DE2704910A1

DE2704910A1 - Drehbares praegegegenstueck mit darauf gehaertetem synthetischem harz und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE2704910A1
Application number: DE19772704910
Authority: DE
Inventors: William Edward Brown; Ramon Joseph Magee; Dennis Robert Mccoy
Original assignee: Hallmark Cards Inc
Current assignee: Hallmark Cards Inc
Priority date: 1976-02-09
Filing date: 1977-02-05
Publication date: 1977-08-11
Also published as: CA1097875A; JPS52132927A; GB1570821A; JPS5523535B2; FR2340202A1

Description

Z 4. Februar 1977

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Hallmark Cards, Inc., Kansas City, Missouri 6414'!

Drehbares Prägegegenstück mit darauf gehärtetem synthetischem Harz und Verfahren zur Herstellung

Die Erfindung betrifft drehbare Gegenstücke, die zur Benutzung bei zylindrischen Prägeformen mit modellierten Oberflächen, die eine Form aufweisen, geeignet sind,und insbesondere verbesserte Herstellungsverfahren, Ausrüstungen und Erzeugnisse, die gegenüber dem bisherigen Herstellungsverfahren und Gegenstücken, wie sie in dem US-Patent 3 560 289 der Anmelderin mit dem Titel: "Drehbares Prägeformgegenstück" offenbart sind, wesentliche Vorteile aufweisen.

Wie in dem genannten US-Patent 3 560 289 erklärt ist, wurde bisher eine Anzahl verschiedener Techniken/auf grafischem

(Gegens cempel/ Gebiet angewandt, um drehbare Gegenstücke/herzustellen, die gegen Präge- oder Folienstanzformen arbeiten,die entweder erhobene oder abgesenkte Oberflächenbereiche aufweisen, die eine künstlerische Gestalt darstellen. Typische mit einer drehbaren Form und einem Gegenstück geprägte oder foliengestanzte Gegenstände sind Glückwunschkarten, Kalender, Partyzubehör, Servietten, Verpackungspapier, Anwendungen bei verschiedenen Papier- und Metallgegenständen und dekorative Blätter. Drehbare Systeme zum Prägen von Papier, Metall- und Kunststoffblattmaterialien haben den Vorteil, fortlaufend betriebsbereit zu sein

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und können besondern wirksam bei langer laufenden, sich wiederholenden Forcen verwendet zu werden.

Bei modellierten, normalerweise gravierten Reliefoberflächen drehbarer Formen, die ein Abbild darstellen,ist ein drehbares, gegen die Form wirkendes Gegenstück erforderlich, das eine modellierte Oberfläche aufweist, die mit der unregelmäßigen Oberfläche der Form übereinstimmt und ein umgekehrtes Bild dieser Form darstellt, um ein gleichmäßiges Prägen oder Folienstanzen des zwischen den Rollen hindurchgeführten blattförmigen Materials zu bewirken. Das Verfahren der US-PS 3 560 289 stellt einen Weg zur Herstellung eines drehbaren Gegenstückes dar, der wirtschaftlicher ist als die zuvor verfügbaren Möglichkeiten.. Bei dem Herstellungsverfahren dieses Patents v/erden einige Schichten einer ultraviolettempfindlichen, wärmehärtbaren,teilweise gehärteten syntetischen Harzbeschichtung, die mit Glasleinen (bekannt als "pre-preg") auf eine Gegenrolle aufgebracht.Nach einem weiteren, zur Verminderung der Klebfähigkeit des Harzes vorgenommenen Aushärtung wird die Form gegen die Harzschicht auf der Gegenrolle gedreht, um zu bewirken, daß die äußere Fläche der Schicht mit der Formfläche übereinstimmt und ein umgekehrtes Bild davon ergibt.

Ein abschließendes Härten des Harzes auf der Gegenrolle wird durch Anwendung ultravioletter Strahlung bewirkt, die dem Harz während der Drehung der Gegenrolle zugeführt wird. Dieses Verfahren soll die herkömmliche Praxis ersetzen, bei der die Form gegen eine unter Druck verformbare Gegenrolle aus Stoff, Papier oder einen ähnlichen Material läuft, bis die Oberfläche der Gegen-

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rolle eine relativ dauerhafte Verformung annimmt, die der umgekehrten Form enspricht. Bei diesem bekannten Verfahren ist nicht nur ein beträchtliches Geschick der Bedienungsperson erforderlich, um genau zu bestimmen, wann das Gegenstück auoreichend geformt ist, um eine wirksame Verwendung zu ermöglichen, sondern die Durchführung dieses Verfahrens wer auch sehr teuer, da die für die Herstellung eines geeigneten Gegenstücks benötigte Zeit damit verbunden war, Baumwoll- oder Filzpolster relativ häufig zu ersetzen, um eine angemessene Qualität der geprägten Form des bearbeiteten Blattmaterials aufrechtzuerhalten.

Obwohl das Herstellungsverfahren für das Gegenstück der US-PS 3 560 289 eine klare Verbesserung über die vorher verfügbaren Gegenstückherstellungsverfahren darstellt, wurde aus Konkurrenziostengründen und wegen der fortschreitenden Erhöhung der Lohnkosten die Suche nach wirtschaftlicheren Herstellungsverfahren für die Gegenstücke erforderlich, die zu einem Gegenstück führen sollten, das eine wesentlich längere Stanzzeit aufweist, als die nach den bekannten Verfahren hergestellten Gegenstücke.

