DE4031860A1 - Verfahren zur herstellung einer oberflaechenstruktur auf druckwerkszylindern fuer offsetdruckmaschinen - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer oberflaechenstruktur auf druckwerkszylindern fuer offsetdruckmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ober
flächenstruktur an galvanisch mit Hartchrom beschichteten, ge
schliffenen metallischen Werkstoffoberflächen an Druckwerkszylin
dern für Offsetdruckmaschinen.
Dicke Hartchrombeschichtungen von z. B. aus Stahl oder Grauguß
bestehenden Druckwerkszylindern für Offsetdruckmaschinen nach einem
galvanischen Verfahren sind allgemein üblich, um die Oberfläche des
Druckwerkzylinders verschleißfest auszubilden und gegen Korrosion
zu schützen (siehe z. B. DE-OS 26 02 277).
An das Aufbringen der dicken Hartchrombeschichtung in einer Ver
chromungsvorrichtung schließt sich in der Regel eine spanende
Nachbearbeitung durch Schleifen an, um Maß- und Formgenauigkeit zu
gewährleisten, ohne dadurch aber eine gewünschte Oberflächen
struktur der Hartchromschicht erreichen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das es
ermöglicht, eine galvanisch mit Hartchrom beschichte, geschliffene
metallische Werkstoffoberfläche eines Druckwerkszylinders für
Offsetdruckmaschinen zu strukturieren.
Es wurde gefunden, daß sich dies durch die Verfahrensmerkmale des
Anspruches 1 erreichen läßt. Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Das in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt in
Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäß
strukturierte Hartchrombeschichtung an einem
Druckwerkszylinder für Offsetdruckmaschinen,
Fig. 2 das Maschinenschema der elektrolytischen Ätzmethode,
Fig. 3 eine schmale Eisensiebkathode in Form einer
Hohlkathode in der Draufsicht, als Ausschnitt,
Fig. 4 das Arbeitsprinzip der elektrolytischen Ätzmethode.
Ein Druckwerkszylinder 1 ist mit einer etwa 150 µm dicken ver
schleiß- und korrossionsbeständigen Hartchrombeschichtung 2 ver
sehen, die gemäß Fig. 1 im Schnitt ein Relief bzw. eine Struktur 3
aufweist, welche aus näpfchenartigen Vertiefungen 4 besteht, die
zwischen netzartigen Erhebungen 5 (Stegen) unmittelbar in der
dicken Hartchrombeschichtung 2 des Druckwerkszylinders 1 herge
stellt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von einem Druckwerks
zylinder 1, der in einem nicht dargestellten Chrombad in bekannter
Weise hartverchromt ist und zwar vorzugsweise auf eine Dicke von
150 µm sowie anschließend auf Maß- und Formgenauigkeit geschliffen
ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch folgende Verfahrens
schritte gekennzeichnet:
Auf die geschliffene Hartchromoberfläche des Druckwerkszylinders 1 wird zunächst eine Schicht aus einem alkalibeständigen Negativ- Resistmaterial in dünner Schicht aufgebracht. Darunter ist ein gegen starke Laugen, z. B. Natronlauge, chemisch beständiges und elektrisch gut isolierendes Resistmaterial zu verstehen, das nach dem Belichten mit ultravioletten Strahlen aushärtet. Es wurde gefunden, daß derartige Eigenschaften Speziallacke für die Elek tronik aufweisen, die auf der Basis von Novolak-Epoxy-Fotopolymeren aufgebaut sind. Es handelt sich dabei z. B. um einen Zwei- Komponenten-Lötstopplack, der fotosensibel ist und im Spritz lackierverfahren aufgetragen wird.
