Rauhigkeit und texturierte Struktur zu erreichen, gefolgt von einem kleineren Kugelgrad, um ein vollständig saturiertes fleckenloses Aussehen der Oberfläche zu erreichen. Obwohl die gewünschte Makrostruktur oder Rauhigkeit erst durch das Kugelstrahlen mit großen Kugelgraden erreicht wird, so wird doch keine vollständige Überdeckung erzielt. Die Prägeplatte wird dann mit einem kleineren Kugelgrad (mit einer weitaus größeren Fähigkeit der Überdeckung) kugelgestrahlt, um eine Sättigung und die Entfernung von residuellen hoch glänzenden Inseln zu erreichen, ohne die ursprüngliche Makrotextur der Prägeplatte zu verändern. Bei diesem Verfahren wird die Notwendigkeit des nachfolgenden anodischen Polierens und des bevorzugten Verchromens vermieden.
Außerdem verursacht die Verwendung von Stahlkugeln in den Kugelstrahlverfahren aus dem Stand der Technik verschiedene Probleme. Stahlkugeln mit der bevorzugten Härte sind spröde und neigen dazu, zu zersplittern. Weichere Stahllegierungen neigen dazu, sich abzuflachen und können nicht in einfacher Weise aus den Kugelstrahlmaschinen herausgenommen werden. Außerdem hat jede Härte der Stahlkugeln eine unterschiedliche Wirkung auf die Rauhigkeit der fertiggestellten Prägeplatte. Im übrigen hat Stahl eine relativ hohe Dichte und erfordert starke Strahlmaschinen, wodurch die Kosten und die Verschleiß der Maschinen erhöht werden.
Außerdem hinterlassen Stahlkugeln einen Rest aus Eisen/Eisenoxiden innerhalb der Aufprallkrater, welche auf der Oberfläche der Prägeplatte erzeugt werden. Diese Ablagerungen oxidieren insbesondere dann, wenn sie mit Feuchtigkeit in Berührung kommen, sehr rasch und verursachen ein unerwünschtes insgesamt rostiges oder "schwärzliches" Aussehen der Oberfläche der Prägeplatte. Diese Oxidreste sind mit Hilfe von konventionellen Waschtechniken nur schwer zu entfernen und erfordern häufig eine spezielle Behandlung vor der Endbearbeitung (d. h.: Verchromen) oder Laminatpressen.
Ein anderes konventionelles Material, das für das Kugelstrahlen verwendet wird, sind Glaskugeln, die insbesondere verwendet werden, um die Kontaminierungen zu vermeiden, welche von Stahlkugeln verursacht werden, wenn rostfreier Stahl oder eisenfreie Metalle bearbeitet werden. Glaskugeln haben jedoch im Vergleich zu anderen für das Kugelstrahlen verwendete Materialien drei deutliche Nachteile, insbesondere wenn sie für die Texturierung oder das Überblasen von Prägeplatten aus rostfreiem Stahl eingesetzt werden. Da sie erstens eine geringere Dichte als Kugeln aus Stahl oder Keramik haben, ist es schwierig, mit Glaskugeln die Strahlintensitäten zu erreichen, welche notwendig ist, um eine relativ tiefe Texturierung zu erreichen, selbst wenn hohe Aufprallgeschwindigkeiten verwendet werden. Zweitens sind Glaskugeln sehr zerbrechlich und neigen dazu, besonders bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten, zu brechen und in feinen "Staub" zu zersplittern. Dieser Staub wirkt sehr aggressiv auf die Oberfläche der Prägeplatte und verhält sich ähnlich, wie ein scharfkantiger "Splitt", statt wie die bevorzugte kugelförmige Kugel, wodurch Mikrokratzer auf der Oberfläche der Prägeplatte entstehen, sowie ein unerwünschtes Lichtstreuung und eine "Graufärbung" auf der Oberfläche des Laminats, das von ihr geprägt wird, erzeugt werden. Tatsächlich zersplittern Glaskugeln so schnell, daß sich bei der Bearbeitung einer einzigen Prägeplatte aufgrund des allmählichen Anstiegs des abrasiven Blasens ein starker Glanzgradient in ihrer Längsrichtung entwickeln kann, wodurch das bevorzugte Ergebnis des Kugelstrahlens entsprechend absinkt.
Ein letztes Problem liegt in dem extrem hygroskopischen Verhalten von Glaskugeln, das eine Haftung zwischen den Kugeln und eine sporadische oder vollständige Unterbrechung der Strömung der Kugeln zu den Blaspistolen verursacht. Dieses Verhalten fördert weiterhin ein nicht akzeptables ungleichmäßiges Blasmuster und ein Glanzdifferential auf der Oberfläche einer Prägeplatte. Dagegen bleibt die Fluidität von anderen Strahlmaterialien, insbesondere von Keramikkugeln, durch die Feuchtigkeitsbedingungen der Umgebung unberührt.
Selbst nachdem die fertigen texturierten Prägeplatten nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden, bleibt die Endbearbeitung stets sehr wichtig. Nach einer Anzahl von Prägungen bekommt die Prägeplatte häufig Mikrorisse, welche durch das Oberflächenmaterial von Laminaten verursacht werden, und zwar insbesondere aufgrund der Anwesenheit von harten Partikeln, die immer häufiger der Oberfläche des Laminats beigegeben werden, um die Festigkeit gegen Verschleiß und Beschädigungen zu verbessern. Außerdem können während der üblichen Handhabung makroskopische Fehler in Form von Walzstellen, Abrieb und kleinen Kratzern auftreten. Solche Fehler auf der Oberfläche der Prägeplatte verschlechtern den Oberflächenzustand der fertigen Laminate, welche das Oberflächenfinish der Prägeplatte getreu wiedergeben. Wenn die Mikrokratzer und sichtbaren Defekte zu stark werden, müssen die Prägeplatten ausgewechselt oder nachgearbeitet werden. Daher muß das Verfahren der Texturierung auch geeignet sein, in reproduzierbarer Weise eine Überarbeitung der Prägeplatten zu erlauben.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, Prägeplatten für die Herstellung von gemusterten Laminaten mit einer texturierten Oberfläche anzubieten, wobei diese Prägeplatten auf ihrer Oberfläche eine verbesserte einheitliche Textur und ein besseres Glanzfinish aufweisen.
Dieses Ziel wird nach der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines Verfahrens erreicht, welches die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
Weitere Verbesserungen und Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche der Prägeplatten gleichzeitig mit einem Gemisch aus mindestens zwei verschiedenen Kugelgraden mit hoher Geschwindigkeit gestrahlt, um eine texturierte Prägeplatte mit der gewünschten Verbindung aus Textur und Glanz herzustellen.
Nach einem der Aspekte der vorliegenden Erfindung kann man erkennen, daß die Kombination aus Textur und Glanz, welche mit Hilfe eines Gemisches aus verschiedenen Kugelgraden erreicht wird, äquivalente oder verbesserte Ergebnisse im Vergleich zur Verwendung von getrennten Kugelgraden und mehrmaligem Strahlen einer Prägeplatte gewährleistet, wobei bei jedem Kugelstrahlen eine unterschiedliche Kugelgröße eingesetzt wird. Daher stellt die Vermischung von verschiedenen Kugelgraden ein verbessertes Verfahren dar, als das mehrfache Kugelstrahlen einer Prägeplatte, für das jedesmal eine andere Kugelgröße verwendet wird. Die frühere Methode vermeidet die Notwendigkeit eines getrennten Überblasens. Außerdem wird durch die Vermischung verschiedener Kugelgrade vermieden, daß die großen Kugeln aus der Blasmaschine entleert werden müssen, und dann die Maschine wieder mit kleineren Kugeln befüllt werden muß, oder umgekehrt. Dieser Prozeß der Umfüllung ist zeitraubend, und zwar insbesondere dann, wenn eine große Menge von Prägeplatten bearbeitet werden muß. Die Vermischung von Kugelgraden vermeidet außerdem die Alternative des Einsatzes von Ausrüstungen für jede einzelne Kugelgröße, die in dem Verfahren verwendet wird, so daß die Produktivität erhalten werden kann.
Es wurde herausgefunden, daß das zweistufige Kugelstrahlverfahren mit großen Kugeln gefolgt von kleinen Kugeln, wie es in der US-A-4,076,566 beschrieben ist, durch ein Verfahren vereinfacht werden kann, bei dem deutlich weniger Blasschritte durchgeführt werden müssen, während im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt werden, wenn ein Gemisch aus zum überwiegenden Teil großen Kugelgraden (vorzugsweise 75%) und kleinen Kugelgraden (vorzugsweise 10-25%) gleichzeitig verwendet werden kann, um die Prägeplatte effektiv zu texturieren und die gewünschte voll überdeckte und fleckenfreie Oberfläche herzustellen. In Verbindung mit der angestrebten Verbesserung vermeidet der Einsatz von Keramikkugeln statt der konventionellen Stahlkugeln die Notwendigkeit einer chemischen Dekontaminierung nach dem Kugelstrahlen, ebenso wie die Nachteile von Glaskugeln.
In der vorliegenden Erfindung wird daher ein Gemisch aus mindestens einer ersten Kugelgröße und einer zweiten Kugelgröße für das Verfahren der Herstellung einer Prägeplatte eingesetzt. Das Kugelstrahlen mit großen Kugeln und kleinen Kugeln wird in ein einschrittiges Verfahren vereinfacht, wobei die gleichen Ergebnisse erzielt werden, wie bei mehreren Prozeßschritten mit unterschiedlichen Kugelgraden. Außerdem können Mischungen aus verschiedenen "größeren" Kugeln in einem Teil des Gesamtgemischs verwendet werden, um eine visuell komplexere und gefällig texturierte Struktur und ein schöneres Muster herzustellen, in dem eine größere Spielart von durch vermischte größere Kugeln erzeugten Durchmessern eine kontinuierliche dreidimensionale Rauhigkeitsmatrix bilden.
In der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dessen Hilfe ein kugelgestrahltes texturiertes Finish einer Prägeplatte mit dem gewünschten Glanzfinish erzielt werden kann. In der vorliegenden Erfindung wird das Kugelstrahlen mit einem Gemisch aus zwei Größen oder Graden der Kugeln durchgeführt, um dieses Finish zu erzielen, wofür insbesondere Keramikkugeln verwendet werden. Die unbehandelte Prägeplatte wird mit einem Gemisch aus verschiedenen Kugelgraden gestrahlt, wobei das Gemisch aus mindestens zwei unterschiedlichen Kugelgraden in eine Treibeinrichtung, wie eine Gebläsepistole oder ein Gebläserad, geleitet wird, die in festem Abstand von der Oberfläche der Prägeplatte angeordnet sind. Die Pistole oder das Rad schleudern das Gemisch aus Kugelgraden auf die Oberfläche der Prägeplatte. Nachdem die gewünschte Textur und der erforderliche Glanz erreicht worden sind, wird die fertige Prägeplatte aus der Kugelstrahlmaschine herausgenommen. Außerdem betrachtet und beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Verbesserung des Glanzes und des Aussehens von abgenutzten gebrauchten Prägeplatten.
Keramikkugeln werden erst seit kurzem auf dem Markt angeboten. Bis zum Jahr 1982 wurde die Verwendung von Keramikkugeln in dem in diesem Jahr erschienenen ASI Metals Handbook (Vol. S. neunte Ausgabe), Kapitel Kugelstrahlen noch nicht einmal erwähnt. Es wurde herausgefunden, daß Kugelstrahlen mit Keramikkugeln deutliche Vorteile gegenüber konventionellen Kugeln für das Kugelstrahlen und die Texturierung von Prägeplatten bieten. Kleinere Keramikkugeln bieten ebenfalls Vorteile gegenüber kleineren Stahlkugeln oder Glaskugeln für die "nicht texturierende" Reparatur von durch Splitter verursachten Mikrokratzern oder anderen Beschädigungen der Oberfläche (d. h. Nacharbeit), welche auf der Oberfläche der Prägeplatten im Gebrauch entstehen, bei denen die Makrotextur während dem Überblasen nicht wesentlich verändert wird.
Keramikkugeln sind etwa doppelt so hart, wie standardmäßige Kugeln aus Stahlguß, wobei letztere eine typische Rockwell-Härte von C 40-50 haben, die jedoch nur unwesentlich härter sind, als typische rostfreie Stahlplatten 410 (38- 45 HRC). Spezielle harte Stahl- oder Eisenkugeln (57-65 HRC) sind auch erhältlich, aber diese Kugeln sind relativ spröde und brechen leicht unter einem Aufprall. Obwohl sie extrem hart sind, neigen Keramikkugeln nicht dazu, zu brechen, wie dies bei harten Stahlkugeln der Fall ist, und sie verformen sich auch nicht unter Aufprall, wie dies die weicheren und haltbareren Stahlkugeln tun. Verformungen, wie eine leichte Abflachung in einen nicht kreisförmigen Zustand, sind unerwünscht, obwohl die betroffenen Kugeln nicht leicht aus dem System abgetrennt werden können. Außerdem gewährleisten Keramikkugeln ein glatteres Finish der anfänglichen Oberfläche, als Stahlkugeln.
Keramikkugeln gewährleisten die notwendige Härte und das Ausbleiben von Verformungen bei einem Aufprall, geringe Zerbrechlichkeit bei leichter Abtrennung, wenn kein Bruch auftritt, sowie eine inherent glatte Oberfläche, die alle zu einer beständigen Ausbildung von gut geformten kreisförmigen Aufprallkratern führen, die wiederum die Lichtstreuung und die sich daraus ergebende Verschleierung oder Graufärbung (Verlust der Farbbeständigkeit) von Laminaten verringern, die aus mit Keramikkugeln gestrahlten Prägeplatten hergestellt worden sind.
Außerdem sind im Gegensatz zu Stahlkugeln Keramikkugeln chemisch inert und hinterlassen keine eingebetteten Reste in der Oberfläche der Prägeplatte, wodurch die Notwendigkeit eines Verfahrens der chemischen "Dekontaminierung" vermieden wird, um residuelle Oxide zu entfernen.
Obwohl Keramikkugeln etwa doppelt so hart sind, wie Stahlkugeln, haben sie nur die halbe Dichte. Daher erfordern Keramikkugeln bei gleichen Bereichen der Größe oder Grade weniger "Füllraum" und Transportkapazität und erlauben die Verwendung von kleineren einfacheren und weniger kostspieligen (und leichter zu wartenden) Vorrichtungen für das Überblasen, um in etwa den gleichen Grad der Überdeckung (oder Saturierung) und der Intensität des Kugelstrahlens (Aufprallkraft) zu erreichen, da die leichteren Keramikkugeln mit höheren Aufprallgeschwindigkeiten geschleudert werden können. Insbesondere im Falle von großen Stahlkugelgraden sind sehr starke motorgetriebene hochgeschwindige Zentrifugenradmaschinen vom Typ "Slinger" erforderlich, um die gewünschte Aufprallgeschwindigkeit für die Kugeln zu erreichen. Gleiche oder größere Geschwindigkeiten können mit Keramikkugeln erreicht werden, für die einfachere und vielseitigere Druckluftpistolen verwendet werden können, mit deren Hilfe die Kugeln in einen starken Luftstrom eingespritzt werden können. Aufgrund der im Vergleich zu Stahl geringeren Dichte (und größeren Härte) von Keramikkugeln wurde festgestellt, daß mit einer einfacheren und billigeren mit einem Gebläse arbeitenden Kugelstrahlmaschine (statt der Ausrüstung mit einem Zentrifugenrad) diese Kugeln wirksamer transportiert und aufgestrahlt werden können, wodurch schnellere Raten der Überdeckung und ein vergleichbares texturiertes Finish erreicht werden können. Die Kugeln können in die Gebläsepistolen entweder durch einen Venturieffekt durch Ansaugung unter Vakuum eingefüllt werden, oder aber direkt unter Druck in den Druckluftstrom eingespritzt werden, der dann die Kugeln, insbesondere im Falle von kleineren Größen, mit sehr hohen Aufprallgeschwindigkeiten auf das Ziel schleudert.
