EP1340623B1 - Oberfläche für Maschinenteile einer Druckmaschine - Google Patents

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EP1340623B1
EP1340623B1 EP20030002784 EP03002784A EP1340623B1 EP 1340623 B1 EP1340623 B1 EP 1340623B1 EP 20030002784 EP20030002784 EP 20030002784 EP 03002784 A EP03002784 A EP 03002784A EP 1340623 B1 EP1340623 B1 EP 1340623B1
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EP
European Patent Office
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coating
roller according
moistening roller
additives
carrier layer
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Horst Böttcher
Helfried Haufe
Boris Mahlting
Holger Richter
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Koenig and Bauer AG
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    • B41F7/20—Details
    • B41F7/24—Damping devices
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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
    • B41N7/00—Shells for rollers of printing machines
    • B41N7/04—Shells for rollers of printing machines for damping rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41N2207/00—Location or type of the layers in shells for rollers of printing machines
    • B41N2207/02—Top layers

Definitions

  • the invention relates to a dampening roller for dampening units in printing machines with a coating consisting of a carrier layer with applied hydrophilic functional coating as defined in claim 1.
  • the dampening roller is used in particular as a metering roller or distributor roller.
  • the dampening roller is part of a dampening unit, as used for example in Akzidenz offset printing machines.
  • a dampening solution film is produced on the non-printing areas of the printing plate, which prevents them from being wetted with printing ink.
  • the formation of dampening solution depends on several factors, in particular the surface tension of the dampening solution and the material properties of the dampening rollers.
  • the dampening rollers in contact with each other draw the fountain solution from a dampening solution reservoir and convey it to the printing plate, to which it is applied by the dampening application roller in the form of a film.
  • Good wettability of the roll surfaces against the dampening solution promotes the formation of a uniform, thin and closed film on the non-printing parts of the printing plate.
  • the amount of additives added to the dampening solution to reduce the surface tension can be reduced when the dampening unit produces a stable fountain solution film.
  • dampening rollers which have a applied by thermal spraying ceramic coating of the oxides or oxide mixtures of the elements hafnium, cerium, titanium and tantalum.
  • a fountain roller which has a microporous, plasma-nitrided stainless steel coating.
  • the surface layer is applied by plasma nitriding.
  • dampening rollers are their good wear resistance. However, with regard to their wetting behavior with respect to the wetting agent, they prove to be insufficiently hydrophilic.
  • the object of the invention to provide a dampening roller with hydrophilic lateral surface, which is resistant to wear and can be regenerated.
  • the invention is based on the recognition that the chemical properties of dampening rollers can be decisively improved by applying special coatings, wherein the resistance of the applied coatings to wear depends crucially on the anchoring of the coating in the underlying layer.
  • suitable anchoring pores are provided in the present invention as anchoring points, into which the functional coating, which is applied in liquid form, can penetrate before it is cured by drying and subsequent thermal aftertreatment. It is essential here that the size of the pores is set so that with repeated application of the functional coating still sufficient pore volume is available to anchor other, applied after the first, functional coatings. This ensures that the surface can be regenerated by re-coating. In this case, the formation of pores with irregular diameters has proven to be advantageous, i. that both the diameter of pore to pore, as well as the diameter of the individual pores vary within a certain range. A surface with particularly stable properties can be produced, even if the orientation of the pores is irregular and the pores in particular do not run radially to the cylinder axis.
  • a pore structure which satisfies these requirements can be produced in a simple manner by thermal spraying.
  • the dampening roller according to the invention can be used in any types of dampening. Representative of these are shown in Figs. 1 and 2, a four-roll dampening unit and a combined inking / dampening unit. In both dampening units, the dampening solution 13 is scooped from a dampening solution tank 12 by means of a fountain roller 8 and transported in the form of a film over the lateral surface of the platen roller 8 downstream rollers 9, 10, 11 to the plate cylinder 7 and with the dampening roller 10 as a thin film on the printing plate applied.
  • the dampening roller according to the invention is used as a fountain roller 8 and as dampening roller 11.
  • the dampening roller according to the invention is used as a transfer roller 9 is used.
  • the dampening roller consists of a cast base body, on which a carrier layer 1, for example, produced in the plasma coating process is applied (see FIG. 3). This is prepared using metal or metal oxide powders, which preferably have particle sizes between 5 and 50 microns. Between carrier layer 1 and base body, a primer layer not shown in the figures can be provided.
