EP2539491B1

EP2539491B1 - Verfahren zur herstellung eines verbundkörpers mit einer freitragenden fläche

Info

Publication number: EP2539491B1
Application number: EP09802115.7A
Authority: EP
Inventors: Werner Suedes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: US8741163B2; DE112009005487A5; EP2539491A1; WO2011079850A1; US20120255931A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers mit einer freitragenden Fläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, freitragende Flächen mittels Beschichtungsverfahren herzustellen. So ist aus der DE 33 15 407 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem z.B. für Wärmetauscher Hohlräume oder geschlossene Kanäle mit galvanoplastisch hergestellten Deckschichten nach außen verschlossen werden. In die zu beschichtenden Hohlräume oder Kanäle werden längliche Füllkörper gelegt, die später entfernt werden, die an einem Ende aus dem Hohlraum oder dem Kanal herausstehen, wobei der verbleibende Freiraum im Hohlraum oder Kanal um jeden Füllkörper mit Wachs gefüllt wird. Nach Entfernen des Follkörpers wird die durch das Entfernen entstandene Öffnung im Wachs mit einem Wachspropfen verschlossen und die Abdeckschicht aufgalvanisiert.
Die US 3 364 548 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mittels Galvanoformung. Es wird eine Negativform durch Aufeinanderstapeln von dünnen Kupferblechen und dicken Aluminiumblechen bereitgestellt. Der Stapel weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Oberseite und die Unterseite des Stapels bestehen aus Kupferblech. Die Kupferbleche stehen über die Aluminiumbleche über, wobei die Dicke der Aluminiumbleche den später gewünschten Kanalquerschnitten entspricht. Die Unebenheiten des Seitenwände des Stapels werden beseitigt, indem eine dicke Schicht aus einer weichen Aluminiumlegierung auf die Seitenwände des Stapels aufgespritzt wird. Die aufgesprühte Aluminiumschicht füllt nicht nur die Unebenheiten an der Seitenwände aus, sondern hält den Stapel axial zusammen.
Die beschichteten Seitenwände werden derart geglättet, dass die Kanten der Kupferbleche an der Oberfläche der Seitenwände zum Vorschein kommen. Anschließend erfolgt ein selektives Beizen der aufgesprühten Aluminiumschicht um etwa 250 µm bis etwa 750 µm. Auf die Seitenwände wird dann eine Kupferschicht von etwa 750 µm bis 1000 µm Dicke aufgetragen, wobei die vorher freigelegten Kanten des Kupferblechs in der Kupferschicht eingegraben werden. Die Dicke der Kupferschicht wird entsprechend der erforderlichen Robustheit und Druckfestigkeit des Wärmetauschers gewählt.
Der Stapel wird an seinen Schmalseiten abgeschrägt, so dass die Aluminiumbleche im Innern des Stapels ebenfalls abgeschrägt werden und deren abgeschrägte Kanten freiliegen, wobei ein Kupfer-Steg in der Mitte der Schmalseite stehenbleibt. Die abgeschrägten Flächen werden maskiert, so dass maskierte Flächen und freiliegenden Aluminiumflächen entstehen. Dabei werden die nebeneinander liegenden abgeschrägten Schmalseiten höhenversetzt maskiert, so dass die freiliegenden Kanten Aluminiumbleche höhenversetzte Kanäle des Wärmetauschers vorgeben. Der Stapel wird wiederum mit Kupfer beschichtet und die freiliegenden Aluminiumbleche herausgelöst, so dass ein Kupfergerüst in einer Kupferhülle übrigbleibt, das den Wärmetauscher bildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers aus wenigstens einer freitragenden Fläche und wenigstens einem mit der Fläche in einem Beschichtungsprozess verbundenen Element anzugeben, wobei eine stabile Verbindung zwischen der freitragenden Fläche und dem Element geschaffen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers vorgeschlagen, der aus wenigstens einer freitragenden Fläche und wenigstens einem mit der Fläche in einem Beschichtungsprozess verbundenen Element besteht, wobei eine Negativform bereitgestellt wird, welche das wenigstens eine Element des Verbundkörpers aufweist und folgende Schritte ausgeführt werden:

(a) Glätten der Negativform (10) auf einer zu beschichtenden Oberfläche (18) als Ganzes vor einem selektiven Abtragen, um das wenigstens eine Element in der Negativform (10) auf ein gewünschtes Maß einzustellen;
(b) selektives Abtragen der mit der wenigstens einen freitragenden Fläche zu beschichtenden Oberfläche der Negativform um eine definierte erste Dicke so, dass das wenigstens eine Element wenigstens bereichsweise mit einem Überstand aus der Oberfläche heraussteht, wobei die erste Dicke (d14) zwischen 5 µm und 25 µm beträgt;
(c) Abscheidung einer oder mehrerer Schichten zur Bildung der wenigstens einen freitragenden Fläche mit einer definierten zweiten Dicke, wobei sich eine Überhöhung im Bereich des Überstands des wenigstens einen Elements ausbildet und der Überstand (22) des wenigstens einen Elements (20, 20a, 20b, 20c) in der Fläche (30) eingebettet wird, wobei die Fläche (30) eine Dicke von wenigen zehn µm aufweist;
(d) Einebnen der beschichteten Oberfläche, wobei die Überhöhung entfernt und eine homogen aussehende Oberfläche (40) gebildet wird; und (e) selektives Entfernen wenigstens von Teilen der Negativform.

