-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, bei denen ein kontrolliertes Abtropfen von Flüssigkeiten gewährleistet werden soll, wie z. B. bei einer Tauchwalze in einer Druckmaschine.
-
Hintergrund
-
Abtropfkanten sind im Stand der Technik bekannt und werden in der Praxis immer dort eingesetzt, wo eine Flüssigkeit, die beispielsweise eine im Wesentlichen senkrecht zur Schwerkraft angeordnete Oberfläche benetzt, passiv, d. h. durch die Schwerkraft getrieben, kontrolliert an einer bestimmten Stelle der Vorrichtung zum Abtropfen gebracht werden soll. So soll verhindert werden, dass die hinter der Abtropfkante angeordnete Oberfläche in Kontakt mit der Flüssigkeit kommt.
-
Außerdem kann die abtropfende Flüssigkeit gezielt unter der Abtropfkante gesammelt werden.
-
Abtropfkanten werden üblicherweise an Oberflächen angebracht, die z. B weitgehend senkrecht zur Richtung der Schwerkraft angeordnet sind, und die zumindest zeitweise mit einer Flüssigkeit benetzt sind, die man in kontrollierter Art von dieser Oberfläche abtropfen möchte. Abtropfkanten haben üblicherweise eine V-Form, also eine spitzwinklige Kante, von der zwei Flanken abgehen, wobei die Spitze bzw. Kante in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist. Die Flüssigkeit wandert entlang der Flanke zur Kante der Abtropfkante. Da sich die Flüssigkeit nach Erreichen der Kante auf der gegenüberliegenden Flanke entgegen der Schwerkraft bewegen müsste, bildet sich an der Kante ein Tropfen, der dann an der Abtropfkante abfällt.
-
Abtropfkanten werden vorwiegend bei feststehenden Flächen, z. B. in der Bautechnik, zum Schutz gegen Wasser verwendet. Bei rotierenden Systemen, z. B. bei Druckmaschinen mit Tauchwalzen, sind Abtropfkanten nicht bekannt, es werden üblicherweise andere Lösungen angewendet. Grund dafür ist, dass bei rotierenden Systemen eher ein Flüssigkeitsfilm erzeugt wird, da durch die Oberflächenspannung die Flüssigkeit in Drehrichtung mitgenommen und somit gestreckt wird. Dadurch bildet sich zunächst kein Tropfen aus. Erst wenn ein genügend großer Flüssigkeitswulst aufgebaut ist, findet ein Abtropfen statt, weshalb herkömmliche, einkomponentige Abtropfkanten oft nicht ausreichend sind. Häufig kann dann das Problem auftreten, dass die Benetzung der Oberfläche auch über die Spitze der Abtropfkante hinaus erfolgt, und die Flüssigkeit so auch in Kontakt mit Oberflächen gelangt, die vor der Flüssigkeit geschützt werden sollen. Im Fall von Druckmaschinen kann sich dann die überschüssige Farbe von der Tauchwalze oder Übertragungswalze bis in die Lagerungen in der Druckmaschine ausbreiten, wodurch häufige Wartungen notwendig werden.
-
Aus diesem Grund werden bei Tauchwalzen anstatt Abtropfkanten üblicherweise Abstreifer eingesetzt, die direkt an den Stirnseiten der Walzen angreifen und die überschüssige Farbe in die Tauchwanne zurückleiten. Diese Abstreifer haben den Nachteil, dass sie recht aufwendige Konstruktionen notwendig machen, da der Kontakt zwischen Abstreifer und Walze sichergestellt sein muss, und auch die Abstreifer recht wartungsintensiv sind. Außerdem können durch Verschleiß der Abstreifer, die meist aus weichem Kunststoff ausgebildet sind, Partikel oder Abrieb in die Farbwanne gelangen. Tauchwalzen mit Abstreifern sind z. B. beschrieben in der
DE 19860334 oder der
DE 1249885 .
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Abtropfkante, die z. B. auch in rotierenden Systemen eingesetzt werden kann.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Nach der Lehre der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 9, eine Walze nach den Ansprüchen 10 bis 14 und eine Verwendung einer Vorrichtung mit einer zweikomponentigen Abtropfkante nach Anspruch 15 sowie durch eine Druckmaschine nach Anspruch 16.
