DE4434765A1 - Beschichtete Druckmaschinenwalzen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Druckmaschinenwalzen, insbesondere
Feuchtwalzen mit einer Beschichtung der gesamten Ballenfläche.
In verschiedenen Bereichen der Anlagentechnik besteht ein Bedarf an
Oberflächen, die leicht mit Wasser benetzbar sein müssen, also
entsprechende hydrophile Eigenschaften aufweisen. In einer
Offsetdruckmaschine hat z. B. das Feuchtwerk die Aufgabe, einen
möglichst dünnen, gleichmäßig geschlossenen Feuchtmittelfilm auf den
Druckplattenzylinder zu übertragen. Der Feuchtmitteltransport in
einem Feuchtwerk erfolgt bei modernen Druckmaschinen z. B. über eine
in einen Wasserkasten getauchte Walze, eine sogenannte
Übertragungswalze und eine daran anschließende Feuchtauftragswalze,
die direkt mit dem Druckplattenzylinder in Kontakt steht. Um mit
einer derartigen Walzenanordnung einen möglichst dünnen,
gleichmäßigen Feuchtmittelfilm auszubilden, sind entsprechend
hydrophile Oberflächeneigenschaften notwendig. Hochwertiger Druck
wird im allgemeinen auf hochwertigen, sehr dichten und festen
Papiersorten durchgeführt und erfordert teilweise
Feuchtmittelfilmdicken auf den Dosierwalzen von weniger als 4 µm.
Drucktechnische Forderungen dieser Art konnten bislang nur erfüllt
werden über die Zugabe von Alkoholen zum Feuchtmittel zur
Reduzierung der Oberflächenspannung. Am häufigsten verbreitet ist
für diese Anwendung Isopropanol und seit neuestem auch verschiedene
Glykole, die als sogenannte Alkoholersatzstoffe auf den Markt
gekommen sind. Eine typische Dosierung von Isopropanol im
Feuchtmittel liegt zwischen 10 und 15 Vol.-%. Diese Konzentrationen
von Alkohol im Feuchtmittel führen in größeren Offsetdruckereien,
insbesondere mit Hochleistungsrollenmaschinen, dazu, daß der
tägliche Alkoholverbrauch an derartigen Maschinen mehrere 100 l
betragen kann. Entsprechend dieser Situation sind aus Gründen des
Umweltschutzes und des Arbeitsschutzes gesetzgeberische Maßnahmen in
Vorbereitung, die eine drastische Reduzierung der Benetzungshilfen
in Feuchtmitteln in Form von Alkoholen oder Alkoholersatzstoffen
fordern. Weiterhin ist davon auszugehen, daß auch in Zukunft die
Qualitätsanforderungen an drucktechnische Erzeugnisse mit Sicherheit
nicht zurückgehen werden, sondern eher noch gesteigert werden. Diese
sich deutlich abzeichnende Konfliktsituation kann mit herkömmlichen
Feuchtwalzenoberflächen mit Sicherheit nicht gelöst werden. Dem
Stand der Technik entsprechend werden insbesondere auf Dosierwalzen
galvanisch abgeschiedene Chromschichten verwendet, die vor ihrem
Einsatz geschliffen und poliert werden. Weiterhin befinden sich in
erheblichem Umfang auch geschliffene und polierte
Edelstahloberflächen im Einsatz, die ebenfalls keine Reduzierung des
Alkoholanteils im Feuchtmittel ermöglichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für
Druckmaschinenwalzen, insbesondere für das Feuchtwerk moderner
Druckmaschinen Walzenoberflächen zu schaffen, die sich durch
besonders hydrophile Eigenschaften auszeichnen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß die entsprechenden Walzenkörper mit einer Beschichtung überzogen
sind, die Aluminiumoxid und Siliziumoxid in Form von Mullit enthält
oder vollständig daraus besteht.
In vorteilhafter Weise ist es möglich, Titanoxid und/oder Chromoxid
dem Material für die Beschichtung beizufügen. In Verbindung mit
einer derartigen Beschichtung ergibt sich für das Feuchtmittel,
selbst bei völliger Alkoholfreiheit, eine außerordentlich gute
Benetzbarket, die sich meßtechnisch in Form einer
Randwinkelbestimmung (Benetzungswaage) feststellen läßt und zu
Randwinkeln, z. B. für destilliertes Wasser, von deutlich unter 30°
führt. Vergleichbare Oberflächenrauhigkeiten vorausgesetzt, zeigt
unter gleichen Bedingungen eine dem Stand der Technik entsprechende
Hartchromschicht einen Randwinkel von nahezu 50° und eine
Edelstahloberfläche einen Randwinkel von nahezu 70°. Die extreme
Benetzbarkeit der erfindungsgemäßen Beschichtung hat zur Folge, daß
sie auch ohne oberflächenentspannende Zusätze von Alkohol oder
Alkoholersatzstoffen im Feuchtmittel zu extrem dünnen und
gleichmäßigen Feuchtmittelfilmen führt.
