WO1999000213A1

WO1999000213A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer prägestruktur auf einem der oberflächenformung von presslaminaten dienenden prägewerkzeug

Info

Publication number: WO1999000213A1
Application number: PCT/EP1998/003722
Authority: WO
Inventors: Jordi F. Reichert; Hartmut WÜST
Original assignee: Hueck Engraving Gmbh
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-01-07
Also published as: DE19727132A1; DE19727132C2

Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden Prägewerkzeug, das als Preßblech, Endlosband oder Preßwalze ausgebildet ist. Für eine schnellere und preiswertere Strukturierung ist vorgesehen, daß die Prägestruktur durch Elysieren in das Prägewerkzeug eingearbeitet wird, wobei das Prägewerkzeug in ein elektrolytisches Bad taucht und anodisch an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist und eine kathodisch geschaltete walzenförmige Rotationselektrode, deren Mantelfläche mit einer Negativform der Prägestruktur versehen ist, teilweise in das Elektrolytbad eintaucht und mit Abstand über der zu strukturierenden Fläche des Preßwerkzeugs kongruent abgerollt wird. Der Herstellung einer solchen Prägestruktur auf einem Preßblech (1) dient eine Vorrichtung, die durch ein Elektrolytbecken (4) mit einem aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehenden Auflagetisch (3) für ein Preßblech, eine walzenförmige Rotationselektrode (7), deren Manteloberfläche eine Negativform der Prägestruktur darstellende Struktur aufweist, Antriebseinrichtungen zum flächengenauen Abrollen vom Preßblech (1) und der Rotationselektrode (7) sowie Einrichtung zur Erzeugung und Steuerung eines Elysierstroms und zum Anschluß an das Preßblech und die Rotationselektrode gebildet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Prägestruk- tur auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminaten dienenden Prägewerkzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden Prägewerkzeug, das als Preßblech, Endlosband oder Preßwalze ausgebildet ist. Preßlaminate in der Art kunststoffbeschichteter Hartfaserplatten, Holzfaserplatten, Holzspannplatten, Glasfaserplatten u. dgl . , die im Möbelbau oder in der Raumausstattung Verwendung finden, werden in zunehmendem Maße mit einer in die Oberfläche eingeprägten Strukturierung versehen, deren Muster beliebig sein kann. Zu solchen Mustern gehören beispielsweise Fein- strukturierungen oder Riffelungen, Noppen, aber auch eine Strukturierung in der Art einer Holzmaserung. Das Einprägen der Strukturierung geschieht mit Hilfe von Prägewerkzeugen, die je nach der Herstellungsmethode verschieden sind. Bei der gebräuchlichsten Preßmethode in Etagenpressen finden großformatige planebene Preßbleche Verwendung, welche mit einer Prägegravur versehen sind. Weiterhin finden Prägewalzen oder Endlosbandpaare Anwendung, mit denen die Herstellung der Preßlaminate und deren Oberflächenprägung oder eine Oberflächenprägung von Kunststoffbahnen u. dgl. erfolgt. Die Prägegravur in den Preßblechen, Preßwalzen oder Endlosbändern wird überwiegend mit Hilfe der Ätzmethode eingearbeitet, wobei eine sogenannte Ätzreserve in einem vorgesehenen Muster auf das Preßwerkzeug aufgetragen und der von der Ätzreserve freibleibende Flächenbereich durch eine Ätzbehandlung je nach der Behandlungsdauer verschieden tief weggeätzt wir. Der Auftrag des Ätzreservemusters kann beispielsweise durch Aufdrucken oder nach dem sogenannten fotografischen Reproduktionsverfahren erfolgen. Solche Preßwerkzeuge sind für viele Pressungen mit den diskontinuierlich arbeitenden Etagenpressen geeignet. Das Auftragen der Ätzreserve sowie die nachfolgende Ätzbehandlung können, wie die DE-AS 27 06 947 zeigt, ein - oder mehrfach wiederholt werden, um eine mehrstufige Ätzgravur zu erzielen. Jede Ätzgravur erfordert jedoch in nachteiliger Weise mehrere Behandlungsstufen, so daß das Ätzverfahren zeitaufwendig und teuer ist.

