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Die
Erfindung betrifft einen Druckzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Der
derzeitige Stand der Technik von Druckzylindern für den Flexodruck
(siehe beispielsweise
DE
195 24 707 C2 ) besteht darin, auf vorgefertigte Festigkeitsträger (sogenannte
GFK- oder KFK-Hülsen,
o.ä.),
eine Elastomerschicht aufzubringen. Die Hülse muß vorher separat hergestellt
und hierauf in einem erneuten Arbeitsgang die Elastomerschicht aufvulkanisiert
werden. Das Aufbringen der Elastomerschicht geschieht durch Auflegen
(Kalanderplatte) oder aufextrudieren des Rohmaterials und Vulkanisieren
in einem Autoklav wobei die Bindung zwischen Hülse und Elastomerschicht unter
Verwendung spezieller meist lösungsmittelhaltiger
Haftvermittlersysteme erreicht wird. Der vulkanisierte Rohling wird
durch Behandlung der Oberfläche
mittels Abdrehen und Schleifen in seine endgültige Form gebracht. Die so
hergestellten Druckzylinder werden erst dann mit Hilfe eines Luftpolsters
auf den stählernen
Druckwalzenkern, den sogenannten Mandrell oder Dorn aufgezogen und
fixieren sich selbst durch ihre Eigenspannung, nachdem das Luftpolster
entfernt wurde. Ein Einsatz derartiger Elastomerzylinder ist nicht
nur in der grafischen Industrie möglich, sondern auch bei anderen
Anwendungen wie z.B. beim Beschichten von Folien, Lackieren von
Blechen oder Holz, usw..
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Nachteilig
bei diesen Druckzylindern ist die separate Herstellung der Hülsen, die
meist an anderen Produktionsstandorten erfolgt. Für die Herstellung
von Druckzylindern für
unterschiedliche Druckaufträge
in verschiedenen Formaten ist eine Bevorratung von Hülsen in
verschiedensten Längen
und Durchmessern notwendig, wodurch ein beträchtlicher Aufwand an Logistik
und Lagerhaltung entsteht. Beim kürzen der Trägerhülsen auf die erforderliche Länge durch
Absägen
oder Trennschleifen entsteht schädlicher
faserhaltiger Feinstaub. Nachteilig ist ferner die erforderliche
Verwendung der oft lösemittelhaltigen
und somit gesundheitsschädlichen
Haftvermittler für
das Verbinden der Elastomerschicht mit der vorgefertigten Hülse. Da
die Trägerhülsen für die Handhabung
vor dem Aufbringen auf die Druckwalze eine gewisse Eigensteifigkeit
benötigen,
müssen
diese eine größere Wandstärke aufweisen,
wodurch mehr Material bei deren Herstellung erforderlich ist.
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Die
in der
EP 1 178 887
B1 vorgeschlagene Verwendung einer zwischengeschalteten
Adapterhülsenanordnung
kann zwar den Materialaufwand durch Verringerung der Schichtdicken
vermindern, vergrößert jedoch
den logistischen Lagerhaltungsaufwand durch die zusätzlich notwendige
Bevorratung unterschiedlichen Adapterhülsen noch weiter. Auch bei
der in
EP 1 274 589
B1 beschriebenen Hülsenanordnung
und dem Verfahren zu deren Herstellung wird eine separate, als flexible
Folienhülse
ausgebildete Druckformhülse
auf eine separat hergestellte Innenhülse aufgezogen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckzylinder
zu schaffen, der einfacher, wirtschaftlicher und umweltfreundlicher
herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die
Erfindung sieht vor, dass sich der Druckzylinder aus einer unmittelbar
auf die Mantelfläche des
Druckwalzenkerns aufgebrachten Trägerschicht aus einem Gewebematerial
und einem härtbaren oder
chemisch vernetzbaren Kunstharz und einer auf die Trägerschicht
aufgebrachten Elastomerschicht zusammensetzt, die beide durch Energieeinwirkung, beispielsweise
durch Wärmeeinwirkung,
in einem Arbeitsgang – ohne
die Notwendigkeit eines Haftvermittlers – auf dem Druckwalzenkern verbunden
sind. Die zylindrische Trägerschicht
wird somit erst auf dem Druckwalzenkern durch Aufwickeln oder Auflegen
eines mit einem Kunstharz versehenen Bahnmaterials unmittelbar vor
der äußeren Elastomerschicht hergestellt
und mit dieser und der Druckwalze verbunden und braucht nicht separat
vorgefertigt und gelagert werden. Daher muß nur jeweils ein leicht für alle Größen zu konfektionierendes
Bahnmaterial oder Plattenmaterial bereitgehalten werden, wodurch sich
der logistische Aufwand erheblich reduziert.