Die höhere Aufprallgeschwindigkeit und die geringere Dichte von Keramikkugeln im Vergleich zu Stahlkugeln haben dann die Tendenz, sich untereinander zu kompensieren und verursachen bei vergleichbaren Abmessungen der Kugeln in etwa den gleichen Arbeitsaufwand, der für die Herstellung der Prägeplatte aufgebracht werden muß. Bei Prägeplatten ist die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften im Vergleich zur gewünschten Ästhetik (d. h. Textur, Glanz, "Struktur" und gesamtes Aussehen der Oberfläche) kein besonders wichtiger Faktor. Das Kriterium der absoluten Einhaltung der Überdeckung der Oberfläche und der Intensität des Kugelstrahlens ist nicht kritisch, ausgenommen die Regelmäßigkeit der Erreichung der gewünschten texturierten Prägeplatte und dem sich daraus ergebenden "Look" des Laminats. Ein wichtiger Faktor ist jedoch die Erhaltung der Planheit der Prägeplatte während dem Kugelstrahlen und die Erreichung von einheitlichen Werten des Glanzes und der Rauhigkeit.
Außerdem wurde festgestellt, daß im Gegensatz zum Kugelstrahlen mit anderen Materialien, wie zum Beispiel Kugeln aus Stahl oder Glas; ein leichtes Überblasen mit kleinen Keramikkugeln den Glanz einer kugelgestrahlten nach oben verbessern kann (wobei der Grad der Verbesserung des Glanzes stark von der intrinsischen Geometrie der Textur, der Rauhigkeit und dem anfänglichen Glanz der Prägeplatte abhängt). Bis zum heutigen Tage wurde das Kugelstrahlen nur als Mattierungsprozeß eingesetzt, wobei die Größenordnung der Wirksamkeit von der Härte der eingesetzten Prozeßbedingungen abhing. Es wurde jedoch festgestellt, daß wenn kleine Keramikkugeln auf die Oberfläche der Prägeplatte nur mit einer Kraft aufprallen, die ausreicht, um den plastischen Fluß des Metalls zu bewirken, sehr kleine Mikrokratzerrisse "verschlossen" und die Defekte des Mikrofinish umgangen werden, wodurch die Lichtstreuung deutlich reduziert und der sichtbare Grad des Glanzes erhöht werden. Diese Fähigkeit, den Glanz der Prägeplatte mit Hilfe einer geringen Aufprallgeschwindigkeit (niedriger Schleuderdruck) von kleinen Kugeln, vorzugsweise der Kugelgrad B60, aufzubessern, kam völlig unerwartet und hat den eindeutigen Vorteil, daß der Glanz von gebrauchten Prägeplatten, die durch den Einschluß von harten Splittern Mikrorisse in der Oberfläche des Laminats aufwiesen, wiederhergestellt werden kann, um ihre physikalischen Oberflächeneigenschaften, und insbesondere ihre Festigkeit gegen Verschleiß, der mit Abrieb, Beschädigungen, Kratzern und Reibung zusammenhängt, zu verbessern, dem sie unter den Bedingungen der Fertigung und in den Anlagen für den Endgebrauch ausgesetzt sind. Mit diesem Verfahren wird die Mikrotextur überarbeitet und die anfängliche Qualität des Finish der Prägeplatte wiederhergestellt.
Die Regulierung des mit Hilfe von Keramikkugeln erreichten Glanzes erlaubt ebenfalls, innerhalb gewisser Grenzen, den Glanz der Prägeplatte nach einer zusätzlichen Oberflächenbehandlung (z. B. Verchromen) auf das gewünschte Maß zu bringen (entweder nach oben oder nach unten), in deren Verlauf der Glanz häufig von dem vorgeschriebenen Wert abweicht.
In der gleichen Weise bilden Keramikkugeln eine bessere Alternative zu Glaskugeln. Sie haben eine größere Dichte, als Glas und können daher verwendet werden, um eine größere Intensität des Überblasens für eine tiefere Texturierung zu erreichen. Außerdem splittern Keramikkugeln nicht und produzieren daher nicht den feinen Staub, der von Glaskugeln erzeugt wird. Schließlich nehmen Keramikkugeln keine Feuchtigkeit auf und können daher nicht klumpen und die Strömung der Kugeln unterbrechen.
Ein weiterer Nutzen liegt darin, daß Keramikkugeln die mikroskopischen Unterbrechungen der Oberfläche der Prägeplatte (und damit die Trübung des Laminats) reduzieren, da die mit Keramikkugeln gestrahlten Prägeplatten nicht zusätzlich verchromt werden müssen, um die Ablösung des fertigen Laminats nach der Prägung zu ermöglichen.
Dementsprechend wird nach der vorliegenden Erfindung die gewünschte einheitliche Textur und der erforderliche Glanz auf einer Prägeplatte erzielt.
Außerdem wird mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Durchgänge verringert, die notwendig sind, um die Prägeplatte gleichzeitig mit Hilfe eines Gemisches aus verschiedenen Kugelgraden zu texturieren.
Die vorgenannten und weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der nachstehenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsart und den beigefügten Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen folgendes dargestellt ist:
Die Fig. 1 zeigt eine unter Vakuum arbeitende Gebläsemaschine für das Kugelstrahlen von Prägeplatten, bei der das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird;
Die Fig. 2 zeigt den Hebetisch für die Einführung der Prägeplatte mit einer vertikalen Halterung und einem Förderkarren für die Aufnahme und den Transport der Prägeplatte zu der in der Fig. 1 dargestellten Maschine;
Die Fig. 3 zeigt die Gebläsekammer der in der Fig. 1 dargestellten Kugelstrahlmaschine;
Die Fig. 4 zeigt eine Gesamtansicht der Konfiguration der Gebläsepistolen in der in der Fig. 3 dargestellten Gebläsekammer;
Die Fig. 5 zeigt die Rückladung, die Zufuhr der Kugeln, die Komponenten des Klassifizierers und des Staubsammlers des Systems für die Behandlung der Kugeln in der in der Fig. 1 dargestellten Maschine;
Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt des Einfülltrichters für die Kugeln in dem in der Fig. 5 dargestellten Behandlungssystem für die Kugeln;
Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt einer der unter Vakuum arbeitenden Gebläsepistolen, deren Montage in der Fig. 4 dargestellt ist; und
Die Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht der lichten Höhe einer hydraulischen Laminierpresse, die einen Stapel von Laminaten enthält, die mit Prägeplatten verschachtelt sind, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind.
Die Fig. 1 zeigt eine Kugelstrahlmaschine 2, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, um eine Prägeplatte entsprechend der vorliegenden Erfindung herzustellen. Die Kugelstrahlmaschine 2 enthält eine Gebläsekammer 4, welche mit zwei Zugangsklappen 6, 8 ausgerüstet ist, die jeweils mit einem Guckfenster 10, 12 ausgestattet sind. Oberhalb und rund um die Gebläsekammer 4 ist ein Pistolenturm 14 montiert, der aus einem Metallrahmen besteht. Der Pistolenturm 14 besitzt eine zentrale Säule 16, welche als Pfeiler und Führung für einen Pistolenträger 18 dient. Der Pistolenträger 18 erstreckt sich in die Gebläsekammer 4 und bewegt sich in oberer und unterer Richtung an der zentralen Säule 16, wie dies nachstehend erklärt wird. Die Gebläsekammer 4 wird für den eigentlichen Vorgang des Kugelstrahlens verwendet, um die ausgestrahlten Kugeln aufzunehmen und zu sammeln.
Wie man weiterhin in der Fig. 2 erkennen kann, ist die Gebläsekammer 4 an ihren beiden Seiten an einem Stützrahmen 20 befestigt, wodurch die Bewegung der Prägeplatte 42 durch die Gebläsekammer 4 erleichtert wird. Eine Plattenschiene 22 trägt einen Plattenförderer 48, welcher die Prägeplatte 42 durch die Gebläsekammer 4 transportiert. Eine Vielzahl von geschlitzten Rollen 24 ist in regelmäßigen Abständen entlang der Plattenschiene 22 angeordnet, um den mit einem T-förmigen Querschnitt ausgestatteten Plattenförderer 48 und die vertikal gelagerte Prägeplatte 42 durch die Gebläsekammer 4 zu leiten. Außerdem wird die Plattenführung 26 über die Oberkante der Prägeplatte 42 abgesenkt, um die Prägeplatte in der Gebläsekammer 4 vertikaler Stellung zu halten.
Während die Prägeplatte 42 durch die Gebläsekammer 4 geleitet wird, wird sie mit Kugeln gestrahlt, die aus Pistolen abgegeben werden, welche am unteren Ende des Pistolenträgers 18 montiert sind. Dieser Arbeitsgang wird nachstehend im Einzelnen beschrieben. Die Kugeln werden über Förderschläuche 28 an die Pistolen geleitet, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. In einer bevorzugten Ausführungsart der dargestellten Maschine sind sechs einzelne Pistolen jeweils mit einem getrennten Förderschlauch 28 ausgerüstet. Die Förderschläuche 28 werden bevorzugt aus einem natürlichen Gummi hergestellt, um den Verschleiß zu reduzieren. Die verwendeten Kugeln werden aus der Gebläsekammer 4 mit Hilfe eines Verteilers 30 für die Ansammlung von Luft und Kugeln entfernt, welcher am Boden der Gebläsekammer 4 angeordnet ist. Der Verteiler 30 der Sammelleitung ist über den automatischen Kugeleinfülltrichter 80 an einen Sammelschlauch 32 für Luft und Kugeln angeschlossen.
Die verbrauchten Kugeln werden durch die Kugelstrahlmaschine kontinuierlich recycelt, damit sie in den Pistolen erneut verwendet werden können. Die verbrauchten Kugeln in dem Luftsammelschlauch 32 werden in einen Zyklonsammler 34 für die Abtrennung von Staub und feinen Kugelfragmenten geleitet. Der Staub und die feinen Kugelfragmente werden dann an einen Staubsammler 36 geleitet, um sie aus dem System zu entfernen. Die restlichen Kugeln werden dann durch einen Klassierer 86 geleitet, der nachstehend im Einzelnen erklärt wird, wobei die guten Kugeln abgetrennt und an den Einfülltrichter 38 zurückgeleitet werden, an den die Förderschläuche 28 angeschlossen sind, welche die Pistolen wieder mit einem kontinuierlichen Strom von Kugeln versorgen.
Die Fig. 2 zeigt den Stützrahmen 20, die Plattenschiene 22, die Führungsrollen 24 der Prägeplatte und die obere Plattenführung 26 des Systems. Der Stützrahmen 20 besitzt einen Fördertisch 40, welcher aus einem vorgefertigten Stahlrahmen besteht, welcher mit Hilfe von Scharnieren 41 so montiert ist, daß er sich aus einer horizontalen Position in eine vertikale Position drehen kann. Eine noch nicht fertiggestellte Prägeplatte 42 wird auf den Fördertisch 40 gelegt, während sich dieser Fördertisch 40 in einer horizontalen Position befindet und auf dem Stützrahmen 45 des Tisches aufliegt. Der Fördertisch 40 ist mit einem Borstenbelag 44 ausgestattet, auf dem die noch nicht fertiggestellte Prägeplatte 42 liegt, um Verkratzungen zu vermeiden. Der Rahmen des Fördertisches 40 kann mit Positionsmarkern versehen werden, um die korrekte Lage verschiedener unfertiger Prägeplatten zu unterstützen.
Sobald eine Prägeplatte 42 auf den Fördertisch 40 aufgelegt worden ist, werden der Fördertisch 40 und die Prägeplatte 42 mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Pneumatikzylinders in die vertikale Position gedreht. Die untere Kante der Prägeplatte 42 wird in eine (nicht dargestellte) enge längliche Nut in dem Plattenförderer 48 eingesetzt, der auf der Plattenschiene 22 montiert ist, wenn sich der Fördertisch 40 in die vertikale Position dreht. Die Prägeplatte 42 wird dann durch Absenken der Plattenführung 26 auf die Oberkante der Prägeplatte 42 in der vertikalen Position verriegelt. Die Plattenführung besteht aus einer V- förmigen Führung an der Oberkante, die sich über die gesamte Länge der Kugelstrahlmaschine auf beiden Seiten der Gebläsekammer 4 erstreckt. Die Plattenführung 26 wird mit Hilfe von zwei (nicht dargestellten) motorisierten Schraubenantrieben in Position gebracht.
Ein (nicht dargestellter) Gleichstromregelmotor, der unter der Plattenschiene 22 angeordnet und an dem Stützrahmen 20 montiert ist, bewegt den Plattenförderer 48 zusammen mit der Prägeplatte 42 durch die Gebläsekammer 4. Ein zweiter (nicht dargestellter) vorwärts und rückwärts schnell laufender Antrieb wird nur verwendet, um die Prägeplatte 42 vor dem Kugelstrahlen zu positionieren und sie nach der Bearbeitung wieder zurückzuziehen, während der Gleichstromregelmotor während dem eigentlichen Vorgang des Kugelstrahlens eingesetzt wird. Selbstverständlich können auch andere Methoden und Vorrichtungen verwendet werden, um die Prägeplatte 42 zu positionieren und zu halten und sie durch die Gebläsekammer 4 zu leiten.
Die Fig. 3 zeigt eine detaillierte Ansicht der Gebläsekammer 4, in welche die Prägeplatte 42 für das Kugelstrahlen teilweise eingeschoben worden ist. Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Prägeplatte 42 in der Gebläsekammer. Die Prägeplatte 42 hat eine erste Oberfläche 56 und eine zweite Oberfläche 58, die entsprechend der vorliegenden Erfindung kugelgestrahlt und texturiert werden. Das untere Ende des Pistolenhalters erstreckt sich von dem Pistolenturm 14 in das Innere der Gebläsekammer 4. Das untere Ende des Pistolenhalters besitzt eine erste Pistolenbatterie 60 mit einer Pistolenbefestigung 62 und drei Druckluftpistolen 64, 66, 68. An der anderen Seite der Prägeplatte 42 ist eine zweite Pistolenbatterie 70 mit einer Pistolenbefestigung 72 und drei Druckluftpistolen 74, 76, 78 vorgesehen. Die Pistolenbatterien 60, 70 sind an dem Pistolenhalter 18 so montiert, daß sie einander diametral gegenüberliegen, wobei die Pistolen 64, 66, 68 in einem festen Abstand von der ersten Fläche 56 angeordnet sind, während die Pistolen 74, 76, 78 gegenüber den Pistolen 64, 66, 68 in dem gleichen festen Abstand von der zweiten Fläche 58 angeordnet sind. Der Plattenförderer 48 und die Prägeplatte 42 werden mit niedriger kontinuierlicher Geschwindigkeit (d. h. 3 bis 4 Zoll/min) durch die Gebläsekammer 4 geschoben. Sobald die Prägeplatte 42 in die Gebläsekammer gelangt, werden der Pistolenhalter 18 und die Gebläsepistolen 64, 66, 68, 74, 76, 78 aktiviert und bewegen sich rasch (d. h. mit 90 bis 110 Zoll/min) von oben nach unten und bestrahlen die Flächen 56 und 58 gleichmäßig mit Kugeln.
