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Die Erfindung betrifft einen Zylinder einer Druckmaschine mit mindestens einem Spannkanal in einer Mantelfläche des Zylinders, wobei die Mantelfläche eine mittels thermischen Spritzverfahren aufgebrachte Beschichtung aufweist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Druckmaschinenzylinders, nämlich eines Formzylinders oder eines Übertragungszylinders.
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Es ist bekannt, dass Druckwerkszylinder für Offset-Rotationsdruckmaschinen aus einem metallischen Werkstoff gefertigt werden. Es ist außerdem bekannt, dass zur Erhöhung der Verschleiß- und Korrosionsschutzeigenschaften die Mantelfläche der Druckwerkzylinder mit verschiedenen Verfahren, zum Beispiel thermische Spritzverfahren oder galvanische und chemische Abscheidung, beschichtet werden.
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Bezüglich einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Beschichtung eines Druckwerkzylinders mittels thermischem Spritzverfahren wird beispielsweise auf die
WO 2004/098790 A1 verwiesen.
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Bezüglich der Beschichtung eines Druckwerkzylinders mittels Abscheidetechnik wird auf die
DE 10 2007 006 705 A1 verwiesen, in der autokatalytische und chemische Abscheidung zur Beschichtung verwendet wird.
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Es ist weiterhin bekannt, dass die Oberfläche dieser Druckwerkszylinder durch thermisches Beschichten mit Oxidkeramik oder mit Metallmatrix-Legierungen mit oben genannten Eigenschaften funktionalisiert werden kann. Beispielsweise ist aus der
DE 37 44 131 C2 bekannt, die Näpfchen einer Rasterwalze mit einer Keramikschicht mittels Plasma-Spritzverfahren zu beschichten.
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Aus der
DE 10 2004 001 397 A1 ist es bekannt, Profilkörper mittels Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißens in den Spannkanal eines Druckwerkzylinder einzubringen.
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Die Erfinder haben erkannt, dass bei einem Übertragungszylinder oder einem Formzylinder einer Druckmaschine gerade am Übergang zwischen Mantelfläche und Spannkanal erhöhte Zugbelastungen durch Drucktuchplatten oder Gummituchplatten auftreten. Diese Belastungen wirken sich negativ speziell bei Druckmaschinenzylindern mit thermischen Spritzbeschichtungen aus.
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Außerdem tritt gerade am Übergang zwischen Mantelfläche und Spannkanal durch Plattenwechsel der Drucktuchplatten oder Gummituchplatten erhöhter Verschleiß am Übertragungszylinder oder Formzylinder auf.
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Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, einen Zylinder einer Druckmaschine mit mindestens einem Spannkanal hinsichtlich des Verschleißverhaltens zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Zylinder einer Druckmaschine mit mindestens einem. Spannkanal gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinders gemäß Anspruch 7 gelöst.
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Aus den gewonnenen Erkenntnissen heraus schlagen die Erfinder vor, einen Zylinder einer Druckmaschine mit mindestens einem Spannkanal in einer Mantelfläche des Zylinders, wobei die Mantelfläche eine mittels thermischen Spritzverfahren aufgebrachte Beschichtung aufweist, dahingehend zu verbessern, dass am Übergang zwischen Mantelfläche und Spannkanal ein mittels Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißen aufgebrachter Zusatzkörper angeordnet ist, wobei die mittels thermischen Spritzverfahren aufgebrachte Beschichtung den Zusatzkörper zumindest teilweise überdeckt oder an diesen angrenzend nicht überdeckt.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Spannkanal sehr kostengünstig hergestellt werden kann, wobei nur an den Stellen, an denen es die Funktion erfordert, hochwertige und teure Werkstoffe zum Einsatz gebracht werden. Insbesondere ist es nicht mehr erforderlich, wie in der
DE 196 11 642 C2 beschrieben, dass eine vorgefertigte Leiste in eine Nut des Zylinders eingesetzt wird.
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So braucht nur der Übergangsbereich zwischen Mantelfläche und Spannkanal des Zylinders, der besonders verschleiß- und korrosionsanfällig ist, mit einem hochwertigen Material versehen werden und für den Rest des zumeist großvolumigen Zylinders kann ein preiswerter Werkstoff ausgewählt werden. Durch den in der Nut angeordneten Zusatzkörper erhält der Spannkanal auf fertigungstechnisch einfach zu realisierende Weise, zum Beispiel eine korrosionsbeständige Innenfläche. Der Zusatzkörper kann durch Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißen am Zylinder befestigt werden.
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Das Laserstrahlschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden sollen. Das Laserstrahlschweißen oder Laserschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt.
