Komprimierbare Walze für Druckzwecke Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte, elasti sche, in sich zusammendrückbare oder volumen-kompri- mierbare, sich nicht verzerrende Walzen.
Die heute allgemein im Gebrauch befindlichen Wal zen, insbesondere beim Drucken verwendete Walzen, sind aus Gummi oder Kunststoff verschiedener Härtegrade hergestellt. Diese Gummi- oder Kunststoffwalzen werden häufig in Vebindung mit einer anderen Walze, im allgemeinen einer nichtelastischen Walze, wie einer Stahl walze, angewendet. Bei Gebrauch der Walze wird von der Stahlwalze so viel Druck auf die Gummiwalze ausgeübt, dass die gewünschte Kontakt- oder Quetschflä- che zwischen den Walzen erhalten wird.
Gummi ist jedoch im wahren Sinne des Wortes kein komprimier- bares Material, da sein Volumen nicht verringert werden kann, d.h. es kann in keinen kleineren Raum als den ursprünglichen gepresst werden, sondern fliesst ähnlich wie eine Flüssigkeit. Es ist jedoch elastisch und hat die Fähigkeit, nach Aufheben der das Fliessen hervorrufen den Kraft in seinen ursprünglichen Zustand zurückzu kehren. Wenn man auf Gummi einen Druck ausübt, weicht das Gummi von der Stelle der Druckanwendung nach verschiedenen Richtungen aus, wodurch es verzerrt oder deformiert wird, ohne sein Volumen wesentlich zu ändern, und eine andere Form als die ursprüngliche vor Anwendung des Druckes annimmt.
Wenn eine Walze aus Gummi mit einer zweiten Walze in Kontakt gebracht wird, führt diese Nichtkomprimierbarkeit zur Bildung von Wellen oder Ausbeulungen an der Berührungsstelle der Walzen und einer Veränderung des Umfanges der Gummiwalze. Diese Ausbeulung des Gummis an der Berührungsstelle und die damit verbundene Veränderung des Walzenumfanges führt zu einer Veränderung der Oberflächengeschwindigkeit der Walze an der Berüh rungsstelle, wodurch sich Wärme entwickelt, die zu einer Ausdehnung der Gummiwalze um 2 bis 3%, zur Bildung statischer Elektrizität und, in Fällen, wo ein Material wie Papier zwischen den Walzen hindurchgeführt wird, zu einer Beschädigung und möglicherweise einem Reissen des Materials führen kann.
Die ebenfalls elastischen Kunststoffmaterialien weisen die gleichen Nachteile auf.
Diese Nachteile der Gummiwalzen treten insbesonde re bei Druckvorgängen, beispielsweise beim Tiefdruck, in Erscheinung. Beim Tiefdruckverfahren wird eine Pa pierbahn zwischen der Gravurwalze und einer Gummi druckwalze hindurchgeführt. Die Stahlwalze übt dabei auf die Gummiwalze so viel Druck aus (meistens zwi schen 17,8 und 31,2 kg pro cm), dass die gewünschte Kontaktfläche (auch als Druckbreite oder Quetschfläche bezeichnet) erhalten wird, welche bis zu 1,3 cm betragen kann. Zur Erzielung verhältnismässig grosser Kontakt flächen wird ein weicheres Gummimaterial verwendet, wodurch der Verzerrungsgrad der Gummiwalze noch erhöht wird.
Die durch die Verzerrung der Gummiwalze auftretenden Geschwindigkeitsveränderungen werden auf das Papier übertragen, was zu einer Verzerrung des Druckes und häufig sogar zum Reissen der Papierbahn führt. Die dabei auftretenden Reibungskräfte erzeugen verhältnismässig hohe Temperaturen, welche schädlich für die physikalischen Eigenschaften des Gummis sind, so dass die Walze schneller unbrauchbar wird. Bei Auftragwalzen wird ausserdem die Druckfarbe durch die hohe Temperatur so dünn, dass die Qualität des Druckes beeinträchtigt wird.
Beim Buchdruck werden Teile der Gravierung dadurch, dass das weiche Gummimaterial leicht um das Objekt herumfliesst (deformiert wird), anstatt unter seinem Druck komprimiert zu werden, nicht so exakt wie gewünscht reproduziert.
Unter der Bezeichnung elastisch wird in der vorlie genden Beschreibung verstanden, dass sich das Material deformieren lässt und bei Aufhebung der deformieren den Kräfte schnell wieder seine ursprüngliche Form und Grösse annimmt. Es wurde nun gefunden, dass man eine Walze her stellen kann, bei der die genannten Nachteile geringer sind, und es wird demzufolge mit der vorliegenden Erfindung eine für Druckzwecke geeignete komprimier- bare Walze vorgeschlagen, welche durch einen nichtela stischen, nichtkomprimierbaren zylindrischen Kern und mindestens eine diesen umgebende Schicht oder Lage aus einem volumen-komprimierbaren (wie nachstehend defi niert) elastischen porösen Material gekennzeichnet ist.
Wegen der leichteren Herstellung der Walzen, insbe sondere in bezug auf die Verbindung der Enden der Schicht, werden vorzugsweise zwei Lagen verwendet. Mit volumen-komprimierbar ist gemeint, dass das Volumen des Materials unter Druck verringert wird, d. h. das Material ist stabil, und es findet beim Zusammendrücken ausser in direkter Richtung des aus geübten Druckes keine wesentliche Bewegung statt.
Das für die erfindungsgemässen Walzen verwendete volumen- komprimierbare Material besitzt diese Eigenschaft auf grund einer zellförmigen Struktur; es kann dadurch in seiner Struktur zusammengedrückt werden und wird am elastischen Fliessen gehindert, d.h. beim Zusammendrük- ken findet im wesentlichen keine Seitwärtsbewegung oder Seitwärtskriechen wie beim Gummi statt. Da die Walzen häufig in sehr schnellen Arbeitsvorgängen eingesetzt werden, müssen sie sich sehr schnell erholen; vorzugswei se gewinnen sie im wesentlichen sofort nach Aufhebung der ausgeübten Kraft ihre ursprüngliche Dicke bis auf höchstens 2a/0 zurück.
Das volumen-komprimierbare Material der vorliegen den Erfindung besteht vorzugsweise aus einer porösen Faserbahn, die mit einem elastomeren Material imprä gniert ist. Die Faserbahn kann gewebt oder nichtgewebt sein, wobei eine nichtgewebte Bahn bevorzugt wird. Die Fasern können aus natürlichem Material, z.B. einem Cellulosematerial, oder einem synthetischen Material, z.B. Nylon oder Kunstseide, bestehen. Das bevorzugte Material ist Baumwoll-Linters.
Die imprägnierte Faserbahn weist demnach eine Vielzahl von sehr gleichmässig verteilten, untereinander verbundenen, kleinen Leerräumen oder Lufträumen auf, die vorzugsweise von einer zähen, verstärkten Faser- Gummi-Struktur umgeben sind. In diese Lufträume kann das sie umgebende Material bei Druckanwendung aus weichen, so dass kein Fliessen der Gesamtmasse erfor derlich ist und bei Verminderung der Dicke keine Druckerhöhung stattfindet. Das die Leerräume umgeben de Material wirkt auf der anderen Seite wie viele, fast mikroskopisch kleine Federn, die gegen die Oberfläche der Bahn zurückdrücken.
Eine für Druckzwecke geeigne te imprägnierte Faserbahn besitzt vorzugsweise minde stens etwa 37% Restporosität bei 0,1 mm Kompres sion.
Von der Porosität, welche bei einem gegebenen Kompressionsgrad noch in der Bahn verbleibt, d.h. der Restporosität , hängt es ab, ob die Bahn erforderlichen falls noch weiter zusammengedrückt werden kann, um Unregelmässigkeiten des Papiers und der Anlage auszu gleichen, ohne dass dies zu einer ungleichmässigen örtli chen Erhöhung des Druckes führt. Die Restporosität bei 0,1 mm Kompression wurde als Mass für die Wirksam keit der imprägnierten Faserbahn gewählt. Bahnen mit geringerer Restporosität als 37% können dort Verwen dung finden, wo mit besonders hohem Druck gearbeitet wird.
Bei den erfindungsgemässen Walzen sind verhält- nismässig hohe Porositätsgrade im komprimierbaren Ma terial erwünscht, beispielsweise 50 70 und mehr, so dass die Walze mit geringerem Druck um einen bestimmten Grad zusammengedrückt werden kann. Ein höherer Kompressionsgrad, der bei einem gegebenen Druck eine grössere Kontaktfläche ergibt, wird bei entsprechend höherer Porosität erreicht.
Vorzugsweise besitzt die Bahn auch einen bestimmten Festigkeitsgrad, d.h. einen be stimmten Kompressionswiderstand, so dass zumindest ein bestimmter Mindestdruck auf das Material ausgeübt werden muss, um den im allgemeinen beim Drucken angewendeten Kompressionsgrad zu erzielen. Die Festig keit der Bahn aus komprimierbarem Material ist im vorliegenden Fall durch den Druck definiert, der auf das Material ausgeübt werden muss, um seine ursprüngliche Dicke um 0,05 mm zu verringern, d.h. eine Anfangskom pression von 0,05 mm zu erzielen. Die bevorzugte Festig keit ist die, bei der ein Druck von mindestens 0,7 kg/cm 2 auf die Bahn ausgeübt werden muss, um eine Anfangs kompression von 0,05 mm zu erzielen.
Eine als komprimierbares Material für die erfin- dungsgemässen Walzen besonders geeignete Form der imprägnierten Faserbahn ist in der USA-Patentschrift Nr. 3 147 698 beschrieben, nach welcher man ein kompri- mierbares Material dadurch herstellt, dass man eine stark poröse Filzfaserbahn mit einer Lösung oder wässrigen Dispersion eines elastomeren Materials imprägniert und die imprägnierte Bahn anschliessend unter Bedingungen härtet, bei denen eine Verdichtung vermieden und ein hoher Porositätsgrad aufrechterhalten wird. Die Kompri- mierbarkeit der fertigen imprägnierten Bahn beruht auf dem grossen Luftvolumen in derselben.
