DE4235586A1 - Verfahren zur Übertragung flüssiger Medien von einem Festkörper auf einen anderen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung flüssiger Medien von einem ersten Fest­ körper auf einen zweiten Festkörper, der eine Ober­ flächenstruktur aufweist sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Auftragung von flüssigen Medien auf Festkörper werden üblicherweise Bürsten und Pinsel verwendet. Im Bereich der Drucktechnik werden zur Übertragung von flüssigen Medien, insbesondere Druckfarben, auf die Druckwalzen auch andere walzenförmige Körper verwendet, so zum Beispiel im Tiefdruckverfahren sogenannte Anspülwalzen. Dabei wird das flüssige Druckmedium, üblicherweise Druck­ farbe, aus dem Farbbehälter durch die Anspülwalze aufge­ nommen und auf den Tiefdruckzylinder übertragen. Der so­ genannte Tiefdruckzylinder enthält Oberflächenstrukturen wie beispielsweise "Näpfchen", die mit der betreffenden Druckfarbe gefüllt werden. Sofern im Tiefdruckverfahren die Druckfarbe durch die Anspülwalze an den Tiefdruck­ zylinder verbracht wird, werden dafür plüschbezogene Walzen oder gummierte Walzen mit in Umfangsrichtung ein­ geschliffenem Rillenprofil eingesetzt. Bei den plüschbe­ zogenen Walzen zieht die Druckfarbe in den Plüschbezug ein und überschüssige Farbe wird dann durch Abrollen auf dem Tiefdruckzylinder in die Näpfchen gebracht. Ähnlich verhält es sich mit den Gummiwalzen, die Profile in Umlaufrichtung aufweisen. In den Rillen des Profils wird Farbe auf den Tiefdruckzylinder transportiert.

Als Nachteil der bisher eingesetzten Anspülwalzen wirkt sich beispielsweise das Ausflusen der plüschbezogenen Walzen aus. Gravierender ist jedoch der Nachteil, daß plüschbezogene Walzen durch den Flüssigkeitsdruck vor dem Walzenspalt durchrutschen. Dadurch ist eine gleichmäßige Anspülung nicht gewährleistet. Außerdem ist das Reinigen und Neubeziehen der Walzen mit Plüschbezügen relativ aufwendig. Bei geschliffenen Profilwalzen, zum Beispiel solchen mit Rillenprofilen, kann das Rillenprofil das Druckbild überlagern, so daß in den Druckerzeugnissen das Rillenprofil abgebildet werden kann.

Die für das Beispiel der Druckindustrie beschriebenen Nachteile ergeben sich für alle entsprechenden Anwen­ dungsbereiche, in denen flüssige Medien von einem Fest­ körper auf einen zweiten Festkörper übertragen werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen und eine Vorrichtung zu schaffen, die die eingangs genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine bessere Über­ tragung eines flüssigen Mediums von einem Festkörper auf den anderen ermöglichen.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Ver­ fahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteran­ sprüche 2 und 3 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Anspruch 4 betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die folgenden Unteransprüche bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar­ stellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung flüssiger Medien in einem ersten Festkörper auf einen zweiten Fest­ körper nutzt in vorteilhafter Weise die Effekte, die sich aus der stochastischen Oberflächenstruktur des ersten Festkörpers, der das flüssige Medium auf den zweiten überträgt, ergibt. Durch die Vertiefungen in der Ober­ fläche des ersten Festkörpers wird ausreichend flüssiges Medium an den zweiten Festkörper herangebracht, so daß dieser mit flüssigem Medium ausreichend benetzt wird. Durch das elastische Verhalten der Oberfläche des ersten Festkörpers wird das durch die Vertiefungen gebildete Profil des ersten Festkörpers im Spalt zwischen dem ersten und zweiten Festkörper zusammengedrückt. Dadurch entsteht ein hydrostatischer Druck in diesem Spalt, da das angespülte flüssige Medium nach außen gedrückt wird. Das flüssige Medium wird durch den hydrostatischen Druck in die Vertiefungen des zweiten Festkörpers gedrückt. Die Voraussetzung dabei ist jeweils, daß das Gesamtvolumen der Vertiefungen des zweiten Festkörpers geringer ist als dasjenige des ersten Festkörpers. Dann kann soviel Flüs­ sigkeit übertragen werden, daß sämtliche Vertiefungen gefüllt werden.

