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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung einer Formfläche einer Vulkanisations- oder Spritzgießform.
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Vulkanisations- oder Spritzgießformen sind aus dem Stand der Technik an sich gut bekannt, ebenso wie ihre Verwendung, weshalb es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises an dieser Stelle nicht bedarf. Verfahren und Vorrichtungen zum Reinigen solcher Formen sind aus dem Stand der Technik gleichfalls bekannt geworden, so zum Beispiel aus der
DE 101 62 301 A1 , die ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Reinigen von Einzelformen von Werkzeugen mittels Strahlgut betrifft. Als Strahlgut kommen bevorzugter Weise CO
2-Pellets oder CO
2-Schnee zum Einsatz.
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Vulkanisations- oder Spritzgießformen finden insbesondere im Fahrzeugbau zur Herstellung von Dichtungsbändern oder -streifen Verwendung, so zum Beispiel von Gummidichtungen, die im endmontierten Zustand der Dichtung der Fenster eines Kraftfahrzeuges dienen.
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Zur Herstellung derartiger Dichtungsbänder oder -streifen wird zunächst ein Rohling vorzugsweise mittels Extrusion hergestellt. Dieser Rohling wird dann zum endfertig verwendbaren Dichtungsband oder -streifen weiterverarbeitet, zum Teil unter Einsatz von Vulkanisations- oder Spritzgießformen.
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Eine Vulkanisations- oder Spritzgießform besteht in aller Regel aus zwei Formhälften, wobei jede Formhälfte eine Formfläche bereitstellt. Im Zuge einer bestimmungsgemäßen Verwendung wird ein Dichtungsrohling in die geöffneten Formhälften einer Vulkanisations- oder Spritzgießform eingelegt. Die beiden Formhälften werden alsdann relativ zueinander verfahren und pressen den Dichtungsrohling unter Druck- und/oder Temperatureinwirkung zwischen sich ein. Infolge dieses Behandlungsschrittes erlangt die Dichtung ihre geometrische Endform.
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Die Oberflächenbeschaffenheit des in vorgenannter Weise hergestellten Dichtungsbandes oder -streifens hängt von der Oberflächenbeschaffenheit der Formflächen der Formhälften der Vulkanisations- oder Spritzgießform ab. Zur Erzielung einer wunschgemäßen Oberfläche hinsichtlich des Dichtungsbandes oder -streifens ist es daher erforderlich, die Formflächen der Vulkanisations- oder Spritzgießform im Vorfeld einer entsprechenden Oberflächenbehandlung zu unterziehen.
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Die Anforderungen an die Oberflächenstruktur und/oder -beschaffenheit eines Dichtungsbandes oder -streifens sind insbesondere in der Automobilindustrie sehr hoch. In der Regel ist es gewünscht, glänzend glatte Oberflächen zu vermeiden. Matte Oberflächen oder leicht matt glänzende Oberflächen sind bevorzugt.
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Es ist ferner angestrebt, reproduzierbare Oberflächenausgestaltungen zu erreichen, und dies bei gleichzeitig hoher Standzeit der eingesetzten Vulkanisations- oder Spritzgießformen.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Formfläche einer Vulkanisations- oder Spritzgießform anzugeben, das die Ausgestaltung wunschgemäßer Oberflächen in reproduzierbarer Weise ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Formfläche einer Vulkanisations- oder Spritzgießform mit den Schritten:
- – Reinigen der Formfläche,
- – erstes Strahlen der Formfläche mit einem quasi kugelförmigen Strahlmittel,
- – anschließendes Auftragen einer reibungsreduzierenden Oberflächenbeschichtung auf die Formfläche und
- – zweites Strahlen der Formfläche mit einem kugelförmigen Strahlmittel,
wobei das erste Strahlen unter einem Strahlwinkel (α) von 45° bis 90°, vorzugsweise von 70° bis 90° und das zweite Strahlen unter einem Strahlwinkel (β) von 10° bis 45°, vorzugsweise von 15° bis 20° erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit einem Reinigungsschritt. Die Formfläche ist insbesondere von Fett zu befreien. Unterbleibt dieser Reinigungsschritt, so kann insbesondere eine Anhaftung der im weiteren Verfahrensgang aufzubringenden reibungsreduzierenden Oberflächenbeschichtung nicht erreicht werden. Im Ergebnis würde sich bei einem späteren bestimmungsgemäßen Einsatz der Vulkanisations- oder Spritzgießform ein damit bearbeiteter Dichtungsrohling nur schwerlich entformen lassen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass Materialreste des Dichtungsrohlings in der Vulkanisations- oder Spritzgießform verbleiben, womit das aus dem Dichtungsrohling hergestellte Dichtungsband aufgrund einer nicht definierten Oberflächenstruktur unbrauchbar wäre.
