DE10355005B4

DE10355005B4 - Zylinder einer Druckmaschine mit mindestens einem in ihrem Ballen angeordneten Kanal und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10355005B4
Application number: DE10355005A
Authority: DE
Inventors: Martin Becker; Wolfgang Felgenhauer
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: DE10355005A1

Abstract

Zylinder (01) einer Druckmaschine mit mindestens einem in seinem Ballen (02) angeordneten Kanal (04), wobei der Kanal (04) im Inneren des Ballens (02) eine Wandung (08) und an der Mantelfläche (03) des Ballens (02) eine Öffnung (09) mit einer Schlitzweite (S) von weniger als 5 mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballen (02) aus einem für Korrosion anfälligen Werkstoff besteht und die Wandung (08) des Kanals (04) eine durch Nitrieren thermochemisch behandelte Oberfläche aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft Zylinder einer Druckmaschine mit mindestens einem in ihrem Ballen angeordneten Kanal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 5 und Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 oder 15.

Durch die DE 30 23 246 A1 sind dünne metallische Schichten auf einem aus Grauguß oder Stahl bestehenden Ballen eines Zylinders einer Druckmaschine bekannt, wodurch die Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit von dessen Oberfläche erhöht wird.

Durch der Patentschrift DD 122 944 A ist bekannt, auf der Oberfläche eines metallischen 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.

Durch die EP 0 183 984 B1 ist ein Druckwerkszylinder für Offset-Rotationsdruckmaschinen mit einem Kanal bekannt, wobei auf der Mantelfläche des Druckwerkszylinders zur Erhöhung ihrer Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit galvanisch eine Grundschicht aus Nickel und eine Deckschicht aus Chrom nachbearbeitungsfrei aufgebracht ist.

Durch die EP 0 999 043 A1 ist eine Druckmaschinenkomponente bekannt, deren Oberfläche durch thermisches Spritzen mit Oxidkeramik oder Hartmetall und zusätzlichem Versiegeln mit einer dünnen Verschleißschutzschicht versehen ist.

Durch die DE 100 28 478 A1 ist bekannt, die Randschicht der Mantelfläche einer Rasterwalze durch Nitrieren zu härten, wobei die Rasterwalze vorzugsweise aus Stahl besteht und Bestandteil einer Offsetdruckmaschine ist.

Durch das Fachbuch „Korrosion und Korrosionsschutz" von Egon Kunze, Band 3: Korrosionsschutzverfahren, erschienen 2001 im Verlag WILEY-VCH, Seiten 2012 bis 2016, ist bekannt, zum Korrosionsschutz bei Walzen Nitrierverfahren anzuwenden.

Durch die DE 694 02 272 T2 ist ein Verfahren zum Nitrieren von Werkstücken aus Eisenmetall bekannt, wobei die Stücke durch Tauchen in ein Bad aus schmelzflüssigem Salz behandelt werden.

