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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinders
und einen Zylinder gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 oder 20.
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Durch
die
DE 30 23 246 A1 sind
dünne metallische
Schichten auf einem aus Grauguss oder Stahl bestehenden Ballen eines
bogenführenden
Zylinders einer Druckmaschine bekannt, wobei die Beschichtung die
Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche des
Ballens erhöht.
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Durch
die Patentschrift
DD 122 944 ist
bekannt, auf der metallischen Oberfläche eines Zylinders oder einer
Walze für
eine Druckmaschine zur Erhöhung
von deren Korrosionswiderstandsfähigkeit eine
dünne Schicht
aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Chromoxid, Magnesiumoxid, Zirkontrioxid,
Manganoxid, Zirkoniumsilikat oder Molybdänsilikat aufzutragen.
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Durch
die
EP 01 83 984 B1 ist
ein Druckwerkszylinder für
Offset-Rotationsdruckmaschinen bekannt,
bei dem zur Erhöhung
von dessen Verschleiß-
und Korrosionsbeständigkeit
galvanisch eine Grundschicht aus Nickel und eine Deckschicht aus
Chrom nachbearbeitungsfrei aufgebracht ist, wobei der Durchmesser
des Zylinders und die Übergänge an einem
Zylinderkanal um die Dicke der aufzubringenden Beschichtung kleiner
ausgebildet sind, wobei der Zylinderkörper nach der Beschichtung ohne
eine Nachbearbeitung sein Fertigmaß aufweist. Hierbei ist der Übergang
am Zylinderkanal in die Mantelfläche
des Zylinders ohne sichtbare Kante ausgeführt.
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Durch
die
EP 09 99 043 A1 ist
eine Druckmaschinenkomponente bekannt, deren Oberfläche durch
thermisches Spritzen mit Oxidkeramik oder Hartmetall und zusätzlichem Versiegeln
mit einer dünnen
Verschleißschutzschicht
versehen ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Zylinders und einen Zylinder zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 oder 20 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass der Ballen des Zylinders aus einem für Korrosion anfälligen und
damit preiswerten Werkstoff bestehen kann und dennoch alle seine
Funktionsflächen,
einschließlich
der Innenfläche
eines im Ballen ausgebildeten Kanals, auf fertigungstechnisch einfache
Weise gegen Korrosion geschützt
werden. Dabei unterscheiden sich die Werkstoffe der auf der Mantelfläche des
Ballens und die auf der Innenfläche
des Kanals aufgetragenen Beschichtungen und/oder deren Schichtdicken und/oder
die verwendeten Beschichtungsverfahren voneinander. So eignen sich
für das
Auftragen einer Beschichtung auf der Mantelfläche des Ballens andere Beschichtungsverfahren
und Werkstoffe als für das
Beschichten von Innenflächen
eines vorzugsweise als längeren,
insbesondere zylinderförmigen Hohlraum
ausgebildeten Kanals. Für
die Beschichtung der Innenfläche
des Kanals mag die reine Korrosionsfestigkeit genügen, wohingegen
für die
Beschichtung der Mantelfläche
des Ballens zusätzlich die
Eigenschaft der Verschleißfestigkeit
und Abriebfestigkeit von Bedeutung ist. Die vorgeschlagene Lösung beschichtet
Funktionsflächen
des Ballens somit differenziert und unter fertigungstechnologischen und
kostenmäßigen Gesichtspunkten
bedarfsgerecht.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 in
einer vereinfachten Darstellung einen Zylinder mit einem Kanal mit
einer schlitzförmigen Öffnung;
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2 in
einer vereinfachten Darstellung einen Teilschnitt des Ballens mit
einer scharfen Kante an der Öffnung
zum Kanal;
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3 in
einer vereinfachten Darstellung einen Teilschnitt des Ballens mit
einer abgerundeten Kante an der Öffnung
zum Kanal;
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4 in
einer vereinfachten Darstellung einen Teilschnitt des Ballens mit
einer in dessen Mantelfläche
eingebrachten Vertiefung;
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5 in
einer vereinfachten Darstellung einen Querschnitt des in den Ballen
eingebrachten Kanals mit den in der gefüllten Vertiefung ausgebildeten Kanten;
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6 in
einer vereinfachten Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der gefüllten Vertiefung und
der darin ausgebildeten Kanten;
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7 in
einer vereinfachten Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der gefüllten Vertiefung und
der darin ausgebildeten Kanten.