Da diese Bahn ohne wesentliche Vergrösserung ihrer seitlichen Abmes sungen in der Dicke zusammengedrückt werden kann, ist sie volumen-komprimierbar. Diese Bahnen haben die bevorzugte Restporosität von mindestens 37% und eine Festigkeit von mindestens 0,7 kg/cm?.
Die zu verwendende Menge an Imprägnierungsmittel hängt in erster Linie von der in der fertigen imprägnier ten Bahn gewünschten Porosität und Festigkeit und von allgemeinen praktischen Überlegungen ab. Mit den ge genwärtig erhältlichen Produkten kann man die erforder liche Elastizität erreichen, wenn in der imprägnierten Bahn, bezogen auf das Gewicht der Faserkomponente der Bahn, etwa 60 Gew.% Imprägnierungsmittel-Feststoff zugegen sind. Gegebenenfalls kann zur Erhöhung der Elastizität der Bahn auch eine grössere Menge Imprä gnierungsmittel verwendet werden. Die obere Grenze der Menge an Imprägnierungsmittel ist nur durch die Not wendigkeit, in der Bahn einen hohen Porositätsgrad aufrechtzuerhalten, und durch die praktischen Grenzen des Imprägnierungsvorganges selbst gesetzt.
Es wurden Materialien mit geeigneter Porosität hergestellt, in wel chen das Imprägnierungsmittel, bezogen auf das Faser trockengewicht in der Bahn, in einer Menge von 140 Gew.% enthalten war. Diese Menge kann gegebenen falls noch weiter erhöht werden, solange die Restporosi- tät der Bahn über der bevorzugten Mindesthöhe von 3770 liegt.
Als Imprägnierungsmittel kann jedes kautschukartige Polymere in Lösung oder wässriger Dispersion verwendet werden, beispielsweise Naturkautschuk oder jeder be kannte synthetische Kautschuk wie Isopren- oder Buta- dienpolymere oder -copolymere, Neopren, Thiokol oder Polyacrylate. Das kautschukartige Polymere muss im allgemeinen vulkanisiert oder durch Zusatz eines harzar tigen Materials modifiziert werden, um seine Zähigkeit, Elastizität und Beständigkeit gegen Lösungsmittel zu erhöhen.
Zum Modifizieren oder Verstärken des kaut- schukartigen Polymeren haben sich die Phenol-, Harn stoff-, Melamin- und Epoxyharze als am vorteilhaftesten erwiesen. Die zuzusetzende Harzmenge hängt von der Art des verwendeten Imprägnierungsmittels und Harzes und vom Grad der für das imprägnierte Material ge wünschten Zähigkeit ab. Der Zusatz zu grosser Harz mengen führt jedoch zur Versprödung der Bahn. Um der imprägnierten Faserbahn die erforderliche Elastizität zu verleihen, muss die Kautschuk-Harz-Kombination im wesentlichen gummiartige Eigenschaften haben; dabei scheint die obere Grenze der Harzmenge, die ohne Zerstörung der gummiartigen Natur des Imprägnierungs mittels zugesetzt werden kann, bezogen auf das Gesamt gewicht von Kautschuk und Harz, bei etwa 30% zu liegen.
Gegebenenfalls können die Imprägnierungsmittel zur Erhöhung ihrer Elastizität auch mit anderen Modifi- zierungs- oder Vernetzungsmitteln versetzt werden, oder es können Polymere mit hohem Zähigkeits- und Elastizi tätsgrad ohne weitere Modifikation verwendet werden.
Vorzugsweise ist das komprimierbare Material auf seiner Aussenfläche mit einem dünnen kontinuierlichen Schutzüberzug versehen, um eine Beschädigung des Ma terials durch Abrieb oder mit der Walze in Berührung kommende Lösungsmittel oder Druckfarben zu verhin dern. Um die Auswirkung des Oberflächenüberzuges auf die Kompressionseigenschaften der Walze so gering wie möglich zu halten, wird ein nur sehr dünner Überzug verwendet. Im allgemeinen ist dieser Überzug unter 0,75 mm und vorzugsweise 0,125 bis 0,25 mm dick.
Als Oberflächenüberzug kann jedes geeignete elasto- mere Material verwendet werden, soweit es die für die vorgesehene Verwendung der Walze erforderlichen Eigenschaften besitzt. Die Oberflächenschicht hat im allgemeinen die Form eines mit der Aussenfläche des komprimierbaren Teiles verklebten Filmes, jedoch kann sie auch als Überzug aus einer Lösungsmittellösung oder einer wässrigen Dispersion aufgebracht werden.
Ebenso kann der Oberflächenüberzug auch in Form eines schrumpfbaren Polymeren in Schlauchform aufge bracht werden, welcher über die Walze gezogen und dann durch Erwärmen geschrumpft wird. Derartige schrumpf bare Polymere sind dem Fachmann bekannt. Als Ober flächenüberzüge geeignete Materialien sind synthetische Kautschukmassen wie Butadien-Acrylnitril- und Buta dien-Styrol-Acrylnitril-Copolymere, Vinylpolymere wie Polyvinylchlorid, Epoxyharze und Polyurethane.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das komprimierbare Material durch eine Zwischen schicht aus sehr schmiegsamen, komprimierbaren, zellen förmigen, elastischen Material wie Schaumgummi oder -kunststoff von dem nichtelastischen Kern getrennt. Wie bereits oben näher erläutert wurde, wären derartige Materialien als alleiniges Walzenmaterial völlig ungeeig net, da sie nicht dimensionsbeständig sind und sich leicht verzerren. Wenn man sie jedoch bei Walzen in Verbin dung mit einer dimensionsbeständigen, volumen-kompri- mierbaren Aussenschicht verwendet, werden Walzen er halten, welche bei verhältnismässig geringem Druck, z.B.
bis zu 1,8 kg pro cm, insbesondere 0,045 bis 0,71 kg pro cm, ohne Verzerrung verhältnismässig grosse Kontaktflä chen ergeben. Durch die wirklich komprimierbare und dimensionsbeständige Aussenschicht wird die normaler weise verzerrbare innere Schicht stabilisiert, d.h. der komprimierbare Teil verhindert eine Seitwärtsbewegung oder ein Seitwärtsfliessen der Innenschicht.
Für diese Ausführungsform der Walzen haben sich als Innenschicht insbesondere Naturschaumgummi, Zell- neopren und schmiegsame Polyurethanschäume als geeig net erwiesen, wobei Naturgummi wegen seines schnellen Erholvermögens bevorzugt wird. Schaumgummi und -kunststoffe mit den verschiedensten Eigenschaften sind leicht erhältlich. Der Schaumstoff wird in bezug auf seine Eigenschaften im Hinblick auf die beabsichtigte Verwen dung der Walze ausgewählt. Vorzugsweise beträgt die Komprimierbarkeit des Schaumstoffes 0,14 bis 1,4 (zum Zusammenpressen von 1 cm2 um 25% in der Dicke erforderliche Kraft in kg). Bei einer besonders bevorzug ten Ausführungsform wird ein Schaumgummi mit einer Komprimierbarkeit von 0,45 bis 0,63 verwendet.
Es ist allgemein gebräuchlich, weichere Gummisorten zu verwenden, wenn eine verhältnismässig grosse Kon taktfläche zwischen den Walzen bei verhältnismässig geringem Druck erhalten werden soll. Mit grösserer Weichheit des Gummimaterials ist jedoch ein Abfall im Erholvermögen sowie eine Verzerrung des Gummis ver bunden. Mit der oben beschriebenen Ausführungsform bei welcher das volumen-komprimierbare dimensionsbe ständige Material über einem verhältnismässig unbestän digen, stark komprimierbaren und elastischen Material liegt, können Walzen hergestellt werden, die jede ge wünschte Kontaktfläche ergeben, ohne dass sie an Elasti zität einbüssen oder Verzerrungen unterworfen sind, wie es bei Gummiwalzen gefunden wurde.
Unter Druck wird das innere Schaumstoffmaterial um den gewünschten Grad zusammengedrückt, so dass bei niedrigem Druck die gewünschte Kontaktfläche erzielt wird, während der äussere, wirklich komprimierbare Teil die Schaumstoff schicht stabilisiert und eine Verzerrung verhütet und gleichzeitig eine gleichmässige Kontaktfläche liefert.
Die erfindungsgemässen Walzen weisen bei Gebrauch im allgemeinen eine Verzerrung von weniger als l% auf, gemessen durch die Geschwindigkeit an der Berührungs stelle bei Antreiben der Walze mit einer nichtelastischen Walze des gleichen Durchmessers. Weiterhin werden mit den erfindungsgemässen Walzen Druckbreiten oder Kon taktflächen von 0,32 bis 2,5 cm bei Drücken von 0,045 bis 35,7 kg pro cm erhalten; bei Verwendung einer sehr schmiegsamen elastischen Zwischenschicht wird eine Kontaktfläche von mindestens 0,32 cm häufig bei Drük- ken von 0,045 bis 0,71 kg pro cm erzielt.
Bei langen Walzen mit verhältnismässig kleinem Durchmesser (häufig als Auftragwalzen verwendet) wer den Materialien verwendet, die eine Kontaktfläche bei verhältnismässig geringem Druck (z.B. 0,357 bis 0,715 kg pro cm) liefern, da derartige Walzen sich bei verhältnis- mässig hohem Druck biegen und dadurch die Lager beschädigen und einen ungleichmässigen Kontakt mit der Antriebswalze ergeben.
Daher sind die erfindungsgemäs- sen Walzen insbesondere für diese Zwecke geeignet, weil die gewünschte Druckbreite bei sehr geringem Druck erzielt wird und ein Biegen der Walzen weitgehend oder vollständig verhütet wird.
Die erfindungsgemässen Walzen können dadurch her gestellt werden, dass man auf eine Welle oder einen Kern aus nichtelastischem Material mindestens eine Schicht und vorzugsweise mindestens zwei Schichten aus einem volumen-komprimierbaren Material aufbringt, welches mindestens auf einer Seite mit einem Klebstoff, vorzugs weise einem Vulkanisierklebstoff, beschichtet ist.