Die Erfindung geht weiterhin von dem bekannten Elysierver- fahren zur Herstellung von Gravuren und ähnlichen Strukturen auf metallischen Werkstücken aus. Ein in DE 73 09 401 U beschriebenes Elysierverfahren betrifft das Auftragen einer rasterförmigen Markierung auf die Oberfläche von Werkstük- ken, um deren Verformungseigenschaften studieren zu können. Hierfür wird eine Walzenelektrode, auf deren Mantel ein mit Elektrolyt getränktes Vlies und eine Rasterfolie aufgespannt ist, auf der mit dem Raster bzw. Meßgitter zu versehenen Fläche des Werkstücks abgerollt. Auch in DE-OS 14 96 792 ist die Markierung durch Buchstaben u. dgl. von metallischen Werkstücken mit Hilfe des Elysierverfahrens beschrieben. Um derartige Markierungen in unebenen Flächen des Werkstücks einarbeiten zu können, wird eine mit einer reliefartigen Markierung versehene elastische Elektrodenplatte verwendet, die unter Zwischenlage eines mit Elektrolyt getränkten Bandes gegen die Fläche des Werkstücks gepreßt wird. Beide Elysierverfahren sind für großformatige Prägewerkzeuge völlig ungeeignet. Mit dem Einarbeiten von Mustern in Rotationskörpern nach dem Elysierverfahren befaßt sich JP 0 726 8699 A. Auf zwei parallelen Drehwellen sind zwei formgleiche Rotationskörper angebracht, von denen die eine mit einer Isoliermaske versehen ist, deren Muster in die Mantelfläche des anderen Rotationskörpers eingearbeitet werden soll. Beide Rotationskörper liegen mit etwas Abstand nebeneinander und werden synchron gedreht, wobei in den Spalt Elektrolyt gepumpt wird. Auch dieses Elysierfah- ren ist zur Herstellung einer Prägegravur in einen großformatigen Prägewerkzeug unbrauchbar.

Desweiteren ist aus EP 0 631 837 AI die Herstellung von Prägewalzen mittels einer elektroerosiven Bearbeitung bekannt. Als Elektrode dient eine ebene Platte, die mit einer negativen Struktur versehen ist. In ein dielektrisches Bad wird die zu bearbeitende Metallwalze ganz und die Oberfläche der Elektrodenplatte eingetaucht. Metallwalze und Elektrodenfläche werden einander genähert. Bei der Erosionsbehandlung rotiert die Metallwalze und es werden die Elektrodenplatte und die Metallwalze relativ zueinander verschoben. Bei diesem Verfahren findet eine Lichtbogen- oder Funkenerosion statt. Dieses Verfahren ist zur Herstellung einer Prägegravur auf großformatigen Prägewerkzeugen völlig ungeeignet. Da bei der Elektroerosion an der mit der negativen Prägestruktur versehenen Elektrode ein erheblicher Werkstoffverschleiß stattfindet, ist schon nach kurzer Bearbeitungszeit die negative Prägestruktur so verändert, daß auf dem großformatigen Prägewerkzeug keine exakt gleiche Prägestruktur über die Gesamtfläche erhältlich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden Prägewerkzeug, das als großformatiges Preßblech, Endlosband oder Prägewalze ausgebildet ist, eine schnellere und preiswertere Strukturierung zu ermöglichen. Hierfür sieht die Erfindung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vor.

Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise das an sich bekannte Elysierverfahren für die großflächigen Preßwerkzeuge, die als Preßblech Flächenabmessungen von z. B. 230 X 660 cm oder als Endlosband eine Bandbreite von z. B. 100 bis 200 cm haben können. Dies wird durch die kathodisch geschaltete Rotationselektrode ermöglicht, die mit der Negativform der Prägestruktur versehen ist und innerhalb des Elektrolytbades über der zu strukturierenden Fläche des anodisch geschalteten Preßwerkzeugs kongruent, das heißt flächengenau abrollt, wobei der elektrochemische Vorgang abläuft. Das Elysieren zeichnet sich dadurch aus, daß an der ätzbaren metallischen Oberfläche des Preßwerkzeugs, eine anodische Auflösung des Metalls geschieht, indem Metallatome unter Abgabe einer ihrer Wertigkeit entsprechenden Ladung in Lösung gehen, in der sie sich mit den an der kathodischen Rotationselektrode gebildeten Hydroxylionen zu un- löslichem Metallhydroxid verbinden. Im Elektrolytbad findet der Ladungstransport statt, wobei der Elektrolyt jedoch nicht an der chemischen Reaktion beteiligt ist. Für eine genaue Abbildung der Struktur ist der Bearbeitungsspalt, das heißt der Abstand zwischen Preßwerkzeug und Rotationse- lektrode sehr klein zu halten und sind hohe Stromdichten zu wählen. Außerdem ist der Elektrolyt umzuwälzen, zu kühlen und das ausgeschiedene Metallhydroxid abzutrennen.