Demgemäß ist es ein wichtiges Ziel der Erfindung, ein drehbares Gegenstück mit wiederaufbereitbarer Oberfläche zur Verwendung gegen eine zylindrische Prägeform zu schaffen, das eine größere eigene Festigkeit als die vorher bekannten Gegenstücke, bei denen synthetisches Harz verwendet wurde,/ohne die erforderliche innere Widerstandsfähigkeit zu zerstören, die erforderlich ist, um ein Zerbrechen oder Rissigwerden der Gegenstückoberfläche, das durch eine sehr hohe Sprödigkeit hervorgerufen wird, zu vermeiden.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines drehbaren Gegenstückes für eine zylindrische

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Prägeform zu schaffen, das wieder verwendbar ist, indem die das Gegenstück bildende Oberfläche der Rolle leicht entfernt und wieder ersetzt werden kann, wodurch wesentliche Kosteneinsparungen möglich sind, infolge der Tatsache, daß das Innenteil des Gegenstücks immer wieder verwendbar ist, wenn der Verschleiß die Herstellung einer neuen Gegenstückoberfläche erforderlich macht, oder ein neues Muster zur Anwendung kommen soll.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung drehbarer Formgegenstücke zu schaffen, wobei ein Stahlgegenstückkern vorgesehen ist, der einen relativ flachen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden abgesetzten Bereich aufweist, der ausgebildet ist, um mit einem synthetischen Harzmaterial gefüllt zu werden, das vorgespannte, spiralenförmig gewundene Glasfaserstränge enthält, wobei das Harzsystem an Ort und Stelle härtbar ist, so daß nach dem Aufbringen des Harzes auf die Rolle und einer teilweisen Härtung

.kann und das Harz in die Form eingebracht werden/dann schließlich in einer wirksamen Stellung auf der Efcesse gehärtet werden kann, zu dem Zweck, daß ein Minimum an Erneuerungszeit erforderlich ist, während das Gegenstück auf der Presse gleichzeitig repariert werden kann, wie es während des Produktionsablaufes erforderlich werden kann.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung ist es, ein an Ort und Stelle herstellbares drehbares Gegenstück zu schaffen, wobei die Enden des zylindrischen Abschnittes der Gegenstückrolle an den gegenüberliegenden äußeren Enden eines abgesenkten, das Harz aufnehmenden Bereiches an Andruckflächen dienen, die mit komplementären Flächen der Form in Eingriff kommen können, um extrem genaue Toleranzen für den Harzteil des Gegenstückes zu

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schaffen, um geprägte Abbilder mit ausreichender Klarheit, Genauigkeit und Einheitlichkeit zu beschaffen.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung drehbarer Formgegenstücke in wirtschaftlicherer Weise als dies bisher möglich war zu schaffen, wobei das auf den abgesenkten Bereich des Gegenstückkernes aufgebrachte Harz nicht teilweise vorgehärtet jedoch ausreichend zähflüssig.ist, um seine Form im wesentlichen beizubehalten, ohne wesentliche Verformung, bis die Härtung des Harzes mit einer Ultraviolettlichtquelle ausgeführt werden kann. Dies ermöglicht es dem Hersteller, schnell und leicht Harz auf den Kern aufzubringen und das Härten in einer sehr kurzen Zeitspanne durchzuführen, während der Kern in Betriebsstellung auf der Presse angebracht ist. Diese Herstellungsschritto eignen sich insbesondere zur Herstellung einer Gegenstückoberfläche, die aus einer Anzahl aufeinanderfolgend aufgebrachter Schichten besteht, die miteinander verbunden werden, und die mit einer vorgespannten Verstärkung, bei der gewundene Glasfaserstränge bei der Herstellung des Gegenstückes in eine innere Harzschicht eigebracht werden, wirksam verstärkt werden. Infolge der Spannung, die auf die fortlaufenden Fiberglasstränge aufgebracht wird, während diese um die innere Harzschicht auf dem Zylinder gewickelt werden, werden die Glasfaserstränge einer gewissen Spannung unterworfen, so daß die nächste Beschichtung des Harzmaterials, die auf dem Zylinder aufgebracht und zumindest teilweise ausgehärtet wird, das Verstärkungsfasermaterial in das zylindrische Innere des Harzgegenstückes einbringt, um schließlich eine Gegenstückoberfläche zu erzeugen, die wesentlich stärker ist als die bekannten, ohne daß begleitende Bruch- oder Abnutzungsprobleme auftreten.

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Ein gleichfalls wichtiges Ziel der Erfindung ist es, ungehärtete, zähflüssige Harzsysteme für das Gegenstück zu verwenden, die in Schichten aufgebracht werden können und während des Aufbaues der Gegenstückoberfläche nur teilweise mit einer UV-Quelle ausgehärtet werden, so da/3 die abschließende Aushärtung alle Schichten zu einer harten, im wesentlichen monolithischen Masse verbinden, nachdem die Gestalt oder Bildschicht, eingeprägt ist, wodurch wahlweise ein teilweises und dann abschließendes Aushärten sowie eine Fiberglasverstärkung des Harzes an Ort und Stelle auf dem Gegenstückkern möglich ist.

