EP0623466B1 - Druckwalze mit einer Hülse aus thermisch gewickelten faserverstärkten Thermoplasten und einer plasmagespritzten Kupfer- oder Kupferlegierungsbeschichtung - Google Patents

Druckwalze mit einer Hülse aus thermisch gewickelten faserverstärkten Thermoplasten und einer plasmagespritzten Kupfer- oder Kupferlegierungsbeschichtung Download PDF

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EP0623466B1
EP0623466B1 EP19940105693 EP94105693A EP0623466B1 EP 0623466 B1 EP0623466 B1 EP 0623466B1 EP 19940105693 EP19940105693 EP 19940105693 EP 94105693 A EP94105693 A EP 94105693A EP 0623466 B1 EP0623466 B1 EP 0623466B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
printing roller
copper
fibers
sleeve
fiber
Prior art date
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EP19940105693
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP0623466A2 (de
EP0623466A3 (de
Inventor
Heinrich Kühn
Frank Dr. Herberg
Dieter Dr. Jaculi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoechst AG
Original Assignee
Hoechst AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0623466A3 publication Critical patent/EP0623466A3/de
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Publication of EP0623466B1 publication Critical patent/EP0623466B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41N—PRINTING PLATES OR FOILS; MATERIALS FOR SURFACES USED IN PRINTING MACHINES FOR PRINTING, INKING, DAMPING, OR THE LIKE; PREPARING SUCH SURFACES FOR USE AND CONSERVING THEM
    • B41N1/00—Printing plates or foils; Materials therefor
    • B41N1/16—Curved printing plates, especially cylinders
    • B41N1/20—Curved printing plates, especially cylinders made of metal or similar inorganic compounds, e.g. plasma coated ceramics, carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a pressure roller with a core cylinder and removable sleeve.
  • Solid steel rollers are usually used for gravure printing electroplated with a copper layer that has a layer thickness in the range of Has 0.2 to 3.0 mm, coated.
  • the for the gravure printing process either chemically, Introduce mechanically or with the help of laser technology.
  • the sleeve technology has proven itself in the with removable sleeves made of nickel or thermosetting Fiber composite materials that are additionally coated with rubber be worked.
  • the sleeves are made of metal on the roller core pneumatically mounted and can be easily removed after use will. So far, however, this technique is still used for gravure printing not feasible because suitable sleeves can be machined Copper layer could not yet be provided.
  • US-A-4,503,769 describes the application of a flame-sprayed zinc layer directly a hollow plastic cylinder and the subsequent application of a copper layer.
  • the Zinc coating is used to interlock with the surface of the hollow plastic cylinder and Limitation of the temperature effect on the plastic body.
  • the object of the present invention was a pressure roller for the To provide gravure printing, which allows it without large technical effort after the sleeve technology a change of Function profile.
  • the complete roller is not meant to be be replaced, but only a sleeve to reduce the amount Achieve machine downtimes in combination with less Expenses for the storage and transportation of steel rollers and greater flexibility in operation.
  • the present invention solves this problem by a pressure roller
  • the sleeve has a tubular shape
  • Base body made of a thermoplastic fiber-reinforced plastic material includes and in which the base body on its outer surface with a layer of copper or a layer produced by plasma spraying Copper alloy is coated.
  • the plastic matrix is preferably the thermoplastic fiber-reinforced plastic material due to heat melted so that the individual layers while maintaining the fiber matrix distribution of the thermoplastic fiber reinforced Plastic material in the base body with the simultaneous formation of a homogeneous matrix-rich surface are welded together.
  • thermoplastic fiber reinforced material contains carbon, glass, Aramid, metal, ceramic, boron or other fibers as continuous or Long fibers. Any combination of different fiber materials inside the body is also possible.
  • the matrix system consists of thermoplastic Plastics such as polypropylene (PP), polyamides (PA) such as Polyhexamethylene adipamide or poly- ⁇ -caprolactam, high pressure or Low pressure polyethylene (PE), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyoxymethylene (POM), polyether ether ketones (PEK) or from thermoplastic polyesters, e.g. Polyethylene terephthalate (PET) or Polybutylene terephthalate (PBT).
  • PP polypropylene
  • PA polyamides
  • PE polyhexamethylene adipamide or poly- ⁇ -caprolactam
  • PE polyethylene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PC polycarbonate
  • POM polyoxymethylene
  • PEK polyether ether ketones
  • thermoplastic polyesters e.g. Polyethylene terephthalate (PET) or Polybutylene terephthalate (PBT).