Um eine glatte und im wesentlichen runde Walze zu erhalten, wird der komprimierbare Teil weitgehend rund geschliffen und dann gegebenenfalls mit einem verhältnismässig dünnen Überzug aus einem elastomeren Polymeren verse hen, um die Abnutzung so gering wie möglich zu halten und die Abrieb- und Lösungsmittelbeständigkeit der Walze zu verbessern. Da der Oberflächenüberzug sich nicht auf die Kompressionseigenschaften der Walze aus wirken und zu keiner elastischen Verzerrung führen darf, wird er vorzugsweise so dünn wie möglich, d.h. soweit es mit der Erzielung der Abrieb- und Lösemittelbeständig keit der Walze vereinbar ist, gehalten.
Nach Aufbringen des Oberflächenüberzuges wird die Walze nochmals zu einer im wesentlichen runden Form, vorzugsweise mit einer Toleranz von 0,0025 cm, geschliffen. Zur Herstel lung der Walze können mehrere Lagen aus einer einzi gen, an den Kanten angeschärften Bahn aus volumen- komprimierbarem Material oder mehrere stumpf anein andergefügte Bögen aus solchem Material verwendet werden.
Wenn ein Klebstoff verwendet wird, der gehärtet werden muss, ist es gegebenenfalls zweckmässig, vor und während des Härtens die überzogene Walze mit einem Stoffband oder einer sonstigen Haltevorrichtung zusam menzuhalten, wenn der Klebstoff nicht stark genug ist, um eine Lockerung oder ein Abrutschen der Schichten zu verhindern.
Die bei der Herstellung der erfindungsgemässen Wal zen zum Verbinden der einzelnen Schichten verwendeten Klebstoffe sind allgemein gebräuchlich und dem Fach mann bekannt, wobei Lösungen von Neopren oder Butadien-Acrylnitril-Latices bevorzugt werden. Die Klebstoffe können beispielsweise mit Phenol- oder Epo- xyharzen verstärkt sein und Stabilisatoren sowie Härte mittel und Beschleuniger enthalten.
Bei Verwendung einer Zwischenschicht aus schmieg samem Schaumstoff kann diese in Form einer einzelnen, stumpf oder mit geschärften Kanten aneinandergefügten Bahn unter Verwendung des zuerst genannten Klebstof fes mit dem Kern verbunden werden oder vorzugsweise in Form von Ringen oder Scheiben, die aus einer Schaumstoffbahn geschnitten sind, auf den mit Klebstoff versehenen Kern aufgebracht werden. Auf die Oberfläche des Schaumstoffes wird dann auf die oben beschriebene Weise die gewünschte Anzahl der Schichten aus volu- men-komprimierbarem Material aufgeklebt.
Mit den neuen erfindungsgemässen Walzen kann man die gleiche Druckbreite wie mit einer Gummiwalze ohne die bei Gummiwalzen auftretende Verzerrung erhalten. Durch eine grössere Anzahl von Schichten aus dem volumen-komprimierbaren Material kann man eine stär kere Kompression und infolgedessen eine grössere Druckbreite unter Ausübung des gleichen Druckes erzie len.
Die Konstruktion der erfindungsgemässen Walzen hängt im einzelnen von dem Kompressionsgrad und der Kontaktfläche ab, die für den beabsichtigten Verwen dungszweck der Walzen erforderlich sind. So ist bei spielsweise die Komprimierbarkeit und damit die Kon taktfläche bei einer gegebenen Kraft um so grösser, je grösser die Anzahl der Schichten aus komprimierbarem Material ist. Für Tiefdruckverfahren werden vorzugswei se vier 0,63 mm dicke Schichten aus komprimierbarem Material verwendet. Bei einer Auftragwalze wird zwi schen dem nichtelastischen Kern und den vier Schichten aus komprimierbarem Material vorzugsweise eine Zwi schenschicht aus Schaumgummi verwendet.
Durch Va riieren des komprimierbaren Materials und Verwendung oder Nichtverwendung von Schaumstoffen verschiedener Komprimierbarkeit können die verschiedensten Walzen mit den oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass eine Erhöhung der Anzahl von Schichten aus komprimierba- rem Material zur Erzielung eines gegebenen Kompres- sionsgrades die mit einem Shore-Durometer gemessene Härte der Walze nicht wesentlich verändert. Dies steht im Gegensatz zu den mit Gummiwalzen gemachten Erfahrun gen, bei denen eine grössere Kontaktfläche durch Ver wendung einer weicheren und damit leichter verzerrbaren Gummiwalze erreicht wird.
Die Härte der erfindungsgemässen Walzen kann durch Modifizieren des komprimierbaren Teiles einge stellt werden, beispielsweise durch Vulkanisieren des Imprägnierungsmittels oder durch Zusatz eines harzarti gen Materials wie Phenolharz. Solange der Oberflächen überzug verhältnismässig dünn gehalten wird, vorzugs weise bei 0,75 mm oder darunter, übt er keinen wesent lichen Einfluss auf die Härte der Walze aus.
In den beigefügten Zeichnungen zeigen Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Walze, bei welcher der nichtelastische Kern 11 von einer Welle 10 getragen und rotiert wird. Mehrere Schichten aus volumen-komprimierbarem Material 12 sind mit dem Kern 11 und den benachbarten Schichten aus volumen- komprimierbarem Material durch Klebstoffschichten 13 verbunden. Die äussere Oberfläche des volumen-kompri- mierbaren Materials ist von einem gummiartigen Schutz überzug 14 bedeckt.
In Fig. 3 ist in übertriebener Darstellung die Verände rung der Form bei der erfindungsgemässen Walze im Vergleich zur Formveränderung einer Gummiwalze sche matisch dargestellt. Bei Kontakt der Stahlwalze 20 mit der Walze 30 wird das den nichtelastischen Kern 10 umgebende Material 25 durch die Kraft der Stahlwalze 20 niedergedrückt und bildet einen Bogen CD. Wenn das Material 25 aus Gummi besteht, muss es, da Gummi nicht wirklich komprimierbar, sondern nur verzerrbar ist, aus dem Bereich CABDC herausfliessen. Das so ver drängte Gummimaterial ist durch die gestrichelten Bögen CE und DF dargestellt.
Aus diesen Auswölbungen an beiden Seiten der Berührungsstelle und der deutlichen Veränderung von Form und Umfang der Walze sind die oben beschriebenen Nachteile bei der Verwendung von Gummi ersichtlich; das gleiche Bild wird bei der Verwen dung von Kunststoffwalzen erhalten. Wenn das Material 25 jedoch aus dem erfindungsgemässen volumen-kompri- mierbarem Material besteht, bilden sich die gestrichelt dargestellten Bögen CE und DF nicht, da das Material volumenkomprimierbar ist. Weiterhin ist ersichtlich, dass in diesem Fall keine Veränderung des Walzenumfanges eintritt, da der Bogen CD die gleiche Länge hat wie der Bogen CABD und keine Verformung in dem Bogen DFEC stattfindet.
Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein nicht elastischer Kern 11 wird von einer Welle 10 getragen und rotiert. Auf dem Kern 11 befindet sich eine Schicht aus sehr schmiegsamen Schaumgummi 35. Mehrere Schichten aus volumen-komprimierbarem Material 12 sind mit dem Schaumgummiteil 35 und den benachbarten Schichten aus volumen-komprimierbarem Material durch Kleb stoffschichten 13 verbunden. Die Oberfläche des kompri- mierbaren Materials ist von einem gummiartigen über zug 14 bedeckt.
Die in Fig. 5 gezeigte graphische Darstellung gibt die verschiedenen Kompressionskräfte wieder, die zur Bil dung einer gegebenen Kontaktfläche bei den in einigen der folgenden Beispiele beschriebenen Walzen erforder lich sind. Auf der Horizontalen sind dabei die ausgeübten Kompressionskräfte und auf der Vertikalen die erhalte nen Druckbreiten abgetragen.
In den folgenden Beispielen ist die Herstellung eines für die erfindungsgemässen Druckwalzen geeigneten vo- lumen-komprimierbaren Materials beschrieben.
<I>Beispiel 1</I> Papier aus Baumwoll-Linters mit einem Durchschnitts gewicht von 52 kg je 500 Bogen und einer Dichte von etwa 4 wurde mit einer Mischung aus 100 Gewichtsteilen (Feststoffbasis) eines mittleren Acrylnitrillatex (Hycar- 1572) und 10 Gewichtsteilen (Feststoffbasis) eines Me- laminharzes (Perez 613) als Verstärker imprägniert. Das Gewicht an Imprägnierungsmittel betrug, bezogen auf die Fasern (Feststoffbasis), etwa 110%. Die Bahn wurde etwa 4 Minuten bei 150 C teilweise gehärtet. Das erhaltene komprimierbare Material hatte eine Durch schnittsdicke von etwa 0,65 mm, eine Anfangsporosität von etwa 50% und eine Restporosität bei 0,1 mm Kompression von etwa 41%.
<I>Beispiel 2</I> Ein Papier aus 50 Gew.% Baumwoll-Linters und 50 Gew.% 0,32 cm-Nylonfasern mit einem Gewicht von 43,5 kg je 500 Bogen und einer Dichte von 3,4 wurde mit einer Mischung aus 100 Gewichtsteilen (Feststoffbasis) eines mittleren Acrylnitrillatex (Hycar 1572) und 20 Gewichtsteilen (Feststoffbasis) eines Formaldehydharzes (Durez 14798 imprägniert. Das Gewicht des Imprägnie rungsmittels betrug, bezogen auf die Fasern (Feststoffba sis), etwa 133%. Die Bahn wurde 4,5 Minuten bei 157 C und 4 Minuten bei 193 C gehärtet. Das erhaltene komprimierbare Material hatte eine Durchschnittsdicke von 0,512 mm, eine Anfangsporosität von etwa 50% und eine Restporosität bei 0,1 mm von etwa 40%.
In den folgenden Beispielen wird die Herstellung der erfindungsgemässen Druckwalzen näher beschrieben. <I>Beispiel 3</I> Ein Stahlzylinder mit einem Durchmesser von 12,38 cm wurde zunächst mit einem Phenolformaldehyd harz (Durez 14798) in Toluol beschichtet. Eine nach Beispiel 1 hergestellte Bahn aus komprimierbarem Mate rial wurde dann auf beiden Seiten mit einer Lösung von Neoprenkautschuk in Propylendichlorid beschichtet. Die Lösung von Neoprenkautschuk enthielt ausserdem als Härtemittel Magnesiumoxyd und Zinkoxyd. Auf die beiden Seiten des komprimierbaren Materials wurden zwei Schichten des Neoprenklebstoffes aufgebracht und zu einem trocknen Überzug von 0,025 bis 0,05 mm Dicke auf dem komprimierbaren Material getrocknet.
