DE3006658A1

DE3006658A1 - Streichrakel

Info

Publication number: DE3006658A1
Application number: DE19803006658
Authority: DE
Inventors: Martin Klemm
Original assignee: Fritz Buser AG Maschinenfabrik
Current assignee: Fritz Buser AG Maschinenfabrik
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1980-10-09
Also published as: ES489881A0; FR2452377B3; FR2452377A1; IT1129641B; ES8104072A1; NL8001326A; IT8020546A0

Description

BE 19'410

Fritz Buser AG Maschinenfabrik, Wiler b/Utzenstorf

Streichrakel

Die Erfindung betrifft eine Streichrakel für den Farbauftrag auf ein Substrat unter Verwendung einer Siebdruckform, bei welcher auf der dem Substrat abgewandten Seite während des Druckvorganges eine Relativbewegung zwischen dem Rakelprofil und der Siebdruckform unter Bildung eines Farbkeils besteht, wobei dem Rakelprofil - in Richtung auf den Farbkeil gesehen ein weiteres Profil vorgeordnet ist.

Bei dem als Siebdruck bekannten Druckverfahren wird eine Rakel als Farbauftragelement verwendet, die sich entweder gegenüber einer stationär angeordneten Siebdruckform auf dieser bewegen kann (Flachsiebdruck) oder selbst stationär ist, während die Siebdruckform bewegt wird (Rotationssiebdruck).

Rakeln sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, von denen Streichrakeln eine viel verwendete Ausführungsform darstellen. Die Streichrakel ist eine Vorrichtung mit einem klingen- oder spachteiförmigen Rakelprofil aus Metall oder einem gummielastischen Material. Bei

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der Streichrakel bilden das Rakelprofil und die Siebdruckform zwei, meistens Ebenen bildende Flächen, die sich in der Einsatz- oder Berührungslinie des Rakelprofils schneiden. Die beiden Flächen und Ebenen schliessen den als Rakelwinkel bezeichneten Winkel ein. Wird dem von den beiden genannten Flächen oder Ebenen begrenzten Raum Druckfarbe zugeführt, bildet sich vor der Rakel eine als Farbkeil bezeichnete Farbanhäufung. Im Farbkeil entsteht aufgrund der Relativbewegung der beiden Flächen oder Ebenen ein hydrodynamischer Druck in der Druckfarbe, durch den sie durch die mustergemäss angeordneten offenen Siebpartien der Siebdruckform auf das zu bedruckende Substrat, z.B. ein textiles Flächengebilde oder eine Papier- bzw. Kunststoff-Folie, gedrückt wird.

Mit dem Siebdruckverfahren gelingt es wie mit keinem anderen Druckverfahren, die auf das Substrat aufgetragene Farbmenge bei einer gegebenen Siebdruckform zu variieren. Diese Farbmengenvariation wird über die geometrische Veränderung des sich vor der Rakel bildenden Farbkeils erreicht. Ist der genannte Rakelwinkel klein, entsteht ein hoher hydrodynamischer Druck in dem Farbkeil, der viel Farbe abfliessen lässt. Ist der Rakelwinkel dagegen gross, fliesst wenig Druckfarbe ab, da der hydrodynamische Druck klein ist.

Aus dieser Gegebenheit ergibt sich für den Konstrukteur von Streichrakeln die Forderung, die Stellung der Rakel zur Siebdruckform in möglichst weiten Grenzen einstellbar auszuführen. Hierbei kann die durch die Siebdruckform gebildete Fläche oder Ebene natur-

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gemäss nicht geändert und daher auch nicht zur Beeinflussung der geometrischen Verhältnisse an der Rakel . herangezogen werden. Andererseits beansprucht jede Lageänderung anderer maschineller Elemente, wie z.B. der Rakel, einen bestimmten Raum, der keineswegs unbegrenzt zur Verfügung steht.