Eine zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden großformatigen Preßblechen geeignete Vorrichtung kann beispielsweise ein Elektrolytbecken mit einem aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehenden Auflagetisch für das Preßblech aufweisen, sowie eine walzenförmige Rotationselektrode, deren Manteloberfläche eine Negativform der Prägestruktur darstellt, Antriebseinrichtungen zum flächengenauen Abrollen von Preßblech und Rotationselektrode und Einrichtungen zur Erzeugung und Steuerung eines Elysierstroms und zum Stromanschluß an das Preßblech und die Rotationselektrode. Die Negativform der Prägestruktur kann beliebig sein, auch mehrstufig bzw. reliefartig. Für ein flächengenaues Abrollen der Rotationselektrode mit etwas Abstand über dem Preßblech kann die Rotationselektrode mit einem Getriebe für einen synchronen Dreh- und Fahrantrieb versehen sein, so daß die Rotationselektrode über das Preßblech bewegt wird und sich dabei kongruent, das heißt flächengenau zum Preßblech abrollt. Umgekehrt kann aber auch das Preßblech mit- tels eines verfahrbaren Auflagetisches unter einer ortsfesten Rotationselektrode entlanggeführt werden, wobei ebenfalls für ein flächengenaues Abrollen zu sorgen ist, das auch durch elektronische Steuerung des Fahrtriebes und des Drehantriebes geschehen kann. Der Elysiervorgang geschieht in einer relativ schmalen, sich über die Breite des Preßbleches erstreckende Zone unter der Rotationselektrode, die beispielsweise 5 bis 20 mm betragen kann. Um das elektrische Feld zwischen Preßblech und Rotationselektrode auf diese Zone zu begrenzen und die Abbildungsgenauigkeit zu erhöhen, ist zweckmäßig eine die Rotationselektrode abdek- kende Haube vorgesehen, die im Elektrolytbereich einen entsprechend breiten koaxialen Schlitz aufweist. Der Abstand zwischen der Rotationselektrode und dem Preßblech hängt von den Stromwerten und der Zusammensetzung des Elektrolyten ab und reicht etwa von 0,8 bis 2 mm. Um eine völlig planebene Auflage des Preßblechs auf dem Auflagetisch zu erzielen, ist der Auflagetisch zweckmäßig als Vakuumspanntisch ausgebildet .

Soll die Prägestruktur auf die Oberfläche eins Endlosbandes durch Elysieren eingearbeitet werden, kann eine ähnliche Vorrichtung Verwendung finden, wobei zweckmäßig das Endlosband von Rollen bewegt und mit dem Untergurt an einer orts- festen Rotationselektrode "abgerollt" wird. Zur Strukturierung einer Prägewalze kann diese im Elektrolytbad mit einer Rotationselektrode synchron abgerollt werden.

In der schematischen Zeichnung ist die Erfindung anhand ei- ner zur Strukturierung eines Preßblechs geeigneten Vorrichtung erläutert; es zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung in einem Längsschnitt