Ein Ende des kompimierbaren Materials wurde dann in einem Winkel angeschärft und das dabei freigelegte komprimierbare Material nochmals mit dem Neopren- klebstoff beschichtet. Die Überzüge aus Neoprenklebstoff wurden dann mit Methylenchlorid aktiviert und die Stahlwalze wurde mit dem komprimierbaren Material unter Spannung umwickelt. Auf die Walze wurden fünf Lagen aus komprimierbarem Material aufgebracht. Die erhaltene Walze wurde dann mit einem Gewebestreifen umwickelt, um eine Lockerung oder Trennung der Schichten von der Walze während des Härtens zu verhüten. Die Walze wurde 30 Minuten bei 1200C und 30 Minuten bei 1550C gehärtet. Dann wurde der Gewebe streifen entfernt.
Die Bahn hatte eine im Durometer gemessene Härte von 75 Shore A. Die Umhüllung aus komprimierbarem Material wurde dann genau rund geschliffen und glatt geschmirgelt. Nach dem Schleifen und Abschmirgeln war das komprimierbare Material 2,52 mm dick. Dann wurde das komprimierbare Material mit einem Überzug aus in Tetrahydrofuran gelöstem Polyurethan-Elastomerem (Estane 5740 X) versehen, der Überzug getrocknet und dann genau rund geschliffen. Der Überzug war nach dem Schleifen 0,711 mm dick.
<I>Beispiel 4</I> Ein Stahlzylinder und ein mit Klebstoff beschichtetes Material wurden wie in Beispiel 3 vorbereitet. Dann wurde ein Stück des komprimierbaren Materials, dessen Klebstoff durch Methylenchlorid aktiviert war, auf den Stahlzylinder aufgebracht und stumpf verbunden. Drei weitere Bahnen aus komprimierbarem Material wurden dann als kontinuierliche Bahn wie in Beispiel 3 auf die Walze aufgebracht. Der Klebstoff wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 gehärtet und ein 0,57 mm dicker Überzug auf Polyurethan-Elastomerem auf die Oberfläche des komprimierbaren Materials aufge bracht. Ausser den oben genannten Abweichungen wurde die Walze auf die gleiche Weise bearbeitet und fertigge stellt.
<I>Beispiel 5</I> Zur Herstellung einer Auftragwalze für Offsetdruck wurde ein Stahlzylinder von 3,43 cm Durchmesser mit einer Lösung von Phenolformaldehydharz in Toluol grundiert und der Überzug getrocknet. Ein nach Beispiel 1 hergestelltes komprimierbares Material wurde an einem Ende im Winkel angeschärft und dann auf beiden Seiten mit einer Klebstofflösung aus mit Phenolharzlösung (Durez 14798) verstärktem Butadien-Acrylnitril-Copoly mer-Latex (Hycar 1571) beschichtet. Die Klebstoffschicht war etwa 0,012 mm dick. Das komprimierbare Material wurde dann unter Spannung auf die Stahlwalze in einer Dicke von 24 Lagen aufgebracht. Dann wurde die Walze mit einem Tuchstreifen umwickelt, um eine Lockerung der Lagen während des Härtens zu verhüten.
Die Walze wurde 30 Minuten bei 150 C gehärtet und dann der Tuchstreifen entfernt. Nach dem Abkühlen wurde die Walze auf einem Schleifrad im wesentlichen genau rund geschliffen. Die Walze hatte nun einen Durchmesser von 5,256 cm. Dann wurde die Walze nochmals mit einer Klebstofflösung beschichtet und getrocknet. Eine Gum mibahn von etwa 0,89 mm Dicke, welche aus Butadien- Acrylnitril-Kautschuk (Hycar 1053), Faktis und einem Härtemittel bestand, wurde um die Walzenoberfläche gewickelt. Dann wurde die Walze wieder mit einem Tuchstreifen umwickelt und 20 Minuten bei 155 C gehärtet. Der Tuchstreifen wurde entfernt und die Walze auf einem Schleifrad im wesentlichen genau rund ge schliffen.
Der Durchmesser der fertigen Walze betrug 5,461 cm.
Die in den obigen Beispielen beschriebenen Walzen arbeiteten bei der Verwendung in Druckvorgängen ein wandfrei. Bei einem Vergleichstest zwischen einer Gum miwalze und einer Walze nach der vorliegenden Erfin dung wurde beispielsweise bei einer Papiergeschwindig keit von 500 cm pro Sekunde mit der erfindungsgemässen Walze ein klarer scharfer Druck erhalten, während der Druck auf dem über die Gummiwalze geführten Papier unsaubere Ränder zeigte, was ein Zeichen für statische Elektrizität war. Ausserdem wurde die bei der Gummi walze gefundene Verzerrung und Veränderung der Ge- schwindigkeit an der Berührungsstelle bei der erfindungs- gemässen Walze nicht beobachtet.
Die nach Beispiel 3 hergestellte Walze wurde in einer Tiefdruckmaschine als Druckwalze verwendet. Der Test wurde ohne Papierbahn durchgeführt. Der Druck wurde in vier Stufen von 7,5 über 12,85 und 18,2 auf 23,6 kg pro cm Länge gesteigert. Die Geschwindigkeit der Walze betrug etwa 400 Umdrehungen pro Minute, und die Walze wurde insgesamt 80 000 mal gedreht. Durchge führte Messungen zeigten eine bedeutende Verbesserung in den Geschwindigkeitseigenschaften an der Berührungs fläche.
Die Abweichungen der Geschwindigkeit von der Geschwindigkeit der Gravurwalze wurden auf weniger als <B>l%,</B> im allgemeinen auf etwa 0,5%, verringert, während die bekannten Walzen unter den gleichen Druckbedin gungen Geschwindigkeitsabweichungen von 1 bis 3a/0 und mehr zeigten. Die Geschwindigkeitsabweichungen der erfindungsgemässen Walzen bleiben über einen wei ten Druckbereich konstant, während die bekannten Wal zen Veränderungen in der Geschwindigkeit an der Berüh rungsstelle mit Änderung des ausgeübten Druckes auf weisen.
Beim Durchführen von Papier wurde keine Veränderung der Bahnspannung festgestellt, was besagt, dass die erfindungsgemässen Walzen die Entstehung von Spannungen in der Bahn während des Bedruckens und damit auch ein mögliches Reissen der Bahn verhüten.
Die Messungen der Geschwindigkeit an der Berüh rungsstelle der Walzen wurden auf folgende Weise durchgeführt: Ein Stahlzylinder vom gleichen Durchmes ser wie die zu testende Walze wird in einem Rahmen gelagert und mit einem Antrieb verbunden, der sie mit einer Geschwindigkeit dreht, welche Bahngeschwindig keiten von 10 bis 610 cm/sec entspricht. Die zu testende Walze (Gummiwalze oder erfindungsgemässe Walze) läuft mit einem Kugellager auf einer stationären Exzen terwelle. Der Druck der Testwalze gegen die Stahlwalze wird durch das auf die Exzenterwelle über einen Arm und eine Feder ausgeübte Drehmoment eingestellt.
Der Stahlzylinder besteht aus zwei Zylindern, die auf die gleiche Antriebswelle montiert und durch einen Spalt von 2,16 mm Breite voneinander getrennt sind. In diesen Spalt zwischen den rotierenden Zylindern ragt ein 1,57 mm dicker Streifen mit einem Geschwindigkeitsrad hinein. Das Geschwindigkeitsrad mit einem Durchmesser von 2,86 läuft auf Kugellagern und reicht frei in den Spalt, so dass ein Kontakt mit der Testwalze möglich ist. Der Streifen ist verstellbar montiert, so dass die Berüh rungsstelle zwischen dem Geschwindigkeitsrad und der Testwalze verändert werden kann. Der Rand des Ge schwindigkeitsrades wird vom Joch eines Magnetaufnah mekopfes umfasst, welcher mit einem Einschnitt verse hen ist.
Das Rad ist nahe am Aussenrad mit 6 in gleichmässigem Abstand voneinander angeordneten Lö chern versehen. Wenn beim Drehen des Rades ein Loch in den Luftspalt des Jochs kommt, wird die Induktanz des Kopfes verändert. Der Kopf bildet einen Arm einer auf 20 kHz abgestimmten Resonanzbrücke. Beim Dre hen des Rades ist bei Durchgang eines Loches durch den Kopf die Brücke nicht abgeglichen. Das erhaltene ampli tudenmodulierte Signal wird aufgenommen, gefiltert und zur Minderung des Rauschens einem Begrenzer zuge führt. Die Rechteckspannung wird vom Ausgang einem elektronischen Impulsverhältniszähler zugeleitet.
Ein in Glas eingeschlossener Federschalter wird periodisch durch einen kleinen Dauermagneten geschlossen, welcher mit gleicher Geschwindigkeit wie der Stahlzylinder läuft. Dieses Signal wird zum Ausschalten des durch Kontakt- rückprall verursachten Rauschens gefiltert und der Hauptanschlussbuchse eines Zählers zugeleitet. Die nach 100 Umdrehungen des Stahlzylinders angezeigte Zahl entspricht der sechsfachen Umdrehungszahl des Ge schwindigkeitsrades je 100 Umdrehungen des Stahlzylin ders. Beim Testen von Gummi- oder Kunststoffwalzen ist eine Korrektur für das Einfliessen des Materials in den Messspalt erforderlich.
Ein bei jeder Umdrehung der Testwalze betätigter Federschalter gibt das Verhältnis der Umdrehungen der Testwalze zu den Umdrehungen des Stahlzylinders an, woraus der Einfluss des Druckes auf das Umdrehungsverhältnis bestimmt werden kann.
Ausser nach dem oben beschriebenen elektronischen Verfahren kann die Geschwindigkeit an der Berührungs fläche auch stroboskopisch bestimmt werden.