  • randomly distributed pores 2 are formed in the carrier layer 1, which vary in size and have diameters of 5 to 10 ⁇ m. Depending on the parameters of the coating, microcracks may also occur.
  • a functional coating 5, 6 as defined in the present claim 1 is provided on the carrier layer 1.
  • the functional coating 5, 6 can be designed as a single-layered or multi-layered coating. Their total layer thickness is smaller than the diameter of the pores 2 of the carrier material, ie that the totaled thickness of the regions of the functional coating 5, 6 which are opposite the inside of the pores 2 is always smaller than the pore diameter.
  • the coating material used are modified inorganic nanosols.
  • the modified inorganic nanosols consist of at least two components.
  • the first component includes inorganic oxide nanoparticles of II.-V. Main and subgroup of the periodic table or mixtures thereof. These are preferably nanoparticles consisting of SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 or mixtures thereof in aqueous, alcoholic or mixed solvents.
  • the second component consists of the coating material-immiscible additives to achieve the hydrophilic behavior and increase the surface energy of the coating.
  • the above-mentioned additives may be used singly or in combination of two or more.
  • the coating is easily produced using the sol-gel method.
  • the nanosol produced is applied by known coating methods, such as spraying, brushing, dipping, spin coating or dipping cover coating, with a defined coating thickness.
  • the coating solution distributes uniformly on the surface of the carrier layer 1 and also penetrates into the interior of the pores 2 in the carrier layer 1, without, however, adding the pores 2.
  • the nanoparticles orient themselves and the sol gels.
  • the layer is subsequently removed by drying the solvent.
  • the dried layer is then fixed by annealing.
  • the temperatures are preferably between 120 and 200 ° C. If inorganic iso- or heteropolyacids are used as additives (see above, final coat), the annealing temperature can be up to 600 ° C.
  • the pores 2 also provide sufficient attack points for the anchoring of the functional coating 5, 6 for further coating processes. This makes it possible to regenerate the surface and thus also its properties.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Feuchtwalze für Feuchtwerke in Druckmaschinen mit einer Beschichtung, bestehend aus einer Trägerschicht mit aufgebrachter hydrophiler Funktionsbeschichtung wie in Anspruch 1 definiert. Die Feuchtwalze findet insbesondere als Dosierwalze oder Reiberwalze Verwendung.
  • Die Feuchtwalze ist Bestandteil eines Feuchtwerkes, wie es zum Beispiel in Akzidenz-Offsetdruckmaschinen Verwendung findet. Mit dem Feuchtwerk wird ein Feuchtmittelfilm auf den nichtdruckenden Partien der Druckplatte erzeugt, der verhindert, dass diese mit Druckfarbe benetzt werden. Die Entstehung des Feuchtmittelfilms hängt dabei von mehreren Faktoren, insbesondere der Oberflächenspannung des Feuchtmittels und den Materialeigenschaften der Feuchtwalzen, ab.
  • Die miteinander in Kontakt stehenden Feuchtwalzen schöpfen das Feuchtmittel aus einem Feuchtmittelreservoir und fördern es zur Druckplatte, auf die es von der Feuchtauftragswalze in Form eines Filmes aufgetragen wird. Gute Benetzbarkeit der Walzenoberflächen gegenüber dem Feuchtmittel fördert die Ausbildung eines gleichmäßigen, dünnen und geschlossenen Filmes auf den nichtdruckenden Partien der Druckplatte. Im Übrigen kann die Menge der dem Feuchtmittel zur Reduzierung der Oberflächenspannung zugegebenen Zusätze reduziert werden, wenn das Feuchtwerk einen stabilen Feuchtmittelfilm erzeugt.
  • Nach der DE 42 42 620 A1 sind Feuchtwalzen bekannt, die eine durch thermisches Spritzen applizierte keramische Beschichtung aus den Oxiden oder Oxidgemischen der Elemente Hafnium, Cer, Titan und Tantal aufweisen.
  • Aus der DE 197 27 829 A1 geht eine Feuchtwalze als bekannt hervor, die eine mikroporöse, plasmanitrierte Edelstahlbeschichtung aufweist. Die Oberflächenschicht wird durch Plasmanitrieren appliziert.
  • Ferner wird gemäß der DE 43 21 183 A1 vorgeschlagen, die Mantelfläche einer Feuchtwalze mit Zirkonoxid und/oder Yttriummoxid zu beschichten.