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Grundriß und

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in einem größeren Maßstab . Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient der Herstellung einer Prägestruktur auf einem Preßblech 1, das zum Pressen und zur Oberflächenformung von Preßlaminaten verwendet wird. Üblicherweise haben die Preßbleche Flächenabmessungen von etwa 230 X 660 cm. Sie bestehen aus Stahlblech und können mit einer zusätzlichen Metallbeschichtung z. B. aus Kupfer, Nickel o. dgl. versehen sein. Die Oberflächenstruktur im Preßblech kann entsprechend den Wünschen der Möbelindustrie verschieden sein, z. B. gemustert oder gleichmäßig matt, mehrstufig, in der Art einer Holzmaserung u. dgl. Auch kann das Preßblech entsprechend EP 0 536 339 Bl mit einer Unterstruktur versehen werden. Erfindungsgemäß wird die Prägestruktur in das Prägeblech durch Elysieren eingearbeitet. Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Maschinenbett 2 mit einem Vakuumspanntisch 3, auf den das zu be- handelnde Preßblech 1 gelegt wird. Zugeordnet ist ein Elektrolytbecken 4, das aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, z. B. Kunststoff besteht und in dem sich ein für das Elysierverfahren geeigneter flüssiger Elektrolyt 5 befindet, der z. B. NaCl, NaNO_ß oder auch Säuren enthält. Der Elektrolyt 5 ist mit einem Umlaufsystem versehen, zu dem eine am Stirnende des Elektrolytbeckens 4 angeordnete Überlaufrinne 6 gehört. Wesentlicher Bestandteil de Vorrichtung ist eine Rotationselektrode 7, die sich über die Breite des Elektrolytbeckens 4 erstreckt und in Längsrichtung des Beckens verfahrbar ist. Ihr Durchmesser kann etwa 200 bis 300 mm betragen. Die metallische Mantelfläche der Rotationselektrode 7 ist mit der Negativform der in das Preßblech 1 einzuarbeitenden Prägestruktur versehen. Die negative Prägestruktur kann beispielsweise durch die übliche Ätzme- thode in die Mantelfläche der Rotationselektrode 7 eingearbeitet sein. Weiterhin ist eine die Rotationselektrode 7 abdeckende Haube 8 vorgesehen, die einerseits an ihrem oberen Ende eine Zulaufrinne 9 für den umlaufenden flüssigen Elektrolyt 5 und anderseits am unteren Ende einen Schlitz 10 aufweist, der koaxial zur Rotationselektrode 7 verläuft. Durch den Schlitz wird die Bearbeitungsbreite des Elysier- vorgangs bestimmt, sie liegt etwa zwischen 5 bis 20 mm. Die Rotationselektrode 7 taucht teilweise in den Elektrolyt 5 ein, jedoch nur soweit, daß zur Oberfläche des Preßblechs 1 noch ein Abstand verbleibt, dessen Größe von den elektrochemischen Verhältnissen, z. B. Zusammensetzung des Elektrolyten 5, Stromstärke, elektrische Feldstärke, abhängt und etwa 0,8 bis 2 mm betragen kann. Eine Antriebseinrichtung 11 trägt dafür Sorge, daß die Verdrehung der Rotationselektrode 7 und deren Bewegung über dem fest auf dem Vakuumspanntisch 3 angeordneten Preßblech 1 über ein Getriebe oder synchronisierte Einzelantriebe (in der Zeichnung nicht dargestellt) so koordiniert sind, daß der Mantelumfang kongruent, das heißt flächengenau über der zu strukturierenden Oberfläche des Preßblechs 1 abrollt. Als Hilfeeinrichtung ist noch eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte Elektrolytumwälzeinrichtung vorgesehen, welche den Elektro- lyt 5 von der Überlaufrinne 6 in die Zulaufrinne 9 fördert und der auch eine Abscheidevorrichtung für das ausgefällte Metallhydroxid beigefügt werden kann. Schließlich gehört zur Vorrichtung noch eine elektrische Einrichtung zur Erzeugung und Steuerung eines Elysierstroms und zum anodi- sehen Stromanschluß an das Preßblech 1 und zum kathodischen Anschluß der Rotationselektrode 7. Die Stromdichte kann im Bearbeitungsbereich, das heißt im Schlitz 10 etwa 500 bis 10 000 A/dm² betragen.