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1 zeigt
in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung einen Zylinder 01 mit
einem Ballen 02, z. B. einen Formzylinder 01 oder
einen Übertragungszylinder 01 einer
Druckmaschine, insbesondere einer Offsetdruckmaschine. Ein derartiger
Zylinder 01 hat einen Durchmesser z. B. von 140 mm bis 420
mm, vorzugsweise zwischen 280 mm und 340 mm. Die axiale Länge des
Ballens 02 des Zylinders 01 liegt z. B. im Bereich
zwischen 500 mm und 2.400 mm, vorzugsweise zwischen 1.200 mm und
1.700 mm. An den Stirnseiten 03 des Ballens 02 des
Zylinders 01 sind Zapfen 04 z. B. zur Lagerung
und zum Antrieb des Zylinders 01 ausgebildet. Es ist mindestens
ein im Ballen 02 ausgebildeter, vorzugsweise in axialer
Richtung des Zylinders 01 verlaufender Kanal 06 vorgesehen,
wobei der mindestens eine Kanal 06 vorzugsweise im Wesentlichen
unterhalb der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 verläuft
und z. B. als eine von einer Stirnseite 03 des Ballens 02 zu
seiner gegenüberliegenden
Stirnseite 03 reichende Durchgangsbohrung durch den Ballen 02 oder
als eine im Ballen 02 endende Sacklochbohrung ausgebildet
ist. Der Kanal 06 ist zur Mantelfläche 07 des Ballens 02 durch
eine vorzugsweise schlitzförmige Öffnung 08 zumindest
teilweise geöffnet,
d. h. die Öffnung 08 öffnet einen
unterhalb der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 verlaufenden Kanal 06 z. B. nur entlang
eines bestimmten Teilstücks.
In der 1 ist die Öffnung 08 des
Kanals 06 über
die Länge
l des Ballens 02 durchgehend dargestellt. Die Öffnung 08 weist
an der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 mindestens eine Kante 11; 12,
jedoch vorzugsweise zwei gegenüberstehende
Kanten 11; 12 aus, wobei die Kanten 11; 12 je nach
Zylindertyp und vorgesehener Verwendung scharfkantig (2),
mit einer Fase oder gerundet mit einem Radius R (3)
von wenigen Millimetern ausgebildet sind.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Zylinders 01 einer Druckmaschine
mit einem Ballen 02 mit mindestens einem z. B. unterhalb
der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 verlaufenden Kanal 06 mit einer Öffnung 08 mit
z. B. zwei an der Mantelfläche 07 des Ballens 02 gegenüberstehenden
Kanten 11; 12, bei dem zumindest die Kanten 11; 12 der Öffnung 08 korrosionsfest
und/oder verschleißfest
ausgebildet werden, sieht vor,
- – dass vorzugsweise
vor dem Ausbilden des Kanals 06 im Ballen 02 in dessen
Mantelfläche 07 eine
Vertiefung 13 (4) ausgebildet wird, wobei die
Kanten 11; 12 der späteren Öffnung 08 und ausgehend
von jeder Kante 11; 12 ein Flächenabschnitt 16; 17 an
der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 und ein zum späteren Kanal 06 gerichteter
Flächenabschnitt 18; 19 innerhalb
des von der Vertiefung 13 ausgebildeten Bereichs vorgesehen
werden (5, 6 und 7),
- – dass
nach dem Füllen
der Vertiefung 13 mit einem korrosionsfesten und/oder verschleißfesten Werkstoff
der Kanal 06 im Ballen 02 ausgebildet und durch
den von der gefüllten
Vertiefung 13 ausgebildeten Bereich hindurch geöffnet wird,
wobei die Öffnung 08 des
Kanals 06 durch ein die gefüllte Vertiefung 13 in
zwei gegenüberstehende Abschnitte 21; 22 trennendes
Bearbeitungsverfahren ausgebildet wird (5, 6 und 7).