Gegenstücke, die nach der Erfindung hergestellt werden, sind besonders geeignet zur Verwendung gegen eine Prägeform, die benutzt wird, um ein Gesamtprägemuster in ein "Jlatt- oder bandförmiges Material einzuprägen. Die Form selbst besteht normalerweise aus Metall und kann nach herkömmlichen Techniken/wie üalvanisierungsverfahren, Formen von wärmehärtbaren, anfänglich ebenen Platten, die an gegenüberliegenden Enden gelocht und gestanzt sind, so daß die dadurch entstehenden Matten an einem geeigneten Trägerzylinder befestigt werden

barem synthetischem Harz, Nickel oder Kupfer eine Modellgestalt gebildet wird. Zur Darstellung der vorliegenden drehbaren Gegenstücke und der Verfahren zu-deren Aufbau sei angenommen, daß der Prägeformzylinder entsprechend den herkömmlichen Verfahren gestaltet und hergestellt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt in der folgenden beschrieben.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine im wesentlichen schematische Vorderansicht eines Pressentyps, bei dem das erfindungsgecäße Formgegenstück verwendet werden kann, wobei eile normale Betriebsstellung des Gegenstücks bezüglich der Prägeform dargestellt ist, mit einer abnehmbaren Ultraviolettlichtquelle zum Aushärten des Harzes auf dem Gegenstückkern;

Fig. 2 einen Querschnitt im wesentlichen entlang der Linie 2-2 der Figur 1, in Pfeilrichtung gesehen;

Fig. 3 eine schematische Ansicht des Gegenstückkernes, mit einer Harzschicht darauf, die bei Drehung des Gegenstückes von einem Rakelmesser geebnet wird, vobei die normale Stellung des Gegenstückkernes bezüglich der Form dargestellt ist;

Fig. 4 eine schematische Ansicht ähnlich der Figur 3,'wobei die Art und V/eise dargestellt ist, in der das Harz nach Aktivierung der Ultraviolettlichtquelle gehärtet werden kann;

Fig. 5 schematisch die Art und Weise in der ein gespannter Glasstrang, bestehend aus fortlaufenden Glasfasern spiralenförmig um den mit Harz beschichteten Gegenstückkern gewickelt wird, um das Gegenstückmaterial zu verstärken;

Fig. 6 schematisch einen anderen Verfahrensschritt, wobei eine - Harzschicht auf das Gegenstück aufgebracht wird und von

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einem hin und her beweglichem Rakelmesser auf die gewünschte Höhe abgerakelt wird;

Fig. 7 eine schematische Darstellung des folgenden Verfahrensschrittes, wobei die Harzschicht über dem Glasstrang durch Verwendung der über dem Gegenstück angeodneten Ultraviolettlichtquelle an dieser Stelle gehärtet wird;

Fig.8,9
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schematisch wie aufeinanderfolgende Harzschichten auf den Gegenstückkern aufgebracht und an dieser Stelle ausgehärtet werden;

Fig.12,

schematisch die Art und Weise in der die Form gegen die teilweise gehärtete äußere Harzschicht auf dem Gegenstückkern geführt wird, um eine modellierte Oberfläche im Harz zu erzeugen, die ein umgekehrtes Duplikat der Formoberfläche ist, worauf das Gegenstück einer abschließenden Ultravioletthärtung unterworfen wird; und

Fig. 14 einen vergrößerten Teilquerschnitt des Gegenstückes und der Form, wobei die Art und Weise, in der das Harz den ausgesparten Bereich in dem Gegenstückkern füllt dargestellt wird und wobei in diesem Falle erhöhte Bereiche vorgesehen sind, die sich komplementär in das Tiefdruckmuster der Form erstrecken.

Die schematisch in den Figuren 1 und 2 dargestellte Prägepresse ist vorzugsweise vom Typ, bei dem zumindest einer der Zylinder relativ zum anderen verschoben werden kann, ohne aus dem

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Register zu kommen, wobei die Zylinder wirksam über ein Getriebe miteinander verbunden sind, um beim Drehen einen Schlupf zu vermeiden. Ein diesbezüglich geeigneter Pressenaufbau ist beispielsweise in dem US-Patent 3 302 558, insbesonderedort in Figur 6, dargestellt. In der schematischen Darstellung trägt der Sockel 22 ein Paar mit Abstand parallel zueinander und senkrecht stehender Bauteile 24 und 26, die ihrerseits vertikal mit Abstand angeordnete, horizontal ausgerichtete Wellen 28 und

besitzen. 30 der Gegenwalze 32 und der Prägeform 34/ Zahnradabschnitte 36 und 38 sind jeweils an der Gegenwalze 32 und der Prägeform so angepaßt, daß sie ineinandergreifen und eine Drehung der Prägeform und der Gegenwalze mit verschiedenen relativen Oberflächengeschwindigkeiten ausschließen.

Die Zahnradabschnitte wirken jedoch nicht auf die relative Trennbev.'egung der Gegenwalze und der Prägeform ein und gewährleisten dennoch, daß diese genau im Register sind, wenn die Frägekomponenten in ihre wirksame Stellung zurückgeführt werden, wie in Figur 1 und 2 dargestellt.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, hat die hier zur Darstellung verwendete Presse nur eine verschiebbare Prägeform, die drehbar von vertikal beweglichen Endblöcken 40 jeweils auf den Bauteilen 24 und 26 getragen wird, mit einer geeigneten, hydraulisch betätigten Einrichtung 42 herkömmlicher Art, um die Prägeform 34 vertikal auf und ab zu bewegen, während ihre Welle 30 im wesentlichen parallel zur Welle 28 der Gegenwalze 32 gehalten wird. Der Kern 44 der Gegenwalze 32 (siehe Figur 1) ist vorzugsweise aus geeignetem metallischem Material, wie Stahl hergestllt und wird von gegenüberliegenden Wellen 28 getragen,

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die entweder mit dem Kern durch Bolzen verbunden oder einstückig mit diesem geformt sind.

