DE19528114C2 - Farbgeberwalze und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer insbesondere für Druckmaschinen vorgesehenen Farbgeberwalze, wobei auf einen Walzenkörper eine zur Farbübertragung vorgesehene verschleißfeste Beschichtung aufgebracht wird, die anschließend mit Vertiefungen zur Aufnahme und Übertragung der Farbe strukturiert wird, wobei das Material für die Beschichtung aus wenigstens zwei Substanzen gemischt wird, von denen die eine Substanz ein Metall und die andere Substanz eine Keramik ist, und wobei das Partikel- oder Substanzgemisch als verschleißfeste Beschichtung auf den Walzenkörper aufgebracht wird.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Farbgeberwalze, insbesondere für Druckmaschinen, mit einem Walzenkörper, der eine verschleißfeste Beschichtung aufweist, deren Oberfläche zur Aufnahme und Übertragung der Farbe mit Vertiefungen strukturiert ist, wobei die Beschichtung aus wenigstens zwei miteinander vermischten und/oder agglomerierten Substanzen besteht, von denen die eine Substanz Metall und die andere Substanz Keramik ist.

Aus EP 0 615 862 A1 kennt man bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Farbgeberwalze der eingangs genannten Art und demgemäß auch eine Farbgeberwalze der vorstehend genannten Gattung. Die Lebensdauer der Farbgeberwalze soll dabei dadurch erhöht werden, daß auf den Walzenkörper als Beschichtung eine Mischung aus Keramik und Metall aufgebracht wird. Dabei werden die als Näpfchen ausgebildeten angestrebten Vertiefungen in die Beschichtungsoberfläche mittels Laserstrahl oder Gravur eingebracht. Die Strukturierung der Beschichtung, bei der eine Vielzahl von Vertiefungen jeweils in die Oberfläche der Farbgeberwalze eingebracht werden müssen, erfordert also einen gewissen Zeitaufwand. Ferner bedeuten die für die Lasermaterialbearbeitung erforderlichen Maschinen erhebliche Investitionskosten.

Aus DE 40 36 661 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Rasterwalze bekannt, wobei ebenfalls näpfchenförmige Vertiefungen in der Walzenoberfläche unter anderem auch durch Ätzen erzeugt werden. Dabei weist aber die Walzenoberfläche definierte und scharf abgegrenzte Bereiche einerseits aus reinem Metall und andererseits aus Keramik auf, wobei nur die metallischen Bereiche mit Vertiefungen versehen werden. Dabei werden zunächst aus der metallischen Oberfläche Nuten oder dergleichen durch Ätzen entfernt, die anschließend mit Keramik ausgefüllt werden, wonach dann erst das Anbringen der Näpfchen erfolgen kann.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer Farbgeberwalze der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach und kostengünstig durchführbar ist, und welches es erlaubt, die Beschichtung, wenn sie einmal verschlissen sein sollte, auf einfache Weise nachzubearbeiten.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der metallische Mischungsanteil anschließend zum Bilden der Vertiefungen zumindest in seinem oberflächennahen Bereich der Beschichtung durch Ätzen entfernt wird. Die aus einem Substanz- oder Partikelgemisch von Keramik und Metall aufgebaute Walzenoberfläche wird also einem Ätzvorgang unterzogen, der den metallischen Mischungsanteil unter Bildung von Vertiefungen aus dem oberflächennahen Bereich der Walze entfernt. Durch diese Behandlung der beschichteten Oberfläche der Walze mit einem Ätzmittel wird also das in der Beschichtung enthaltene Metall weggeätzt, so daß sich an den Stellen des Partikel- und Substanzgemischs, an denen vor dem Ätzvorgang Metall angeordnet war, Vertiefungen bilden, die bei der fertigen Walze die Aufnahme und Übertragung der Farbe ermöglichen.