  • thermoplastic fiber reinforced material is in the form of impregnated tapes or fabrics.
  • the fiber content is 30 to 80% by weight, preferably 50 to 75% by weight.
  • the making of this Tapes are made e.g. by melt, powder or Suspension impregnation in the pultrusion process.
  • thermoplastic fiber-reinforced material For the production of base bodies of the type according to the invention, on a carrier which e.g. can consist of metal, several layers of one thermoplastic fiber-reinforced material applied and online consolidated.
  • the carrier is rotated and with the thermoplastic fiber-reinforced material, which is in the form of a or several ribbons or fabrics is wrapped.
  • the Winding angle can be varied in a range from 0 ° to ⁇ 90 ° to adjust.
  • the plastic matrix of the fiber composite tape is affected by heat, for example with the help of a gas burner, in a molten liquid State shifted.
  • both before Application as well as after applying the above fiber-reinforced thermoplastic material on the carrier another also fiber-reinforced thermoplastic material with a high Matrix portion are applied.
  • the fiber content of this second material is significantly less than that of the first material and is preferably 1 to 30% by weight, particularly preferably 5 to 15% by weight.
  • thermoplastic film tape applied to the first material, which is also exposed to heat the fiber-rich material is welded.
  • thermoplastic film tape applied to the first material, which is also exposed to heat the fiber-rich material is welded.
  • the basic body described above advantageously has one particularly high precision with regard to its geometric dimensions.
  • a 1 meter long molded body with a Diameter of 100 mm and a wall thickness of ⁇ 3 mm with a Wall thickness tolerance of ⁇ 0.3 mm, preferably ⁇ 0.2 mm, manufactured will.
  • the plasma-sprayed copper layer is applied directly to the matrix-rich outer surface of the base body.
  • the surface is first subjected to a roughening process without the surface geometry being changed significantly.
  • the surface is preferably treated with a sandblasting process in preparation for the application of the copper layer.
  • the surface can be roughened with sandblasting equipment, preferably mineral blasting material such as fine-grained aluminum oxide, zirconium corundum, etc. being suitable as the abrasive.
  • Preferred blasting conditions are a blasting pressure in the range from 1 to 3 bar, a grain size in the range from 20 to 200 ⁇ m, a distance from the nozzle to the surface to be treated in the range from 90 to 120 mm and a movement of the nozzle over the treated surface at a speed in the range of 0.5 to 1 m / sec.
  • the micro surface roughness R a of the base body treated in this way is in the range from 6 to 10 ⁇ m, measured in accordance with DIN 4768.
  • the macrostructure remains unchanged, there are no fiber breakouts in the surface.
  • the roughening process is expediently followed by a cleaning process Compressed air or in an aqueous cleaning bath, if necessary Ultrasound support.
  • a cleaning process Compressed air or in an aqueous cleaning bath, if necessary Ultrasound support.
  • copper and copper alloys are applied by thermal spraying of powdery material with a particle diameter D 50 of 20 20 ⁇ m.
  • plasma spraying and high-speed flame spraying are preferably used.
  • the nature of the copper powder is matched to the different thermal spray processes.
  • the copper powder preferably has a grain size D 50 in the range from 8 to 12 ⁇ m, which is determined by the Cilas laser diffraction analysis method.
  • the phosphorus content of the copper or copper alloy is in the range from 0.08 to 0.15% and is determined photometrically, while the oxygen content is in the range from 0.2 to 0.3% and is determined by hot extraction in an inert gas stream.
  • a phosphorus content of preferably 0.10 to 0.12% as deoxidizing agent has positive effects on the oxidation behavior of the applied copper layer.
  • copper alloys can also be used, such as copper-zinc, copper-tin, copper-aluminum, copper-nickel or copper-nickel-zinc, which can additionally contain further alloy components such as iron, manganese, silicon or lead.
  • an inert gas or an is used as the plasma gas Inert gas mixture used, preferably in an amount of argon Range from 30 to 60 l / min.
  • the electrical power of the plasma torch is preferably 10 to 15 kW, particularly preferably 12 kW.
  • the burner is on the rotationally symmetrical body at a distance in Range from 40 to 100 mm, preferably from 40 to 70 mm, with a Speed passed from 10 to 100 mm / min. Among such Conditions an application rate in the range of 2 to 8 kg / h is achieved.