-
Im Einklang mit der vorliegenden Lehre wird in eine Vorrichtung aufweisend eine Oberfläche offenbart, die von einer Flüssigkeit benetzbar ist, und die eine zweikomponentige Abtropfkante aufweist. Die zweikomponentige Abtropfkante wird gebildet durch einen V-förmigen Vorsprung auf der Oberfläche mit einer Kante, die in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist und zwei davon wegführenden Flanken. Beide Flanken bestehen aus unterschiedlichen Materialien. Die erste Flanke, die zur flüssigkeitsbenetzten Oberfläche ausgerichtet ist, kann dann gegenüber der Flüssigkeit ein attraktives Verhalten aufweisen, während die zweite Flanke gegenüber der Flüssigkeit ein repulsives Verhalten aufweisen kann. Attraktiv bedeutet eine gute Benetzbarkeit, während repulsiv als schlechter benetzbar definiert ist. Die erste Flanke ist besser benetzbar mit der Flüssigkeit als die zweite Flanke der zweikompentigen Abtropfkante.
-
Die Benetzbarkeit einer Oberfläche mit einer bestimmten Flüssigkeit ist abhängig von den Oberflächenspannungen der beteiligten Stoffe, also dem Material der Flanken und der Flüssigkeit. Allgemein gilt, dass ein Material mit einer höheren Oberflächenspannung oder einer Oberflächenspannung ungefähr gleich der Flüssigkeit besser benetzbar ist, als ein Material mit einer niedrigeren Oberflächenspannung als die Flüssigkeit. Materialien, deren Oberflächenspannung größer gleich der der Flüssigkeit ist, zeigen ein attraktives Verhalten gegenüber der Flüssigkeit und sind als gut benetzbar anzusehen. Materialien, deren Oberflächenspannung kleiner ist als die der Flüssigkeit, zeigen ein repulsives Verhalten gegenüber der Flüssigkeit und sind als nicht gut benetzbar anzusehen.
-
Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit sollte daher kleiner oder ungefähr gleich der Oberflächenspannung der ersten Flanke und größer als die Oberfächenspannung der zweiten Flanke sein.
-
Methoden zur Bestimmung der Benetzbarkeit sind dem Fachmann bekannt, z. B. Kontaktwinkeluntersuchungen.
-
Das Material der ersten Flanke weist also eine höhere Oberflächenspannung auf als das Material aus dem die zweite Flanke gebildet wird. Da eine Abtropfkante als Schutz gegenüber einem unerwünschten Flüssigkeitskontakt eingesetzt wird, wird die zweikomponentige Abtropfkante so auf der Oberfläche angeordnet, dass die erste Flanke, welche besser benetzbar ist, zu der flüssigkeitsbenetzten Oberfläche ausgerichtet ist, während die zweite Flanke, welche schlechter benetzbar ist, auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, bei der der Flüssigkeitskontakt vermieden werden soll.
-
Die Grenze zwischen den beiden Materialien verläuft auf der Kante der Abtropfkante. Die Kante ist vorzugsweise geradlinig ausgebildet. Die Oberflächen der Flanken können eben ausgebildet sein. Die Oberflächen der Flanken können aber auch gebogen ausgebildet sein.
-
Wenn die Oberfläche mit Flüssigkeit benetzt wird, wird sich diese Flüssigkeit zunächst bis zur Spitze, bzw. Kante der Abtropfkante ausbreiten. An der Kante wird sich getrieben von der Schwerkraft eine Tropfenbildung ergeben. Zusätzlich zur Schwerkraft wird hier die Tropfenbildung noch durch den Materialwechsel an der Kante der Abtropfkante gefördert, da das Material, aus dem die zweite Flanke der Abtropfkante gebildet ist eine niedrigere Oberflächenspannung aufweist und damit ein repulsives Verhalten gegenüber der Flüssigkeit zeigt.