Beim Druck schwerer, voluminöser Substrate kann eine derart grosse Farbmenge erforderlich sein, dass der Winkel zwischen der Rakel und der Siebdruckform sehr klein, z.B. zwischen 1° und 3°, sein müsste, um den dieser Farbmenge entsprechenden hohen hydrodynamischen Druck in der Druckfarbe zu erzeugen. Solch kleine Rakelwinkel lassen sich in der Praxis aber nicht realisieren. Da unter dem erforderlichen Rakeldruck das zu bedruckende Substrat, das im erwähnten Fall voluminöser Qualitäten eine Dicke von 1-3 mm und mehr aufweisen kann, zusammengedrückt wird, geht die linienförmige Rakelberührung der Rakelkante mit der Siebdruckform im Falle sehr kleiner Rakelwinkel in eine flächenförmige Rakelberührung über. Um den erforderlichen Abrakelungsgrad zu erhalten, müsste der Rakeldruck im gleichen Mass wie die vergrösserte Berührungsfläche gesteigert werden, wodurch das Substrat weiter komprimiert würde und einen noch höheren Druck erfordern würde; erfahrungsgemäss können Rakelwinkel, die kleiner als etwa 10 , insbesondere kleiner als etwa 5°, sind, nicht mehr in einer vertretbaren Beziehung zum konstruktiven Aufwand verwirklicht werden.

Die vorstehenden Ueberlegungen zeigen die Grenzen des Siebdrucks auf, die nach dem Stand der Technik vor

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allem dann gegeben sind, wenn sehr viel Druckfarbe auf das Substrat übertragen werden soll; ein grosser Stellbereich des Rakelwinkels sowie eine linienförmige Berührung von Rakel und Siebdruckform bei sehr kleinen Rakelwinkeln lassen sich schwer bzw. gar nicht verwirklichen.

Es sind Vorschläge bekannt, um durch die geometrische Gestaltung des Farbkeils den Farbauftrag zu beeinflussen. Es ist eine Rakelvorrichtung (NL-Anmeldung 7 304 632) bekannt, bei welcher die Wirkung von Rakeldruck und Rakelwinkel auf zwei, hintereinander angeordnete Rakelorgane verteilt ist. Hierbei übernimmt das eine Organ die Aufgabe, die Hauptmenge der Druckfarbe unter Bildung eines kleinen Rakelwinkels mit dem Substrat in Berührung zu bringen, jedoch diesen Farbauftrag trotz des kleinen Rakelwinkels bei beispielsweise sehr kleinem Rakeldruck zu bewerkstelligen. Demgegenüber wird die Abrakelung der Restfarbe von der Innen- oder Rakelseite der Siebdruckform von dem zweiten nachgeschalteten Rakelorgan übernommen, das im Gegensatz zum ersten Rakelorgan einen grossen Rakelwinkel bei hohem Rakeldruck bildet.

Weiter ist eine Rakelvorrichtung bekannt (CH-PS 605 140), bei der vor einer zylinderförmigen Rollrakel eine in den Farbkeil ragende Profilleiste angeordnet ist. In erster Linie verhindert diese Profilleiste, dass beim Einsatz von Rollrakeln kleiner Durchmesser ein ungewolltes UeberfHessen der Druckfarbe über die Rollrakel hinweg erfolgt, und in zweiter Linie kann diese Leiste sowie deren Gestaltung zur Variation des Farbauftrags hilfsweise herangezogen werden.

