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Die
Erfindung betrifft eine nickelhaltige Schichtanordnung für den Tiefdruck.
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Im
Tiefdruck werden derzeit überwiegend
Druckzylinder mit (von innen nach außen, mit Angabe üblicher
Schichtdicken und Härten)
einem dickwandigen Stahlrohr mit Stahlzapfen, einer Verbindungsschicht
aus Nickel (1–3 μm), einer
Grundschicht aus Kupfer (1–2
mm, 100 HV 0,05) und einer Gravurschicht aus Kupfer (80–320 μm, 200 HV
0,05) verwendet, wobei auf der Gravurschicht die Bebilderung (Aufbringung
des Druckbildes) stattfindet. Im Falle einer Lasergravur wird auf
die äußere Kupferschicht
vorab zusätzlich
eine Zinkschicht aufgebracht, da es bis heute keinen geeigneten
Laser für
die Lasergravur von Kupfer gibt. Nach der Bebilderung wird üblicherweise
eine Verschleißschutzschicht
aus Hartchrom mit einer Härte
von ca. 1.000 HV 0,05 aufgebracht, damit der Druckzylinder nicht
durch die hohe Beanspruchung im Tiefdruck frühzeitig zerstört wird.
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Eine
gute Verschleißschutzeigenschaft
der Oberfläche
des Druckzylinders ist beim Tiefdruck wichtig, da es sich anders
als beim Offsetdruck im Regelfall um ein direktes Druckverfahren
handelt, bei dem der bebilderte Druckzylinder (Druckform, Formzylinder)
die Farbe direkt auf das zu bedruckende Material abgibt. Dies erfordert
eine aufwendige und teure Druckformherstellung mit einer Vielzahl
von galvanischen Bädern,
weshalb der Tiefdruck vor allem bei hohen Auflagen Anwendung findet.
Die äußere Schicht
einer Druckform für den
Tiefdruck muss viele Eigenschaften haben, wie z. B. eine genaue
Geometrie, gute Verschleißschutzeigenschaften,
Eignung für
die im Tiefdruck verwendeten Farben.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Schichtanordnung für den Tiefdruck
bereit zu stellen.
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Nach
der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Schichtanordnung
gemäß Anspruch
1. Eine solche Schichtanordnung erleichtert das Recycling, da sie
als Hauptbestandteil der Gravur- und Verschleißschutzschicht und ggf. auch
der Grundschicht Nickel aufweist. Sie ist auch für eine Lasergravur geeignet.
Mit einer erfindungsgemäßen nickelhaltigen
Schichtanordnung lassen sich hohe Schichtdicken erreichen, und das duktile
Verhalten bei Belastung ist vorteilhaft.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Anspruch 3. Bei einer
solchen Schichtanordnung ist das Recycling besonders gut möglich, da
es sich im Wesentlichen um ein (sortenreines) Einmetallsystem handelt.
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Die
Erfindung wird ebenfalls gelöst
durch ein Verfahren gemäß Anspruch
13 und eine Verwendung gemäß Anspruch
17.
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Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten,
in keiner Weise als Einschränkung
der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus
den Unteransprüchen.
Es zeigt
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1 eine
geschnittene, schematische Darstellung eines Tiefdruckzylinders
mit einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung
als Ballardhaut,
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2 eine
geschnittene, schematische Darstellung eines weiteren Tiefdruckzylinders
mit einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung
in Sleeve-Technologie,
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3 eine
geschnittene, schematische Darstellung eines weiteren Tiefdruckzylinders
mit einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung,
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4 eine
einschichtige erfindungsgemäße Schichtanordnung,
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5 eine
mehrschichtige erfindungsgemäße Schichtanordnung,
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6 eine
schematische Darstellung einer Galvanisieranlage, Mechanische Anordnung
der nickelhaltigen Schichtanordnung
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1 zeigt
einen Tiefdruckzylinder (Druckform, allgemein: Werkstück) 10 mit
einem Kern (allgemein: Grundkörper) 12,
einer Trennschicht 13, welche auf dem Kern aufgebracht
ist, und einer Schichtanordnung 17, welche auf der Trennschicht 13 aufgebracht
ist. Die Längsachse 18 des
Tiefdruckzylinders 10 ist schematisch angedeutet. Als Kern 12 wird
z. B. ein Zylinder aus Stahl, Kupfer oder Zink verwendet. Der Kern 12 kann
auch mehrschichtig ausgebildet sein und unterschiedliche Formen
aufweisen. Insbesondere kann er eine zusätzliche Anschlagschicht/Grundschicht
aus Nickel oder Kupfer aufweisen.