Die äußere zylinderische Oberfläche des Kerns 44 ist abgesetzt, um einen zylinderischen Bereich 46 zu bilden, der sich um den Umfang der Gegenwalre ersreckt und von den gegenüberliegenden Endlagerflächen 48 an gegenüberliegenden Enden des Zylinders beabstandet ist. Der Bereich 46 ist vorzugsweise auf eine Tiefe von etwa 0,020 inches (0,05 cm) unter die Höhe der cozylindrischen Oberflächen 48 eingearbeitet und der abgesenkte Bereich 46 ist, wie erklärt v/erden wird,mit speziellen verstärkten synthetischen Harzmaterial gefüllt und läuft gegen die modellierte Oberfläche der Prägeform 34 um ein Umkehrbild der modellierten Gestalt zu schaffen. Die Einrichtung 42 dient dazu, die äußere Fläche der Prägeform 34 in wirksamen Eingriff mit der harzbeschichteten Oberfläche des Kerns 44 zu zwingen und dadurch das Papiermaterial oder anderes zu bearbeitendes blattförmiges Material zwischen der Prägeform 34 und der Gegenwalze 32 hindurchzuführen, wobei die gestalttragende oder bedruckte Oberfläche zur äußeren Fläche der Prägeform 34 weist. Die verschiedenen Einstellmöglichkeiten der Presse ermöglichen es, daß der Prägezylinder zur Ausrichtung der Zahnräder seitlich eingerichtet werden kann, und daß der Prägezylinder relativ zur Gegenwalze von vorne nach hinten ausgerichtet werden kann und dne vertikale Einstellung zwischen den beiden Zylindern. In einem typischen Anwendungsfall können die Zylinder eine Gesamtlänge von 50 bis 60 inches (127 bis 152 cm),'zum Beispiel 57 inches (145 cm) haben, wobei die gestalttragende Oberfläche von 40 inches (102 cm) die gegenüberliegend^ Lagerabschnitte 50 freiläßt, die

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angepaßt sind, um mit den Oberflächen 48 der Gegenwalze '52 komplementär in Eingriff zu treten, und einen geschlichteten Durchmesser von 7,639 inches (19,403 cm)/ wodurch sich ein Gestaltwiederholungslehrstück von 24 inches (61 cm) ergibt. Der Grundpräge zylinder kann beispielsweise aus 2 incbos (5 cm) dickem rohrförmigen Stahl mit aufgeschweißten Endplatten und Wellen an jedem Ende bestehen, sowie mit innen verschweißten Stähltrageplatten, falls erforderlich. Um die gestaltbestxmmende Fläche zu erzeugen,wird darauffolgend Kupfer auf der Fläche galvanisch abgelagert. Dadurch wird ein Medium erzeugt, in das die Prägeform fotografisch eingraviert ist und dann zur Fertigstellung des Prägezylinders in geeigneter Weise eingeätzt ist. Die galvanisch abgelagerte Oberfläche kann auch bearbeitet werden, wieder mit Kupfer beschichtet und auf einen 7,635 inches (19,403 cm) Durchmesser geschlichtet werden, um den Z/linder zur Herstellung neuer Formen wieder zu verwenden. Nachdem die Form fotografisch in den Prägezylinder eingraviert ist, wird über die gesamten 40 inches (102 cm) Länge des Formteiles des Zylinders auf das Kupfer eine Chromschicht aufgalvanisiert.

Der Kernzylinder der Gegenwalze 32 ist ähnlich aufgebaut wie die Prägeform 34, insofern, als die V/anddicke gleichfalls 2 inches (5 cm) beträgt und die Gesamtlänge des Zylinders annähernd dem der Prägeform ist. Der abgesenkte Bereich 46, der in die Gegenwalze 32 eingearbeitet ist, ist vorzugsweise sandgestrahlt, um eine etwas rauhe Fläche zu schaffen um das Harzmaterial mit der Gegenwalze zu verbinden, und so ein Rutschen des Harzes bezüglich des Gegenstückkernes bei längerem Gebrauch zu vermeiden. Dies ist insbesondere wichtig bei längeren Laufzeiten derselben^ Form. Aus Figur 3 der Zeichnungen ist ersichtlich,

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daß die hydrauliche Einrichtung 42 betätigt wird, tun den Prägeformzylinder 34 von der Gegenwalze 32 wegzubewegen, wodurch eine Schicht synthetischen Harzmaterials mit der Dicke von etwa 0,002 inches (0,05 cm) auf den zylindrischen Oberflächenbereich 46 des Kerns 44 aufgebracht wird. Das horizontale Rakelmesser 52, das von dem Träger 54 auf den Winkel 56, der sich quer über die Vorderseite der Prägepresse 20 erstreckt, getragen wird, wird eingestellt,um zu gewährleisten, daß das Harzmateri^l entlang des ganzen Umfanges der Gegenwalze mit gleichmäßiger Dicke aufgetragen wird.

Eine Anzahl verschiedener Harze kann benutzt werden, um die Oberfläche der Gegenwalze vorzubereiten. Beispielhafte Zusammensetzungen sind solche, wie sie im allgemeinen als strahlungshärtbare (gewöhnlich UV) Urethane, Acrylate, Thiophene, Polyester und andere ähnliche Materialien, die eine Bindung vom olefinischen Typ aufweisen. Diese Harze können alle teilweise mit einer Strahlungsquelle, wie UV,gehärtet werden und dann vollständig zu einer verschmolzenen Masse gehärtet werden, wobei die einzeln aufgebrachten Schichten nicht länger als getrennte Schichten unterscheidbar/ Bießevorsugten Harze sind entweder / Pölythiolacrylat und eine Acrylatmonomerkombination, zusammen mit einem Initiator, oder ein Acrylatprepolymer kombiniert mit, beispielsweise einem Acetophenon- oder Benzophenoninitiator. Ein geeignetes Acrylatharzsystem ist ein Produkt der Polychrome Corporation, Yonkers, New York und wird unter der Handelsbezeichnung Uvimerharz 1713-H verkauft. Eine typische Zusammensetzung ist Uvimer 1713-H (9896) und 2,2 Diäthoxyacetephenon {2%) mit einer Viskosität im Bereich von S: 50.000 bis 100.000 centipoises. Andere nützliche Zusammensetzungen weisen auf:

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1. Polyen/Polythiol Photopolymer

3811A verkauft von W . R. Grace & Co. (9O#)

Hydroxypropylacrylat (1Q#)

2. Polyen/Polythiol Photopolymer

3811A verkauft von \f. R. Grace & Co. (87?o) 1, 6-Hexandioldiacrylat

3. Prepolymeres Acrylat Uvimer DV-53 verkauft von Polychrome Corporation

Hydroxylpropylacrylat

Triagonal 14 (ein Photoinitiator verkauft von Noury Chemical Company, Burt, N.Y.)

4. Polyen/Polythiol Photopolymer

6011-G verkauft von V/. R. Grace & Co. und einem etrahlenabhängigen Initiator oder Härtemittel (ungehärtete Viskosität

8.000 bis 11.000 centipoises.) (100#)

Die wesentlichen Charakteristika, die das Harzmaterial notwendigerweise aufweist,sind (1) die Fähigkeit, ein Aushärten des Harzes auf der Presse in einer relativ kurzen Zeit (zum Beispiel nicht mehr als 20 Minuten für alle Harzschichten) zu bewirken , (2) ausreichende Viskosität in einen ungehärtetem Zustand, so daß das Harzmaterial nicht wesentlich fließt, wenn es vor dem

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Härten mit einer Strahlungsquelle oder einem anderem Härtemedium auf die Gegenwalze aufgebracht wird und (3) die Fähigkeit wahlweise zunächst teilweise und dann schließlich vollständig mit einer UV-Quelle oder dergleichen ausgehärtet zu werden, wodurch die aufeinanderfolgend aufgebrachten Harzschichten zu einer im wesentlichen monolithischen glasfaserverstärkten Beschichtung aushärten. Zu jedem Zeitpunkt werden die Aushärtcharakteristika und die physikalischen Eigenschaften der letzten Harzgegenwalze durch die Drehgeschwindigkeit der Walze, die Dicke der Gesamtbeschichtung, die Menge des eingebrachten Glasfasermaterials, die Gesamtaushärtzeit und die Strahlungsintensität bestimmt.

festgestellt,
Es wurde diesbezüglich / . daß die Harzzusammensetzung, wenn sie auf die Oberfläche der Gegenwalze aufgebracht wird, eine Viskosität von zumindest etwa 6.000 cps. und vorzugsweise zumindest etwa 25 cps. aufweisen sollte. Beste Resultate erhält man im Bereich von 50.000 bis 250.000 cps. Die obere Viskositätsgrenze ist die, bei der das Material so dick ist, daß es nicht mehr auf die Oberfläche der Gegenwalze oder vorhergehende Harzschichten aufgebracht werden kann. Bestimmte Zusammensetzungen sind in Viskositätsbereichen bis zu etwa 1.000.000 cps. geeignet. Bei der am meisten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist, wie aus den oben genannten spezifischen Zusammensetzungen ersichtlich ist, das polymere Material durch die Anwendung ultravioletter Strahlung härtbar infolge der Tatsache, daß dies die Fertigungszeit wesentlich verringert und selbst zu einfachen Verfahrenstechniken führt, da es lediglich notwendig 1st, eine Ultraviolettlampe in geeigneter Weise an der Presse in einer Anordnung zwischen den Ständern 24 und 26 anzucrdnen, wie in der Figuren 1, 2, 4, 7, 9, 11 und 13 dargestellt ist. Bei dem dar-

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gestellten Beispiel stellen ein umgekehrter Reflektor und der Träger 58 für die UV-Lairpe 60 eine Quelle 62 ultravioletter Strahlung dar, die gpgen den oberen Teil der Gegenwalze 32 gerichtet ist, wenn diese um die Achsen der Wellen 28 gedreht wird.

Die Härteeinheit 62 hat vorzugsweise eine Stromversorgung, eine Hochspannugsleitung von der Stromversorgung zu der Axiordnung, einen Strahler wie eine UV-Lampe und ein Gebläse und eine Rohrleitung, die an einem Ende der Reflektoranordnung angebracht ist, um dort Heißluft abzuführen. Die Glühlampe 60 kann beispielsweise eine Mitteldruck- Hochleistungsquecksilberlampe mit einer Emissionsleistung von 200 Watt pro inch (2,54 cm) sein, die für eine 3 inches (7»5 cm) Brennweite oder Entfernung von der benachbarten Fläche der Gegenwalze 32 ausgelegt ist. Obwohl die Strom- und Spannungsparameter der UV-Quellen variabel sein können, wird im folgenden zu Daratellungszwecken eins beispielsweise Einheit beschrieben, die als besonders geeignet gefunden wurde.

Nachdem die erste Harzschicht 64 auf die Gegenwalze 32 aufgebracht ist, wie in Figur 3 dargestellt, und nachdem anschließend das Harz abgerakelt ist, um eine Schicht von 0,002 inches (0,05 cm) zu erzeugen, wird das Harz einer Härtung unterworfen, indem die UV-Quelle 62 mit halber Leistung (11,7 Ampere bei 220 Volt) für annähernd eine Sekunde zur Wirkung kommt, während die Gegenwalze mit 70 Umdrehungen/Minute gedreht wird (siehe Figur 4).