Beim Vergleich einer für Tiefdruckverfahren ge bräuchlichen Gummiwalze mit einer Walze nach der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass zur Erzie lung einer Kontaktfläche von 1,27 cm bei 9,24 kg/cm2 Druck ein 1,9 cm dickes Gummimaterial mit einer Härte von 80 Shore A im Durometer erforderlich war. Eine erfindungsgemässe Walze mit einer 2,54 mm dicken Schicht aus dem nach Beispiel 1 hergestellten Material und einem 0,63 mm dicken Überzug aus Polyurethan- Elastomerem wies ebenfalls eine Härte von 80 Shore A im Durometer auf.
Die erfindungsgemässe Walze lieferte jedoch nicht nur die gewünschte Kontaktfläche von 1,27 cm bei 9,24 kg/cm2, sondern wies bei Vergleichs versuchen in Druckverfahren gegenüber der oben ge nannten Gummiwalze gleicher Härte eine Verringerung der Geschwindigkeitsveränderung an der Berührungsstel le der Walzen um mehr als 50a/0 auf.
Mit anderen Worten nahm die Geschwindigkeit der Papierbahn an der Berührungsstelle der Walzen mit zunehmendem Druck auf die Gummiwalze ab. Dies wurde nicht nur durch Messung der Oberflächenge schwindigkeit der Walze, sondern auch beim Durchfüh ren von Papier durch zwei gleiche Walzensätze, von denen einer die nach Beispiel 2 hergestellte Walze und der andere eine Gummiwalze enthielt, festgestellt. Das Papier lief durch den Walzensatz mit der Gummiwalze aufgrund des durch die Verzerrung des Gummis vergrös- serten Walzenumfanges wesentlich langsamer hin durch.
Tabelle 1 gibt die Eigenschaften von Walzen mit einer Schaumgummischicht zwischen dem nichtelastischen Kern und dem komprimierbaren Teil wieder. In den Beispielen 6 bis 20 bestand der komprimierbare Teil aus dem in Beispiel 1 beschriebenen Material. In Beispiel 21 bestand der komprimierbare Teil aus dem in Beispiel 2 beschriebenen Material. Das Schaumgummimaterial be stand aus Naturgummi und war in runde Scheiben geschnitten, die durch Klebstoff mit dem nichtelastischen Kern verbunden waren. Als Klebstoff wurde in allen folgenden Beispielen der in Beispiel 5 beschriebene Klebstoff verwendet.
In den Beispielen 17, 19 und 20 wurde der gleiche Oberflächenüberzug wie in Beispiel 5 und in den übrigen Beispielen der in Beispiel 3 beschrie bene Polyurethanüberzug verwendet. In Tabelle 1 ist auch für jede Walze die Kontaktfläche bei 0,625 kg pro cm angegeben. Die Kontaktfläche wurde folgendermas- sen bestimmt: Die Walze wurde mit einem Film aus Druckfarbe versehen und auf einen Bogen Papier gesetzt und die Welle dann so weit belastet, dass die ausgeübte Kraft 0,625 kg pro cm betrug. Die Kontaktfläche ent sprach der Druckbreite auf dem Papier, welche die Farbe von der Walze aufgenommen hatte.
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass die Art des Schaumstoffes, die Dicke der Schaumstoffschicht und die Dicke des komprimierbaren Teiles über einen verhältnis- mässig grossen Bereich variiert werden können, so dass Walzen mit beliebigen Kompressionseigenschaften herge stellt werden können. Zum Vergleich wurde eine Gummi walze mit einer 1,98 cm dicken Gummischicht mit einer Härte von 35 Shore A in die Versuche einbezogen.
EMI0007.0002
TABELLE <SEP> 1
<tb> Beispiel <SEP> Durchmesser <SEP> Dicke <SEP> der <SEP> Komprimier- <SEP> Dicke <SEP> des <SEP> Dicke <SEP> Durchmesser <SEP> Kontaktfläche
<tb> des <SEP> Kernes <SEP> Schaumstoff- <SEP> barkeit <SEP> des <SEP> komprimier- <SEP> des <SEP> Überzuges <SEP> der <SEP> fertigen <SEP> bei <SEP> 0,625 <SEP> kg
<tb> schiebt <SEP> Schaumstoffes <SEP> baren <SEP> Teils <SEP> Walze <SEP> pro <SEP> cm
<tb> Nr.
<SEP> cm <SEP> cm <SEP> (1) <SEP> mm <SEP> mm <SEP> cm <SEP> mm
<tb> 6 <SEP> 3,495 <SEP> 0,856 <SEP> <B>0,45-0,63 <SEP> 1</B>,27 <SEP> 0,127 <SEP> 5,490 <SEP> 13,75
<tb> 7 <SEP> 3,495 <SEP> 0,571 <SEP> 0,14-0,45 <SEP> 1,27 <SEP> 0,127 <SEP> 4,995 <SEP> 13,75
<tb> 8 <SEP> 3,495 <SEP> 0,856 <SEP> 0,14-0,45 <SEP> 1,9<B>1</B> <SEP> 0,127 <SEP> 5,390 <SEP> 12,5
<tb> 9 <SEP> 3,495 <SEP> 0,571 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 1,27 <SEP> 0,127 <SEP> 4,920 <SEP> 12.5
<tb> Vergleich* <SEP> 2,070 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 6,950 <SEP> 13,75
<tb> 10 <SEP> 9,560 <SEP> 0,856 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 1,91 <SEP> 0,127 <SEP> 5,390 <SEP> 11,25
<tb> 11 <SEP> 3,495 <SEP> 0,700 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 1,91 <SEP> 0,127 <SEP> 5,050 <SEP> 11,25
<tb> 12 <SEP> 3,495 <SEP> 0,571 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 1,91 <SEP> 0,127 <SEP> 5,050 <SEP> 11,25
<tb> 13 <SEP> 3,495 <SEP> 0,
571 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 2,54 <SEP> 0,127 <SEP> 5,165 <SEP> 10,625
<tb> 14 <SEP> 3,495 <SEP> 0,445 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 1,91 <SEP> 0,127 <SEP> 4,660 <SEP> 10
<tb> 15 <SEP> 3,495 <SEP> 0,856 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 2,54 <SEP> 0,127 <SEP> 6,600 <SEP> 8,75
<tb> 16 <SEP> 3,495 <SEP> 0,856 <SEP> <B>0,63-0,91</B> <SEP> 1,91 <SEP> 0,127 <SEP> 5,330 <SEP> 8,75
<tb> 17 <SEP> 3,495 <SEP> 0,571 <SEP> 0,14-0,45 <SEP> 1,91 <SEP> 0,50 <SEP> 5,400 <SEP> 8,45
<tb> 18 <SEP> 3,495 <SEP> 0,381 <SEP> 0,14-0,45 <SEP> 3,18 <SEP> 0,381 <SEP> 4,995 <SEP> 7,5
<tb> 19 <SEP> 3,495 <SEP> 0,571 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 3,31 <SEP> 0,50 <SEP> 5,400 <SEP> 6,25
<tb> 20 <SEP> 2,540 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,40 <SEP> 0,50 <SEP> 5,400 <SEP> 5
<tb> 21 <SEP> 3,495 <SEP> 0,793 <SEP> <B>0,45-0,63</B> <SEP> 1,14 <SEP> 0,127 <SEP> 5,370 <SEP> 15
<tb> (1)
<SEP> zum <SEP> Komprimieren <SEP> von <SEP> 1 <SEP> cm2 <SEP> um <SEP> 25% <SEP> in <SEP> der <SEP> Dicke <SEP> erforderliche <SEP> Kraft <SEP> in <SEP> kg
<tb> ^\ <SEP> Gummischicht <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Härte <SEP> von <SEP> 35 <SEP> Shore <SEP> A <SEP> Durometer <SEP> und <SEP> einer <SEP> Dicke <SEP> von <SEP> 1,98 <SEP> cm Auf manchen Gebieten wie beispielsweise beim Be drucken von stark isoliertem Material, z.B. gewachsten, mit Kunststoff imprägnierten oder mit Polyäthylen über zogenen Bahnen, werden bei Verwendung von Gummi walzen ungewöhnlich hohe Ladungen mit statischer Elek trizität erhalten und es hat sich als sehr schwierig erwiesen, diese Ladungen zu entfernen. Neben den Schwierigkeiten, die diese Ladungen im Druckvorgang selbst hervorrufen, können sie zu Bränden, beispielsweise durch Entzündung des Farbbades, führen.
Zur Entfer nung der Ladungen wurden Kontaktwalzen und -bürsten eingesetzt, was jedoch nur zu geringem Erfolg führte. Ein neueres Verfahren zur Lösung des Problems der stati schen Elektrizität ist die Verwendung von Radioisotopen zur Ionisierung der Luft, um die statischen Ladungen zur Erde abzuleiten. Die Verwendung von Radioisotopen ist jedoch mit zusätzlichen Kosten und Veränderungen der Anlagen und des Verfahrens verbunden. Bei Verfahren, in denen die neuen Walzen nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden, entwickelt sich keine stati sche Elektrizität, so dass keine zusätzlichen Massnahmen zur Beseitigung der statischen Elektrizität erforderlich sind.
Die neuen Walzen der vorliegenden Erfindung wur den vorwiegend in bezug auf Druckverfahren beschrie ben, jedoch sind sie darüber hinaus auf allen Gebieten anwendbar, wo komprimierbare Walzen gebraucht wer den.
Compressible Roller for Printing The present invention relates to improved, resilient, self-compressible or volume-compressible, non-distorting rollers.
The rollers commonly used today, especially rollers used in printing, are made of rubber or plastic of various degrees of hardness. These rubber or plastic rollers are often used in conjunction with another roller, generally a non-elastic roller, such as a steel roller. When the roller is used, so much pressure is exerted on the rubber roller by the steel roller that the desired contact or squeezing surface is obtained between the rollers.
However, in the true sense of the word, rubber is not a compressible material as its volume cannot be reduced, i.e. it cannot be squeezed into any smaller space than the original, but flows like a liquid. However, it is elastic and has the ability to return the force to its original state after the elimination of the flow. When pressure is applied to rubber, the rubber will deviate in various directions from the point of application of pressure, thereby distorting or deforming it without significantly changing its volume and assuming a different shape than the original before the pressure was applied.