Durch die DE 102 28 969 C1 ist ein Zylinder eines Druckwerks mit mindestens einem in seinem Ballen angeordneten Kanal bekannt, wobei der Kanal im Inneren des Ballens eine Wandung und an der Mantelfläche des Ballens eine Öffnung mit einer Schlitzweite von weniger als 5 mm aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Zylinder einer Druckmaschine mit mindestens einem in ihrem Ballen angeordneten Kanal und Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1, 5, 10 oder 15 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Wandung eines im Ballen angeordneten Kanals auf fertigungstechnisch einfache Weise an ihrer Oberfläche korrosionsfest ausgebildet wird, und zwar ungeachtet der Beschaffenheit der Mantelfläche des Ballens. Der Zylinder ist insofern kostengünstig herstellbar, als nur dort ein korrosionsbeständiger Werkstoff eingesetzt wird, wo dieses die Funktion erfordert. Lange rohrförmige Hohlräume, wie der Kanal in einem Druckwerkszylinder mit seiner nur schlitzförmigen Öffnung, sind an ihrer Wandung nur schwierig nachbehandelbar, insbesondere wenn die Oberfläche der Wandung über die gesamte Länge des Kanals gleichmäßig zu behandeln ist. Die vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Zylinders gestatten es, die Wandung eines derartigen Kanals auf fertigungstechnisch einfache und wirtschaftliche Weise korrosionsfest auszubilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die einzige Zeichnung zeigt einen Zylinder einer Druckmaschine mit einem in seinem Ballen angeordneten Kanal.
Der in der Zeichnung dargestellte Zylinder 01 ist beispielsweise als ein Formzylinder 01 oder als ein Übertragungszylinder 01 eines Druckwerks ausgestaltet. Der Ballen 02 dieses Zylinders 01 kann in Richtung seines Umfangs U mit z. B. einem Aufzug oder zwei Aufzügen und axial, d. h. seiner Länge L nach mit z. B. bis zu sechs Aufzügen belegt sein (nicht dargestellt). Bei einem Formzylinder 01 sind die Aufzüge zumeist als plattenförmige Druckformen ausgebildet. Bei einem Übertragungszylinder 01 handelt es sich bei den Aufzügen vorzugsweise um jeweils auf einer Trägerplatte aufgebrachte Gummidrucktücher. Eine plattenförmige Druckform bzw. eine Trägerplatte für ein Gummidrucktuch besteht i. d. R. aus einem biegsamen, aber ansonsten formstabilen Material, z. B. aus einer Aluminiumlegierung.
Abgewinkelte Enden dieser Aufzüge werden zumeist durch eine an der Mantelfläche 03 des Ballens 02 ausgebildete Öffnung 09 in einen im Ballen 02 angeordneten Kanal 04 eingeführt und dort mittels einer Haltevorrichtung gehalten, wobei die Haltevorrichtung z. B. ein leistenförmiges, im oder am Grund des Kanals 04 schwenkbar gelagertes Haltemittel, ein Federelement und ein bei seiner Betätigung das Haltemittel gegen die Kraft des Federelementes schwenkendes Stellmittel aufweist (nicht dargestellt). Der Kanal 04 ist z. B. als eine axial durch den Ballen 02 des Zylinders 01 durchlaufende kreisrunde Bohrung mit einem Durchmesser zwischen 20 mm und 50 mm, insbesondere von 30 mm ausgeführt. Der Kanal 04 kann jedoch auch als ein in eine der Stirnseiten des Ballens 02 eingebrachtes Sackloch ausgebildet sein, wobei der Kanal 04 in jedem Fall in dem Ballen 02 aufgrund dessen beträchtlicher Länge L die Form eines länglichen dünnen Hohlraums aufweist. Im Zylinder 01 können auch mehrere Kanäle 04 ausgebildet sein, die entlang des Umfangs U des Zylinders 01 z. B. zueinander versetzt angeordnet sind. Die Öffnung 09 des Kanals 04 weist eine Schlitzweite S von nur wenigen Millimetern auf, z. B. von weniger als 5 mm, insbesondere beträgt die Schlitzweite S zwischen 1 mm bis 3 mm. Der Ballen 02 des Zylinders 01 hat z. B. einen Durchmesser von beispielsweise 140 mm bis 420 mm, vorzugsweise zwischen 280 mm und 340 mm. Die axiale Länge L des Ballens 02 des Zylinders 01 liegt z. B. im Bereich zwischen 500 mm und 2400 mm, vorzugsweise zwischen 1200 mm und 1700 mm.