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Auf
dem Mantel des Tiefdruckzylinders 10 ist eine Bebilderung 23 mit
Näpfchen 22 für den Tiefdruck schematisch
angedeutet. Die Bebilderung 23 erstreckt sich axial über einen
mittleren Bereich 30 und um den ganzen Mantel des Tiefdruckzylinders 10 herum.
Ein typisches Näpfchen 22 hat
beispielsweise einen Durchmesser bzw. eine Erstreckung von 35 μm.
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Die
Trennschicht 13 dient dazu, eine haftfeste Verbindung zwischen
der Schichtanordnung 17 und dem Grundkörper 12 zu verhindern,
um so nach Art einer Ballardhaut ein mechanisches Brechen und anschließendes Abziehen
der Schichtanordnung 17 zu ermöglichen. Es entsteht hierdurch
eine mechanisch lösbare Verbindung
zwischen der Schichtanordnung 17 und dem Grundkörper 12.
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Als
Trennschicht 13 kann z. B. eine Silberschicht aufgebracht
werden, die oxidiert, oder es kann eine organische Schicht (z. B.
Eiweiß)
verwendet werden. Die Dicke beträgt
z. B. wenige Ångström (1 Å = 10–10 m).
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2 zeigt
einen Tiefdruckzylinder 10 mit einem Kern 12 und
einer als Sleeve (Druckplattenhülse) ausgebildeten
Schichtanordnung 17. Im Kern 12 sind Kanäle 21 vorgesehen, über die
ein Unterdruck zwischen dem Kern 12 und der Schichtanordnung 17 erzeugt
wird. Hierzu sind die Kanäle 21 mit
einem zentralen Kanal 19 verbunden. Durch den Unterdruck
wird die Schichtanordnung 17 während des Drucks auf dem Kern 12 gehalten.
Der Sleeve 17 kann nach dem Drucken vom Kern 12 abgezogen
und damit mechanisch von diesem gelöst werden. Die Schichtanordnung 17 kann
auch mit einem auf der Innenseite des Sleeve verlaufenden Index
versehen sein, um ein Verdrehen auf dem Kern 12 zu verhindern.
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Die
Schichtanordnung 17 in Form eines Sleeves wird z. B. durch
eine galvanische Beschichtung auf einem mit einer Trennschicht versehenen – nicht
dargestellten – Mutterzylinder
hergestellt, und anschließend wird
die Schichtanordnung über
im Mutterzylinder vorgesehene Kanäle mittels Überdrucks vom Mutterzylinder getrennt
und von diesem abgezogen.
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Die
Sleeves können
auf der Innenseite z. B. zylindrisch oder aber auch leicht konisch
ausgebildet werden, um so eine reibschlüssige Verbindung mit dem Kern 12 zu
ermöglichen.
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3 zeigt
einen Schnitt durch einen Tiefdruckzylinder 10 mit einem
Kern 12 und einer Schichtanordnung 17, welche
mit dem Kern 12 haftend verbunden ist, indem sie z. B.
in einem galvanischen Bad auf diesem abgeschieden wurde. Die Schichtanordnung 17 ist
somit nicht mechanische vom Kern lösbar bzw. von diesem abziehbar,
sondern sie muss z. B. durch Drehen und Fräsen entfernt werden.
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Aufbau der nickelhaltigen Schichtanordnung
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Die
folgenden Ausführungen
zur nickelhaltigen Schichtanordnung 17 gelten für alle mechanischen
Anordnungen gemäß den vorhergehenden
Figuren, sofern nichts anderes angegeben ist.
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4 zeigt
einen Schnitt durch eine einschichtige nickelhaltige Schichtanordnung 17,
und 5 zeigt einen Schnitt durch eine zweischichtige
bzw. allgemein mehrschichtige (z. B. 2, 3, 4 oder 5 Schichten) nickelhaltige
Schichtanordnung.
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Die
obere Seite 17' entspricht
der zum Drucken verwendeten Mantelaußenseite des Tiefdruckzylinders 10,
und man kann die Schichtanordnung 17 als Bebilderungsschicht
bezeichnen. Die untere Seite 17'' ist die
innere Begrenzung der Schichtanordnung 17.