Vorteilhaft kann eine feste Verbindung des wenigstens einen Elements mit der Fläche hergestellt werden. Die Fläche kann eine Dicke von nur wenigen zehn Mikrometern aufweisen. Durch Vorgabe eines entsprechenden Übermaßes kann eine hohe Maßgenauigkeit der Negativform und der Fläche erreicht werden. Die Oberfläche der Fläche kann ohne Beeinflussung der Haftung zwischen dem wenigstens einen Element und der Fläche bearbeitet werden. Insbesondere ist ein Überdrehen der Negativform als Ganzes möglich, so dass das wenigstens eine Element in der Negativform auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden kann. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren, um ein oder mehrere dünnwandige Elemente mit einer Folie mit vergleichbarer Wandstärke zu verbinden, z.B. zur Verbindung von einem oder mehreren Elementen mit jeweils einer Dicke von wenigen 10 µm mit einer Folie von vergleichbarer Dicke.
Ein selektiver Abtrag vor der Beschichtung kann vorteilhaft auf naßchemischem Weg erfolgen, etwa durch chemisches Beizen, durch elektrolytisches Beizen, durch ein elektrolytisches Glanzbad und dergleichen, jedoch sind auch andere Methoden denkbar, etwa mit Vakuummethoden, insbesondere wenn nur geringe Dicken abgetragen werden sollen, wie etwa mittels Kathodenzerstäubung oder plasmaunterstütztem Ätzen, oder bei größeren Dicken etwa mit Sandstrahlen, Glasstrahlen und dergleichen. Günstig ist ein Abtrag von 5-25 µm, vorzugsweise zwischen etwa 10 und 20 µm.
Die Abscheidung der wenigstens einen Schicht kann mit unterschiedlichen Methoden erfolgen. So kann die Beschichtung mit PVD-Methoden wie z.B. Kathodenzerstäuben, Aufdampfen, und/oder CVD-Methoden, wie etwa reaktive plasmagestützte Vakuumbeschichtungsverfahren erfolgen, oder auch mit stromlosen oder elektrochemischen galvanischen Verfahren. Eine oder mehrere Schichten betten das wenigstens eine Element an seinem überstehenden Ende in die abgeschiedenen Schichten ein. Es wird eine stabile Verbindung zwischen dem wenigstens einen Element und der Fläche hergestellt. Die eine oder mehrere Schichten können isolierend, halbleitend und/oder metallisch sein. Der Fachmann wird eine geeignete Methode oder eine geeignete Kombination verschiedener Methoden für die jeweilige gewünschte Ausgestaltung des Verbundkörpers hinsichtlich Schichtdicke und Material auswählen.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Abscheidung der einen oder mehreren Schichten auf der Negativform mittels Galvanoformung erfolgen. Galvanoformung ermöglicht die gut steuerbare und reproduzierbare Abscheidung von Schichten mit Dicken im Bereich von mehreren zehn Mikrometern.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Negativform vor dem selektiven Abtragen auf der zu beschichtenden Oberfläche als Ganzes geglättet, z.B. überdreht und/oder geschliffen werden. Eine einfache Handhabung der aus mehreren Teilen zusammengefügten Negativform wird ermöglicht. Insbesondere können die Elemente beim Zusammenbau mit den Teilen der Negativform einen größeren Durchmesser aufweisen und brauchen nicht von vornherein auf das Maß der Negativform angepasst zu sein. Die Teile können erheblich dicker sein als das oder die Elemente und so eine Stabilität der Negativform sicherstellen, welche sich daher gut auch mechanisch bearbeiten lässt. Die Anpassung auf ein gemeinsames Maß von Element(en) und Teilen erfolgt beim Glätten der Oberfläche, wobei überstehende Bereiche abgetragen werden. Dadurch ist eine hohe Maßhaltigkeit der Negativform möglich. Denkbar ist jedoch auch alternativ oder zusätzlich nach dem Überdrehen der Negativform die Oberfläche aufzurauen, je nach gewünschter innerer Oberfläche der später freitragenden Fläche.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann das selektive Abtragen der Negativform durch eine naßchemische Behandlung erfolgen, etwa mit einer alkalischen Beize. So kann unter definierten Bedingungen ein definierter chemischer Abtrag der abtragbaren Bereiche der Negativform erfolgen, wobei das wenigstens eine Element unberührt bleibt oder zumindest nur eine erheblich geringere Ätzrate aufweist als die abtragbaren Bereiche der Negativform.