Mit der erfindungsgemäßen Beschichtung können eine oder mehrere
Walzen der Druckmaschine, insbesondere des Feuchtwerks versehen
werden.
Je nach Konstruktionsart des Feuchtwerkes ist es erfahrungsgemäß
besonders vorteilhaft, die Übertragungswalze zu beschichten.
Da die Walzenkörper in Druckmaschinen im allgemeinen aus Baustählen
ohne besonderen Korrosionsschutz bestehen, hat es sich als
zweckmäßig erwiesen, vor der erfindungsgemäßen Beschichtung mit
Mullit, den Walzenkörper mit einer metallischen Schutzschicht zu
überziehen, die in vergleichsweise hoher Konzentration die Elemente
Nickel, Kobalt, Eisen, Molybdän, Chrom, Aluminium und Yttrium in
beliebiger, dem spezifischen Korrosionsangriff entsprechender
Kombination enthält. Sowohl die metallische Unterschicht, d. h. die
Schutzschicht, als auch die oxidkeramische, erfindungsgemäße
Deckschicht, d. h. die Mullit-Beschichtung, werden vorzugsweise
durch thermisches Spritzen, insbesondere Plasmaspritzen,
aufgetragen. Weitere, für die Herstellung der erfindungsgemäßen
Beschichtung geeignete Verfahren sind die PVD-Verfahren, incl.
Elektronenstrahlbedampfen (EBPVD), die CVD-Verfahren, die
plasmaunterstützten CVD-Verfahren, die galvanischen Verfahren, die
Diffusionsbeschichtungsverfahren aus der Gasphase oder dem Pack, die
Sinterverfahren, die Heißisostatpreßverfahren (Hippen),
Sprengplattieren, und alle Reaktivverfahren, bei denen durch
reaktive Umwandlung aufgebrachter Metallschichten (Al, Si, Titan)
eine Oxidschicht entsteht.
Die metallische Schutzschicht mit gleichzeitiger
Haftvermittlerfunktion wird durch thermisches Spritzen vorzugsweise
in einer Dicke von ca. 0,2 mm aufgetragen, wenn der Walzenkörper aus
nicht korrosionsgeschütztem Baustahl besteht. Bei der Verwendung von
Edelstahlkernen ist eine Schichtdicke der metallischen Schutzschicht
mit reiner Haftvermittlerfunktion von ca. 70 µm ausreichend. Auf
derart beschichtete Walzenkerne wird anschließend die
erfindungsgemäße oxidkeramische Beschichtung mit einer Dicke von ca.
0,25 mm, ebenfalls vorzugsweise durch thermisches Spritzen,
aufgetragen. Eine in der beschriebenen Weise beschichtete
Feuchtwalze, z. B. Dosierwalze, muß in der Folge zur Erzielung ihrer
vollen Funktionstüchtigkeit mit entsprechender Hydrophilie, z. B.
noch durch Maßschleifen und Polieren, auf einen
Oberflächenrauhigkeitswert von Rz µm, vorzugsweise Rz 2 µm,
bearbeitet werden. Da thermisch gespritzte Schichten
verfahrensbedingt immer durch eine gewisse Restporosität
gekennzeichnet sind, die durch den Schleif- und Polierprozeß
geöffnet werden können, hat sich eine porenverschließende
Nachbehandlung als zweckmäßig erwiesen. Als Porenverschlußmittel
sind hydrophile Polymere (z. B. Polyvenylalkohol) geeignet.
Insbesondere ist vorgesehen, die geschliffene, polierte und
versiegelte Feuchtwalze mit der erfindungsgemäßen oxidkeramischen
Funktionsschicht vor ihrem Einbau in eine Druckmaschine mit einem
handelsüblichen Reinigungsmittel, wie z. B. einem Plattenreiniger,
abzureiben. Eine derartige Oberflächenaktivierung führt sofort zur
vollen Ausbildung der hydrophilen Eigenschaften der erfindungsgemäß
beschichteten Feuchtwalze. In diesem Zustand ergibt sich auf der
Walzenoberfläche ein Randwinkel gegenüber dem beim Druckprozeß
einzusetzenden Feuchtmittel (Wasser mit einem Pufferzusatz, der den
pH-Wert bei 5 hält) von deutlich unter 30°.
