DE19653911C2

DE19653911C2 - Druckmaschinenwalze mit einer farbfreundlichen Beschichtung der Ballenfläche des Walzenkerns, insbesondere Farbwalze

Info

Publication number: DE19653911C2
Application number: DE19653911A
Authority: DE
Inventors: Martin Endisch; Gerhard Johner
Original assignee: COATEC GmbH; MAN Roland Druckmaschinen AG
Current assignee: Manroland Web Systems GmbH; Praxair ST Technology Inc
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1996-12-21
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2016-12-22
Also published as: GB2320463B; DE19653911A1; JP2895035B2; US5957052A; FR2757447B1; FR2757447A1; JPH10193572A; GB9726877D0; GB2320463A

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmaschinenwalze, insbesondere eine Farbwalze, vorzugsweise für Offsetmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In einer Offset-Maschine wird eine durchgehende Walze gern als Farbreibzylinder verwendet, die auf ihrer Oberfläche mit einer Beschichtung versehen wird.

In verschiedenen Bereichen der Anlagentechnik besteht ein Bedarf an Oberflächen, die leicht mit Ölen, Mineralöl und mineralölgebundenen Stoffen, wie z. B. Offsetfarben, benetzbar sein müssen. Darüber hinaus müssen diese Oberflächen sehr gut wasserabweisend sein, da anderenfalls mit einem Aufreißen des Farbfilms - das sogenannte Blanklaufen - zu rechnen ist.

In einer Offsetdruckmaschine hat das Farbwerk die Aufgabe, einen möglichst dünnen, gleichmäßig geschlossenen Farbfilm auf den Druckplattenzylinder zu übertragen. Der Farbtransport erfolgt bei modernen Druckmaschinen über ein komplexes Walzensystem. Ausgehend von einem Farbkasten, in dem zonal die Farbmenge über sogenannte Farbmesser, die gegen eine Farbduktorwalze angestellt sind, geregelt wird, erfolgt der weitere Farbtransport über einen sogenannten Farbheber oder direkt über eine Zwischenwalze in das Farbwerk. Das Farbwerk selbst besteht aus mehreren Walzen, die zum Teil noch für eine Querverreibung sorgen und letztlich die Aufgabe haben, die in direktem Kontakt mit der Druckplatte stehenden Farbwalzen, definiert mit der notwendigen Farbmenge, zu versorgen. Da den rheologischen Eigenschaften der Farbe für den Druckprozeß eine entscheidende Bedeutung zukommt, sind in modernen Druckmaschinen mehrere Farbwalzen temperiert. Das heißt, es wird versucht, die Farbe in einem für den Offsetprozeß günstigen Temperaturbereich zu belassen. Nur so sind die Farbspaltungsprozesse zwischen zwei Farbwalzen beherrschbar. Diese Farbspaltungsprozesse sind letztlich notwendig, um die gewünschte Aufteilung der angebotenen Farbmenge in weiterzutransportierende und rücktransportierende Farbe zu gewährleisten.

Bei schnellaufenden Rollenmaschinen ist aufgrund der hohen Dynamik die Erwärmung des Farbfilms im Farbwerk, ausgelöst durch die Walk- und Reibarbeit der Walzenpaarungen zueinander, extrem hoch, so daß ohne aufwendige Innenkühlung ein stabiler Prozeß bei den hohen Geschwindigkeiten überhaupt nicht denkbar wäre. Trotz dieser konstruktiven Maßnahmen müssen auch die Farben so abgestimmt sein, daß sie, ähnlich einem Motoröl, über einen Viskositätsbereich verfügen, der offsettechnisch brauchbar ist. Werden nun Sonderfarben eingesetzt, die über einen derartigen breiten Viskositätsbereich nicht verfügen, treten in schnellen Rollenmaschinen massive Farbspaltungsprobleme auf, da die rheologischen Eigenschaften nicht mehr offsetgerecht sind. Solche Schwierigkeiten können sein Farbrupfen, zu geringe Farbdichte, totale Neigung zum Überemulgieren, Farbschübe u. ä.

In wasserlos geführten Offsetmaschinen (Toray) kommt der Temperaturkonstanz des Farbfilms eine noch wesentlich größere Bedeutung zu. Der Farbfilm muß im Temperaturbereich von 30° ± 2°C gehalten werden.