-
Die offenbarungsgemäße Vorrichtung kann auch in Form eines rotationssymmetrischen Körpers ausgebildet sein, bei dem die zweikomponentige Abtropfkante zirkulär um den rotationssymmetrischen Körper, z. B. einen Zylinder und nach außen gerichtet angeordnet ist. Auch während der Zylinder rotiert, wird durch die zweikomponentige Ausführung der Abtropfkante das kontrollierte Abtropfen der Flüssigkeit gewährleistet.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Materialien, aus denen die erste Flanke der zweikomponentigen Abtropfkante gebildet wird, d. h. Materialien mit einem attraktiven Verhalten gegenüber der benetzenden Flüssigkeit, also mit einer höheren Oberflächenspannung, z. B. Eisen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polymethylmethacrylat, Polyethylen, Polyvinychlorid, Polyoxymethylen, Polystyrol oder Stahl aufweisen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Materialien, aus denen die zweite Flanke der zweikomponentigen Abtropfkante gebildet wird, d. h. Materialien mit einem repulsiven Verhalten gegenüber der benetzenden Flüssigkeit, d. h. mit niedrigerer Oberflächenspannung, z. B. Polypropylen, Paraffinwachs, Epoxidharz oder Teflon aufweisen.
-
In einer Ausführungsform kann die zweikomponentige Abtropfkante mit einer ersten Flanke aus Stahl und einer zweiten Flanke aus Teflon ausgebildet sein.
-
Die Flanken der zweikomponentigen Abtropfkante können einen Winkel zwischen 20–120° bilden, bevorzugt einen Winkel zwischen 20 und 60°. Dabei können die Winkel, in denen die Flanken zur Oberfläche stehen, asymmetrisch ausgebildet sein. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die zweite Flanke einen kleinen Winkel zur Schwerkraft ausbildet, damit sich die Flüssigkeit möglichst wenig daran hochziehen kann. Je spitzer der Winkel, desto effektiver ist die Abtropfwirkung.
-
Die Höhe der Abtropfkante, d. h. der Abstand der Kante der Abtropfkante von der Oberfläche, ist abhängig von den Dimensionen der Oberfläche. Die Abtropfkante kann z. B. eine Höhe von 4–20 mm aufweisen.
-
Die Breite der Abtropfkante auf der Oberfläche ergibt sich aus dem Winkel der Kanten und der Höhe der Abtropfkante. Wenn die Abtropfkante eine Höhe von 4–20 mm und aufweist, und der Winkel zwischen 20–120° liegt, kann die Breite z. B. 3–20 mm betragen.
-
In einer Ausführungsform wird eine Walze zur Übertragung von Flüssigkeiten mit einer offenbarungsgemäßen Abtropfkante bereitgestellt. Solche Walzen werden z. B. in Druckmaschinen verwendet, bei denen Farbe aus einer Farbwanne durch eine Tauchwalze auf eine Aufnahmewalze übertragen wird, welche dann wiederum die Farbe auf den zu bedruckenden Gegenstand aufdruckt.
-
Die erfindungsgemäße Walze besteht aus einem Übertragungszylinder, der an den beiden Längsenden mit Verbindungsstücken versehen ist. Der Übertragungszylinder ist in Betrieb teilweise in eine Flüssigkeit, z. B. Farbe, eingetaucht, oder er übernimmt die Flüssigkeit von einer weiteren Walze. Der Übertragungszylinder kann einen relativ großen Durchmesser aufweisen. Auf jeden Fall muss der Durchmesser größer sein als der der Verbindungstücke, damit diese nicht in das Flüssigkeitsbad eintauchen. Er kann z. B. einen Durchmesser von 8–50 cm aufweisen, vorzugsweise zwischen 10 und 25 cm.
-
Die Verbindungsstücke sollen nicht in die Flüssigkeit eingetaucht sein oder in Kontakt mit der flüssigkeitsliefernden Walze kommen. Deshalb müssen sie einen geringeren Durchmesser aufweisen als der Übertragungszylinder. Sie dienen zur Befestigung des Übertragungszylinders in der Lagerung und zur Verbindung mit dem Antrieb eines Drehmotores, z. B. einer Druckmaschine, der den Übertragungszylinder in Rotation versetzt. Die Verbindungsstücke müssen einen Durchmesser aufweisen, der eine mechanische Stabilität gegen ein Durchbiegen oder ein Brechen der Walze gewährleistet. Der Durchmesser der Verbindungsstücke kann z. B. zwischen 4 und 12 cm betragen.
