EP1816006B1 - Farbduktorwalze einer Rollendruckmaschine - Google Patents

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EP1816006B1
EP1816006B1 EP07002038A EP07002038A EP1816006B1 EP 1816006 B1 EP1816006 B1 EP 1816006B1 EP 07002038 A EP07002038 A EP 07002038A EP 07002038 A EP07002038 A EP 07002038A EP 1816006 B1 EP1816006 B1 EP 1816006B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ink
polar
ink duct
coating
disperse
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP07002038A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1816006A1 (de
Inventor
Ralph Dr. Klarmann
Peter Schulmeister
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Manroland AG
Original Assignee
Manroland AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Manroland AG filed Critical Manroland AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1816006B1 publication Critical patent/EP1816006B1/de
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41NPRINTING 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
    • B41N7/00Shells for rollers of printing machines
    • B41N7/06Shells for rollers of printing machines for inking rollers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41FPRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F31/00Inking arrangements or devices
    • B41F31/26Construction of inking rollers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41NPRINTING 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
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    • B41N2207/04Intermediate layers
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    • B41N2207/00Location or type of the layers in shells for rollers of printing machines
    • B41N2207/10Location or type of the layers in shells for rollers of printing machines characterised by inorganic compounds, e.g. pigments

Definitions

  • the invention relates to a ink ductor roller of a web-fed printing machine according to the preamble of claim 1.
  • Ink fountain rollers of web presses pick up the ink from a film inking unit and usually transfer it to the printing plate cylinder via further ink transfer rollers, which transfer the ink to a blanket cylinder and finally to the subject.
  • the ink absorption of the ink ductor roller is homogeneous and the ink film does not tear on the ductor roller or the ductor roller runs blank or dry.
  • blank running or ink film cracking on the ductor roller surface depends on the composition of the ink, the concentration of dampening solution used in printing, or any impurities adhering to the ductor roller surface.
  • Ink roller rollers with a ceramic surface are known from the prior art, which usually consist of a mixture of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ), which, however, achieve only unsatisfactory results with regard to the blank running properties.
  • ink ductor rollers with a metallic sprayed layer applied to the ink ductor roller by high velocity flame spraying.
  • the metallic spray layer preferably of a metal alloy, such as nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), boron (B) and silicon (Si).
  • Ni nickel
  • Cr chromium
  • Fe iron
  • B boron
  • Si silicon
  • pamphlet US 5,786,051 describes a ink fountain roller whose surface is treated by ion implantation so that microscopic cracks and pores are closed so as to achieve a smoother surface and thereby a higher abrasion resistance and corrosion resistance.
  • the present invention is based on the problem to provide a ductor roller of a web-fed printing press, which has a surface in which the phenomenon of blank or color film break even further reduced or completely prevented, the surface should also be designed such that contamination less or not sticking to it.
  • the inventors have recognized that first of all the surface energy, in this case above all the polar fraction, of the ink ductor roller surface is decisive for its oleophilic or hydrophobic properties. The lower the surface energy is, the more “color-friendly” and “water-hostile” is the surface. It is also to be explained hereby that the metallic high-speed flame sprayed layer on the ink ductor roller surface, which has a higher density and a lower surface energy than the ceramic ink ductor roller surface, also has better ink receptivity and thus lower blank running properties.
  • the inventors have also recognized that the morphology or the topography of the surface also has an influence on the bright running properties of the ink ductor roller surface. For example, within pores and microcracks in the ink ductor roll surface, contaminants, especially of calcium carbonate and kaolin, which due to their hydrophilic properties act as germ cells for the unwanted spreading of dampening water on the ductor roll surface, cause the color to submerge and possibly run over the ductor roller causes.
  • the ink fountain roller rotates at a rotation speed that is approximately 60 times lower. This low rotational speed is necessary to ensure a homogeneous absorption of the color from the ink fountain and to avoid whirling up of the paint. Due to the much lower rotational speed, the wear problem on the ink fountain roller occurs only to a lesser extent than in the ink transfer roller. So far, the use of a plasma coating on the surface appeared on the ink fountain roller a Farbduktorwalze, the coating means a not inconsiderable cost, not to be useful.
  • the inventors propose to improve a ink ductor roller of a web-fed printing press according to the preamble of claim 1 such that the roller surface has a coating applied by means of plasma immersion ion implantation.
  • the plasma immersion ion implantation also referred to as ion implantation or vacuum plasma technology
  • the benefits of conventional ion implantation can be transferred to large, complex geometries.
  • the plasma immersion ion implantation differs from the plasma coating by means of thermal spraying.
