DE4229700C2 - Feuchtwerkswalze für eine Druckmaschine sowie Verfahren zu ihrer Beschichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feuchtwerkswalze für eine Druckmaschine, insbesondere Dosierwalze, mit einem auf seiner Mantelfläche mit einer Beschichtung versehenen Walzenzylinder sowie ein Verfahren zur Beschichtung dieser Walze.

Die DE 23 63 678 A1 betrifft eine Leitwalze für Druckmaschinen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Leitwalze. Die Leitwalze wird mit einer harten Tröpfchenschicht versehen, die neben einem Chromanteil Nickel, Silizium, Aluminium und Brom aufweist. Eine derart beschichtete Leitwalze gewährleistet einen genauen Rundlauf sowie eine hohe Standzeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Waschvorgängen.

In der DE 24 58 508 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer hydrophoben Oberfläche offenbart. Normalerweise Wasser nicht abstoßende Flächen, d. h. benetzbare Flächen, sollen benetzbar gemacht werden und darüber hinaus soll eine ursprünglich hydrophobe oder hydrophile Oberfläche selektiv hydrophob gemacht werden, um ein hydrophobes Muster zu erhalten. Dazu wird die Oberfläche mit einer wäßrigen kolloidalen Benetzungslösung, die unlöslich hydratisierte Oxidpartikel eines aus der Gruppe Be, In, Cr, Fe, Co, Ni, Tl, Cu, Zn und Sn ausgewählten Elementes sowie Mischungen hiervon enthält, beschichtet. Anschließend wird wenigstens ein Teil der beschichteten Oberfläche einer UV-Strahlungsquelle ausgesetzt, um die belichteten Teile hydrophob zu machen.

Die US 2,908,068 offenbart eine Farbwalze, die mit einer porösen korrosionsbeständigen Beschichtung versehen ist. Die Farbwalze ist mit einer Beschichtung versehen, die ein Muster aufweist, um die Farbübertragungseigenschaften der Farbwalze zu verbessern. Die Dicke der Beschichtung beträgt ungefähr 1 mm.

Die DD 01 54 081 schließlich bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Oberflächenschichten für Feuchtwalzen. Ein derartiges Verfahren soll so entwickelt werden, daß eine ver­ schleißfeste und wasserfreundliche Oberfläche entsteht, die das Führen feinster und gleichmäßiger Feuchtigkeitsfilme un­ terstützt. Auf dem Grundkörper wird mittels Pulverbeschich­ tung unter Verwendung von Pulvern der Metalle Chrom, Nickel, Wolfram, Kobalt und deren Oxide und Karbide eine verschleißfe­ ste abriebfeste und wasserfreundliche rauhe Oberflächen­ schicht aufgebracht. Diese wird danach mit einem Vlies nach­ behandelt, so daß die Tragpunkte gebrochen und gerundet und die gesamte Oberfläche poliert und gesäubert wird.

In der Maschinenbautechnik besteht ein Bedarf an mit Oberflächenbeschichtung versehenen Walzenzylindern, wobei die Beschichtung eine hydrophile Eigenschaft aufweisen muß. Betrachtet man beispielsweise die Drucktechnik, so besitzt das Feuchtwerk einer Druckmaschine zumeist eine Vielzahl von Walzen, die die Aufgabe haben, einen Feuchtmittelfilm möglichst dünn und gleichmäßig auf die Druckform eines Druckformzylinders zu übertragen. Eine besonders dünne und gleichmäßige Feuchtmittelverteilung führt zu einem guten Druckergebnis. Überdies ist es wichtig, daß die Feuchtmittelzuleitung ohne das Einwandern von Druckfarbe in das Feuchtwerk erfolgt. Dieses Einwandern der Druckfarbe ist besonders bei Anordnungen kritisch, bei denen die Walzen des Farbwerks der Druckmaschine über zumindest eine Zwischenwalze mit den Walzen des Feuchtwerks verbunden sind.

Je besser die hydrophile Eigenschaft der Oberfläche der Feuchtwerkswalze ist, um so dünner und gleichmäßiger läßt sich der Feuchtfilm ausbilden.