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Die
Schichtanordnung 17 hat Näpfchen 22, die zur
Veranschaulichung mit Druckfarbe 20 gefüllt sind. Die Näpfchen 22 können sich
in 5 in Abhängigkeit
von der Dicke der NiX-Schicht 16 und der gewünschten Tiefe
der Näpfchen 22 entweder
nur in die NiX-Schicht 16 oder aber auch durch die NiX-Schicht 16 hindurch in
die darunter liegende Schicht 14 erstrecken.
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Die
Schichtanordnung 17 besteht zumindest im äußeren Bereich 16 aus
einer Zusammensetzung NiX, welche gegenüber reinem Nickel bessere Verschleißschutzeigenschaften
und bevorzugt auch eine schlechtere Benetzbarkeit hat, so dass die
Druckfarbe 20 nicht zu sehr in den Näpfchen 22 hängen bleibt.
Reines Nickel hat eine relativ hohe Benetzbarkeit.
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In 5 hat
die Schichtanordnung 17 eine zusätzliche, innere Schicht 14 aus
reinem Nickel. Dies hat den Vorteil, dass die Abscheiderate bei
einer galvanischen Beschichtung mit Nickel höher ist als bei den meisten
Zusammensetzungen NiX.
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Bei
der Zusammensetzung NiX steht das X für einen oder mehrere Bestandteile,
die zusammen mit dem Nickel bessere Verschleißschutzeigenschaften haben
als reines Nickel. Hierzu hat die Schicht aus der Zusammensetzung
NiX üblicherweise
einen geringeren Reibungskoeffizienten als eine entsprechend hergestellte
Schicht aus reinem Nickel. Man spricht bei den Bestandteilen X auch
von Festschmierstoff-Dispersoiden,
Festschmierstoffen bzw. eingelagerten Feststoffpartikeln (Dispersoiden)
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Es
folgen Beispiele für
geeignete nicht-metallische Bestandteile X:
- • Siliciumcarbid
(SiC),
- • Phosphor
(P),
- • hexagonales
Bornitrid (h-BN),
- • Borcarbid
(B4C).
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Es
folgen Beispiele für
geeignete Bestandteile X, die ein metallisches Element enthalten:
- • Wolframcarbid
(WC),
- • Wolframsulfid
(WS2).
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Es
folgen Beispiele für
geeignete metallische Bestandteile X:
- • Silber
(Ag) in Form von Nanopartikeln,
- • Gold
(Au) in Form von Nanopartikeln.
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Die
ausschließliche
Verwendung von nicht-metallischen Bestandteilen X ist vorteilhaft,
da bei diesen eine Rückgewinnung
des Metalls Nickel einfacher ist als bei einem Mehrmetallsystem.
Andererseits ist der Anteil der Bestandteile X eher gering im Vergleich
zum Ni-Anteil, so dass die Rückgewinnung
auch bei metallischen Bestandteilen X möglich ist. Sofern die folgende
Beschichtung mit der gleichen NiX-Schicht erfolgt, kann
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Der
Massenanteil des Bestandteils X in der NiX-Schicht 16,
also die relative Masse des Bestandteils X an der Gesamtmasse des
Stoffgemischs NiX, liegt bevorzugt zwischen 0,001 und 0,15, weiter
bevorzugt zwischen 0,003 und 0,12, weiter bevorzugt zwischen 0,01
und 0,10, weiter bevorzugt zwischen 0,03 und 0,09.
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Der
Verschleiß,
also der fortlaufende Materialverlust aus der Oberfläche eines
festen Körpers,
hervorgerufen durch mechanische Ursachen, ist von einer Vielzahl
von Materialeigenschaften abhängig.