  • the workpiece to be treated is enveloped in a vacuum chamber by a plasma generated by a suitable plasma source.
  • a plasma generated by a suitable plasma source By applying negative high voltage pulses with very short pulse rise times, which are in the range of less than one microsecond, the more mobile electrons of the plasma are then pushed back and accelerated or implanted the remaining positive ions on the workpiece.
  • the acceleration voltages are below the acceleration voltages of conventional ion implantation, which are in the order of 30 kilovolts. Due to the improvement of the mechanical load capacity of metal components, the method is used in the space sector and in the medical implantation / field. As a further advantage of the plasma immersion ion implantation, a structure modification can take place in addition to a coating.
  • microcracks on the surface of the ink ductor roller which have a diameter in the sub-micron range, are reduced and thus the surface becomes smoother and less contamination can adhere. Furthermore, especially this plasma coating has favorable values with regard to the polar and disperse fraction of the surface energy.
  • metals such as titanium, molybdenum, zirconium and / or other 4 or 6-valent metals are suitable for the plasma coating.
  • the plasma coating can also be multi-layered, preferably at least two-layered.
  • the composition of the plasma coating should be chosen such that the lowest possible total surface energy of about 35 mN / m results.
  • the sessile drop method which involves applying at least three test liquids to the surface, is suitable for determining the surface energy.
  • composition of the plasma coating should be chosen such that a polar fraction of the surface energy of not more than 7 mN / m results. With a polar fraction of the surface energy of 7 mN / m at maximum and a total surface energy of 35 mN / m, a disperse fraction of the surface energy of at most 28 mN / m results.
  • composition of the plasma coating should be chosen so that water has a wetting angle of at least 70 degrees on the surface.
  • a thermal sprayed layer preferably of metal and / or ceramic
  • the intermediate layer can preferably be applied by high-speed flame spraying on the core.
  • the metallic intermediate layer should contain at least nickel, chromium, iron, boron and silicon. Depending on the composition of the metal, the effect and the adhesion of the plasma coating are different.
  • the total layer thickness of the metallic plasma coating can be between 100 nm and 3 ⁇ m.
  • the FIG. 1 shows a schematic diagram of a scanning electron micrograph of a ceramic coating a Ductor roller surface with 500-fold magnification.
  • the ceramic coating consists of a mixture of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ).
  • the illustrated section of the ceramic surface corresponds approximately to a width of 250 microns and a height of 180 microns, where one microns corresponds to 10 -6 meters.
  • Wells 1 (circled area) can be clearly seen on this surface, some of which have diameters of approximately 20 ⁇ m. The inventors have recognized that unwanted contaminants can accumulate in these depressions.
  • the surface should be made smoother.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a scanning electronic recording of a metallic spray layer of a Ductor roller surface with 500-fold magnification.
  • the size dimensions of the cutout correspond to those of FIG. 1 .
  • the number of recesses 1 is significantly lower in the case of a metallic ink ductor roller surface than in the case of a ceramic coating.
  • contaminations, especially of calcium carbonate and kaolin, which due to their hydrophilic properties can accumulate within these recesses in the ink duct roller surface as germ cells for the unwanted spreading of fountain solution on the ductor roller surface, which causes an infiltration of the color and possibly a run over the ink ductor roller.
  • the metallic ink duct roller surface with its lower surface energy and reduced number of recesses substantially reduces the likelihood of contamination on the ink duct surface.
  • FIG. 3 shows a partial section of the surface FIG. 2 with diagram below of an EDX analysis.
  • the occurrence of certain substances and their concentration is determined with the EDX analysis, in which an energy-dispersive X-ray fluorescence analysis is performed.
  • the elliptically framed area of the left-hand EDX diagram in addition to the metal components of the ink ductor roller surface, a significantly increased concentration of carbon (first peak) in the region of the depressions can be recognized.
  • the "carbon peak" of the smooth roll surface in the elliptically framed area of the right EDX plot is of lesser height. This suggests that organic contaminants preferentially deposit in the wells.
  • the circle 2 corresponds to the Kaelble réelle a ceramic layer consisting of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ).
  • the circle 3 corresponds to the Kaelble réelle a metal layer consisting of nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), boron (B) and silicon (Si), which was applied by high-speed flame spraying.
  • the circle 4 corresponds to the Kaelble réelle a metal layer, which was then additionally coated plasma.
  • the first fountain solution 5.1 is outside all Kaelblenike 2 to 4 and can not displace the color of the ink fountain roller surface.