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Da
der z. B. geschmiedete oder gegossene Rohling des Ballens 02 aufgrund
seines großen
Bauvolumens bereits aus Kostengründen
i. d. R. aus einem unedlen, d. h. korrosionsanfälligen und zumeist für die vorgesehene
Beanspruchung nicht ausreichend verschleißfesten Werkstoff gefertigt
wird und z. B. aus einem nicht rostfreien Stahl, z. B. aus dem Werkstoff
C22N besteht, wird die Mantelfläche 07 des
Ballens 02 vorzugsweise korrosionsfest und/oder verschleißfest beschichtet,
insbesondere durch eine Beschichtung 26 mit einem Metall
oder mit einer Keramik, wobei die Beschichtung 26 z. B.
durch ein thermisches Spritzverfahren, z. B. durch ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren
(HVOF) oder durch ein atmosphärisches
Plasmaspritzverfahren (APS) auf die Mantelfläche 07 des Ballens 02 aufgetragen
wird. Die Schichtdicke d1 (5, 6 und 7)
der durch ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren (HVOF) auf
der Mantelfläche 07 des Ballens 02 aufgetragenen
metallischen Beschichtung 26 liegt z. B. zwischen 0,2 mm
und 0,5 mm, die Schichtdicke d1 der durch ein atmosphärisches
Plasmaspritzverfahren (APS) auf der Mantelfläche 07 des Ballens 02 aufgetragenen
keramischen Beschichtung 26 z. B. zwischen 0,15 mm und
0,2 mm, wobei vor dem Auftrag der keramischen Beschichtung 26 auf
der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 vorzugsweise eine Haftschicht 27 mit
einer Schichtdicke d2 z. B. zwischen 0,05 mm und 0,1 mm aufgespritzt
wird (siehe 7). Für eine metallische Beschichtung 26 eignet
sich z. B. ein selbstfließender,
kalt gespritzter Spritzwerkstoff, z. B. NiCrBSi, ein hochlegierter Stahl,
z. B. 316 L, eine zumindest Nickel, Chrom und Eisen enthaltende
Legierung, z. B. NiCr, oder ein karbidischer Werkstoff, z. B. WCCoCr
oder Cr3C2. Für eine keramische
Beschichtung 26 eignet sich z. B. Aluminiumoxid, Titanoxid,
Chromoxid, Siliziumoxid oder mehrere dieser Oxide. Die Haftschicht 27 besteht
z. B. aus Nickel und Aluminium.
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Die
Vertiefung 13 wird vorzugsweise vor dem Beschichten des
Ballens 02 in dessen Mantelfläche 07 eingebracht.
Sie ist im Wesentlichen radial zum Inneren des Ballens 02 gerichtet
und wird vorzugsweise im Wesentlichen als eine rechteckförmige, v-förmige, gerundete
oder wannenförmige
Nut 13 ausgebildet (4), wobei
die Vertiefung 13 z. B. in die Mantelfläche 07 des Ballens 02 eingefräst wird. Die
Vertiefung 13 kann z. B. ausgehend vom Niveau der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 eine Tiefe t zwischen 3 mm und 10 mm und an ihrem Grund 14 eine Erstreckung
mit einer Länge
l über
3 mm bis 10 mm aufweisen. An der Mantelfläche 07 des Ballens 02 kann
die Nut 13 eine Öffnungsweite
w von z. B. 10 mm bis 50 mm aufweisen. Die Flanken 23; 24 der Vertiefung 13 öffnen sich
zur Mantelfläche 07 des Ballens 02 z.
B. in einem vorzugsweise symmetrisch zu einem Radialstrahl 09 des
Ballens 02 angeordneten Öffnungswinkel α von 60° bis 120°, vorzugsweise von
90°. Die
Vertiefung 13 wird mit einem korrosionsfesten und/oder
verschleißfesten
Werkstoff gefüllt (5, 6 und 7),
wobei der Werkstoff vorzugsweise unlösbar mit dem Ballen 02 verbunden wird.
Der Werkstoff der Füllung
wird z. B. durch eine stoffschlüssige
Verbindung, vorzugsweise durch Auftragsschweißen, z. B. durch ein MAG- oder
MIG-Verfahren, in die Vertiefung 13 eingebracht. Es kann
jedoch auch ein Formteil aus einem korrosionsfesten und/oder verschleißfesten
Werkstoff in die Vertiefung 13 vorzugsweise formschlüssig eingesetzt
und dort an den Ballen 02 z. B. angeklebt, angelötet, angeschweißt oder
angeschraubt werden. Als Schweißverfahren
eignet sich z. B. ein Elektronenstrahlschweißverfahren.
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Vorzugsweise
nachdem die Füllung
in die Vertiefung 13 eingebracht ist, wird der Kanal 06 z.