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Dem Reinigungsschritt folgend findet eine erste Strahlbehandlung der Formfläche statt. Dieser Strahlvorgang dient insbesondere dazu, die Oberfläche der Formfläche zu aktivieren und verdichten und aufzurauen. Dabei darf zur Vermeidung einer glänzenden Oberfläche des späteren Dichtungsbandes oder -streifens nur eine solche Behandlung der Formfläche stattfinden, die im Ergebnis zu einer matten Oberflächenstruktur führt. Dies wird dadurch erreicht, dass anstelle eines kugelförmigen Strahlmittels ein quasi kugelförmiges Strahlmittel zum Einsatz kommt. Dabei meint „quasi kugelförmig” im Sinne der Erfindung, dass das Strahlmittel eine kugelähnliche Grundgestalt aufweist, die Oberfläche aber eine unregelmäßige, poröse und zerklüftete, mit Vorsprüngen und Vertiefungen versehene Struktur aufweist. Insofern fallen unter „quasi kugelförmig” auch solche Ausgestaltungen, die oval ausgebildet sind. Die quasi kugelförmige Ausgestaltung sorgt im Behandlungsergebnis im Unterschied zur kugelförmigen Ausgestaltung dazu, dass die behandelte Formfläche eine mit zahlreichen Zerklüftungen übersäte Oberfläche ist, was visuell auch an einem matt-homogenen Gesamterscheinungsbild zu erkennen ist. Aufgrund dieser zerklüfteten Ausgestaltung der Oberfläche erfolgt hinsichtlich des auf die Oberfläche einfallenden Lichtes eine Mehrfachreflexion, wodurch die Lichtstrahlungsenergie abgebaut und im Ergebnis der erstrebte matte Gesamteindruck entsteht.
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Dabei ist es zur Erzielung dieser wunschgemäßen Oberfläche von wesentlicher Bedeutung, dass das erste Strahlen unter einem Strahlungswinkel von 45° bis 90°, vorzugsweise von 70° bis 90°, mehr bevorzugt von 80° bis 90° erfolgt, der Strahlungswinkel also vorzugsweise im Bereich von 90° liegt. Nur wenn diese Winkellage eingehalten wird, kann das vorbeschriebene Oberflächenergebnis erreicht werden. Bei einem zu flachen Strahlwinkel prallt das Strahlmittel von der zu behandelnden Oberfläche ab, ohne dass es dabei zu der gewünschten Strukturausbildung kommt.
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Im Anschluss an die erste Strahlbehandlung wird auf die Formfläche eine reibungsreduzierende Oberflächenbeschichtung aufgebracht. Bei dieser Beschichtung kann es sich vorzugsweise um Teflon handeln, das entweder zusammen mit einem flüssigen Trägermittel oder in Pulverform aufgebracht wird. Sofern ein flüssiges Trägermittel zum Einsatz kommt, ist die Verwendung eines lösemittelhaltigen Trägermittels bevorzugt.
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Das Teflon wird in einem den Sättigungsgrad der Oberfläche übersteigenden Maß auf selbige aufgetragen, das heißt es wird Teflon in einer solchen Menge auf die Oberfläche aufgebracht, dass nicht nur die durch den ersten Strahlschritt durch Aufrauhung geschaffenen Vertiefungen mit Teflon befüllt werden, sondern dass darüber hinaus die Gesamtoberfläche mit einem Teflonfilm belegt ist. Die Auftragung des Teflons in einer den Sättigungsgrad übersteigenden Menge hat den Zweck, dass eine vollständige Auffüllung aller Oberflächenvertiefungen sichergestellt ist.