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Negativform mit einem Übermaß bezogen auf ein Endmaß der Negativform hergestellt werden. So kann die Oberfläche durch das selektive Abtragen auf das gewünschte Endmaß der Negativform abgetragen werden. Das Übermaß kann passend zu einer Abtragsrate beim selektiven Abtragen eingestellt werden, so dass das Verfahren für unterschiedliche Materialien und Beizen auf einfache Weise angepasst werden kann.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Fläche eine größere Dicke aufweisen als der Überstand des wenigstens einen Elements. In diesem Fall kann der Überstand des wenigstens einen Elements beseitigt werden.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Dicke der Fläche mindestens fünfmal größer sein als der Überstand des wenigstens einen Elements. Es zeigt sich, dass der Überstand bereits durch die größere Schichtdicke weniger ausgeprägt und etwas eingeebnet wird.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Fläche aus einer ersten und einer zweiten Schicht gebildet werden, wobei die erste Schicht eine geringere Dicke aufweist als die zweite Schicht. Vorteilhaft kann die erste Schicht höchstens halb so dick sein wie die zweite Schicht. Die erste Schicht kann eine vorteilhafte Haftung mit dem wenigstens einen Element herstellen. So kann die erste Schicht aus demselben Material gebildet sein wie das wenigstens eine Element. Die zweite Schicht kann daraufhin ausgewählt sein, besonders günstige Eigenschaften für die Oberflächenbehandlung der später freitragenden Fläche aufzuweisen, etwa als Funktionsschicht zu dienen oder dergleichen.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Überhöhung abgetragen werden, indem die beschichtete Negativform insgesamt überdreht und/oder geschliffen wird. Dadurch, dass die auf der Negativform abgeschiedene Schichtfolge dicker ist als der Überstand, kann die Überhöhung entfernt werden, ohne dass die Einbettung des wenigstens einen Elements in die Beschichtung leidet. Es kann sogar eine spiegelnde Oberfläche erreicht werden. Die Bearbeitung der Oberfläche wird vorteilhaft erleichtert, da die Beschichtung mit dem bereichsweise eingebetteten Element mit der Negativform fest verbunden ist.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann vor der galvanischen Abscheidung eine Oberflächenbehandlung zur Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen dem wenigstens einen Element und der Fläche erfolgen. So kann beispielsweise ein Anrauen erfolgen oder eine Haftvermittlerschicht aufgetragen werden.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Fläche vor dem Entfernen der Negativform poliert werden. Die Fläche wird von der Negativform stabilisiert, da sie fest mit der Negativform verbunden ist.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann das Entfernen der Negativform durch selektives chemisches Ätzen erfolgen. Die Negativform kann somit auch durch komplexe Strukturen des wenigstens einen Elements hindurch entfernt werden, die einer mechanischen Bearbeitung nicht zugänglich sind. Die Negativform kann entfernt werden, ohne dass das wenigstens eine Element entfernt wird. Optional kann sich ein Färbeschritt anschließen, bei dem das wenigstens eine Element eingefärbt wird, z.B. um eine erhöhte Absorption aufzuweisen oder einen gewünschten Farbeindruck zu erzielen.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Fläche aus einer Schicht aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Komponente und einer darauf abgeschiedenen Schicht aus Nickel oder einer nickelhaltigen Komponente hergestellt werden. Nickel weist als vorteilhafte Eigenschaft auf, bei größerer Schichtdicke Unebenheiten einzuebnen und eine glänzende Oberfläche zu bilden. Günstigerweise kann das wenigstens eine Element aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Komponente hergestellt werden. Kupfer ist z.B. relativ preiswert, weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und lässt sich leicht bearbeiten, z.B. einfärben, um optische Effekte hervorzurufen, wie etwa eine erhöhte Absorption, ein Farbeindruck und dergleichen.