Der Pistolenhalter 18 bewegt sich mit Hilfe eines doppelten Kettenradantriebssystems von oben nach unten entlang der zentralen Säule 16, wobei ein Gegengewicht des Pistolenhalters 18 an beiden Ketten befestigt ist. Die beiden Ketten werden einzeln mit Hilfe eines (nicht dargestellten) getrennten Zusammenbaus aus Motor und Kupplung angetrieben. Der Pistolenhalter 18 wird mit Hilfe einer Reihe von versiegelten Lagerrollen geführt, die um die zentrale Säule angeordnet sind. Zwei Pneumatikkupplungen bewegen den Pistolenhalter 18 in entgegengesetzte Richtungen. Wenn die erste Pneumatikkupplung im Eingriff steht, bewegt sich der Pistolenhalter 18 nach oben, bis er die Oberseite der zentralen Säule 16 erreicht und die Pistolenbatterien 60, 70 die Oberseite der Gebläsekammer 4 erreichen und einen ersten (nicht dargestellten) Berührungsschalter betätigen. Der erste Berührungsschalter löst die erste Pneumatikkupplung und kuppelt eine zweite Pneumatikkupplung, welche den Pistolenhalter 15 nach unten bewegt, bis er den Boden der zentralen Säule 16 erreicht und die Pistolenbatterien 60, 70 den Boden der Gebläsekammer 4 erreichen und den zweiten Berührungsschalter betätigen. Der zweite Berührungsschalter löst die zweite Pneumatikkupplung und kuppelt erneut die erste Pneumatikkupplung, welche den Pistolenhalter 18 wieder nach oben bewegt. Der rasche Zyklus der Pendelbewegung wird kontinuierlich wiederholt, während die Prägeplatte 42 langsam die Gebläsekammer 4 durchquert. Auf diese Weise werden alle Bereiche der Oberfläche der Prägeplatte 42 gleichmäßig gestrahlt, da eine gleichmäßige Überdeckung für ein einheitliches Finish der Prägeplatte 42 und für die Erhaltung ihrer Planheit notwendig ist. Selbstverständlich kann der Fachmann auch andere Vorrichtungen und Methoden einsetzen, um die Pistolen gegenüber der Prägeplatte 42 zu positionieren.
Nachdem die Flächen 56, 58 der Prägeplatte 42 kugelgestrahlt worden sind, fallen die verbrauchten Kugeln herunter und werden am Boden der Gebläsekammer 4 gesammelt. Die verbrauchten Kugeln werden durch den Auslaßverteilerrohr 30 entfernt und durch den Sammelschlauch 32 für Luft und Kugeln durch Absaugung entfernt, welche durch ein Gebläse 37 in dem Staubsammler 36 erzeugt wird. Das System für das Recycling und die Zufuhr von Kugeln ist im Einzelnen in der Fig. 5 dargestellt. Das am Boden der Gebläsekammer angeordnete Auslaßverteilerrohr 30 für die Sammlung von Luft und Kugeln ist an einen automatischen Einfülltrichter 80 für Kugeln angeordnet, der wiederum an die Rückführleitung des Sammelschlauches 32 für Luft und Kugeln angeschlossen ist, welcher zusammen mit den verbrauchten Kugeln neue Kugeln aus dem automatischen Einfülltrichter 80 an den Fliehkraft-Staubabscheider 34 transportiert. Der Fliehkraft-Staubabscheider 34 trennt den Staub und feine Kugelfragmente ab, welche durch gebrochene Kugeln verursacht worden sind. Diese Abfälle werden über eine Staubleitung 84 an den Staubsammler 36 transportiert.
Die restlichen Kugeln werden vorzugsweise mit Hilfe eines Klassifizierers 86 gefiltert, der eine Reihe von Rüttelsieben aufweist, um zu große Kugeln und Bruchstücke von Kugeln in Abfallbehälter zu befördern. Die restlichen guten Kugeln werden dann durch eine Leitung 88 an den Einfülltrichter 38 für Kugeln befördert. Je nach dem eingesetzten Gemisch von Kugelgraden können verschiedene Arten von Sieben und Schirmen verwendet werden. Alternativ kann der Klassifizierbereich 86 des Recyclingsystems für die Kugeln, falls gewünscht, umgangen werden, und die in dem System verbrauchten Kugeln können periodisch entsorgt oder gesiebt werden, und die noch guten Kugeln können außerhalb des Systems mit Hilfe von anderen Mitteln zurückgewonnen werden. Die vorgenannten Einrichtungen für das Recycling und Sortieren von Kugeln können auch durch andere Methoden und Vorrichtungen ersetzt werden, welche die gleiche Funktion erfüllen, um die Verwendung von Kugeln guter Qualität zu gewährleisten.
Der Einfülltrichter 38 für Kugeln besitzt einen Füllstandmesser 90, welcher den Füllstand der Kugeln in dem System mißt. Wenn der Füllstand der Kugeln unter einen bestimmten Punkt absinkt, wird an den automatischen Einfülltrichter 80 ein Kontrollsignal gesendet, welches ein Ventil betätigt, um mehr Kugeln in den Sammelschlauch 32 einzufüllen. Am Boden des Einfülltrichters 38 sind direkt unter drei Isolationszylindern 92 drei Paar T- Stücke 94 (insgesamt sechs) angeordnet. Jedes T-Stück 94 liefert Kugeln zu einer einzelnen Pistole, wobei jeder der drei Zylinder 92, welcher auf dem Einfülltrichter 38 montiert ist, in der Lage ist, ein Paar Gebläsepistolen zu isolieren. Die sechs Versorgungsschläuche für Kugeln 28 sind an den sechs T- Stücken 94 befestigt, und die Kugeln werden, wie vorstehend beschrieben, an die Pistolen 64, 66, 68, 74, 76, 78 befördert. Die Strömungsraten der Gebläsepistolen und der Füllstand des Einfülltrichters für Kugeln können durch Absenkung der Isolierzylinder 92 gesteuert werden.
Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt des Einfülltrichters 38 und eines der Isolierzylinder 92 und der T-Stücke 94, welche für die Versorgung der Pistolen verwendet werden. Die Kugeln 100 fallen durch den Klassifizierer 86 aus dem Auffangbehälter 34 auf den Boden des Einfülltrichters 38. Die Kugeln werden dann durch eine Öffnung 102 durch eine an den Pistolen 54, 66, 68, 74, 76, 78 erzeugte Ansaugung in eines der sechs T-Stücke 94 gesogen. Eine Düsenplatte 104, in die ein Loch gebohrt ist, ist am gegenüberliegenden Ende des T-Stücks 94 des Auslasses 105 befestigt, an den der Versorgungsschlauch 28 angeschlossen ist.
Die Düsenplatte 104 wird verwendet, um die Menge des Luftstroms zu begrenzen und zu kontrollieren und die Menge der an die Pistolen gelieferten Kugeln zu optimieren. Zum Beispiel ergibt für einen optimalen Ausgleich der nachstehend beschriebenen Pistolenarten eine Bohrung 104 mit einem Durchmesser von 5/32 Zoll auf jedem T-Stück eine Strömungsrate der Kugeln von etwa 3 kg/ min pro Pistole. Alternativ kann ein (nicht dargestellter) gemeinsamer Verteiler für die Luftreinigung an alle Lufteinlässe der T-Stücke 94 statt der einzelnen Düsenplatten 104 angeschlossen werden, um eine identische Luftströmung und eine identische Strömung von Kugeln zu den einzelnen Pistolen zu gewährleisten. Mit einem solchen. Verteiler können die Luftströmung und die Fließraten der Kugeln reguliert werden, d. h. durch ein Nadelventil, um die verschiedenen Luftdrücke für den Betrieb der einzelnen Pistolen auszugleichen.
Die Strömungsrate der Kugeln zu jedem Paar der gegenüberliegenden Gebläsepistolen kann durch Absenkung des Zylinders 92 isoliert werden, während das Kugelstrahlen durchgeführt wird. Eine abnehmbare Kappe 108 erlaubt dem Benutzer, die Strömungsrate der Kugeln an das spezielle T-Stück 94 zu beobachten. Wenn eine Blockade eintritt, kann sie der Benutzer mit Hilfe des Zylinders 92 lösen. Eine abnehmbare Platte 110 ist ebenfalls an der Seite des Einfülltrichters 38 vorgesehen, um einen Zugang zu der Kammer für die Wartung oder andere Einstellungen zu gewährleisten.
Jedes T-Stück 94 des Auslasses 105 ist an einen Versorgungsschlauch 28 angeschlossen, der wiederum mit einer der Druckluftpistolen verbunden ist. In der Fig. 7 ist ein Querschnitt der bevorzugten Druckluftpistole dargestellt. Die Druckluftpistole 64 besitzt einen Pistolenkörper 112 und eine Düse 114 für den Ausstoß der Kugeln. Die Kugeln werden aus dem Versorgungsschlauch 28 über einen Schlauchadapter 118 in eine Kammer 116 gesaugt. Druckluft aus einem Druckluftregulator wird durch ein Schlauchfitting 120 in die Pistole 64 und die Düse des Luftgebläses 124 geleitet. Die Strömung der Druckluft durch die Einspritzdüse 124 erzeugt durch Venturieffekt ein Vakuum in der Kammer 116. Das Vakuum bemißt und saugt die Kugeln aus dem Einfülltrichter 38 durch den Versorgungsschlauch 28 in die Kammer 116. Die aus der Einspritzdüse 124 abgegebene Druckluft befördert die Kugeln mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse 114 in die Kammer 116, damit sie auf die Oberfläche 56 der Prägeplatte aufprallen und sie kugelstrahlen können.
Das vorstehend beschriebene System der Zirkulierung der Kugeln beinhaltet zwei entgegengesetzte Vakuumsysteme. Das primäre Vakuum wird durch Venturieffekt aus dem großen Volumen der Druckluft erzeugt, mit der die Pistolen 64, 66, 68, 74, 76, 78 versorgt werden. Zum Beispiel haben die Pistolen in der bevorzugten Ausführungsart eine vorgegebene Luftströmung von 36 Kubikfuß pro Minute Ein gemeinsamer Druckluftregulator und ein Verteiler versorgen alle Pistolen. Die Geschwindigkeit der Kugeln kann daher durch den Regler kontrolliert werden, wobei die Absenkung des Luftdrucks die Ansaugung und Weiterleitung von Kugeln zu den Pistolen verringert und ebenfalls in einer geringeren Schleuderrate der Kugeln und der Aufprallgeschwindigkeit auf die Prägeplatte resultiert.
Für die Regulierung von geringen Fluktuationen des aus dem Kompressor und dem darunter liegenden Akkumulator abgegebenen Luftdrucks ist ein Steuerventil für die Rückkopplung an den Hauptregler für die Druckluft angeschlossen. Der Rückkopplungsregulator mißt Fluktuationen des Druckes an der Unterseite des Systems und justiert den Hauptregler entsprechend. Auf diese Weise wird die Lieferung eines konstant gedämpften Luftdrucks an die Pistolen gewährleistet.
Selbstverständlich können in dem erfindungsgemäßen Verfahren auch andere Gebläseeinrichtungen für das Kugelstrahlen eingesetzt werden. Das unter Vakuum arbeitende System der Gebläsepistole, das vorstehend beschrieben worden ist, kann ersetzt werden, wenn die Verwendung von dichteren oder größeren Graden der Kugeln oder höhere Geschwindigkeiten gewünscht werden. Zum Beispiel kann ein Gebläsesystem vom Typ eines "Niederhalters" verwendet werden, bei dem die Druckluft direkt an den Einfülltrichter für Kugeln angeschlossen ist, welcher dann die Kugeln über Schläuche an nicht eingeengte Gebläsepistolen leitet, um dadurch eine größere Kraft zu erreichen. Das Überblasen kann ebenfalls mit Hilfe einer Zentrifugenrad- oder Slinger- Maschine durchgeführt werden, die ein Schaufelrad aufweist das an einen Motor angeschlossen ist, um die Kugeln weiter zu treiben. Auch können unterschiedliche Mengen von Gebläsepistolen in verschiedenen Anordnungen verwendet werden.
Als wichtiger Faktor ist festgestellt worden, daß zirkulierende Keramikkugeln mehrere hunderttausend Volt statischer Elektrizität erzeugen, die abgeleitet werden muß, da sonst die Kugeln die Tendenz haben, zusammenzukleben und sich wie nasser Sand zu verhalten und dadurch das Recyclingsystem der Kugeln und die Strömung zu den Pistolen zu blockieren. Es ist daher für alle Bauteile der obigen Maschine ein umfangreiches Erdungssystem erforderlich. Zum Beispiel muß selbst die Plattenschiene 22 mit Hilfe einer gefederten Kohlebürste des Motors geerdet werden, um während ihrer Bewegung einen positiven Kontakt herzustellen, da auf der Schiene und im unteren Teil der Prägeplatte eine statische Aufladung erzeugt werden kann, an der dann eine zu große Menge von Kugeln haften bleibt.
Bei den meisten kommerziellen Anwendungen von gemusterten Laminaten, die unter Hochdruck hergestellt werden, liegen die Prägeplatten 42 zwischen aufeinanderfolgenden Schichten von mit einem wärmehärtenden Harz behandelten Laminatschichten, 200, Trennschichten 201 und Prägeplatten 42 in getrennten Rückseite an Rückseite liegenden Laminatschichten oder Doubletten, wie sie in der Fig. 8 dargestellt sind, und erlauben daher die Herstellung einer Vielzahl von Laminatfolien in einem Arbeitsgang. Wie bereits vorstehend erwähnt, werden die texturierten Prägeplatten in direktem Kontakt mit Verbundmaterialien aus mit einem Harz behandelten Papierschichten, die dazwischen gelegt sind, verwendet, wobei die gemusterten Oberflächen - der Folien auf den Prägeplatten aufliegen und an der Rückseite mit Füllschichten ausgestattet sind, die einander gegenüberliegen. Eine Vielzahl von Schichten aus Laminatmaterialien 200 und Prägeplatten 42 bilden "Stapel" 202, die auf Haltetabletts 207 liegen und von ihnen transportiert werden, und die dann in eine Presse 204 mit einer Vielzahl von Öffnungen 206 für die Aushärtung und Druckbehandlung zwischen Heiz- und Kühlplatten 205 geladen werden.
Hierbei ist zu beachten, daß der Freiraum für die Beförderung des Materials in die Presse 204 durch die Pressendüse 206 limitiert wird, und in der Fig. 8 kann man erkennen, daß die Wölbung oder Krümmung der Prägeplatten 42 die Möglichkeit, den Stapel 202 in die Presse 204 zurück zu begeben, behindern kann.
Eine weitere Form von gemusterten Laminaten besteh: aus einem unter niedrigem Druck hergestellten Paneel, in dem die mit einem warmhärtenden Harz behandelten gemusterten Papiere geschmolzen und direkt auf den beiden Seiten von Substraten verklebt werden, wie zum Beispiel Spanplatten oder Faserplatten mit mittlerer Dichte. In den meisten Fällen wird ein einziges Brett zwischen zwei Prägeplatten 42 laminiert. Die Prägung erfolgt innerhalb einer Presse 204 mit einer einzigen Öffnung 206 und zwei isothermischen Heizplatten 205, die im Vergleich zu dem unter hohem Druck arbeitenden Verfahren für die Herstellung von gemusterten Laminaten mit relativ geringem Druck und einem sehr geringen Pressenzyklus arbeiten. Die Einzelheiten der Zusammensetzung, die Konstruktion und die Verfahren für die Bearbeitung der einzelnen Produkte, das heißt, unter hohem Druck hergestellte gemusterte Laminate und unter geringem Druck hergestellte Bretter sind dem Fachmann gut bekannt.