Auf die geschliffene Hartchromoberfläche des Druckwerkszylinders 1 wird zunächst eine Schicht aus einem alkalibeständigen Negativ- Resistmaterial in dünner Schicht aufgebracht. Darunter ist ein gegen starke Laugen, z. B. Natronlauge, chemisch beständiges und elektrisch gut isolierendes Resistmaterial zu verstehen, das nach dem Belichten mit ultravioletten Strahlen aushärtet. Es wurde gefunden, daß derartige Eigenschaften Speziallacke für die Elek tronik aufweisen, die auf der Basis von Novolak-Epoxy-Fotopolymeren aufgebaut sind. Es handelt sich dabei z. B. um einen Zwei- Komponenten-Lötstopplack, der fotosensibel ist und im Spritz lackierverfahren aufgetragen wird.
Es ist vorteilhaft, die Hartchrombeschichtung vor dem Aufbringen
des negativ arbeitenden Fotolackes durch Strahlen vorzubehandeln,
um eine optimale Haftung der Beschichtung zu erreichen.
Mit einer der vorstehend aufgeführten alkalibeständigen Negativ-
Resistmaterialien wird nun in einem zweiten Verfahrensschritt ein
Positivrasterfilm in Kontakt gebracht. Unter einem Positivraster
versteht man bekanntlich einen Raster, der lichtundurchlässige
inselartige Teilflächen (Punkte, Quadrate, Runzelkorne oder dgl.)
und diese umgebende transparente Flächen als Netz aufweist, wie es
beim Tiefdruck-Netzraster der Fall ist. Der mit dem alkalibe
ständigen Negativ-Resistmaterial beschichtete Druckwerkszylinder 1
wird nun unter dem Positivrasterfilm der Wirkung einer ultravio
letten Lichtquelle ausgesetzt, wobei durch die transparenten Teile
des Filmes dringendes Licht Teilflächen der Negativ-Resistschicht
zu einem Netzwerk aushärtet.
Geeignete Kopiermaschinen dienen zum Übertragen der mechanisch
addierten (Repetier-Kopiermaschine) oder auch von Hand montierten
Film auf den zuvor lichtempfindlich mit einem alkalibeständigen
Negativresist beschichteten Druckwerkszylinder 1.
Nach diesem Vorgang werden die nichtbestrahlten Teile der alkali
beständigen Negativ-Resistschicht, das sind die Punkte, Quadrate
oder dgl. zwischen dem Netzwerk mit dem vom Hersteller des alkali
beständigen Negativ-Resistmaterial vorgesehenen organischen Lösungs
mittelentwickler entfernt, so daß an den lochartig von dem alkali
beständigen Negativ-Resistmaterial befreiten Stellen die elektrisch
leitende Werkstoffoberfläche aus Hartchrom des Druckwerkszylinders
1 freigelegt ist. Die durch das ultraviolette Licht gehärtete
alkalibeständige Negativ-Resistschicht verbleibt somit vorerst als
Kontaktmaske auf der Hartchrombeschichtung 2, während nichtbelich
tete Zwischenräume des Netzwerkes der Maske als Öffnungen verblei
ben.
Nach dem Entwicklungsvorgang läßt sich der inselartig freiliegende
Hartchromwerkstoff elektrolytisch mittels Natronlauge näpfchenartig
vertiefen, indem der Druckwerkszylinder 1 als Anode geschaltet wird
und die Natronlauge durch eine im Abstand von ca. 4 mm zur Werk
stoffoberfläche des Druckwerkszylinders 1 längs der gesamten Achse
angeordnete schmale Eisensiebkathode aufgesprüht wird. Diese
Verfahrensweise beruht auf der Erkenntnis, daß sich langsame
Ätzprozesse durch Elektrolyse beschleunigen lassen (siehe Fig. 4).
Die Chromionen wandern unter dem Einfluß des elektrischen Feldes
von der anodisch geschalteten Werkstoffoberfläche des Druckwerks
zylinders 1 zur Kathode 6. Die Verwendung von Natronlauge bietet
einerseits den Vorteil besonders glatt geätzter Näpfchen ohne
Verstärkung von Mikrorissen, andererseits wird der Grundwerkstoff
des Druckwerkszylinders 1 aus Guß oder Stahl durch diesen Elektro
lyten nicht angegriffen, weil sich im Unterschied zu Chrom auf
Eisenwerkstoffen eine schützende Hydroxydschicht bildet, wenn
starke Natronlauge einwirkt.