-
Die Verbindungstücke der offenbarungsgemäßen Walze weisen jeweils zumindest eine zweikomponentige Abtropfkante auf, die zirkulär um das Verbindungsstück angeordnet ist. Dabei ist die zweikomponentige Abtropfkante so an dem Verbindungsstück angeordnet, dass die Flanke bestehend aus dem Material mit der attraktiven Eigenschaft, also das Material mit der höheren Oberflächenspannung, in Richtung des Übertragungszylinders angeordnet ist, und die Flanke bestehend aus dem Material mit der repulsiven Eigenschaft, also der niedrigeren Oberflächenspannung, in Richtung der Enden der Walzen angeordnet ist, so dass eine Ausbreitung der Flüssigkeit, z. B. der Farbe, in die Lagerungen der Druckmaschine verhindert wird.
-
Die Flanken der zweikomponentigen Abtropfkante können einen Winkel zwischen 20 und 120° bilden. Dabei kann die erste Flanke flacher ausgebildet sein, als die zweite Flanke.
-
Die Höhe der Abtropfkante, d. h. der Abstand der Kante der Abtropfkante von der Oberfläche, ist abhängig von den Dimensionen der Oberfläche. Die Abtropfkante kann z. B. eine Höhe von 4–20 mm aufweisen.
-
Die Breite der Abtropfkante auf der Oberfläche ergibt sich aus dem Winkel der Kanten und der Höhe der Abtropfkante. Sie kann z. B. 3–30 mm betragen.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Vorrichtung mit einer zweikomponentigen Abtropfkante gemäß einem der Ansprüche 2 bis 14 zur Herstellung einer wartungsarmen Übertragungswalze für eine Druckmaschine.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Druckmaschine aufweisend eine Walze gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der offenbarungsgemäßen Abtropfkante.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer zirkulär um einen Zylinder angeordneten Abtropfkante
-
3: zeigt eine schematische Darstellung einer offenbarungsgemäßen Walze
-
4 zeigt schematisch die Verwendung einer offenbarungsgemäßen Walze in einer Druckmaschine.
-
Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt schematisch den Aufbau der Vorrichtung mit einer zweikomponentigen Abtropfkante, die an der Unterseite eine senkrecht zur Schwerkraft ausgerichteten Oberfläche (1) angebracht ist. Die zweikomponentige Abtropfkante wird aus einer ersten Flanke (19) und einer zweiten Flanke (20) gebildet, die in der Kante (18) zusammentreffen, die in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist. Die erste Flanke (19) ist an der Seite der Oberfläche, die mit Flüssigkeit (5) benetzt ist, angeordnet. Die erste Flanke (19) ist aus einem Material gefertigt, das ungefähr die gleiche Oberflächenspannung wie die benetzende Flüssigkeit (5) aufweist, oder eine größere Oberflächenspannung als die Flüssigkeit (5). Die zweite Flanke (20) ist aus einem Material gebildet, dass eine kleinere Oberflächenspannung aufweist, als das Material aus dem die erste Flanke (19) gebildet ist. Die Oberflächenspannung des für die zweite Flanke (20) verwendeten Materials ist vorteilhaft auch kleiner, als die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, mit der die Vorrichtung in Kontakt kommt. Die Flüssigkeit (5) breitet sich auf der Oberfläche (17) und der ersten Flanke (19) aus. Sobald die Flüssigkeitsfront die Kante (18) erreicht, bildet sich durch die Umkehr der Richtung der Oberfläche entgegen der Richtung der Schwerkraft und zusätzlich durch das repulsive Verhalten der zweiten Flanke (20) gegenüber der Flüssigkeit ein Tropfen, der an der Kante der Abtropfkante der Oberfläche abtropft.
-
2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum kontrollierten Ableiten von Flüssigkeiten mit einer rotationssymmetrischen Oberfläche in Form eines Zylinders. An die zylinderförmig ausgebildete Oberfläche ist eine zweikomponentige Abtropfkante angeordnet, gebildet durch eine Kante, die konzentrisch zu der Oberfläche ausgebildet und nach außen ausgerichtet ist, und mit einer ersten und einer zweiten von der Kante wegführenden Flanke, wobei die erste Flanke an die flüssigkeitsbenetzbare Oberfläche anschließt und eine höhere Oberflächenspannung aufweist als die zweite Flanke. Die beiden Flanken weisen jeweils die Form eines Kegelstumpfes auf. In der dargestellten Ausführungsform wird die zweite Flanke (4) durch den Klemmring (10) fixiert.