Verschleiß tritt
z. B. durch den mechanischen Kontakt des Tiefdruckzylinders mit
dem durch den Gegendruckzylinder (Presseur) angedrückten, zu
bedruckenden Material oder auch mit der Rakel auf. Es existiert
kein Standardverfahren zum Messen bzw. Quantifizieren des Verschleißes. Der
Fachmann wird die Verschleißschutzeigenschaften
der äußeren Schichtanordnung 17 eines
Tiefdruckzylinders 10 als ausreichend ansehen, wenn diese auch
bei den letzten Drucken der gewünschten
Auflage eine Qualität
des Drucks ermöglicht,
die der mit dem Kunden vereinbarten Spezifikation entspricht. Im
Allgemeinen sind eine große
Härte,
antiadhäsive
Eigenschaften und eine geringe Reibungszahl für die Verschleißschutzeigenschaften
vorteilhaft, wobei es nicht ausreichend ist, dass nur eine dieser
Eigenschaften besonders gut ist, sondern die Gesamteigenschaften
des Materials müssen
geeignet sein.
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Reines,
galvanisch abgeschiedenes Nickel hat – in Abhängigkeit vom verwendeten galvanischen
Bad – eine
Härte im
Bereich von 350 bis 550 HV 0,05, und das NiX hat bevorzugt eine
Härte von
mindestens 450 HV 0,05, z. B. zwischen 450 und 750 HV 0,05. Der
Härtebestandteil
X zur Erhöhung
der Härte
bewirkt in der Zusammensetzung NiX eine größere Härte hat als bei einer entsprechend
hergestellten Schicht aus reinem Nickel. Die Angabe 350 HV 0,05
gibt z. B. an, dass die Härteprüfung nach
Vickers mit einer Prüfkraft
von 0,05 kp ein Härtewert
von 350 gemessen wurde. 0,05 kp (Kilopond) entsprechen in etwa dem
Gewicht einer Masse von 50 g, und 1 kp = 9,80665 N.
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Die
Schichtanordnung 17 hat im Falle der Ballardhaut (1)
bevorzugt eine Dicke (radiale Erstreckung der Schichtanordnung)
zwischen 15 μm
und 1.000 μm,
weiter bevorzugt zwischen 50 μm
und 600 μm. Sofern
die Schichtanordnung 17 als Sleeve (2) ausgebildet
wird, hat sie bevorzugt eine Dicke zwischen 80 μm und 3.000 μm, weiter bevorzugt zwischen
100 μm und
2.000 μm.
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Die
Bebilderung der Schichtanordnung 17 erfolgt, indem die
Näpfchen 22 z.
B. durch Ätzen
oder Gravur, insbesondere Lasergravur oder elektromechanische Gravur,
hergestellt werden. Eine Lasergravur ist vorteilhaft und z. B. mit
einem starken Faserlaser (gepulst oder kontinuierlich) möglich, wobei
für eine
schnelle Bebilderung Laserleistungen von mindestens 0,5 kW vorteilhaft
sind, bevorzugt von mindestens 0,85 kW. Die Verwendung anderer Laser
wie z. B. anderer Festkörperlaser
ist ebenfalls denkbar.
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Es
wurden Druckversuche mit unterschiedlichen nickelhaltigen Schichtanordnungen 17 und
unterschiedlichen Druckfarben durchgeführt, und ein Tiefdruck war
möglich.
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Beispiel 1
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Ein
Druckzylinder 12 mit einem Durchmesser von 60 cm, einer
Länge von
400 cm und einer Trennschicht 13 (vgl. 1)
wird mit einer zweischichtigen Schichtanordnung 17 (vgl. 5)
beschichtet. Die innere Schicht 14 hat eine Dicke von 30 μm und besteht
aus reinem Nickel mit einem Massenanteil von 1,00, und die NIX-Schicht 16 hat
eine Dicke von 5 μm
und besteht aus einer Zusammensetzung aus Nickel mit einem Massenanteil
von 0,96 und Phosphor mit einem Massenanteil von 0,04.
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Beispiel 2
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Eine
zweischichtige Schichtanordnung 17 (vgl. 5)
ist als Sleeve mit einem inneren Durchmesser von 80 cm und einer
Länge von
350 cm ausgebildet. Die innere Schicht 14 hat eine Dicke
von 1.100 μm
und besteht aus einer Zusammensetzung (Legierung) aus Nickel mit
einem Massenanteil von 0,96 und Chrom mit einem Massenanteil von
0,04. Die NiX-Schicht 16 hat eine Dicke von 5 μm und besteht
aus einer Zusammensetzung aus Nickel mit einem Massenanteil von
0,911, Chrom mit einem Massenanteil von 0,039, und hexagonalem Bornitrid
mit einem Massenanteil von 0,05.