Hochwertiger Druck, zum Beispiel Kunstdruck, setzt zumeist einen extrem dünnen, zum Beispiel 5 µm, über die Walzenmantelfläche geschlossenen Feuchtmittelfilm voraus. Um einen derartig dünnen Feuchtmittelfilm aufzubauen,war es bisher nötig, dem Feuchtmittel Alkohol oder Alkoholersatzstoffe zuzumischen, um die Oberflächenspannung zu reduzieren. Als Alkohole wurden zum Beispiel Isopropanol oder Ethanol eingesetzt. Aus Gründen des Umweltschutzes und/oder der Unfallverhütungsvorschriften ist davon auszugehen, daß zukünftig eine Reduzierung der Alkohole beziehungsweise der Alkoholersatzstoffe gefordert oder sogar verordnet wird. Gleichwohl ist jedoch ein hochwertiger Druck erwünscht, der eine extrem dünne und gleichmäßige Feuchtmittelschicht voraussetzt.

Um möglichst gute hydrophile Eigenschaften der Feuchtwerkswalze zu erhalten, wurden bisher - neben der Verwendung von speziellen Benetzungsmedien (Alkoholen) - besondere Oberflächenwerkstoffe eingesetzt, die einer gezielten Behandlung unterworfen werden. Es ist bekannt, als Oberflächenwerkstoff derartiger Feuchtwerkswalzen geschliffenen und/oder polierten Edelstahl zu verwenden. Ferner ist es bekannt, auf die Oberfläche von Walzenzylindern galvanisch eine Chromschicht abzuscheiden, die anschließend geschliffen und/oder poliert wird. Im Zusammenhang mit der Verwendung von Alkoholen oder Alkoholersatzstoffen im Feuchtmittel lassen sich mit den vorstehend genannten Feuchtwerkswalzen gute Druckergebnisse erzielen. Wird jedoch der Alkoholanteil beziehungsweise Alkoholersatzstoffanteil reduziert, so sind die Druckergebnisse nicht befriedigend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Feuchtwerkswalze der eingangs genannten Art zu schaffen, die ausgezeichnete hydrophile Eigenschaften besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Diese erfindungsgemäße Beschichtung führt zu einem extrem kleinen Kontaktwinkel des alkoholfreien Feuchtmittels. Der Kontaktwinkel ist der Winkel, den die Sekante an einen Tropfen des Feuchtmittels mit einer ebenen Oberfläche bildet, auf dem sich der Tropfen befindet. Aufgrund des extrem kleinen Kontaktwinkels ist es nicht oder nur noch in geringen Maßen erforderlich, durch den Zusatz von Alkohol oder Alkoholersatzstoffen die Oberflächenspannung des Feuchtmittels zu erniedrigen, da auch ohne diese Maßnahme die Ausbildung eines extrem dünnen und gleichmäßigen Feuchtmittelfilms erfolgt. Die Beschichtung mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff kann nur bei einer oder aber auch bei mehreren Walzen der Druckmaschine beziehungsweise des Feuchtwerks der Druckmaschine vorgenommen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Dosierwalze des Feuchtwerks mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehen ist. Aus Korrosionsschutzgründen und/oder zur Haftvermittlung zwischen der Oberfläche (Mantelfläche) des Walzenzylinders und der Beschichtung kann eine Zwischenschicht aus Ni und/oder Cr und/oder Al und/oder B und/oder Si und/oder Ti und/oder Mo oder ähnlichem Material aufgebracht werden.

Die Beschichtung weist eine Dicke im Bereich zwischen 0,2 mm bis 2 mm auf und hat eine Oberflächenrauhigkeit von Rz ≦ 5 µm.

In vorteilhaften Weiterbildungen des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens beträgt die Schichtdicke etwa 1 mm bei einer Oberflächenrauhigkeit von Rz = ≦ 1 µm. Diese Oberflächenrauhigkeit läßt sich durch eine entsprechende Behandlung der Beschichtung aus elementarem Silizium erzielen, insbesondere Schleifen, Polieren und porenverschließende Nachbehandlung (z. B. anerob aushärtendes Kleben) oder Imprägnierung.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Walzenzylinder aus Metall. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Beschichtung einer Feuchtwerkswalze für eine Druckmaschine, wobei auf die Mantelfläche des Walzenzylinders elementares Silizium nach einem an sich bekannten Verfahren aufgebracht wird. Das elementare Silizium kann beispielsweise in Pulverform durch thermisches Spritzen auf die Mantelfläche aufgebracht werden. Ferner ist neben einem Auftrag durch thermische Spritzverfahren auch ein Auftragen der Beschichtung durch PVD-Verfahren, CVD-Verfahren sowie durch Plasma-CVD-Verfahren möglich. Die Beschichtung kann auch galvanisch oder nach dem EBPVD-Verfahren aufgebracht werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens kann die Oberfläche der Beschichtung zur Verringerung der Porosität mit einem porenverschließenden Mittel imprägniert werden. Nach der einebnenden Bearbeitung kann die Oberfläche der Beschichtung mit einem basischen Mittel, beispielsweise einem schwach basischen Reinigungsmittel abgerieben werden. Dadurch ergibt sich eine Oberflächenaktivierung, die die Bildung einer hydrophilen Schicht bewirkt.