Allgemeine Beispiele

Als Basisbeispiel für die Verwendung einer unter Vakuum mit Druckluft arbeitenden Kugelstrahlmaschine der gleichen Auslegung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, wurde eine 4 · 10 Fuß große Prägeplatte 42, die auf ein Finish von #7 poliert worden war, mit einem 50 : 50 Gemisch aus "großen" Durchmessern des Grades B20 (hauptsächlich 600-850 im (0,024-0,033 Zoll)) und "mittleren" Durchmessern Grad 830 (hauptsächlich 425-600 um (0,017- 0,024 Zoll)) Keramikkugeln der Marke S. E. P. R Zirblast® kugelgestrahlt. (Dem auf diesem Gebiet versierten Fachmann sollte bekannt sein, daß die Spezifizierung eines Bereichs der Durchmesser der einzelnen Grade der Kugeln selbstverständlich auch eine geringe Menge von Kugelpartikeln einschließt, die Durchmesser aufweisen, welche außerhalb des genannten Bereichs der Durchmesser liegen, in dem der genannte Bereich für die normale Verteilung der Durchmesser typisch ist). Die wiederholte Nennung der Größen der hier verwendeten Durchmesser, die für die Festlegung eines besonderen Kugelgrades genannt werden, wurde in der Industrie jedoch anerkannt, daß sie eine bedeutende Methode für die Kategorisierung von Bereichen der Kugelgrade für zahlreiche Zwecke darstellt.
Nach mehreren Durchgängen bei einem maximalen Druck der Gebläsepistolen und einer relativ geringen Durchlaufgeschwindigkeit der Prägeplatte von 3-4 Zoll/ Min, wurden nur etwa 75% des Oberflächenbereiches der Prägeplatte durch das Kugelstrahlen überdeckt, wobei nur wenige Aussichten bestanden, eine weitere meßbare Verbesserung festzustellen. Daher wurde das Oberflächenfinish wegen des Auftretens von eindeutigen Flecken als nicht akzeptabel betrachtet.
Anschließend wurde die Prägeplatte mit einem "kleinen" Durchmesser von Kugeln des Grades B50 (hauptsächlich 125-250 um (0,005-0,010 Zoll)) gestrahlt, wodurch die glänzenden Inseln ausgeschaltet wurden und ein wünschenswerter einheitlicher Glanz und ein gleichmäßiges Aussehen der Oberfläche erreicht werden konnten.
Dagegen wurde im Gegensatz dazu mit Hilfe der gleichen Vorrichtung eine identische Prägeplatte 42, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt worden war, gleichzeitig mit einem tertiären Gemisch aus Kugeln im Verhältnis von 37,5% B20, 37,5% 830 und 25% 850 S. E. P. R. Zirblast® Keramikkugeln gestrahlt (das heißt: 75% große Kugeln und 25% kleine Kugeln). Wie bereits vorstehend erwähnt, gewährleisten die großen bis mittleren Grade der Kugeln ein texturiertes Finish, während ein kleiner Grad der Kugeln verwendet wird, um im wesentlichen eine gesamte Überdeckung (Saturierung) und den gewünschten Glanz der Prägeplatte zu erreichen. Nach nur wenigen Arbeitsgängen ist die Prägeplatte mit Hilfe des Gemischs aus den größeren Kugelgraden zufriedenstellend texturiert worden und zeigte gleichzeitig den gewünschten gleichmäßigen Glanz der Oberfläche.
Obwohl beide Prägeplatten in Bezug auf Struktur und Aussehen ziemlich ähnlich waren und keine nachteiligen Spuren des Kugelstrahlens aufwiesen, konnte die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellte Prägeplatte mit weniger Arbeitsgängen angefertigt werden. Beide Prägeplatten wurden anschließend (ohne jede Endbearbeitung wie anodisches Polieren oder Verchromen) verwendet, um vollständige Folien aus festen Farblaminaten herzustellen. Beide Prägeplatten zeigten eine ausgezeichnete Übertragung nach dem Ablösen ohne Rupfstellen (Spuren des Oberflächenharzes des Laminats und Papierfasern, die an der Prägeplatte haften) oder physikalisches Zusammenkleben der Prägeplatte und des Laminats. Es wurde unabhängig geurteilt, daß das Aussehen des Laminats in überraschender Weise dem konventionellen Veloursfinish ähnelte, das mit dem Schutz-/Texturier-Papier hergestellt wird, das von Ivex Inc. (vormals L&CP Inc.) geliefert wird, und das in der amerikanischen Industrie in großem Maße verwendet wird.
Gleichzeitiges gemischtes Texturieren und Kugelstrahlen bietet Vorteile gegenüber den getrennten Verfahren des Texturierens und Kugelstrahlens, da dadurch die Zahl der Arbeitsgänge reduziert wird, die erforderlich sind, um eine Prägeplatte zufriedenstellend zu bearbeiten (hier um mindestens einen Arbeitsgang). Außerdem wird die Notwendigkeit des zeitraubenden Wechsels der Kugelstrahlmaschine von einer Kugelgröße auf die andere und umgekehrt vermieden, oder aber die kostspielige Option verschiedener Ausrüstungen für jede einzelne Kugelgröße, die in dem Prozeß verwendet wird.