Um brauchbare Ergebnisse zu erreichen, müssen die Stromdichten
Werte von ca. 500 Ampere pro Dezimeterquadrat aufweisen, bezogen
auf die Gesamtfläche, d. h. durch Fotolack abgedeckte als auch
blanke Oberflächen des Druckwerkszylinders 1. Auf diese Weise
lassen sich saubere und glatte Näpfchen erzielen, ohne Poren und
Mikrorisse im Chrom zu verbreitern. Die hohe Stromdichte sorgt für
eine vertretbare Bearbeitungszeit, so daß die zeitliche Alkali
beständigkeit des Negativ-Resistmaterials nicht überschritten wird.
Der gesamte Strombedarf liegt zwischen 1000 bis 5000 Ampere je
Zylinder, die Ätzzeit bei einem Zylinderdurchmesser von 450 mm
beträgt beispielsweise 10 bis 80 Minuten je nach Stromfluß.
Die Prozeßtemperatur des Elektrolyten muß bei 20 bis 30°C gehal
ten werden. Höhere Temperaturen führen zur schnelleren Ablösung des
alkalibeständigen Negativ-Resistmaterials, niedrigere Temperaturen
verlängern die Ätzzeit, was ebenfalls nachteilig für die zeitliche
Beständigkeit des Resists ist. Es empfiehlt sich zur Stabilisierung
der Temperatur ein größeres Elektrolytvolumen zu wählen oder eine
zusätzliche Kühlung einzubauen. Der Volumendurchsatz des Elektro
lyten wird auf ca. 200 l/min eingestellt, bei Verwendung einer
Kathodenfläche von 18×1400 mm.
Schließlich muß nach dem anodischen elektrolytischen Abtragen das
Negativ-Resistmaterial entfernt werden, was bei den vorstehend
aufgeführten Materialien z. B. durch mechanisches Abschleifen
vorgenommen werden kann.
Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind teilweise
handelsüblich und werden nachstehend an einigen Besonderheiten
näher erläutert. Fig. 2 zeigt hierzu das Maschinenschema sche
matisch. Die Kathode 6 ist als Eisensiebhohlkathode 9 (siehe
Fig. 2 und 5) ausgebildet. Die eigentliche abgeschirmte Bear
beitungsvorrichtung 8 verfügt über Aufnahmemöglichkeiten für die
Hohlkathode 9 und das Werkstück, den die Kontaktmaske tragenden
Druckwerkszylinder 1. Während des Bearbeitungsprozesses wird dabei
mittels eines Antriebes der Druckwerkszylinder 1 sehr langsam
während des gesamten Ätzvorganges vom Druckanfang bis zum Druckende
(nur eine Umdrehung), gedreht, wobei eine Stromzuführung über den
Zapfen des Druckwerkszylinders 1 erfolgt. Durch den zonenweisen
Kontakt mit der Natronlauge wird eine Schonung des Negativ-Resits
gegenüber dem Alkali erreicht. Der Druckwerkszylinder 1 taucht
nicht in den Elektrolyten aus Natronlauge ein, sondern ist nur in
der schmalen Ätzzone in Kontakt mit dem Elektrolyten. Die Schutz
wirkung des Negativ-Resists bleibt dadurch optimal erhalten. Die
Eisenhohlsiebkathode 9 besteht aus einem Eisenrohr, das unterhalb
des Druckwerkszylinders 1 auf Haltböcken 12 angeordnet ist und
diesem zugewandt mit einer Abflachung versehen ist, in die Düsen 10
eingebracht sind, die in Achsrichtung des Druckwerkszylinders 1
über dessen gesamte Breite vorgesehen sind. Einen Ausschnitt in der
