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EP2679402B1 - Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur mit einer Wasserstrahlvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur mit einer Wasserstrahlvorrichtung Download PDF

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Publication number
EP2679402B1
EP2679402B1 EP12004788.1A EP12004788A EP2679402B1 EP 2679402 B1 EP2679402 B1 EP 2679402B1 EP 12004788 A EP12004788 A EP 12004788A EP 2679402 B1 EP2679402 B1 EP 2679402B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machining head
surface structure
water
water jet
manufacturing
Prior art date
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Active
Application number
EP12004788.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2679402A1 (de
Inventor
Wolfgang STOFFEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hueck Rheinische GmbH
Original Assignee
Hueck Rheinische GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to EP12004788.1A priority Critical patent/EP2679402B1/de
Application filed by Hueck Rheinische GmbH filed Critical Hueck Rheinische GmbH
Priority to PL12004788T priority patent/PL2679402T3/pl
Priority to ES12004788.1T priority patent/ES2552211T3/es
Priority to RU2014139325A priority patent/RU2014139325A/ru
Priority to US14/378,335 priority patent/US20150064400A1/en
Priority to CA2865974A priority patent/CA2865974C/en
Priority to CN201380021373.0A priority patent/CN104245349A/zh
Priority to KR1020147029551A priority patent/KR20150005927A/ko
Priority to EP13747964.8A priority patent/EP2834077A1/de
Priority to PCT/EP2013/001852 priority patent/WO2014000879A1/de
Publication of EP2679402A1 publication Critical patent/EP2679402A1/de
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    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a surface structure of a workpiece in the form of a metallic press plate, endless belt or a cylindrical embossing roll by means of at least one water jet device with a machining head, and an apparatus for applying the method.
  • Press plates or endless belts are required for the production of material plates, for example wood-based panels, which are provided with a corresponding decor for the furniture industry.
  • Alternative uses are seen in the production of laminate panels or laminate floorboards.
  • the material plates used have, for example, a core, also called a substrate layer, made of MDF or HDF, wherein at least on one side different material layers are applied, which may consist, for example, of a decorative layer and a protective layer (overlay layer).
  • corresponding material supports are usually also provided on the back, so that in a press the material plate can be pressed together using the press plates or endless belts.
  • Hot pressing is preferably used here, since the various material supports are impregnated with pyroplastic resins, for example melamine resin, and thus lead to a fusion with the surface of the core when exposed to heat.
  • the decorative layers used can be structured in this case, for example, a wood or tile decor is printed. Alternatively, structures are used which are artistically designed according to the respective intended use. To improve a lifelike imitation, especially in wood decors, tile decors or natural stone surfaces and to achieve certain gloss levels, the press plates and endless belts are used, which is a negative image having the intended structure.
  • the proposed structure is the three-dimensional topography (called 3D topography in the following) of wood decors, tile decors or natural stone surfaces.
  • a high quality standard is set to the production of the press plates, endless belts or cylindrical embossing rollers, which in particular allows a custom-fit or congruent production with the intended decorative layers.
  • the press plates and endless belts are in this case used as top and bottom tool in short-cycle presses, which are covered with press plates, or double-wall presses in endless belts, at the same time the embossing and heating of the material layers is made so that the pyroplast resins are connected by melting and curing with the core.
  • the embossing rollers are unrolled on the surface of a material plate and also used for structuring.
  • endless belts or embossing rollers are known from the prior art, the method of applying an etching resist with a corresponding structuring on a pretreated metallic surface, a subsequent etching process to produce a first structure on the surface by an etching process, and provide a subsequent removal of the ⁇ tzresistes.
  • This work can vary depending on desired surface quality repeated several times in succession, so that a particularly high depth of impression in the surface of the press plate or endless belt and beyond by coarse and fine structuring the desired pattern image can be achieved.
  • a mask is applied to a pretreated sheet after cleaning by means of a screen printing process and treated by subsequent etching and produces the desired surface structure, wherein the screen printing applied to the large-sized surface and then the sheets are subjected to a full area surface etching. All areas which form the raised surface structures are covered by the applied mask, so that a surface etching can only take place in the areas that can be attacked directly by the etching liquid. The etched areas then form the profile valleys of the desired structure. After the etching has been completed, the surface is cleaned and, in particular, the mask is removed, so that the surface can be subjected to a further tempering process, for example hard chrome plating, by further working operations.
  • a further tempering process for example hard chrome plating
  • a photographic process in which first a photosensitive layer is applied over the entire surface. This must then be exposed according to the intended mask for the production of the surface structure. After that, development of the photo layer is required. In between, extensive rinsing must be carried out so that the surface can be prepared and cleaned for the subsequent work steps. After development of the photo-layer, a mask is formed, which is also called etch stencil or etch resist. The reproducibility of the masks prepared in this way is problematic because the negative or positive for exposure of the photosensitive layer must always be positioned exactly in the same position relative to the photosensitive layer. Multiple exposures and etchings can follow each other, thus creating complex three-dimensional Apply structures to the surface of a press plate or endless belt.
  • thermosetting resin impregnated paper layer in the form of a decorative sheet or overlay paper is put on a base layer and bonded to the base layer by pressing under increased pressure, wherein a plurality of press plates or press films each equipped with a surface structure are to match those of the decor section is used.
  • press films or press plates is not disclosed.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a novel method by which the surface of a pressed part in the form of metallic press plates, endless belts or cylindrical embossing rollers processed while an environmentally friendly and cost-effective technique can be applied.
  • the pressed parts such as press plates, endless belts or embossing rollers
  • the pressed parts are structured with the aid of a water jet, wherein the water jet directly generates the surface structure of the pressed parts to be achieved by partially removing the surface of the pressed parts.
  • This approach has a variety of benefits.
  • this method can be dispensed with an etching process, unless a Nachnierung after production of the surface structure by means of water jet to round the edges is desired.
  • a water jet emitting processing head can be precisely controlled by means of digitized data, so that a nearly identical reproduction of the surface structure can be repeatedly performed.
  • digitized data a 3D topography of a surface structure of a template to provide.
  • the z-coordinate maps the height of the 3D topography as a function of the coordinate pair (x, y).
  • the coordinates x and y span a plane in which the surface to be machined of the pressing part can be arranged.
  • the value pairs (x, y) control the position of the machining head.
  • the propulsion speed of the machining head in the x and / or ⁇ direction By means of the z coordinate assigned to this value pair, the propulsion speed of the machining head in the x and / or ⁇ direction, the water pressure, the irradiation time or the distance between the surface to be processed and the machining head are controlled. From the irradiation time of adjacent points on the pressed part surface, ie adjacent pairs of values (x, y), the advancing speed of the machining head in the x and / or y direction can be determined. Therefore, using the z-coordinate of the digitized 3D topography of the surface structure of a template, the propulsion speed of the processing head can also be controlled. However, it is also possible to control the volume flow of the water with the aid of the z-coordinate.
  • a plurality of machining heads can be used for machining in a coordinate direction in a plane spanned by the x and y coordinates and moved together in the direction of the further coordinate.
  • a tracking of the work table can take place, wherein the machining head of the water jet device or the plurality of processing heads of the water jet device are held stationary.
  • the great advantage of the water jet cutting or surface structuring of metallic or non-metallic workpieces over conventional cutting methods, such as sawing or laser cutting, is the low thermal and mechanical stress on the workpiece to be cut, in particular at the cutting surface.
  • the water jet cutting is a cold cutting process in which the temperature of the cut surface does not significantly exceed a temperature of about 50 ° C.
  • the mechanical stress on the cut surface is comparatively low, since the water jet tears small volume elements out of the workpiece.
  • there is no mechanical stress on larger areas of the cut surface which can result in the formation of cracks or other geometric material defects.
  • the power transmission to the entire cut surface is about five Newton and is thus small compared to the conventional methods.
  • the advantageous properties of the water jet workpiece machining have not been used for the three-dimensional surface structuring of workpieces, in particular pressed parts. Rather, the above-described etching process for surface structuring of workpieces, in particular pressed parts, are used and the disadvantages also listed are accepted.
  • a water jet device for use in the method according to the invention comprises at least one high pressure pump unit, at least one water guide element and at least one machining head with water nozzle.
  • the at least one water-guiding element may be a rigid water-carrying pipe or a flexible water-carrying hose.
  • a stationary machining head has the advantage that it can be fixed rigidly. This can prevent system vibrations from being transmitted from the high-pressure pump unit or the at least one water-guiding element to the at least one machining head, which would result in lower structuring accuracy.
  • a rough patterning of the surface, as well as a fine structuring of the surface can be made, so that an etching process is unnecessary and this needs to be performed only if, for example, resulting edges must also be rounded.
  • Another significant advantage results from the fact that digitized data reproducibility of the surface structure is possible as often as possible and this without complex control measures, with a monitoring activity of the operating staff can be kept to a minimum.
  • Another significant advantage is the renouncement of consuming, costly and polluting etching process to call.
  • a patterning depth of up to 500 ⁇ m can be produced with the method according to the invention.
  • the parameters are propulsion speed of the machining head, water pressure, volume flow, irradiation time or distance between the surface to be machined and the machining head to choose accordingly.
  • the structuring is preferably carried out by controlling the propulsion speed.
  • the water nozzle of the at least one machining head has a distance from the surface to be machined of 1 mm to 5 mm, preferably 1.5 mm to 2.5 mm.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the water jet from the at least one water nozzle at an angle to the plane spanned by an x- and y-coordinate plane to the surface of the workpiece, in particular stamping part, and in particular at an angle of 90 degrees on the structure wall to be produced impinges, or by a pendulum movement of the machining head, a shaping of the surface structure can be achieved, wherein the orientation of the water jet at least temporarily continuously can be varied so that the water jet moves on a conical surface, thus optimally processing the Make existing structure wall.
  • the inclination and / or orientation of the water jet emerging from the processing head varies rapidly with respect to the surface to be processed, whereby shaping of the surface structure, for example in the form of depressions in the surface to be processed, can be achieved.