  • the base body is preferably cooled during the coating process in order to keep the oxide formation low and to prevent internal stresses both in the coating and in the base body.
  • CO 2 is preferably used in a finely crystalline form at a high pressure of approximately 40 to 60 bar.
  • the microgranule of the copper powder means that the plasma process can be operated at low energy.
  • a carrier made of highly heat-conducting metal, for example aluminum By pulling the base body onto a carrier made of highly heat-conducting metal, for example aluminum, good heat dissipation is achieved during the coating.
  • Copper layers which are applied as described above can have a layer thickness in the range from 50 to 500 ⁇ m, preferably from 100 to 300 ⁇ m, the thickness uniformity fluctuating only by 5 to 10%.
  • the application in one layer means that the layer has no oxidic intermediate layers.
  • the copper layer can be machined particularly well to a dimensionally accurate body by turning. Non-porous, uniform surfaces with roughnesses of R a ⁇ 0.1 ⁇ m are achieved.
  • the copper layer is still mechanically or structured with the help of laser technology.
  • the sleeve can be form-fitting on a pressure cylinder, e.g. made of metal.
  • the tape laying speed was 0.3 m / s, with a tape tension of 50 N / mm 2 .
  • the plastic matrix of the fiber composite tape was put into a molten state using a gas burner.
  • the matrix-rich surface was then roughened by sandblasting to apply the copper layer.
  • Electro-corundum an aluminum oxide powder with a proportion of 3% titanium dioxide and a grain size in the range from 63 to 149 ⁇ m, was used as the radiation medium.
  • the jet pressure was 2 bar with a jet spacing of 80 mm and with a jet nozzle diameter of 4 mm. After roughening, the surface was cleaned with cleaned compressed air.
  • the surface of the base body treated in this way was coated by plasma spraying with a copper powder with a grain size D 50 in the range from 8 to 10 ⁇ m. Argon was used as the plasma gas.
  • the burner output was 12 kW and the burner was moved at a distance of 60 mm at a speed of 100 mm / min over the base body rotating at a speed of 300 rpm.
  • the surface of the base body was cooled in the area of the plasma flame with CO 2 under a pressure of 60 bar and non-adherent material was removed by blasting with CO 2 snow.
  • the copper layer produced in this way had a layer thickness of 300 ⁇ m.
  • the copper surface could be machined very well with polycrystalline diamond. After a reduction in diameter of 0.15 mm, a pore-free surface with a roughness Ra of 0.1 microns was reached, measured according to DIN 4768. The mold was deviation of the finished sleeve 0.02 mm, while their positional deviation was 0.03 mm, respectively determined according to DIN ISO 1101.
  • the sleeve thus produced was pneumatically compressed with air from the Metal carrier removed and stored over a period of 4 weeks. Then the sleeve was pulled back onto the carrier and gave the same shape and position deviation as in the original production.
  • FIG. 1 shows a printing roller in an oblique view.
  • the reference numeral is the pressure roller 1 highlighted and in the Enlargement is the core cylinder 2 with a bore 3 for pneumatic Removal of the sleeve from fiber-reinforced thermoplastic base 4 with the copper layer 5.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Druckwalze mit einem Kernzylinder und einer abnehmbaren Hülse.
Für das Tiefdruckverfahren werden üblicherweise massive Stahlwalzen galvanisch mit einer Kupferschicht, die eine Schichtdicke im Bereich von 0,2 bis 3,0 mm besitzt, überzogen. In diese Kupferschicht läßt sich die für das Tiefdruckverfahren notwendige Gravur entweder chemisch, mechanisch oder mit Hilfe der Lasertechnik einbringen.
Im Bereich des Flexodruckes hat sich die Hülsentechnik bewährt, bei der mit abziehbaren Hülsen aus Nickel oder duroplastischen Faserverbundwerkstoffen, die zusätzlich noch mit Gummi beschichtet werden, gearbeitet wird. Die Hülsen werden auf den Walzenkern aus Metall pneumatisch aufgezogen und können nach Gebrauch leicht wieder entfernt werden. Für das Tiefdruckverfahren ist diese Technik bislang aber noch nicht gangbar, weil geeignete Hülsen mit einer mechanisch bearbeitbaren Kupferschicht bisher noch nicht bereitgestellt werden konnten.