  • the second fountain solution 5.2 is outside the Kaelblenike 3 and 4, with the metallic coating and the metallic plasma coating. On these two surfaces, the ink can not be displaced by the second dampening solution 5.2 from the ink duct roller surface. However, the second dampening solution displaces the 5.2 Color on the ceramic surface, as it lies within the Kaelblenikes 2. From the diagram of FIG. 4 It can be seen that the metallic plasma coating proves to be favorable with respect to all three wetting agents 5.1 to 5.3. None of these dampening solutions 5.1 to 5.3 can displace the paint on the metallic plasma coating.
  • FIG. 5 shows a possible two-layer construction of a ink fountain roller.
  • the plasma coating is 7.3 applied directly to the Duktorwalzenkern 7.1.
  • the FIG. 6 shows a possible three-layer construction of a ink fountain roller. Compared to the two - layered structure of the FIG. 5 is between plasma coating 7.3 and duct roller core 7.1 a metallic intermediate layer 7.2 of nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), boron (B) and silicon (Si) applied. As an alternative to the metallic intermediate layer, this intermediate layer could also consist of ceramic material.
  • the ink duct roller according to the invention generally further reduces or prevents the problem of blank running.
  • the new ductor roller allows far more dampening solution to be used, which does not displace the ink from the ink duct roller surface.

Landscapes

  • Inking, Control Or Cleaning Of Printing Machines (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Farbduktorwalze einer Rollendruckmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Farbduktorwalzen von Rollendruckmaschinen nehmen die Druckfarbe aus einem Filmfarbwerk auf und übertragen diese meist über weitere Farbübertragungswalzen auf den Druckplattenzylinder, der die Farbe an einen Gummituchzylinder und schließlich auf das Sujet überträgt.
  • Für das Druckergebnis ist es von essentieller Bedeutung, dass die Farbaufnahme der Farbduktorwalze homogen ist und der Farbfilm auf der Duktorwalze nicht abreißt oder die Duktorwalze blank oder trocken läuft.
  • Hierbei hängt das Blanklaufen oder der Farbfilmriss auf der Duktorwalzenoberfläche von der Zusammensetzung der Druckfarbe, der Konzentration des beim Drucken verwendeten Feuchtmittels oder von eventuellen auf der Duktorwalzenoberfläche anhaftenden Verunreinigungen ab.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits Farbduktorwalzen mit keramischer Oberfläche bekannt, die meistens aus einer Mischung aus Chromoxid (Cr2O3) und Titanoxid (TiO2) bestehen, die jedoch hinsichtlich der Blanklaufeigenschaften nur unbefriedigende Ergebnisse erzielen.
  • Eine Verbesserung der Blanklaufeigenschaften wurde durch Farbduktorwalzen mit einer metallischen Spritzschicht erreicht, die durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf der Farbduktorwalze aufgebracht wurde. Dabei besteht die metallische Spritzschicht, vorzugsweise aus einer Metalllegierung, wie beispielsweise aus Nickel (Ni), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Bor (B) und Silizium (Si). Mit dieser metallischen Oberfläche kann das Blanklaufen gegenüber den keramischen Oberflächen zwar verbessert werden, eine gänzliche Verhinderung kann mit dieser Beschichtung aber nicht erreicht werden. Bislang hat man sich zur Verhinderung des Farbduktorblanklaufens zusätzlicher Antiadhäsivpasten bedient, die aber nur eine temporäre Wirkung zeigten.
  • Neben dem Blanklaufen des Farbduktors tritt im Farbwerk auch das Problem von Verschmutzungen auf. Diese Verschmutzungen, wie beispielsweise Papierstaub, gelangen in die Farbe des Farbwerkes und werden dort vom Farbduktor aufgenommen. Wobei oberflächlich anhaftende Verschmutzungen am Farbduktor wiederum ein Unterwandern von Farbe und somit das Blanklaufen begünstigen.
  • Druckschrift US 5,786,051 beschreibt eine Farbduktorwalze, deren Oberfläche durch Ionen-Implantation behandelt ist, so dass mikroskopische Risse und Poren geschlossen werden, um so eine glättere Oberfläche und dadurch eine höhere Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erzielen.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine Duktorwalze einer Rollendruckmaschine zu schaffen, die eine Oberfläche aufweist, bei der das Phänomen des Blanklaufens oder des Farbfilmrisses noch weiter reduziert oder ganz verhindert wird, wobei die Oberfläche gleichzeitig derart ausgestaltet sein soll, dass Kontaminationen weniger stark oder gar nicht an dieser anhaften.