  • the inventive method further provides that the diameter of the water jet of the at least one water nozzle or water micro-nozzle is set to a value between 0.05 mm and 2.0 mm. As a particularly preferred range of the diameter of the water jet from the at least one water nozzle or water micro-nozzle, the range of 0.10 mm to 0.40 mm can be selected.
  • the emerging water jet expands to approximately twice the size before impinging on the surface to be processed.
  • the at least one machining head is translationally movable along three axes, whereby the machining head can be moved to any position (x, y).
  • the machining head is rotatable about three axes, preferably two axes, thereby advantageously enabling the generation of vertical and inclined sections of the surface structure.
  • the machining head can be arranged on a guide arm, which in turn has at least one translation or rotation axis.
  • the method according to the invention therefore uses a high-pressure pump unit which generates a pressure of 1,200 to 4,100 bar, wherein the pressure can be adapted to the hardness of the material to be processed.
  • a pure water jet may possibly achieve the desired result only at an unsatisfactorily high expenditure of time. Therefore, it is provided in a further embodiment of the invention to use a water jet, which carries an abrasive with it.
  • fine-pored, sharp-edged sand comes into consideration.
  • the use of a water-abrasive jet results in faster material removal.
  • the grains of sand act as abrasives and deburr the machined surface.
  • the structuring accuracy of such a jet is also lower, because the volume elements which are torn out of the workpiece to be machined upon impact of the water-abrasive jet are larger than those torn out using a pure water jet.
  • Corundum is one of the known and proven abrasives, as the grains of the corundum have rather sharp edges than rounded edges. Corundum has the considerable advantage that the grains of the corundum do not lose this advantageous property even after use for water-abrasive jet cutting.
  • the surface structure is subdivided independently of a repeating repeat into subregions, which are each processed sequentially by a water jet device or at least partially processed in parallel by a plurality of water jet devices.
  • the limits of the sub-areas are freely selectable and are preferably determined in such a way that the boundaries coincide with unprocessed areas of the surface in order to avoid possible structural errors.
  • the defined subregions have an edge length of 10 cm to 800 cm, depending on the water jet device used. Edge lengths of 50 cm to 500 cm are particularly preferred.
  • At least individual areas of the surface to be processed are processed several times. For example, successively edited areas may overlap completely or partially.
  • the workpiece to be machined is preferably arranged lying in a water basin.
  • the surface of the workpiece to be machined for example a press plate, is thus under water.
  • the water nozzle of the machining head is placed at a distance of 1 mm to 5 mm from the surface to be machined and is therefore also below the water level in the basin. This can ensure that the heat generated at the interface by friction is dissipated quickly.
  • the reflection of Abrasivstoff-Körnem on the surface to be machined or the backscattering of torn by the water jet or the water abrasive abrasive beam workpiece particles is prevented by the arrangement of machined workpiece and water nozzle below the water level.
  • the safety in the environment of the process implementation is increased while the risk of splashing significantly reduced.
  • the resulting noise level in the implementation of the method is very low.
  • the machining head may further be provided on the surface of the workpiece to be machined, for example, a pressing plate, measuring points, which allow a constant control of the position of the machining head, so that a correction control can be used or an interrupted machining operation can be continued at any time, the machining head accurately can be reset to the last selected position.
  • digitized data of a 3D topography of a surface structure of naturally grown raw materials such as wood surfaces or natural minerals, in particular natural stone surfaces, or artificially produced structures, such as ceramic surfaces
  • the digitized data can be captured by a scanner that uses deflectable mirror technology to faithfully capture the entire 3D topography of a surface texture of an original, or by deflecting the entire 3D topography of a surface texture of a template through at least one mirror Laser beam and the resulting reflections detected.
  • the digitized data may be used to establish a 3D topography of a surface texture of a template in the form of gray scale images.
  • the color scale between white and black is divided into a desired number of intervals. Then each interval is assigned a numerical value. The interval corresponding to the color white or the interval corresponding to the color black is assigned the number zero. The intervals are then consecutively numbered to the opposite end of the color gamut.
  • the z coordinate may then take the numerical values corresponding to the intervals or any multiple thereof and for controlling the propulsion speed of the at least one processing head in the x and / or y direction, the water pressure, the volume flow, the irradiation time or the distance between the surface to be processed and the machining head.
  • the acquired digital data in particular by interpolation and data reduction for controlling the propulsion speed of the at least one processing head in x and / or ⁇ direction, the water pressure, the volume flow, the irradiation time or the distance between the surface to be machined and the Processing head to be converted.
  • a device for carrying out the method according to the invention, which comprises a supporting device for the workpieces to be machined, in particular press plates, at least one water jet device with a machining head and a slide guide for moving the at least one machining head into an arbitrary position within an x- and ⁇ -coordinate spanned level or tracking of a work table relative to a stationary held machining head and independent drive elements for approaching a position (x, y) and a Control unit, which is provided for positional experience of the machining head includes.
  • the device is characterized in that the x and y coordinates are controlled by predefined digitized data of a 3D topography of a surface structure and the z coordinate is used to control the processing head, the z coordinate being the depth of the 3-D coordinate.
  • Topography determined and the preselected distance of 1 to 5 mm between the surface to be machined and machining head is constant and trackable and using the at least one machining head partially removes the surface of a workpiece in the form of a press plate or endless belt.
  • the z-coordinate of the digitized 3D topography of a surface pattern of an original is determined by the device for controlling the propulsion speed of the processing head in the x and / or ⁇ direction, the water pressure, the volume flow, the irradiation time or the distance used between surface to be machined and machining head.
  • the parameters listed above can be used individually or in any combination for control.
  • the device may comprise a machining head or a plurality of machining heads, which are arranged in a coordinate direction in the plane and can be moved together in the direction of the further coordinate.
  • a control unit is provided for positional contact of the at least one machining head.
  • the work table can be tracked in three dimensions by suitable independent drive means.
  • the device is further characterized in that the water jet device with at least one stationarily arranged high-pressure pump unit Connecting lines can comprise a movable machining head with water guide element and a water nozzle.
  • the machining head of the water jet device is trackable at a distance of 1 mm to 5 mm, preferably 1.5 mm to 2.5 mm, from the surface and can be controlled by a control unit. This can be achieved in an advantageous manner that the distance between the machining head and the surface to be machined can be kept constant even with deflections of a large-scale, flexible workpiece or other irregularities. This feature advantageously increases the structuring accuracy of the device.
  • the machining head is guided translationally movable along three axes and about three axes, preferably two axes, rotated or the orientation of the water jet is at least temporarily continuously varied so that the water jet moves on a conical surface.
  • the machining head can also be arranged on a guide arm, which in turn has at least one translation or rotation axis.
  • the machining head of the water jet device can have at least one height and / or one collision protection sensor.
  • the device In the surface structuring particularly hard workpieces, in particular pressed parts, it may, as described above, be advantageous not to use a pure water jet, but a water jet, which carries an abrasive agent with it.
  • a abrasive agent for use in the device especially fine-pored sand comes into question.
  • the device have a closed water circuit with filtering equipment to filter out the abrasive, so that the abrasive is recovered and the water can be reused.
  • the removed workpiece particles and the abrasive grains are to be filtered out of the collected water.
  • the at least one machining head may further be arranged such that the water jet from the water nozzle of the machining head impinges on the surface to be machined at an angle to the plane spanned by the x and y coordinates, it being especially provided that the water jet impinges perpendicularly on the structural wall of a surface structure or makes a pendulum motion to machine lateral surfaces.
  • the apparatus further comprises at least one high pressure pump unit which generates a jet of water at a rate of propagation of up to 1000 meters per second which can be used for structuring without abrasive means.
  • the water nozzle of the machining head of the device is exposed to special loads. This particular when using a water-abrasive jet, but also when using a pure water jet, the water nozzle is exposed to high loads. For this reason, the water nozzle or water micro nozzle of the at least one machining head is at least partially made of monocrystalline or polycrystalline diamond or of a material consisting essentially of Al 2 O 3 . As a result, the life of the water nozzle or water micro jets used is significantly increased. However, even these particularly wear-resistant materials do not prevent the water nozzle from having to be replaced regularly.
  • the device according to the invention has a supporting device, which comprises a flat plane surface which is subdivided into a plurality of partial surfaces.
  • suction means for a vacuum suction which may be suction with a rubber-elastic seal or suction cups, arranged.
  • the workpiece to be machined for example a press plate, can be fixed on the support device and does not slip in vibrations of the entire water jet device or the workpiece due to the acting water or water abrasive beam. It can also be provided to arrange carrying elements such as webs in the water basin, on which the workpiece comes to rest.
  • a press plate, endless belt or a cylindrical embossing roll, obtainable according to one of the inventive method claims using a device according to the invention can be used for pressing and / or embossing of material plates with a lifelike textured surface to a depth of 500 microns.
  • the press plate or endless belt which according to one of the method claims according to the invention using an inventive Device has been prepared, can be used for pressing a material plate, so that an at least partially embossed surface is formed, the embossing coincides with the decorative layer of the material plate.
  • FIG. 1 shows in a cross-sectional view of a workpiece 1, which may be a press plate for pressing materials, which is typically a metallic press plate.
  • a surface 2 to be processed has, prior to processing, a surface roughness 3 which is customary in accordance with the production method.
  • a surface structure 4 is generated by the inventive method, which is defined by raised areas 5 and underlying areas 6 according to the lower partial view distinguished. Both the raised areas 5 and the deeper areas 6 have a fine structure 7.
  • the entire structuring of the surface of the workpiece 1 is in this case produced by means of the method according to the invention, wherein a corresponding removal of the material takes place by appropriate control of a machining head.
  • the FIG. 1 shows here a fine structuring 7 and a roughing, which has been shown schematically for clarity, however, it can be assumed that a depth of up to 500 microns is not exceeded.