US-A-4,503,769 beschreibt das Aufbringen einer flammgespritzten Zinkschicht direkt auf einen Kunststoffhohlzylinder und das anschließende Auftragen einer Kupferschicht. Die Zinkschicht dient der Verzahnung mit der Oberfläche des Kunststoffhohlzylinders und der Begrenzung der Temperatureinwirkung auf den Kunststoffkörper.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es eine Druckwalze für das Tiefdruckverfahren bereitzustellen, welche es erlaubt, ohne großen technischen Aufwand nach der Hülsentechnik einen Wechsel des Funktionsprofils vorzunehmen. Dabei soll nicht die komplette Walze ausgetauscht werden, sondern nur eine Hülse, um damit geringere Maschinenstandzeiten zu erreichen in Kombination mit geringerem Aufwand für die Lagerhaltung und den Transport von Stahlwalzen und einer höheren Flexibilität im Betrieb.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Druckwalze der eingangs genannten Gattung, bei der die Hülse einen rohrförmigen Grundkörper aus einem thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffmaterial umfasst und bei dem der Grundkörper auf seiner äußeren Oberfläche mit einer durch Plasmaspritzen erzeugten Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung überzogen ist.
Vorzugsweise ist die Kunststoffmatrix des thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffmaterials durch Hitzeeinwirkung aufgeschmolzen, so daß die einzelnen Lagen unter Erhalt der Faser-Matrixverteilung des thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffmaterials im Grundkörper unter gleichzeitiger Bildung einer homogenen matrixreichen Oberfläche miteinander verschweißt sind.
Das thermoplastische faserverstärkte Material enthält Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Metall-, Keramik-, Bor- oder auch andere Fasern als Endlos- oder Langfasern. Eine beliebige Kombination verschiedener Fasermaterialien innerhalb des Grundkörpers ist ebenfalls möglich.
Das Matrixsystem besteht erfindungsgemäß aus thermoplastischen Kunststoffen, wie beispielsweise Polypropylen (PP), Polyamiden (PA) wie Polyhexamethylenadipinsäureamid oder Poly-ε-caprolactam, Hochdruck- oder Niederdruckpolyethylen (PE), Polyphenylensulfid (PPS), Polycarbonat (PC), Polyoxymethylen (POM), Polyetheretherketonen (PEK) oder aus thermoplastischen Polyestern, wie z.B. Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT).
Das thermoplastische faserverstärkte Material liegt in Form von imprägnierten Bändern oder Geweben vor. Der Faseranteil beträgt 30 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 75 Gew.-%. Die Herstellung dieser Bänder (Tapes) erfolgt z.B. durch Schmelze-, Pulver- oder Suspensionsimprägnierung im Pultrusionsverfahren.
Zur Herstellung von Grundkörpern der erfindungsgemäßen Art, werden auf einen Träger, welcher z.B. aus Metall bestehen kann, mehrere Lagen eines thermoplastischen faserverstärkten Materials aufgebracht und online konsolidiert. Hierzu wird der Träger in Rotation versetzt und mit dem thermoplastischen faserverstärkten Material, welches in Form von einem oder mehreren Bändern oder Geweben vorliegt, umwickelt. Der Wickelwinkel läßt sich variabel in einem Bereich von 0° bis ± 90° einstellen.
Die Kunststoffmatrix des Faserverbundbandes ist durch Hitzeeinwirkung, beispielsweise mit Hilfe eines Gasbrenners, in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt.
In einer besonderen Ausführungsvariante der Erfindung kann sowohl vor Aufbringen als auch nach dem Aufbringen des oben beschriebenen faserverstärkten thermoplastischen Materials auf den Träger ein weiteres ebenfalls faserverstärktes thermoplastisches Material mit einem hohen Matrixanteil aufgebracht werden. Der Faseranteil dieses zweiten Materials ist wesentlich geringer als der des ersten Materials und beträgt vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%.
Erfindungsgemäß wird auf diese Weise eine sehr homogene matrixreiche Oberfläche erzielt. Eine nachträgliche mechanische Bearbeitung des Grundkörpers wird auf diese Weise erheblich erleichtert, da aufgrund der matrixreichen Oberfläche bei einem nachträglichen mechanischen Bearbeiten des Grundkörpers, insbesondere durch Drehen oder Schleifen, nicht die Gefahr besteht, daß oberflächennahe Faserlagen durchtrennt werden, was zu einer Schwächung und einem Verzug des Grundkörpers führen würde.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist anstelle eines zweiten faserarmen thermoplastischen Materials ein thermoplastisches Folienband auf das erste Material aufgebracht, das ebenfalls unter Hitzeeinwirkung mit dem faserreichen Material verschweißt ist. Erfindungsgemäß wird so eine sehr homogene, glatte, matrixreiche Oberfläche erzielt. Die Oberfläche wird bevorzugt mit einer Vorrichtung geglättet, die Antihafteigenschaften besitzt.