-
3 zeigt eine offenbarungsgemäße Walze, wie sie z. B. als Tauchwalze in einer Druckmaschine verwendet werden kann. Der Übertragungszylinder, der unter Betrieb in die Farbe eintaucht, weist an beiden Enden jeweils ein Verbindungteil (7) auf. Die Tauchwalze wird im Betrieb z. B. mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 15 Umdrehungen pro Minute gedreht. Die Farbe benetzt dann nicht nur den Mantel des Zylinders, sondern wandert während des Betriebes auch auf die Oberfläche der Verbindungsteile (7). Ausgehend von dem Übertragungszylinder in Richtung des Endes des Verbindungsteiles sind an dem Verbindungsteil zunächst vorteilhaft eine erste und eine zweite einkomponentige Abtropfkante (8, 9) angeordnet. Diese können aus dem Material des Verbindungsteiles selbst ausgebildet sein, z. B. aus Stahl oder aus Eisen. Diese einkomponentigen Abtropfkanten (8, 9) haben eine Höhe von 5 mm und an der Oberfläche des Verbindungsteils eine Breite von circa 4 mm. Zur Verbesserung des Abtropfverhaltens sollte der Winkel möglichst spitz gewählt werden, wobei zur Vermeidung von Schnittverletzungen bei der Reinigung ein Minimalwinkel sinnvoll ist. Der Winkel, der von den beiden Flanken der Vorabtropfkante gebildet wird, kann z. B. 40° betragen. Da die Walze in Betrieb rotiert, ist die vollständige Absperrung der Flüssigkeit, bei Verwendung der Walze in einer Druckmaschine eine vollständige Absperrung der Farbe, gegenüber den Lagern nicht gewährleistet. Aus diesem Grund ist nach diesen einkomponentigen Vorabtropfkanten noch eine erfindungsgemäße zweikomponentige Abtropfkante angeordnet.
-
Die erste Flanke der Abtropfkante wird aus dem Material des Verbindungsteiles (7) gebildet, in diesem Fall aus Stahl. Die beiden Flanken der zweikomponentigen Abtropfkante bilden in diesem Fall einen Winkel von 97° aus, wobei die erste Flanke (3) im Verhältnis zur Achse der Verbindungsteils vorteilhaft flacher ausgebildet ist als die zweite Flanke (4). Die zweite Flanke (4) besteht aus einem Teflonring, der direkt an der ersten Flanke (3) angebracht und durch den Klemmring (10) fixiert wird. Mit den Lagerungen (11) kann die Walze z. B. in einer Druckmaschine eingebaut werden.
-
In 4 wird schematisch die Verwendung der offenbarungsgemäßen Walze im Zusammenhang mit 3 beschriebenen Tauchwalze (15) in einer Druckmaschine gezeigt. Einzelne Elemente der Darstellung von 3 sind dabei im Hinblick auf eine übersichtlichere Darstellung weggelassen. Die Tauchwalze (15) ist zum Teil in ein Tauchbad (14) eingetaucht, aus dem sie die Farbe aufnimmt und auf die Druckwalze (13) überträgt.
-
Die Tauchwalze (15) ist über die Verbindungsteile (7) und den Lagerungen (11) in der Druckmaschine (16) fixiert und mit dem Drehmotor (12) verbunden. Durch die Anordnung der Abtropfkanten wird die Farbe überhalb des Tauchbades abgetropft und kann nicht in die Lagerungen und den Motor kriechen. Eine erfindungsgemäße Druckmaschine ist deshalb weniger wartungsintensiv.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Oberfläche
- 2
- Kante
- 3
- Erste Flanke
- 4
- Zweite Flanke
- 5
- Flüssigkeit
- 6
- Übertragungszylinder
- 7
- Verbindungsteile
- 8
- Einkomponentige Vorabtropfkante
- 9
- Einkomponentige Vorabtropfkante
- 10
- Klemmring
- 11
- Lagerung
- 12
- Drehmotor
- 13
- Druckwalze
- 14
- Tauchbad
- 15
- Tauchwalze
- 16
- Druckmaschine
- 17
- Benetzbare Oberfläche
- 18
- Kante
- 19
- Erste Flanke
- 20
- Zweite Flanke
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19860334 [0006]
- DE 1249885 [0006]