Spezifische Beispiele

Es wurde eine Reihe von Kugelstrahlversuchen für das Texturieren von Prägeplatten durchgeführt, um den Nutzen und die Vielseitigkeit des gleichzeitigen Texturierens und Kugelstrahlens mit gemischten Kugelgraden nachzuweisen, statt getrennte Schritte des Texturierens und Überblasens durchzuführen, wie dies der Stand der Technik lehrt. Die verschiedenen getesteten Gemische von Kugelgraden sind in der Tabelle 1 dargestellt. In allen Versuchen wurde ein binäres Gemisch aus relativ großen und mittelgroßen Kugeln verwendet, denen ein Anteil kleinerer Kugeln zugegeben wurde, während ein gleichzeitiges Überblasen durchgeführt wurde.
In den Beispielen #1 und #7 wurden Keramikkugeln verwendet und ein zweites getrenntes Überblasen durchgeführt, um eine akzeptable Überdeckung zu erreichen, die mit derjenigen gleich ist, die im Stand der Technik beschrieben wird, sowie mit dem vorstehend beschriebenen ersten generellen Beispiel:
Die Beispiele #11 und #13 sind vergleichbar, mit der Ausnahme, daß Kugeln aus Stahlguß verwendet wurden, um den aus dem Stand der Technik bekannten Texturierungsprozeß zu simulieren. Auch hier wurde wieder ein Gemisch aus großen und mittleren Kugeln statt einer einzigen Kugelgröße verwendet. Diese Beispiele zeigen die begrenzte Überdeckung, die bei dem Versuch erreicht wurde, eine relativ rauhe Textur zu erzeugen, ohne irgendeine Art des Überblasens (entweder gleichzeitig oder getrennt) durchzuführen, um eine adäquate Überdeckung zu erreichen und die restliche unzähligen von nicht kugelgestrahlten fleckigen "Inseln" zu entfernen, die im allgemeinen zu einem kommerziell nicht akzeptablen gesprenkelten oder fleckigen Aussehen führen. Die Verwendung eines binären Gemisches aus relativ großen und mittelgroßen Kugeln wurde für die hier beschriebenen Versuche der Plattentexturierung gewählt, statt einzelne Kugelgraden einzusetzen, wie dies im Stand der Technik beschrieben ist, um so ein unterschiedlicheres oder "ausgewogeneres" kugelgestrahltes Aussehen zu erreichen, das vom Standpunkt der Ästhetik als attraktiver betrachtet wird.
Die in diesen Versuchen eingesetzten Keramikkugeln bestanden aus verschiedenen Graden von geschmolzenen Keramikkugeln der Marke Zirblast®, die von der Societe Européenne des Produits Réfractaires in Frankreich hergestellt und von ihrer Tochterfirma S. E. P. R Ceramic Beads and Powders in den USA vermarktet wird. Die Kugeln sind im wesentlichen rund, haben eine große Aufprallfestigkeit und eine geringe Bruchrate und sind fast vollkommen frei von Kontaminierungen durch Metall- oder Eisenoxide. Das Produkt Zirshot® der Firma S. E. P. R., eine noch bessere (und teurere) Art von Keramikkugeln, kann ebenfalls sehr vorteilhaft in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Beide Kugeltypen haben eine typische Zusammensetzung aus etwa 75% Zirkon (ZrO&sub2;) und 33% Glasphase (bestehend aus 30% SiO&sub2; und 3% Verunreinigungen). Hierbei ist zu beachten, daß auch andere Zusammensetzungen und Grade von Keramikkugeln von anderen Herstellern verfügbar sein können und in der vorliegenden Erfindung auch in Betracht gezogen werden. Die in diesen Versuchen verwendeten Kugeln aus Stahlguß, die eine typische Rockwell-Härte von C 40-50 haben, sind ein vielfach verwendetes Material für das Kugelstrahlen und können von zahlreichen Herstellern bezogen werden.
Die für diese Versuche eingesetzte Kugelstrahlmaschine war eine Matrasur Model PHF03-60 mit einer Strahleinrichtung vom Typ eines Niederhalters, der stärker ist, als vorstehend beschrieben, hat aber einen sehr viel geringeren Maßstab, der nur für Laborversuche geeignet ist (d. h. Proben mit einer Abmessung von 10 · 10 cm wurden für diese Versuche verwendet). Während den Versuchen wurden die Arbeitsbedingungen konstant gehalten, mit Ausnahme des Luftdruckes, wie er in der Tabelle 1 angegeben ist. Die Kombination der festgelegten Bedingungen, einschließlich eines Pistolendrucks von 1,5 kg/ cm³, simuliert ausreichend gut die Intensität des Kugelstrahlens und der Überdeckung, die mit der oben beschriebenen Vakuumausrüstung für das Kugelstrahlen erreicht und für die Bearbeitung von Prägeplatten im vollen Maßstab nach der bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Da das Versuchsgerät nicht für das beidseitige Strahlen geeignet ist, da es nur mit einer Pistole bestückt ist, entstand ein asymmetrisches Strahlen auf einer Seite der Plattenproben. Wie erwartet, wurden nicht ausgeglichene Druckspannungen in den Prägeplatten erzeugt, die eine Krümmung aufwiesen, die sonst bei großen dünnen Prägeplatten mit den Fertigungsabmessungen ein großes Problem darstellen würde. Bei kleinen Plattenproben kann die Ausrüstung jedoch gut verwendet werden, da hiermit generell reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Die Plattenproben in den in der Tabelle 1 genannten Beispielen zeigten alle einen konvexen Verzug der kugelgestrahlten Fläche mit einer Durchbiegung an den Ecken von etwa 1,0-2,5 mm.
Die Prägeplattenproben, die alle wie in der Tabelle angegeben, kugelgestrahlt und texturiert worden sind, bestanden alle aus einer rostfreien Stahllegierung A. I. S. I. 410 mit einer Härte von 38-45 auf der Rockwell-Skala C. Für die Vorbereitung der Proben wurde zuerst eine Prägeplatte mit Produktionsgröße auf einer flexiblen Flachbettschleifmaschine geschliffen (allgemein als Politur mit einem abrasiven Band bekannt), in der eine Reihe von Bändern mit abnehmender Schleifkorngröße (von einer groben Korngröße 180 bis zu einer feinen Korngröße 320) mit Schneidöl als Schmiermittel eingesetzt war, um tiefe Kratzer und andere Fehler zu entfernen. Die Prägeplatte wurde dann auf einer Flachbettschneidschwabbel mit einer harten Schwabbelscheibe mit einem relativ aggressiven Polierrotkuchen (4 einer Schwabbelverbindung, die primär aus abrasiven Schleifkörnern aus Aluminiumoxid besteht, die mit tierischen Fetten versetzt ist) behandelt wurde, um residuelle Schleifspuren zu entfernen. Schließlich wurde die Prägeplatte mit einem weichen "flexiblen" Schwamm und einem feinen Rotkuchen lederfarben eingefärbt, bis der glänzende kratzerfreie Zustand erreicht war, der in der Technik als #8 Spiegelglanz bezeichnet wird. Die 10 · 10 cm großen Proben, die für die Versuche verwendet wurden, wurden jeweils von diesen Prägeplatten abgeschnitten. So waren alle Proben im wesentlichen identisch, wobei die einzige Variable aus den in den Versuchen verwendeten Gemischen aus unterschiedlichen Kugelgraden bestand, sowie in einigen besonderen Fällen aus dem gewählten Pistolendruck.
Der Fachmann wird erkennen, daß ein weniger exaktes Finish, als die hier beschriebene "kommerzielle" Spiegelglanzqualität #8 auch für das texturierende Kugelstrahlen nach der vorliegenden Erfindung geeignet ist, da das erfindungsgemäße Kugelstrahlverfahren selbst kleinere Defekte löscht und maskiert (die sonst als nachteilig in einer polierten Prägeplatte angesehen würden, wenn sie als solche dafür verwendet würde, um ein glänzendes Fertigprodukt herzustellen), welche die Oberfläche der Prägeplatte in jedem Fall abstumpfen würden. Daher können auch Prägeplatten mit einer geringeren Qualität des Finish, die ein weniger strenges Farbschwabbeln und den daraus resultierenden Normen für Glanz und Reflexion (d. h. ein Finish, das in der Technik mit #6 und #7 bezeichnet wird) und daher eine geringere Vorbereitung erfordern, ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Für die in der Tabelle 1 aufgeführten Versuche wurden Proben mit dem Hochglanz #8 eingesetzt, um dadurch die Beurteilung der erzielten Überdeckung des Kugelstrahlens zu erleichtern.
Alle mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Versuche (ausgenommen die Beispiele #1, #7, #11 und #13 als Kontrolle) wurden mit einem binären Gemisch aus relativ großen und mittleren Kugelgraden für die "Texturierung" durchgeführt, um eine meßbare Rauhigkeit der Textur mit einer einzigen Kugelgröße aus sehr viel kleineren Kugeln für das "Überblasen" zu erzielen, um dadurch die gewünschte Überdeckung durch das Kugelstrahlen und die Einheitlichkeit des Finish in einem einzigen kombinierten Arbeitsgang des Kugelstrahlens zu erzielen. Diese Beispiele sollen nicht als einschränkend in Bezug auf das Gemisch aus unterschiedlichen Kugelgraden im Rahmen der vorliegenden Erfindung angesehen werden. Zum Beispiel ist die Verwendung eines tertiären Gemischs aus Kugelgraden für die Texturierung in Verbindung mit einer Kugelgröße für das Überblasen wie zum Beispiel 25% B16 (hauptsächlich 850-1180 um (0,034-0,047 Zoll), 25% B 20, 25% B 30 und 25% B 60 auch möglich. In der gleichen Weise kann eine einzige Kugelgröße für die Texturierung in Kombination mit einer Kugelgröße für das Überblasen (z. B. 75 % B20 und 25% B125 (hauptsächlich 5-125 um (0,002-0,005 Zoll)) auch verwendet werden, ebenso wie ein binäres Gemisch aus Kugelgraden für das Überblasen.
Zahlreiche Kombinationen von verschiedenen Kugelgraden bilden die Vorteile der vorliegenden Erfindung. Per Definition sind die Kugelgrade für das Überblasen deutlich kleiner, als die Kugelgrade für das Texturieren, und werden hier arbiträr mit einem überwiegenden Durchmesser von 425 um oder größer definiert wobei nicht gesagt sein soll, daß Kugeln mit einem Durchmesser im Bereich von 250-425 um nicht auch eingesetzt werden können. Die Kugeln für das Texturieren sollten den größten Teil des Gemisches aus Kugelgraden enthalten, und zwar vorzugsweise mindestens 60%.
Die in den in der Tabelle 1 genannten Beispielen verwendeten Kugelgrade wurden auf Größenverteilungen begrenzt, die hauptsächlich einen Durchmesser von 1000 um (1,0 mm) oder darunter hatten. Dies sollte nicht als einschränkend angesehen werden, sondern nur als illustratives praktisches Beispiel. Erstens sind diese in den Beispielen verwendeten Kugelgrade die im Handel am liebsten verwendeten Kugelgrade. Zweitens sind die Dichte und Größe der Kugeln in der Praxis gut verwendbar (d. h. sie können gut transportiert und geschleudert werden) und werden durch die Art der Ausrüstung für das Kugelstrahlen begrenzt, die für diese Versuche verwendet wurde.
Mit Vakuum betriebene Kugelstrahlmaschinen, wie sie hier im Einzelnen beschrieben werden, haben die geringste Energie und sind am meisten in Bezug auf den Massentransport oder die "Auswurfrate" von Kugeln limitiert, so daß Keramikkugeln mit einer Größe von deutlich über 800 um oder eine beliebige Größe von Kugeln Probleme verursachen würden.
Mit Druckluft betriebene Kugelstrahlmaschinen, die der Matrasur-Maschine ähnlich sind, die für diese Versuche eingesetzt wurde, sind deutlich leistungsfähiger mit einer größeren Kapazität des Massentransports von Kugeln. Es können Kugelgrade von im wesentlichen bis zu etwa 1000 um mit guten Ergebnissen verwendet werden, ebenso wie kleinere Größen von Stahlkugeln mit größerer Dichte. Die Begrenzung des Massentransports von mit Druckluft betriebenen Kugelstrahlmaschinen im allgemeinen (d. h. ihre Unfähigkeit, eine ausreichend große Menge von großen Kugeln, und insbesondere Stahlkugeln mit einer größeren Dichte, in einer ausreichenden Menge zu befördern und zu schleudern, um die gewünschte Überdeckung des Kugelstrahlens zu erreichen), diktiert die Art der Kugeln, die eingesetzt werden können und kontrolliert daher den Bereich der Texturen, welche durch das Kugelstrahlen und Überblasen erreicht werden, die mit Hilfe dieser Maschinen produziert werden können. Bei allen vorgegebenen Mengen des Massentransports (d. h. die Masse der Kugel, die pro Zeiteinheit abgegeben wird), ist die Rate der Überdeckung umgekehrt proportional zur Dichte (lineare Funktion) und dem Durchmesser (kubische Funktion) der verwendeten Kugeln. Je größer und dichter die Kugel sind, um so geringer ist der Aufprall (die Überdeckung) von einzelnen Partikeln pro Zeiteinheit.
Die dritte Variante einer allgemein verwendeten Kugelstrahlmaschine ist die Zentrifugenradmaschine, welche die Kugeln am Ziel mechanisch "slingt". Diese Maschinen sind in der Lage, ein sehr großes Kugelvolumen zu schleudern. Obwohl mit Druckluft betriebene Maschinen die Kugeln im allgemeinen auf größere Geschwindigkeiten beschleunigen können, als dies "Slingermaschinen" tun können (trotz der Limitierungen im Hinblick auf die Größe und Dichte der Kugeln), gewährleisten die mechanischen "Slingerschritte" eine sehr viel höhere Kapazität des Massentransports und können ohne Schwierigkeiten mit großen Mengen von großen Kugeln umgehen (wobei die Größe des Rades und des Motors praktische Vorgaben bilden). Bei dieser Art von Maschinen werden meistens Stahlkugeln eingesetzt, wobei die Durchmesser der Kugeln häufig über 1000 um (1,0 mm) liegen und einen Durchmesser von bis zu 2000 um (2,0 mm) und mehr erreichen können. Auf diese Weise werden die Art und Größe der Kugeln, welche für Gemische aus Kugeln für das Texturieren verwendet werden, nur durch die Kapazität der Strahlausrüstung begrenzt, welche dem Benutzer zur Verfügung steht.
Es werden jedoch Keramikkugeln, und insbesondere Gemische aus Keramikkugeln, die hauptsächlich einen Durchmesser von weniger als nominal 1000 um (1,0 mm) haben, bevorzugt eingesetzt, da mit ihnen eine feinere Textur erreicht wird, sowie keine Kontaminierung der kugelgestrahlten Prägeplatten auftritt, und die Kugeln leicht gehandhabt werden können, wodurch eine einfachere und weniger kostspielige Wartung der verwendeten Strahlausrüstung erreicht werden kann.
Das gesamte Finish der kugelgestrahlten Prägeplatte und des Laminats, das anschließend daraus so hergestellt wird, daß es aus kommerzieller und ästhetischer Sicht akzeptabel ist, wird durch sein visuelles Aussehen festgestellt (z. B. der Textur oder Struktur der Oberfläche, des Glanzes und der generellen Gleichmäßigkeit). Die Textur kann quantitativ durch ihre Rauhigkeit und Ausbildung von Spitzen beschrieben werden, während der Glanz und die Einheitlichkeit teilweise von der durch das Kugelstrahlen erreichten Überdeckung abhängen. Je kleiner die Kugeln sind, und je geringer ihre Dichte ist um so größer ist die Kapazität des Massentransports der Einrichtung, und je länger die Zeit der Strahlung ist (d. h. je langsamer die Prägeplatte unter der Pistole oder den Pistolen durchläuft), um so größer ist die Überdeckung, die während eines einzigen Arbeitsganges des Kugelstrahlens erreicht wird.
Der erreichte Prozentsatz der Überdeckung, der in der Tabelle 1 für die einzelnen Versuche angegeben ist, kann visuell im Vergleich zu vorher festgelegten Referenznormen festgestellt werden. Für ein sehr präzises Kugelstrahlen sind mehrere quantitative Techniken entwickelt worden, wie zum Beispiel die Straub'sche Projektion, die gegen ultraviolettes Licht empfindliche Peenschan-Färbung, die metallographische Untersuchung des Kornwachstums nach Valentine, und die Streifenbogenmethoden nach Almen. Alle diese Methoden sind relativ schwierig und zeitraubend. Daher wird in den meisten Fällen die visuelle Inspektion verwendet und wurde auch für die hier beschriebenen Versuche eingesetzt. Die visuelle qualitative Methode für die Bestimmung der Überdeckung des Kugelstrahlens von Prägeplatten ist ziemlich gut geeignet, um die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Prägeplatten zu gewährleisten, wobei zum Beispiel eine bessere Festigkeit gegen Ermüdung oder Spannungsrißbildung bei Prägeplatten nur geringe Bedeutung hat.