Übertragen auf die Probleme, die in der Druckindustrie auftreten, bedeutet dies, daß durch die Vertiefung in den Profilen der Anspülwalze immer ausreichende Mengen an Druckfarbe an den Tiefdruckzylinder gebracht werden, so daß ein zwangsweises Befüllen der Näpfchen des Tiefdruck­ zylinders gewährleistet wird. Dabei sorgen die hoch­ stehenden Profilteile der Anspülwalze für ein ausreichen­ des kraftschlüssiges Mitnahmeverhalten der Anspülwalze durch den Tiefdruckzylinder. Das elastische Verhalten der elastischen aber formstabilen Oberfläche gewährleistet das Zusammendrücken des Profils im Walzenspalt. Dadurch entsteht ein hydrostatischer Druck im Walzenspalt, da die angespülte Farbe nach außen gedrückt wird. Die Druckfarbe wird durch den hydrostatischen Druck in das Näpfchen ge­ preßt. Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, daß Restfarbe, die im Näpfchen verblieben ist und nicht auf die Druck­ vorlage übertragen wurde, ausgespült wird. Die Anspül­ walze läßt sich leicht mit entsprechenden Lösemitteln reinigen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Verfahrens können neben Druckfarben auch andere flüssige Medien als Druckfarbe, so zum Beispiel flüssige Kleber wie Haftkleber oder Leim, auf andere Gegenstände übertragen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens geeignet ist, besteht entweder vollständig aus einem nachgiebigen aber formstabilen Material oder be­ steht mindestens aus einer Oberflächenschicht aus einem nachgiebigen aber formstabilen Material. Dieses Material weist in der Oberfläche Vertiefungen auf, die ein un­ regelmäßiges, zufälliges (stochastisches) Muster bilden und eine Rauhtiefe R_z < 20 µm aufweist. Der R_z-Wert ist gemäß DIN 4768 definiert.

Als Festkörper kommen alle zur Übertragung von flüssigen Medien geeignete dreidimensionale Gestaltungen in Be­ tracht. Vorzugsweise bildet die erfindungsgemäße Vorrich­ tung einen zylindrischen Körper wie eine ein- oder mehr­ schichtige Walze oder Hülse. Dabei ist mindestens die äußerste Schicht des zylindrischen Körpers aus dem nach­ giebigen aber formstabilen Material geformt. Als Ober­ flächenmaterialien haben sich insbesondere elastomere Werkstoffe wie Poly-Urethane, Gummen auf synthetischer und natürlicher Basis, Blockcopolymerisate und ähnliche bewährt.

Insbesondere kommen die folgenden elastomeren Materialien in Betracht wie Polyacrylat-Kautschuk (Kurzbezeichnung nach ASTM D-1418-79 ACM), Chlorpolyethylen-Kautschuk (CM), Chlorsulphonyl-Polyethylen-Kautschuk (CSM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Ethylen-Propylen- Kautschuk (EPM) und Fluor-Kautschuk (FKM). Neben den vorgenannten Kautschuken der sogenannten M-Gruppe mit gesättigten Kohlenstoff-Hauptketten kommen insbesondere solche der sogenannten O-Gruppe mit Sauerstoffin der Hauptkette in Betracht wie Epichlorhydrin-Kautschuk (CO), Epichlorhydrin-Copolymer-Kautschuk (ECO) und PropylenoxidCopolymer-Kautschuk (GPO); weiterhin kommen Kautschuke der sogenannten R-Gruppe in Betracht, die eine ungesättigte Kohlenwasserstoffkette aufweisen wie Butadien-Kautschuk (BR), Chlorpren-Kautschuk Isobuten-Isopren-Kautschuk (IIR), Brombutyl-Kautschuk (BIIR), Chlorbutyl-Kautschuk (CIIR), Isopren-Kautschuk (IR), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Natur-Kautschuk (NR) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). Des weiteren kommen Kautschukarten der sogenannten Q-Gruppe in Be­ tracht, die Silicon in der Hauptkette aufweisen. Dies sind Fluor-Silicon-Kautschuk (FVMQ), Methyl-Phenyl- Silicon-Kautschuk (PMQ), Methyl-Phenyl-Vinyl-Silicon- Kautschuk (PVMQ), Methyl-Silicon-Kautschuk (MQ) und Methyl-Vinyl-Silicon-Kautschuk (VMQ); daneben kommen aus der sogenannten U-Gruppe der Kautschukarten, die Kohlen­ stoff, Sauerstoff und Stickstoff in der Hauptkette auf­ weisen, die folgenden in Betracht wie Polyester-Urethane (AU) sowie Polyether-Urethane (EU).