Der nächste Verfahrensschritt ist in Figur 5 dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß Glasfaserstränge 66 aus im wesentlichen

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fortlaufenden Strängen von Glasfasern spiralförmig in tibereinanderliegender Beziehung auf die teilweise gehärtete Harzschicht 64 über die gesamte Länge des Bereichs 46 auf die Gegenwalze 32 gewickelt werden. Der Corningglasfaserstrarigtyp 30 (6/1.000 bis 8/1.000 Zoll dick) von Owens wurde als zufriedenstellend gefunden, wobei die spiralenförmige Windung erzeugt wird wenn bei der Drehung der zylindrischen Gegenwalze 32 eine Spannung auf die Stränge einwirkt, und wobei die einzelnen Lagen der Glasfaserstränge etwas voneinander beabstandet sind, beispielsweise 1/4 bis 3/4 des Durchmessers der Stränge, wenn sie flach gegen die Harzschicht 64 gedrückt werden. Es ist wichtig, daß die Stränge mit/ausreichenden Vorspannung aufgebracht werden, um zu bewirken, daß sie flach und sicher auf dem darunter liegenden teilweise gehärteten Harz liegen. Es ist ersichtlich, daß der Abstand zwischen den Stranglagen veränderlich ist, falls dies wünschenswert ist, daß jedoch vorzugsweise etwas Platz dazwischen ist, um dem Harz zu ermöglichen, sich fest mit der darunterliegenden Schicht 64 zu verbinden, wobei die Glasfaserstränge umfaßt werden. Ein größerer Abstand als der vorzugsweise vorgesehene Abstand kann zur Anwendung kommen, ist jedoch cit einem Verlust der Gesamtfestigkeit der Oberfläche der Gegenwalze verbunden· Die aufgebrachte Spannung sollte nicht so groß sein, daß sie ein vollständiges Eindringen der Stränge in die Harzschicht und ein flaches Anlegen gegen die metallische zylindrische Trägerfläche bewirkt.

Nachdem das Aufbringen der Stränge vollendet ist, wird eine weitere Harzschicht 68 (siehe Figur 6) auf die Gegenwalze 32 über die Stränge aufgebracht und die erste Harzschicht 64 und das Rakelmesser 32 wird angepaßt, um eine zweite Harzschicht zu erzeugen, die die Glasfaser mit einer Dicke von etwa 0,003 inches

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(0,0075 cm) bedeckt. Diese Schicht wird während 3 bis 7 Sekunden (vorzugsweise 3 bis 5) bei halber Leistung (11,7 Ampere bei 220 Volt) gehärtet, v/ährend die Gegenwalze weiterhin mit 70 U/Min, umläuft (siehe Figui* 7).

Eine 0,004 inches (0,10 cm) dicke Harzschicht 70 wird auf die Gegenwalze 32 aufgebracht, wie in Figur 8 dargestellt, in dem das Rakelmesser 52 entsprechend eingestellt wird und die Harzschicht 70 wird dann für 3 bis 7 (vorzugsweise 3 bis 5) Sekunden bei halber Leistung (11,7 Ampere bei 220 Volt) gehärtet, während der Gegenwalzenzylinder mit 70 U/Min, umläuft.

Eine weitere Harzschicht (in den Zeichnungen nicht dargestellt) von etwa 0,004 inches (0,010 cm) Dicke kann auf die Harzschicht 70 aufgebracht werden,falls dies erwünscht ist, und gleichfalls mit den Zeit- und Leistungsparametern wie in den Figuren 6 bis 9 einschließlich spezifiziert, gehärtet werden.

Die letzte Schicht 72 wird dann auf die Gegenwalze 32 aufgebracht, mit einer Dicke, die ausreicht, um sie im wesentlichen in Übereinstimmung mit der äußeren Fläche der Endlangerflächen 48 zu bringen. Das Rakelmesser 52 bestimmt dabei die Dicke der Schicht, wie in Figur 10 dargestellt. Die Schicht 72 wird, wie in Figur 11 dargestellt, gehärtet, indem das Harz für eine Zeit von etwa 30 Sekunden der Ultraviolettstrahlung ausgesetzt wird, während die Lampe 60 mit halber Leistung (11,7 Ampere bei 220 Volt) betrieben wird, wobei die Gegenwalze 32 mit 9 U/Min, gedreht wird. Die Strahlungsintensität und die Zeit der Teilaus-

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härtung kann variiert werden, falls dies erforderlich ist, um das Material auszuhärten, ohne es vollständig ι-nverformbar zu machen.

Als nächstes wird die Prägeform 34 durch die hydraulisch betätigte Einrichtung 42 in Druckeingriff mit der Gegenwalze geschoben (annähernd 300 Pounds (236 kg) Druck) und flüssiges Harz wird auf die Fläche der Gegenwalze 36 aufgebracht, um eine Bildschicht 78 zu erzeugen, die ausreicht, um die Reliefform 74 der äußeren metallischen Schicht 7<5 der Präge- oder Folienstanzform 34 zu füllen. Die UV-Quelle 62 wird wieder in Betrieb genommen und das Harz bei voller Leistung für eine Zeit von etwa 11/2 Minuten gehärtet, während die Zylinder 32 und 34 in Berührung miteinander sind und mit 9 U/Min, «ml aufen, wie in Figur 13 dargestellt.