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Der
metallische Bestandteil der NiX-Schicht 16 hat hier einen
Massenanteil von 0,911 (Nickel) + 0,039 (Chrom) = 0,95, und bezogen
auf den metallischen Bestandteil, also ohne Berücksichtigung der nicht-metallischen
Bestandteile, hat das Nickel einen Massenanteil von 0,911/0,95 =
0,959 und das Chrom einen Massenanteil von 0,039/0,95 = 0,041, und
dies entspricht im Wesentlichen den Massenanteilen der Metalle in
der ersten Schicht 14. Das Massenverhältnis von Chrom zu Nickel ist
in der NiX-Schicht 16 mit 0,0428 (berechnet durch 0,039/0,911)
im Wesentlichen gleich wie in der inneren Schicht 14 mit
0,042 (berechnet durch 0,04/0,96). Dies hat den Vorteil, dass der
Sleeve nach Reinigung von den nichtmetallischen Zusätzen erneut
verwendet werden kann, da das relative Verhältnis der Massenanteile der
einzelnen Metalle zueinander (hier Nickel und Chrom, ggf. auch zusätzliche
Metalle) in beiden Schichten ähnlich
bzw. im Wesentlichen gleich bzw. gleich ist. Wie dem Fachmann bekannt
ist, schwankt der Metallgehalt in den elektrolytischen Bädern über die
Zeit, und der Begriff der Gleichheit der relativen Verhältnisse
der Massenanteile der einzelnen Metalle zueinander muss entsprechend
weit ausgelegt werden.
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Beispiel 3
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Eine
einschichtige Schichtanordnung 17 (vgl. 4)
ist als Sleeve mit einem inneren Durchmesser von 30 cm ausgebildet.
Die Schichtanordnung 17 hat eine Dicke von 2.000 μm und besteht
aus einer Zusammensetzung aus Nickel mit einem Massenanteil von
0,90, Phosphor mit einem Massenanteil von 0,06 und Siliziumcarbid
mit einem Massenanteil von 0,04.
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Herstellung
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6 zeigt
eine Galvanisieranlage 50 mit einer oberen Wanne 52,
in der der Tiefdruckzylinder 10 drehbar gelagert ist, einer
ersten unteren Wanne 54 mit einem galvanischen Nickel-Bad 55,
und einer zweiten unteren Wanne 56 mit einem galvanischen
NiX-Bad 57.
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Ein
Anodenkäfig 60 ist
teilweise um den Tiefdruckzylinder 10 herum angeordnet
und mit einer Spannungs- bzw. Stromquelle 62 verbunden,
welche auch mit dem Tiefdruckzylinder 10 verbunden ist.
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Eine
Pumpvorrichtung 70 ermöglicht
ein Pumpen des Bads 55 in die obere Wanne 52,
und ein Ventil 72 ermöglicht
ein Ablassen des Bads aus der oberen Wanne 52 in die erste
untere Wanne 54. In gleicher Weise ermöglicht eine Pumpvorrichtung 80 ein
Pumpen des Bads 57 in die obere Wanne 52, und
ein Ventil 82 ermöglicht
ein Ablassen des Bads aus der oberen Wanne 52 in die zweite
untere Wanne 56.
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Im
dargestellten Verfahrensschritt wird das Nickel-Bad im Kreislauf über die
Pumpvorrichtung 70 in die obere Wanne 52 gepumpt
und anschließend über das
Ventil 72 wieder in die erste untere Wanne 54 abgelassen.
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Es
erfolgt die galvanische Beschichtung des Tiefdruckzylinders 10 mit
der inneren Schicht 14 aus Nickel, die z. B. mit einer
relativ hohen Abscheiderate von bis zu 10 μm/min möglich ist, so dass eine Schichtdicke von
50 μm ca.
5 Minuten benötigt.
Anschließend
wird das Nickel-Bad vollständig über das
Ventil 72 in die erste untere Wanne 54 abgelassen,
und danach wird das NiX-Bad aus der zweiten unteren Wanne 56 in
gleicher Weise im Kreislauf in die obere Wanne 52 gepumpt,
und die Beschichtung des Werkstücks 10 mit
der NiX-Schicht 16 findet statt. Hierbei ist die Abscheiderate
mit beispielsweise bis zu 5 μm/min
niedriger, aber die NiX-Schicht 16 ist dünner als
die innere Schicht 14, so dass die gesamte Beschichtung
des Tiefdruckzylinders 10 mit der Schichtanordnung 17 in
etwa 7 bis 30 Minuten erfolgen kann.