Der vorstehend beschriebene Grundkörper besitzt vorteilhafterweise eine besonders hohe Präzision in bezug auf seine geometrischen Abmessungen. So kann beispielsweise ein 1 Meter langer Formkörper mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Wandstärke von ≤ 3 mm mit einer Wandstärkentoleranz von ± 0,3 mm, vorzugsweise ± 0,2 mm, gefertigt werden.
Auf der matrixreichen äußeren Oberfläche des Grundkörpers ist die plasmagespritzte Kupferschicht direkt aufgebracht. Die Oberfläche wird dazu zunächst einem Aufrauhprozeß unterzogen, ohne daß deren Oberflächengeometrie stark verändert wird. Vorzugsweise wird die Oberfläche zur Vorbereitung auf die Auftragung der Kupferschicht mit einem Sandstrahlverfahren behandelt. Hierzu kann eine Aufrauhung der Oberfläche mit Sandstrahlgeräten vorgesehen sein, wobei als Strahlmittel vorzugsweise mineralisches Strahlgut wie feinkörniges Aluminiumoxid, Zirkonkorund u.a. in Frage kommen. Bevorzugte Strahlbedingungen sind dabei ein Strahldruck im Bereich von 1 bis 3 bar, eine Korngröße im Bereich von 20 bis 200 µm, ein Abstand der Düse zu der zu behandelnden Oberfläche im Bereich von 90 bis 120 mm und eine Bewegung der Düse über die behandelte Oberfläche hinweg mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis 1 m/sec. Die Mikrooberflächenrauheit Ra des auf diese Weise behandelten Grundkörpers liegt im Bereich von 6 bis 10 µm, gemessen nach DIN 4768. Die Makrostruktur bleibt unverändert, es sind keine Faserausbrüche in die Oberfläche vorhanden.
Zweckmäßigerweise folgt dem Aufrauhprozeß ein Reinigungsprozeß durch Druckluft oder in einem wäßrigen Reinigungsbad` gegebenenfalls mit Unterstützung durch Ultraschall. Durch den Reinigungsprozess wird im Rahmen der Erfindung sichergestellt, daß eventuell noch vorhandene Verunreingungen an der Oberfläche wirksam entfernt werden.
Das Auftragen von Kupfer und Kupferlegierungen erfolgt erfindungsgemäß durch thermisches Spritzen von pulverförmigem Werkstoff mit einem Teilchendurchmesser D50 von ≤ 20 µm. Erfindungsgemäß kommen vorzugsweise das Plasmaspritzen und das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen zum Einsatz. Die Beschaffenheit des Kupferpulvers wird auf die unterschiedlichen thermischen Spritzverfahren abgestimmt. Das Kupferpulver hat vorzugsweise eine Korngröße D50 im Bereich von 8 bis 12 µm, die nach der Analysenmethode Laserbeugung Cilas bestimmt wird. Der Phosphorgehalt des Kupfers oder der Kupferlegierung liegt im Bereich von 0,08 bis 0,15 % und wird fotometrisch bestimmt während der Sauerstoffgehalt im Bereich von 0,2 bis 0,3 % liegt und durch Heißextraktion im Inertgasstrom bestimmt wird. Überraschend zeigte sich, daß ein Phosphorgehalt von vorzugsweise 0,10 bis 0,12 % als Desoxidationsmittel positive Auswirkungen auf das Oxidationsverhalten der aufgetragenen Kupferschicht ausübt. Neben reinem Kupfer können auch Kupferlegierungen verwendet werden, wie z.B. Kupfer-Zink, Kupfer-Zinn, Kupfer-Aluminium, Kupfer-Nickel oder Kupfer-Nickel-Zink, die zusätzlich weitere Legierungsbestandteile wie z.B. Eisen, Mangan, Silizium oder Blei enthalten können.