In vorteilhafter Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem einzigen Ätzvorgang gleichzeitig die gesamte Walzenober­ fläche strukturiert werden. Die Vertiefungen für die Strukturierung können dadurch innerhalb kürzester Zeit in die verschleißfeste Beschichtung des Walzenkörpers eingebracht werden. Im Vergleich zu einem Verfahren, bei denen die Vertiefungen für die Strukturierung mit einem Laser erzeugt werden, arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren außerdem wesentlich kostengünstiger. Insbesondere kann bei der Anwendung des Verfahrens auf teuere Bearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise Hochleistungslaser oder NC-gesteuerte Be­ arbeitungsstationen verzichtet werden.

Vorteilhaft ist außerdem, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer bereits mit einem Partikel- oder Substanzgemisch beschichteten Walze angewendet werden kann, wenn die Strukturierung der Beschichtung nach längerer Betriebszeit der Walze einmal verschlissen sein sollte. Die bereits auf dem Walzenkörper vorhandene Beschichtung kann nämlich dann - gegebenenfalls nach vorherigem Abtragen der verschlissenen Oberflächenbereiche der Beschichtung - erneut durch Ätzen mit Vertiefungen strukturiert werden. Die Oberflächenstruktur einer verschlissenen Walze kann also auf einfache Weise erneuert werden, ohne daß dazu eine neue Beschichtung auf den Walzenkörper aufgebracht werden muß. Die auf dem Walzenkörper bereits vorhandene Beschichtung kann somit mehrfach benutzt werden.

Außerdem können die Tiefe bzw. das durch die Vertiefungen gebildete Volumen durch erneutes Ätzen der Beschichtung nachträglich vergrößert werden. Der Traganteil der Oberfläche bzw. deren Farbaufnahmevolumen können dadurch auch bei einer bereits vorhandenen Walze nachträglich verändert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn als Metall Kupfer gewählt wird. Dieses kann dann beispielsweise mit Eisen-III-Chlorid besonders kostengün­ stig entfernt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Partikel- oder Substanzgemisch durch thermisches Spritzen, beispielsweise durch Flamm- oder Plasmaspritzen auf den Walzenkörper aufgebracht wird. Bei dieser Verfahrensvariante wird das Partikel- oder Substanzgemisch in verflüssigter Form fein verteilt mit einem Trägergasstrom auf den Walzenkörper aufgetragen. Dabei kann die Mischung der Substanzen entweder während oder vor dem Auftragen erfolgen.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß der Walzenkörper vor dem Auftragen des Substanz- oder Partikelgemischs mit einer Haft- und/oder Korrosionsschutzschicht beschichtet wird. Mit einer solchen Schutzschicht kann insbesondere das Anhaften der Keramik-Substanz an dem Walzenkörper verbessert werden.

Eine besonders einfache Ausführungsform sieht vor, daß die beschichtete Farbgeberwalze zum Ätzen in das Ätzmittel eingetaucht wird. Um den Ätzvorgang zu beschleunigen, kann die Farbgeberwalze dabei in dem Ätzbad rotiert oder bewegt werden. Eine andere Ausführungsform, bei der nur vergleichsweise wenig Ätzmittel benötigt wird, sieht vor, daß die Farbgeberwalze zum Ätzen mit dem Ätzmittel besprüht wird. Anschließend kann das Ätzmittel beispielsweise mit Wasser von der fertigen Farbgeberwalze entfernt werden.

Vorteilhaft ist, wenn das durch die Vertiefungen gebildete Farbaufnahmevolumen der Beschichtung durch die Ätzparameter, insbesondere die Ätzdauer eingestellt wird. So kann beispielsweise das Volumen der eingeätzten Vertiefungen auf einfache Weise durch Verlängern der Ätzdauer vergrößert werden. Das Farbaufnahmevolumen der Vertiefungen kann auch über die Ätztemperatur gesteuert werden. Dabei bewirkt eine Temperaturerhöhung während des Ätzens ein schnelleres Abtragen der ätzbaren Substanz, so daß die in die Oberfläche eingebrachten Vertiefungen dann bei gleicher Ätzzeit eine größere Tiefe und somit ein größeres Farbaufnahmevolumen aufweisen. Selbstverständlich kann die Oberflächenstruktur der Walzenbeschichtung auch durch die Wahl des Ätzmittels beeinflußt werden.