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Die Laserstrahlung wird mittels einer Optik fokussiert. Die Werkstückoberfläche der Stoßkante, also der Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile, befindet sich in der unmittelbaren Nähe des Fokus der Optik im Brennfleck. Die Lage des Fokus relativ zur Werkstückoberfläche oberhalb oder unterhalb ist ein wichtiger Schweißparameter und legt zum Beispiel auch die Einschweißtiefe fest. Der Brennfleck besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen, wenn der eingesetzte Laser die typischen Leistungen von einigen Kilowatt Laserleistung besitzt. Durch Absorption der Laserleistung erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur von Metall hinaus, so dass sich eine Schmelze bildet. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht wird diese je nach Werkstoff sehr hart und verliert in der Regel an Zähigkeit.
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Ein großer Vorteil lasergeschweißter Bauteile ist der durch den im Vergleich zu anderen Schweißverfahren geringere, konzentrierte Energieeintrag in das Werkstück. Die Folge ist unter anderem geringerer thermisch bedingter Verzug. Daher wird dieses Schweißverfahren oftmals zum Fügen von Komponenten zu Fertigbauteilen eingesetzt. Damit wird oft auch der Nachteil der geringen Strahlungsabsorption beim Wärmeleitschweißen von Metallen ausgewogen.
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Ein weiterer Vorteil ist die große Arbeitsentfernung, Schweißen bis etwa 500 mm Abstand oder an schwer zugänglichen Stellen und die freie Wahl der Umgebungsatmosphäre. Besonderheit des Laserschweißens ist, dass sämtliche Nahtgeometrien hergestellt werden können, wie zum Beispiel Stumpfnähte, Überlappnähte oder Kehlnähte.
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Beim ebenfalls vorgeschlagenen Elektronenstrahlschweißen wird die benötigte Energie von durch Hochspannung im Bereich von 60 bis 150 KV beschleunigten Elektronen in die Prozesszone eingebracht. Die Strahlbildung erfolgt im Hochvakuum durch ein Triodensystem, bestehend aus Kathode, Steuerelektrode und Anode. Der Schweißvorgang geschieht meistens im Vakuum, kann aber beim so genannten Elektronenstrahlschweißen an Atmosphärendruck auch unter Normaldruck geschehen. Hier wird dann mit einer Strahlleistung von bis zu 30 kW gearbeitet, wobei der Arbeitsabstand zwischen Strahlaustritt und Werkstück zwischen 6 und 30 mm liegen sollte. Der Übergang vom Hochvakuum zum Atmosphärendruck geschieht über mehrere Druckstufen.
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Das Elektronenstrahlschweißen erlaubt hohe Schweißgeschwindigkeiten mit extrem tiefen, schmalen und parallelen Nähten. Durch die geringen Nahtbreiten und der hohen Parallelität kann der Verzug extrem klein gehalten werden. Daher kann dieses Verfahren auch am Ende der Fertigungskette eingesetzt werden. Auch beim Schweißen kleiner Schweißnähte kommt das Verfahren zum Einsatz, da der Elektronenstrahl durch angelegte elektrische Felder exakt abgelenkt werden kann. Damit kann auf die Bewegung des Bauteils verzichtet werden, der Elektronenstrahl führt die Bewegung selbst aus, zum Beispiel eine Axialnaht. Aufgrund der schnellen Ablenkung kann auch mit mehreren Bädern gleichzeitig geschweißt werden. Der Elektronenstrahl springt zwischen den einzelnen Bädern hin und her, ohne dass es zu einer Erstarrung der Schmelze kommt. Dadurch lässt sich zum Beispiel bei Axialnähten der Verzug minimieren.
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In einer möglichen Ausgestaltung kann der Zusatzkörper als Drahtmaterial oder Bandmaterial oder Vollmaterial ausgebildet sein. Somit kann der Zusatzkörper in einem Aufschweißverfahren zumindest an oder nahe der Mantelfläche durch auftragen eines verschleiß- und/oder korrosionsbeständigen Werkstoffes angeformt werden.
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Der Zusatzkörper kann aus einem verschleiß- und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff, vorzugsweise aus Metall, bestehen. Dabei sind beispielsweise korrosionsbeständiger (Edel-)Stahl oder Aluminiumbronze geeignet, da diese Stoffe nicht rosten.
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Der Zusatzkörper kann anstelle eines zusätzlich aufgebrachten Werkstückes durch eine Schweißnaht des Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißens gebildet werden.
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Die mittels thermischen Spritzverfahren aufgebrachte Beschichtung kann vorteilhafter Weise auf einer Basis von Zink oder Nickel oder Eisen-Austenit-Cobald oder Titanoxid oder Molybdän bestehen. Nickel stellt einen besonders guten Haftgrund dar. Zink eignet sich als guter Korrosionsschutz. Titanoxid oder Molybdän sind gute Verschleißschutzschichten, wobei Titanoxid zusätzlich als Temperaturschutz fungiert und bei Übertragungszylindern den Wärmeeintrag durch das Gummituchwalken minimiert.