When a roller made of rubber is brought into contact with a second roller, this incompressibility leads to the formation of waves or bulges at the point of contact of the rollers and a change in the circumference of the rubber roller. This bulging of the rubber at the point of contact and the associated change in the roller circumference leads to a change in the surface speed of the roller at the point of contact, as a result of which heat develops, which leads to an expansion of the rubber roller by 2 to 3%, the formation of static electricity and, in cases where a material such as paper is fed between the rollers, damage and possibly tearing of the material can result.
The plastic materials, which are also elastic, have the same disadvantages.
These disadvantages of rubber rollers occur in particular in printing processes, for example in gravure printing. In the gravure printing process, a paper web is passed between the gravure roller and a rubber pressure roller. The steel roller exerts so much pressure on the rubber roller (usually between 17.8 and 31.2 kg per cm) that the desired contact area (also known as the pressure width or squeeze area) is obtained, which is up to 1.3 cm can. A softer rubber material is used to achieve relatively large contact areas, which increases the degree of distortion of the rubber roller.
The changes in speed caused by the distortion of the rubber roller are transferred to the paper, which leads to a distortion of the print and often even to the paper web tearing. The frictional forces that occur generate relatively high temperatures, which are detrimental to the physical properties of the rubber, so that the roller becomes unusable more quickly. In the case of form rollers, the high temperature also makes the printing ink so thin that the quality of the print is impaired.
In letterpress printing, parts of the engraving are not reproduced as accurately as desired because the soft rubber material flows easily (deforms) around the object instead of being compressed under its pressure.
In the present description, the term elastic is understood to mean that the material can be deformed and when the deforming forces are lifted it quickly returns to its original shape and size. It has now been found that a roller can be produced in which the disadvantages mentioned are lower, and the present invention accordingly proposes a compressible roller suitable for printing purposes, which by a non-elastic, non-compressible cylindrical core and at least a surrounding layer or sheet made of a volume-compressible (as defined below) elastic porous material is characterized.
Because of the easier manufacture of the rollers, in particular special with regard to the connection of the ends of the layer, two layers are preferably used. By volume compressible it is meant that the volume of the material is reduced under pressure; H. the material is stable and there is no significant movement when it is compressed except in the direct direction of the pressure exerted.
The volume compressible material used for the rollers according to the invention has this property due to a cellular structure; it can thereby be compressed in its structure and is prevented from flowing elastically, i.e. when pressed together, there is essentially no sideways movement or sideways creep as with rubber. Since the rollers are often used in very fast operations, they must recover very quickly; They preferably regain their original thickness to a maximum of 2a / 0 essentially immediately after the force exerted is removed.
The volume-compressible material of the present invention preferably consists of a porous fibrous web which is impregnated with an elastomeric material. The fibrous web can be woven or nonwoven, with a nonwoven web being preferred. The fibers can be made of natural material, e.g. a cellulosic material, or a synthetic material, e.g. Nylon or rayon. The preferred material is cotton linters.
The impregnated fiber web accordingly has a large number of very evenly distributed, interconnected, small empty spaces or air spaces, which are preferably surrounded by a tough, reinforced fiber-rubber structure. In these air spaces, the surrounding material can give way when pressure is applied, so that no flow of the total mass is neces sary and no pressure increase occurs when the thickness is reduced. On the other hand, the material surrounding the empty spaces acts like many, almost microscopic springs that push back against the surface of the web.
An impregnated fiber web suitable for printing purposes preferably has at least about 37% residual porosity at 0.1 mm compression.
The porosity that remains in the web at a given degree of compression, i.e. the residual porosity, it depends on whether the web can be compressed even further, if necessary, in order to compensate for irregularities in the paper and the system without this leading to an uneven local increase in pressure. The residual porosity at 0.1 mm compression was chosen as a measure of the effectiveness of the impregnated fiber web. Sheets with a residual porosity less than 37% can be used wherever work is carried out with particularly high pressure.
In the case of the rollers according to the invention, relatively high degrees of porosity in the compressible material are desired, for example 50 70 and more, so that the roller can be compressed to a certain degree with less pressure. A higher degree of compression, which results in a larger contact surface at a given pressure, is achieved with a correspondingly higher porosity.
Preferably the web also has a certain degree of strength, i. a certain compression resistance, so that at least a certain minimum pressure must be exerted on the material in order to achieve the degree of compression generally used in printing. The strength of the web of compressible material is defined in the present case by the pressure which has to be exerted on the material in order to reduce its original thickness by 0.05 mm, i.e. to achieve an initial compression of 0.05 mm. The preferred strength is that where a pressure of at least 0.7 kg / cm 2 must be applied to the web in order to achieve an initial compression of 0.05 mm.
A form of the impregnated fiber web which is particularly suitable as a compressible material for the rollers according to the invention is described in US Pat. No. 3,147,698, according to which a compressible material is produced by a highly porous felt fiber web with a solution or aqueous dispersion of an elastomeric material and the impregnated web then cures under conditions in which compaction is avoided and a high degree of porosity is maintained. The compressibility of the finished impregnated web is based on the large volume of air in it.
Since this web can be compressed in thickness without significantly increasing its lateral dimensions, it can be compressed in volume. These webs have the preferred residual porosity of at least 37% and a strength of at least 0.7 kg / cm 2.
The amount of impregnant to be used depends primarily on the porosity and strength desired in the finished impregnated web and on general practical considerations. With the products currently available, the required elasticity can be achieved if about 60% by weight impregnant solids are present in the impregnated web, based on the weight of the fiber component of the web. If necessary, a larger amount of impregnating agent can also be used to increase the elasticity of the web. The upper limit of the amount of impregnation agent is only set by the need to maintain a high degree of porosity in the web, and by the practical limits of the impregnation process itself.
Materials of suitable porosity were prepared in which the impregnating agent was contained in an amount of 140% by weight based on the dry weight of fibers in the web. If necessary, this amount can be further increased as long as the residual porosity of the web is above the preferred minimum height of 3770.
Any rubber-like polymer in solution or aqueous dispersion can be used as the impregnating agent, for example natural rubber or any known synthetic rubber such as isoprene or butadiene polymers or copolymers, neoprene, thiokol or polyacrylates. The rubbery polymer generally has to be vulcanized or modified by the addition of a resin-like material in order to increase its toughness, elasticity and resistance to solvents.
The phenolic, urea, melamine and epoxy resins have proven to be most advantageous for modifying or reinforcing the rubber-like polymer. The amount of resin to be added depends on the type of impregnating agent and resin used and the degree of toughness desired for the impregnated material. However, adding too large amounts of resin leads to embrittlement of the web. In order to give the impregnated fiber web the necessary elasticity, the rubber-resin combination must have essentially rubber-like properties; the upper limit of the amount of resin that can be added without destroying the rubbery nature of the impregnation agent, based on the total weight of rubber and resin, seems to be around 30%.
If necessary, the impregnating agents can also be mixed with other modifying or crosslinking agents to increase their elasticity, or polymers with a high degree of toughness and elasticity can be used without further modification.
The compressible material is preferably provided with a thin, continuous protective coating on its outer surface in order to prevent damage to the material from abrasion or from solvents or printing inks coming into contact with the roller. In order to keep the effect of the surface coating on the compression properties of the roller as low as possible, only a very thin coating is used. Generally this coating is less than 0.75 mm and preferably 0.125 to 0.25 mm thick.
Any suitable elastomeric material can be used as the surface coating, provided it has the properties required for the intended use of the roller. The surface layer generally has the form of a film bonded to the outer surface of the compressible part, but it can also be applied as a coating from a solvent solution or an aqueous dispersion.
Likewise, the surface coating can also be applied in the form of a shrinkable polymer in the form of a tube, which is pulled over the roller and then shrunk by heating. Such shrinkable polymers are known to the person skilled in the art. Materials suitable as surface coatings are synthetic rubber compounds such as butadiene-acrylonitrile and butadiene-styrene-acrylonitrile copolymers, vinyl polymers such as polyvinyl chloride, epoxy resins and polyurethanes.
In a particularly preferred embodiment, the compressible material is separated from the non-elastic core by an intermediate layer of very pliable, compressible, cell-shaped, elastic material such as foam rubber or plastic. As has already been explained in more detail above, such materials would be completely unsuitable as the sole roller material, since they are not dimensionally stable and easily distort. If, however, they are used with rollers in connection with a dimensionally stable, volume-compressible outer layer, rollers are obtained which, at relatively low pressure, e.g.
up to 1.8 kg per cm, in particular 0.045 to 0.71 kg per cm, result in relatively large contact surfaces without distortion. Due to the really compressible and dimensionally stable outer layer, the normally distortable inner layer is stabilized, i.e. the compressible part prevents sideways movement or sideways flow of the inner layer.
For this embodiment of the rollers, natural foam rubber, cell neoprene and flexible polyurethane foams in particular have proven to be suitable as the inner layer, with natural rubber being preferred because of its rapid recovery capacity. Foam rubber and plastics with a wide variety of properties are readily available. The foam is selected for its properties in relation to the intended use of the roller. Preferably, the compressibility of the foam is 0.14 to 1.4 (force in kg required to compress 1 cm 2 by 25% in thickness). In a particularly preferred embodiment, a foam rubber with a compressibility of 0.45 to 0.63 is used.
It is common practice to use softer types of rubber when a relatively large contact area between the rollers is to be obtained at relatively low pressure. With greater softness of the rubber material, however, a decrease in the ability to recover and a distortion of the rubber is connected. With the embodiment described above, in which the volume-compressible dimensionally stable material lies above a relatively unstable, highly compressible and elastic material, rollers can be produced which produce any desired contact surface without losing elasticity or being subject to distortion as found on rubber rollers.
Under pressure, the inner foam material is compressed to the desired degree, so that the desired contact surface is achieved at low pressure, while the outer, really compressible part stabilizes the foam layer and prevents distortion and at the same time provides a uniform contact surface.
The rollers according to the invention generally have a distortion of less than 1% in use, measured by the speed at the point of contact when the roller is driven with a non-elastic roller of the same diameter. Furthermore, with the rollers according to the invention, printing widths or contact areas of 0.32 to 2.5 cm at pressures of 0.045 to 35.7 kg per cm are obtained; when using a very pliable elastic intermediate layer, a contact area of at least 0.32 cm is often achieved at pressures of 0.045 to 0.71 kg per cm.