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Beide vorbekannten Rakelvorrichtungen steigern zwar die übertragene Farbmenge, wenn die geometrischen Verhältnisse im Farbkeil optimiert werden, jedoch bleibt die Steigerungsrate klein, beispielsweise etwa 30%, wenn man unter gleichen Bedingungen den Farbauftrag mit einem einzigen Rakelorgan bzw. einer Rollrakel allein mit dem Farbauftrag vergleicht, der sich bei den beschriebenen Rakelvorrichtungen ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Streichrakel der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass die übertragbare Farbmenge wesentlich über den durch die bekannten Rakelanordnungen erreichbaren Wert gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass das weitere Profil unter Bildung eines Zuflussspaltes einen rückseitigen, druck- bzw. farbdichten Farbraum begrenzt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt und anhand derselben nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Druckverhältnisse bei einem einfachen Rakelorgan,

Fig. 2 die Druckverhältnisse bei einer Rakelanordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 die Druckverteilung für eine erfindungs-

gemässe Streichrakel mit einem vorgeordneten

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weiteren Profil,

Fig. 4 die Druckverteilung bei einer erfindungsgemässen Streichrakel mit zwei weiteren Profilen,

Fig. 5 einen Schnitt einer Rakelvorrichtung für den Rotationssiebdruck,

Fig. 6 die Rakelvorrichtung nach Fig. 5 bei Einstellung eines grossen Rakelwinkels und

Fig. 7 die Rakelvorrichtung nach Fig. 5 bei Ein-Stellung eines kleinen Rakelwinkels.

Voraussetzung für den Druckprozess überhaupt bildet die physikalische Gegebenheit, dass ein hydrodynamischer Druck in der Druckfarbe entsteht. Messungen des Druckverlaufs in der Farbe ergeben Verhältnisse, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Eine Siebdruckform 1 und eine Rakel 2 schliessen den Farbkeil 3 mit der Druckfarbe ein, wobei vom Rotationssiebdruck ausgegangen wird, d.h. die Siebdruckform 1 bewegt sich in Richtung des Pfeils A, während die Rakel 2 stillsteht. In dem unter dem Farbkeil dargestellten Diagramm ist den geometrischen Verhältnissen des Farbkeils 3 der Druckverlauf des hydrodynamischen Drucks der Druckfarbe zugeordnet, wobei die X-Achse eine Strecke S der Siebdruckform und die Y-Achse den Verlauf des Druckes P an der Siebdruckform 1 angibt.

Nimmt man nun einen bestimmten Mindestdruck P_ in der Druckfarbe an, der den Strömungswiderstand der sieb-

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förmigen Druckform 1 überwindet, so bildet die schraffierte Fläche F unter der Kurve des Druckverlaufs ein Mass für die übertragene Druckfarbenmenge· In der Rakeleinsatzlinie 4 bildet sich ein Druckmaximum aus, das unmittelbar hinter der Rakeleinsatzlinie, bezogen auf die Bewegungsrichtung der Siebdruckform 1, jäh abbricht.

Wendet man die in Fig. 1 dargestellten Erkenntnisse auf Rakelanordnungen der eingangs als Stand der Technik erwähnten Art an, ergibt sich ein Druckverlauf in der Druckfarbe entsprechend Fig. 2. Hierbei ist es grundsätzlich unerheblich, ob dem vorgeschalteten Rakelorgan 2¹ eine Streichrakel 2 oder eine Rollrakel 5 nachgeordnet ist, da der grundsätzliche Kurvenverlauf gleich und lediglich das Druckmaximum an der Einsatzlinie 4 für die Rollrakel 5 grosser ist. Bei den Rakelanordnungen nach dem Stand der Technik liegt somit ein Verhalten vor, wie wenn zwei getrennte Rakelorgane angeordnet würden, d.h. sowohl nach dem vorgeschalteten Rakelorgan als auch nach dem nachgeschalteten Rakelorgan nimmt der hydrodynamische Druck den Wert Null an. Derngemäss stellen in Fig. 2 die beiden schraffierten Flächen F und F¹ unter der Druckverlaufkurve ein Mass für die übertragene Farbmenge dar. Hierbei ist die Druckspitze in der Einsatzlinie des vorgeschalteten Rakelorgans 2' wegen des geringen oder fehlenden Auflagedrucks des Rakelorgans 2' kleiner als die Druckspitze des nachgeschalteten Rakelorgans 2 bzw. 5. Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, dass sich zwar die übertragene Farbmenge durch Vorschaltung eines zweiten Rakelorgans steigern lässt, die Steigerungsrate jedoch, wie vorstehend erläutert wurde, verhältnismässig klein bleibt.