Die DE 195 09 741 A1 zeigt bereits eine Druckmaschinenwalze mit farbfreundlicher Beschichtung, die zudem mit einem porenverschliessenden, farbfreundlichen Kunststoff versiegelt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine weitere farbfreundliche Beschichtung von Druckmaschinenwalzen, insbesondere Farbwalzen, zu finden, die zusätzlich über eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit verfügt und darüber hinaus eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Druckmaschinenwalze mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.

Entsprechend der geschilderten Temperaturproblematik auf Farbübertragungswalzen in Offsetmaschinen und den bekannten Schwächen von einerseits Kupferschichten bezüglich ihres Verschleißverhaltens und ihrer chemischen Beständigkeit und anderseits Molybdänschichten bezüglich der Blanklaufproblematik liegt die Lösung der geschilderten Aufgabe darin, die ausgesprochen hohe Wärmeleitfähigkeit, Farbfreundlichkeit und chemische Beständigkeit von Graphit in einer Metallmatrix, z. B. aus Nickel, für die Anwendung zu nutzen. Schichten aus derartigen Werkstoffen sind seit Jahren bekannt als Dichtungsbeläge in Kompressorteilen von Fluggasturbinen bzw. generell als Gleitlagerwerkstoffe mit sehr guten Notlaufeigenschaften. Letztere Anwendung impliziert natürlich die Farbfreundlichkeit, da der Hauptbestandteil von Offsetfarben Mineralöl ist. Ein Gleitlagerwerkstoff, der eine schlechte Benetzbarkeit für Mineralöl hätte, dürfte wohl kaum als geeignet betrachtet werden. Graphit ist bekannt als Trockenschmiermittel, wobei ursächlich für diese Eigenschaft die leichte Verschiebbarkeit der einzelnen Gitterebenen des hexagonalen Gitters zu benennen ist. Das Gitter besteht aus sehr stabilen Schichtebenen, die untereinander durch nur schwache Bindungen verbunden sind. Diese Schichtstruktur ist ursächlich für die ausgeprägte Anisotropie der physikalischen Eigenschaften. So kann die Wärmeleitfähigkeit parallel zur Schicht etwa mit 330 W/mK beziffert werden und entspricht damit der Wärmeleitfähigkeit des Kupfers. Senkrecht dazu sinkt sie auf ca. 2% ab. Schichten aus Graphit in einer Nickelmatrix werden hauptsächlich durch thermisches Spritzen oder Sinterverfahren hergestellt. Dadurch, daß Graphitpartikel mit einer Nickelumhüllung mit einem Partikeldurchmesser, der zwischen 5 µm und 150 µm schwankt, in räumlich völlig ungeordneter Anordnung in derartigen Schichten vorliegen, wird letztlich wieder eine Anisotropie der physikalischen Eigenschaften erreicht. Entsprechend einem Gewichtsanteil der Nickelmatrix zum darin enthaltenen Graphit, der zwischen Verhältnissen von 55 : 45 bis zu 95 : 5 schwankt, wird eine mittlere Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 120 W/mK bis zu 75 W/mK erreicht. Die Nickelmatrix ist notwendig im Sinne einer Stützmatrix, da die Verschleißeigenschaften von reinem Graphit für Offsetanwendungen unzureichend sind. Vergleichbare Eigenschaftsprofile für Offsetanwendungen lassen sich auch erzielen mit anderen Kompositwerkstoffen, wie z. B. Polyesterpartikel in einer Aluminium-Silicium-Stützmatrix. In einem derartigen Fall wird die Wärmeleitfähigkeit durch den Matrix-Werkstoff Aluminium-Silicium gewährleistet und die Farbfreundlichkeit durch Polyesterpartikel. Darüber hinaus graphitisiert aufgrund der hohen Wärmeeinwirkung beim thermischen Spritzen ein Teil des Polyesters zu Graphit, so daß wiederum ähnliche Gleiteigenschaften und damit Verschleißbeständigkeiten erreicht werden wie beim Gleitlagerwerkstoff Nickelgraphit. Auch Aluminium-Silicium-Polyester wird vorzugsweise durch thermisches Spritzen oder Sintern zu Schichten verarbeitet. Beiden Schichtsystemen - Nickelgraphit und Aluminium-Silicium-Polyester - ist eine Restporosität der Schicht gemein, die durch die Beschichtungsparameter in weiten Grenzen zwischen ca. 40 Vol.-% bis auf 4 Vol.-% beschränkt werden kann. Diese Restporosität bietet die Möglichkeit einer porenverschließenden Versiegelung mit Hilfe eines farbfreundlichen Kunststoffsieglers, so daß diese Eigenschaft dem individuellen Anwendungsfall in Offsetmaschinen angepaßt werden kann. Schichten auf Druckmaschinenwalzen, insbesondere Farbwalzen, können aus diesen Werkstoffen mit den geschilderten Verfahren in Dicken von 30 µm bis zu 1,5 mm hergestellt werden. Im Sinne einer möglichst guten Wärmeleitfähigkeit hat sich jedoch eine Schichtdicke von 0,1 bis 0,15 mm bewährt.

