DE2609982A1

DE2609982A1 - Tiefdruckwalze und vorrichtung mit einer tiefdruckwalze zum beschichten einer papierbahn oder eines anderen folienmaterials

Info

Publication number: DE2609982A1
Application number: DE19762609982
Authority: DE
Inventors: Roger Anthony Allen
Original assignee: Wiggins Teape Ltd
Current assignee: Wiggins Teape UK PLC
Priority date: 1975-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1976-09-23
Also published as: DE2609982C3; AU1182376A; GB1472709A; FR2330464A1; SE429725B; CA1079058A; BE839358A; IT1069361B; SE7603118L; FR2330464B1; DE2609982B2; JPS5834183B2; NZ180262A; NL7602450A; ES445955A1; ZA761497B; BR7601415A; JPS51112848A

Description

PATENTANWÄLTE

Dipi. ing. Klaus Westphal

Dr.rer.nat. OttO Buchner

77SOVILl 'J-SCHWENNINGEN ·

Wiggins Teape Limited

Telefon I^ -^1-55343 3 Lincoln's Inn Fields,

Telegr.: W- 'buch Villingen '

London WC2A 3EB Großbritannien

Telefon 089-832446
Telegr.: Westbuch München

818.35

Tiefdruckwalze und Vorrichtung mit einer Tiefdruckwalze zum Beschichten einer Papierbahn oder eines anderen

Folienmaterials

Die Erfindung betrifft eine Tiefdruckwalze, insbesondere eine Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung mit einer Tiefdruckwalze.

Tiefdruckbeschichtungswalzen haben im allgemeinen eine zellenförmige Oberfläche und drehen sich über einem Spritzapplikator oder in einem Bad aus einem Beschichtungsgemisch. Die auf der Walze befindlichen Zellen werden hierdurch mit dem Beschichtungsgemisch gefüllt, überschüssiges Beschichtungsgemisch wird abgestreift, so daß die Walzen ein genaues Beschichtungsgewicht entweder auf eine zu beschichtende Bahn oder in einer Offsetvorrichtung auf eine Auftragungswalze auftragen.

Herkömmliche Tiefdruckwalzen bestehen für gewöhnlich aus Stahl. Die Tiefdruckoberfläche kann durch Fotoätzen aufgebracht werden. In diesem Fall kann die Walze verkupfert sein, um ein Säureätzen zu ermöglichen. Das Fotoätzen hat jedoch den Nachteil, teuer zu sein. Die Herstellung von Tiefdruckoberflächen durch Sandstrahlen wurde auch schon vorgeschlagen.

Sowohl fotogeätzte als auch sandgestrahlte Tiefdruckwalzen ver-

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Postscheckkonto: Karlsruhe 76979-754 Bankkonto: Deutsche Bank AG Villingen (BLZ 69470039) 146332

schleißen bei Gebrauch leicht. Folglich ist es beim Aufbringen eines sehr niedrigen Naßbeschichtungsgewichts erforderlich, die Beschichtungskopfeinstelling während eines Beschichtungslaufs von etwa 200 Stunden nachzustellen. Dies ist ein zeitraubender und unbequemer Vorgang. Darüber hinaus ist die genaue Nachstellung zum Ausgleichen von Verschleiß sehr schwierig und es dürften folglich Beschichtungsgewichtveränderungen unvermeidlich auftreten. Dies ist wichtig beim Beschichten mit beispielsweise lösungsmittelfreiem Silikonabslösematerial. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist es wesentlich, das geringstmögliche Beschichtungsgewicht zu verwenden. Es ist aus praktischen Gründen wichtig, ein vollständiges Bedecken der zu beschichtenden Oberfläche sicherzustellen, da sonst ein gleichmäßiges Ablösen über die * ganze Oberfläche stattfindet. Das Beschichten mit Silikonablösematerial wird im folgenden erläutert.