Günstigerweise kann die Negativform wenigstens bereichsweise aus Aluminium hergestellt werden. So kann die Negativform hergestellt werden, indem abwechselnd ein Aluminiumteil und ein mit der freitragenden Fläche zu verbindendes Element in einer Stapelrichtung zu einem Stapel aneinandergefügt werden und der Stapel in Stapelrichtung unter Druckspannung gesetzt wird. Der Stapel bildet eine stabile und gut handhabbare mehrteilige Negativform, die sich ausgezeichnet bearbeiten lässt.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung zur Herstellung eines Verbundkörpers aus wenigstens einer freitragenden Fläche und wenigstens einem mit der Fläche in einem Beschichtungsprozess verbundenen Element verwendet werden, der durch die folgenden Schritte hergestellt ist:

(a) Bereitstellen einer Negativform, welche das wenigsten eine Element des Verbundkörpers aufweist,
(b) selektives Abtragen einer mit der wenigstens einen freitragenden Fläche zu beschichtenden Oberfläche der Negativform um eine definierte erste Dicke so, dass das wenigstens eine Element wenigstens bereichsweise mit einem Überstand aus der Oberfläche heraussteht,
(c) Abscheidung einer oder mehrerer Schichten zur Bildung der wenigstens einen freitragenden Fläche mit einer definierten zweiten Dicke, wobei sich eine Überhöhung im Bereich des Überstands des wenigstens einen Elements ausbildet,
(d) Einebnen der beschichteten Oberfläche, wobei die Überhöhung entfernt wird, selektives Entfernen wenigstens von Teilen der Negativform.

Vorteilhaft können Verbundkörper für verschiedenste Einsatzzwecke bereitgestellt werden, etwa für optische Komponenten, für dekorative Anwendungen und dergleichen.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt in schematischer Darstellung:

Fig. 1: eine beispielhafte Ausgestaltung einer Rohform einer Negativform mit überstehenden Elementen, die mit einer freitragenden Fläche verbunden werden sollen;
Fig. 2: die Negativform aus Fig. 1 mit angedeutetem Übermaß und Endmaß;
Fig. 3: die Negativform aus Fig. 2 mit abgetragener Oberfläche vor der Beschichtung;
Fig. 4: die Negativform aus Fig. 3 beschichtet mit einer ersten Schicht;
Fig. 5: die Negativform aus Fig. 4 beschichtet mit einer zweiten Schicht;
Fig. 6: die Negativform aus Fig. 5 mit eingeebneter Oberfläche der Beschichtung; und
Fig. 7: eine freitragende Fläche, bei der die Negativform selektiv entfernt wurde.

Gleiche oder gleichwirkende Elemente werden in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers aus wenigstens einer freitragenden Fläche und wenigstens einem mit der Fläche in einem Beschichtungsprozess verbundenen Element, wobei nacheinander verschiedene Verfahrensschritte ausgeführt werden. Zunächst erfolgt ein Bereitstellen einer Negativform, welche das wenigstens eine Element des Verbundkörpers aufweist. Es erfolgt ein selektives Abtragen einer mit der wenigstens einen freitragenden Fläche zu beschichtenden Oberfläche der Negativform um eine definierte erste Dicke so, dass das wenigstens eine Element wenigstens bereichsweise mit einem Überstand aus der Oberfläche heraussteht. Anschließend erfolgt eine Abscheidung einer oder mehrerer metallischer Schichten zur Bildung der wenigstens einen freitragenden Fläche mit einer definierten zweiten Dicke, wobei sich eine Überhöhung im Bereich des Überstands des wenigstens einen Elements ausbildet. Sodann erfolgt ein Einebnen der beschichteten Oberfläche, wobei die Überhöhung entfernt wird. Zuletzt erfolgt ein selektives Entfernen der Negativform.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung einer Rohform einer Negativform 10 mit mehreren in der Negativform 10 angeordneten Elementen 20a, 20b, 20c, die insgesamt mit 20 bezeichnet werden. Die Negativform 10 ist im Folgenden als Zylinder gezeigt. Die Negativform 10 kann jedoch z.B. auch als Kegel mit oder als Halbkugel oder Kugel ausgebildet sein.