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Die
Trägerschicht
besteht gemäß einer
ersten Alternative vorzugsweise aus einem streifenförmigen Gewebematerial,
das in mehreren nebeneinander und/oder übereinander liegenden Windungen, senkrecht
oder in einem Winkel zur Zylinderachse des Druckzylinders von bis
zu etwa 45° auf
den Druckwalzenkern gewickelt wird, wobei das Gewebematerial und/oder
der Druckwalzenkern beispielsweise durch Aufsprühen, Tauchen, Aufgießen oder
Aufstreichen vor dem Aufwickeln, gleichzeitig mit dem Aufwickeln
oder nach dem Aufwickeln mit einem flüssigen oder pastösen Kunstharz
versehen wird.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
sieht vor, dass zwischen der Trägerschicht
und der Elastomerschicht ein bevorzugt als Gitterband ausgebildetes Klebeband
angeordnet ist. Dieses dient zur zusätzlichen Fixierung der Trägerschicht
vor dem Aufbringen der Elastomerschicht. Ferner kann durch das gitterförmige Klebeband
Luft, die sich beim Aufwickeln der Trägerschicht unter deren Wicklungen
gelegt hat, herausgedrückt
werden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften alternativen Ausführungsform ist vorgesehen,
dass die Trägerschicht
von einem mit Kunstharz bereits fertig getränkten Gewebematerial gebildet
wird, das sich vorteilhaft einstückig über die
gesamte Länge
der Mantelfläche
der Druckwalze erstreckt. Derartige als Prepreg bezeichnete, mit
Kunstharz imprägnierte
Gewebe sind leicht zu verarbeiten und bei sachgerechter Lagerung
mehrere Monate verarbeitbar. Sowohl das Gewebematerial der Trägerschicht
als auch das Material der Elastomerschicht lassen sich in einfacher Weise
mit einer Schere auf die erforderliche Größe zurecht schneiden.
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Bevorzugt
ist zwischen dem Druckwalzenkern und der Trägerschicht eine dehäsive Schicht
angeordnet. Diese wird beispielsweise durch Aufbringen von Paraffin,
Silikon oder einem Flurkohlenwasserstoff, wie Teflon auf die Mantelfläche des
Druckwalzenkerns erzeugt und verhindert, dass sich die Trägerschicht
mit dem Druckwalzenkern intensiv verbindet. Dadurch kann ein Druckwalzenkern
bei Abnutzung des Druckzylinders wiederholt als Formkörper verwendet,
d. h. mit einer Trägerschicht
und einer Elastomerschicht überzogen
werden.
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Das
Gewebematerial der Trägerschicht
besteht bevorzugt aus Glasfasern, Nylon, Polyester, Kohlefasern,
Viskose, Aramidfasern oder Metallfasern. Die Fasern können in
Form eines Gewebes, eines Geleges oder einer Pulpe angeordnet sein.
Als Kunstharz verwendbar ist besonders bevorzugt Polyesterharz,
Phenol-Formaldehyd-Harz, Epoxidharz oder Acrylatharz.
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Die
Elastomerschicht enthält
ein Vernetzungssystem, welches eine Reaktion mit dem Kunstharz der
Trägerschicht
ermöglicht.