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Im weiteren Gang des Verfahrens erfolgt dann eine zweite Strahlbehandlung, wobei ein kugelförmiges Strahlmittel zum Einsatz kommt. Die zweite Strahlbehandlung dient zweierlei Zwecke. Zum einen wird das auf die Oberfläche aufgebrachtes Teflon in die Oberfläche weiter eingearbeitet. Es bilden sich infolge der zweiten Strahlbehandlung regelrecht mit Teflon befüllte Taschen aus, die als Teflonreservoir dienen. Dabei werden scharfkantige Übergangsbereiche abgerundet, womit die Oberfläche glänzender wird. Die zweite Strahlbehandlung dient insofern als Feinbearbeitungsschritt zur Einstellung des endfertig gewünschten Glanzgrades. Die zweite Strahlbehandlung darf allerdings nicht zu intensiv und/oder zu langwierig durchgeführt werden, weil die Gefahr der Teflonabtragung besteht, was es zu vermeiden gilt.
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Der zweite Effekt, der mit der zweiten Strahlbehandlung einhergeht, ist die Entfernung von überflüssigem Teflon. Infolge der zweiten Strahlbehandlung wird die den Sättigungsgrad der Oberfläche übersteigende Menge an Teflon entfernt. Es verbleibt das in den Vertiefungen der Oberfläche angesammelte Teflon. Insofern dient der Schritt der zweiten Strahlbehandlung auch als Reinigungsschritt.
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Entscheidend bei der zweiten Strahlbehandlung ist – wie auch schon bei der ersten Strahlbehandlung – die Einstellung des Strahlwinkels. Dieser beträgt bei der zweiten Strahlbehandlung vorzugsweise 10° bis 45°, vorzugsweise von 15° bis 30°, noch mehr bevorzugt von 17° bis 22°. Der Strahlwinkel beim zweiten Strahlvorgang ist also vergleichsweise flach ausgerichtet. Dies deshalb, weil es beim zweiten Strahlvorgang im Unterschied zum ersten Strahlvorgang nicht mehr darauf ankommt, eine Oberflächenverdichtung und/oder Aufrauhung zu erreichen. Es geht vielmehr darum, in einer Feinabstimmung den gewünschten Glanzgrad der Oberfläche einzustellen, überflüssiges Teflon zu entfernen und in den Vertiefungen der Oberfläche befindliches Teflon durch eine Art Massierung einzuarbeiten. Bei einem zu steilen Strahlwinkel würden diese gewünschten Effekte nicht erreicht.
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Hinsichtlich des ersten Strahlvorgangs kommt ein Strahlmittel mit einer porösen Oberflächenstruktur zum Einsatz. Das Strahlmittel weist bevorzugterweise eine vergleichsweise hohe Härte von zum Beispiel 9 Mohs (2.060 HV) auf. Diese vergleichsweise hohe Härte ist deshalb erforderlich, damit eine Aufrauhung der Formfläche erfolgen kann, bei gleichzeitiger Verdichtung derselben.
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Als Strahlmittel bei dem ersten Strahlvorgang kann ein Korn mit einer durchschnittlichen Korndurchmessergröße von 0,4 mm bis 0,8 mm zum Einsatz kommen. Es besteht bevorzugterweise zu einem Großteil aus Aluminiumoxid und Eisenoxid, vorzugsweise ca. 78 Gew.-% Aluminiumoxid und ca. 13 Gew.-% Eisenoxid.
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Der erste Strahlvorgang wird bevorzugterweise mit einem Strahldruck von mindestens 5 bar, mehr bevorzugt von mindestens 6 bar durchgeführt, und zwar bei einem Strahlabstand von 50 bis 90 mm, vorzugsweise von 60 bis 70 mm. Im Unterschied hierzu wird der zweite Strahlvorgang bevorzugterweise mit einem Strahldruck von weniger als 3 bar, vorzugsweise von weniger als 2 bar durchgeführt, und zwar bei einem Strahlabstand von 150 mm bis 300 mm, mehr bevorzugt bei einem Strahlabstand von 200 mm bis 250 mm.
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Der vergleichsweise hohe Strahldruck beim ersten Strahlvorgang ist erforderlich, um die gewünschte Oberflächenaufrauhung und Verdichtung zu erreichen. Dabei beträgt der Behandlungsabstand ca. 60 mm bis 70 mm. Bei größerem Arbeitsabstand ist der Strahldruck zu erhöhen. Ansonsten reicht die kinetische Energie des Strahlmittels nicht aus, um die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit zu erzeugen.