Die sich daraus ergebende Gegenwalze 32 weist bei fortdauernder Benutzung eine außergewöhnliche Lebensdauer auf und kann zu einem Bruchteil der Kosten der bekannten Y/alzen, insbesondere der herkömmlichen Walzen mit Papier- oder Baumwollunterlage, hergestellt werden, wobei sie vollständig wiederverwendbar* ist, indem die Harzbeschichtung leicht entfernt und in relativ kurzer Zeit durch eine neue ersetzt werden kann.

Ein besonders wichtiges Merkmal der Erfindung ist darin zu. sehen, daß die vollständige Gegenwalze eine ausreichende Festigkeit hat, um einer langdauernden Benutzung zu widerstehen, jedoch nicht so brüchig ist, daß sie rissig wird oder zerbricht.

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Es ist diesbezüglich festzustellen, daß, wenn Papier oder ein anderes Blattmaterial zwischen der Gegenwalze 32 und der Form 34 hinduchgeführt wird, daß Harz neben dem Klemmbereich (nip) leicht in eine Richtung entgegen der Drehrichtung der Rollen verschoben wird, wodurch auf einer verstärkten Basis ein Aufquellen oder eine abgelenkte stehende Welle über die ganze Länge der Gegenwalze entsteht, die das Material schnell zum Zerbrechen bringen würde, wenn dieses nicht einen gewissen Grad eigener Widerstandsfähigkeit aufweisen würde. Die spiralenförmig um den Gegenwalzenkern gewundenen Glasfaserstränge verleihen . dem Harzkörper jedoch eine ausreichende Festigkeit, um zu vermeiden, daß durch eine fortlaufende Bewegung des gehobenen Bereiches des Harzes am Klemmbereich das Material zerbricht und eine schnelle Zerstörung bewirkt v/ird. Im Hinblick auf· eine lange Standzeit ist es bedeutungsvoll, daß die Glasfaserstränge spiralenförmig und unter Spannung in einer fortlaufenden un*· unterbrochenen V/eise um den Zylinder gewickelt v/erden, um eine relativ gleichförmige Verteilung der Beanspruchung entlang des ganzen Umfanges des Harzteiles der Gegenwalze zu erreichen, wodurch eine unerwartet hohe Lebensdauer erhalten wird. Versuche haben gezeigt, daß die Gegenwalzen nach den bevorzugten Verfahren der Erfindung gegenüber den nach den US-Patent 3 560 hergestellten,eine bis zu zehnfach längere Lebensdauer haben#

Vorstehend wurde ein drehbares Formgegenstück mit wieder aufbereitbare Oberfläche beschrieben,das hergestellt wird, indem ein zylindrischer Gegenwalzenkern, der einen zentralen, sich

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in Umfangsrichtung ertreckenden erhabenen Bereich aufweist, der mit einem leicht ersetzbaren synthetischem Harzmaterial gefüllt ist, das vorgespannte, spiralenförmig gewundene Glasfaserstränge enthält, die das Harz auch bei ausgedehnter Anwendung gegen Brüche und Risse auch bei häufiger Verwendung widerstandsfähig macht/der Herstellung des Gegenstückes auf der Presse, während der Fertigstellung unter Verwendung der Form als Ge^enstückform·- element, ist die Herstellung des Gegenstückes wirtschaftlich. Das Harz läuft vor dem Härten in die Form ein, um eine umgekehrte Abbildfläche in dem Gegenstück zu schaffen, die genau mit der Formoberfläche übereinstimmt. Ein zähflüssiges Harz mit einer minimalen Viskosität von etwa 6.000 cps. wird verwendet und hat die Eigenschaft, auf dem Gegenstückkern zu verbleiben, ohne wesentlich zu fließen, bis ein Aushärten durch Ultraviolettstrahlung bewirkt wird. Glasfaserstränge, die unter Spannung spiralenförmig um den mit Harz belegten Kern gewickelt sind, während nachfolgende Harzschichten aufgebracht werden, ergeben eine zehnfache Festigkeitszunahme gegenüber den bekannten Systemen.

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Claims

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Patentansprüche

(1 .J Drehbares Formgegenstück, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Kern; eine fortlaufende Umwicklung eines Verstärkungsstrangmaterials, das spiralenförmig unter Spannung um den Kern gewickelt wird und entlag dessen Länge mit diesem verbunden wird, und zumindest eine Schicht eines gehärteten Harzmaterials über dem vergespannten Strangmaterial, wobei die äußere Fläche des Materials das umgekehrte Abbild einer Form bildet, und wobei das Harz vor dem Härten eine Viskosität von zumindes 6.000 cps. aufweist.
2. Gegenstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht von zumindest teilweise gehärteten synthetischen Harzmaterial direkt auf den Kern aufgebracht wird, und daß das Strangmaterial um die erste Schicht gewickelt und mit dieser verbunden wird.
3. Gegenstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der spiralenförmigen Umwicklung einen Abstand voneinander aufweisen, der geringer ist, als der Durchmesser des Strangmaterials.