  • FIG. 2 shows a plan view of an apparatus 20 for carrying out the method according to the invention.
  • the device consists of a water basin 21, in which a support device 26 is arranged.
  • suction means 27 which may be suction openings with a rubber-elastic seal or suction cups, are arranged.
  • suction means 27 which may be suction openings with a rubber-elastic seal or suction cups.
  • the device further comprises a high-pressure pump unit 22 with connection lines 23. Through the connecting lines 23, the high-pressure pump unit 22 is supplied with water. This may be recovered water, which has been previously used for the surface structuring of the workpiece 1.
  • the water is supplied via a water guide element 24 to a processing head 25.
  • an abrasive agent can be supplied to the processing head 25, which is sucked into it by the water flowing rapidly in the water nozzle, whereby a water-abrasive jet emerges from the water nozzle.
  • two guide rails 29 in the x direction of the machining head 25 is moved in the x direction.
  • a further guide rail 30 in the y-direction which is movably mounted on the guide rails 29 in the x direction, the machining head 25 is moved in the y-direction, which is movable on the Guide rail 30 is arranged in the y direction.
  • each position (x, y) of the surface 2 can be approached by the machining head 25.
  • the ablation depth at the position (x, y) of the surface 2 is controlled according to the invention by the propulsion speed of the machining head 25 in the x and / or y direction, the water pressure, the volume flow, the irradiation time or the distance between the surface 2 and the machining head 25.
  • FIG. 3 shows a plan view of an apparatus 20 for carrying out the method according to the invention.
  • the device consists of a water basin 21, in which support elements 28 are arranged.
  • the support elements 28 may be designed as horizontally oriented webs or vertically oriented plates.
  • the device further comprises a high-pressure pump unit 22 with connection lines 23.
  • a water guide element 24 carries the water from the high-pressure pump unit 22 to the machining head 25. By means of two guide rails 29 in the x direction of the machining head 25 is moved in the x direction.
  • a further guide rail 30 in the y-direction which is movably mounted on the guide rails 29 in the x-direction, the machining head is moved in the y-direction.
  • the machining head 25 is movably mounted on the guide rail 30 in the y-direction.
  • each position (x, y) of the surface 2 can be approached by the machining head 25.
  • an abrasive agent port 31 is also provided in this embodiment of the device.
  • FIG. 4 shows in a perspective view of the embodiments of the Figures 2 and 3 a device 20 for carrying out the method according to the invention.
  • the device consists of a water basin 21. At the water basin 21, two guide rails 29 are arranged in the x direction. A guide rail 30 in the y-direction is movably mounted on the guide rails 29. The machining head 25 is movably mounted on the guide rail 30 in the y-direction, so that each position (x, y) can be approached.
  • two attached to the water tank 21 guide rails in the y-direction and a movably mounted thereto guide rail can be provided in the x direction, wherein the machining head 25 is then movably mounted on the guide rail in the x direction.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur eines Werkstücks in Form eines metallischen Pressbleches, Endlosbandes oder einer zylindrischen Prägewalze mithilfe zumindest einer Wasserstrahlvorrichtung mit Bearbeitungskopf, sowie eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens.
  • Pressbleche oder Endlosbänder werden für die Produktion von Werkstoffplatten, beispielsweise Holzwerkstoffplatten, benötigt, die für die Möbelindustrie mit einem entsprechenden Dekor versehen werden. Alternative Verwendungsmöglichkeiten sind in der Produktion von Laminatpaneelen oder Laminatbodenplatten zu sehen. Die verwendeten Werkstoffplatten weisen beispielsweise einen Kern, auch Substratschicht genannt, aus MDF oder HDF auf, wobei zumindest einseitig verschiedene Materialauflagen aufgelegt werden, welche beispielsweise aus einer Dekorlage und einer Schutzschicht (Overlayschicht) bestehen können. Um einen Verzug der verwendeten Werkstoffplatten zu vermeiden, werden in der Regel auf der Rückseite ebenfalls entsprechende Materialauflagen vorgesehen, sodass in einer Presse die Werkstoffplatte unter Verwendung der Pressbleche oder Endlosbänder miteinander verpresst werden können. Vorzugsweise werden hierbei Heißpressen eingesetzt, da die verschiedenen Materialauflagen mit Pyroplastharzen, beispielsweise Melaminharz, getränkt sind und somit unter Wärmeeinwirkung zu einer Verschmelzung mit der Oberfläche des Kerns führen. Die verwendeten Dekorschichten können hierbei strukturiert sein, wobei beispielsweise ein Holz- oder Fliesendekor aufgedruckt ist. Alternativ werden Strukturen verwendet, welche entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck künstlerisch gestaltet werden. Zur Verbesserung einer naturgetreuen Nachbildung, insbesondere bei Holzdekoren, Fliesendekoren oder Natursteinoberflächen und zur Erzielung bestimmter Glanzgrade, werden die Pressbleche und Endlosbänder eingesetzt, welche eine Negativabbildung der vorgesehenen Struktur aufweisen. Bei der vorgesehenen Struktur handelt es sich um die dreidimensionale Topografie (im Folgenden 3D-Topographie genannt) von Holzdekoren, Fliesendekoren oder Natursteinoberflächen. Die Qualität der hergestellten Werkstoffplatten mit Dekorschicht und Prägemuster reichen hierbei aufgrund einer digitalisierten Drucktechnik und digitalisierten Herstellung der Pressblechoberflächen eine hohe Genauigkeit, welche aufgrund einer passgenauen Ausrichtung einer natürlichen Holzpaneele oder vergleichbarer Materialien sehr nahe kommen. Durch die Einstellung eines bestimmten Glanzgrades wird zudem die Möglichkeit geschaffen, eventuelle Reflektionen oder Schattierungen zu erzeugen, die für einen Betrachter den Eindruck einer natürlichen oder geschliffenen Holzoberfläche oder anderer vergleichbarer Materialien nahe bringen.
  • Zur Erzielung des oben genannten Ergebnisses wird an die Produktion der Pressbleche, Endlosbänder oder zylindrischen Prägewalzen ein hoher Qualitätsstandard gestellt, welcher insbesondere eine passgenaue bzw. deckungskonforme Fertigung mit den vorgesehenen Dekorlagen ermöglicht. Die Pressbleche und Endlosbänder werden hierbei als Ober und Unterwerkzeug in Kurztaktpressen, welche mit Pressblechen belegt sind, oder Doppelwandpressen bei Endlosbändern, eingesetzt, wobei gleichzeitig die Prägung und Erwärmung der Materialschichten vorgenommen wird, sodass die Pyroplastharze durch Aufschmelzen und Aushärten mit dem Kern verbunden werden. Die Prägewalzen hingegen werden auf der Oberfläche einer Werkstoffplatte abgerollt und ebenfalls zur Strukturierung eingesetzt.
  • Zur Herstellung der Pressbleche, Endlosbänder oder Prägewalzen sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, die das Aufbringen eines Ätzresistes mit einer entsprechenden Strukturierung auf eine vorbehandelte metallische Oberfläche, einen nachfolgenden Ätzvorgang, um eine erste Struktur auf die Oberfläche durch einen Ätzprozess zu erzeugen, und ein anschließendes Entfernen des Ätzresistes vorsehen. Dieser Arbeitsvorgang kann je nach gewünschter Oberflächenqualität mehrfach hintereinander wiederholt werden, sodass eine besonders hohe Eindrucktiefe in die Oberfläche des Pressbleches oder Endlosbandes und darüber hinaus durch eine Grob- und Feinstrukturierung das gewünschte Strukturbild erzielt werden kann. Hierzu wird beispielsweise auf ein vorbehandeltes Blech nach erfolgter Reinigung eine Maske mittels eines Siebdruckverfahrens aufgetragen und durch anschließende Ätzung behandelt und die gewünschte Oberflächenstruktur erzeugt, wobei der Siebdruck auf die großformatige Fläche aufgebracht und anschließend die Bleche einer vollflächigen Oberflächenätzung unterzogen werden. Sämtliche Bereiche, welche die erhabenen Oberflächenstrukturen bilden, sind hierbei durch die aufgetragene Maske abgedeckt, sodass eine Oberflächenätzung nur in den Bereichen erfolgen kann, die unmittelbar von der Ätzflüssigkeit angegriffen werden können. Die ausgeätzten Bereiche bilden sodann die Profiltäler der gewünschten Struktur. Nach erfolgter Ätzung wird die Oberfläche gereinigt und insbesondere die Maske entfernt, sodass durch weitere Arbeitsvorgänge die Oberfläche einem weiteren Vergütungsprozess, beispielsweise einer Hartverchromung, unterzogen werden kann.
  • Alternativ besteht die Möglichkeit, ein Fotoverfahren zu verwenden, bei dem zunächst eine fotoempfindliche Schicht vollflächig aufgetragen wird. Diese muss anschließend entsprechend der vorgesehenen Maske zur Herstellung der Oberflächenstruktur belichtet werden. Danach ist eine Entwicklung der Fotoschicht erforderlich. Zwischendurch müssen umfangreiche Spülvorgänge erfolgen, damit die Oberfläche für die nachfolgenden Arbeitsschritte vorbereitet und gereinigt werden kann. Nach Entwicklung der Fotoschicht entsteht so eine Maske, die ebenfalls als Ätzschablone oder Ätzresist bezeichnet wird. Die Reproduzierbarkeit der auf diesem Weg hergestellten Masken ist problematisch, weil das Negativ oder Positiv zur Belichtung der lichtempfindlichen Schicht immer exakt in der gleichen Position relativ zur fotoempfindlichen Schicht positioniert werden muss. Es können mehrere Belichtungs- und Ätzvorgänge aufeinander folgen, um somit komplexe dreidimensionale Strukturen auf die Oberfläche eines Pressbleches oder Endlosbandes aufzubringen. Besonders problematisch ist dies dann, wenn das Negativ oder Positiv zur Belichtung der lichtempfindlichen Schicht direkt auf diese aufgelegt wird und das Negativ oder Positiv nicht an jeder Stelle der fotoempfindlichen Schicht exakt den gleichen Abstand aufweist. Die Reproduzierbarkeit des Aufbringens der Maske ist dabei insbesondere beim Fotoverfahren zur Erzielung einer hohen Abbildungsgenauigkeit nicht immer gewährleistet. Weitere Schwierigkeiten können sich dann ergeben, wenn eine dreidimensionale Struktur durch mehrere hintereinander erforderliche Belichtungs- und Ätzvorgänge erzeugt werden soll und hierzu mehrere Masken nacheinander aufgetragen werden müssen, wobei zwischen jeder Maskenauftragung ein Ätzvorgang erfolgt. Durch die genaue Positionierung und die erforderliche Anzahl von entsprechenden Masken ist somit die Herstellung der Pressbleche bzw. Endlosbänder sehr aufwändig und kostenintensiv. Die Auflösung der Oberflächenstruktur ist hierbei von der aufzutragenden Maske und dem verwendeten Verfahren stark abhängig und zudem sind eine erhebliche Anzahl von Arbeitsschritten erforderlich, wobei insbesondere durch die Größe der Pressbleche bzw. Endlosbänder eine aufwändige Handhabung erforderlich ist.