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Der zweite Strahlvorgang muss dem entgegen mit vergleichsweise geringem Druck durchgeführt werden, vorzugsweise bei einem Druck von unter 2 bar, wobei ein Arbeitsabstand von vorzugsweise 250 mm eingehalten wird. Bei verkürztem Strahlabstand ist der Arbeitsdruck zu senken, dann vorzugsweise auf unter 1 bar. Diese Parameter müssen im Zuge der Verfahrensdurchführung möglichst genau eingehalten werden, damit es nicht zu einem ungewollten Mehrabtrag von Teflon und/oder einer zu weitgehenden Entmattung der Oberfläche kommt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die über zwei Strahlkabinen verfügt, wobei die beiden Strahlkabinen unabhängig voneinander betreibbar ausgebildet sind. Die erste Strahlkabine kann als Druckstrahl- oder Injektorstrahlkabine ausgebildet sein. Bei der zweiten Strahlkabine handelt es sich um Injektorstrahlkabine. Dabei ist die erste Strahlkabine zur Durchführung einer Strahlbehandlung mit einem oberflächenporösen Strahlmittel bei einem Strahldruck von wenigstens 5 bar – beim Druckstrahlverfahren mit einem Druck von 2,5 oder 3,0 bar – und die zweite Strahlkabine zur Durchführung einer Strahlbehandlung mit einem keramischen Strahlmittel bei einem Druck von weniger als 2 bar ausgerüstet.
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Bevorzugterweise findet innerhalb der ersten Strahlkabine die erste Strahlbehandlung statt. Diese erste Strahlbehandlung erfolgt im Anschluss an eine Oberflächenreinigung, die gleichfalls in der ersten Strahlkabine durchgeführt werden kann. Nach Abschluss der ersten Strahlbehandlung erfolgt eine Beschichtung der behandelten Oberfläche mit einem die Reibung vermindernden Mittel, beispielsweise mit Teflon, das in einer lösemittelhaltigen Trägerumgebung befindlich auf die Oberfläche beispielsweise aufgesprüht werden kann. Diese Oberflächenbehandlung findet noch innerhalb der ersten Strahlkabine statt, um zu vermeiden, dass die Oberfläche im Anschluss an die erste Strahlbehandlung oxidiert.
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Nach Aufbringen der reibungsvermindernden Oberflächenbeschichtung wird die so vorbehandelte Formfläche in die zweite Strahlkabine überführt, wo dann der zweite Strahlvorgang stattfindet. Nach Beendigung des zweiten Strahlvorgang ist das erfindungsgemäße Verfahren abgeschlossen und die so behandelte Formfläche in bestimmungsgemäßer Weise einsetzbar.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formfläche zeichnet sich durch ihre einzigartige Oberflächenstruktur aus, die sie in Durchführung der beiden Strahlbehandlungen erhält. Es wird eine matte Oberflächenstruktur erzielt, so dass ein damit im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall behandelter Dichtrohling die gewünschte matte Oberflächenausgestaltung erhält. Durch die Ausgestaltung der die Reibung minimierenden Oberflächenbeschichtung ist eine gute Entformbarkeit einer mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Formfläche behandelten Dichtung möglich. Darüber hinaus ergibt sich eine hohe Standzeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Formfläche. Formgebungshübl von über 40.000 können ohne weiteres erreicht werden. Aus dem Stand der Technik bekannte oberflächenbehandelte Formflächen ermöglichen hingegen nur ca. 30.000 Hübe.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen
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1 in schematischer Darstellung eines kugelförmigen Strahlmittels;
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2 in schematischer Darstellung ein quasi kugelförmiges Strahlmittel;
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3 in schematischer Darstellung ein mit einem Strahlmittel nach 1 behandelte Oberfläche;
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4 in schematischer Darstellung eine mit einem Strahlmittel nach 2 behandelte Oberfläche;
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5 in schematischer Darstellung einer Oberflächenvertiefung nach Beendigung des ersten Strahlvorgangs;
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6 in schematischer Darstellung die Vertiefung nach 2 nach vollendetem zweiten Strahlvorgang;
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7 in schematischer Darstellung eine erste Strahlbehandlung und
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8 in einer schematischen Darstellung eine zweite Strahlbehandlung.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Strahlmittel, das kugelförmig ausgebildet ist. Bei der Verwendung eines solchen Strahlmittels 1 zur Oberflächenbehandlung entsteht eine wie in 3 dargestellte Oberfläche 3. Diese Oberfläche 3 weist einen vergleichsweise hohen Glanzgrad auf.