  • Der Vorteil derartig beschaffener Feuchtwalzen besteht in ihrer guten Verschleißbeständigkeit. In Bezug auf ihr Benetzungsverhalten gegenüber dem Feuchtmittel erweisen sie sich jedoch als nicht ausreichend hydrophil.
  • In der DE 195 16 051 A1 ist eine Feuchtwalze beschrieben, die eine Beschichtung aufweist, welche aus einem elastomeren Material mit hydrophilen Gruppen gebildet ist. Als hydrophile Gruppen finden Carboxylat-, Amido-, Sulfonsäure und/oder Sulfonatgruppen Verwendung.
  • Durch diesen Aufbau werden die Benetzungseigenschaften der Walzen verbessert, die aufgebrachte Beschichtung erweist sich jedoch gegenüber den mit hydrophiler Keramik beschichteten Walzen als weniger verschleißbeständig.
  • Aus den genannten Nachteilen resultiert die Aufgabe der Erfindung, eine Feuchtwalze mit hydrophiler Mantelfläche zu schaffen, die verschleißbeständig ist und regeneriert werden kann.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Feuchtwalze für Feuchtwerke in Druckmaschinen vorgeschlagen, die den Merkmalen des Anspruchs 1 entspricht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, dass die chemischen Eigenschaften von Feuchtwalzen durch Aufbringen spezieller Beschichtungen entscheidend verbessert werden können, wobei die Beständigkeit der aufgebrachten Beschichtungen gegen Verschleiß entscheidend von der Verankerung der Beschichtung in der darunterliegenden Schicht abhängt.
  • Dazu sind bei der vorliegenden Erfindung als Verankerungspunkte geeignet geformte Poren vorgesehen, in die die Funktionsbeschichtung, die in flüssiger Form aufgetragen wird, eindringen kann, bevor sie durch Trocknen und anschließendes thermisches Nachbehandeln ausgehärtet wird. Wesentlich ist hierbei, dass die Größe der Poren so eingestellt ist, dass bei wiederholtem Auftrag der Funktionsbeschichtung noch ausreichend Porenvolumen zur Verfügung steht, um auch weitere, nach der ersten aufgebrachten, Funktionsbeschichtungen zu verankern. Damit ist gewährleistet, dass die Oberfläche durch erneutes Beschichten regeneriert werden kann. Als vorteilhaft hat sich dabei die Ausbildung von Poren mit unregelmäßigen Durchmessern erwiesen, d.h. dass sowohl die Durchmesser von Pore zu Pore, wie auch der Durchmesser der einzelnen Poren in einem bestimmten Bereich schwanken. Eine Oberfläche mit besonders beständigen Eigenschaften lässt sich erzeugen, wenn auch die Ausrichtung der Poren unregelmäßig ist und die Poren insbesondere nicht radial zur Zylinderachse verlaufen.
  • Eine diesen Forderungen genügende Porenstruktur lässt sich in einfacher Weise durch thermisches Spritzen erzeugen.
  • Anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt
    • Fig. 1
    die schematische Darstellung eines Vierwalzenfeuchtwerkes,
    Fig. 2
    die schematische Darstellung eines kombinierten Farb-/Feuchtwerks,
    Fig. 3
    einen Ausschnitt aus der Oberfläche einer Feuchtwalze mit Poren und
    Fig. 4
    die erfindungsgemäße Oberfläche, bestehend aus einer Trägerschicht mit aufgebrachter zweischichtiger Funktionsbeschichtung.
  • Die erfindungsgemäße Feuchtwalze kann in beliebigen Feuchtwerkstypen Verwendung finden. Stellvertretend für diese sind in den Fig. 1 und 2 ein Vierwalzenfeuchtwerk und ein kombiniertes Farb-/Feuchtwerk dargestellt. Bei beiden Feuchtwerken wird das Feuchtmittel 13 aus einem Feuchtmittelbehälter 12 mittels einer Tauchwalze 8 geschöpft und in Form eines Filmes über die Mantelfläche der der Tauchwalze 8 nachgelagerten Walzen 9, 10, 11 zum Plattenzylinder 7 transportiert und mit der Feuchtauftragswalze 10 als dünner Film auf der Druckplatte aufgebracht. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Feuchtwerkstyp ist die erfindungsgemäße Feuchtwalze als Tauchwalze 8 und als Feuchtreiberwalze 11 eingesetzt. Bei einem Feuchtwerk der in Fig. 2 dargestellten Art kommt die erfindungsgemäße Feuchtwalze als Übertragungswalze 9 zum Einsatz.