Die Elemente 20 sind beispielhaft als Ringe ausgebildet, die zwischen Teilen 10a, 10b, 10c, 10d der beispielhaft zylindrisch ausgebildeten Negativform 10 angeordnet sind und die mit ihrem Außenumfang mit dem Außenumfang der Negativform 10 fluchten. Die Elemente 20 können selbstverständlich je nach Einsatzzweck auch anders ausgebildet sein, z.B. als Netz oder nur als einzelne Abschnitte statt als geschlossene Ringe. Die Ringe weisen z.B. eine Dicke zwischen 20 und 90 µm auf, insbesondere zwischen etwa 40 bis 80 µm, z.B. um etwa 50 µm.
Die Teile 10a, 10b, 10c, 10d der Negativform 10 können als Ringe oder Scheiben aus Aluminium hergestellt sein, zwischen die die Elemente 20a, 20b, 20c abwechselnd eingefügt sind, um einen Stapel S in einer Stapelrichtung L zu bilden. Die Teile 10a, 10b, 10c, 10d können deutlich dicker sein als die Elemente 20a, 20b, 20c, 20d, etwa zehnmal dicker, z.B. einige Millimeter dick sein. Die Teile 10a, 10b, 10c, 10d weisen z.B. einen Durchmesser d12 auf.
Die Elemente 20a, 20b, 20c können aus einem anderen Material wie die Teile 10a, 10b, 10c, 10d z.B. aus Kupfer bestehen. Indem der Stapel S in Stapelrichtung L unter Druckspannung gesetzt wird, z.B. verschraubt wird, erhält man eine kompakte Negativform 10, die gut bearbeitet werden kann. Die Elemente 20a, 20b, 20c können im Einbauzustand im Durchmesser über die Teile 10a, 10b, 10c, 10d überstehen und werden erst im nächsten Schritt mit diesen zusammen auf einen gemeinsamen gewünschten Durchmesser d10 überdreht, wie in Fig. 2 zu sehen ist.
Auf die Negativform 10 wird letztendlich eine Fläche 30 (Fig. 4 - Fig. 7) abgeschieden, die durch den Beschichtungsprozess mit den Elementen 20a, 20b, 20c verbunden wird und die nach Entfernen der Teile 10a, 10b, 10c, 10d der Negativform 10 freitragend ist. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die freitragende Fläche 30 z.B. eine geschlossene Hülse.
Ausgehend von der Negativform 10 in Fig. 1 wird in einem ersten Verfahrensschritt gemäß Fig. 2 zur maßhaltigen Herstellung der freitragenden Fläche 30 (Fig. 4 - Fig. 7) die Negativform 10 und als Ganzes auf einen Durchmesser d16 überdreht und/oder geschliffen. Da die Negativform 10 durch Druckspannung zusammengepresst wird, kann die Oberflächenbearbeitung am ganzen Formkörper der Negativform 10 mit den üblichen geringen Fertigungstoleranzen erfolgen, obwohl die Negativform 10 aus verschiedenen Einzelteilen, Teile 10a, 10b, 10c, 10d und Elemente 20a, 20b, 20c, zusammengesetzt ist. Die Einzelteile (Teile 10a, 10b, 10c, 10d und Elemente 20a, 20b, 20c) können dadurch alle gleichzeitig auf dasselbe Maß gebracht werden. Obwohl die Elemente 20a, 20b, 20c sehr viel dünner sind als die Teile 10a, 10b, 10c, 10d, können diese problemlos bearbeitet werden. Der Durchmesser d16 weist ein Übermaß zu dem Durchmesser d 10 auf, der im nächsten Verfahrensschritt in Fig. 3 erzeugt wird.
Fig. 3 zeigt das Ergebnis des weiteren Verfahrensschritts, bei dem ein selektiver Abtrag um eine Dicke d14 einer zu beschichtenden Oberfläche 18 erfolgt. Die Negativform 10 aus Fig. 2 ist mit abgetragener Oberfläche 18 vor der Beschichtung dargestellt und weist nunmehr den Durchmesser d10 auf. Der Durchmesser d10 der Negativform 10 entspricht dem Innendurchmesser der freitragenden Fläche 30 (Fig. 4-7).