Alternativ zu einer Wärmebehandlung
für eine
Vernetzung der Elastomerschicht mit dem Kunstharz der Trägerschicht kann
auch eine andere vernetzende Behandlung, beispielsweise mit ultravioletter
Bestrahlung (UV-Licht) erfolgen. Auf eine erste Elastomerschicht können weitere
Elastomerschichten, falls erforderlich mit unterschiedlicher Festigkeit
und Härte
aufgebracht werden, die so zusammengesetzt sind, dass sie sich mit
der jeweils darunter liegenden Elastomerschicht verbinden. Die wenigstens
eine Elastomerschicht besteht besonders bevorzugt aus auf Naturkautschuk
oder Synthesekautschuk basierenden Werkstoffen.
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Ein
elektrisch ableitender Druckzylinder lässt sich in einfacher Weise
dadurch herstellen, dass in die Trägerschicht zumindest ein Streifen
oder ein Bereich aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise
ein Kohlefaserstreifen oder CFK-Streifen, derart eingewickelt oder
eingebettet wird, dass sein eines Ende in leitendem Kontakt mit
dem Druckwalzenkern und sein anderes Ende in leitendem Kontakt mit
der Elastomerschicht steht.
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Der
Energieeintrag erfolgt bevorzugt durch eine Wärmebehandlung. Die Wärmebehandlung
für das
Vernetzen der Elastomerschicht mit dem Kunstharz der Trägerschicht
erfolgt bevorzugt in einem Temperaturbereich von 130 Grad C bis
etwa 200 Grad C, besonders bevorzugt bei etwa 145 Grad C für eine Dauer
von etwa 5 Stunden, in einem beheizbaren Autoklav.
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Es
kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn der Druckwalzenkern vor dem
Aufbringen der Trägerschicht
beheizt wird.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Teilansicht eines Druckzylinders, dessen einzelne
Schichten aufgebrochen dargestellt sind,
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2 einen
blanken Druckwalzenkern mit einer Auftragvorrichtung für eine dehäsive Schicht auf
deren Mantelfläche,
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3 den
Druckwalzenkern gemäß 2 mit
einer Trägerschicht
aus schräg
gewickeltem, streifenförmigen
Gewebematerial, mit eingewickelten Streifen aus leitfähigem Material
und mit einer Auftragvorrichtung für Kunstharz,
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4 eine
alternative Ausführungsform
zur 3 mit einer Trägerschicht
aus einer durchgehenden Bahn eines mit Kunstharz bereits getränkten Gewebematerials
(Prepreg) und eingewickelten Streifen aus leitfähigem Material,
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5 eine
alternative Ausführungsform
zur 3,
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6 den
Druckzylinder nach dem Aufbringen der Elastomerschicht, und
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7 den
fertigen Druckzylinder mit einer Bearbeitungsvorrichtung zur Herstellung
der endgültigen
Abmessung.
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In 1 ist
ein Teil eines Druckzylinders 1 in einer perspektivischen
Darstellung gezeigt, wobei dessen einzelne Schichten durch die teilweise
aufgebrochene Darstellung gut erkennbar sind. Der Druckzylinder 1 besteht
im inneren Kern aus einer bevorzugt aus einem nicht rostenden Stahl
bestehenden Druckwalzenkern 2, an der zu beiden Seiten
im Durchmesser reduzierte Achszapfen für deren Lagerung in einer Druckmaschine
vorgesehen sind. Der Druckwalzenkern 2 weist eine Mantelfläche 11 auf, auf
die, wie in 2 gezeigt, eine dehäsive Schicht aufgebracht
wird, die bevorzugt aus einem Formtrennmittel, wie Paraffin, Silikon
oder einem Fluorkohlenwasserstoff, wie Teflon, besteht. Diese Schicht kann
manuell aufgesprüht
oder aufgestrichen werden oder sie wird mittels einer Auftragvorrichtung 7 aufgetragen,
die sich bevorzugt längs
des sich langsam drehenden Druckwalzenkerns 2 hin- und
herbewegt.