Das Verhältnis des Prozentsatzes der Überdeckung, der nach dem Kugelstrahlen erreicht wird, sowie die Anzahl der durchgeführten Prozeßschritte, können durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Cn = 1 - (1 - C&sub1;)n
darin ist C&sub1; der Prozentsatz der Überdeckung nach einem Arbeitsgang (ausgedrückt in Dezimal), Cn ist der Prozentsatz der Überdeckung nach n Arbeitsgängen (ausgedrückt in Dezimal), und n ist die Anzahl der Arbeitsgänge. Durch die visuelle Bestimmung des Prozentsatzes der Überdeckung nach mehreren (n) Arbeitsschritten, kann der Prozentsatz der Überdeckung pro Arbeitsschritt (C&sub1;) in einfacher Weise durch die nachstehende neu geordnete Gleichung berechnet werden:
C&sub1; = 1 - n1 - Cn
und die Anzahl der Arbeitsschritte, die notwendig sind, um einen endgültigen Grad der gewünschten Überdeckung (Cn) zu erreichen, kann durch folgende Gleichung extrapoliert werden:
n = log(1 - Cn)/log(1 - C&sub1;)
Dieses Verhältnis zeigt, daß 100% der theoretischen Überdeckung durch das Kugelstrahlen nur asymptomatisch erreicht wird, obwohl im praktischen Sinne durch visuelle Inspektion "100%" der Überdeckung als das Fehlen von eindeutig nicht kugelgestrahlten Bereichen oder Inseln auf der Oberfläche des bearbeiteten Werkstückes festgestellt werden kann. Da in der Praxis selbst die genauesten quantitativen Analysemethoden nicht in der Lage sind, Überdeckungen des Kugelstrahlens über 98% genau zu messen, wurde im Stand der Technik dieser Wert arbiträr als Definition der vollständigen Überdeckung oder Saturierung des Kugelstrahlens festgelegt.
Bei mechanischen Einsätzen ist es äußerst wichtig, eine Saturierung der Überdeckung zu erreichen, wenn die gewünschte Verbesserung der Eigenschaften erreicht werden soll. Wenn man jedoch die kosmetischen Qualitäten einer Prägeplatte und der daraus hergestellten gemusterten Laminate in Betracht zieht, so sind in vielen Fällen auch geringere Grade der Überdeckung akzeptabel. In der Industrie wird allgemein akzeptiert, daß eine Überdeckung von 95% oder darüber ein im wesentlichen einheitliches nicht reflektierendes Aussehen des Finish der Prägeplatte produziert, obwohl bei manchen Einsätzen auch eine geringere Überdeckung als geeignet angenommen wird. Bei den in der Tabelle I aufgeführten Kugelstrahlversuchen wurde eine minimale Überdeckung von 95% als optimal angesehen, um ein Finish der Prägeplatte und des Laminats zu produzieren, das für die meisten kommerziellen Anwendungsfälle als ästhetisch angenehm empfunden wurde.
Ein weiteres quantifizierbares Merkmal der Oberfläche der Prägeplatte, das heißt, der Grad des Glanzes, wird im allgemeinen mit Hilfe eines 60º- Glanzmessers gemessen, der in vielen Ausführungen und Modellen erhältlich ist und der im allgemeinen nach dem gleichen Prinzip arbeitet. Ein Lichtstrahl mit einer kalibrierten Intensität wird mit einem senkrechten Winkel von 60º auf die Oberfläche der Prägeplatte geleitet (d. h. ein Einfallswinkel von 30º gegenüber der Ebene der Oberfläche der Prägeplatte). Geometrisch gegenüberliegend der Lichtquelle ist ein Photodetektor vorgesehen, welcher die Intensität des Lichtstahls mißt, der von der Prägeplatte reflektiert wird, welcher dann von dem Meßgerät in einen Glanzwert umgewandelt wird (entweder in analoger oder digitaler Form).
Der Glanzmesser wird anfänglich gegen eine standardmäßige schwarze Hochglanzkachel mit einem bekannten Glanzwert (im allgemeinen 94±1 Glanzeinheiten oder Grade) kalibriert, der zusammen mit dem Meßgerät geliefert wird. Nach einer Abmachung in den USA wird per NEMA-Normen, welche in der industriellen Fertigung die unter hohem Druck hergestellten gemusterten Laminaten regulieren, und insbesondere die NEMA-Testmethode LD3.13.1 (1991), welche das Verfahren für die Messung von Glanzwerten vorschreibt, aus historischen Gründen das Meßgerät arbiträr (fälschlich) auf eine Glanzablesungseinheit von 82 gegenüber der primären Arbeitsnorm der schwarzen Kachel kalibriert.
Bei den Glanzmessungen die an dem Finish der Prägeplatten durchgeführt wurden, die während der in der Tabelle 1 aufgeführten Kugelstrahlversuche hergestellt wurden, wurde die immer häufiger industriell eingesetzte und akzeptierte ISO-Methode (International Standards Organization) angewendet, nach welcher der Glanzmesser so kalibriert wurde, daß er genau mit dem Glanzwert der Norm der schwarzen Kachel übereinstimmte. Der Fachmann weiß, daß mehrere Faktoren den relativen Glanz des Finish einer Prägeplatte beeinflussen, von denen die wichtigsten die Mikrotextur (Grad der Politur) und die Makrotextur (Struktur) der Oberfläche sind, die übereinstimmende Wirkungen auf den Grad des Glanzes haben, der von einem Meßgerät gemessen wird.
Mit der Ausnahme eines perfekten Spiegelfinish geht eine gewisse Menge der Lichtintensität in der Lichtquelle des Meßgerätes durch Reflexion an den Photodetektor aufgrund von Lichtstreuung verloren, welche durch unebene Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Prägeplatte verursacht wird. Diese Unregelmäßigkeiten sind auf der Skala eines Nanometers (nm) gegenüber dem "Mikrofinish" der Oberfläche einer Prägeplatte, sowie auf einer Skala in Mikron (um) oder sogar Millimetern (mm) sichtbar, wenn sie auf die Rauhigkeit der Struktur und Topographie einer Prägeplatte bezogen werden (d. h. Spitzen und Täler, oder im Falle einer kugelgestrahlten Oberfläche einer Prägeplatte, jeweils Riefen und Krater). Alle diese Unterbrechungen streuen eine gewisse Lichtmenge und reduzieren den sichtbaren Grad des Glanzes des Finish, und zwar sowohl instrumental als auch visuell, obwohl beide "Messungen" nicht immer unbedingt übereinstimmen. Generell kann man sagen, daß je größer die Mikrotextur und die Makrotextur des Oberflächenfinish sind, um so größer ist die Menge des gestreuten Lichtes, so daß der Glanz um so geringer ist.
Ein weiterer übereinstimmender Faktor ist der Effekt der Einheitlichkeit des Glanzes der Oberfläche in Bezug auf die Überdeckung der erfindungsgemäßen kugelgestrahlten Prägeplatten. Das Finish der Prägeplatte vor dem Kugelstrahlen besteht im wesentlichen aus einer ebenen Fläche, welche durch Politur und Schwabbeln eine relativ glatte Mikrotextur und ein relativ glänzendes Aussehen hat. Der nachfolgende Aufprall der Kugelpartikel während dem Kugelstrahlen unterbricht die Planheit der Oberfläche der Prägeplatte durch Erzeugung von unzähligen Aufprallkratern, welche die Makrotextur, sowie eine noch feinere Mikrotextur herstellen, welche durch Abdruck des Finish der Kugel selbst in der Oberfläche der Prägeplatte erzeugt wird. Generell gesagt, je größer die erzielte Überdeckung und Intensität des Kugelstrahlens ist, desto rauher wird die Textur, und desto geringer wird der Grad des Glanzes sein. Der erreichte Grad des Glanzes wird auch durch die Art der verwendeten Kugeln beeinflußt, und zwar im Hinblick auf ihre Planheit, sphärische Gestalt und Größe. Bei einer nicht vollständigen Überdeckung durch das Kugelstrahlen verbleiben verstreute nicht kugelgestrahlte, flache und relativ stark glänzende Bereiche oder "Inseln" im gesamten Bereich der kugelgestrahlten Textur. Wenn diese Inseln einen wesentlichen Prozentsatz des Oberflächenbereiches einer kugelgestrahlten Prägeplatte bedecken (d. h. mehr als 5% des gesamten Bereiches, was einer Überdeckung von weniger als 95% entspricht), wird ein allgemein weniger erwünschter uneinheitlicher Glanz und ein fleckiges Aussehen festgestellt.
Ein typisches Glanzmeßgerät mißt jedoch einen relativ großen Bereich der Oberfläche einer Prägeplatte mit einem Brennpunkt mit einem Durchmesser von etwa 1 cm und erfaßt daher nur den gehäuften oder mittleren Glanz oder die Reflexion der matten kugelgestrahlten Bereiche und der glänzenden nicht kugelgestrahlten Inseln. Obwohl der Glanz quantifiziert werden kann, ist es wichtig, zu wissen, daß hier viele wechselseitig wirkende Faktoren vorhanden sind, welche die gemessenen Werte beeinflussen und die nicht in einfacher Weise getrennt werden können.
Schließlich kann die Makrotextur im Sinne der Höhen und Tiefen der Spitzen und Täler und ihrer Frequenz quantifiziert werden, welche generell als die Rauhigkeit und die Anzahl der Spitzen der Textur angesehen werden. Ein Oberflächenmeßgerät bestimmt diese Parameter, in dem ein sehr empfindlicher Schreiber die Topographie der Oberflächenstrukur abtastet und die Geometrie des Profils in elektronische Signale umwandelt, aus denen die Werte der Rauhigkeit und die Anzahl der Spitzen mit Hilfe von definierten Algorithmusgleichungen errechnet werden können.
Das für die Messung der Rauhigkeit und der Anzahl der Spitzen, welche in der Tabelle 1 aufgeführt sind, verwendete Gerät, war ein Perthometer Model M4P. Alle Messungen wurden mit Hilfe einer Abtastlänge mit einer Länge von 15 mm in Abschnitten von 2,5 mm durchgeführt, so daß die Signale aus den ersten 1,25 mm der Abtastlänge und die letzten 1,25 mm der Abtastlänge ignoriert wurden und nur der mittlere Bereich von 12,5 mm für die Messung in Betracht gezogen worden ist. Zusätzlich wurde für die Zählung der Spitzen eine Schnittstelle von 0,5 um verwendet, welche den gesamten Abstand über die mittlere Rauhigkeit zwischen den oberen und unteren Schwellen der Schnittstelle darstellen, über der oder unter der die Spitzen und nachfolgenden Täler verlaufen, und als deutliche Profilabweichungen angesehen werden. Die Rauhigkeit und die Zählung der Spitzen stehen im Zusammenhang und werden vom Grad der Kugeln und der verwendeten Intensität des Kugelstrahlens, sowie von der erreichten Überdeckung beeinflußt.
Bei texturierten Prägeplatten werden die am besten zu beschreibenden Parameter der Rauhigkeit als Ra und Rz angesehen. Ra, die mittlere arithmetische Rauhigkeit (die in der Vergangenheit häufig als AA bezeichnet wurde), ist der arithmetische Mittelwert aller Abweichungen des Rauhigkeitsprofils über die gesamte Meßlänge von 12,5 mm. Rz ist die mittlere Tiefe der Rauhigkeit, das heißt, der Mittelwert der einzelnen Tiefen der Rauhigkeit in fünf aufeinanderfolgenden Meßlängen von 2,5 mm mit einem Gesamtwert von 12,5 mm der Meßlänge, in der die jeweilige Tiefe der Rauhigkeit als der vertikale Abstand zwischen dem höchsten und niedrigsten Punkt des Rauhigkeitsprofils in jedem Abschnitt bestimmt wird. Die Zählung der Spitzen ist nur eine Messung der Anzahl der Spitzen (gefolgt von ihren jeweiligen Tälern), die sich insgesamt oberhalb und unterhalb ihrer vorbestimmten Schnittschwelle von ±0,25 um des mittleren Wertes des Rauhigkeitsprofils erstrecken. Obwohl diese Parameter für die Quantifizierung der Textur der Struktur nützlich sind, und in vielen Fällen auf deren Grundlage wichtige Schlußfolgerungen gezogen werden können, wie zum Beispiel in Bezug auf die Messung des Glanzes, so definieren sie jedoch nicht als solche das visuelle Gesamtbild des Finish der Prägeplatte.
Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten kugelgestrahlten texturierten Prägeplatten, deren Eigenschaften in der Tabelle 1 beschrieben sind, können in Bezug auf ihre Rauhigkeit im Vergleich zu allgemein kommerziell erhältlichen Laminatfinishs, die auf dem Markt beliebt sind, als "durchschnittlich" angesehen werden. Das kugelgestrahlte Finish dieser Beispiele hat im allgemeinen eine durchschnittliche Rauhigkeit (Ra) im Bereich von 1,0-2,5 um, sowie Rauhigkeitstiefen (Rz) im Bereich von 8,0-15,0 um. Die Tabelle II zeigt einen Vergleich dieser Art von Finish mit anderen wesentlichen Arten von Finish, die im allgemeinen von der Industrie im Bereich von gemusterten Laminaten derzeit hergestellt werden. TABELLE II
* Hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
Das Finish Typ A "glänzend" wird nach den vorstehend beschriebenen Methoden hergestellt, um die Prägeplatte mit dem Spiegelfinish #8 vorzubereiten, welche für die in der Tabelle I genannten Versuche verwendet wurde, und zeigte das glatteste Finish, das erreicht werden konnte.
Das Finish vom Typ B "matt" hat einen geringen Glanz (d. h. ein stumpfes oder mattes Aussehen) und ist im wesentlichen eben mit keiner visuell erkennbaren Makrotextur. Es wird durch Kugelstrahlen einer Prägeplatte mit dem Finish Typ A mit sehr feinen Glaskugeln oder körnigem Material wie Sand oder Alumiumoxid hergestellt. Im allgemeinen werden Glaskugeln im Bereich von 70-110 um verwendet, die beim Aufprall auf die Oberfläche der Prägeplatte leicht zersplittern, so daß während der Zirkulierung die Oberfläche der Prägeplatte im wesentlichen mit feinem stark zerkleinerten Glaspulver mikrotexturiert wird. Dieses Finish ist sehr beliebt als Ersatz für das ältere "stumpf geriebene" Finish, bei dem die Oberfläche eines Laminats mit einem glänzenden Finish nach der Prägung mit Hilfe von Bürsten und einem Schlamm, der ein Schleifmaterial enthält, abgerieben wird, um den Glanz zu reduzieren.
Das Finish vom Typ D "Velours" wird in den meisten Fällen durch mildes chemisches Ätzen mit Hilfe von Zentrifugenradmaschinen hergestellt und es können relativ große Kugelgrade verwendet werden, um ein Finish mit einer solchen Rauhigkeit herzustellen.
Schließlich kann das Finish von Typ E mit einer übertrieben tiefen Textur entweder durch langes kontrolliertes chemisches Ätzen oder sehr starkes Kugelstrahlen mit starken Zentrifugenradmaschinen mit großen Kugelgraden hergestellt werden. Das Spanen oder die Reliefflorbearbeitung von "Mutterplatten" mit tief texturierten Mustern sind ebenfalls häufig verwendete Techniken. Der Fachmann wird erkennen, daß Prägeplatten mit stärker ausgeprägten Mustern mit einem Finish vom Typ D oder Typ E eventuell nach dem ersten Texturieren durch anodisches Polieren nachbehandelt werden müssen, um die Oberfläche zu entgraten und zu glätten, oder zusätzlich verchromt werden müssen, um die Löslichkeit der Prägeplatte von der Oberfläche des Laminats beim Abtrennen zu verbessern, nachdem die Prägung und Aushärtung stattgefunden haben. Obwohl anodisches Polieren und/ oder Verchromen von Prägeplatten des Typs C nach der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist, um akzeptable Eigenschaften der Löslichkeit zu erreichen, können sie jedoch wahlweise so behandelt werden, um das Finish weiter zu verfeinern, die Löslichkeit zu unterstützen, oder die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
Die in der Tabelle I angegebenen Versuche des Kugelstrahlens der Prägeplatte und der gleichzeitigen Texturierung und des Überblasens wurden mit verschiedenen Gemischen aus kommerziell erhältlichen Kugelgraden entweder aus Keramik oder Stahlguß durchgeführt. Es wurde versucht, die Größenverteilung der verschiedenen Kugeln aus Keramik und Stahl so eng wie möglich anzupassen, und die Größen der beiden wurden auf Kugelgrade mit einem Durchmesser von im wesentlichen 1000 um oder darunter begrenzt, da die Kapazität des Massentransports der verwendeten Blaseinrichtung begrenzt war. In allen Beispielen wurde ein binäres Gemisch aus großen und mittleren Kugelgraden eingesetzt.