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Des Weiteren schlagen die Erfinder ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Druckmaschinenzylinders vor, nämlich eines Formzylinders oder eines Übertragungszylinders, mit zumindest folgenden Schritten:
- a) Bereitstellen eines Druckmaschinenzylinders mit einem metallischen Zylindergrundkörper, der eine äußere Mantelfläche und mindestens einen Spannkanal aufweist;
- b) Einschweißen eines Zusatzkörpers mittels Laser- und/oder Elektronenstrahl im Bereich des Übergangs zwischen Mantelfläche und Spannkanal;
- c) Auftragen einer thermischen Spritzbeschichtung auf den Zylindergrundkörper im Bereich der äußeren Mantelfläche sowie an zumindest Teilflächen des oder jedes Spannkanals, so dass die aufgebrachte Beschichtung den Zusatzkörper zumindest teilweise überdeckt oder an diesen angrenzend nicht überdeckt.
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Vorteilhafterweise ist die mittels thermischen Spritzverfahren aufgebrachte Beschichtung auf einer Basis von Zink oder Nickel oder Eisen-Austenit-Cobald oder Titanoxid oder Molybdän mit einer Schichtdicke zwischen 10 μm und 100 μm aufgebracht.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: Detailansicht auf einen Zylinder mit Spannkanal.
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Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben.
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Die 1 zeigt eine Detailansicht eines Zylinders 1 einer Druckmaschine. Bei dem Zylinder 1, der in einer Ansicht auf eine Stirnseite dargestellt ist, kann es sich um einen Form- oder einen Übertragungszylinder einer Offsetrotationsdruckmaschine handeln. In den Zylinder 1 ist zumindest ein Spannkanal 2 eingelassen, der am Zylindermantel zumindest einen Spannspalt ausbildet. Im Spannkanal 2 befindet sich die Befestigungsmimik für die Vor- und Nachlaufkanten des Aufzuges 6.
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Die Vor- und Nachlaufkanten des Aufzuges 6 werden über den Spannspalt in den Spannkanal 2 eingeführt und dort geklemmt.
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Beim Aufzug 6 kann es sich um eine oder mehrere Druckplatten für den Formzylinder handeln, die das im Offsetverfahren zu übertragende Druckbild trägt/tragen. Außerdem kann der Aufzug 6 eine Gummituchplatte (metal back blanket) sein, die das Druckbild von den Druckplatten auf das Papier übertragen.
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Gerade bei einem Übertragungszylinder oder einem Formzylinder einer Druckmaschine treten am Übergang zwischen Mantelfläche und Spannkanal 2 erhöhte Zugbelastungen durch die Drucktuchplatten oder Gummituchplatten auf. Außerdem tritt gerade am Übergang zwischen Mantelfläche und Spannkanal 2 durch Plattenwechsel der Drucktuchplatten oder Gummituchplatten erhöhter Verschleiß am Übertragungszylinder oder Formzylinder auf.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ausschließlich am Übergang zwischen Mantelfläche und Spannkanal 2 links und rechts bezüglich der Zylinderrotationsrichtung am Spannspalt ein Zusatzkörper 5 aufgebracht, der mittels einer Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißnaht 4 befestigt ist. So kann der Übergangsbereich zwischen Mantelfläche und Spannkanal des Zylinders 1 besonders verschleiß- und korrosionsfest ausgestaltet werden.
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An dem Ballen wird dann eine Beschichtung 3 (gepunktete Linie) in Form einer thermischen Spritzbeschichtung auf den Zylindergrundkörper im Bereich der äußeren Mantelfläche sowie an zumindest Teilflächen des oder jedes Spannkanals 2 aufgetragen. In der Ausführung in 1 ist die thermische Spritzbeschichtung auch im Inneren des Spannkanals 2 aufgetragen.
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Es ist zu erwähnen, dass der neue Zylinder bzw. das neue Verfahren gleichermaßen bei Form- und Übertragungszylinder mit durchgängigen Spannkanälen als auch mit versetzt angeordnete Spannkanälen eingesetzt werden kann. Somit können zum Beispiel 4-, 6- oder 8-Seiten breite Zylinder von Druckmaschinen ausgestattet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 2
- Spannkanal
- 3
- Beschichtung
- 4
- Schweißnaht
- 5
- Zusatzkörper
- 6
- Aufzug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/098790 A1 [0004]
- DE 102007006705 A1 [0005]
- DE 3744131 C2 [0006]
- DE 102004001397 A1 [0007]
- DE 19611642 C2 [0013]