Besonders vorteilhaft ist, wenn nach dem Aufbringen der Beschichtung auf den Walzenkörper oder bei einer eine bereits verschlissene Beschichtung aufweisenden Farbgeberwalze ein oberflächennaher Bereich der Beschichtung insbesondere durch Schleifen abgetragen wird und wenn anschließend zum Bilden der Vertiefungen das in der Beschichtung enthaltene Metall zumindest in einem oberflächennahen Bereich der Beschichtung durch Ätzen entfernt wird. Durch das Schleifen wird die Maßgenauigkeit der Farbgeberwalze verbessert. Außerdem werden eventuelle Unebenheiten in der Walzenoberfläche oder eine von der Zylinderform abweichende Balligkeit der Walze ausgeglichen.

Bezüglich der Farbgeberwalze wird die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Beschichtung zumindest in einem oberflächennahen Bereich Vertiefungen durch Wegätzen des metallischen Anteiles eingebracht sind.

Im Gegensatz zu Farbgeberwalzen mit poröser Beschichtung weist die erfindungsgemäße Farbgeberwalze eine dichte Beschichtung auf, bei der die Farbe nicht in das Innere der Beschichtung eindringen kann. Das Farbaufnahmevolumen der Walze wird daher ausschließlich durch die in die Oberfläche der Beschichtung eingeätzten Vertiefungen bestimmt. Je nach Größe und Volumen der Vertiefungen weist die Farbgeberwalze somit ein ganz bestimmtes Farbaufnahmevolumen mit einem definierten Traganteil auf, so daß die Farbgeberwalze optimal an die jeweilige Farbübertragungsaufgabe angepaßt werden kann. Dabei kann das Farbaufnahmevolumen der Farbgeberwalze durch Wegätzen des Metalles aus einem oberflächennahen Bereich der Beschichtung auch nachträglich auf einfache Weise vergrößert werden. Vorteilhaft ist dabei vor allem, daß mit einem einzigen Ätzprozeß die gesamte Oberfläche der Walze gleichzeitig behandelt werden kann, ohne daß dazu teuere Spezialmaschinen, wie beispielsweise Laser, erforderlich sind. Somit ergibt sich eine besonders flexible Farbgeberwalze, deren Strukturierung auf einfache Weise veränderbar ist. Außerdem weist die Beschichtung eine größere Lebensdauer auf, da die Strukturierung der Beschichtung, wenn sie einmal verschlissen sein sollte, durch Ätzen auf einfache Weise erneuert werden kann, ohne daß dazu eine neue Beschichtung auf den Walzenkörper aufgebracht werden muß.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Metall Kupfer ist.

Um die Gefahr eines Ablösens der Beschichtung vom Walzenkörper zu verhindern und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit des Walzenkörpers zu verbessern, kann zwischen dem Walzenkörper und der Beschichtung eine Haft- und/oder Korrosionsschicht angeordnet sein.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen zum Teil stärker schematisiert:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch einen zylindrischen Walzenkörper, der an seiner Mantelfläche mit einer Haftgrund- und Korrosionsschutzschicht beschichtet ist, deren Dicke zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt ist,

Fig. 2 der in Fig. 1 gezeigte Walzenkörper nach dem Aufbringen einer eine ätzbare und eine nicht-ätzbare Substanz aufweisenden Beschichtung, deren Dicke zur Verdeutlichung ebenfalls vergrößert dargestellt ist, und

Fig. 3 die fertige Farbgeberwalze mit den in die Oberfläche der Beschichtung eingeätzten Vertiefungen.

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Farbgeberwalze 1 für Druck- oder Beschriftungsmaschinen werden wenigstens zwei partikelförmige, beispielsweise als Pulver vorliegende Substanzen 2, 3 miteinander gemischt. Dabei ist die eine Substanz 2 ein mit einem Ätzmittel ätzbares Metall, während die andere Substanz 3 eine gegen das Ätzmittel resistente Keramik ist.