Beispiele 1 und 1A

Die Beispiele #1 und #1A entsprechen den Verfahren aus dem Stand der Technik, mit der Ausnahme, daß ein Gemisch aus großen und mittleren Kugeln statt nur große Kugeln verwendet wurde, um die Makrotextur der Prägeplatte herzustellen. Nach vier Durchgängen war eine Überdeckung von 90% erreicht.
Nach Anwendung der weiter oben genannten allgemeinen Gleichung für die Überdeckung zeigt eine Hochrechnung, daß sechs Arbeitsgänge erforderlich sind, um eine akzeptable minimale Überdeckung von 95% zu erreichen, und daß ein weiterer Durchgang (insgesamt 7) notwendig ist, um eine Überdeckung von 98% oder eine Saturierung zu erreichen. Nach den ersten vier Durchgängen mit größeren Kugelgraden wurde die Prägeplatte mit einem kleinen Kugelgrad überblasen, wodurch eine vollständige Überdeckung des Kugelstrahlens und ein sehr angenehmes gleichmäßiges Aussehen der Prägeplatte erreicht wurde.

Beispiele 2, 3 und 4

Die Beispiele #2, #3 und #4 wurden entsprechend der vorliegenden Erfindung durchgeführt und hierfür wurde das gleiche Gemisch aus großen und mittleren Kugelgraden wie im Beispiel #1 verwendet, welchem für das Überblasen abnehmende Mengen der gleichen Keramikkugeln, wie im Beispiel #1A, zugegeben wurden, um die Plattenproben gleichzeitig zu überblasen, während sie texturiert wurden. Wie man sehen kann, wurde selbst mit der kleinsten Menge der Kugelgrade für das Überblasen aus Beispiel #4 in nur vier Durchgängen eine Überdeckung von 95% erreicht. Mit dem größten Prozentsatz der Kugelgrade für das Überblasen (Beispiel #2) wurde in vier Durchgängen eine visuelle Überdeckung von 100% erreicht, statt der sieben Arbeitsgänge, die sonst ohne das Überblasen notwendig gewesen wären.

Beispiele 5 und 6

In den Beispielen #5 und #6 wurde das gleiche Gemisch aus großen und mittleren Kugelgraden verwendet, wie in den vorausgegangenen Beispielen, sie wurden jedoch für das Überblasen mit noch kleineren Kugelgraden kombiniert. In beiden Versuchen wurde im wesentlichen eine Überdeckung von 100% in nur drei Durchgängen erreicht, statt der vier Arbeitsgänge, die notwendig waren, um eine Überdeckung von 95% mit den größeren Kugelgraden für das Überblasen zu erreichen, die in den Vergleichsbeispielen #3 und #4 verwendet worden sind.

Beispiele 7 und 7A

Die Beispiele #7 und #7A stellen ebenfalls eine Änderung gegenüber dem Stand der Technik dar. In diesen Beispielen wurde ein binäres Gemisch aus Kugelgraden für die Texturierung verwendet, das einen noch größeren Anteil aus großen und mittleren Kugelgraden enthielt, als die Beispiele #1 und #1A, gefolgt von dem gleichen getrennten zweiten Schritt des Überblasens. Vor dem Überblasen zeigte die Prägeplatte eine Überdeckungsrate von 90% nach fünf Durchgängen. Die im Vergleich zu Beispiel #1 niedrigere Rate der Überdeckung (fünf Arbeitsgänge gegenüber vier Durchgängen) liegt an der Anwesenheit von größeren Partikeln. Da die Blaseinrichtung eine vorbestimmte Menge von Kugeln mit einer konstanten Rate unabhängig von der Kugelgröße transportiert, erzeugen größere Kugelgrade weniger einzelne Partikel, die pro Zeiteinheit oder Durchgang auf die Prägeplatte geschleudert werden. Daraus ergibt sich eine geringere Überdeckungsrate. Die allgemeine Gleichung der Überdeckung zeigt, daß für das im Beispiel #7 verwendete Gemisch aus großen Kugelgraden sieben Arbeitsgänge erforderlich sind, um eine minimale akzeptable Überdeckung von 95% zu erreichen, und es wären insgesamt neun Arbeitsgänge erforderlich, um eine Saturierung oder eine Überdeckungsrate von 98% zu erreichen.