Das Druckwerk, in dem der zuvor beschriebene Zylinder 01 zum Einsatz kommt, kann z. B. als eine 9-Zylinder-Satelliten-Druckeinheit ausgebildet sein, bei dem vier Paare jeweils bestehend aus einem Formzylinder 01 und einem Übertragungszylinder 01 um einen gemeinsamen Gegendruckzylinder angeordnet sind, wobei z. B. zumindest die Formzylinder 01 jeweils die Merkmale der hier vorgeschlagenen Lösung aufweisen. Gerade für den Zeitungsdruck sind Anordnungen günstig, bei denen ein Formzylinder 01 in seiner axialen Richtung, d. h. nebeneinander mit bis zu sechs plattenförmigen Druckformen und entlang seines Umfangs U entweder mit einer plattenförmigen Druckform oder hintereinander mit zwei plattenförmigen Druckformen belegt ist. Ein solcher Formzylinder 01 rollt auf einem Übertragungszylinder 01 ab, der z. B. axial mit drei nebeneinander angeordneten Gummidrucktüchern belegt ist, wobei jedes Gummidrucktuch den vollen Umfang U des Übertragungszylinders 01 umspannt. Die Gummidrucktücher weisen damit die doppelte Breite und Länge der plattenförmigen Druckformen auf. Der Formzylinder 01 und der Übertragungszylinder 01 haben hierbei vorzugsweise dieselben geometrischen Abmessungen bezüglich ihrer axialen Länge L und ihres Umfangs U. Des Weiteren kann es sich bei der Druckmaschine um eine im wasserlosen Offsetdruckverfahren arbeitende Druckmaschine handeln.
Derartige Zylinder 01 sind in ihrem Betrieb häufig Verschmutzungen und Verunreinigungen durch aggressive chemische Stoffe ausgesetzt, wie z. B. Lösungsmittel in Farben und Reinigungsmitteln. Diese Stoffe können durch die an der Mantelfläche 03 des Ballens 02 ausgebildete Öffnung 09 in den Kanal 04 eindringen und sich dort ansammeln. In der Folge können diese Stoffe z. B. die im Kanal 04 angeordnete Haltevorrichtung nachhaltig angreifen, wodurch die Funktion der Haltevorrichtung beeinträchtigt wird, wenn nicht geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen werden.
Zum einen können die Elemente der Haltevorrichtung korrosionsbeständig ausgebildet werden. Zum anderen ist es aber auch notwendig, die im Inneren des Ballens 02 liegende Wandung 08 des Kanals 04 gegen den schädigenden Einfluss aggressiver chemischer Stoffe zu schützen, weil die Elemente der Haltevorrichtung z. B. in oder an der Wandung 08 des Kanals 04 gelagert sind oder sich zumindest daran abstützen. Gleichfalls können auch die in den Kanal 04 eingeführten, abgewinkelten Enden der auf dem Zylinder 01 angeordneten Aufzüge an der Wandung 08 des Kanals 04 anliegen. Daher ist anzustreben, insbesondere die Korrosionsbeständigkeit, die Dauerfestigkeit, die Härte und damit der Verschleißwiderstand zumindest einer Randschicht der Wandung 08 des Kanals 04 zu erhöhen.
Der Ballen 02 des Zylinders 01 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Gusswerkstoff oder aus einem Stahl. Aufgrund seines großen Bauvolumens wird der Ballen 02 vorzugsweise aus einem kostengünstigen und damit zumeist nicht korrosionsbeständigen Werkstoff gefertigt. Man ist aus wirtschaftlichen Gründen bestrebt, korrosionsbeständigen Werkstoff nur dort einzusetzen, wo dieses die Funktion erfordert. Für die Anwendung der vorgeschlagenen Lösung ist es unerheblich, ob der Ballen 02 als ein massiver Körper oder als ein rohrförmiger Hohlkörper ausgebildet ist. Es versteht sich, dass der Ballen 02 vor Anwendung eines Verfahrens zur Ausbildung eines Korrosionsschutzes im Kanal 04 z. B. durch Drehen, Bohren, Fräsen oder ähnliche Bearbeitungsverfahren formend bearbeitet worden ist. Insbesondere ist der Kanal 04 in seiner Gestalt endgültig ausgearbeitet.
Zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit, der Dauerfestigkeit, der Härte und damit des Verschleißwiderstandes der Mantelfläche 03 des Ballens 02 kann diese z. B. mit einem metallischen oder keramischen Werkstoff beschichtet sein. Alternativ kann der Ballen 02 von einem z. B. rohrförmigen Außenkörper aus einem vorzugsweise korrosionsfesten, harten, z. B. metallischen Werkstoff ummantelt sein, wobei der Außenkörper im Bereich der Öffnung 09 des Kanals 04 zum Kanal 04 hin zumindest teilweise vorzugsweise gleichfalls schlitzförmig geöffnet ist (nicht dargestellt).