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Die Erfindung geht von der üeberlegung aus, dass die übertragbare Farbmenge wesentlich, d.h. um 100 - 200%, gesteigert werden kann, wenn erreicht wird, dass der hydrodynamische Druck in der Druckfarbe nicht auf den Wert Null, wie es in Fig. 2 an der Einsatzlinie 4¹ der Fall ist, absinkt, sondern als Anfangsdruck an den ihm nachfolgenden Farbkeil weitergegeben werden kann.

Diese Forderung lässt sich dann erfüllen, wenn statt der Hintereinanderschaltung zweier getrennter Farbkeile auf einem ersten Farbkeil ein oder mehrere Farbräume folgen. Mit Farbkeil ist ein grundsätzlich nur von zwei Ebenen (Rakelebene und Siebdruckformebene) begrenzter Raum und mit Farbraum ein - mit Ausnahme eines Zuflussspaltes - allseitig druck- bzw. farbdicht begrenzter Raum gemeint.

In Fig. 3 ist eine solche Anordnung am Beispiel des Rotationssiebdrucks dargestellt. Die Siebdruckform 1 bewegt sich in Richtung des Pfeils A auf die Einsatzlinie 4 der Rakel 2 zu und treibt die Druckfarbe in den Farbkeil 9 des vorgeschalteten Rakelorgans 2'. Der hydrodynamische Druck steigt auf ein erstes, noch relativ kleines Maximum an der Stelle 4', das zu der Höhe h eines an der Einsatzlinie 4¹ gebildeten Zuflussspaltes 6 umgekehrt proportional ist. Da hinter der Einsatzlinie 4¹ ein allseitig geschlossener Farbraum 7 folgt, der zwischen den beiden Rakelorganen 2, 2', beispielsweise durch eine Wand 8, abgeschlossen und mit Druckfarbe gefüllt ist, sinkt nun der hydrodynamische Druck nicht mehr auf den Wert Null ab, sondern wird als Anfangsdruck an den Farbraum 7 weitergegeben.

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Entsprechend dem Druckverlauf im Farbkeil 9 steigt zunächst der Druck im Farbraum 7 nicht oder nur wenig an, um sich dann im Bereich der Einsatzlinie 4 auf einen um den Anfangsdruck P erhöhten Spitzenwert zu steigern. Ist wiederum P_n der Druck, bei dem der Strömungswiderstand'der Siebdruckform 1 überwunden ist, so bildet der schraffierte Bereich unter der Druckverlauf skurve ein Mass für die übertragene Farbmenge.

Da aus konstruktiven Gründen die Höhe h des Zuflussspaltes 6 nicht beliebig klein gemacht werden kann, kann die mit einem einzigen Farbraum erzeugte Druckerhöhung ebenfalls nicht beliebig gesteigert werden. Um die übertragene Farbmenge aber dennoch weiter steigern zu können, werden entsprechend Fig. 4 dem Farbkeil 9 zwei Farbräume 7, 7¹ nachgeschaltet. Entsprechend dem Druckverlauf nach Fig. 3 wird der Anfangsdruck P- an der Stelle 4¹¹ als Grunddruck in den ersten Farbraum 7' weitergegeben; er steigert sich an der Stelle 4' auf den Wert P„, um an der Stelle 4 seinen Maximalwert zu erreichen. Auch bei dieser Anordnung sind die Farbräume 7, 7' bis auf den Zuflussspalt 6, 6¹ allseitig druck- bzw. farbdicht ausgebildet. Es ist auch möglich, mehr als zwei Farbräume 5¹, 5'¹ vorzusehen.