Eine geringe Verschleißfestigkeit ist auch in anderer Hinsicht von Nachteil. Die Tiefdruckwalze muß für ein frisches Ätzen oder Sandstreuen gelegentlich ersetzt werden. Die zum Austauschen der Walzen benötigte Zeit stellt einen Produktionsausfall dar und ist daher sehr teuer. Darüber hinaus bedeutet das Erfordernis für einen regelmäßigen Walzentausch, daß ein Vorrat an Ersatzwalzen gehalten werden muß. Dies stellt ein in der Anlage investiertes Kapital dar, das nur zeitweise verwendet wird.

Das Problem des Verschleißes von Tiefdruckwalzen wurde bereits seit einiger Zeit erkannt und es wurden viele Vorschläge zu deren Überwindung gemacht. So schlägt z.B_r. die US PS 3 924 313 vor, daß die Tiefdruckwalze vor dem Ätzen flammgehärtet wird. Dies hat den Nachteil, daß nach wie vor ein teurer Fotoätzschritt benötigt wird. Es wird zusätzlich auch noch ein teurer Flammhärtungsschritt benötigt.

Es wurde auch vorgeschlagen, die Tiefdruckwalze zu verchromen, wenn sie einmal fotogeätzt oder sandgestrahlt ist, Dies hat sich als nicht ganz zufriedenstellend erwiesen, da nur eine sehr dünne Beschichtung aufgebracht werden kann, wenn die die Tiefdruckfläche bildenden Zellen nicht aufgefüllt werden können. Die

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sehr dünne Beschichtung, die aufgetragen werden kann, bietet keine genügende Verschleißfestigkeit.

Es wurde auch gefunden, daß eine harte verschleißfeste Tiefdruckwalze in einem einzigen Vorgang hergestellt werden kann ohne die gesonderten Schritte des Härtens und des Herstellens der Tiefdruckoberfläche.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Tiefdruckbeschichtungswalze vorgesehen mit einer Substratwalze,auf die durch Bombardieren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen eines thermisch stabilen anorganischen Materials eine Tiefdruckoberfläche aufgebracht ist zur Bildung einer verschleißfesten mit der Substratwalze verklebten anorganischen Beschichtung.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einer Tiefdruckbeschichtungswalze vorgesehen mit einer Substratwalze, auf die durch Bombardieren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen eines thermisch stabilen anorganischen Materials eine Tiefdruckoberfläche aufgebracht ist zur Bildung einer verschleißfesten mit der Substratwalze verklebten anorganischen Beschichtung.

Die oben angegebene Bombardierungstechnik ist zum Aufbringen von anorganischen Beschichtungen auf verschiedene Gegenstände bekannt, es wurde jedoch bisher nicht angegeben, daß eine derartige Beschichtung eine hervorragende Tiefdruckoberfläche zum Aufbringen von flüssigen Beschichtungen bei niedrigen Naßbeschichtungsgewichten ist. Es ist nicht erforderlich, die anorganische Beschichtung weiter zu behandeln, um eine Beschichtungsoberflache zu bilden, wie es bisher für erforderlich gehalten wurde.

Die Rauheit der aufgebrachten Beschichtung kann durch geeignete Wahl der thermisch stabilen anorganischen Beschichtung verändert werden. Dies wiederum bedeutet, daß die Tiefdruckwalze zum Aufbringen eines großen Bereichs von Naßbeschichtungsgewichten

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hergestellt werden kann. Die Bombardierung kann z.B. unter Verwendung einer sogenannten Detonationskanone oder eines Plasmabrenners ausgeführt werden.