Schließlich kann die Rauhheit der Oberfläche der Beschichtung derart eingestellt werden, daß ein ohne Alkohol und/oder ohne Alkoholersatzstoffe versetztes für den Druckprozeß einzusetzendes Feuchtmittel einem Kontaktwinkel α < 50°, insbesondere α < 35°, aufweist.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 ein Walzenschema einer Offset-Druckmaschine,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer aufgeschnittenen, mit Beschichtung versehenen Feuchtwerkswalze und

Fig. 3 ein Diagramm.

Die Fig. 1 zeigt ein Walzenschema 1 eines Druckwerks einer Offset-Druckmaschine. Die Walzen 2 bis 6 gehören einem Feuchtwerk 7 und die übrigen, in der Fig. 1 dargestellten Walzen einem Farbwerk 8 an. Die Walze 6 stellt eine Zwischenwalze dar; sie verbindet das Feuchtwerk 7 mit dem Farbwerk 8. Einer der Walzen des Farbwerks 8 ist ein Farbkasten 9 zugeordnet, aus dem die Druckfarbe gefördert wird. Der als Tauchwalze ausgebildeten Walze 2 des Feuchtwerks 7 ist ein Wassertrog 10 zugeordnet, aus dem Feuchtmittel (Feuchtwasser) gefördert und der als Dosierwalze ausgebildeten Walze 3 zugeführt wird. Die Walze 3 rollt an der als Gummiwalze ausgebildeten Walze 5 ab, die mit der Walze 4 zusammenwirkt, welche eine Reibzylinderfunktion ausübt. Die Walze 5 überträgt das Feuchtwasser als dünnen, gleichmäßigen Film auf einen Plattenzylinder 11, der an seinem Umfang eine Druckform trägt. Weitere Walzen, wie z. B. ein Gummituchzylinder, sind der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht dargestellt.

Mindestens eine der Walzen, nämlich die Dosierwalze 3, ist mit einer Beschichtung versehen, die ausgezeichnete hydrophile Eigenschaften hat, wodurch sich ein extrem dünner und gleichmäßiger Feuchtmittelfilm ausbildet, ohne daß dem Feuchtmittel Alkohol oder Alkoholersatzstoffe zugesetzt werden müssen, beziehungsweise bei erheblich reduziertem Alkohol-oder Alkoholersatzstoffanteil. Der Alkohol, der üblicherweise einen Volumenprozentanteil von 10% bis 15% ausmacht, wird also auf einen wesentlich kleineren Prozentsatz reduziert oder entfällt ganz. Dies hat besondere Bedeutung bei den Unfallverhütungsvorschriften und auch im Hinblick auf den Umweltschutz.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in Fig. 1 dargestellte Walzenanordnung des Feuchtwerks 7 beschränkt, sondern bei jedweder Bauart von Druckmaschinenwalzen, sofern diese eine hydrophile Eigenschaft aufweisen sollen, anwendbar.

Die Fig. 2 zeigt die quer aufgeschnittene Walze 3 (Dosierwalze) in perspektivischer Darstellung. Sie weist einen hohlen Walzenzylinder 12 aus Metall auf, dessen Mantelfläche 13 mit einer Beschichtung 14 versehen ist. Die Beschichtung 14 besteht aus elementarem Silizium; die Dicke 15 der Beschichtung 14 ist hier vergrößert dargestellt.

Vorzugsweise wird elementares Silizium durch thermisches Spritzen zu einer sehr porenarmen, vorzugsweise etwa 1 mm dicken Schicht aufgebracht. Anschließend wird diese Beschichtung 14 mechanisch geschliffen und dann poliert, bis eine Rauhigkeit Rz von ungefähr 1,0 µm, insbesondere < 1,0 µm, vorliegt. Gegebenenfalls wird die Oberfläche anschließend einer porenverschließenden Nachbehandlung unterzogen. Diese so hergestellte Oberfläche weist eine ausgezeichnete Hydrophilie auf. Diese Hydrophilie ist reproduzierbar und bleibt auch nach einem Abtrocknen der Oberfläche voll erhalten.