B. durch eine Bohrung in den Ballen 02 eingebracht. Vorteilhafterweise
schneidet eine Querschnittsfläche des
Kanals 06 die gefüllte
Vertiefung 13. Sodann wird die Öffnung 08 des Kanals 06 in
die Mantelfläche 07 des
Ballens 02 z. B. mit einem Scheibenfräser eingefräst, wobei die Kanten 11; 12 der Öffnung 08 scharfkantig,
mit einer Fase oder gerundet ausgebildet werden. Die Öffnung 08 des
Kanals 06 wird vorzugsweise mit einer Schlitzweite S von
höchstens
5 mm ausgebildet, vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm. Die schlitzförmige Öffnung 08 kann
im Wesentlichen radial (6) oder unter einem bestimmten
zur Mantelfläche 07 des
Ballens 02 geneigten Neigungswinkel in den Ballen 02 eingebracht
werden (7), wobei sich von den Kanten 11; 12 zum
Kanal 06 erstreckende Flächenabschnitte 18; 19 in
einem konstanten oder sich verändernden
Abstand gegenüberstehen
(5 und 6).
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Insbesondere
wenn eine Beschichtung 26 der Mantelfläche 07 des Ballens 02 mit
einem korrosionsfesten und/oder verschleißfesten Werkstoff vorgesehen
ist, gegebenenfalls zusammen mit dem Auftrag einer Haftschicht 27,
ist es vorteilhaft, die Vertiefung 13 mit Bezug auf das
Niveau der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 mit einem die Mantelfläche 07 überragenden Überstand
zu füllen
und diesen Überstand
während
des Beschichtens der Mantelfläche 07 gleichfalls
zu beschichten. Nach dem Beschichten wird die beschichtete Mantelfläche 07 des
Ballens 02 z. B. durch Überdrehen
oder Schleifen fertig bearbeitet, wobei die Beschichtung 26 des Überstands
im Bereich der Kanten 11; 12 der Öffnung 08 abgetragen
wird, sodass der Zylinder 01 auch im Bereich der Öffnung 08 des
Kanals 06 wieder einen runden Querschnitt ohne einen das
Niveau der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 überragenden Überstand
aufweist. Die auf der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 aufgetragene Beschichtung 26 läuft dann
durch das Freilegen des in die Vertiefung 13 eingefüllten Werkstoffs
an der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 in einem von den Kanten 11; 12 der Öffnung 08 ausgehenden
Flächenabschnitt 16; 17 aus,
sodass die Kanten 11; 12 der Öffnung 08 allein vom
in die Vertiefung 13 eingefüllten Werkstoff ausgebildet
sind, weil die Beschichtung 26 auf der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 in einem Abstand a vor den Kanten 11; 12 der Öffnung 08 endet,
wobei der Abstand a z. B. zwischen 1 mm und 20 mm beträgt, vorzugsweise
zwischen 2 mm und 10 mm. Der Abstand a kann vor beiden Kanten 11; 12 der Öffnung 08 gleich
oder ungleich sein (siehe 6 und 7).
An der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 entsteht durch das Abtragen des beschichteten Überstandes
am von den Kanten 11; 12 abgewandten Ende des
Flächenabschnitts 16; 17 vorzugsweise
ein fließender,
stetiger Übergang
vom in die Vertiefung 13 eingefüllten Werkstoff zur Beschichtung 26.
An diesem Übergang
kann die Beschichtung 26 gegebenenfalls zusammen mit der Haftschicht 27 unter
einem Winkel β vorzugsweise stetig
in dem von den Kanten 11; 12 der Öffnung 08 ausgehenden
Flächenabschnitt 16; 17 auslaufen (6 und 7),
wobei der Winkel β z.
B. 30° bis 60° beträgt.
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Es
ist von Vorteil, auch die Innenfläche 28 des Kanals 06 korrosionsfest
auszubilden (5). Dazu kann die Innenfläche 28 des
Kanals 06 z. B. mit einer zumindest Nickel und Phosphor
enthaltenden Schicht vorzugsweise gleichmäßig entlang der gesamten Kontur
des Kanals 06 beschichtet werden, wobei die Beschichtung
z. B. durch eine chemische, außen
stromlose Abscheidung zumindest von Nickel und Phosphor aufgetragen
wird. Die Beschichtung der Innenfläche 28 des Kanals 06 kann
aber auch z. B. durch eine galvanische Abscheidung eines geeigneten
Werkstoffs erfolgen, z. B. durch eine galvanische Abscheidung von
Nickel und/oder Zink. Die Schichtdicke für eine Beschichtung der Innenfläche 28 des
Kanals 06 liegt z. B. zwischen 0,02 mm und 0,05 mm, insbesondere
zwischen 0,02 mm und 0,03 mm. Die Beschichtung der Innenfläche 28 des
Kanals 06 unterliegt i. d. R. nicht den selben hohen Anforderungen,
die an eine Beschichtung 26 der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 gestellt werden. Die Unterschiede in den Anforderungen
beziehen sich insbesondere auf die Verschleißfestigkeit, Abriebfestigkeit
und ihre dekorative Ausgestaltung, wobei mit Letzterem z. B. der
Glanz sowie die Homogenität
der Beschichtung und ihre Fleckenlosigkeit gemeint sind. Deshalb
ist es schon allein aus fertigungstechnischen Gründen und damit einhergehend
aus Kostengründen
angebracht, die Innenfläche 28 des
Kanals 06 getrennt von der Beschichtung 26 der
Mantelfläche 07 des
Ballens 02 auszuführen.