  • Die Feuchtwalze besteht aus einem gegossenen Grundkörper, auf dem eine beispielsweise im Plasmabeschichtungsverfahren erzeugte Trägerschicht 1 appliziert ist (siehe hierzu Figur 3). Diese wird unter Verwendung von metallischen oder metalloxidischen Pulvern, die vorzugsweise Korngrößen zwischen 5 und 50 µm aufweisen, hergestellt. Zwischen Trägerschicht 1 und Grundkörper kann eine in den Figuren nicht dargestellte Haftvermittlerschicht vorgesehen sein.
  • Durch die gezielte Einstellung der Parameter beim Plasmaspritzen entstehen dabei in zufälliger Verteilung unausgerichtete Poren 2 in der Trägerschicht 1, die in ihrer Größe variieren und Durchmesser von 5 bis 10 µm aufweisen. In Abhängigkeit von den Parametern bei der Beschichtung können auch Mikrorisse auftreten.
  • Wie aus der Figur 4 ersichtlich, ist auf der Trägerschicht 1 eine Funktionsbeschichtung 5, 6 wie in vorliegendem Anspruch 1 definiert vorgesehen.
  • Die Funktionsbeschichtung 5, 6 kann einschichtig oder mehrschichtig ausgeführt sein. Ihre Gesamtschichtdicke ist kleiner als der Durchmesser der Poren 2 des Trägermaterials, d.h. dass die aussummierte Dicke der sich im Inneren der Poren 2 gegenüberliegenden Bereiche der Funktionsbeschichtung 5, 6 stets kleiner als der Porendurchmesser ist.
  • Als Beschichtungsmaterial werden modifizierte anorganische Nanosole verwendet.
  • Die modifizierten anorganischen Nanosole bestehen aus mindestens zwei Komponenten. Zur ersten Komponente gehören anorganische oxidische Nanopartikel von Elementen der II.-V. Haupt- und Nebengruppe des Periodensystems oder deren Gemische. Das sind vorzugsweise Nanopartikel, bestehend aus SiO2, TiO2, Al2O3 oder deren Gemische in wässrigen, alkoholischen oder daraus gemischten Lösungsmitteln.
  • Die zweite Komponente besteht aus dem Beschichtungsmaterial zumischbaren Additiven zur Erreichung des hydrophilen Verhaltens und Erhöhung der Oberflächenenergie der Beschichtung.
  • Als Additive werden vorzugsweise eingesetzt:
    • ― Tensid-Verbindungen, bestehend aus langkettigen Alkyl- oder Fluoralkylresten mit mehr als 8 Kohlenstoffatomen und ein oder mehreren positiv oder negativ geladenen ionischen Endgruppen (z.B. 8% Cetyltrimethylammoniumbromid CTAB oder 2% Natriumdodecylsulfat oder 15% Perfluoralkylsulfonat FT2)
    • ― Polysiloxan-Verbindungen mit hydrophilen Seiten- oder Endgruppen, vorzugsweise Ethylenoxid- oder Alkoholgruppen (z.B. 16% Polysiloxan NM4 oder 50% Polysiloxan A200)
    • ― organische Polymere mit positiv oder negativ geladenen ionischen Seiten- oder Endgruppen (z.B. 2% Polystyrensulfonat 3000)
    • ― wasserlösliche Mono-, Oligo- und Polysaccharid-Verbindungen und Derivate (z.B. 20% Sorbit)
    • ― anorganische Iso- und Heteropolysäuren (z.B. 20% P2O5)
  • Dabei können die oben genannten Additive einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren eingesetzt werden.
  • Die Beschichtung ist in einfacher Weise unter Anwendung des Sol-Gel-Verfahrens zu erzeugen. Dazu wird das erzeugte Nanosol durch bekannte Beschichtungsverfahren, wie Sprüh-, Streich-, Tauch-, Schleuder- oder Tauchbegussbeschichtung, mit definierter Beschichtungsdicke aufgebracht. Die Beschichtungslösung verteilt sich gleichmäßig auf der Oberfläche der Trägerschicht 1 und dringt auch in das Innere der Poren 2 in der Trägerschicht 1 ein, ohne jedoch die Poren 2 zuzusetzen.