  • Dieses Problem wird durch eine Farbduktorwalze einer Rollendruckmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass zunächst die Oberflächenenergie, hierbei vor allem der polare Anteil, der Farbduktorwalzenoberfläche entscheidend ist für deren oleophile oder hydrophobe Eigenschaften. Je geringer die Oberflächenenergie ist, desto "farbfreundlicher" und "wasserfeindlicher" ist die Oberfläche. Hierdurch ist es auch zu erklären, dass die metallische Hochgeschwindigkeitsflammspritzschicht auf der Farbduktorwalzenoberfläche, die eine höhere Dichte und eine geringere Oberflächenenergie als die keramische Farbduktorwalzenoberfläche aufweist, auch eine bessere Farbaufnahmefähigkeit und somit geringere Blanklaufeigenschaften aufweist.
  • Die Erfinder haben weiter erkannt, dass auch die Morphologie, beziehungsweise die Topographie der Oberfläche einen Einfluss auf die Blanklaufeigenschaften der Farbduktorwalzenoberfläche hat. So können sich innerhalb von Poren und Mikrorissen in der Farbduktorwalzenoberfläche Kontaminationen, vor allem von Kalziumcarbonat und Kaolin anlagern, die aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaften als Keimzellen für das ungewollte Spreiten von Feuchtwasser auf der Duktorwalzenoberfläche führen, das ein Unterwandern der Farbe und eventuell ein Blanklaufen der Duktorwalze bewirkt.
  • Aus der DE 195 16 032 C2 ist ein Verfahren zur Veredelung der Oberfläche einer Farbübertragungswalze bekannt, bei dem mittels Ionenimplantation eine metallische Schicht auf der, mit einer Riffelung oder mit Vertiefungen versehenen Farbübertragungswalzenoberfläche, aufgebracht wird. Die Farbübertragungswalze rotiert mit der hohen Rotationsgeschwindigkeit der Druckmaschine von bis zu 60000 Umdrehungen/Minute und unterliegt somit einem erhöhten Abrieb und einem erhöhten Verschleiß. Mit Hilfe der durch Ionenimplantation aufgebrachten metallischen Beschichtung soll die Standzeit der Farbübertragungswalze durch Minimierung des Abriebs erhöht werden und gleichzeitig die Korrosionseigenschaft verbessert werden.
  • Die Farbduktorwalze hingegen rotiert mit einer um das circa 60-fachen niedrigeren Rotationsgeschwindigkeit. Diese geringe Rotationsgeschwindigkeit ist notwendig, um eine homogene Aufnahme der Farbe aus dem Farbkasten zu gewährleisten und ein Aufwirbeln der Farbe zu vermeiden. Bedingt durch die wesentlich geringere Rotationsgeschwindigkeit tritt die Verschleißproblematik an der Farbduktorwalze nur in geringerem Maße auf als bei der Farbübertragungswalze. An der Farbduktorwalze erschien bisher der Einsatz einer Plasmabeschichtung auf der Oberfläche einer Farbduktorwalze, wobei die Beschichtung einen nicht zu vernachlässigenden Kostenaufwand bedeutet, nicht sinnvoll zu sein.
  • Aus den gewonnenen Erkenntnissen heraus schlagen die Erfinder vor, eine Farbduktorwalze einer Rollendruckmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, dahingehend zu verbessern, dass die Walzenoberfläche eine Beschichtung aufweist, die mittels Plasma-Immersions-Ionenimplantation aufgebracht ist.
  • Mit Hilfe der Plasma-Immersions-Ionenimplantation, die auch kurz mit lonenimplantation oder mit Vakuum Plasmatechnologie bezeichnet wird, können die Vorteile der konventionellen lonenimplantation auf großflächige, komplexe Geometrien übertragen werden. Dabei unterscheidet sich die Plasma-Immersionslonenimplantation von der Plasmabeschichtung mittels thermischen Spritzens. Das zu behandelnde Werkstück wird bei der Plasma-Immersionslonenimplantation dazu in einer Vakuumkammer von einem durch geeignete Plasmaquelle generierten Plasma umhüllt. Durch Anlegen von negativen Hochspannungspulsen mit sehr kurzen Pulsanstiegszeiten, die im Bereich kleiner einer Mikrosekunde liegen, werden die beweglicheren Elektronen des Plasmas daraufhin zurückgestoßen und die zurückbleibenden positiven Ionen auf das Werkstück beschleunigt beziehungsweise implantiert. Die Beschleunigungsspannungen liegen dabei unterhalb der Beschleunigungsspannungen der herkömmlichen lonenimplantation, die in einer Größenordung von 30 Kilovolt liegen. Das Verfahren findet aufgrund der Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit von Metallkomponenten Anwendung im Raumfahrtbereich und im medizinischen lmplantations-/Bereich. Als weiterer Vorteil der Plasma-Immersions-lonenirnplantation, kann neben einer Beschichtung eine Strukturmodifikation erfolgen.