Die Oberflächenschicht der Dicke d14 der mit der später freitragenden Fläche 30 zu beschichtenden Oberfläche 18 der Negativform 10 kann selektiv abgetragen werden, etwa durch eine Beize. Dabei werden die Einzelteile 10a, 10b, 10c, 10d der Negativform selektiv an ihrem Außenumfang abgetragen, während die beispielsweise als Ringe ausgebildeten Elemente 20a, 20b, 20c nicht abgetragen werden und mit einem Überstand 22 aus der Oberfläche 18 herausstehen. Im Falle von Aluminium-Teilen 10a, 10b, 10c, 10d kann der selektive Abtrag mit Natronlauge erfolgen.
Die Dicke d14 des Abtrags der Oberfläche 18 kann beispielsweise im Bereich von 10-20 µm liegen. Vorteilhaft kann die Dicke d14 z.B. an einen Durchmesser der einzelnen Elemente 20a, 20b, 20c angepasst werden.
Nach dem Abtragen der Dicke d14 hat die Negativform 10 im Bereich der Teile 10a, 10b, 10c, und 10d den gewünschten Außendurchmesser d10, der schließlich den Innendurchmesser der Fläche 30 (Fig. 4 - Fig. 7) bestimmt, während die Elemente 20a, 20b, 20c mit einem definierten Überstand 22 überstehen. Der Durchmesser der Elemente 20a, 20b, 20c wurde durch die Oberflächenbehandlung, z.B. Überdrehen, der Negativform 10 im vorausgegangenen Verfahrensschritt definiert. Der Überstand 22 ist dazu vorgesehen, in die noch zu bildende Fläche 30 (Fig. 4 - Fig. 7) eingebettet zu werden und die Elemente 20a, 20b, 20c stabil darin zu verankern.
Einen ersten Beschichtungsschritt zeigt Fig. 4 an einem Detail der Negativform 10, wobei die Negativform 10 aus Fig. 1 mit einer ersten Schicht 32 der Dicke d32 beschichtet ist. Die erste Schicht 32 kann z.B. aus Kupfer bestehen, die sich besonders gut mit Elementen 20 (im gezeigten Ausschnitt durch Element 20a dargestellt) aus Kupfer verbindet. Bei der Abscheidung auf die zu beschichtende Oberfläche 18 legt sich die Schicht 32 auch über den Überstand 22 und bildet eine Überhöhung 34. Optional kann vor der Schicht 32 eine dünne, z.B. 2-3 µm dicke Haftvermittlerschicht, z.B. Zink aus einer Zinkat-Beize, aufgetragen werden.
Die Abscheidung der Schicht 32 auf die zu beschichtende Oberfläche 18 kann vorteilhaft mittels galvanischer Abscheidung erfolgen. Die unbeschichtete Negativform 10 wird dabei in einen Elektrolyten getaucht und als Kathode geschaltet. Zwischen die Kathode und eine Anode, z.B. aus Kupfer, wird ein elektrisches Potential gelegt. Nach dem optionalen Auftrag eines Haftvermittlers wird beispielsweise ein Teil der Schicht 32 mit einer hohen Stromdichte und der Rest der Schicht mit einer geringeren Stromdichte abgeschieden. Dabei kann der Elektrolyt wechseln. Im Fall von Kupfer als Schicht 32 hat sich als vorteilhaft erwiesen, 1/3 der Kupferschicht aus einem cyanidischen Elektrolyten bei z.B. etwa 1 A/dm² und 1-3 V abzuscheiden. Die weiteren 2/3 der Kupferschicht können wegen der besseren Streuung aus einem sauren Elektrolyten bei 0,5 /dm² bei etwa 1 V abgeschieden werden. Als Gegenelektrode wird Elektrolytkupfer eingesetzt. Die Negativform 10 kann vorteilhaft über ein Gewinde kontaktiert werden.
Wie in Fig. 5 wiedergegeben ist, wird in einem zweiten Beschichtungsschritt eine zweite Schicht 36 mit der Dicke d36 auf der ersten Schicht 32 abgeschieden.