Ansicht von oben auf die Eisensiebhohlkathode 9 zeigt Fig. 3. Die
Düsen 10 erlauben es, mittels Pumpen 11 die Natronlauge in der
schmalen Zone entlang des Druckwerkszylinders 1 ständig aufzu
sprühen. Die Zonenbreite beträgt 15-50 mm und darf nicht zu groß
gewählt werden, damit der verbrauchte mit Gasbläschen beladene
Elektrolyt möglichst rasch abgeführt werden kann. Bei größeren
Kathodenbreiten sind zusätzliche Ablaufkanäle erforderlich. Der
Abstand der Eisensiebhohlkathode 9 von der Oberfläche des Druck
werkszylinders 1 beträgt ca. 4 mm, wobei bei einem Volumendurchsatz
von etwa 200 ltr. pro Minute auf einer Zylinderlänge von etwa 1400
mm sich ein geschlossener Film des Elektrolyten ausbildet. Vorteil
des zonenweisen Kontaktes mit Natronlauge ist die geringe Belastung
des Negativ-Resistmaterial durch die Natronlauge, so daß die Schutz
wirkung des gehärteten Teiles des Negativ-Resits optimal erhalten
bleibt. Die Spülung durch die Eisensiebhohlkathode 9 sorgt auch bei
hohen Stromdichten dafür, daß in dem Bereich zwischen der Hohl
kathode 9 und dem Druckwerkszylinder 1, in dem die elektrische
Leistung umgesetzt wird, keine unzulässig hohe Erwärmung statt
findet.
Kunststoffleisten 16 begrenzen seitlich die Kontaktzone des Elek
trolyten mit dem Druckwerkszylinder 1 und bilden einen Stauraum.
Anstelle der Eisensiebhohlkathode 9 ist gegebenenfalls auch eine
Spaltdüse geeignet, die sich entlang des Druckwerkszylinders 1 in
dem schmalen Bereich erstreckt. Vorzugsweise wird 10- bis 20%ige
Natronlauge verwendet.
Die zur Elektrolyse notwendige Gleichspannung liefert ein Generator
15, der aus einem Transformator zum Herabsetzen der Netzspannung
auf etwa 10 Volt und einem Gleichrichter besteht. Der Generator 15
muß bekanntlich über eine Kurzschlußerfassung und eine Strom
schnellabschaltung verfügen, die im Falle einer nicht immer zu
vermeidenden Prozeßstörung z. B. aufgrund ungünstiger Elektrolyt
strömungen, Kurzschlußschäden an der Kathode und an dem Zylinder
verhindern.
Die Elektrolytversorgung und ihre Elektrolytaufbereitung besteht
wie erwähnt aus einer Elektrolytpumpe 11, einem oder auch mehreren
Elektrolytbehältern 7 und aus einem in der Zeichnung nicht darge
stellten Wärmetauscher zur Temperaturregelung des Elektrolyten.
Schließlich muß die Anlage auch abgeschirmt sein, um das Bedie
nungspersonal vor gesundheitlichen Schädigungen, z. B. durch ge
fährliche Dämpfe, zu schützen.
Für die Ausrüstung der elektrischen Anlagen gelten die einschlä
gigen Vorschriften aus der entsprechenden VDE, insbesondere hin
sichtlich des Berührungsschutzes.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich eine gegen Dubl
lieren wirksame Kornrasterstruktur der Rasterfeinheit von 20 bis 60
Linien pro cm z. B. 20-80 µm tief unmittelbar in eine ca. 150 µm
dicke Hartchrombeschichtung eines Druckwerkszylinders 1 nach der
elektrolytischen Ätzmethode, ähnlich einer Tiefdruckformzylinder
ätzung, herstellen läßt, was bisher nicht möglich war.