Bei dem Plasmaspritzverfahren wird als Plasmagas ein Inertgas oder eine Inertgasmischung verwendet, vorzugsweise Argon in einer Menge im Bereich von 30 bis 60 l/min. Die elektrische Leistung des Plasmabrenners beträgt bevorzugt 10 bis 15 kW, besonders bevorzugt 12 kW. Der Brenner wird an dem rotationssymmetrischen Grundkörper in einem Abstand im Bereich von 40 bis 100 mm, vorzugsweise von 40 bis 70 mm, mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 mm/min vorbeibewegt. Unter derartigen Bedingungen wird eine Auftragsrate im Bereich von 2 bis 8 kg/h erreicht.
Der Grundkörper wird während des Beschichtungsvorganges, um die Oxidbildung gering zu halten und um Eigenspannungen sowohl in der Beschichtung, als auch im Grundkörper vorzubeugen, vorzugsweise gekühlt. Zu diesem Zweck wird bevorzugt CO2 in fein kristalliner Form bei einem hohen Druck von circa 40 bis 60 bar eingesetzt. Es ist zwar bekannt, daß CO2 zur Kühlung beim thermischen Spritzen Verwendung findet, jedoch ist es für den Fachmann überraschend, daß gleichzeitig ein Strahlen der Oberfläche durch CO2 stattfindet, wodurch erreicht wird, daß eine Einbettung stark oxidierter, störender Kleinstpartikel in die Beschichtung unterbunden wird.
Die Mikrokörnung des Kupferpulvers bewirkt, daß der Plasmaprozeß bei niederer Energie betrieben werden kann. Durch Aufziehen des Grundkörpers auf einen Träger aus gut wärmeleitendem Metall, beispielsweise Aluminium, wird eine gute Wärmeabfuhr während der Beschichtung erzielt. Kupferschichten, die wie vorstehend beschrieben aufgetragen sind, können in einem Arbeitsgang eine Schichtdicke im Bereich von 50 bis 500 µm aufweisen, vorzugsweise von 100 bis 300 µm, wobei die Dickengleichmäßigkeit nur noch um 5 bis 10 % schwankt. Die Auftragung in einer Lage bewirkt, daß die Schicht keine oxidischen Zwischenlagen aufweist. Die Kupferschicht läßt sich besonders gut zu einem maßgenauen Körper durch Drehen bearbeiten. Es werden porenfreie, gleichmäßige Oberflächen mit Rauheiten von Ra ≤ 0,1 µm erreicht.
Für die fertige Druckwalze wird die Kupferschicht noch mechanisch oder mit Hilfe der Lasertechnologie strukturiert. Die Hülse kann formschlüssig auf einen Druckzylinder, z.B. aus Metall, aufgezogen werden.
Beispiel 1
Ein Grundkörper aus Polyamid 6 mit 65 % Glasfaseranteil mit einem Innendurchmesser von 100 mm, einer Länge von 800 mm und einer Wanddicke von 1,8 mm wurde auf einem metallischen Träger aus Aluminium bei gleichmäßiger Rotation in einer Wickelmaschine hergestellt, indem zunächst das glasfaserverstärkte Polyamidmaterial in Umfangsrichtung in einem Winkel von nahezu 90°, bezogen auf die Achse des rotierenden Körpers, gewickelt wurde (= "90°-Lage"). Die Bandablegegeschwindigkeit betrug 0,3 m/s, bei einer Bandspannung von 50 N/mm2. Die Kunststoffmatrix des Faserverbundbandes wurde mit Hilfe eines Gasbrenners in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt.
Nach den "90°-Lagen" wurden Kreuzwicklungen mit einem variablen Winkel von ± 55° aus einem Faserverbundwerkstoff aus Polyamid 6 mit 65 Gew. % Glasfaser aufgebracht und anschließend wurde die noch schmelzflüssige beziehungsweise plastifizierbare Matrix durch eine zusätzliche Andrück- und Glättungsrolle geglättet.