For long rollers with a relatively small diameter (often used as applicator rollers) who use the materials that provide a contact surface at relatively low pressure (e.g. 0.357 to 0.715 kg per cm), since such rollers bend at relatively high pressure and thereby the Damage bearings and result in uneven contact with the drive roller.
The rollers according to the invention are therefore particularly suitable for these purposes because the desired printing width is achieved with very little pressure and bending of the rollers is largely or completely prevented.
The rollers according to the invention can be produced by applying at least one layer and preferably at least two layers of a volume-compressible material to a shaft or a core made of non-elastic material, which is coated on at least one side with an adhesive, preferably a vulcanizing adhesive, is coated.
In order to obtain a smooth and essentially round roller, the compressible part is sanded largely round and then, if necessary, provided with a relatively thin coating of an elastomeric polymer in order to keep the wear as low as possible and the abrasion and solvent resistance of the roller to improve. Since the surface coating does not affect the compression properties of the roll and must not give rise to elastic distortion, it is preferably made as thin as possible, i. as far as it is compatible with achieving the abrasion and solvent resistance of the roller.
After the surface coating has been applied, the roller is ground again to a substantially round shape, preferably with a tolerance of 0.0025 cm. For the production of the roller, several layers of a single web of volume compressible material, sharpened at the edges, or several butt joined sheets of such material can be used.
If an adhesive is used that needs to be cured, it may be useful to hold the coated roller together with a fabric tape or other holding device before and during curing if the adhesive is not strong enough to loosen or slip the layers to prevent.
The adhesives used in the production of the rolls according to the invention for joining the individual layers are generally in use and known to those skilled in the art, solutions of neoprene or butadiene-acrylonitrile latices being preferred. The adhesives can be reinforced with phenolic or epoxy resins, for example, and contain stabilizers and hardeners and accelerators.
If an intermediate layer of supple foam is used, this can be connected to the core in the form of a single, butt or with sharpened edges joined to the core using the first-mentioned adhesive or preferably in the form of rings or discs cut from a foam web, be applied to the core provided with adhesive. The desired number of layers of volume-compressible material is then glued onto the surface of the foam in the manner described above.
With the new rollers according to the invention, the same printing width as with a rubber roller can be obtained without the distortion that occurs with rubber rollers. With a larger number of layers made of the volume-compressible material, you can achieve a stronger compression and, as a result, a greater pressure width while exerting the same pressure.
The construction of the rollers according to the invention depends in detail on the degree of compression and the contact area which are required for the intended use of the rollers. For example, the compressibility and thus the contact surface at a given force, the greater the greater the number of layers of compressible material. For gravure printing processes, four 0.63 mm thick layers of compressible material are preferably used. In the case of an applicator roller, an intermediate layer of foam rubber is preferably used between the non-elastic core and the four layers of compressible material.
By varying the compressible material and using or not using foams of different compressibility, a wide variety of rollers having the advantageous properties described above can be produced. It has surprisingly been found that increasing the number of layers of compressible material to achieve a given degree of compression does not significantly change the hardness of the roller measured with a Shore durometer. This is in contrast to the experiences made with rubber rollers, in which a larger contact surface is achieved by using a softer and thus more easily distorted rubber roller.
The hardness of the rollers according to the invention can be adjusted by modifying the compressible part, for example by vulcanizing the impregnating agent or by adding a resinous material such as phenolic resin. As long as the surface coating is kept relatively thin, preferably at 0.75 mm or less, it has no essential influence on the hardness of the roller.
In the accompanying drawings, FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the roller according to the invention, in which the non-elastic core 11 is carried by a shaft 10 and rotated. Several layers of volume-compressible material 12 are connected to the core 11 and the adjacent layers of volume-compressible material by adhesive layers 13. The outer surface of the volume-compressible material is covered by a rubber-like protective coating 14.
In Fig. 3, the change in the shape of the roller according to the invention in comparison to the change in shape of a rubber roller is shown in exaggerated form. When the steel roller 20 comes into contact with the roller 30, the material 25 surrounding the non-elastic core 10 is pressed down by the force of the steel roller 20 and forms an arc CD. If the material 25 consists of rubber, since rubber is not really compressible but only distortable, it must flow out of the area CABDC. The rubber material displaced in this way is represented by the dashed arcs CE and DF.
From these bulges on both sides of the point of contact and the clear change in shape and circumference of the roller, the disadvantages described above when using rubber can be seen; the same picture is obtained when using plastic rollers. However, if the material 25 consists of the volume-compressible material according to the invention, the arcs CE and DF shown in dashed lines do not form, since the material is volume-compressible. It can also be seen that in this case there is no change in the roller circumference, since the sheet CD has the same length as the sheet CABD and no deformation takes place in the sheet DFEC.
4 shows a cross section through a particularly preferred embodiment of the invention. A non-elastic core 11 is supported by a shaft 10 and rotates. A layer of very pliable foam rubber 35 is located on the core 11. Several layers of volume-compressible material 12 are connected to the foam rubber part 35 and the adjacent layers of volume-compressible material by adhesive layers 13. The surface of the compressible material is covered by a rubber-like overlay 14.
The graph shown in Figure 5 depicts the various compressive forces required to form a given contact surface on the rollers described in some of the examples below. The compression forces exerted are shown on the horizontal and the pressure widths received are shown on the vertical.
The following examples describe the production of a volume-compressible material suitable for the printing rollers according to the invention.
<I> Example 1 </I> Paper made from cotton linters with an average weight of 52 kg per 500 sheets and a density of about 4 was mixed with a mixture of 100 parts by weight (solids basis) of a medium acrylonitrile latex (Hycar-1572) and 10 Parts by weight (solids basis) of a melamine resin (Perez 613) impregnated as a reinforcement. The weight of the impregnant on the fibers (solids basis) was about 110%. The sheet was partially cured at 150 ° C for about 4 minutes. The compressible material obtained had an average thickness of about 0.65 mm, an initial porosity of about 50% and a residual porosity at 0.1 mm compression of about 41%.
<I> Example 2 </I> A paper made of 50% by weight cotton linters and 50% by weight 0.32 cm nylon fibers with a weight of 43.5 kg per 500 sheets and a density of 3.4 was made with a mixture of 100 parts by weight (solids basis) of a medium acrylonitrile latex (Hycar 1572) and 20 parts by weight (solids basis) of a formaldehyde resin (Durez 14798. The weight of the impregnating agent, based on the fibers (solids basis), was about 133%. The web was cured for 4.5 minutes at 157 ° C. and 4 minutes at 193 ° C. The compressible material obtained had an average thickness of 0.512 mm, an initial porosity of about 50% and a residual porosity at 0.1 mm of about 40%.
The production of the printing rollers according to the invention is described in more detail in the following examples. <I> Example 3 </I> A steel cylinder with a diameter of 12.38 cm was first coated with a phenol-formaldehyde resin (Durez 14798) in toluene. A web of compressible material produced according to Example 1 was then coated on both sides with a solution of neoprene rubber in propylene dichloride. The solution of neoprene rubber also contained magnesium oxide and zinc oxide as hardeners. Two layers of the neoprene adhesive were applied to the two sides of the compressible material and dried to form a dry coating 0.025-0.05 mm thick on the compressible material.
One end of the compressible material was then sharpened at an angle and the exposed compressible material was coated again with the neoprene adhesive. The neoprene adhesive coatings were then activated with methylene chloride and the compressible material was wrapped under tension on the steel roller. Five layers of compressible material were applied to the roller. The resulting roller was then wrapped with a strip of fabric to prevent loosening or separation of the layers from the roller during curing. The roller was cured for 30 minutes at 1200C and 30 minutes at 1550C. Then the tissue strip was removed.
The web had a hardness of 75 Shore A, measured in the durometer. The cover made of compressible material was then ground to be precisely round and sanded smooth. After sanding and sanding, the compressible material was 2.52 mm thick. The compressible material was then provided with a coating of polyurethane elastomer dissolved in tetrahydrofuran (Estane 5740 X), the coating was dried and then sanded precisely round. The coating was 0.711 mm thick after grinding.
<I> Example 4 </I> A steel cylinder and an adhesive-coated material were prepared as in Example 3. Then a piece of the compressible material, the adhesive of which was activated by methylene chloride, was applied to the steel cylinder and butted together. Three more webs of compressible material were then applied to the roll as a continuous web as in Example 3. The adhesive was cured under the same conditions as in Example 3 and a 0.57 mm thick coating of polyurethane elastomer was applied to the surface of the compressible material. Apart from the deviations mentioned above, the roller was machined and finished in the same way.
<I> Example 5 </I> To produce an applicator roller for offset printing, a steel cylinder 3.43 cm in diameter was primed with a solution of phenol-formaldehyde resin in toluene and the coating was dried. A compressible material produced according to Example 1 was sharpened at one end at an angle and then coated on both sides with an adhesive solution of butadiene-acrylonitrile copolymer latex (Hycar 1571) reinforced with phenolic resin solution (Durez 14798). The adhesive layer was about 0.012 mm thick. The compressible material was then applied under tension to the steel roller to a thickness of 24 layers. A strip of cloth was then wrapped around the roller to prevent loosening of the layers during curing.
The roller was cured for 30 minutes at 150 ° C. and then the cloth strip was removed. After cooling, the roll was ground to be essentially precisely round on a grinding wheel. The roller was now 5.256 cm in diameter. Then the roller was coated again with an adhesive solution and dried. A rubber sheet about 0.89 mm thick, consisting of butadiene-acrylonitrile rubber (Hycar 1053), factice and a hardener, was wrapped around the roll surface. Then the roller was again wrapped with a strip of cloth and cured at 155 ° C. for 20 minutes. The strip of cloth was removed and the roller was ground to an essentially precisely round shape on a grinding wheel.
The diameter of the finished roller was 5.461 cm.
The rollers described in the above examples worked perfectly when used in printing. In a comparison test between a rubber roller and a roller according to the present invention, a clear, sharp print was obtained with the roller according to the invention, for example at a paper speed of 500 cm per second, while the print on the paper guided over the rubber roller showed unclean edges, which was a sign of static electricity. In addition, the distortion and change in the speed found in the rubber roller at the point of contact were not observed in the roller according to the invention.