Insbesondere in dem Fall, wenn der Ballen 02 des Zylinders 01 aus
einem für
Korrosion anfälligen
Werkstoff besteht, ist es vorteilhaft, den Kanal 06 und
die ihn zumindest teilweise an der Mantelfläche 07 des Ballens 02 öffnende Öffnung 08 vor
dem Beschichten der Mantelfläche 07 und
vor dem Beschichten der Innenfläche 28 des Kanals 06 auszubilden,
weil andernfalls durch das Einbringen der Öffnung 08 korrosionsanfälliger Werkstoff
des Ballens 02 wieder freigelegt wird. Werden hingegen
zuerst der Kanal 06 und seine Öffnung 08 ausgebildet,
entsteht beim anschließenden
Beschichten im Bereich der Öffnung 08 zwischen
der auf der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 aufgetragenen Beschichtung 26 und der
auf der Innenfläche 28 des
Kanals 06 aufgetragenen Beschichtung vorzugsweise ein gleitender Übergang.
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Bei
einem Zylinder 01 mit einem oberflächenbeschichteten Ballen 02 mit
einem Kanal 06 mit einer Öffnung 08 in einem
zumindest an der Mantelfläche 07 des
Ballens 02 aus einem korrosionsfesten und/oder verschleißfesten
Werkstoff bestehenden Bereich kommt ein auf dem Ballen 02 angeordneter Aufzug,
z. B. eine Druckform oder ein Gummidrucktuch mit vorzugsweise abgewinkelten,
in die Öffnung 08 eingeführten Einhängeschenkeln
nur mit Flächen aus
einem korrosionsfesten und/oder verschleißfesten Werkstoff in Kontakt.
Zur Komplettierung des gegen Korrosion zu schützenden Ballens 02 wird
auch die Innenfläche 28 des
Kanals 06 vorteilhafterweise gegen Korrosion geschützt. Mit
dem vorgeschlagenen Verfahren kann ein aus einem unedlen Werkstoff,
z. B. aus C22N bestehender Ballen 02 auf fertigungstechnisch
einfache Weise ganzheitlich gegen Korrosion geschützt werden,
wobei die mechanisch stark beanspruchten Kanten 11; 12 der Öffnung 08 des
Kanals 06 besonders vorteilhaft z. B. durch einen partiellen
Werkstoffeintrag an der Mantelfläche 07 kostengünstig realisiert
werden. Damit wird im Zylinder 01 hochwertiger, teurer
Werkstoff differenziert und bedarfsgerecht nur dort eingesetzt,
wo es die Funktion erfordert.
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- 01
- Zylinder,
Formzylinder, Übertragungszylinder
- 02
- Ballen
- 03
- Stirnseite
- 04
- Zapfen
- 05
-
- 06
- Kanal
- 07
- Mantelfläche
- 08
- Öffnung
- 09
- Radialstrahl
- 10
-
- 11
- Kante
- 12
- Kante
- 13
- Vertiefung,
Nut
- 14
- Grund
- 15
-
- 16
- Flächenabschnitt
- 17
- Flächenabschnitt
- 18
- Flächenabschnitt
- 19
- Flächenabschnitt
- 20
-
- 21
- Abschnitt
- 22
- Abschnitt
- 23
- Flanke
- 24
- Flanke
- 25
-
- 26
- Beschichtung
- 27
- Haftschicht
- 28
- Innenfläche
- R
- Radius
- S
- Schlitzweite
- a
- Abstand
- l
- Länge
- t
- Tiefe
- w
- Öffnungsweite
- d1
- Schichtdicke
- d2
- Schichtdicke
- α
- Öffnungswinkel
- β
- Winkel