Die Abscheidung der galvanischen Schicht 36 auf die zu beschichtende Oberfläche 18 kann vorteilhaft ebenso mittels galvanischer Abscheidung erfolgen. Die mit der ersten Schicht 32 beschichtete Negativform 10 wird in einen Elektrolyten getaucht und als Kathode geschaltet. Zwischen die Kathode und eine Anode, z.B. aus Nickel, wird ein elektrisches Potential gelegt. Als Elektrolyt kann z.B. ein Sulfamat-Nickel-Bad eingesetzt werden mit z.B. 0,5 A/dm² bei etwa 1 V Spannung bei leicht erhöhter Temperatur, z.B. um 50°C. Für die Gegenelektrode hat sich Schwefel-depolarisiertes Nickel als günstig erwiesen. Die Negativform 10 kann vorteilhaft über ein Gewinde kontaktiert werden.
Dabei bildet sich ebenso im Bereich des Überstands 22 und der ersten Überhöhung 34 eine Überhöhung 38 aus. Die zweite Schicht 36 kann vorteilhaft z.B. aus Nickel bestehen. Der Überstand 22 der Elemente 20 (im gezeigten Ausschnitt durch 20a dargestellt) ist jetzt tief in die beiden Schichten 32, 36 eingebettet. Die beiden Schichten 32, 36 ergeben eine Gesamtschichtdicke d30v.
Eine günstige Schichtdicke d32 der ersten Schicht 32 liegt etwa zwischen 5 und 15 µm, vorzugsweise zwischen 8 und 12 µm. Eine günstige Dicke d36 der zweiten Schicht 36 liegt etwa zwischen 30 und 50 µm, vorzugsweise zwischen 35 und 45 µm, bei einer axialen Dicke der Elemente 20 (im gezeigten Ausschnitt durch 20a dargestellt) zwischen z.B. 40 und 80 µm, vorzugsweise zwischen 50 und 70 µm.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, erfährt die Negativform 10 in einem weiteren Verfahrensschritt eine Oberflächenbehandlung, bei der die Überhöhung 38 abgetragen wird, und die Negativform 10, z.B. überdreht und/oder poliert wird, worauf die Dicke d30 erreicht wird. Die Überhöhung 38 kann praktisch vollständig entfernt werden, so dass z.B. eine zumindest dem bloßen Auge spiegelnd erscheinende Oberfläche 40 erreicht werden kann, auch im Bereich der Elemente 20 (im gezeigten Ausschnitt durch 20a dargestellt).
Je nach Bedarf können statt den zwei Schichten 32, 36 auch eine oder mehrere weitere Schichten aufgetragen werden, um eine Funktionsschicht mit einer gewünschte Schichtdicke d30 zu erreichen.
So kann gegebenenfalls eine Schicht (nicht dargestellt) als Schutzschicht oder dekorative Schicht mit einer geringen Dicke von z.B. 1-10 µm aufgetragen werden, wie z.B. eine Goldschicht, eine Chromschicht, eine Silberschicht, eine dekorative farbige Schicht aus Metall wie Titannitrid oder ein anodisch erzeugtes Oxid, oder dergleichen.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt eines Verbundkörpers 100 mit einer freitragenden Fläche 30 in Form einer Hülse mit der Dicke d30, in welche Elemente 20 (im gezeigten Ausschnitt durch 20a dargestellt) eingebettet sind, als Endprodukt der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte, bei der die Negativform 10 selektiv entfernt wurde. Gegebenenfalls können die Elemente 20 noch in einem Behandlungsschritt eingefärbt werden. Der Verbundkörper 100 weist eine äußere Oberfläche 40 und eine innere Oberfläche 42 auf.