Die Erfindung wird durch die schematische Zeichnung anhand eines
Ausführungsbeispieles wie folgt veranschaulicht:
Fig. 1 zeigt die Walzenanordnung in einem in Offsetdruckmaschinen
weit verbreiteten Feuchtungssystem,
Fig. 2 zeigt eine Übertragungswalze aus diesem Feuchtungssystem
mit der erfindungsgemäßen Beschichtung,
Fig. 3 zeigt einen Querschliff zur Walzenoberfläche der
Übertragungswalze nach Fig. 2 mit einer Darstellung des
Schichtaufbaus.
Das Feuchtungssystem gemäß der Fig. 1 ist gekennzeichnet durch das
Feuchtmittel 1 (Wasser, schwach sauer gepuffert, pH 5) in einem
Wasserkasten 2, aus dem die gummierte Tauchwalze 3 den
Feuchtmitteltransport zur Übertragungswalze 4 mit dem
erfindungsgemäßen Keramiküberzug transportiert. Durch die
außergewöhnliche Hydrophilie der erfindungsgemäßen Beschichtung auf
der Übertragungswalze 4 ergibt sich dort über der gesamten
Ballenlänge ein dünner, gleichmäßiger Feuchtmittelfilm, der in
dieser Form auf die gummierte Feuchtauftragswalze übertragen und von
dort direkt auf den Druckplattenzylinder 8 weitertransportiert wird.
Die Feuchtauftragswalze 5 steht mit dem Farbwerk über die
Zwischenwalze 6 in Verbindung. Aus Gründen der Vereinfachung ist vom
gesamten Farbwerk nur eine Farbauftragswalze 7 in Fig. 1
dargestellt. In dieser beispielhaften Walzenanordnung führt die
Beschichtung der Übertragungswalze 4 mit der erfindungsgemäßen
Keramikschicht dazu, daß ohne den zur Zeit typischen
Isopropanolgehalt im Feuchtmittel von 10-15 Vol. % mit gleicher
Qualität wie bisher gedruckt werden kann. Dies hat für den Betrieb
der Druckmaschine nicht nur zur Konsequenz, daß kostengünstiger
produziert werden kann, sondern es werden auch die für
Druckereibetriebe typischen hohen Emissionswerte für
Kohlenwasserstoffe am Arbeitsplatz (MAK-Werte) und dem Abwasser
drastisch gesenkt.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf eine Walzenanordnung wie in
Fig. 1, sondern sie ist überall anwendbar, wo aus technischen
Gründen eine besondere hydrophile Oberflächeneigenschaft gefordert
wird.
In Fig. 2 und 3 ist die mit der erfindungsgemäßen Beschichtung
versehene Übertragungswalze aus Fig. 1 dargestellt. Der Walzenkörper
9 kann aus beliebigen Materialien, wie z. B. Baustählen oder
rostfreien, höher legierten Stählen, hergestellt sein. Der
Querschliff durch die erfindungsgemäße Beschichtung ist
gekennzeichnet durch den Walzenkörper 9, dessen Oberfläche z. B.
durch Abrasivstrahlen aufgerauht ist. Auf diese aufgerauhte
Walzenkörperoberfläche ist eine haftvermittelnde und vor Korrosion
schützende Unterschicht 10, z. B. durch thermisches Spritzen,
aufgetragen. Die Rauhigkeit dieser Schicht 10 mit ihren
Hinterschneidungen an der Oberfläche bietet für die eigentliche
Funktionskeramik 11, der erfindungsgemäßen Mullit-Beschichtung, die
Gewähr für ausreichende Haftung. Die Funktionskeramik 11 weist bei
Aufbringung durch thermisches Spritzen Restporen 12, die über der
Schichtdicke gleichmäßig verteilt vorliegen, auf. Diese Poren 12 in
der Funktionskeramik 11 können wie vorgehend beschrieben versiegelt
sein.
Die Funktionskeramik 11 ist vor ihrem Einsatz an der Oberfläche 13
durch Schleifen und Polieren bis auf einen Rauhigkeitswert von Rz
2.0 µm geglättet worden. Weiterhin ist es möglich, die Oberfläche 13
vor ihrem Einsatz in der Druckmaschine mit einem handelsüblichen
Plattenreiniger zu aktivieren. In diesem aktivierten Zustand ist es
möglich, auf der gesamten Ballenfläche z. B. einer
Übertragungswalze, mit der erfindungsgemäßen Beschichtung einen
gleichmäßigen Feuchtmittelfilm von z. B. nur 4 µm auch ohne
Isopropanol im Feuchtmittel zu erzielen, so daß ein fehlerfreier
hochwertiger Druck ohne Feuchtmittelriß auch im Dauerbetrieb
erreicht wird. Die Schichtdicke der Unterschicht 10 kann zwischen
50 µm und 1 mm schwanken, da sie auch gleichzeitig zur maßlichen
Korrektur des Walzenkörperdurchmessers mit herangezogen werden kann.