Bezugszeichenliste
1 Druckwerkszylinder
2 Hartchrombeschichtung
3 Oberflächenstruktur des Hartchromes
4 näpfchenartige Vertiefungen
5 netzartige Erhebungen (Rasterstege)
6 Kathode
7 Elektrolytbehälter
8 abgeschirmte Bearbeitungsvorrichtung
9 Eisensiebhohlkathode
10 Düsen
11 Pumpen
12 Haltebock
13 Drahtschleife
14 Zylinderaufnahme
15 Generator
16 Kunststoffleiste
2 Hartchrombeschichtung
3 Oberflächenstruktur des Hartchromes
4 näpfchenartige Vertiefungen
5 netzartige Erhebungen (Rasterstege)
6 Kathode
7 Elektrolytbehälter
8 abgeschirmte Bearbeitungsvorrichtung
9 Eisensiebhohlkathode
10 Düsen
11 Pumpen
12 Haltebock
13 Drahtschleife
14 Zylinderaufnahme
15 Generator
16 Kunststoffleiste
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur an einer
galvanisch mit Hartchrom beschichteten, auf Maß- und Formge
nauigkeit geschliffenen Werkstoffoberfläche eines Druckwerks
zylinders für Offsetdruckmaschinen,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die geschliffene Hartchromoberfläche des Druckwerks
zylinders (1) zunächst eine Schicht aus alkalibeständigem
Negativ-Resistmaterial in dünner Schicht aufgebracht wird, daß
danach mit der alkalibeständigen Negativ-Resistschicht ein
Positiv-Rasterfilm in Kontakt gebracht und der beschichtete
Druckwerkszylinder (1) durch den Film unter der Wirkung einer
ultravioletten Lichtquelle bestrahlt wird, wobei durch trans
parente Teile des Positiv-Rasterfilmes dringendes Licht
Teilflächen der alkalibeständigen Negativ-Resistschicht
aushärtet, anschließend nicht bestrahlte Teile der alkali
beständigen Negativ-Resistschicht mit einem organgischen
Lösungsmittelentwickler entfernt werden, so daß an den von dem
alkalischen Negativ-Resistmaterial lochartig befreiten Stellen
die elektrisch leitende Hartchromoberfläche des Druckwerks
zylinders (1) freigelegt wird, wodurch sich der aus Hartchrom
bestehende Werkstoff elektrolytisch näpfchenartig vertiefen
läßt, indem der Druckwerkszylinder (1) als Anode geschaltet
wird, wobei die nach dem Entwicklungsvorgang freiliegende
Hartchromschicht mittels 10- bis 20%iger Natronlauge vertieft
wird, welche durch ein in geringem Abstand zur Oberfläche des
Druckwerkszylinders (1) angeordnete Eisensiebhohlkathode (9)
zonenweise aufgesprüht wird, während der Druckzylinder (1)
sich nur einmal dreht und daß schließlich nach dem anodischen
elektolytischen Abtragen auch das gehärtete Negativ-Resist
material-Netz von dem einmal gedrehten Druckwerkszylinder (1)
entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromdichte mindestens 300 Ampere pro Quadratdezimeter
beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur der Natronlauge auf 20 bis 30°C gehalten
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Volumendurchsatz des Elektrolyten auf mindestens 200
l/min gehalten wird.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4031860A DE4031860A1 (de) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Verfahren zur herstellung einer oberflaechenstruktur auf druckwerkszylindern fuer offsetdruckmaschinen |
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EP91116182A EP0480229B1 (de) | 1990-10-08 | 1991-09-24 | Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur an Druckwerkszylindern für Offsetdruckmaschinen |
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- 1991-09-24 DE DE59108623T patent/DE59108623D1/de not_active Expired - Fee Related
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EP0480229B1 (de) | 1997-03-19 |
ATE150554T1 (de) | 1997-04-15 |
EP0480229A2 (de) | 1992-04-15 |
EP0480229A3 (en) | 1992-11-25 |
JPH04263099A (ja) | 1992-09-18 |
JPH0657880B2 (ja) | 1994-08-03 |
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