Sofern nur die äußerste Schicht aus den genannten Materialien aufgebaut ist, ist es vorteilhaft, daß die Dicke dieser Schicht größer ist als die Rauhtiefe.

Die Oberflächenstrukturen bilden ein unregelmäßiges zu­ fälliges (stochastisches) Muster. Dabei können Ober­ flächenstrukturen hinsichtlich der Größe der Vertiefungen und Erhebungen sowie hinsichtlich deren Anordnung auf der Oberfläche unterschieden werden. Von geschlossenen Profi­ len ist dann die Rede, wenn die Erhebungen quasi im Sinne von Höhenlinien in sich nicht unterbrochen sind, während von offenen Profilen gesprochen wird, wenn die Erhebungen grundsätzlich durch Vertiefungen unterbrochen sind. So hat sich herausgestellt, daß zur Übertragung von Flüssig­ keiten mit geringer Oberflächenspannung geschlossene Profilstrukturen besser geeignet sind, wohingegen offene Feinprofile für Flüssigkeiten mit höherer Oberflächen­ spannung günstiger sind. Geschlossene Profilstrukturen bauen auch den Druck zur Übertragung des flüssigen Mediums in den zweiten Festkörper besser auf, da das flüssige Medium aus den Rillen nicht ohne weiteres ent­ weichen kann. Auf der anderen Seite findet sich bei offenen Rillenstrukturen ein besserer Mitnahmeeffekt des flüssigen Mediums.

Vorteilhafterweise beträgt die Aufnahmefähigkeit der Oberfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der stochastischen Oberflächenstruktur etwa das Doppelte Volumen des letztlich zu übertragenden Mediums. Vorzugs­ weise beträgt die Aufnahmefähigkeit der Oberfläche min­ destens 10 ml/m².

Für den Bereich der Druckindustrie wird die erfindungs­ gemäße Vorrichtung mit einer elastischen Beschichtung (Gummi oder Kunststoff) bekleidet, die so dick ist, daß die elastischen Eigenschaften des Materials, die das flexible Ausweichen des Stoffes auf Druckbelastung aus der Anstellung gegen einen härteren Körper gewährleistet, genutzt werden können. Die Oberfläche des Festkörpers zur Übertragung wird so strukturiert, daß eine bestimmte Menge des zu übertragenden flüssigen Mediums in den Ver­ tiefungen der Oberfläche des Festkörpers mitgenommen werden kann. Vorzugsweise sind die erhabenen Teile in der Oberflächenstruktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung so dimensioniert, daß sie nicht in die Vertiefungen der Struktur des zweiten Festkörpers, zum Beispiel des Tief­ druckzylinders, eindringen können, um die Näpfchen des Tiefdruckzylinders nicht auszuquetschen.

Der Anstellweg der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Tiefdruckzylinder zueinander wird so gewählt, daß die elastische Oberfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung flexibel ausweicht und der Anstellspalt zwischen Vor­ richtung und Tiefdruckzylinder verbreitert wird.

Durch das Ausweichen der elastischen Beschichtung im An­ stellspalt, vor allem der relativ kleinen erhabenen Ele­ mente der Oberflächenstruktur der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, gerät das Medium zwangsweise in die Vertiefun­ gen der Oberflächenstruktur des zweiten Festkörpers, beispielsweise des Tiefdruckzylinders. Das mitgeschleppte flüssige Medium erfährt eine Erhöhung des hydrostatischen Druckes gegenüber dem Normalzustand. Dadurch wird das zu übertragende flüssige Medium zwangsweise in die Vertie­ fungen der Oberflächenstruktur des zweiten Festkörpers, zum Beispiel des Tiefdruckzylinders, gepreßt. Durch die Wahl der Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere der Auf­ nahmefähigkeit der Oberfläche der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, läßt sich die Menge des zu übertragenden flüs­ sigen Mediums einstellen. Darüber hinaus gewährleistet die Struktur in der Oberfläche der erfindungsgemäßen Vor­ richtung (Profilierung) ein kraftschlüssiges Mitnehmen durch den zweiten Festkörper, zum Beispiel den Tiefdruckzylinder.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Oberflächenmuster der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei zeigt Fig. 1 ein Grobprofil mit einer Profiltiefe von 0,5 bis 1,0 mm als geschlossenes stochastisches Oberflächenmuster. Die Fig. 2 und 3 zeigen hingegen offene Kornmuster als offene stochastische Oberflächenstruktur. Dabei zeigt das in Fig. 2 dargestellte offene Kornraster eine feinere Struktur als dasjenige in Fig. 3.