Die Schichtdicke der Funktionskeramik 11 schwankt je nach Anwendung
zwischen 0,1 mm und 1,0 mm.
Claims (22)
1. Druckmaschinenwalze, insbesondere Feuchtwalze mit einer
Beschichtung (11) der gesamten Ballenfläche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie Aluminiumoxid und Siliziumoxid in Form
von Mullit zumindest enthält.
2. Druckmaschinenwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (11) Titanoxid und/oder Chromoxid enthält.
3. Druckmaschinenwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (11) durch thermisches Spritzen
aufgetragen ist.
4. Druckmaschinenwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (11) auf einer Unterschicht (10)
aufgebracht ist, die die Elemente Nickel und/oder Kobalt
und/oder Eisen und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder
Aluminium und/oder Yttrium enthält.
5. Druckmaschinenwalze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterschicht (10) durch thermisches Spritzen
aufgetragen ist.
6. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) eine Dicke
von 0,1 mm-1,0 mm, vorzugsweise 0,5 mm, aufweist, während die
Unterschicht (10) eine Dicke von 0,05 mm-1,0 mm aufweist.
7. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) eine
Oberflächenrauhigkeit von Rz 4 µm, vorzugsweise Rz 2 ,0 µm,
aufweist.
8. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) eine PVD-Schicht ist (Physical Vapour
Deposition).
9. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) eine EBPVD-Schicht ist
(Elektronenstrahl bedampfen).
10. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) eine CVD-Schicht ist (Chemical Vapour
Deposition).
11. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) eine Plasma-CVD-Schicht ist
(Plasmaunterstütztes CVD).
12. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) durch ein galvanisches Verfahren aufgetragen
sind.
13. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) durch ein Diffusionsbeschichtungsverfahren
aufgetragen sind.
14. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) durch ein Sinterverfahren aufgetragen sind.
15. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) durch ein Heißisostatpreßverfahren (Hippen)
aufgetragen sind.
16. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) und/oder die
Unterschicht (10) durch Sprengplattieren aufgetragen sind.
17. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) durch ein
Reaktivverfahren aufgetragen ist, bei dem durch reaktive
Umwandlung vorher aufgebrachter Metallschichten aus Aluminium
und Silizium und/oder Titan und/oder Chrom eine Oxidschicht
entsteht.
18. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Beschichtung
(11) nach dem Beschichtungsvorgang durch Schleifen und/oder
Polieren geglättet ist.
19. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) zur
Verringerung der Porosität mit einem porenverschließenden
Mittel versiegelt ist.
20. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) nach dem
Beschichtungsvorgang bis zu einer Rauhtiefe Rz 1,5 µm
bearbeitet ist.
21. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Beschichtung
(11) vor ihrem Einsatz in der Druckmaschine mit einem
schwachsauren Reinigungsmittel, wie z. B. Plattenreiniger
aktiviert ist.
22. Druckmaschinenwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) so ausgeführt
ist, daß sie gegenüber einem für den Druckprozeß einzusetzenden
Feuchtmittel auch ohne jeglichen Gehalt an Isopropanol und/oder
Alkoholersatzstoff einen Benetzungswinkel kleiner als 30°
aufweist.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4434765A DE4434765A1 (de) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Beschichtete Druckmaschinenwalzen |
| DE59506636T DE59506636D1 (de) | 1994-09-29 | 1995-09-23 | Beschichtete Druckmaschinenwalzen |
| EP95114989A EP0709190B1 (de) | 1994-09-29 | 1995-09-23 | Beschichtete Druckmaschinenwalzen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4434765A DE4434765A1 (de) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Beschichtete Druckmaschinenwalzen |
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| DE4434765A1 true DE4434765A1 (de) | 1996-04-04 |
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ID=6529478
Family Applications (2)
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| DE4434765A Withdrawn DE4434765A1 (de) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Beschichtete Druckmaschinenwalzen |
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|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE59506636D1 (de) | 1999-09-23 |
| EP0709190A1 (de) | 1996-05-01 |
| EP0709190B1 (de) | 1999-08-18 |
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