The roller produced according to Example 3 was used as a printing roller in a gravure printing machine. The test was carried out without a paper web. The pressure was increased in four stages from 7.5 to 12.85 and 18.2 to 23.6 kg per cm length. The speed of the roller was about 400 revolutions per minute and the roller was rotated a total of 80,000 times. Measurements carried out showed a significant improvement in the speed characteristics at the contact surface.
The deviations of the speed from the speed of the gravure roll were reduced to less than 1%, generally to about 0.5%, while the known rolls under the same printing conditions had speed deviations of 1 to 3a / 0 and more showed. The speed deviations of the rollers according to the invention remain constant over a wide pressure range, while the known rollers show changes in the speed at the point of contact with a change in the pressure exerted.
When paper was passed through, no change in the web tension was found, which means that the rollers according to the invention prevent the development of tensions in the web during printing and thus also prevent the web from tearing.
The measurements of the speed at the point of contact of the rollers were carried out as follows: A steel cylinder of the same diameter as the roller to be tested is stored in a frame and connected to a drive that rotates it at a speed, which web speeds of 10 up to 610 cm / sec. The roller to be tested (rubber roller or roller according to the invention) runs with a ball bearing on a stationary Exzen terwelle. The pressure of the test roller against the steel roller is adjusted by the torque exerted on the eccentric shaft via an arm and a spring.
The steel cylinder consists of two cylinders mounted on the same drive shaft and separated from each other by a gap of 2.16 mm wide. A 1.57 mm thick strip with a speed wheel protrudes into this gap between the rotating cylinders. The speed wheel with a diameter of 2.86 runs on ball bearings and extends freely into the gap so that contact with the test roller is possible. The strip is adjustably mounted so that the contact point between the speed wheel and the test roller can be changed. The edge of the Ge speed wheel is encompassed by the yoke of a Magnetaufnah mekopfes, which is hen verse with an incision.
The wheel is provided close to the outer wheel with 6 equally spaced holes. If a hole is made in the air gap of the yoke when the wheel is turned, the inductance of the head will be changed. The head forms an arm of a resonance bridge tuned to 20 kHz. When turning the wheel, the bridge is not balanced when a hole passes through the head. The amplitude-modulated signal obtained is recorded, filtered and fed to a limiter to reduce the noise. The square wave voltage is fed from the output to an electronic pulse ratio counter.
A spring switch enclosed in glass is periodically closed by a small permanent magnet which runs at the same speed as the steel cylinder. This signal is filtered to switch off the noise caused by contact rebound and fed to the main connection socket of a meter. The number displayed after 100 revolutions of the steel cylinder corresponds to six times the number of revolutions of the speed wheel per 100 revolutions of the steel cylinder. When testing rubber or plastic rollers, a correction for the flow of the material into the measuring gap is required.
A spring switch actuated with each revolution of the test roller indicates the ratio of the revolutions of the test roller to the revolutions of the steel cylinder, from which the influence of the pressure on the revolution ratio can be determined.
In addition to the electronic method described above, the speed at the contact surface can also be determined stroboscopically.
When comparing a rubber roller commonly used for gravure printing with a roller according to the present invention, it was found that to achieve a contact area of 1.27 cm at 9.24 kg / cm 2 pressure, a 1.9 cm thick rubber material with a hardness of 80 Shore A in the durometer was required. A roller according to the invention with a 2.54 mm thick layer made of the material produced according to Example 1 and a 0.63 mm thick coating made of polyurethane elastomer also had a hardness of 80 Shore A in the durometer.
However, the roller according to the invention not only provided the desired contact area of 1.27 cm at 9.24 kg / cm2, but also showed in comparative tests in printing processes compared to the above-mentioned rubber roller of the same hardness a reduction in the speed change at the contact point of the rollers by more as 50a / 0.
In other words, the speed of the paper web at the point of contact between the rollers decreased with increasing pressure on the rubber roller. This was determined not only by measuring the surface speed of the roller, but also when carrying out paper through two identical roller sets, one of which contained the roller produced according to Example 2 and the other of which contained a rubber roller. The paper ran through the roller set with the rubber roller much more slowly due to the enlarged roller circumference due to the distortion of the rubber.
Table 1 shows the properties of rollers with a foam rubber layer between the non-elastic core and the compressible part. In Examples 6 to 20 the compressible part consisted of the material described in Example 1. In example 21 the compressible part consisted of the material described in example 2. The foam rubber material consisted of natural rubber and was cut into round slices that were bonded to the non-elastic core by adhesive. The adhesive described in Example 5 was used as the adhesive in all of the following examples.
In Examples 17, 19 and 20 the same surface coating as in Example 5 and in the remaining examples the polyurethane coating described in Example 3 was used. In Table 1, the contact area is also given for each roller at 0.625 kg per cm. The contact area was determined as follows: the roller was provided with a film of printing ink and placed on a sheet of paper, and the shaft was then loaded to such an extent that the force exerted was 0.625 kg per cm. The contact area corresponded to the printing width on the paper, which the ink had picked up from the roller.
The table shows that the type of foam, the thickness of the foam layer and the thickness of the compressible part can be varied over a relatively large range, so that rollers with any desired compression properties can be produced. For comparison, a rubber roller with a 1.98 cm thick rubber layer with a hardness of 35 Shore A was included in the tests.
EMI0007.0002
TABLE <SEP> 1
<tb> Example <SEP> diameter <SEP> thickness <SEP> of the <SEP> compression <SEP> thickness <SEP> of the <SEP> thickness <SEP> diameter <SEP> contact surface
<tb> of the <SEP> core <SEP> foam <SEP> ability <SEP> of the <SEP> compressible <SEP> of the <SEP> coating <SEP> of the <SEP> finished <SEP> at <SEP> 0.625 <SEP> kg
<tb> pushes <SEP> foam <SEP> free <SEP> partially <SEP> roller <SEP> per <SEP> cm
<tb> No.
<SEP> cm <SEP> cm <SEP> (1) <SEP> mm <SEP> mm <SEP> cm <SEP> mm
<tb> 6 <SEP> 3.495 <SEP> 0.856 <SEP> <B> 0.45-0.63 <SEP> 1 </B>, 27 <SEP> 0.127 <SEP> 5.490 <SEP> 13.75
<tb> 7 <SEP> 3.495 <SEP> 0.571 <SEP> 0.14-0.45 <SEP> 1.27 <SEP> 0.127 <SEP> 4.995 <SEP> 13.75
<tb> 8 <SEP> 3.495 <SEP> 0.856 <SEP> 0.14-0.45 <SEP> 1.9 <B> 1 </B> <SEP> 0.127 <SEP> 5.390 <SEP> 12.5
<tb> 9 <SEP> 3.495 <SEP> 0.571 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 1.27 <SEP> 0.127 <SEP> 4.920 <SEP> 12.5
<tb> Comparison * <SEP> 2.070 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 6.950 <SEP> 13.75
<tb> 10 <SEP> 9.560 <SEP> 0.856 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 1.91 <SEP> 0.127 <SEP> 5.390 <SEP> 11.25
<tb> 11 <SEP> 3.495 <SEP> 0.700 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 1.91 <SEP> 0.127 <SEP> 5.050 <SEP> 11.25
<tb> 12 <SEP> 3.495 <SEP> 0.571 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 1.91 <SEP> 0.127 <SEP> 5.050 <SEP> 11.25
<tb> 13 <SEP> 3.495 <SEP> 0,
571 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 2.54 <SEP> 0.127 <SEP> 5.165 <SEP> 10.625
<tb> 14 <SEP> 3.495 <SEP> 0.445 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 1.91 <SEP> 0.127 <SEP> 4.660 <SEP> 10
<tb> 15 <SEP> 3.495 <SEP> 0.856 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 2.54 <SEP> 0.127 <SEP> 6.600 <SEP> 8.75
<tb> 16 <SEP> 3.495 <SEP> 0.856 <SEP> <B> 0.63-0.91 </B> <SEP> 1.91 <SEP> 0.127 <SEP> 5.330 <SEP> 8.75
<tb> 17 <SEP> 3.495 <SEP> 0.571 <SEP> 0.14-0.45 <SEP> 1.91 <SEP> 0.50 <SEP> 5.400 <SEP> 8.45
<tb> 18 <SEP> 3.495 <SEP> 0.381 <SEP> 0.14-0.45 <SEP> 3.18 <SEP> 0.381 <SEP> 4.995 <SEP> 7.5
<tb> 19 <SEP> 3.495 <SEP> 0.571 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 3.31 <SEP> 0.50 <SEP> 5.400 <SEP> 6, 25th
<tb> 20 <SEP> 2.540 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1.40 <SEP> 0.50 <SEP> 5.400 <SEP> 5
<tb> 21 <SEP> 3.495 <SEP> 0.793 <SEP> <B> 0.45-0.63 </B> <SEP> 1.14 <SEP> 0.127 <SEP> 5.370 <SEP> 15
<tb> (1)
<SEP> for <SEP> compressing <SEP> of <SEP> 1 <SEP> cm2 <SEP> by <SEP> 25% <SEP> in <SEP> the <SEP> thickness <SEP> required <SEP> force < SEP> in <SEP> kg
<tb> ^ \ <SEP> rubber layer <SEP> with <SEP> a <SEP> hardness <SEP> of <SEP> 35 <SEP> Shore <SEP> A <SEP> durometer <SEP> and <SEP> a < SEP> Thickness <SEP> of <SEP> 1.98 <SEP> cm In some areas, such as when printing heavily insulated material, e.g. waxed, impregnated with plastic or with polyethylene over drawn webs, unusually high charges with static electricity are obtained when using rubber rollers and it has proven to be very difficult to remove these charges. In addition to the difficulties that these charges cause in the printing process themselves, they can lead to fires, for example if the ink bath ignites.
Contact rollers and brushes were used to remove the charges, but this had little success. A more recent method of solving the problem of static electricity is to use radioisotopes to ionize the air to divert the static charges to earth. The use of radioisotopes, however, involves additional costs and changes to the equipment and the process. In processes in which the new rollers according to the present invention are used, no static electricity is developed, so that no additional measures are required to remove the static electricity.
The new rollers of the present invention were primarily described in relation to printing processes, but they are also applicable to any field where compressible rollers are needed.