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Ein
Geschwindigkeitsvorteil wird auch dadurch erzielt, dass für beide
Schichten die gleiche obere Wanne 52 verwendet werden kann,
da in beiden Prozessschritten ein galvanisches Bad 55, 57 mit
dem Metall Nickel verwendet wird und so eine Verunreinigung der
Bäder mit
fremden Metallen ausgeschlossen ist, die im Normalfall die Verwendung
von zwei getrennten oberen Wannen und einen Transport des Tiefdruckzylinders 10 erforderlich
machen würde.
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Nach
der Beschichtung wird das Werkstück üblicherweise
poliert, bevor anschließend
die Gravur erfolgt.
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Bebilderung und Verwendung der Schichtanordnung
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Bei
der Verwendung einer Schichtanordnung 17 in Form eines
Sleeves kann die Bebilderung z. B. bei einem externen Dienstleister
oder aber direkt in der Druckerei erfolgen. Bei der Verwendung einer
Schichtanordnung 17 in Form einer Ballardhaut wird die
Bebilderung der Schichtanordnung 17 auf Grund des hohen
Gewichts des Kerns 12 bevorzugt in der Druckerei erfolgen.
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Besonders
vorteilhaft ist die Möglichkeit,
die Schichtanordnung 17 mittels Lasergravur zu bebildern. Nach
der Bebilderung ist keine weitere galvanische Beschichtung der Schichtanordnung 17 notwendig,
sondern die bebilderte Schichtanordnung 17 ist druckfertig
für den
Tiefdruck. Dies ermöglicht
es auch einer Druckerei, die über
keine galvanische Beschichtungsanlage verfügt, die Sleeves von außerhalb
zu kaufen, eine Bebilderung in der Druckerei vorzunehmen, und anschließend den
Druck durchzuführen.
Im Gegensatz hierzu muss bei der konventionellen Druckform mit einer
Kupfer-Grundschicht, einer Zink-Bebilderungsschicht
und einer Chrom-Verschleißschutzschicht
in der Druckerei zumindest noch die galvanische Beschichtung mit
dem Chrom erfolgen.
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Recycling
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Sofern
die Schichtanordnung 17 haftfest mit dem Kern 12 verbunden
ist, wird sie teilweise auf einer Drehbank abgedreht bzw. abgefräst, und
anschließend
kann eine neue Beschichtung erfolgen. Die abgedrehten Teile der
Schichtanordnung 17 können
gut recycelt werden, da sie alle hauptsächlich aus Nickel bestehen.
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Vorteilhaft
ist die Verwendung einer mechanisch lösbaren Schichtanordnung 17 in
Form eines Sleeves oder einer Ballardhaut, da sie dann komplett
abgezogen und recycelt werden kann.
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Bei
der Verwendung einer einschichtigen Schichtanordnung 17 (4)
der Art NiX kann die abgezogene Schichtanordnung 17 ohne
einen Metall-Trennungsvorgang erneut dem galvanischen Bad zugeführt werden,
was Kosten spart.
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Bei
einer mehrschichtigen Schichtanordnung 17 (5)
ist es vorteilhaft, in den einzelnen Schichten 14, 16 das
gleiche Metall bzw. die gleiche oder eine ähnliche Metallkombination zu
verwenden, damit das abgetrennte Material – ggf. nach einem Reinigungsvorgang – erneut
zur Beschichtung verwendet werden kann und keine aufwändige bzw.
zum Teil unmögliche
Trennung unterschiedlicher Metalle erfolgen muss. Man könnte von
einem mehrschichtigen Einmetallsystem bzw. einem mehrschichtigen
System mit einer Metalllegierung (und nicht-metallischen Zusätzen X)
sprechen.
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Sofern
die Schichtanordnung 17 z. B. an den Stirnseiten Ringe
aus einem anderen Material (z. B. Blei) aufweist, welche z. B. zur
Stabilisierung eines Sleeves verwendet werden, werden diese zu Beginn
des Recyclingvorgangs abgetrennt. In diesem Fall hat die Schichtanordnung 17 einen
ersten Bereich 30 innerhalb der beiden stirnseitigen Ringe,
in dem sie eine NiX-Schichtanordnung und ggf. auch eine Bebilderung
aufweist.