Bei Verwendung einer Detonationskanone besteht eine bevorzugte Betriebsart darin, genau bemessene Mengen von Sauerstoff, Azetylen und schwebenden Teilchen von pulverförmigem Beschichtungsmaterial in die Kammer der Kanone zu liefern. Die Mischung wird dann von einer zeitlich gesteuerten Zündkerze gezündet und die erfolgende Detonation schleudert die Beschichtungsteilchen, die sich nun in einem plastischen Zustand befinden, mit einer Geschwindigkeit von etwa 762 m/sec aus dem Kanonenlauf heraus. Die Substratwalze wird dann in einem geeigneten Abstand von z.B. 5-10 cm vom Ende des Kanonenlaufs positioniert. Die Beschichtungsteilchen sollen in der Oberfläche der Substratwalze eingebettet werden. Die Temperatur in der Kanone liegt in der Größenordnung von 34OO°C. Da jedoch die auf dieser Temperatur befindliche Flamme niemals die Substratwalze tatsächlich berührt, erreicht die Substratwalze diese Temperatur nicht, die sie beschädigen würde. Die Substratwalze wird durch geeignete Kühlverfahren vorzugsweise unter etwa 200⁰C gehalten.

Die Beschichtungsteilchen werden beim Aufprallen flach und erzeugen einen Überzug, der schichtförmig aufgebaut ist, eine geringe Klebefestigkeit und niedrige Porosität aufweist.

Die oben beschriebenen Detonationen werden häufig wiederholt, z.B. mit einer Häufigkeit von bis zu achtmal je Sekunde, wobei die aufeinanderfolgenden Detonationen die Beschichtung bis zur gewünschten Dicke aufbauen.

Bei Verwendung eines Plasmabrenners werden die Beschichtungsteilchen in einem Hochgeschwindigkeitsstrom von inertem Gas mitgenommen, das mittels eines inneren oder nicht übertragenen Lichtbogens auf Temperaturen über etwa 15.000°C gehalten werden kann. Im Gegensatz zum oben beschriebenen Verfahren mit der Detona-

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tionskanone findet tatsächlich keine Verbrennung statt.

Der heiße Gasstrom schmilzt die Beschichtungstexlchen und beschleunigt sie auf hohe Geschwindigkeit. Wenn sie die Substratwalze treffen, prallen sie auf und bilden eine dichte hochreine Schicht.

Die Klebung bzw. Bindung zwischen der Substratwalze und der durch beide genannten Verfahren gebildeten Beschichtung ist sowohl mechanischer als auch metallurgischer Natur. Die Klebefestigkeit ist so groß, daß, soweit bekannt, herkömmliche Meßverfahren für die Klebefestigkeit sich nicht für deren Messung eig-

2 nen. Die Klebefestigkeit soll jedoch über 700 kg/cm liegen.

Das Bombardierungsverfahren kann im Prinzip verwendet werden zum Aufbringung einer Beschichtung irgendeines anorganischen massiven Materials, das ohne Zersetzung schmilzt oder wenigstens erweicht. Beispiele für Beschichtungsgemische, die zum Herstellen der vorliegenden Tiefdruckwalze verwendet werden, enthalten: Wolframkarbid mit gegebenenfalls zusätzen von Kobalt, z.B. 9 bis 10 % Kobalt; Wolframkarbid mit zusätzen von Nickel und Chromkarbid; Chromkarbid mit gegebenenfalls zusätzen von Chromnickel, z.B. von 15-25 % Chromnickel; Chromoxid mit gegebenenfalls Zusätzen von Aluminiumoxid, z.B. 20 % Aluminiumoxid, oder von 40 % Chrom; und Aluminiumoxid mit gegebenenfalls Zusätzen von Titanoxid.

Wenn die Beschichtungen abgelagert sind, können sie mechanisch behandelt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Beschichtung in ihrem rauhen bei der Ablagerung gebildeten Zustand für eine Tiefdruckwalze zufriedenstellend ist. Eine weitere Behandlung würde die Walzenkosten erhöhen. Nichtsdestoweniger kann die Beschichtung nach Wunsch bearbeitet werden, natürlich vorausgesetzt, daß die Behandlung nicht so ist, daß sie die Tiefdruckeigenschaften der Oberfläche beseitigt.