Es wird eine thermochemische Behandlung der Wandung 08 des Kanals 04 vorgeschlagen, vorzugsweise durch Anwendung eines Nitrierverfahrens, wie z. B. durch Gasnitrieren mit einem Stickstoff haltigen Gasstrom, z. B. durch einen Ammoniakgasstrom, wobei die Behandlung mit dem Gasstrom vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 500°C und 550°C erfolgt, oder durch Auftragen einer Stickstoff haltigen Flüssigkeit, wie z. B. einer ein Cyansalz enthaltenen Lösung, wobei die Behandlung mit der Flüssigkeit vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 520°C und 580°C erfolgt, wobei beim Gasnitrieren zur Verkürzung der Nitrierzeiten der Stickstoff z. B. durch eine Glimmentladung ionisiert werden kann (Plasmanitrieren). Durch die Anwendung von Nitrierverfahren bildet sich in einer Randschicht unmittelbar an der Wandung 08 des Kanals 04 eine Nitridschicht und darunter durch Diffusion eine Schicht, die aus mit Stickstoff angereicherten Mischkristallen besteht und einen Schutz vor einem zersetzenden Einfluss durch aggressive chemische Stoffe bildet. Zur Erzielung des gewünschten Erfolgs ist eine nitrierte Schichtdicke a03 von wenigen zehntel Millimetern ausreichend, wobei die Randschicht in der Zeichnung nicht maßstabsgerecht, sondern stark vergrößert eingezeichnet ist.
Der Stickstoff haltige Gasstrom oder die Stickstoff haltige Flüssigkeit werden insbesondere mit einer Sonde in den Kanal 04 eingetragen, entweder dadurch, dass die Sonde an einer Stirnseite des Ballens 02 in den Kanal 04 eingeführt wird oder dass die Sonde durch die Öffnung 09 des Ballens 02 in den Kanal 04 eingeführt wird, wobei die Sonde zur Ausbildung des Korrosionsschutzes entlang des Kanals 04, insbesondere entlang der Öffnung 09 des Ballens 02, z. B. durch eine Handhabungsvorrichtung vorzugsweise mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit geführt wird. Es ist vorteilhaft, dass der aus der Sonde austretende Gasstrom gegen die Wandung 08 des Kanals 04 gerichtet wird oder dass die Sonde die Flüssigkeit z. B. durch Aufsprühen auf der Wandung 08 des Kanals 04 aufträgt.
Eine derartige thermochemische Behandlung der Wandung 08 des Kanals 04 ändert durch Ein- oder Ausdiffundieren eines oder mehrerer chemischer Elemente die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs zumindest in der Randschicht der Wandung 08 des Kanals 04 in einer gleichmäßigen Schichtdicke a03 vorzugsweise über die gesamte Oberfläche der Wandung 08 des Kanals 04. Die thermochemische Behandlung kann sich z. B. vom Inneren des Kanals 04 bis an die Kanten 06; 07 der an der Mantelfläche 03 des Ballens 02 ausgebildeten Öffnung 09 erstrecken oder in einem vorzugsweise kurzen Abstand vor den Kanten 06; 07 enden.
Mit dem vorgeschlagenen Nitrierverfahren läßt sich unabhängig von der Beschaffenheit der Mantelfläche 03 des Ballens 02 für die Wandung 08 des Kanals 04 eine ähnlich widerstandsfähige und damit verschleißfeste Randschicht erreichen wie durch eine galvanische Behandlung, z. B. durch eine Hartverchromung, wobei galvanische Verfahren jedoch in einem Kanal 04 eines Zylinders 01 wegen seines geringen Durchmessers im Vergleich zu seiner großen Länge L sowie seiner nur schlitzförmigen Öffnung 09 fertigungstechnisch kaum auszuführen sind, weil galvanisch aufzutragende Stoffe nicht ausreichend z. B. durch die schlitzförmige Öffnung 09 in den Kanal 04 eindringen und demzufolge an der Oberfläche der Wandung 08 keinen gleichmäßigen Korrosionsschutz ausbilden. Im Übrigen ergibt sich mit dem vorgeschlagenen Nitrierverfahren eine optisch ansprechende schwarze Oberfläche für die Wandung 08 des Kanals 04.