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Auf
die dehäsive
Schicht wird im nächsten Arbeitsgang
eine Trägerschicht 3 bzw. 13 aus
einem Gewebematerial aufgebracht. Für die Herstellung der Trägerschicht
sind verschiedene Alternativen vorgesehen: In 3 besteht
das Gewebematerial der Trägerschicht 3 aus
einem schmalen Streifen, der unter einem Winkel von bis zu 45 Grad
zur Achse des Druckwalzenkerns 2 auf diesen aufgewickelt
wird. Wie gezeigt können
dabei mehrere Lagen des Gewebematerials mit einem gegenläufigen Steigungswinkel
auf den Druckwalzenkern 2 gewickelt werden. Zur Herstellung
eines Druckzylinders 1 mit einer elektrischen Ableitung
wird mindestens ein Streifen 9 aus einem leitfähigem Material,
wie beispielsweise einem Kohlefasergewebe, derart mit in die Trägerschicht 3 eingewickelt,
dass sein inneres Ende in leitendem Kontakt zur Mantelfläche 11 des
Druckwalzenkerns 2 steht und sein äußeres Ende aus der Trägerschicht 3 herausragt
und dadurch in leitendem Kontakt mit der im folgenden aufgebrachten
Elastomerschicht 6 steht. Das Gewebematerial der Trägerschicht 3 wird mit
einem härtbaren
Kunstharz 4 versehen. Das Kunstharz 4 kann vor
dem Aufwickeln des Gewebematerials und/oder beim Aufwickeln des
Gewebematerials und/oder nach dem Aufwickeln des Gewebematerials
auf dieses durch Aufstreichen oder Aufsprühen oder durch Eintauchen des
bevorzugt langsam drehenden Druckwalzenkerns 2 in ein Kunstharz-Bad
aufgebracht werden. Eine zum Aufbringen des Kunstharzes 4 geeignete
Auftragvorrichtung 8 ist in 3 angedeutet.
Diese bewegt sich bei sich langsam drehendem Druckwalzenkern 2 stets
nahe des aktuellen Wickelbereiches des Gewebematerials in axialer
Richtung der Druckwalze 2 mit.
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In 5 ist
der bereits mit der Trägerschicht 3 bzw. 13 und
der Elastomerschicht 6 versehene Druckzylinder 1 zusätzlich mit
einem gitterförmigen Klebeband 14 versehen,
das zur Bandagierung oder Fixierung der Elastomerschicht 6 vor
und während Wärmebehandlung
dient. Der in 5 dargestellte Druckzylinder 1 unterscheidet
sich ferner von dem in 3 dargestellten Druckzylinder
dadurch, dass nur ein Streifen 9 aus leitfähigem Material
im linken Randbereich angeordnet, während beim Beispiel gemäß 3 mehrere
Streifen 9 voneinander beabstandet vorgesehen sind. Im
einfachsten Fall genügt ein
einziger schmaler Streifen oder Bereich aus leitfähigem Material
zur Herstellung der gewünschten Leitfähigkeit.
Im einzelnen sind hierfür
die Leitfähigkeit
des verwendeten Materials, dessen Faserquerschnitt und die Anzahl
der am Umfang der Druckwalze wirksamen Fasern maßgeblich. Die Verwendung von
einzelnen Streifen 9 oder Bereichen aus leitfähigem Material
stellt auch einen wesentlichen Vorteil gegenüber der bisher üblichen
Verwendung einer durchgehenden Bahn aus CFK-Material zur Herstellung
eines leitenden Druckzylinders dar. Die Verwendung des relativ teuren
Kohlefasermaterials wird dadurch auf ein erforderliches Minimum
beschränkt. Anstelle
von Streifen können
zur Herstellung eines leitfähigen
Druckzylinders auch Partikel, Metallstücke oder Stücke anderen leitfähigen Materials
in die Trägerschicht 3 bzw. 13 eingelegt
oder eingebettet sein oder die Trägerschicht weist Löcher oder
Aussparungen auf, in die leitfähiges
Material eingelegt oder eingebracht wird.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 4 unterscheidet
sich von dem in 3 dargestellten Beispiel dadurch,
dass hier kein streifenförmiges
Gewebematerial zur Herstellung der Trägerschicht 13 verwendet
wird, sondern eine über
die gesamte Länge des
Druckwalzenkerns durchgehende Bahn aus einem Gewebematerial, das
bereits vor dem Aufwickeln auf die Druckwalze 2 mit einem
Kunstharz getränkt
ist. Ein derartiges fertig mit Kunstharz vorkonfektioniertes Material
ist in Fachkreisen als Prepreg bekannt und in verschiedenen Breiten
im Handel erhältlich.