Die einzige Figur zeigt stark schematisiert den Aufbau einer Farbwalze 1, deren Walzenkern 2 erfindungsgemäß mit einer Beschichtung 3 der gesamten Ballenfläche belegt ist.

Die erfindungsgemäße Beschichtung 3 ist vorzugsweise im geschliffenen Zustand mit einer Rauhigkeit von R_z ≈ 8-12 µm einzusetzen. Je nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, diese Rauhigkeit zu verändern. Die erfindungsgemäße Beschichtung 3 läßt sich ohne weiteres bis auf Rauhigkeiten von R_z ≈ 3.0 µm polieren und nach oben hin in praktisch jeder beliebigen Rauhigkeit darstellen.

In Verbindung mit einer derartigen Beschichtung ergibt sich für den Farbfilm, selbst bei extremen Offsetbedingungen (geringste Farbabnahme, große Freiflächen), eine außerordentlich gute Farbfilmstabilität, so daß das gefürchtete Blanklaufen der Farbwalzen nicht mehr auftritt.

Die erfindungsgemäße Beschichtung wird vorzugsweise durch thermisches Spritzen, insbesondere Plasmaspritzen oder Flammspritzen, aufgetragen. Weitere, für die Herstellung der Beschichtung 3 potentiell geeignete Verfahren sind die PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition), die CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition), die plasmaunterstützten CVD-Verfahren, die galvanischen Verfahren mit Dispersionseinlagerung, die Sinterverfahren, die Heißisostatpreßverfahren (Hippen) und alle Reaktivverfahren, bei denen die erfindungsgemäße Beschichtung durch Abscheiden aus zwei Flüssig- oder Gasphasen entsteht.

Claims

1. Druckmaschinenwalze mit einer farbfreundlichen Beschichtung der Ballenfläche des Walzenkerns, insbesondere Farbwalze (1), wobei die Beschichtung (3) mit einem porenverschließenden, farbfreundlichen Kunststoff versiegelt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die farbfreundliche Beschichtung (3) in Form einer porigen Schicht aus in einer Nickelmatrix eingelegtem Graphit besteht, wobei
der Durchmesser der umhüllten Graphitpartikel zwischen 5 µm und 150 µm liegt,
der Gewichtsanteil von Nickel-Matrix zum darin enthaltenden Graphit zwischen 55 : 45 und 95 : 5 liegt,
die Restporigkeit der Beschichtung (3) zwischen 4 Vol.-% und 40 Vol.-% liegt.

2. Druckmaschinenwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Farbreibwalze verwendet wird.

3. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine Dicke von 0,03 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,1 mm, aufweist.

4. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine Oberflächenrauhigkeit von R_z ≦ 10 µm, vorzugsweise R_z = 8 µm, aufweist.

5. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Beschichtung (3) nach dem Beschichtungsvorgang, insbesondere durch Schleifen und Polieren, geglättet ist.

6. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) als PVD-Schicht mit gleichzeitiger Abscheidung von Nickel und Graphit ausgeführt ist.

7. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) als CVD-Schicht ausgeführt ist.

8. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) als Plasma-CVD-Schicht ausgeführt ist.

9. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein galvanisches Verfahren aufgetragen ist mit gleichzeitiger Dispersionsabscheidung von Graphit oder Polyester oder vergleichbaren Kunststoffen.

10. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein Sinterverfahren aufgetragen ist.

11. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein Heißisostatpressverfahren aufgetragen ist.

12. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein Reaktivverfahren aufgetragen ist, bei dem durch reaktive Umwandlung aus entweder zwei Flüssigphasen oder zwei Gasphasen die Beschichtung entsteht.