  • In ihrem Bestreben, das extrem große Oberflächen/Volumenverhältnis zu reduzieren, orientieren sich die Nanopartikel und das Sol geliert. Der Schicht wird im weiteren Verlauf durch Trocknung das Lösungsmittel entzogen. Die angetrocknete Schicht wird anschließend durch Tempern fixiert. Die Temperaturen betragen dabei vorzugsweise zwischen 120 und 200°C. Werden als Additive anorganische Iso- oder Heteropolysäuren verwendet (siehe oben, letzter Anstrich) so kann die Temper-Temperatur bis 600°C betragen.
  • Sollte sich die Funktionsbeschichtung 5, 6 durch mechanischen Verschleiß abnutzen, kann der Beschichtungsprozess wiederholt werden. Die Poren 2 bieten auch für weitere Beschichtungsprozesse ausreichend Angriffspunkte für die Verankerung der Funktionsbeschichtung 5, 6. Damit ist es möglich, die Oberfläche und damit auch deren Eigenschaften zu regenerieren.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Trägerschicht
    2
    Pore
    3
    Profilhöhe
    4
    Profiltiefe
    5
    Ersterzeugte Funktionsbeschichtung
    6
    Regenerierte Funktionsbeschichtung
    7
    Plattenzylinder
    8
    Tauchwalze
    9
    Übertragungswalze
    10
    Feuchtauftragswalze
    11
    Feuchtreiberwalze
    12
    Feuchtmittelbehälter
    13
    Feuchtmittel

Claims (15)

  1. Feuchtwalze für Feuchtwerke in Druckmaschinen mit einer Beschichtung, bestehend aus einer Trägerschicht (1) mit Poren (2) und einer auf der Trägerschicht aufgebrachten ein- oder mehrschichtigen hydrophilen Funktionsbeschichtung (5, 6), deren Gesamtschichtdicke kleiner ist als der Durchmesser der Poren (2) der Trägerschicht (1) und die in den Innenraum der Poren (2) eindringt ohne diese zuzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsbeschichtung eine aus mit Additiven modifizierten anorganischen nanokristallinen Partikeln im Sol-Gel-Verfahren erzeugte Nanosolbeschichtung ist.
  2. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei die Poren (2) Durchmesser im Bereich von 5 bis 10 µm aufweisen.
  3. Feuchtwalze nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trägerschicht (1) durch thermisches Spritzen aufgebracht ist.
  4. Feuchtwalze nach Anspruch 3, wobei die Trägerschicht (1) durch Plasmabeschichtung mit metallischen oder metalloxidischen Pulvern der Korngrößen von 5 bis 50 µm aufgebracht ist.
  5. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei die Nanosol-Beschichtung durch Sprüh-, Streich-, Tauch-, Schleuder- oder Tauchbegussbeschichtung aufgebracht ist.
  6. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei die nanokristallinen Partikel aus Oxiden der Elemente der II. bis V. Haupt- und Nebengruppe oder deren Gemischen bestehen.
  7. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei die nanokristallinen Partikel aus Siliziumoxid, Titanoxid oder Aluminiumoxid oder aus Gemischen der genannten Oxide bestehen.
  8. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei als Additive Tensid-Verbindungen aus langkettigen Alkyl- oder Fluoralkylresten mit mehr als 8 Kohlenstoffatomen und ein oder mehreren positiv oder negativ geladenen ionischen Endgruppen eingesetzt werden.
  9. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei als Additive Polysiloxan-Verbindungen mit hydrophilen Seiten- oder Endgruppen, vorzugsweise Ethylenoxid- oder Alkoholgruppen eingesetzt werden.
  10. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei als Additive organische Polymere mit positiv oder negativ geladenen ionischen Seiten- oder Endgruppen eingesetzt werden.
  11. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei als Additive wasserlösliche Mono-, Oligo- und Polysaccharid-Verbindungen und Derivate eingesetzt werden
  12. Feuchtwalze nach Anspruch 1, wobei als Additive anorganische Iso- und Heteropolysäuren eingesetzt werden
  13. Feuchtwalze nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, wobei die Funktionsbeschichtung mittels thermischer Nachbehandlung bei Temperaturen von vorzugsweise 120 bis 200°C fixierbar ist.
  14. Feuchtwalze nach den Anspruch 12, wobei die Funktionsbeschichtung mittels thermischer Nachbehandlung bis maximal 600°C fixierbar ist.
  15. Feuchtwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht (1) räustrukturiert ist.
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