Es kann einfach mit einer Schere auf die benötigte Größe zurecht geschnitten werden.
Auch bei diesem Beispiel können
ein oder mehrere Streifen 9 oder Bereiche aus einem leitfähigen Material
mit in die Bahn des Gewebematerials eingewickelt oder eingebettet
werden, um einen elektrisch leitenden Druckzylinder 1 herzustellen.
Der Vorteil der Verwendung einer durchgehenden, bereits mit Kunstharz
getränkten
Bahn aus Gewebematerial (Prepreg) besteht in einer wesentlich einfacheren
Herstellung der Trägerschicht 13,
da keine einzelnen streifenförmigen
Bahnen auf die Druckwalze 2 gewickelt werden müssen und
auch kein Kunstharz mehr aufgebracht werden muß.
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Unabhängig davon,
ob eine durchgehende Bahn oder streifenförmiges Gewebematerial verwendet
wird, überlappt
sich das Gewebematerial im Bereich seiner Kanten, so dass die Mantelfläche 11 der Druckwalze 2 in
jedem Fall lückenlos
beschichtet wird.
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Insbesondere
bei Verwendung eines streifenförmigen
Gewebematerials, wie in 3 gezeigt, aber auch bei Verwendung
eines Prepreg als Trägerschicht 13 (4)
kann auf das Gewebematerial der Trägerschicht 3 bzw. 13 im
nächsten
Schritt optional ein bevorzugt als Gitterband ausgebildetes Klebeband 5 (siehe 1)
aufgebracht werden, das zum einen zum Fixieren der Trägerschicht
dient und mit dem zum anderen Luftblasen, die sich beim Wickeln des
Gewebematerials zwischen dessen einzelnen Lagen gebildet haben,
seitlich heraus gedrückt
werden können.
Das Klebeband 5 ist bevorzugt als selbstklebendes Gitterband
ausgebildet, wie man es als Überbrückungsband
zur Überbrückung von
Rissen im Mauerwerk oder im Putzmaterial in der Bauwirtschaft kennt.
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Auf
die Trägerschicht 3 bzw. 13 wird
im nächsten
Schritt wenigstens eine noch nicht vernetzte Elastomerschicht 6 bevorzugt
durch Wickeln aufgebracht, die bevorzugt aus einem auf Naturkautschuk
oder Synthesekautschuk basierenden Werkstoff besteht. Die einzelnen
Lagen der Elastomerschicht sind etwa 2 mm dick. Bei Verwendung nur
einer Lage werden deren Kanten exakt auf Stoß aneinander gelegt. Bei Verwendung
mehrerer Lagen überlappen
sich diese im Bereich ihrer Kanten. Die Elastomerschicht 6 enthält ein Vernetzungssystem, welches
eine Reaktion mit dem Kunstharz 4 der Trägerschicht 3 bzw. 13 ermöglicht.
Gegebenenfalls schließen
sich weitere Schichten aus Elastomer-Material nach außen daran an. Alle Elastomerschichten sind
so zusammengesetzt, dass sie sich mit einer jeweils darunter liegenden
Elastomerschicht verbinden. Auch die Elastomerschicht 6 wird,
wie in 6 dargestellt, so aufgebracht, dass sie sich in
einem schmalen Bereich überlappt.