Anschließend werden die miteinander gemischten Substanzen 2, 3 als verschleißfeste Beschichtung 4 auf einen Walzenkörper 5 aufgebracht. Das Auftragen der Substanzen 2, 3 erfolgt durch Laserbeschichten oder durch thermisches Spritzen, beispielsweise durch Flamm- oder Plasmaspritzen, wobei die Substanzen 2, 3 in verflüssigter Form fein verteilt in einem Trägergasstrom auf den Walzenkörper 5 aufgebracht werden. Alternativ kann das Mischen der Substanzen auch während des thermischen Spritzens erfolgen. Dazu können beispielsweise die Substanzen 2, 3 beim Flammspritzen in Pulver-, Draht- oder Stabform unter Zuführung von Druckluft in eine Brenngasflamme eingebracht werden. Die Druckluft bewirkt dabei eine Beschleunigung der Substanzen 2, 3 in Richtung der Oberfläche des Walzenkörpers 5, wobei diese zerstäuben und sich fein verteilt miteinander vermischt an dem Walzenkörper 5 anlagern.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird ein Partikelgemisch aus wenigstens einer ätzbaren Substanz 2 und einer ätzbeständigen Substanz 3 agglomeriert. Das Partikelgemisch wird dann anschließend durch Flamm- oder Plasmaspritzen oder durch ein anderes geeignetes thermisches Spritz- oder Beschichtungs­ verfahren auf den Walzenkörper 5 aufgebracht.

Damit die Beschichtung 4 besser auf dem Walzenkörper 5 haftet, wird dieser vor dem Aufbringen der Beschichtung 4 mit einer Haft- und Korrosionsschutzschicht 6 beschichtet (Fig. 1). Auf diese wird dann die verschleißfeste Beschichtung 4 aufgespritzt (Fig. 2). Die Beschichtung 4 weist in radialer Richtung des Walzenkörpers 5 etwa eine Dicke von 100 µm auf und ist in Fig. 2 und 3 stark vergrößert dargestellt, damit deren Gefügestruktur mit den gleichmäßig in der Beschichtung 4 verteilten und einander angrenzenden Substanzbereichen aus ätzbarer Substanz 2 und ätzresistenter Substanz 3 besser erkennbar ist.

Nach dem Beschichten weist der Walzenkörper 5 in dem für die Farbübertragung vorgesehenen Bereich seiner Mantelfläche eine weitgehend glatte, nicht poröse Oberfläche auf, in die Farbe praktisch nicht eindringen kann. Die auf den Walzenkörper 5 aufgebrachte Beschichtung 4 wird dann mit dem Ätzmittel in Berührung gebracht. Der Walzenkörper 5 kann dazu beispielsweise mit dem Ätzmittel besprüht oder in ein Ätzbad eingetaucht werden. Dabei wird die ätzbare Substanz 2 in einem oberflächennahen Bereich 7 der Beschichtung 4, in dem die ätzbare Substanz 2 mit dem Ätzmittel in Berührung gerät, weggeätzt (Fig. 3). In der Oberfläche der Beschichtung 4 ergibt sich somit eine durch die ätzbare Substanz 2 und die ätzresistente Substanz 3 vorgegebene Ober­ flächenstruktur, die nach dem Ätzen an den Stellen, an denen vorher die ätzbare Substanz 2 angeordnet war, Vertiefungen 8 aufweist. Wie Fig. 3 besonders gut erkennen läßt, sind diese Vertiefungen 8 seitlich von Bereichen umgrenzt, in denen die ätzresistente Substanz 3 angeordnet ist. Somit ergibt sich nach dem Ätzen eine Farbgeberwalze 1 mit einer verschleißfesten keramischen Beschich­ tung, deren Oberfläche zur Aufnahme und Übertragung der Farbe mit einer Vielzahl von Vertiefungen 8 strukturiert ist.