Beispiele 8 und 10

In den Beispielen #8 und #10 wurde das gleiche Gemisch aus großen und mittleren Keramikkugeln für das Texturieren verwendet, wie im Beispiel #7, dem zwei unterschiedliche Grade von kleineren Keramikkugeln für das Überblasen entsprechend der vorliegenden Erfindung beigegeben wurden. Mit den größeren Kugelgraden (B60) für das Überblasen wurde in vier Durchgängen eine visuelle Überdeckungsrate von 100% erreicht, während in nur drei Durchgängen eine Überdeckungsrate von 100% erreicht werden konnte, wenn die kleinere Kugelgröße (d. h. B125) verwendet wurde (wie dies auch der Fall im Beispiel #5 war).

Beispiel 9

Im Beispiel #9 wurde die größte Gesamtverteilung von Kugelgraden mit den Kugeln B60 für das gleichzeitige Überblasen verwendet. Wieder wurde in nur vier Durchgängen eine Überdeckung von 100% erreicht. Die leicht höhere Rauhigkeit und der geringere Glanz im Vergleich zu den Beispielen #8 und #10 entspricht der Verwendung eines Gemischs aus größeren Kugelgraden und dem Fehlen der Zwischengröße 830 für das Texturieren.
Das Überblasen, das entweder gleichzeitig oder getrennt durchgeführt wird, hat eine leicht glättende Wirkung auf die Textur der Prägeplatte, wobei die fast erfolgte Saturierung oder sättigende Überdeckung mit Hilfe der kleinen Kugeln in gewisser Weise die Kraterränder einebnen und glätten können, welche durch die großen Kugeln verursacht worden sind. Diese Wirkung zeigt sich in der mittleren Rauhigkeit (Ra) der Textur der Prägeplatte und der Stärke des Glanzes, wie sich dies zeigt, wenn die Prägeplatten aus den Beispielen #1 und #7 getrennt überblasen werden, bei denen die resultierenden Ra-Werte denjenigen sehr ähnlich sind, die bei allen anderen gleichzeitig mit Keramikkugeln überblasenen Prägeplatten erreicht werden, mit Ausnahme des Beispiels #4, in dem die geringste Menge von Kugeln für das Überblasen verwendet wurde, und des Beispiels #9, in dem die größte Verteilung von Kugelgraden für das Texturieren verwendet wurde.
Sämtliche Glanzwerte waren nach dem Überblasen ziemlich ähnlich, mit Ausnahme des Beispiels #3, welches eine anomale Ablesung darzustellen scheint.

Beispiele 11-16

Es wurden ebenfalls Versuche mit Kugeln aus Stahlguß mit Graden durchgeführt, welche mit den Keramikkugeln vergleichbar sind, die in den vorigen Beispielen verwendet worden sind. Unter Verwendung der gleichen Bedingungen der Blasmaschine, wie bei den mit den Keramikkugeln durchgeführten Versuchen, zeigt das Beispiel #11 gegenüber dem Beispiel # 12 und das Beispiel # 13 gegenüber dem Beispiel #14 den relativen Nutzen des gleichzeitigen Überblasens im Vergleich zum Stand der Technik, wobei der einzige Unterschied darin liegt, daß ein binäres Gemisch aus Kugelgraden statt eines einzigen Kugelgrades für das Texturieren eingesetzt wird. Es ist jedoch klar, daß mit Stahlkugeln im Vergleich zu einem vergleichbaren Gemisch aus Keramikkugeln eine geringere Überdeckung erreicht wird (d. h. eine Überdeckung von 95% wird im Beispiel #3 in vier Durchgängen erreicht, während nach elf Durchgängen im Beispiel # 12 nur eine Überdeckung von 85% erreicht wird). In der gleichen Weise wird im Beispiel #8 nach vier Durchgängen eine Überdeckung von 95% erreicht, während im Beispiel #14 nach elf Durchgängen nur eine Überdeckung von 85% erreicht wird. Wenn das Gemisch aus Stahlkugeln aus den Beispielen #12 und #14 unter diesen Einsatzbedingungen verwendet wird, so sagt die allgemeine Gleichung der Überdeckung aus, daß achtzehn Arbeitsgänge notwendig wären, um die minimal akzeptable Überdeckungsrate von 95% zu erreichen, und daß dreiundzwanzig Arbeitsgänge notwendig wären, um eine volle Überdeckung oder Saturierung von 98% zu erreichen.
Der Grund für die geringere Wirksamkeit der Überdeckung hängt im wesentlichen mit dem Massentransport zusammen. Während Keramikkugeln eine Dichte von etwa 7,70-7,80 gms/ cm³ haben, haben Kugeln aus Stahlguß typischerweise eine Dichte von etwa 7,70-7,80 gms/cm³. Da Stahlkugeln etwa die doppelte Dichte haben, wie Keramikkugeln, wird theoretisch weniger als die Hälfte der Anzahl der einzelnen Pellets pro Zeiteinheit geschleudert und trägt daher zu einer geringeren Rate der Überdeckung bei. Die mit den Stahlkugeln zusammenhängende Rate der Überdeckung wird nach durch ihre schlechteren "fluiden" Fließeigenschaften verstärkt, da sie schwerer sind und daher ihre sphärische Gestalt weniger perfekt ist, und sie eine rauhere Oberflächentextur haben, als Keramikkugeln. Während die geringere Dichte von Keramikkugeln die Intensität des Kugelstrahlens bei einer vorgegebenen Aufprallgeschwindigkeit gegenüber Stahlkugeln verringert, können Luftstrahlmaschinen Keramikkugeln leichter auf sehr viel höhere Geschwindigkeiten beschleunigen, wodurch viele, wenn nicht sogar alle Nachteile der Auswirkung der Dichte ausgeschaltet werden. Die geringfügig niedrigeren Werte der Rauhigkeit, die in den Beispielen #12 und #14 mit Stahlkugeln für das Texturieren bei gleichzeitigem Einsatz von Stahlkugeln für das Überblasen im Vergleich zu den Keramikkugeln (Beispiele #3 und #5) erreicht wurden, deuten darauf hin, daß mit den Stahlkugeln eine etwas geringere Aufprallkraft oder Intensität des Kugelstrahlens erreicht worden ist. Außerdem deutet die Anzahl der Spitzen, die geringer ist, als in den Beispielen #1 und #7 auf eine unvollständige Überdeckung hin.
In den Beispielen #25 und #16 wurde das gleiche Gemisch von Kugelgraden, wie in den Beispielen #12 und #14 mit einem höheren Luftdruck eingesetzt, um die Fließrate der Kugeln, die Überdeckung und die Aufprallgeschwindigkeit zu erhöhen. Die erhöhte Intensität des Kugelstrahlens und die gesteigerte Überdeckungsrate, die in den Beispielen #15 und #16 erreicht wird, wird durch die deutlich höhere Rauhigkeit der Textur und die Anzahl der Spitzen im Vergleich zu den Beispielen #12 und #14 verdeutlicht. Der Luftdruck von 4,0 kg/ cm² (57 psig), der in den beiden letzten Beispielen eingesetzt wurde, erreicht jedoch fast oder befindet sich nahe an den Betriebsgrenzen der eingesetzten Blaseinrichtung. Noch höhere Intensitäten des Kugelstrahlens, oder die Verwendung von noch größeren Kugelgraden, als in den Beispielen #15 und #16, wodurch eine noch größere Rauhigkeit erreicht werden könnte, würde eine stärkere Blaseinrichtung vom Typ einer Zentrifugenradmaschine erfordern. Vakuummaschinen des Typs, welche für das Texturieren von großen produktionsfähigen Prägeplatten nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt und hier im Einzelnen beschrieben werden, sind weniger wirksam für die Erhöhung der Fließrate der Kugeln und der Überdeckungsrate bei hohen Betriebsdrücken, als die direkt mit Druck versorgten Luftblasmaschinen des Typs, welcher für diesen Versuch verwendet wurde, da mit diesem die Zufuhrrate der Kugeln durch Ansaugung geregelt wird, welche durch den Venturi-Effekt der Luftstrahldüse der Pistole erzeugt wird, der nicht in gleicher Weise linear ist, wie die direkte Regulierung des Druckes. Wenn jedoch die leichteren Keramikkugeln mit den Graden verwendet werden, wie sie in den Beispielen #2 bis #6 eingesetzt wurden, sind selbst die schwächsten Vakuummaschinen für die Texturierung von Prägeplatten aus rostfreiem Stahl immer noch gut geeignet.
Die vorstehende Beschreibung sollte nicht so interpretiert werden, daß sie andere Anordnungen ausschließt, in denen die erfindungsgemäße Methode in vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann. Es können verschiedene Gemische aus unterschiedlichen Kugelgraden eingesetzt werden, wobei das Prinzip der vorliegenden Erfindung verwirklicht wird. Es ist zu beachten, daß die vorstehend beschriebene Methode nur eine illustrative Ausführungsart der Prinzipien der Erfindung darstellen soll und daß der Fachmann auch zahlreiche andere Anordnungen vorsehen und Vorteile realisieren kann, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist.

Claims

1. Verfahren für die Herstellung von gemusterten Laminaten mit einer texturierten Oberfläche, das folgende Schritte umfaßt:

- mindestens einmaliges Kugelstrahlen der Oberfläche einer Prägeplatte mit einem Gemisch aus Kugelpartikeln, das eine erste Menge von Kugeln mit Kugelgraden enthält, um eine Texturierung auf die Oberfläche der Prägeplatte aufzubringen, sowie eine zweite Menge von Kugelgraden, die Kugelgrade für die Regulierung des Glanzgrades der Oberfläche der Prägeplatte enthält, und

- Einsatz der Prägeplatte für die wiederholte Aufbringung dieser texturierten Oberfläche auf geprägte Laminate.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Menge der Kugeln mindestens 60 Prozent der gesamten Kugelmasse beträgt, wobei die Durchmesser der Partikel der Kugeln im wesentlichen 250 um oder größer sind, und die zweite Menge der Kugeln bis zu 40% der Gesamtmenge der Kugeln beträgt, und der Durchmesser ihrer Partikel im wesentlichen zwischen 5 und 250 um liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Menge der Kugeln ein Gemisch aus Kugeln aufweist, die große Partikel mit einem Durchmesser von 600 bis 850 um haben, und daß der mittlere Grad der Kugelpartikel im wesentlichen einen Durchmesser zwischen 425 und 600 um hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Menge der Kugeln ein Gemisch aus Kugeln aufweist, die einen großen Grad der Kugelpartikel haben, die im wesentlichen einen Durchmesser von 850 um oder mehr haben, und daß der mittlere Grad der Kugelpartikel einen Durchmesser hat, der im wesentlichen zwischen 600 und 850 um liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Menge der Kugeln ein Gemisch aus Kugeln aufweist, das einen hohen Grad von Kugelpartikeln enthält, die im wesentlichen einen Durchmesser von 850 um oder mehr haben, und daß der durchschnittliche Grad der Kugelpartikel einen Durchmesser von 425 bis 600 um hat.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung von gemusterten Laminaten mit einer texturierten Oberfläche, die mindestens zu 95% kugelgestrahlt ist, durch den gleichzeitigen Aufprall eines Gemisches aus Kugelpartikeln in höchstens acht Durchgängen der Kugelstrahlung erreicht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die texturierte Oberfläche durch gleichzeitiges Kugelstrahlen mit einem Gemisch aus keramischen Kugelpartikeln hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die texturierte Oberfläche der Prägeplatte mit einer Überdeckung durch das Kugelstrahlen von mindestens 95% durch den Aufprall eines Gemisches aus keramischen Kugelpartikeln in höchstens vier Durchgängen des Kugelstrahlens erreicht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die abschließende Bearbeitung der Oberfläche einer Prägeplatte, welche für die Herstellung von gemusterten Laminaten mit mindestens einer Überdeckung von 95% durch Kugelstrahlen mit Keramikkugeln eingesetzt wird, ein Gemisch aus Keramikkugeln, deren Partikel einen Durchmesser zwischen 5 und 250 um haben, auf diese Oberfläche geschleudert wird, um den Glanz der Prägeplatte zu regulieren.

TABELLE I

VERSUCHE FÜR DAS GLEICHZEITIGE GEMISCHTE KUGELSTRAHLEN UND ÜBERBLASEN VON TEXTURIERTEN PRÄGEPLATTEN (1)

(1)Matrasur PHF03 druckbetriebene Blasmaschine: 10 · 10 cm Proben AISI 410 S.S. geschwabbelt auf Spiegelglanz #8.

(4)Zirblast®-Grade werden von der Societe Europeenne des Produits Refractaires (SEPR) Frankreich, hergestellt.

(2)Alle anderen Maschinenbedingungen sind konstant: Pistolenabstand 35 cm, Durchlaufgeschwindigkeit 20 cm/min. 2,8 sec/Hub, Hublänge 60 cm.

(3)Messungen durchgeführt mit Perthometer® Model H4P Profilometer mit einer Meßlänge von 12,5 mm und einer Schnittstelle von 0,5 um.