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Obwohl sich die vorliegende Tiefdruckwalze im allgemeinen zur Verwendung in Tiefdruckbeschichtungsvorrichtungen eignet, insbesondere zum Aufbringen niedriger Naßbeschichtungsgewichte, hat sich herausgestellt, daß die Erfindung sich besonders für die Verwendung in der in der BR-PS 1 404 616 beschriebenen Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung eignet. Eine derartige Vorrichtung, die im folgenden genauer beschrieben wird, enthält eine Tiefdruckwalze, eine Übertragungswalze, eine Auftragungswalze und eine Stützwalze. Die Tiefdruckwalze ist so angeordnet, daß sie eine vorgegebene Menge eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf die Übertragungsrolle aufbringt, wobei die Auftragungswalze in Berührung mit und unabhängig von der Übertragungswalze im gleichen Sinn wie diese angetrieben wird. Die Stützwalze dreht sich im gleichen Sinn wie die Auftragungswalze und bildet mit dieser eine Berührungsstelle, durch die eine zu beschichtende Materialbahn im Betrieb hindurchgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Tiefdruckwalze nach der Erfindung eingebaut in eine Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung;

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die Herstellung der vorliegenden Beschichtungswalze darstellt.

In Fig. 1 enthält eine Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung eine Tiefdruckwalze 1 mit einer Tiefdruckoberfläche 2, die durch Bombardieren einer Substratwalze mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen von Wolframkarbid mit einem Zusatz von 9 % Kobalt aufgebracht wurde. Die Tiefdruckwalze 1 taucht in ein in einer Wanne 3 enthaltenes Beschichtungsgemisch 4, wobei von der Tiefdruckwalze 1 aufgenommenes überschüssiges Beschichtungsgemisch von einem Abstreifmesser 5 entfernt wird. Eine gummibeschichtete übertragungswalze 6 steht in Oberflächenberührung mit der Tiefdruckwalze 1 und wird entgegengesetzt zu dieser gedreht. Die Tiefdruckwalze 1 wird durch Berührung

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mit der Übertragungswalze 6 angetrieben. Die Übertragungswalze 6 empfängt die Beschichtung von der Tiefdruckwalze 1 und überträgt ihrerseits die Beschichtung auf eine Auftragungswalze 7, die über der Übertragungswalze 6 angeordnet ist und unabhängig angetrieben wird, um sich in gleichem Sinn wie die Übertragungswalze 6 zu drehen, über der Auftragungswalze 7 ist eine gummiüberzogene Stützwalze IO angeordnet, die die Bahn 10 in Berührung mit der Auftragungswalze 7 hält. Die Stützwalze wird im gleichen Sinn wie die Auftragungs- und Übertragungswalzen 7 und 6 angetrieben. Wenn sich die Bahn 11 zwischen der Stützwalze 10 und der Auftragungswalze 7 bewegt, empfängt die untere Oberfläche der Bahn (in Fig. 1) die Beschichtung.

In Fig. 2 ist eine zu beschichtende metallische Substratwalze 21 in einem geeigneten Abstand (z.B. 5 bis 10 cm) von einer Bombardierungsvorrichtung 22 angeordnet, die wie oben beschrieben eine Detonationskanone oder ein Plasmabrenner sein kann. Ein Strom 23 von thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen aus anorganischem Beschichtungsmaterial, z.B. Wolframkarbid mit einem Zusatz von 9 % Kobalt, tritt aus der Bombardiervorrichtung aus und prallt auf der Oberfläche der Substratwalze 21 auf. Durch geeignetes Drehen und Bewegen der Substratwalze 21 kann eine Beschichtung mit gleichmäßiger Tiefe über die ganze Erstreckung der beabsichtigten Tiefdruckoberfläche der Tiefdruckwalze aufgebracht werden.

