DE20113503U1 - Presswerkzeug mit hochabriebfester Oberfläche - Google Patents

Description

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Art:	Gebrauchsmusteranmeldung 1/8
Bez.:	"Presswerkzeug mit hochabriebfester Oberfläche"
Anm.:	Rolf Espe
	Lange Malterse 12
	44795 Bochum
	und
	Oliver Espe
	Friedrich-Harkort Str. 10
	44799 Bochum
Datum:	11.08.2001

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Presswerkzeug mit einer hochabriebfesten Oberfläche, das als Pressblech, Endlosband oder Presswalze ausgebildet ist. Diese Presswerkzeuge werden hauptsächlich bei der Beschichtung von plattenformigen Holzwerkstoffen, mit zum Beispiel Aminoplastharzfilmen, eingesetzt. Die Beschichtung der plattenformigen Holzwerkstoffe, die in der Praxis auch als Span-, MDF- ( Medium Density Fibreboads ), oder HDF-Platten ( High Density Fibreboards ) bekannt sind, wird in der Regel in hydraulischen Heizpressen unter Druck und Temperatur vorgenommen. Als Prägewerkzeuge dienen hierbei Pressbleche aus beispielsweise Edelstahl mit unterschiedlichen Oberflächen. Je nach Geschmacksrichtung können die Oberflächen glänzend, seidenmatt oder mit verschiedenen Strukturen ausgerüstet sein. Um die relativ teuren Pressbleche vor Oberflächenbeschädigungen oder vorzeitigem Verschleiß zu schützen, werden die Bleche nach der Oberflächengestaltung mit einer zuzüglichen Hartchromschicht, die bis zu 20&mgr;&idiagr;&eegr; stark sein kann, versehen. Als Pressbleche werden außer Edelstahlbleche der Gattung Chromstahl auch andere Stähle oder sogar Messingbleche eingesetzt.

Bei der Beschichtung von HDF-Platten mit abriebfesten Overlayfilmen, die im Fußbodenbereich Einsatz finden, haben die bisher auf dem Markt befindlichen Pressbleche eine relativ kurze Lebensdauer. Bereits nach 15.000 bis max. 25.000 Presszyklen zeigen die Pressblechoberflächen, trotz Hartverchromung, eine deutliche Veränderung des Glanzgrades, sodass die Oberflächen der Pressbleche neu bearbeitet und verchromt werden müssen. Der starke Abrieb ergibt sich aus den eingesetzten Overlaypapieren. Da die geforderten Abriebwerte für Fußbodenplatten entsprechend hoch sind, sie können bis zu 15000 Taber-Umdrehungen

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Art:	Gebrauchsmusteranmeldung 2/8
Bez.:	"Presswerkzeug mit hochabriebfester Oberfläche"
Anm.:	Rolf Espe
	Lange Malterse 12
	44795 Bochum
	und
	Oliver Espe
	Friedrich-Harkort Str. 10
	44799 Bochum
Datum:	11.08.2001

MEMA Standard Nr. LD 1991 3.01 oder bis zu 6500 Taber-Umdrehungen gemäß neuer Norm pr EN 13329 liegen, wird diesen Papieren bei der Herstellung Aluminiumoxid AI2O3 bzw. Korund in feinsten Partikeln beigesetzt. Diese Beimischungen erhöhen natürlich auf der einen Seite die Abriebfestigkeit der HDF-Fußbodenplatten, zeigen aber gegenüber der verchromten Pressblechoberfläche einen negativen Effekt. Auf Grund der großen Härteunterschiede, AI2O3 besitzt eine Härte nach Vickers von 1800 - 2000 HV, während die Chromschicht nur 900 - 1000 HV aufweist, entsteht ein vorzeitiger Verschleiss der Blechoberfläche.

AI2O3 fugt sich auf Grund seines Brechungsindex von 1,57 besonders gut in den Verbund Zellulose mit 1,53 und Melaminharz mit 1,55 ein und erzielt dadurch nach der Aushärtung der Melaminharze relativ transparente Oberflächen. Hochtransparente Oberflächen werden angestrebt, da der Overlayfilm die Funktion hat den darunterliegenden dekorgebenden Melaminharzfilm vor Zerstörung der Dekorschicht zu schützen. Die Verteilung der AI2O3-Partikeln in dem Overlayfilm ist sehr unterschiedlich, daher finden sich auch Teilchen an der Oberfläche. Bei der Beschichtung der HDF-Platten entstehen in der Pressenanlage Relativbewegungen, dabei reiben die Oberflächenteilchen des Aluminiumoxids auf der Chromschicht und erzeugen eine Glanzgradänderung der Pressblechoberflächen und damit einen vorzeitigen Verschleiß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Presswerkzeug oder Pressblech mit den Merkmalen des Oberbegriffs Anspruch 1 so auszubilden, dass zum Beispiel die Pressbleche mit einer hochabriebfesten Schutzschicht versehen werden und dadurch ein vorzeitiger Abrieb bei dem Beschichtungsvorgang von zum Beispiel HDF-Platten mit AI2O3 haltigem Overlay-

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Art:	Gebrauchsmusteranmeldung 3/8
Bez.:	"Presswerkzeug mit hochabriebfester Oberfläche"
Anm.:	Rolf Espe
	Lange Malterse 12
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	und
	Oliver Espe
	Friedrich-Harkort Str. 10
	44799 Bochum
Datum:	11.08.2001

filmen verhindert wird.

Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung dadurch gelöst, dass die Prägewerkzeuge bzw. die Pressbleche nach der bekannten Oberflächenvorbehandlung, wie Toleranzschleifen, Polieren, Strukturieren, Mattieren und Verchromen, mit einem hochabriebfesten, festhaftenden Überzug, von zum Beispiel Kohlenstoff mit diamantähnlicher Struktur, versehen werden. Bei einem derartigen Überzug, hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die verwendeten AI2O3 haltigen Overlayfilme kaum einen Abrieb auf den eingesetzten Pressblechoberflächen erzeugen und daher die Einsatzdauer der Pressbleche erheblich gesteigert wird.

Dieser Überzug, der Kohlenstoff mit einer diamantähnlichen Struktur enthält, kann in einem plasmaaktivierten Abscheidungsprozess aus der Gasphase (chemical vapour deposition) bei relativ niedrigen Temperaturen unter 200⁰C auf die Oberflächen aufgebracht werden. Der Abscheidungsprozess findet in einer Hochvakuumapparatur statt, wobei nach dem Evakuieren bis in den Hochvakuumbereich gasförmige Kohlenwasserstoffe eingeleitet werden.

Für die Bildung der Schicht ist es erforderlich dem Presswerkzeug oder Pressblech eine elektrische Vorspannung ( Gleich- oder Wechselspannung) bis zu einigen kV anzulegen. Das Pressblech wird dabei auf einer Elektrode in der Vakuumapparatur angeordnet. Weiterhin ist es für die Bildung der Schichten erforderlich, dass die verwendeten Kohlenwasserstoffgase nach der Aufspaltung im Plasma einmal Kohlenstoff und zum anderen energiereiche Ionen bilden.

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Art:	Gebrauchsmusteranmeldung 4/8
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Datum:	11.08.2001

Es wird empfohlen, die Abscheidung in einem Hochfrequenzfeld vorzunehmen, um einmal dickere Schichten abzuscheiden und zum anderen die Reproduzierbarkeit des Prozess zu gewährleisten.

Weiterhin sollte zur besseren Haftung des Überzugs, dass Pressblech vorher angeätzt werden. Dieses erfolgt vorzugsweise in derselben Apparatur, in der auch der Überzug abgeschieden wird.

Die Anätzung geschieht durch Kathodenzerstäubung mittels Edelgas, wobei zum Beispiel Argon vorteilhaft ist. Die Einleitung des Edelgases wird unterbrochen, sobald die Gase die für den Überzug verantwortlich sind ( Kohlenwasserstoffe ) eingeleitet werden.

Zur weiteren Verbesserung der Haftfestigkeit des Überzugs an der Pressblechoberfläche, kann eine Zwischenschicht aus Silicium, Siliciumdioxid, Titanoxicarbid nach den bekannten Verfahren, z.B. durch Kathodenzerstäubung, aufgebracht werden.

Es hat sich ebenfalls als Vorteil herausgestellt, dass die Haftfähigkeit des Überzugs durch die vorherige Verchromung der Pressblechoberfläche gesteigert wird. Edelstahlbleche mit einem hohen Chromanteil lassen sich ebenfalls ohne vorherige Zusatzverchromung mit Kohlenstoff und diamantähnlicher Struktur überziehen. Wichtig ist dabei, dass die eingesetzten Metalle gute Carbidbildner sind. Edelstahle mit hohen Nickelanteilen lassen sich entsprechend schlechter beschichten, hier empfiehlt es sich vorher die empfohlenen Zwischenschichten aufzubringen.

Art:	Gebrauchsmusteranmeldung 5/8
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Datum:	11.08.2001

Die Abscheidung bei relativ niedrigen Temperaturen hat sich ebenfalls als Vorteil herausgestellt, da die Metall struktur oder das Metallgefüge, im vorliegenden Fall Edelstahl, nicht beinflusst wird, da die Beschichtungstemperatur deutlich unter der Anlasstemperatur für Stähle liegt. Weiterhin wird das Verwerfen der Pressbleche, wie es bei höheren Temperaturen üblich ist, verhindert.

