DE3615141A1 - Farbuebertragungswalze mit oxidschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbübertragungswalze aus einem Trägermetall mit einer Oxidschicht, deren Oberfläche raster­ förmig Vertiefungen trägt.

Es ist aus Flexo, 1985, Vol.10, No.10; S. 45-50 eine Farb­ übertragungswalze bekannt, bei der zur Erreichung einer hohen Abriebfestigkeit bei hohem Farbübertragungsvermögen auf einer metallischen Walze eine Oxidschicht durch Plasmabeschichtung aufgetragen ist, in die muldenförmige Vertiefungen durch Laserstrahlbeaufschlagung, die eine Materialverdampfung bewirkt, eingebracht sind. Diese kraterförmigen Vertiefungen zeigen durch den Schmelzprozeß einen flachen Grund und abgerundete Stege. Das Herstellungsverfahren ist wowohl bezüglich der Plasmabeschichtung als auch der Laserbeaufschlagung sehr aufwendig, da für die Toleranz in der Stärke der Beschichtung und der gleichmäßigkeit der Vertiefungen sehr hohe Anforderungen gestellt werden, die durch hochqualifizierten Rasterdruck, insbes. für das Farbdrucken auf Kunststoffolie und beschichteten Papieren, vorgegeben sind. Deshalb muß die harte Oxidschicht vor der Laserbeaufschlagung mit einem Diamanten abgezogen werden, was ein zusätzlicher aufwendiger Arbeitsvorgang ist.

Es sind weiterhin aus DE-A1-33 36 374 Farbübertragungswalzen aus Stahl und Kupfer bekannt, die zur Erreichung hoher Farbaufnahme durch Prägung hergestellt sind und elektrolytisch mit Hartchrom beschichtet sind, um die Abriebfestigkeit zu erhöhen, jedoch ist diese wesentlich geringer als bei oxidbeschichteten Farbwalzen. Die Prägung und elektrolytische Nachbehandlung sind wesentlich kostengünstiger als die Herstellung der Oxidbeschichtung und Laserbehandlung, so daß diese Walzen trotz der kürzeren Lebensdauer im Gegensatz zu den mit Oxidkeramik beschichteten fast ausschließlich eingesetzt werden.

Es ist weiterhin aus Flexo, 1985, Vol. 10, No. 10, S. 58, bekannt, in eine stählerne Farbübertragungswalze durch Rollen die Farbaufnahmevertiefungen einzubringen und dann eine dünne Oxidschicht durch Sprühen aufzubringen. Hierbei konnten jedoch nur verringerte, mäßige Farbaufnahmekapazitäten und Druckqua­ litäten erreicht werden, a.a.O. p. 49, Tab.3, da die Stege zwischen den Vertiefungen durch die Beschichtung verbreitert und die Vertiefungen teilweise gefüllt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Farbübertragungswalze mit Oxidschicht zu offenbaren, die bei einfacher Herstellung eine hohe Farbaufnahme, hohe Gleichmäßigkeit und hohe Abriebfestig­ keit aufweist.

Die Lösung besteht darin, daß die Oxidschicht radial zur Walzenachse annähernd überall eine gleiche Dicke hat und mikrokristallin aufgebaut ist.

Es ist im praktischen Einsatz besonders vorteilhaft, daß die Walze aus Aluminium hergestellt ist, da sie wesentlich leichter als Stahl- oder Kupferwalze ist. Die Oxidschicht besteht dabei aus Aluminiumoxid.

Das überraschende Ergebnis des neuartigen Herstellungs- Verfahrens ist, daß das Farbaufnahmevermögen der Gravur oder Prägung nach der Oxidation praktisch unverändert ist, obwohl die Dicke der Oxidschicht bei hoher Dichte der Vertiefungen, z.b. 140 pro QuadratmilIimeter, etwa der halben Weite der Vertiefungen entspricht.

Als vorteilhaft für den mikrokristallinen Aufbau der Oxidschicht hat sich die Kühlung des galvanischen Oxidations­ bades auf relativ niedrige Temperatur erwiesen, die z.B. bei -2 Grad C liegt. Bei dieser niedrigen Temperatur zeigt sich überraschend eine günstige, mikrokristalline Oxidstruktur, wenn relativ hohe Stromdichten von 4-6 A/Quadratdezimeter verwandt wurden, wodurch die Prozeßzeit verhältnismäßig kurz ist verglichen zu üblichen Verfahren, die bei 20 Grad C und einer Stromdichte von 1 bis 3 A/Qadratdezimeter ausgeführt werden.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Vertiefungen mit sehr schmalen Stegen zu prägen und danach den beim Prägen entstehenden Grat durch anodische Abtragung zu beseitigen und dann erst die anodische Oxidation vorzunehmen.

In den Fig. 1 und 2 ist die Walzenoberfläche vergrößert im Schnitt bzw. in Aufsicht dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Vertie­ fungen (V) der Farbwalzenoberfläche. Die strichpunktierte Linie stellt die Kontur vor der Oxidation dar, und die gestrichelte Linie zeigt den Grat (G), der vom Prägen vor der anodischen Abtragung jeweils in Richtung auf die bereits vorher geprägte Vertiefung abgebogen wird. Es zeigt sich, daß das Oxid (10) zu 2/3 in das Aluminium (1) einwächst und zu 1/3 seiner Dicke aufwächst. Wegen der an den Flanken (F) der Vertiefungen (V) geringeren Feldstärke des elektrolytischen Feldes, verglichen zu der am Boden (B) und den Stegkanten (S), ergibt sich dort eine geringere Oxiddicke senkrecht zur Flankenrichtung, so daß das Volumen der Vertiefung (V) vor und nach der Oxidation praktisch gleich bleibt.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf einen Ausschnitt der Walzen­ oberfläche mit einem bevorzugten Prägemuster. Die Vertiefungen (V) sind rechteckige Pyramidenstümpfe, die auf Prägungen basieren, die reihenweise gegeneinander versetzt sind, so daß sich Grate (G, G 1, G 2) jeweils ausbilden - gestrichelt gezeichnet -, die anodisch geglättet wurden, bevor die Oxidation erfolgt. Die Stegbreite (SB) beträgt etwa 10% der Weite (W) der Vertiefung. Die Tiefe (T) bis zum Boden (B) entspricht etwa dem halben Rastermaß (R) der Prägung.