Zur Sicherung der Lage der Elastomerschicht bzw. -schichten werden
diese vor der anschließenden
Wärmebehandlung
bevorzugt mit einem gitterförmigen
Klebeband 14 fixiert bzw. bandagiert (5).
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Der
mit der Trägerschicht 3 bzw. 13 und
der Elastomerschicht 6 versehene Druckzylinder 1 wird einer
Wärmebehandlung
in einem Autoklav bei einer Temperatur im Bereich von etwa 130 Grad
Celsius bis etwa 200 Grad Celsius, bevorzugt bei etwa 145 Grad Celsius
für eine
Dauer von etwa 5 Stunden, oder alternativ dazu einer anderen vernetzenden
Behandlung beispielsweise mit UV-Licht
unterzogen. Dabei vernetzt die wenigstens eine Elastomerschicht 6 mit
dem Kunstharz 4 der Trägerschicht 3 bzw. 13. Die
Trägerschicht 3 bzw. 13 und
die Elastomerschicht bzw. Elastomerschichten 6 sind danach
unlösbar
miteinander und auch drehfest mit dem Druckwalzenkern 2 verbunden.
Die Überlappungsbereiche an
den Außenkanten
beider Schichten sind miteinander verschmolzen, so dass der Außendurchmesser bereits
weitestgehend homogen ist. Mittels einer Bearbeitungsvorrichtung 10 kann
der Außendurchmesser
des fertigen Druckzylinders 1 nach dem Abkühlen beispielsweise
durch Schleifen oder Abdrehen auf das erforderliche Maß bearbeitet
werden.
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Ein
erfindungsgemäß hergestellter
Druckzylinder 1 weist gegenüber einem konventionellen Druckzylinder
den Vorteil auf, dass er mit einem Minimum an logistischem Aufwand
und einem verminderten Aufwand an Material und Arbeit zu Kosten
herstellbar ist, die um 10 bis 30 Prozent niedriger liegen. Durch
die dehäsive
Beschichtung des Druckwalzenkerns 2 kann dieser mehrfach
als Formkörper
verwendet werden. Für
die Verbindung der Trägerschicht 3 bzw. 13 und
der Elastomerschicht 6 ist keinerlei lösungsmittelhaltiger Haftvermittler
erforderlich.
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Als
Gewebematerial zur Herstellung der Trägerschichten 3 bzw. 13 eignen
sich besonders Glasfasern, Nylon, Polyester, Kohlefasern, Viskose,
Aramidfasern oder Metallfasern, die in Form eines Gewebes, eines
Geleges oder einer Pulpe verwendet werden.
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Als
Kunstharz 4 sind bevorzugt verwendbar Polyesterharz, Phenol-Formaldehyd-Harz,
Epoxidharz und Acrylatharz.
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Als
Material für
die Elastomerschicht eignen sich besonders Natur- oder Synthesekautschuk
oder Fotopolymere, wie Acrylat oder Polyester.
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Ein
erfindungsgemäßer Druckzylinder 1 ist insbesondere
zur Verwendung im Flexodruckverfahren geeignet. Es ist jedoch auch
eine Verwendung für Zylinder
in anderen Bereichen der Druckindustrie, beispielsweise als Farb-
oder Feuchtwalze im Offsetdruck oder auch für andere Auftrag-, Andrück- oder Transportwalzen
denkbar.
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- 1
- Druckzylinder
- 2
- Druckwalzenkern
- 3
- Trägerschicht
(Gewebematerial-Streifen, schräg
gewickelt)
- 4
- Kunstharz
- 5
- (gitterförmiges)
Klebeband (Gitterband)
- 6
- Elastomerschicht
- 7
- Auftragvorrichtung
(für Formtrennmittel)
- 8
- Auftragvorrichtung
(für Kunstharz 4)
- 9
- Streifen
(aus leitfähigem
Material)
- 10
- Bearbeitungsvorrichtung
- 11
- Mantelfläche (von 2)
- 12
- Achszapfen
(von 2)
- 13
- Trägerschicht
(aus Prepreg)
- 14
- (gitterförmiges)
Klebeband (Gitterband)