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Prozessschritte beim Präparieren
eines Tiefdruckzylinders
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Es
folgt ein Vergleich der Prozessschritte zwischen einem derzeit üblichen
Präparieren
eines Tiefdruckzylinder und einer beispielhaften Verwendung einer
erfindungsgemäßen Schichtanordnung
bei einer Bebilderung mit Lasergravur.
| # | Stand
der Technik | nickelhaltige
Schichtanordnung 17 |
| 1 | Entnahme
des ausgedruckten Formzylinders aus der Tiefdruckmaschine | gleich |
| 2 | Waschen
des Formzylinders zur Entfernung von Farbresten | gleich |
| 3 | Entfernen
der Chromschicht, z. B. chemisch mit Salzsäure | - |
| 4 | Entfernen
der kupfernen Formträgerschicht (chemisch,
galvanisch oder mechanisch) | Entfernen
der nickelhaltigen Schichtanordnung |
| 5 | Vorbereiten
für das
Verkupfern (Entfettung und Entoxidierung, Aufbringen der Trennschicht
beim Ballardhaut-Verfahren) | Vorbereiten
für die
Beschichtung mit der nickelhaltigen Schichtanordnung (Entfettung und
Entoxidierung, Aufbringen der Trennschicht beim Ballardhaut-Verfahren) |
| 6 | galvanische
Verkupferung | galvanische
Beschichtung mit der nickelhaltigen Schichtanordnung |
| 7 | Oberflächen-Finishing
mit schnelldrehendem Diamantmesserkopf und/oder mit Polierstein oder
Polierband | gleich |
| 8 | Vorbereiten
für das
Verzinken | - |
| 9 | galvanische
Verzinkung | - |
| 10 | Oberflächen-Finishing | - |
| 11 | Lasergravur
in die Zinkschicht (Bebilderung) | Lasergravur
in die nickelhaltige Schichtanordnung (Bebilderung) |
| 12 | Probedrucken
(Andruck) | gleich |
| 13 | Zylinderkorrektur,
minus oder plus (d. h. Näpfchenvolumen
reduzieren oder vergrößern) | gleich |
| 14 | Vorbereitung
für das
Verchromen (Entfettung und Entoxidierung; Vorheizung, wenn nötig; ggf.
Polierung) | - |
| 15 | galvanische
Verchromung | - |
| 16 | Oberflächen-Finishing
mit feinem Polierstein oder Papier | gleich |
| 17 | Abgabe
des fertigen Zylinders ans Lager oder direkt an die Tiefdruckmaschine | gleich |
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Bei
dieser Auflistung sind noch nicht die galvanischen Bäder für die Beschichtung
mit der Verbindungsschicht aus Nickel und Grundschicht aus Kupfer
berücksichtigt,
die nicht bei jeder Wiederverwendung des Druckzylinders erforderlich
sind.
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Aus
Sicht einer Druckerei, die unbebilderte Sleeves kauft und im Hause
mit Lasergravur bebildert, kann der Vergleich wie folgt aussehen:
| # | Stand
der Technik | nickelhaltige
Schichtanordnung 17 |
| 1 | Lasergravur
in die Zinkschicht (Bebilderung) | Lasergravur
in die nickelhaltige Schichtanordnung (Bebilderung) |
| 2 | Probedrucken
(Andruck) | gleich |
| 3 | Zylinderkorrektur,
minus oder plus (d. h. Näpfchenvolumen
reduzieren oder vergrößern) | gleich |
| 5 | galvanische
Verchromung | - |
| 6 | Oberflächen-Finishing
mit feinem Polierstein oder Papier | kann
entfallen |
| 7 | Abgabe
des fertigen Zylinders ans Lager oder direkt an die Tiefdruckmaschine | gleich |
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Die
Druckerei kann damit bei der Verwendung einer nickelhaltigen Schichtanordnung 17 ohne
eine Anlage zur galvanischen Beschichtung auskommen, was das Verfahren
auch für
kleinere Druckereien interessant macht.
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Ni h-BN
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Versuche
haben ergeben, dass eine Ni h-BN-Schicht 16 aus einer Zusammensetzung
aus Nickel und hexagonalem Bornitrid (h-BN) sehr gute Verschleißschutzeigenschaften
hat und deshalb z. B. bei der Beschichtung von Tiefdruckzylindern
als Ersatz für
eine Verschleißschutzschicht
aus Hartchrom eingesetzt werden kann.