Vorzugsweise wird die Oberfläche der Beschichtung 14 nach dem Polierprozeß - also vor ihrem erstmaligen Einsatz - mit einem schwach basischen Reinigungsmittel abgerieben. Hierdurch ergibt sich eine Oberflächenaktivierung unter Bildung einer hydrophilen Schicht.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellte Beschichtung 14 einer Feuchtwerkswalze weist einen Kontaktwinkel α bei ohne Alkohol und/oder Alkoholersatzstoffen versehenem Feuchtmittel auf, der kleiner als 40° ist (siehe Fig. 3).

Das Diagramm der Fig. 3 zeigt den Kontaktwinkel α an der Oberfläche der Dosierwalze (Walze 3), die eine Beschichtung gemäß der Beschreibung aufweist. Im Diagramm wird der in Grad angegebene Kontaktwinkel α in Abhängigkeit von dem Isopropanolgehalt A angegeben, der auf der Abszisse in Volumenprozent angegeben ist. Bei der erfindungsgemäßen Beschichtung ergibt sich ein funktioneller Zusammenhang gemäß der Linie 16. Das Diagramm zeigt deutlich, daß selbst bei keinem Alkoholzusatz ein extrem niedriger Kontaktwinkel α vorliegt. Im Vergleich dazu zeigt die Fig. 3 Kontaktwinkelwerte von Feuchtwerkswalzen mit bekannten Oberflächen. Die Linie 17 zeigt das Ergebnis bei einer chrombeschichteten Walze. Schließlich zeigt die Linie 18 das Ergebnis für eine Edelstahl-Oberfläche einer Feuchtwerkwalze.

Besonders günstig erweist sich die Tatsache, daß eine durch thermisches Spritzen aufgebrachte Silizium-Beschichtung besonders schnell und einfach bis auf eine Rauhigkeit von Rz ungefähr 1,5 µm, vorzugsweise 1,0 µm, geschliffen und poliert werden kann. Ohne weiteres ist es möglich, mit einer derart hergestellten Beschichtung Feuchtmittelfilmdicken von nur zum Beispiel 5 µm auch ohne ein Benetzungsmittel im Feuchtwasser zu erzielen, so daß ein einwandfreier Druck ohne Feuchtmittelfilmriß erfolgen kann.

Neben dem bereits vorstehend erwähnten thermischen Spritz-Verfahren sind zum Aufbringen der Beschichtung 14 auf die Mantelfläche 13 des Walzenzylinders 12 weitere Verfahren denkbar. Mit Vorteil können PVD-Verfahren, EBPVD-Verfahren, CVD-Verfahren, Plasma-CVD-Verfahren, Sinterverfahren, Heißisostatpreß-Verfahren und/oder Galvanik-Verfahren eingesetzt werden.

Claims (13)

1. Feuchtwerkswalze für eine Druckmaschine, insbesondere Dosierwalze, mit einem auf seiner Mantelfläche mit einer, Beschichtung versehenen Walzenzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) aus elementarem Silizium besteht und eine Dicke von 0,2 bis 2 mm und eine Oberflächenrauhigkeit von Rz ≦ 5 µm aufweist.

2. Feuchtwerkswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) eine Dicke von etwa 1 mm aufweist.

3. Feuchtwerkswalze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) eine Oberflächenrauhigkeit Rz ≦ 1 µm aufweist.

4. Feuchtwerkswalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenzylinder (12) aus Metall besteht.

5. Verfahren zur Beschichtung einer Feuchtwerkswalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Mantelfläche (13) des Walzenzylinders (12) elementares Silizium nach einem an sich bekannten Verfahren aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elementare Silizium in Pulverform durch thermisches Spritzen auf die Mantelfläche (13) aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Beschichtung (14) zur Verringerung der Rauhheit bearbeitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Beschichtung (14) geschliffen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Beschichtung (14), insbesondere nach dem Schleifprozeß, poliert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Beschichtung zur Verringerung der Porosität mit einem porenverschließenden Mittel imprägniert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Beschichtung (14) bis zur Erzielung einer Rauhheit Rz ≦ 1,0 µm bearbeitet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Beschichtung, insbesondere nach der einebnenden Bearbeitung mit einem basischen Mittel, insbesondere einem schwach basischen Reinigungsmittel, abgerieben wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhheit der Oberfläche der Beschichtung (14) derart eingestellt wird, daß ein ohne Alkohol und/oder ohne Alkoholersatzstoffe versetztes, für den Druckprozeß einzusetzendes Feuchtmittel einen Kontaktwinkel α < 50°, insbesondere α < 35°, aufweist.