Die vorliegende Tiefdruckwalze eignet sich besonders für die Aufbringung von Silikonbeschichtungen mit niedrigen Naßbeschichtungsgewichten. Für gewöhnlich werden Silikonbeschichtungen in verdünnter Lösung auf Folienmaterial aufgebracht. Um auf diese Weise ein niedriges" Trockenbeschichtungsgewicht zu erzielen, muß ein beträchtlich größeres Naßbeschxchtungsgewicht aufgebracht werden. Die verwendeten Lösungsmittel ergeben darin ein Problem, daß sie leicht gefährliche Verunreinigungen darstellen und so zurückgewonnen werden müssen. Dies führt zu zusätzlichen Energiekosten und zusätzlicher Kapitalanlage. Es wurden jedoch kürzlich Silikongemische zur Verfügung ge-

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stellt, die in ihrem natürlichen flüssigen Zustand ohne Verwendung eines Lösungsmittels aufgebracht werden können. Das Beschichtungsgewicht von aufgetragenem Silikon muß aus Wirtschaftlichkeitsgründen niedrig sein. Da kein Lösungsmittel vorhanden ist, muß das NaßbeSchichtungsgewicht auch niedrig sein. Die durch ein Fotoätzverfahren hergestellten üblichen Tiefdruckbeschichtungswalzen haben sich zum Auftragen von sehr niedrigen Naßbeschichtungsgewichten darin als unzufriedenstellend herausgestellt, daß sie keine genügend gesteuerte Beschichtung herii to Hon. Durch Vorwendung der vorliegenden Tiefdruckwalze kann öl no MloichiUcißiqorc Hcschichtungsverteilung erhalten werden. W.'llutuul tiUi i'.rüiulo hierfür nicht ganz erforscht sind, wird geglaubt, daß der von "Tälern" in der Tiefdruckoberfläche (im Gegensatz zu "Bergen") gebildete Oberflächenanteil· der Tiefdruckwalze bei der vorliegenden Tiefdruckwalze größer ist als bei einer herkömmlichen fotogeätzten Tiefdruckwalze.

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Claims

Patentansprüche

1. Tiefdruckbeschichtungswalze, gekennzeichnet durch eine Substratwalze (21), auf die durch Bombardieren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen eines thermisch stabilen anorganischen Materials eine Tiefdruckoberfläche aufgebracht ist zur Bildung einer verschleißfesten mit der Substratwalze (21) verklebten anorganischen Beschichtung.

2. Tiefdruckbeschichtungswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Wolframkarbid enthält.

3. Tiefdruckbeschichtungswalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframkarbid mit Kobalt, Nickel und/oder Chromkarbid gemischt ist.

4. Tiefdruckbeschichtungswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Chromkarbid enthält.

5. Tiefdruckbeschichtungswalze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromkarbid mit Chromnickel gemischt ist.

6. Tiefdruckbeschichtungswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Chromoxid enthält.

7. Tiefdruckbeschichtungswalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromoxid mit Aluminiumoxid oder mit Chrom gemischt ist.

8. Tiefdruckbeschichtungswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Aluminiumoxid enthält.

9. Tiefdruckbeschichtungswalze nach Anspruch 8/ dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid mit Titanoxid gemischt ist.

10. Vorrichtung mit einer Tiefdruckbeschichtungswalze zum Beschichten einer Papierbahn oder eines anderen Folienmaterials, gekennzeichnet durch eine Substratwalze (21), auf die durch Bombardieren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen eines thermisch stabilen anorganischen Materials eine Tiefdruckoberfläche aufgebracht ist zur Bildung einer verschleißfesten mit der Substratwalze (21) verklebten anorganischen Beschichtung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Wolframkarbid enthält.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframcarbid mit Kobalt, Nickel und/oder Chromk'arbid gemischt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Chromk'arbid enthält.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromkarbid mit Chromnickel gemischt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Chromoxid enthält.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromoxi'd mit Aluminiumoxid oder mit Chrom gemischt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Aluminiumoxid enthält.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid mit Titanoxid gemischt ist.

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