Zum Entfernen der Negativform 10 kann die Negativform 10 selektiv chemisch aufgelöst werden. Bestehen die Einzelteile 10a, 10b, 10c, 10d der Negativform 10 z.B. aus Aluminium, lassen sich diese leicht mit Natronlauge auflösen. Die Elemente 20 (im gezeigten Ausschnitt durch 20a dargestellt) aus Kupfer bleiben zurück, da diese von der Natronlauge nicht angegriffen werden. So kann eine freitragende Hülse mit einer Wandstärke d30 von z.B. etwa 50 µm hergestellt werden, die eine glatte Oberfläche 40 aufweist und die im Inneren eine komplexe Struktur z.B. aus Elementen 20 (im gezeigten Ausschnitt durch 20a dargestellt) aufweist, die fest mit der freitragenden Fläche 30 verbunden ist, und die eine vergleichbare Dicke aufweist. Gerade auch an den Bereichen, an denen auf der Innenseite der dünnen Hülle Elemente 20 fest eingebettet sind, kann eine Oberflächenbeschaffenheit der Oberfläche 40 erreicht werden, die zumindest mit bloßem Auge homogen aussieht und z.B. bei polierter Oberfläche 40 spiegelt oder bei gezielt aufgerauter Oberfläche 40 homogen matt aussieht.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers (100) aus wenigstens einer freitragenden Fläche (30) und wenigstens einem mit der Fläche (30) in einem Beschichtungsprozess verbundenen Element (20, 20a, 20b, 20c), wobei eine Negativform (10) bereitgestellt wird, welche das wenigstens eine Element (20, 20a, 20b, 20c) des Verbundkörpers (100) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte ausgeführt werden:
(a) Glätten der Negativform (10) auf einer zu beschichtenden Oberfläche (18) als Ganzes vor einem selektiven Abtragen, um das wenigstens eine Element in der Negativform (10) auf ein gewünschtes Maß einzustellen,

(b) selektives Abtragen der mit der wenigstens einen freitragenden Fläche (30) zu beschichtenden Oberfläche (18) der Negativform (10) um eine definierte erste Dicke (d14) so, dass das wenigstens eine Element (20, 20a, 20b, 20c) wenigstens bereichsweise mit einem definierten Überstand (22) aus der Oberfläche (18) heraussteht, wobei die erste Dicke (d14) zwischen 5 µm und 25 µm beträgt,

(c) Abscheidung einer oder mehrerer Schichten (32, 36) zur Bildung der wenigstens einen freitragenden Fläche (30) mit einer definierten zweiten Dicke (d32, d36), wobei sich eine Überhöhung (38) im Bereich des Überstands (22) des wenigstens einen Elements (20, 20a, 20b, 20c) ausbildet und der Überstand (22) des wenigstens einen Elements (20, 20a, 20b, 20c) in der Fläche (30) eingebettet wird, wobei die Fläche (30) eine Dicke von wenigen zehn µm aufweist,

(d) Einebnen der beschichteten Oberfläche (40), wobei die Überhöhung (38) entfernt und eine homogen aussehende Oberfläche (40) gebildet wird,

(e) selektives Entfernen wenigstens von Teilen (10a, 10b, 10c, 10d) der Negativform (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der einen oder mehreren Schichten (32, 36) auf der Negativform (10) mittels Galvanoformung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform (10) vor dem selektiven Abtragen als Ganzes überdreht wird, um das wenigstens eine Element (20, 20a, 20b, 20c) in der Negativform (10) auf das gewünschte Maß einzustellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Abtragen der Negativform (10) durch eine naßchemische Behandlung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform (10) mit einem Durchmesser (d16) mit Übermaß bezogen auf einen Durchmesser (d10) als Endmaß der Negativform (10) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (18) durch das selektive Abtragen auf das gewünschte Endmaß (d10) der Negativform (10) abgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche (30) eine größere Dicke (d30) aufweist als der Überstand (22) des wenigstens einen Elements (20, 20a, 20b, 20c).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d30) der Fläche (30) mindestens fünfmal größer ist als der Überstand (22) des wenigstens einen Elements (20, 20a, 20b, 20c).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (30) aus einer ersten und einer zweiten Schicht (32, 36) gebildet wird, wobei die erste Schicht (32) eine geringere Dicke (d32) aufweist als die zweite Schicht (36).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (32) höchstens halb so dick ist wie die zweite Schicht (36).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhöhung (38) abgetragen wird, indem die beschichtete Negativform (10) insgesamt überdreht und/oder geschliffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der galvanischen Abscheidung eine Oberflächenbehandlung zur Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen dem wenigstens einen Element (20, 20a, 20b, 20c) und der Fläche (30) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (30) vor dem Entfernen der Negativform (10) poliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Negativform (10) durch selektives chemisches Ätzen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (30) aus einer Schicht (36) aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Komponente und einer darauf abgeschiedenen Schicht (36) aus Nickel oder einer nickelhaltigen Komponente hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element (20, 20a, 20b, 20c) aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Komponente hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform (10) wenigstens bereichsweise aus Aluminium hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform (10) hergestellt wird, indem abwechselnd ein Aluminiumteil (10a, 10b, 10c) und ein mit der freitragenden Fläche (30) zu verbindendes Element (20, 20a, 20b, 20c) in einer Stapelrichtung (L) zu einem Stapel (S) aneinandergefügt werden und der Stapel (S) in Stapelrichtung (L) unter Druckspannung gesetzt wird.
Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichtete Oberfläche (40) spiegelnd poliert wird.