Die Oberflächenstruktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorzugsweise mittels laseroptischen Verfahren her­ gestellt. Dabei wird eine ein stochastisches Muster auf­ weisende Vorlage durch Markieren mittels eines Laser­ strahls auf die Oberfläche der erfindungsgemäßen Vor­ richtung übertragen. Alternativ kann die äußere Ober­ fläche mit einer stochastischen Oberfläche versehen werden, um danach mit anderen Teilen zur erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zusammengefügt zu werden.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Druckindustrie haben sich die folgenden Kriterien als positiv herausgestellt: Im Lichterbereich ist die Menge der auftretenden Missing-Dots im Vergleich zu Anspül­ walzen mit regelmäßiger Oberflächenstruktur geringer; die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen als An­ spülwalzen führen zu einer höheren Farbdichte (durch Reflektion gemessene Schichtdicke der Farbe) des Drucks, die bis zu 20% höher liegt als bei der Verwendung ohne erfindungsgemäße Anspülprofil; die erfindungsgemäßen Vor­ richtungen als Anspülwalzen können bei Druckwerken mit oder ohne elektrostatischer Druckunterstützung eingesetzt werden. Weiterhin wirkt sich die geringere Spritzneigung der mit der erfindungsgemäßen Oberfläche versehenen An­ sprühwalze und die damit erzielbaren höheren Druckge­ schwindigkeiten vorteilhaft aus.

Claims (10)

1. Verfahren zur Übertragung flüssiger Medien von einem ersten Festkörper auf einen zweiten Festkörper, der eine Oberflächenstruktur aufweist, wobei das flüssige Medium durch den ersten Festkörper, der eine nachgiebige, aber formstabile Oberfläche auf­ weist, zunächst in Vertiefungen der Oberfläche des ersten Festkörpers transportiert wird, wobei diese Vertiefungen ein unregelmäßiges zufälliges (stochastisches) Muster bilden und durch aus Berührung mit dem zweiten Festkörper resultierenden Druck die nachgiebige, aber formstabile Oberfläche des ersten Festkörpers derart verformt wird, daß das flüssige Medium durch die damit verbundene Druckeinwirkung aus den stochastisch verteilten Vertiefungen des ersten Festkörpers in die Vertiefungen der Oberfläche des zweiten Festkörpers verbracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüssige Medium Druckfarbe, der erste Festkörper eine Anspülwalze und der zweite Festkörper ein Tiefdruckzylinder ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das flüssige Medium ein Kleber wie Haftkleber oder Leim ist, mit dem Gegenstände versehen werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die entweder voll­ ständig aus einem nachgiebigen, aber formstabilen Material bestehen oder oberflächlich ein solches Material aufweisen und in Mustern angeordnete Ver­ tiefungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen in der Oberfläche der Vorrichtung ein unregelmäßiges, zufälliges (stochastisches) Muster bilden und eine Rauhtiefe R_z < 20 µm, insbesondere < 50 µm, aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zylindrischen Körper bildet, der ent­ weder ganz aus dem nachgiebigen oder formstabilen Material geformt ist oder dessen Oberfläche aus dem nachgiebigen oder formstabilen Material gefertigt ist, dessen Dicke größer ist als die Rauhtiefe der Vertiefungen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper eine ein- oder mehr­ schichtig aufgebaute Walze oder Hülse ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige, aber formstabile Oberfläche aus elastischen Werk­ stoffen wie elastomeren Kunststoffen, Kautschuken der M-, O-, R-, Q- sowie U-Gruppe, besteht.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen­ struktur aus einem offenen oder geschlossenen stochastisch verteilten Muster der Vertiefungen besteht.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche ein Flüssigkeitsvolumen von etwa dem Doppelten des Volumens des zu übertragenden Mediums aufnehmen kann.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mindestens 10 ml/m² aufnehmen kann.