Fig. 5 zeigt eine schematisch dargestellte praktische Ausführungsform einer Rakeleinrichtung, mit welcher der in Fig. 4 dargestellte Druckverlauf erreicht wird. Ein Farbrohr 11 ist auf einem Träger 12 angeordnet, an dem eine Rakel 15 mit zwei zweckmässig als Stauprofile bezeichneten weiteren Profilen 16, 17 und

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einem weiteren Profil 18 mittels eines Schraubbolzens 19 verschraubt sind. Das Profil 18 bildet zusammen mit dem Farbrohr 11 einen üeberströmkanal 20 für die aus Oeffnungen 21 austretende Druckfarbe. Die Stauprofile 16, 17 weisen ein Langloch 22 auf/ wodurch die Höhe h zur Siebdruckform 24 einstellbar ist.

Die Rakelvorrichtung 10 kann mit einer Verstellvorrichtung (nicht dargestellt) zur Verstellung des Anstellwinkels oC der Rakel 15 gekoppelt werden. Wird hierbei, siehe Fig. 6, der Rakelwinkel oC zwischen der Siebdruckform 24 und der Rakel 15 gross gewählt, so werden die Stauprofile 16, 17 wirkungslos, da ihr Abstand zur Druckform sehr gross ist; die übertragene Farbmenge ist bei dieser Anordnung relativ klein.

Verkleinert man, siehe Fig. 7, den Rakelwinkel oC ,, so nähern sich die Stauprofile 16, 17 der Siebdruckform 24 auf den kleinst möglichen Abstand, der durch einen mechanischen Anschlag (nicht dargestellt) begrenzt werden kann. Die Wirkung der Stauprofile 16, 17, d.h.

die übertragene Farbmenge, erreicht in dieser Stellung ihren Höchstwert. Der kleinst mögliche Abstand der Stauprofile 16, 17 zur Siebdruckform 24 hängt von der Form der weiteren Profile wie auch von der gesamten Rakelvorrichtung 10 ab. Eine Berührung der Stauprofile 16, 17 mit der Siebdruckform 24 ist zweckmässig zu vermeiden, da es zwecks Fehlens eines Zuflussspaltes in dem nachgeschalteten Farbraum bzw. den nachgeschalteten Farbräumen zu einer Verarmung an Druckfarbe kommt; der Aufbau einer Druckspitze an der Einsatzlinie 4 (Fig. 4) wird dadurch beeinträchtigt.

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Claims

Dr. R./P/G ²°· ²· ¹⁹⁸°

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Patentansprüche
Streichrakel für den Farbauftrag auf ein Substrat

unt(

inter Verwendung einer Siebdruckform, bei welcher auf der dem Substrat abgewandten Seite während des Druckvorganges eine Relativbewegung zwischen dem Rakelprofil und der Siebdruckform unter Bildung eines Farbkeils besteht/ wobei dem Rakelprofil - in Richtung auf die Spitze des Farbkeils gesehen - ein weiteres Profil vorgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Profil (2¹) unter Bildung eines Zuflussspaltes (6) einen rückseitigen,druck- bzw. farbdichten Farbraum (7) begrenzt.
2. Streichrakel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rakelprofil (2, 15) zwei oder mehr weitere Profile (2¹, 2'¹; 16, 17) vorgeordnet sind, von denen jedes unter Bildung eines Zuflussspaltes (6, 6¹) einen rückseitigen, druck- bzw. farbdichten Farbraum (7, 7') begrenzt.
3. Streichrakel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Profil bzw. die weiteren Profile (2¹, 2^lf; 16, 17) in seiner bzw. ihrer Höhe (h) gegenüber der Siebdruckform (1, 24) einstellbar ist bzw. sind.
4. Streichrakel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Profil bzw. die weiteren Profile (2¹, 2¹'; 16, 17) schwenkbar angeordnet ist bzw. sind.

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