  • Neuerdings ist man dazu übergegangen, anstelle eines Fotoverfahrens oder eines Siebdruckverfahrens die aufzubringende Maske unmittelbar mit beispielsweise einem Tintenstrahldrucker auf das Pressblech aufzutragen, wobei digitalisierte Daten verwendet werden. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass exakt eine genaue Abbildung mehrmals auf die gleichen Oberflächenbereiche aufgetragen werden kann, sodass eine besonders tiefe Strukturierung, das heißt Ätzung der Oberfläche erfolgen kann. Auch bei diesem Verfahren sind jedoch eine Reihe von Ätzprozessen erforderlich.
  • Allgemein ist die Strukturierung von Oberflächen von Pressblechen mithilfe von Ätzprozessen bezüglich anspruchsvoller Umweltvorschriften und auch eines gesteigerten Umweltbewusstseins des Konsumenten als problematisch anzusehen. Insbesondere bei der Strukturierung der Oberfläche großflächiger Pressteile, wie Pressblechen, Endlosbändern oder Prägewalzen, wie sie bei der Verpressung von großflächigen Werkstoffplatten Anwendung finden, ist dieser Aspekt relevant, da die Ätzbäder entsprechend groß dimensioniert werden müssen. Folglich muss auch ein großes Volumen der zu verwendenden Chemikalien eingesetzt werden. Dies verteuert die Produktion der durch Ätzprozesse hergestellten Pressteile.
  • Aus der EP 1 541 287 A1 ist ein Verfahren zum Gravieren von Schriften, Bildern und Ornamenten bekannt. Hierzu wird ein gebündelter Flüssigkeitsstrahl auf die Oberfläche der zu bearbeitenden Materialien gerichtet. Durch die Einwirkung des Flüssigkeitsstrahls wird Material aus der Oberfläche abgetragen. Eine Gravur wird dadurch erzielt, dass der Gravierkopf mit einer den Flüssigkeitsstrahl ausstoßenden Düse elektronisch gesteuert über die Oberfläche bewegt wird. Das aufgezeigte Verfahren ist lediglich zum Gravieren von kleinflächigen, nicht feinstrukturierten Oberflächen einsetzbar, die aufgrund ihrer Größe keine Probleme bereiten. Soweit aber großformatige Pressbleche mit einem Flüssigkeitsstrahl, insbesondere Wasserstrahl, bearbeitet werden sollen, kann die erforderliche Strukturgenauigkeit zur Herstellung von Pressblechen mit den aufgezeigten Mitteln nicht eingehalten werden.
  • Aus der DE 11 2004 002 175 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dekorativen Laminats mit verbundener Oberflächenstruktur bekannt. Zur Herstellung des Laminats wird eine mit einem wärmehärtenden Harz imprägnierte Papierschicht in Form eines Dekorblattes oder als Overlay-Papier auf eine Basisschicht gelegt und durch Verpressen unter erhöhtem Druck mit der Basisschicht verbunden, wobei eine Vielzahl von Pressplatten oder Pressfolien, die jeweils mit einer Oberflächenstruktur ausgerüstet sind, die mit denen des Dekorabschnittes übereinstimmen soll, verwendet wird. Die Herstellung von Pressfolien oder Pressplatten wird aber nicht offenbart.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren anzugeben, mit dem die Oberfläche eines Pressteils in Form von metallischen Pressblechen, Endlosbändern oder zylindrischen Prägewalzen bearbeitet und dabei eine umweltfreundliche und kostengünstige Technik angewendet werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Verfahrensaufgabe vorgesehen, dass die Herstellung einer Oberflächenstruktur eines Pressteils in Form eines metallischen Pressbleches, Endlosbandes oder einer zylindrischen Prägewalze mithilfe zumindest einer Wasserstrahlvorrichtung mit Bearbeitungskopf erfolgt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    • Bereitstellen und Verwendung von digitalisierten Daten einer 3D-Topografie einer Oberflächenstruktur einer Vorlage,
    • Verwendung der digitalisierten Daten zur Positionssteuerung des wenigstens einen Bearbeitungskopfes in einer durch eine x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene oder Nachführung eines Arbeitstisches, in der durch eine x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene gegenüber eines ortsfest gehaltenen Bearbeitungskopfes,
    • Verwendung der z-Koordinate zur Steuerung des Bearbeitungskopfes, wobei die z-Koordinate die Tiefe der 3D- Topografie der Oberflächenstruktur einer Vorlage abbildet und der vorgewählte Abstand von 1 bis 5 mm zwischen zu bearbeitender Oberfläche und Bearbeitungskopf konstant gehalten wird und nachführbar ist,
    • partielles Abtragen der Oberfläche durch den wenigstens einen Bearbeitungskopf zur Reproduktion einer vorbestimmten 3D-Topographie einer Oberflächenstruktur einer Vorlage oder deren Negativ auf einer Oberfläche eines Werkstücks, wobei die z-Koordinate die Abtragungstiefe bestimmt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Gegenüber den bisher verwendeten Techniken werden die Pressteile, wie Pressbleche, Endlosbänder oder Prägewalzen mithilfe eines Wasserstrahls strukturiert, wobei der Wasserstrahl unmittelbar die zu erzielende Oberflächenstruktur der Pressteile durch partielles Abtragen der Oberfläche der Pressteile erzeugt. Diese Vorgehensweise besitzt eine Vielzahl von Vorteilen. Zunächst ist darauf hinzuweisen, dass mit dieser Methode auf einen Ätzvorgang verzichtet werden kann, es sei denn, dass eine Nachätzung nach Herstellung der Oberflächenstruktur mittels Wasserstrahls zur Abrundung der Kanten gewünscht wird.
  • Darüber hinaus kann ein einen Wasserstrahl abgebender Bearbeitungskopf mittels digitalisierter Daten exakt gesteuert werden, sodass eine nahezu identische Reproduktion der Oberflächenstruktur wiederholt vorgenommen werden kann. Hierzu besteht lediglich die Notwendigkeit, digitalisierte Daten einer 3D-Topografie einer Oberflächenstruktur einer Vorlage zur Verfügung zu stellen. Wenn davon ausgegangen wird, dass kartesische Koordinaten x, y und z verwendet werden, so bildet die z-Koordinate die Höhe der 3D-Topografie als Funktion des Koordinatenpaares (x, y) ab. Die Koordinaten x und y spannen eine Ebene auf, in der die zu bearbeitende Oberfläche des Pressteils angeordnet sein kann. Mithilfe der Wertepaare (x, y) wird die Position des Bearbeitungskopfes gesteuert. Mithilfe der diesem Wertepaar zugeordneten z-Koordinate wird die Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes in x-und/oder γ-Richtung, der Wasserdruck, die Bestrahlungszeit oder der Abstand zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche und dem Bearbeitungskopf gesteuert. Aus der Bestrahlungszeit benachbarter Punkte auf der Pressteiloberfläche, also benachbarter Wertepaare (x, y), kann die Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes in x- und/oder y-Richtung ermittelt werden. Deswegen kann mithilfe der z-Koordinate der digitalisierten 3D-Topografie der Oberflächenstruktur einer Vorlage auch die Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes gesteuert werden. Es kann jedoch auch der Volumenstrom des Wassers mit Hilfe der z-Koordinate gesteuert werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur können mehrere Bearbeitungsköpfe zur Bearbeitung in einer Koordinatenrichtung in einer durch die x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene eingesetzt werden und gemeinsam in Richtung der weiteren Koordinate fortbewegt werden. Alternativ kann eine Nachführung des Arbeitstisches erfolgen, wobei der Bearbeitungskopf der Wasserstrahlvorrichtung oder die mehreren Bearbeitungsköpfe der Wasserstrahlvorrichtung ortsfest gehalten sind.
  • Auf dem Gebiet der Metallbearbeitung ist es bekannt, einen Hochdruckwasser strahl zum Zuschneiden von metallischen Werkstücken zu verwenden. Dabei kommen sehr große metallische Werkstücke in Betracht, die lediglich zugeschnitten werden. Es werden aber auch sehr kleine Metallelemente aus einem größeren Werkstück ausgeschnitten, die zum Beispiel zur Verwendung in einem elektromechanischen Gerät vorgesehen sind. So können zum Beispiel kleine Zahnräder oder Hebelkonstruktionen aus einem metallischen Werkstück ausgeschnitten werden. Die Vorteile der Metallbearbeitung mit einem Hochdruckwasserstrahl werden erfindungsgemäß zur Oberflächenstrukturierung von Pressteilen eingesetzt.