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Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung kommt bei der ersten Strahlbehandlung ein Strahlmittel zum Einsatz, das quasi kugelförmig ausgebildet ist. Ein solches Strahlmittel 2 ist in 2 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Strahlmittel 2 eine dem Grunde nach kugelförmige Ausgestaltung aufweist, jedoch im Unterschied zur Ausgestaltung nach 1 über zahlreiche porenförmige Vertiefungen und Ausbuchtungen verfügt, die über die gesamte Außenoberfläche verteilt sind. Insofern weicht die geometrische Ausgestaltung des Strahlmittels 2 von der Kugelform ab, weshalb es als quasi kugelförmig zu bezeichnen ist.
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4 lässt eine Oberfläche 4 erkennen, wie sie sich nach einer Behandlung mit einem Strahlmittel 2 gemäß 2 darstellt. Der Vergleich zwischen den Darstellungen nach 3 einerseits und 4 andererseits lässt erkennen, dass die Oberfläche 4 nach 4 stärker zerklüftet ist als die Oberfläche 3 nach 3. Diese Zerklüftung der Oberfläche 4 ergibt sich als Folge der quasi kugelförmigen Ausgestaltung des Strahlmittels 2.
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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene erste Strahlvorgang erfolgt unter einem Strahlwinkel α von annähernd 90°, beispielsweise von 70° bis 90°, wie dies in 7 beispielhaft dargestellt ist.
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Im Anschluss an den ersten Strahlvorgang wird die Oberfläche 4 mit einer reibungsvermindernden Oberflächenbeschichtung versehen, das bevorzugterweise mittels Teflon erfolgt. 5 zeigt ausschnittsweise eine Vertiefung 5, wie sie in der Oberfläche 4 ausgebildet ist. Es ist das auf die Oberfläche 4 aufgebrachte Teflon 6 zu erkennen, das auch in die Vertiefung 5 hineinreicht.
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Nach einem Auftragen der Teflonbeschichtung erfolgt ein zweiter Strahlvorgang. Wie dies aus 8 zu erkennen ist, erfolgt der zweite Strahlvorgang unter einem Winkel β, der vergleichsweise flach ausgebildet ist, und beispielsweise 20° gegenüber der Oberfläche 4 beträgt.
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Infolge des zweiten Strahlvorgangs wird überflüssiges Teflon 6 von der Oberfläche 4 entfernt. Darüber hinaus erfolgt eine Einarbeitung und Verdichtung des in Vertiefungen 5 der Oberfläche 4 befindlichen Teflons. Darüber hinaus kommt es zu einer gewissen Einebnung der Gesamtoberfläche 4, womit eine genaue Entmattung und eine Einstellung des gewünschten Glanzgrades möglich ist. 6 zeigt ausschnittsweise eine Vertiefung 5 nach durchgeführtem zweitem Strahlvorgang.
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Der zweite Strahlvorgang wird bevorzugterweise mit einem kugelförmigen Keramik-Strahlmittel durchgeführt, das auf Basis von Zirkoniumoxid und Siliciumoxid gebildet ist. Es hat eine Körnung von ca. 0 bis 60 μ und eine Härte von 60 bis 65 HV. Damit ist das Strahlmittel, das gemäß dem zweiten Strahlvorgang zum Einsatz kommt, im mittleren Durchmesser bedeutend kleiner als das im ersten Strahlvorgang eingesetzte Strahlmittel. In der Konsequenz können die Strahlmittel, die nach dem zweiten Strahlvorgang zum Einsatz kommen, in die durch das erste Strahlmittel erzeugten Vertiefungen 5 eindringen und zu einer Verdichtung des dort abgelagerten Teflons führen. Um zu vermeiden, dass im Zuge des zweiten Strahlvorgangs das in Vertiefungen 5 eingebrachte Teflon herausgearbeitet wird, muss mit vergleichsweise geringem Energieeinsatz gearbeitet werden, das heißt mit einem vergleichsweise großen Bearbeitungsabstand von zum Beispiel 200 mm bei gleichzeitigem niedrigem Arbeitsdruck von zum Beispiel unter 2 bar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- kugelförmiges Strahlmittel
- 2
- quasi kugelförmiges Strahlmittel
- 3
- Oberfläche
- 4
- Oberfläche
- 5
- Vertiefung
- 6
- Teflon
- α
- Strahlwinkel
- β
- Strahlwinkel