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4. Gegenstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl übereinandergelagerter, zumindest teilweise gehärteter sekundärer Schichten aus synthetischem Harzmaterial über dom Strangmaterial angeordnet, wobei zumindest die innerste der sekundären Schichten über die Zwischenräume zwischen den Wicklungen des Strangmaterials direkt mit der ersten Schicht verbunden ist.
5. Gegenstück nach Anspruch 1 * dadurch gekennzeichnet, daß das Strangmaterial im wesentlichen fortlaufende Bündel aus Glasfasern aufweist.
6. Gegenstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Harzmaterial anfänglich fließbar ist und die Eigenschaft hat, durch Ultraviolettenergie härtbar zu werden.
7# Gegenstück nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzmaterial teilweise, der aus der Gruppe 2 der durch Strahlung härtbaren Urethane, Acrylate und Thiophene besteht.
8. Gegenstücke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz vor dem Härten eine normale Viskosität von etwa 25.000 cps. aufweist.
9. Gegenstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkern einen zentralen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden abgesetzten Bereich aufweist, durch den an

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seinen gegenüberliegenden Enden zylindrische Lagerflächen gebildet werden, und daß das Harz-und Strangmaterial nur diesen zylindrischen Bereich des Kernes füllt.
10. Drehbares Gegenstück, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Kern; eine fortlaufende Beschichtung aus einem Verstärkungsstrangmaterial, das unter Spannung spiralenförmig um den Kern gewickelt und mit diesem verbunden ist und zumindesteine Schicht eines gehärteten synthetischen Harzmaterials über dem Verstärkungsstrangmaterial, wobei die äußere Fläche des Materials eine Gestalt aufweist, die dem umgekehrten Abbild der Form entspricht.
11. Verfahren zur Herstellung sich drehender Gegenstücke zur Verwendung gegen eine modellierte Oberfläche, die ein Abbild enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte :

Erzeugen eines Gegenstückzylinders; fortlaufendes spiralenförmiges Umwickeln eines unter Spannung stehenden Verstärkungsstrangmaterials um den Zylinder entlang dessen Länge und Verbinden des Strangmaterials mit dem Zylinder; Aufbringen zumindest einer Schicht eines synthetischen Harzmaterials über das Strangmaterial um die äußere Peripherie des Gegenstückes zu bestimmen, wobei das Material eine anfängliche Viskosität von zumindest etwa 6.000 cps. aufweist und bis zu einem Grad härtbar ist, in dem es im

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wesentlichen eine deformierte Form beibehält; gleichzeitiges Drehen dor Form und des Zylinders, wobei die modellierte Oberfläche der Form mit der Materialschicht in Eingriff ist, um die äußere Fläche der Schicht zu deformieren, bis sie ein im wesentlichen der modellierten : Oberfläche der Form entsprechendes umgekehrtes Abbild ' ergibt und Härten der Schicht des deformierten Materials, ' um das Gegenstück herzustellen. !
12. Verfahren nach Anspruch 10,,dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht eines härtbaren Materials direkt auf den Zylinder aufgebracht wird, daß das Strangmaterial auf die erste Schicht gewickelt wird und daß die erste Schicht zumindest teilweise gehärtet wird, um dadurch das ;

Strangmaterial damit zu verbinden. !
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Teil des Zylinders ein abgesetzter Bereich vorgesehen wird, wodurch an gegenüberliegenden Enden des Zylinders zylindrische I^ageandruckflachen entstehen, und daß das Material nur in diesen abgesetzten Bereich gefüllt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen des Strangmaterials relativ zueinander so angeordnet werden, daß ein Hindurchdringen eines Verbin-

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dungsmittels ermöglicht wird, um das Strangmaterial mit dem Zylinder zu verbinden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl übereinandergerlagerter zweiter, härtbarer Schichten des Materials auf das Strangmaterial aufgebracht wird, daß die zweiten Schichten zumindest teilweise ausgehärtet werden, und daß zumindest die Innerste der zweiten Schichten mit der ersten Schicht über die Zwischenräume zwischen den Strangmaterialwindungen verbunden wird.
16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung auf das Material auf dem Zylinder in einem anfänglich fließbaren Zustand aufgebracht v^rird,und das Letztere zumindest teilweise gehärtet wird, bevor eine wesentliche Verformung des Materials auf dem Zylinder stattfindet.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zähflüssige Harzbeschichtung eine Zeitlang einer Ultraviolettenergiequelle ausgesetzt wird, um das Härten zu bewirken.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

das Harz ein Teil aufweist, das aus der Gruppe der strahlungshärtbaren Urethane, Acrylate und Thiophene besteht.

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19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz eine minimale Viskosität von etwa 25.000 cps. aufweist.
20. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangmaterial aus im wesentlichen fortlaufenden Glasfasersträngen besteht.
21. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ende der Form und das benachbarte Ende des Gegenstückzylinders direkt gegeneinander andrücken, während sie gleichzeitig gedreht v/erden, um einen vorbestimmten Formkontakt zwischen der modellierten Oberfläche der Form lind der anderen Oberfläche der Harzmaterialschicht aufrechtzuerhalten .
22. Verfahren zum Herstellen eines drehbaren Gegenstückes, das gegen eine modellierte, ein Muster enthaltene Oberfläche wirkt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrenssehritte:

Herstellen eines Gegenstückzylinders; spiralenfömiges Umwickeln des Zylinders entlang seiner Länge mit einem unter Spannung stehenden, fortlaufenden Verstärlaingsstrangmaterial und Verbinden des Verstärkungsstrangmaterials mit dem Zylinder;

Aufbringen zumindest einer Materialschicht über das Strangmaterial um den äußeren Umfang des Gegenstückes zu bestimmen,

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wobei das Material die Eigenschaft aufweist bis zu einem bestimmten Grad härtbar zu sein, um seine verformte Gestalt im wesentlichen dauernd zu behalten;

gleichzeitiges Drehen der Form und des Zylinders, wobei die modellierte Oberfläche der Form auf die Materialschicht einwirkt, um zu bewirken, daß die äußere Fläche der Schicht bis zu einem Grad verformt wird, um im wesentlichen mit der modellierten Oberfläche der Form, als umgekehrtes Bild davon übereinzustimmen; und

Härten der Schicht aus verformten Material, um das Gegenstück fertigzustellen.

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