Das Prägeverfahren wird in bekannter Weise mit einem Diamanten durchgeführt. Danach erfolgt eine anodische Abtragung des Grates, wobei die Walze im elektrolytischen Polierbad ständig bewegt wird. Als Elektrolyt wird zweckmäßig eine Phosphorsäure-Schwefelsäure Kombination eingesetzt. Nach dem Polieren erfolgt eine kurzzeitiges elektrolytisches Entoxidie­ ren im sauren Medium, an das sich das anodische Oxidieren anschließt. Hierzu wird die Farbwalze vertikal in einem auf -2 Grad C gekühlten Elektrolyten eingebracht, der vorteilhaft aus 10-prozentiger Schwefelsäure mit einem Zusatz von Oxalsäure besteht. Um die Walze wird eine käfigförmige, zylindrische Kathode konzentrisch angeordnet, so daß ein guter Wärmeaustausch mit dem gesamten Elektrolyten durch die Kathode und zur Kühlvorrichtung stattfinden kann.

Zwischen der Kathode und der Walze wird dann eine Spannung von bis zu 50 V angelegt, wobei die Stromdichte auf 4 bis 6 A/Quadratdezimeter begrenzt wird. Die Bestromung wird beendet, wenn die Dicke (D) der Oxidschicht, je nach Anforderung, etwa 20 bis 40 Miktrometer beträgt. Diese Dicke (D) entspricht somit etwa der Hälfte der Weite (W) und ist radial etwa überall gleich. Anschließend wird die Walze gespült und dann getrocknet, wonach ein mechanisches Nachpoliren von Hand erfolgt, durch das feine Rauhigkeiten von Kristallspitzen abgebaut werden.

Die Standfestigkeit so behandelter Farbübertragungswalzen beträgt ein Vielfaches derjenigen der üblichen hartverchromten Walzen. Ein Wiederaufarbeiten von abgenutzten Walzen ist ohne Schwierigkeiten möglich, indem die alte Schicht abgedreht wird.

Claims (10)

1. Farbübertragungswalzen mit einem Trägermetall (1) mit einer Oxidschicht (10), deren Oberfläche rasterförmig Vertiefungen (V) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht (10) radial zur Walzenachse annähernd überall eine gleiche Dicke (D) hat und mikrokristallin aufgebaut ist.

2. Farbübertragungswalzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Trägermetall (1) Aluminium ist und die Oxidschicht (10) Aluminiumoxid ist und ihre Dicke etwa 20 bis 40 Mikrometer beträgt.

3. Farbübertragungswalzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß sie aus stranggepreßten Aluminium hergestellt sind.

4. Farbübertragungswalzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (V) Prägungen in einem Rastermaß (R) sind, die als rechteckiger Pyramidenstumpf mit zwischenliegenden Stegen (S) ausgebildet sind, deren Stegbreite (SB) etwa 10% einer größten Weite (W) der Vertie­ fung (V) beträgt und deren Tiefe (T) etwa dem halben Rastermaß (R) entspricht, und daß vorzugweise 140 Vertiefungen pro Quadratmillimeter eingebracht sind.

5. Farbübertragungswalzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Dicke (D) der Oxidschicht 25 bis 50% der Weite (W) der Vertiefungen beträgt.

6. Verfahren zur Herstellung von Farbübertragungswalzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Walze aus Trägermetall (1) Vertiefungen geprägt werden, und dann eine anodische Oxidation vorgenommen wird, wobei die Temperatur des Elektrolyten unter Null Grad C gehalten wird und eine Bestromung so hoher Stromdichte, von etwa 4 bis 6 A/Quadratdezimeter, verwandt wird, daß ein mikrokristalliner Oxidaufbau erfolgt, und eine Bestromungs­ dauer so gewählt wird, bis die Oxidschichtstärke etwa 20 bis 40 Mikrometer beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Trägermetall (1), Aluminium, eine Aluminiumoxidschicht (10) durch die anodische Oxidation aufgebracht wird und der Elektrolyt aus einem Schwefelsäure-Oxalsäuregemisch besteht, deren Schwefelsäureanteil etwa 10% betragt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbübertragungswalze senkrecht ruhend in dem Elektrolyten und von einer käfigförmigen Kathode konzentrisch umgeben anodisch oxidiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägung mit einem Pyramidenstumpf bei derartig geringem Abstand von Vertiefung zu Vertiefung erfolgt, daß eine Gratausbiegung erfolgt, und daß nach der Prägung ein anodisches Abtragen des Grates in einem elektrolytischen Glättbad, vorzugsweise in einem phosphor-schwefelsauren Elektrolyten, erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem anodischen Abtragen des Grates kurzzeitig eine elektrolytische Entoxidierung der Oberfläche der Farbübertragungswalze vorgenommen wird.