01: Zylinder, Formzylinder, Übertragungszylinder
02: Ballen
03: Mantelfläche
04: Kanal
05: -
06: Kante
07: Kante
08: Wandung
09: Öffnung
a03: Schichtdicke
L: Länge
S: Schlitzweite
U: Umfang

Claims

Zylinder (01) einer Druckmaschine mit mindestens einem in seinem Ballen (02) angeordneten Kanal (04), wobei der Kanal (04) im Inneren des Ballens (02) eine Wandung (08) und an der Mantelfläche (03) des Ballens (02) eine Öffnung (09) mit einer Schlitzweite (S) von weniger als 5 mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballen (02) aus einem für Korrosion anfälligen Werkstoff besteht und die Wandung (08) des Kanals (04) eine durch Nitrieren thermochemisch behandelte Oberfläche aufweist.
Zylinder (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (03) des Ballens (02) eine Beschichtung aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff aufweist.
Zylinder (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballen (02) von einem rohrförmigen Außenkörper aus einem korrosionsfesten Werkstoff ummantelt ist.
Zylinder (01) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper im Bereich der Öffnung (09) des Kanals (04) zum Kanal (04) geöffnet ist.
Zylinder (01) einer Druckmaschine mit mindestens einem in seinem Ballen (02) angeordneten Kanal (04) mit einer Wandung (08) im Inneren des Ballens (02) und mit einer Öffnung (09) an der Mantelfläche (03) des Ballens (02), wobei die Mantelfläche (03) des Ballens (02) eine Beschichtung aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballen (02) aus einem für Korrosion anfälligen Werkstoff besteht und die Wandung (08) des Kanals (04) eine durch Nitrieren thermochemisch behandelte Oberfläche aufweist.
Zylinder (01) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (09) an der Mantelfläche (03) des Ballens (02) eine Schlitzweite (S) von weniger als 5 mm aufweist.
Zylinder (01) nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (04) als ein Spannkanal (04) mit einer in ihm angeordneten Haltevorrichtung ausgebildet ist.
Zylinder (01) nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (01) als ein Formzylinder (01) oder als ein Übertragungszylinder (01) ausgebildet ist.
Zylinder (01) nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmaschine mittels eines wasserlosen Offsetdruckverfahrens druckt.
Verfahren zur Herstellung eines Zylinders (01) nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kanal (04) eine Sonde eingeführt wird, wobei die Sonde einen Stickstoff haltigen Gasstrom in den Kanal (04) einträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom ein Ammoniakgasstrom ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom ionisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Sonde austretende Gasstrom gegen die Wandung (08) des Kanals (04) gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Wandung (08) des Kanals (04) mit dem Gasstrom bei einer Temperatur zwischen 500°C und 550°C erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Zylinders (01) nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kanal (04) eine Sonde eingeführt wird, wobei die Sonde eine Stickstoff haltige Flüssigkeit in den Kanal (04) einträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit ein Cyansalz gelöst ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde die Flüssigkeit auf der Wandung (08) des Kanals (04) aufträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Wandung (08) des Kanals (04) mit der Flüssigkeit bei einer Temperatur zwischen 520°C und 580°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde an einer Stirnseite des Ballens (02) in den Kanal (04) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde durch die Öffnung (09) des Ballens (02) in den Kanal (04) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde entlang der Öffnung (09) des Ballens (02) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde entlang des Kanals (04) mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit geführt wird.