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Die
Härte ist
mit ca. 450 bis 600 HV 0,05 ähnlich
groß wie
bei einer NiP-Schicht, aber geringer als die von Hartchrom (bis
zu 1.200 HV 0,05).
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Ein
großer
Vorteil der Ni h-BN-Schicht besteht in einer großen Reibwertreduzierung (Reibungszahlreduzierung,
Reibungskoeffizientreduzierung), insbesondere in der Reduzierung
der Trockenreibung. Die Reibwertreduzierung führt dazu, dass die Verschleißschutzeigenschaften – abhängig vom
Anwendungsfall – ähnlich gut
wie bei Hartchrom sind. Bei mangelnder Schmierung tritt bei tribologisch
beanspruchtem reinem Nickel schnell Fressreibung auf, und dies wird
durch die durch die Ni h-BN-Schicht
erreichte Reibwertreduzierung verhindert bzw. zumindest vermindert.
Der Vorteil der guten Reibwertreduzierung ist in Bezug auf die Fressreibung
wichtiger als der Nachteil der geringeren Härte. Vorteilhaft ist ein Zusatz
weiterer Partikel wie z. B. SiC.
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Der
Massenanteil des hexagonalen Bornitrids 17 in der NiX-Schicht 16 beträgt bevorzugt
zwischen 0,001 und 0,08, weiter bevorzugt zwischen 0,002 und 0,07,
und weiter bevorzugt zwischen 0,01 und 0,05.
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Herstellung von Ni h-BN
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Die
Herstellung einer Ni h-BN-Schicht wurde erfolgreich durch eine galvanische
Beschichtung mit dem folgenden Badansatz durchgeführt:
- • 500
g/l Nickelsulfat (NiSO4-7 H2O)
- • 30–45 g/l
Borsäure
(H3BO3)
- • 15–35 ml/l
organischer Kornverfeinerer/Härtebildner,
z. B. Saccharin
- • 10–50 ml/l
Zusatz, z. B. h-BN und/oder weitere Zusätze.
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Da
sich das hexagonale Bornitrid nicht im Bad löst, ist es vorteilhaft, bei
der Herstellung des galvanischen Bads eine gebrauchsfertige wässrige h-BN-Suspension mit einem
Netzmittel zu verwenden, wie es im Handel erhältlich ist, und das galvanische
Bad muss während
des Galvanisiervorgangs in Bewegung versetzt werden. Bei Versuchen
hat sich ein Nickel-Gehalt im elektrolytischen Bad von ca. 110 g/l
und ein pH-Wert im Bereich von 1,7–4,5 als vorteilhaft erwiesen.
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Man
kann bei einer Ni h-BN-Schicht bzw. bei einer anderen aus einer
wässrigen
Dispersion abgeschiedenen Schicht auch von einer Dispersionsschicht
sprechen.
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Der
angegebene Badansatz kann auch für
die anderen genannten NiX-Schichten verwendet werden, wobei der
jeweilige X-Anteil als Zusatz mit der gewünschten Konzentration zugegeben
wird.
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Beispiel 4
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Eine
gut haftende Ni h-BN-Schicht auf einem entfetteten, aktivierten
und dekapierten Kupferbolzen hat sich mit der folgenden Badzusammensetzung
ergeben:
300 g/l Nickelsulfat
40 g/l Borsäure
2,6
g/l Saccharin
20 g/l h-BN
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Die
genannten Feststoffe wurden in Wasser aufgelöst. Die Temperatur betrug 60°C und der
pH-Wert 2. Das Stromprogramm für
die Galvanisierung betrug 2 Minuten bei 2,5 A/dm2 für eine glatte
Schicht und anschließend
10 Minuten bei 30 A/dm2 (abhängig von
der gewünschten
Schichtdicke).
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Naturgemäß sind im
Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen
möglich.
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So
können
z. B. die Härte
und auch die Verschleißschutzeigenschaften
durch eine thermische Behandlung der Schichtanordnung 17 verbessert
werden.
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Auch
kann an Stelle der galvanischen Herstellung der Schichtanordnung 17 eine
chemische Herstellung („Chemisch
Nickel”)
durchgeführt
werden.