Je nach Wahl der Ätzparameter können die Größe der Vertiefungen 8 und damit das Farbvolumen und der Traganteil der Walzenoberfläche beliebig eingestellt werden. Außerdem kann auch eine bereits fertig hergestellte Farbgeberwalze 1, die beispielsweise schon für eine Farbübertragung benutzt wurde, durch erneutes Anätzen der Oberfläche der Beschichtung 4 nachträglich in ihrem Farbauf­ nahmevolumen verändert werden. Wie Fig. 3 besonders gut erkennen läßt, weist die Beschichtung 4 in Radialrichtung des Walzenkörpers 5 eine wesentlich größere Erstreckung auf als die Vertiefungen 8. Wenn sich die Vertiefungen 8 nach längerer Benutzungsdauer der Farbgeberwalze 1 einmal durch Verschleiß verkleinert haben sollten, können diese auf einfache Weise wieder durch Ätzen vergrößert werden, ohne daß dazu die Beschichtung 4 erneuert werden muß. In gleicher Weise kann das Volumen der Vertiefungen aber auch durch ein Abtragen der Oberfläche, beispielsweise durch Schleifen, auf einfache Weise verkleinert werden.

Insgesamt ergibt sich somit eine verschleißfeste Farbgeberwalze 1, die ein definiertes Farbaufnahmevolumen aufweist, das entsprechend der jeweiligen Anwendung auf einfache Weise veränderbar ist.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer insbesondere für Druckmaschinen vorgesehenen Farbgeberwalze (1), wobei auf einen Walzenkörper (5) eine zur Farbübertragung vorgesehene verschleißfeste Beschichtung (4) aufgebracht wird, die anschließend mit Vertiefungen (8) zur Aufnahme und Übertragung der Farbe strukturiert wird, wobei das Material für die Beschichtung (4) aus wenigstens zwei Substanzen (2, 3) gemischt wird, von denen die eine Substanz (2) ein Metall und die andere Substanz (3) eine Keramik ist, und wobei das Partikel- oder Substanzge­ misch als verschleißfeste Beschichtung (4) auf den Walzenkörper (5) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mischungsanteil anschließend zum Bilden der Vertiefungen (8) zumindest in seinem oberflächennahen Bereich (7) der Beschichtung (4) durch Ätzen entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall (2) Kupfer gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Partikel- oder Substanzgemisch durch thermisches Spritzen auf den Walzenkörper (5) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Walzenkörper (5) vor dem Aufbringen des Substanz- oder Partikelgemischs mit einer Haft- und/oder Korrosionsschutzschicht (6) beschichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beschichtete Farbgeberwalze (1) zum Ätzen in das Ätzmittel eingetaucht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beschichtete Farbgeberwalze (1) zum Ätzen mit dem Ätzmittel besprüht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das durch die Vertiefungen (8) gebildete Farbaufnahmevolumen der Beschichtung (4) durch die Ätzpara­ meter, insbesondere die Ätzdauer eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Aufbringen der Beschichtung (4) auf den Walzenkörper (5) oder bei einer eine bereits verschlissene Beschichtung (4) aufweisenden Farbgeberwalze (5) ein ober­ flächennaher Bereich (7) der Beschichtung (4) insbesondere durch Schleifen abgetragen wird und daß anschließend zum Bilden der Vertiefungen (8) das in der Beschichtung (4) enthaltene Metall (2) zumindest in einem oberflächennahen Bereich der Beschichtung (4) durch Ätzen entfernt wird.

9. Farbgeberwalze (1), insbesondere für Druckmaschinen, mit einem Walzenkörper (5), der eine verschleißfeste Beschichtung (4) aufweist, deren Oberfläche zur Aufnahme und Übertragung der Farbe mit Vertiefungen (8) strukturiert ist, wobei die Beschichtung (4) aus wenigstens zwei miteinander vermischten und/oder agglomerierten Substanzen (2, 3) besteht, von denen die eine Substanz (2) Metall und die andere Substanz (3) Keramik ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Beschichtung (4) zumindest in einem oberflächennahen Bereich (7) Vertiefun­ gen (8) durch Wegätzen des metallischen Anteiles eingebracht sind.

10. Farbgeberwalze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall (2) Kupfer ist.

11. Farbgeberwalze nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Walzenkörper (5) und der Beschichtung (4) eine Haft- und/oder Korrosionsschutzschicht (6) angeordnet ist.