Der Elysiervorgang läuft auf folgende Art und Weise ab: Nachdem das zu strukturierende Preßblech 1 auf dem Vakuumspanntisch 3 planeben fixiert ist, wird es an die Anode angeschlossen. Gleichzeitig mit dem Elysierstrom wird der koordinierte Dreh- und Fahrantrieb der Rotationselektrode 7 und die Elektrolytumwälzeinrichtung eingeschaltet. Bei dem kongruenten Abrollen wird die Struktur durch Elysieren in die Oberfläche des Preßblechs 1 eingearbeitet. Die Arbeitsweise geschieht von einem zum andere Ende des Preßblechs 1. Die im Elektrolyten 5 an der kathodischen Rotationselektrode 7 gebildeten OH-Ionen binden die an dem anodischen Preßblech 1 gebildeten Metall-Ionen zu Metallhydroxid, das ausfällt. Die Metall-Ionen wandern dabei aus der Oberfläche des Preßblechs 1 heraus und hinterlassen Vertiefungen, welche die Strukturierung bilden. Da die für die Metallablösung maßgebliche Stromdichte vom Abstand zwischen Anode und Kathode abhängt, wird die gegebenenfalls mehrstufige Negativform der Rotationselektode 7 genau auf dem Preßblech 1 abgebildet.

Wenngleich das erfindungsgemäße Strukturierungsverfahren nach der Elysiermethode am Beispiel der Strukturierung eines großformatigen Preßblechs beschrieben ist, läßt sich dieses Verfahren auch zur Strukturierung von Endlosbändern oder Preßwalzen anwenden, wobei lediglich die Vorrichtung entsprechend anzupassen ist. Im Falle eines Endlosbandes kann dieses über Rollen laufen, mit einem Umlaufgetriebe versehen sein und mit dem Untergurt durch das Elektrolytbad geführt werden, während die Rotationselektrode ortsfest angeordnet ist. Eine Prägewalze, die sich auch zur Strukturierung von Kunststoff-Folien verwenden läßt, kann man mit einer Rotationselektrode im Elektrolytbad ebenfalls synchron und kongruent abrollen lassen.

Die erfindungsgemäß strukturierten Prägewerkzeuge (Preßblech, Endlosbänder, Preßwalzen) können anschließend auf übliche Weise mit einem Finish, z. B. mit einer Hartver- chromung versehen werden. Bezugszeichenliste

1 Preßblech

2 Maschinenbett

3 Vakuumspanntisch

4 Elektrolytbecken

5 Elektrolyt

6 Überlaufrinne

7 Rotationselektrode

8 Haube

9 Zulaufrinne

10 Schlitz

11 Antriebseinrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden Prägewerkzeug, das als Preßblech, Endlosband oder Preßwalze ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prä- gestruktur durch Elysieren in das Prägewerkzeug eingearbeitet wird, wobei das Prägewerkzeug in ein elektrolytisches Bad taucht und anodisch an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, und eine kathodisch geschaltete walzenförmige Rotationselektrode, deren Mantelflä- ehe mit einer Negativform der Prägestruktur versehen ist teilweise in das Elektrolytbad eintaucht und mit Abstand über der zu strukturierenden Fläche des Preßwerkzeugs kongruent abgerollt wird.

2. Vorrichtung zur Herstellung einer Prägestruktur auf einem der Oberflächenformung von Preßlaminat dienenden Preßblech (1), gekennzeichnet durch ein Elektrolytbek- ken (4) mit einem aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehenden Auflagetisch (3) für ein Preß- blech, eine walzenförmige Rotationselektrode (7), deren Manteloberfläche eine Negativform der Prägestruktur darstellende Struktur aufweist, Antriebseinrichtungen zu flächengenauen Abrollen vom Preßblech (1) und Rotationselektrode (7) sowie Einrichtung zur Erzeugung und Steuerung eines Elysierstroms und zum Anschluß an das Preßblech und die Rotationselektrode.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Rotationselektrode (7) mit einer ein- oder mehrstufigen negativen Prägestruktur versehen ist .

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationselektrode (7) mit einem Getriebe für einen synchronen Dreh- und Fahrantrieb versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine die Rotationselektrode (7) abdek- kenden Haube (8), die im Elysierbereich einen koaxialen Schlitz (10) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Rotationselektrode (7) und dem Preßblech (1) etwa 0,8 bis 2 mm beträgt .

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagetisch als Vakuumspanntisch (3) ausgebildet ist.