  • Der große Vorteil des Wasserstrahlschneides oder Oberflächenstrukturierens von metallischen oder nichtmetallischen Werkstücken gegenüber herkömmlichen Schneidemethoden, wie Sägen oder Laserschneiden, ist die geringe thermische und mechanische Belastung des zu schneidenden Werkstückes insbesondere an der Schnittfläche. So handelt es sich bei dem Wasserstrahlschneiden um ein kaltes Schneideverfahren, bei dem die Temperatur der Schnittfläche eine Temperatur von ca. 50°C nicht wesentlich übersteigt. Dadurch kommt es zu keinen Materialveränderungen in der Nähe der Schnittfläche aufgrund des Eintrages thermischer Energie. Darüber hinaus ist die mechanische Belastung der Schnittfläche vergleichsweise gering, da der Wasserstrahl kleine Volumenelemente aus dem Werkstück herausreißt. Dadurch kommt es zu keiner mechanischen Belastung größerer Bereiche der Schnittfläche, die die Entstehung von Rissen oder anderen geometrischen Materialfehlern zur Folge haben kann. Bei dem Verfahren des Wasserstrahlschneidens beträgt hingegen die Kraftübertragung auf die gesamte Schnittfläche ca. fünf Newton und ist damit gering im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren. Die vorteilhaften Eigenschaften der Wasserstrahl-Werkstückbearbeitung wurden bisher nicht zur dreidimensionalen Oberflächenstrukturierung von Werkstücken, insbesondere Pressteilen, verwendet. Vielmehr müssen die oben geschilderten Ätzverfahren zur Oberflächenstrukturierung von Werkstücken, insbesondere Pressteilen, herangezogen werden und die ebenfalls aufgeführten Nachteile in Kauf genommen werden.
  • Eine Wasserstrahlvorrichtung zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst zumindest eine Hochdruckpumpeneinheit, wenigstens ein Wasserführungselement und wenigstens einen Bearbeitungskopf mit Wasserdüse. Bei dem wenigstens einen Wasserführungselement kann es sich um ein starres wasserführendes Rohr oder um einen flexiblen wasserführenden Schlauch handeln. Ein ortsfester Bearbeitungskopf hat den Vorteil, dass er starr befestigt werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass Systemschwingungen von der Hochdruckpumpeneinheit oder dem wenigstens einen Wasserführungselement auf den wenigstens einen Bearbeitungskopf übertragen werden, was eine geringere Strukturierungsgenauigkeit zur Folge hätte. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Grobstrukturierung der Oberfläche, aber ebenso eine Feinstrukturierung der Oberfläche vorgenommen werden, sodass ein Ätzvorgang entbehrlich ist und dieser nur dann durchgeführt zu werden braucht, wenn beispielsweise entstandene Kanten zusätzlich abgerundet werden müssen.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich dadurch, dass durch digitalisierte Daten eine Reproduzierbarkeit der Oberflächenstruktur beliebig oft möglich ist und dies ohne aufwändige Kontrollmaßnahmen, wobei eine Überwachungstätigkeit des Bedienungspersonals auf ein Minimum beschränkt werden kann. Als weiterer wesentlicher Vorteil ist der Verzicht auf aufwändige, kostenintensive und umweltbelastende Ätzverfahren zu nennen.
  • In Abhängigkeit der gewünschten Tiefe der auf der Oberfläche des Werkstückes, insbesondere Pressteils, zu bildenden Struktur kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Strukturierungstiefe von bis zu 500 µm erzeugt werden. Dazu sind die Parameter Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes, Wasserdruck, Volumenstrom, Bestrahlungszeit oder Abstand zwischen zu bearbeitender Oberfläche und Bearbeitungskopf entsprechend zu wählen. Vorzugsweise erfolgt die Strukturierung durch Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit. Erfindungsgemäß hat die Wasserdüse des wenigstens einen Bearbeitungskopfes einen Abstand zu der zu bearbeitenden Oberfläche von 1 mm bis 5 mm, vorzugsweise 1,5 mm bis 2,5 mm. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Wasserstrahl aus der wenigstens einen Wasserdüse unter einem Winkel zu der durch eine x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene auf die Oberfläche des Werkstücks, insbesondere Pressteils, auftrifft und dabei insbesondere unter einem Winkel von 90 Grad auf die herzustellende Strukturwandung auftrifft, oder durch eine Pendelbewegung des Bearbeitungskopfes eine Formgebung der Oberflächenstruktur erzielt werden kann, wobei die Orientierung des Wasserstrahls wenigstens zeitweise fortlaufend derart variiert werden kann, dass sich der Wasserstrahl auf einem Kegelmantel bewegt, um somit eine optimale Bearbeitung der vorhandenen Strukturwandung vorzunehmen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Neigung und/oder die Orientierung des aus dem Bearbeitungskopf austretenden Wasserstrahls bezüglich der zu bearbeitenden Oberfläche schnell variiert, wodurch eine Formgebung der Oberflächenstruktur zum Beispiel in Form von Mulden in der zu bearbeitenden Oberfläche erzielt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ferner vor, dass der Durchmesser des Wasserstrahls der wenigstens einen Wasserdüse oder Wassermikrodüse auf einen Wert zwischen 0,05 mm und 2,0 mm eingestellt wird. Als besonders bevorzugter Bereich des Durchmessers des Wasserstrahls aus der wenigstens einen Wasserdüse oder Wassermikrodüse kann der Bereich von 0,10 mm bis 0,40 mm gewählt werden. Der austretende Wasserstrahl weitet sich hierbei ungefähr auf die doppelte Abmessung vor dem Auftreffen auf die zu bearbeitende Oberfläche auf.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Bearbeitungskopf entlang dreier Achsen translatorisch bewegbar ist, wodurch der Bearbeitungskopf an jede Position (x, y) bewegt werden kann. Darüber hinaus ist der Bearbeitungskopf um drei Achsen, bevorzugt zwei Achsen, rotierbar, wodurch vorteilhaft das Erzeugen von vertikalen und schräg verlaufenden Abschnitten der Oberflächenstruktur ermöglicht wird. Darüber hinaus kann der Bearbeitungskopf auf einem Führungsarm angeordnet sein, der seinerseits wenigstens eine Translations- oder Rotationsachse aufweist.
  • Damit das Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur auch bei Pressblechen, Endlosbändern oder zylindrischen Prägewalzen, die aus einem sehr harten Material gefertigt sind, durchgeführt werden kann, ist ein großer Wasserdruck erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet deswegen eine Hochdruckpumpeneinheit, die einen Druck von 1.200 bis 4.100 Bar erzeugt, wobei der Druck an die Härte des zu bearbeitenden Materials angepasst werden kann.
  • Bei der Oberflächenstrukturierung von besonders harten Materialien kann die Verwendung eines reinen Wasserstrahls unter Umständen das gewünschte Ergebnis nur bei einem unbefriedigend hohen Zeitaufwand erzielen. Deshalb ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, einen Wasserstrahl zu verwenden, der ein Abrasivmittel mit sich führt. Dabei kommt insbesondere feinporiger, scharfkantiger Sand in Betracht. Die Verwendung eines Wasser-Abrasivmittel-Strahls hat eine schnellere Materialabtragung zur Folge. Ferner wirken die Sandkörner als Schleifmittel und entgraten die bearbeitete Oberfläche. Allerdings ist die Strukturierungsgenauigkeit eines solchen Strahls auch geringer, denn die Volumenelemente, die bei dem Auftreffen des Wasser-Abrasivmittel-Strahls aus dem zu bearbeitenden Werkstück herausgerissen werden, sind größer als jene, die bei Verwendung eines reinen Wasserstrahls herausgerissen werden. Je nach Härte des Materials, dessen Oberfläche strukturiert werden soll, kann also die eine oder die andere Variante verwendet werden, wobei beispielsweise für eine Grobstrukturierung ein abrasives Mittel verwendet werden kann. Als bekanntes und bewährtes Abrasivmittel gilt unter anderem Korund, da die Körner des Korunds eher scharfe als gerundete Kanten aufweisen. Korund hat dabei den erheblichen Vorteil, dass die Körner des Korundes diese vorteilhafte Eigenschaft auch nach Verwendung zum Wasser-Abrasivmittel-Strahlschneiden nicht verlieren.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung einer Oberflächenstruktur wird die Oberflächenstruktur unabhängig eines sich wiederholenden Rapports in Teilbereiche unterteilt, welche jeweils sequentiell von einer Wasserstrahlvorrichtung bearbeitet werden oder zumindest teilweise von mehreren Wasserstrahlvorrichtungen parallel bearbeitet werden. Dabei sind die Grenzen der Teilbereiche frei wählbar und werden vorzugsweise in der Art festgelegt, dass die Grenzen mit unbearbeiteten Bereichen der Oberfläche zusammenfallen, um eventuelle Strukturfehler zu vermeiden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens haben die festgelegten Teilbereiche in Abhängigkeit von der verwendeten Wasserstrahlvorrichtung eine Kantenlänge von 10 cm bis 800 cm. Dabei sind Kantenlängen von 50 cm bis 500 cm besonders bevorzugt.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden wenigstens einzelne Bereiche der zu bearbeitenden Oberfläche mehrfach bearbeitet. So können zum Beispiel nacheinander bearbeitete Bereiche vollständig oder teilweise überlappen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorzugsweise das zu bearbeitende Werkstück in einem Wasserbecken liegend angeordnet. Die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstückes, beispielsweise eines Pressbleches, befindet sich somit unter Wasser. Die Wasserdüse des Bearbeitungskopfes ist in einem Abstand von 1 mm bis 5 mm von der zu bearbeitenden Oberfläche entfernt angeordnet und befindet sich somit ebenfalls unterhalb des Wasserspiegels in dem Becken. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die an der Schnittfläche durch Reibung erzeugte Wärme zügig abgeführt wird. Darüber hinaus wird die Reflektion von Abrasivmittel-Körnem an der zu bearbeitenden Oberfläche oder das Rückstreuen von durch den Wasserstrahl bzw. den Wasser-Abrasivmittel-Strahl herausgerissenen Werkstückpartikeln durch die Anordnung von zu bearbeitendem Werkstück und Wasserdüse unterhalb des Wasserspiegels unterbunden. Dadurch wird die Arbeitssicherheit in der Umgebung der Verfahrensdurchführung erhöht und gleichzeitig die Spritzgefahr deutlich verringert. Ferner ist dadurch der bei der Durchführung des Verfahrens entstehende Lärmpegel sehr gering.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können ferner auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes, beispielsweise eines Pressbleches, Messpunkte vorgesehen sein, welche eine jederzeitige Kontrolle der Position des Bearbeitungskopfes erlauben, sodass eine Korrektursteuerung einsetzbar ist oder ein unterbrochener Bearbeitungsvorgang jederzeit fortgesetzt werden kann, wobei der Bearbeitungskopf zielgenau auf die zuletzt angewählte Position wieder aufgesetzt werden kann.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden digitalisierte Daten einer 3D-Topographie einer Oberflächenstruktur von natürlich gewachsenen Rohstoffen, wie beispielsweise Holzoberflächen oder natürliche Mineralien, wie insbesondere Natursteinoberflächen, oder künstlich hergestellte Strukturen, wie beispielsweise keramische Oberflächen, als Vorlage verwendet. Die digitalisierten Daten können beispielsweise mithilfe eines Scanners erfasst werden, welcher mithilfe umlenkbarer Spiegeltechnik die gesamte 3D-Topographie einer Oberflächenstruktur einer Vorlage naturgetreu erfasst oder durch Abtasten der gesamten 3D-Topographie einer Oberflächenstruktur einer Vorlage mithilfe eines durch zumindest einen Spiegel umgelenkten Laserstrahls und der hieraus erhaltenen Reflektionen erfasst. Zur Oberflächenstrukturierung können die digitalisierten Daten zur Festlegung einer 3D-Topografie einer Oberflächenstruktur einer Vorlage in Form von Graustufenbildem verwendet werden. Dabei wird die Farbskala zwischen Weiß und Schwarz in eine gewünschte Anzahl von Intervallen unterteilt. Anschließend wird jedem Intervall ein Zahlenwert zugeordnet. Dem Intervall, das der Farbe Weiß entspricht oder dem Intervall, das der Farbe Schwarz entspricht, wird die Zahl Null zugeordnet. Die Intervalle werden dann bis zum gegenüberliegenden Ende der Farbskala fortlaufend durchnummeriert. Die z-Koordinate kann dann die den Intervallen entsprechenden Zahlenwerte oder beliebige Vielfache davon annehmen und zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des wenigstens einen Bearbeitungskopfes in x und/oder y-Richtung, des Wasserdrucks, des Volumenstroms, der Bestrahlungszeit oder des Abstandes zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche und dem Bearbeitungskopf verwendet werden.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, dass die erfassten digitalen Daten insbesondere durch Interpolation und Datenreduktion zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des wenigstens einen Bearbeitungskopfes in x und/oder γ-Richtung, des Wasserdrucks, des Volumenstroms, der Bestrahlungszeit oder des Abstandes zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche und dem Bearbeitungskopf konvertiert werden.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Auflageeinrichtung für die zu bearbeitenden Werkstücke, insbesondere Pressbleche, zumindest eine Wasserstrahlvorrichtung mit Bearbeitungskopf und eine Schlittenführung zur Bewegung des zumindest einen Bearbeitungskopfes in eine beliebige Position innerhalb einer durch x- und γ-Koordinate aufgespannten Ebene oder Nachführung eines Arbeitstisches gegenüber einem ortsfest gehaltenen Bearbeitungskopf sowie unabhängige Antriebselemente zum Anfahren einer Position (x, y) und eine Steuereinheit, welche zur Positionsanfahrung des Bearbeitungskopfes vorgesehen ist, umfasst.
  • Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Ansteuerung der x- und γ-Koordinaten durch vorgegebene digitalisierte Daten einer 3D-Topografie einer Oberflächenstruktur erfolgt und die z-Koordinate zur Steuerung des Bearbeitungskopfes verwendet wird, wobei die z-Koordinate die Tiefe der 3D-Topografie bestimmt und der vorgewählte Abstand von 1 bis 5 mm zwischen zu bearbeitender Oberfläche und Bearbeitungskopf konstant und nachführbar ist und mithilfe des wenigstens einen Bearbeitungskopfes die Oberfläche eines Werkstücks in Form eines Pressbleches oder Endlosbandes partiell abträgt.
  • Gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird die z-Koordinate der digitalisierten 3D-Topografie einer Oberflächenstruktur einer Vorlage von der Vorrichtung zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes in x- und/oder γ-Richtung, des Wasserdruckes, des Volumenstromes, der Bestrahlungszeit oder des Abstandes zwischen zu bearbeitender Oberfläche und Bearbeitungskopf verwendet. Die eben aufgeführten Parameter können einzeln oder in beliebigen Kombinationen zur Steuerung verwendet werden.
  • Die Vorrichtung kann einen Bearbeitungskopf oder mehrere Bearbeitungsköpfe umfassen, die in eine Koordinatenrichtung in der Ebene angeordnet sind und gemeinsam in Richtung der weiteren Koordinate verfahrbar sind. Zur Positionsanfahrung des wenigstens einen Bearbeitungskopfes ist eine Steuereinheit vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Nachführung des Arbeitstisches in drei Dimensionen durch geeignete unabhängige Antriebsmittel erfolgen.
  • Die Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstrahlvorrichtung zumindest eine ortsfest angeordnete Hochdruckpumpeneinheit mit Anschlussleitungen zu einem beweglichen Bearbeitungskopf mit Wasserführungselement und einer Wasserdüse umfassen kann. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Bearbeitungskopf der Wasserstrahlvorrichtung in einem Abstand von 1 mm bis 5 mm, vorzugsweise 1,5 mm bis 2,5 mm, gegenüber der Oberfläche nachführbar und durch eine Steuereinheit steuerbar angeordnet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der zu bearbeitenden Oberfläche auch bei Durchbiegungen eines großflächigen, biegsamen Werkstückes oder anderer Unebenheiten konstant gehalten werden kann. Dieses Merkmal erhöht vorteilhaft die Strukturierungsgenauigkeit der Vorrichtung.
  • In besonderer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Bearbeitungskopf entlang dreier Achsen translatorisch bewegbar geführt wird und um drei Achsen, bevorzugt zwei Achsen, rotiert wird oder die Orientierung des Wasserstrahls wenigstens zeitweise fortlaufend derart variiert wird, dass sich der Wasserstrahl auf einem Kegelmantel bewegt. Der Bearbeitungskopf kann ferner auf einem Führungsarm angeordnet sein, der seinerseits wenigstens eine Translations- oder Rotationsachse aufweist. Darüber hinaus kann der Bearbeitungskopf der Wasserstrahlvorrichtung über zumindest einen Höhen- und/oder einen Kollisionsschutzsensor verfügen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass Unebenheiten und Durchbiegungen eines großflächigen Werkstückes erkannt werden und eine Kollision des Bearbeitungskopfes mit dem zu bearbeitenden Werkstückeinsatz vermieden und andererseits ein konstanter Abstand zur Oberfläche eingehalten wird. Bei der Oberflächenstrukturierung besonders harter Werkstücke, insbesondere Pressteilen, kann es, wie oben beschrieben, vorteilhaft sein, keinen reinen Wasserstrahl zu verwenden, sondern einen Wasserstrahl, der ein abrasives Mittel mit sich führt. Als abrasives Mittel zur Verwendung in der Vorrichtung kommt insbesondere feinporiger Sand in Frage. Hierbei kann die Vorrichtung über einen geschlossenen Wasserkreislauf mit Filteranlagen zum Herausfiltern der abrasiven Mittel verfügen, sodass das Abrasivmittel zurückgewonnen wird und das Wasser wiederverwendet werden kann. Dazu sind die herausgelösten Werkstückpartikel und die abrasiven Körner aus dem aufgefangenen Wasser zu filtern.
  • Bei der Vorrichtung kann der mindestens eine Bearbeitungskopf ferner derart angeordnet sein, dass der Wasserstrahl aus der Wasserdüse des Bearbeitungskopfes unter einem Winkel zu der durch die x- und γ-Koordinate aufgespannten Ebene auf die zu bearbeitende Oberfläche auftrifft, wobei es insbesondere vorgesehen ist, dass der Wasserstrahl senkrecht auf die Strukturwandung einer Oberflächenstruktur trifft oder eine pendelnde Bewegung ausführt, um seitliche Flächen zu bearbeiten.
  • Die Vorrichtung weist ferner zumindest eine Hochdruckpumpeneinheit auf, welche einen Wasserstrahl mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von bis zu 1000 Metern pro Sekunde erzeugt, der zur Strukturierung ohne abrasive Mittel verwendet werden kann.
  • Die Wasserdüse des Bearbeitungskopfes der Vorrichtung ist hierbei besonderen Belastungen ausgesetzt. Dies insbesondere bei Verwendung eines Wasser-Abrasivmittel-Strahls, aber auch bei Verwendung eines reinen Wasserstrahls ist die Wasserdüse hohen Belastungen ausgesetzt. Aus diesem Grunde besteht die Wasserdüse oder Wassermikrodüse des wenigstens einen Bearbeitungskopfes zumindest teilweise aus monokristallinem oder polykristallinem Diamant oder aus einem Material, das im Wesentlichen aus Al2O3 besteht. Dadurch wird die Lebensdauer der verwendeten Wasserdüsen oder Wassermikrodüsen erheblich gesteigert. Gleichwohl verhindern auch diese besonders verschleißfesten Materialien nicht, dass die Wasserdüse regelmäßig ausgetauscht werden muss.