Ein Beispiel für die Beschichtung mit einer hochabriebfesten Oberfläche des Presswerkzeuges, das als Pressblech, Endlosband oder Presswalze ausgebildet ist, ist nach der Erfindung dadurch gegeben, dass ein Stahlblech der Werkstoff Nr. DIN 1.4006 oder AISI410 zunächst beidseitigt einen Toleranzschliff erhält, um die geforderte Planparallelität herzustellen, danach einen Pflockschliff und eine Politur erhält, um das Blech für die anschließende Strukturierung vozubereiten. Danach wird eine Ätzreserve durch Walzendruck, Siebdruck oder Direktbeschichtung einer Fotoschicht aufgetragen. Das so vorbereitete Pressblech wird dann nach den bekannten Ätzverfahren ( Elysierverfahren- elektrolytischer Metallabtrag, konventionelles Ätzen mit Säuren usw. ) strukturiert. Der Glanzgrad wird anschließend mittels Glasperlen öderen anderen Strahlmedien im Blasverfahren hergestellt. Danach wird das Pressblech mit einer Chromschicht in einem Verchromungsbad überzogen. Die Chromschichtdicke betrug im vorliegenden Fall ca. 20 &mgr;&eegr;&igr;. Auf der Pressblechoberfläche wurde nun eine Kohlenstoffschicht mit diamantähnlicher Struktur und einer Schichtdicke von ca. 2,5 &mgr;&idiagr;&eegr; im Hochvakuum aufgebracht. Die Abscheidung erfolgt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren, aus der Gasphase ( Kohlenwasserstoff) in einem plasmaaktivierten Abscheidungsprozeß. Dem Pressblech wird eine entsprechende Vorspannung von zum Beispiel lOOV Wechselspannung mit einer Frequenz von 25 - 30 MHz angelegt. Nachdem ein Hochvakuum erzeugt wurde, wird zur besseren Haftvermittlung ein Ätzprozess mittels Kathodenzerstäubung mit zum Beispiel

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Art:	Gebrauchsmusteranmeldung 6/8
Bez.:	"Presswerkzeug mit hochabriebfester Oberfläche
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	Oliver Espe
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Datum:	11.08.2001

Argongas bei einem Druck von 0,03 - 0,06 Pa vorgeschaltet. Danach wird das zur Beschichtung benötige Kohlenwasserstoffgas zum Beispiel Äthylen in die Apparatur eingeleitet, gleichzeitig wird die Zuführung von Argon abgeschaltet. Der Gasdruck des Äthylengases betrug 1,0-1,5Pa.

Es wurde ein Pressblech mit einem Überzug von Kohlenstoff mit diamantähnlicher Struktur erzielt, wobei die Oberflächenhärte ca. 3000 HV aufwies. Damit liegt der Überzug in seiner Härte deutlich über den Wert des Aluminiumoxids, welches in den Overlayfilmen eingesetzt wird und es ergaben sich deutlich geringere Abriebwerte im Vergleich zu Presssblechoberflächen die nur verchromt waren.

Die Erfindung wird nachstehend in einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die:

Fig.l eine Pressblechoberfläche aus Chromstahl DIN 1.4006/ AISI410 1 mit dem Überzug aus Kohlenstoff mit diamantähnlicher Struktur 3 und einer Chromschicht 2, die eine Holzporenstruktur 4 aufweist.

Claims (6)

1. Presswerkzeug das als Pressblech, Endlosband oder Presswalze ausgebildet ist, aus Edelstahl besteht, eine gewünschte Oberflächenstruktur aufweist und auf deren Oberfläche sich ein Überzug aus Kohlenstoff befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug auf der Oberfläche festhaftend ist, die Schichtdicke 0,1 µm bis 10 µm beträgt, die Schicht aus Kohlenstoff mit diamantähnlicher Struktur ist und die Oberflächehärte des Überzugs über 1800 HV nach Vickers liegt.

2. Presswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Überzug aus Kohlenstoff mit diamantähnlicher Struktur vorher eine Chromschicht aufgebracht wird.

3. Presswerkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial ein Messingwerkstoff ist.

4. Presswerkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Presswerkzeuges vor dem Auftrag des Überzugs aus Kohlenstoff mit diamantähnlicher Struktur, mit einem Edelgas mittles Kathodenzerstäubung angeätzt wird.

5. Presswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus Titannitrid besteht und im Hochvakuum mittels eines Plasmalichtbogens abgeschieden wird.

6. Presswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus Kohlenstoff mit diamantähnlicher Struktur in einem plasmaaktivierten Abscheidungsprozess aus der Gasphase (chemical vapour deposition) bei niedrigen Temperaturen unter 200°C im Hochvakuum auf der Presswerkzeugoberfläche aufgebracht wird.