Die matrixreiche Oberfläche wurde dann zur Auftragung der Kupferschicht durch Sandstrahlen aufgerauht. Als Strahlungsmittel wurde Elektrokorund verwendet, ein Aluminiumoxidpulver mit einem Anteil von 3 % Titandioxid und einer Korngröße im Bereich von 63 bis 149 µm. Der Strahldruck betrug 2 bar bei einem Strahlabstand von 80 mm und bei einem Strahldüsendurchmesser von 4 mm. Nach dem Aufrauhen wurde die Oberfläche mit gereinigter Druckluft gereinigt. Die so behandelte Oberfläche des Grundkörpers wurde durch Plasmaspritzen mit einem Kupferpulver mit einer Korngröße D50 im Bereich von 8 bis 10 µm beschichtet. Als Plasmagas wurde Argon verwendet. Die Brennerleistung betrug 12 kW und der Brenner wurde in einem Abstand von 60 mm mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min über den mit einer Drehzahl von 300 U/min rotierenden Grundkörper hinwegbewegt. Die Oberfläche des Grundkörpers wurde dabei im Bereich der Plasmaflamme mit CO2 unter einem Druck von 60 bar gekühlt und nicht haftendes Material durch Strahlen mit CO2-Schnee entfernt.
Die so hergestellte Kupferschicht hatte eine Schichtdicke von 300 µm. Die Kupferoberfläche ließ sich sehr gut mit polykristallinem Diamant mechanisch bearbeiten. Nach einer Durchmesserverringerung von 0,15 mm wurde eine porenfreie Oberfläche mit einer Rauheit Ra von 0,1 µm erreicht, gemessen nach DIN 4768. Die Formabweichung der fertigen Hülse betrug 0,02 mm, während ihre Lageabweichung 0,03 mm betrug, jeweils bestimmt nach DIN ISO 1101.
Die so hergestellte Hülse wurde pneumatisch mit Druckluft von dem Metallträger entfernt und über einen Zeitraum von 4 Wochen gelagert. Dann wurde die Hülse erneut auf den Träger aufgezogen und ergab die gleiche Form- und Lageabweichung wie bei der urprünglichen Herstellung.
Zur noch deutlicheren Veranschaulichung der Neuerung ist eine Figur beigefügt, die eine Druckwalze in schräger Ansicht zeigt. Mit Bezugszeichen ist die Druckwalze 1 hervorgehoben und in der Vergrößerung ist der Kernzylinder 2 mit einer Bohrung 3 zur pneumatischen Entfernung der Hülse aus faserverstärktem thermoplastischem Grundkörper 4 mit der Kupferschicht 5 zu erkennen.

Claims (9)

  1. Druckwalze umfassend einen Kernzylinder und eine Hülse aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen rohrförmigen Grundkörper aus einem thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffmaterial umfasst und daß der Grundkörper auf seiner äußeren Oberfläche mit einer durch Plasmaspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von Pulver mit einem Teilchendurchmesser D50 von ≤ 20 µm erzeugten Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung direkt überzogen ist.
  2. Druckwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernzylinder als Hohlkörper aus Metall oder thermoplastischen oder duroplastischen Faserverbundstoffen ausgebildet ist.
  3. Druckwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernzylinder an wenigstens einer Stirnseite verjüngt ist und entlang seiner Längsachse radiale Bohrungen aufweist.
  4. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische faserverstärkte Material in Form von imprägnierten Bändern oder Geweben Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Metall-, Keramik-, Bor- oder auch andere Fasern als Endlos- oder Langfasern enthält, wobei der Faseranteil 30 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 75 Gew.-% beträgt.
  5. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff Polypropylen (PP), Polyamide (PA) wie Polyhexamethylenadipinsäureamid oder Poly-ε-caprolactam, Hochdruck- oder Niederdruckpolyethylen (PE), Polyphenylensulfid (PPS), Polycarbonat (PC), Polyoxymethylen (POM), Polyetheretherketone oder thermoplastische Polyester wie Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat oder Mischungen von diesen enthält.
  6. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die plasmagespritzte Kupfer- oder Kupferlegierungsschicht auf der matrixreichen äußeren Oberfläche des Grundkörpers der Hülse eine Schichtdicke im Bereich von 50 bis 500 µm, vorzugsweise von 100 bis 300 µm, besitzt.
  7. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer- oder Kupferlegierungsschicht eine homogene Struktur ohne oxidische Zwischenlagen, eine porenfreie Oberfläche und eine Oberflächenrauhheit im Bereich von Ra ≤ 0,1 µm besitzt.
  8. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung zusätzlich die Metalle Zink, Zinn, Eisen, Nickel, Mangan, Silizium, Aluminium, Blei oder Mischungen von diesen enthält.
  9. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lageabweichung im Bereich von 0,02 bis 0,04 mm und eine Formabweichung im Bereich von 0,01 bis 0,03 mm besitzt.
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