  • Für eine möglichst genaue Bearbeitung der zu bearbeitenden Oberfläche weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auflageeinrichtung auf, welche eine ebene Planfläche, die in eine Vielzahl von Teilflächen unterteilt ist, umfasst. Innerhalb der Teilflächen sind Ansaugmittel für eine Vakuumansaugeinrichtung, bei welchen es sich um Ansaugöffnungen mit einer gummielastischen Dichtung oder Saugglocken handeln kann, angeordnet. Dadurch kann das zu bearbeitende Werkstück, beispielsweise ein Pressblech, auf der Auflageeinrichtung fixiert werden und verrutscht bei Erschütterungen der gesamten Wasserstrahlvorrichtung oder des Werkstückes aufgrund des einwirkenden Wasser- oder Wasser-Abrasivmittel-Strahls nicht. Es kann auch vorgesehen sein, Trageelemente wie zum Beispiel Stege in dem Wasserbecken anzuordnen, auf welchen das Werkstück zu liegen kommt.
  • Ein Pressblech, Endlosband oder eine zylindrische Prägewalze, erhältlich nach einem der erfindungsgemäßen Verfahrensansprüche unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zum Verpressen und/oder Prägen von Werkstoffplatten mit einer naturgetreuen strukturierten Oberfläche bis zu einer Tiefe von 500 µm verwendet werden.
  • Das Pressblech oder Endlosband, welches nach einem der erfindungsgemäßen Verfahrensansprüche unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt wurde, kann zum Verpressen einer Werkstoffplatte verwendet werden, so dass eine zumindest teilweise eingeprägte Oberfläche entsteht, wobei die Prägung mit der Dekorlage der Werkstoffplatte übereinstimmt.
  • Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1
    in einer Querschnittsansicht die Oberfläche eines unbearbeiteten Werkstücks und in einer darunter befindlichen Querschnittsansicht die Oberfläche eines mit einem Wasserstrahl strukturierten Werkstücks,
    Fig. 2
    in einer Draufsicht eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 3
    in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    Fig. 4
    in einer perspektivischen Ansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Figur 1 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Werkstück 1, wobei es sich um ein Pressblech zum Verpressen von Werkstoffen handeln kann, bei welchem es sich typischerweise um ein metallisches Pressblech handelt. Eine zu bearbeitende Oberfläche 2 weist vor der Bearbeitung eine entsprechend dem Herstellungsverfahren übliche Oberflächenrauigkeit 3 auf. Nach erfolgter Vorreinigung des Werkstücks 1 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Oberflächenstruktur 4 erzeugt, welche sich durch erhabene Bereiche 5 und tieferliegende Bereiche 6 gemäß der unteren Teilansicht auszeichnet. Sowohl die erhabenen Bereiche 5 als auch die tieferliegenden Bereiche 6 weisen eine Feinstrukturierung 7 auf. Die gesamte Strukturierung der Oberfläche des Werkstückes 1 wird hierbei mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt, wobei durch entsprechende Steuerung eines Bearbeitungskopfes eine unterschiedliche Abtragung des Materials erfolgt. Die Figur 1 zeigt hierbei eine Feinstrukturierung 7 und eine Grobstrukturierung, welche zur besseren Verdeutlichung schematisch dargestellt wurde, wobei jedoch davon auszugehen ist, dass eine Tiefe von bis zu 500 µm nicht überschritten wird.
  • Figur 2 zeigt in einer Draufsicht eine Vorrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung besteht aus einem Wasserbecken 21, in welchem eine Auflageeinrichtung 26 angeordnet ist. In der Auflageeinrichtung 26 befinden sich Aussparungen, in welchen Ansaugmittel 27, bei welchen es sich um Ansaugöffnungen mit einer gummielsatischen Dichtung oder Saugglocken handeln kann, angeordnet sind. Dadurch kann das Werkstück, dessen Oberfläche 2 bearbeitet werden soll, flächig auf der Auflageeinrichtung 26 fixiert werden. Die Vorrichtung weist ferner eine Hochdruckpumpeneinheit 22 mit Anschlussleitungen 23 auf. Durch die Anschlussleitungen 23 wird die Hochdruckpumpeneinheit 22 mit Wasser versorgt. Dabei kann es sich um rückgewonnenes Wasser handeln, das zuvor bereits für die Oberflächenstrukturierung des Werkstückes 1 verwendet wurde. Das Wasser wird über ein Wasserführungselement 24 einem Bearbeitungskopf 25 zugeführt. Über einen Abrasivmittel-Anschluss 31 kann dem Bearbeitungskopf 25 ein Abrasivmittel zugeführt werden, welches durch das in der Wasserdüse schnell strömende Wasser in diese eingesogen wird, wodurch aus der Wasserdüse ein Wasser-Abrasivmittel-Strahl austritt. Mithilfe zweier Führungsschienen 29 in x-Richtung wird der Bearbeitungskopf 25 in x-Richtung verfahren. Mithilfe einer weiteren Führungsschiene 30 in y-Richtung, die beweglich an den Führungsschienen 29 in x-Richtung gelagert ist, wird der Bearbeitungskopf 25 in y-Richtung verfahren, der beweglich an der Führungsschiene 30 in y-Richtung angeordnet ist. Bei entsprechender Ausgestaltung der Vorrichtung ist es auch möglich, nur eine Führungsschiene in x-Richtung vorzusehen. Durch die Überlagerung der Bewegungen parallel zu den Führungsschienen 28, 29 ist jede Position (x, y) der Oberfläche 2 durch den Bearbeitungskopf 25 anfahrbar. Die Abtragungstiefe an der Position (x, y) der Oberfläche 2 wird erfindungsgemäß durch die Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 25 in x- und/oder y-Richtung, den Wasserdruck, den Volumenstrom, die Bestrahlungszeit oder den Abstand zwischen Oberfläche 2 und Bearbeitungskopf 25 gesteuert.
  • Figur 3 zeigt in einer Draufsicht eine Vorrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung besteht aus einem Wasserbecken 21, in welchem Trageelemente 28 angeordnet sind. Die Trageelemente 28 können als horizontal orientierte Stege oder vertikal orientierte Platten ausgeführt sein. Auf den Trageelementen 28 kommt das Werkstück zu liegen. Die Vorrichtung weist ferner eine Hochdruckpumpeneinheit 22 mit Anschlussleitungen 23 auf. Ein Wasserführungselement 24 führt das Wasser von der Hochdruckpumpeneinheit 22 zu dem Bearbeitungskopf 25. Mithilfe zweier Führungsschienen 29 in x-Richtung wird der Bearbeitungskopf 25 in x-Richtung verfahren. Mithilfe einer weiteren Führungsschiene 30 in y-Richtung, die beweglich an den Führungsschienen 29 in x-Richtung gelagert ist, wird der Bearbeitungskopf in y-Richtung verfahren. Der Bearbeitungskopf 25 ist beweglich an der Führungsschiene 30 in y-Richtung gelagert. Durch die Überlagerung der Bewegungen parallel zu den Führungsschienen 29, 30 ist jede Position (x, y) der Oberfläche 2 durch den Bearbeitungskopf 25 anfahrbar. Um ein Wasser-Abrasivmittel-Strahl verwenden zu können, ist auch bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung ein Abrasivmittel-Anschluss 31 vorgesehen. Die Abtragungstiefe an der Position (x, y) der Oberfläche 2 wird erfindungsgemäß durch die Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 25 in x-und/oder y-Richtung, den Wasserdruck, den Volumenstrom, die Bestrahlungszeit oder den Abstand zwischen Oberfläche 2 und Bearbeitungskopf 25 gesteuert.
  • Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Ausführungsformen aus den Figuren 2 und 3 einer Vorrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung besteht aus einem Wasserbecken 21. An dem Wasserbecken 21 sind zwei Führungsschienen 29 in x-Richtung angeordnet. Eine Führungsschiene 30 in y-Richtung ist beweglich an den Führungsschienen 29 gelagert. Der Bearbeitungskopf 25 ist beweglich an der Führungsschiene 30 in y-Richtung gelagert, so dass jede Position (x, y) angefahren werden kann. Natürlich können auch zwei an dem Wasserbecken 21 befestigte Führungsschienen in y-Richtung und eine beweglich daran gelagerte Führungsschiene in x-Richtung vorgesehen sein, wobei der Bearbeitungskopf 25 dann beweglich an der Führungsschiene in x-Richtung gelagert ist. Diese und weitere äquivalente Ausgestaltungen der Vorrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind durch die in den Figuren 2 bis 4 gegebenen Konkretisierungen nicht ausgeschlossen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Werkstück
    2
    Oberfläche
    3
    Oberflächenrauhigkeit
    4
    Oberflächenstruktur
    5
    erhabener Bereich
    6
    tieferliegender Bereich
    7
    Feinstrukturierung
    20
    Vorrichtung
    21
    Wasserbecken
    22
    Hochdruckpumpeneinheit
    23
    Anschlussleitungen
    24
    Wasserführungselement
    25
    Bearbeitungskopf
    26
    Auflageeinrichtung
    27
    Ansaugmittel
    28
    Trageelement
    29
    Führungsschiene in x-Richtung
    30
    Führungsschiene in y-Richtung
    31
    Abrasivmittel-Anschluss

Claims (29)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) eines Werkstücks (1) in Form eines metallischen Pressbleches, Endlosbandes oder einer zylindrischen Prägewalze, mithilfe zumindest einer Wasserstrahlvorrichtung mit Bearbeitungskopf (25), umfassend die Schritte:
    - Bereitstellen und Verwendung von digitalisierten Daten einer 3D-Topografie einer Oberflächenstruktur,
    - Verwendung der digitalisierten Daten zur Positionssteuerung des wenigstens einen Bearbeitungskopfes (25) in einer durch eine x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene oder Nachführung eines Arbeitstisches in der durch eine x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene gegenüber einem ortsfest gehaltenen Bearbeitungskopf (25),
    - Verwendung der z-Koordinate zur Steuerung des Bearbeitungskopfes (25), wobei die z-Koordinate die Tiefe der 3D- Topografie der Oberflächenstruktur einer Vorlage abbildet und der vorgewählte Abstand von 1 bis 5 mm zwischen zu bearbeitender Oberfläche (2) und Bearbeitungskopf (25) konstant gehalten wird und nachführbar ist,
    - partielles Abtragen der Oberfläche (2) durch den wenigstens einen Bearbeitungskopf (25) zur Reproduktion einer vorbestimmten 3D-Topographie einer Oberflächenstruktur oder deren Negativ auf einer Oberfläche (2) des Werkstücks (1), wobei die z-Koordinate die Abtragungstiefe bestimmt.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die z-Koordinate der digitalisierten Daten der 3D-Topographie zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes (25) oder Nachführung des Arbeitstisches in x- und/oder y-Richtung, des Wasserdruckes, des Volumenstromes oder der Bestrahlungszeit verwendet wird.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere Bearbeitungsköpfe (25) zur Bearbeitung in einer Koordinatenrichtung in einer Ebene eingesetzt werden und gemeinsam in Richtung der weiteren Koordinate fortbewegt werden oder eine Nachführung des Arbeitstisches erfolgt.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wasserstrahlvorrichtung zumindest aus einer Hochdruckpumpeneinheit (22), wenigstens einem Wasserführungselement (24) und wenigstens einem Bearbeitungskopf (25) mit Wasserdüse besteht.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mithilfe der Wasserdüse der Wasserstrahlvorrichtung eine Abtragung der zu bearbeitenden Oberfläche (2) bis zu einer Tiefe von 500 µm erfolgt.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wasserdüse in einem vorgewählten Abstand zu der zu bearbeitenden Oberfläche (2) von 1,5 mm bis 2,5 mm nachgeführt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wasserstrahl aus der Wasserdüse unter einem Winkel zu einer durch die x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene auf die Oberfläche (2) senkrecht auf die herzustellende Strukturwandung auftrifft.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wasserstrahl mithilfe einer Wasserdüse oder Wassermikrodüse auf einen Durchmesser von 0,05 mm bis 2,0 mm oder 0,10 mm bis 0,40 mm einstellbar ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bearbeitungskopf (25) entlang dreier Achsen translatorisch bewegbar geführt wird und um drei Achsen oder zwei Achsen rotiert wird oder die Orientierung des Wasserstrahls durch Steuerung des Bearbeitungskopfes (25) wenigstens zeitweise fortlaufend derart variiert wird, dass sich der Wasserstrahl auf einem Kegelmantel bewegt.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wasserstrahlvorrichtung mit einer Hochdruckpumpeneinheit (22) von 1.200 bis 4.100 Bar eingesetzt wird.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wasserstrahlvorrichtung ohne oder mit abrasivem Mittel betrieben wird.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Oberflächenstruktur (4) unabhängig eines sich wiederholenden Raports in Teilbereiche unterteilt wird, welche jeweils sequentiell von einer Wasserstrahlvorrichtung bearbeitet werden oder zumindest teilweise von mehreren Wasserstrahlvorrichtungen parallel bearbeitet werden, wobei die Teilbereiche einander überlappen können.
  13. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Grenzen der Teilbereiche frei wählbar oder in derart festgelegt werden, dass die Grenzen mit unbearbeiteten Bereichen der Oberfläche (2) zusammenfallen.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die festgelegten Teilbereiche in Abhängigkeit der verwendeten Wasserstrahlvorrichtung eine Kantenlänge von 10 cm bis 800 cm oder 50 cm bis 500 cm aufweisen.
  15. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach Anspruch 12, 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die festgelegten Teilbereiche mit einem Bearbeitungskopf (25) und einer zugehörigen Wasserdüse unter Wasser bearbeitet werden.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf der Oberfläche (2) Messpunkte vorgesehen sind, welche eine jederzeitige Kontrolle der Position des Bearbeitungskopfes (25) erlauben, sodass eine Korrektursteuerung einsetzbar ist oder ein unterbrochener Bearbeitungsvorgang fortgesetzt wird.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
    gekennzeichnet durch die Verwendung von digitalisierten Daten einer 3D-Topographie einer Oberflächenstruktur, die natürlich gewachsenen Rohstoffen, wie Holzoberflächen, oder natürlicher Mineralien, wie Natursteinoberflächen, oder künstlich hergestellter Strukturen, wie keramischer Oberflächen, nachgebildet ist.
  18. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
    gekennzeichnet durch die Verwendung eines 3D-Scanners zur Erfassung der digitalisierten Daten, welcher mithilfe umlenkbarer Spiegel die gesamte 3D-Topographie der Oberflächenstruktur der Vorlage naturgetreu erfasst oder durch Abtasten der gesamten Oberflächenstruktur der Vorlage mithilfe eines durch zumindest einen Spiegel umgelenkten Laserstrahls und der hieraus erhaltenen Reflexionen erfasst, oder gekennzeichnet durch die Verwendung von Graustufenbildern zur Erstellung einer 3D-Topographie einer Oberflächenstruktur.
  19. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (4) nach Anspruch 18,
    gekennzeichnet durch eine Konvertierung der erfassten digitalen Daten durch Interpolation und Datenreduktion zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes (25) in x- und/oder y-Richtung, des Wasserdruckes, des Volumenstromes, der Bestrahlungszeit oder des Abstandes zwischen zu bearbeitender Oberfläche (2) und Bearbeitungskopf (25).
  20. Vorrichtung (20) zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, umfassend zumindest eine Wasserstrahlvorrichtung mit Bearbeitungskopf (25) und einer Schlittenführung auf Führungsschienen (29, 30) zur Bewegung des zumindest einen Bearbeitungskopfes (25) in eine beliebige Position innerhalb einer durch eine x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene oder Nachführung eines Arbeitstisches gegenüber einem ortsfest gehaltenen Bearbeitungskopf (25) sowie unabhängige Antriebselemente zum Anfahren einer Position und eine Steuereinheit, welche zur Positionierung des Bearbeitungskopfes (25) oder des Arbeitstisches vorgesehen ist,
    wobei die Ansteuerung der x- und y- Koordinaten durch vorgegebene digitalisierte Daten einer 3D-Topografie einer Oberflächenstruktur erfolgt und die z-Koordinate zur Steuerung des Bearbeitungskopfes (25) verwendet wird, wobei die z-Koordinate die Tiefe der 3D-Topografie bestimmt und der vorgewählte Abstand von 1 bis 5 mm zwischen zu bearbeitender Oberfläche (2) und Bearbeitungskopf (25) konstant und nachführbar ist und mithilfe des wenigstens einen Bearbeitungskopfes (25) die Oberfläche (2) eines Werkstücks (1) in Form eines Pressbleches oder Endlosbandes partiell abtragbar ist,
    gekennzeichnet durch eine Auflageeinrichtung (26) für die zu bearbeitenden Materialien, wobei die Auflageeinrichtung (26) eine ebene Planfläche aufweist, welche in eine Vielzahl von Teilflächen unterteilt ist und innerhalb der Teilflächen über Ansaugmittel (27) für eine Vakuumansaugeinrichtung verfügt.
  21. Vorrichtung (20) nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die z-Koordinate der digitalisierten der 3D-Topographie einer Oberflächenstruktur zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes (25) oder Nachführung des Arbeitstisches in x- und/oder y-Richtung, des Wasserdruckes, des Volumenstromes, der Bestrahlungszeit oder des Abstandes zwischen zu bearbeitender Oberfläche (2) und Bearbeitungskopf (25) einsetzbar ist.
  22. Vorrichtung (20) nach Anspruch 20 oder 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein oder mehrere Bearbeitungsköpfe (25) in einer Koordinatenrichtung in der Ebene angeordnet und gemeinsam in Richtung der weiteren Koordinate verfahrbar sind.
  23. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 20 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wasserstrahlvorrichtung zumindest aus einer ortsfest angeordneten Hochdruckpumpeneinheit (22) mit Anschlussleitungen (23) zu einem beweglichen Bearbeitungskopf (25) mit Wasserführungselement (24) und wenigstens einer Wasserdüse besteht.
  24. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 20 bis 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bearbeitungskopf (25) der Wasserstrahlvorrichtung in einem Abstand von 1,5 mm bis 2,5 mm gegenüber der Oberfläche (2) nachführbar und durch eine Steuereinheit steuerbar angeordnet ist, und/oder dass der Bearbeitungskopf (25) entlang dreier Achsen translatorisch bewegbar geführt ist und um zumindest zwei Achsen rotierbar ist oder die Orientierung des Wasserstrahls wenigstens zeitweise fortlaufend derart variierbar ist, dass sich der Wasserstrahl auf einem Kegelmantel bewegt.
  25. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 20 bis 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bearbeitungskopf (25) der Wasserstrahlvorrichtung über zumindest einen Höhen- und/oder einen Kollisionsschutzsensor verfügt.
  26. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 20 bis 25,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wasserstrahlvorrichtung mit oder ohne abrasivem Mittel betrieben wird, und/oder über einen geschlossenen Wasserkreislauf mit Filteranlagen zum Herausfiltern der abrasiven Mittel und der abgetragenen Werkstückpartikel verfügt.
  27. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 20 bis 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wasserstrahl aus der Wasserdüse unter einem Winkel zu einer durch die x- und y-Koordinate aufgespannten Ebene auf die zu bearbeitende Oberfläche (2) senkrecht auf die Strukturwandung einer zu bearbeitenden Oberfläche (2) auftrifft.
  28. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 20 bis 27,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wasserstrahlvorrichtung über zumindest eine Hochdruckpumpeneinheit (22) verfügt, die einen Wasserstrahl mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von bis zu 1000 Metern pro Sekunde erzeugt.
  29. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 20 bis 28,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wasserdüse oder Wassermikrodüse des wenigstens einen Bearbeitungskopfes (25) zumindest teilweise aus monokristallinem oder polykristallinem Diamant oder aus einem Material, das im Wesentlichen aus Al2O3 besteht.
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