  • Durch Die Erfindung wird erreicht, dass zum einen Mikrorisse auf der Oberfläche der Farbduktorwalze, die einen Durchmesser im sub-µm-Bereich aufweisen, reduziert werden und somit die Oberfläche glatter wird und weniger Kontaminationen anhaften können. Weiterhin weist speziell diese Plasmabeschichtung günstige Werte hinsichtlich des polaren und dispersen Anteils der Oberflächenenergie auf.
  • Für die Plasmabeschichtung eignen sich beispielsweise Metalle, wie Titan, Molybdän, Zirkon und/oder weitere 4 oder 6-wertige Metalle.
  • Die Plasmabeschichtung kann dabei auch mehrschichtig, vorzugsweise mindestens zweischichtig, aufgebaut sein.
  • Die Zusammensetzung der Plasmabeschichtung soll derart gewählt werden, dass sich eine möglichst niedrige Gesamtoberflächenenergie von maximal circa 35 mN/m ergibt. Die Gesamtoberflächenenergie σgesamt setzt sich additiv zusammen aus dem polaren σpolar und dem dispersen Anteil σdispers der Oberflächenenergie: σ gesamt = σ polar + σ dispers
    Figure imgb0001
  • Dabei eignet sich zur Bestimmung der Oberflächenenergie die Methode des liegenden Tropfens (sessile drop), bei der mindestens drei Testflüssigkeiten auf der Oberfläche aufgebracht werden.
  • Weiterhin sollte die Zusammensetzung der Plasmabeschichtung derart gewählt werden, dass sich ein polarer Anteil der Oberflächenenergie von maximal 7 mN/m ergibt. Bei einem polaren Anteil der der Oberflächenenergie von maximal 7 mN/m und einer Gesamtoberflächenenergie von 35 mN/m ergibt sich dann ein disperser Anteil der Oberflächenenergie von maximal 28 mN/m.
  • Somit sind die jeweiligen Anteile im polaren und im dispersen Anteil der Oberflächenenergiewerte weitgehend an Werte typischer Offsetdruckfarben angepasst.
  • Ergänzend dazu, sollte die Zusammensetzung der Plasmabeschichtung derart gewählt werden, dass Wasser einen Benetzungswinkel von minimal 70 Grad auf der Oberfläche aufweist.
  • Zwischen metallischem Kern und Plasma beschichtung kann eine thermische Spritzschicht, vorzugsweise aus Metall und/oder Keramik, aufgebracht sein. Dabei kann die Zwischenschicht vorzugsweise durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf dem Kern aufgebracht werden. Die metallische Zwischenschicht sollte zumindest Nickel, Chrom, Eisen, Bor und Silizium enthalten. Je nach Zusammensetzung des Metalls ist der Effekt und die Haftung der Plasmabeschichtung unterschiedlich.
  • Die gesamte Schichtdicke der metallischen Plasmabeschichtung kann zwischen 100 nm und 3 µm sein.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
  • Fig. 1:
    eine Prinzipdarstellung einer rasterelektronische Aufnahme einer Duktorwalzenoberfläche, die aus einer Keramikbeschichtung besteht, mit 500-facher Vergrößerung;
    Fig. 2:
    eine Prinzipdarstellung einer rasterelektronische Aufnahme einer Duktorwalzenoberfläche, die aus einer metallischen Spritzschicht besteht, mit 500-facher Vergrößerung;
    Fig. 3:
    Ausschnitt aus der Oberfläche aus Figur 2 mit darunter befindlichem Diagramm einer EDX-Analyse,
    Fig. 4:
    Diagramm mit Kaelblekreisen von verschiedenen Duktorwalzenoberflächen;
    Fig. 5:
    Zweischichtiger Aufbau einer Farbduktorwalze;
    Fig. 6:
    Dreischichtiger Aufbau einer Farbduktorwalze.
  • Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 in größerem Detail beschrieben.
  • Die Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer rasterelektronischen Aufnahme einer Keramikbeschichtung einer Duktorwalzenoberfläche mit 500-facher Vergrößerung. In dieser Prinzipdarstellung wurden topographische Höhenunterschiede umrandet. Die Keramikbeschichtung besteht aus einer Mischung aus Chromoxid (Cr2O3) und Titanoxid (TiO2). Der abgebildete Ausschnitt der Keramikoberfläche entspricht in etwa einer Breite von 250 µm und einer Höhe von 180 µm, wobei ein µm 10-6 Meter entspricht. Auf dieser Oberfläche sind deutlich Vertiefungen 1 (eingekreister Bereich) zu erkennen, die zum Teil Durchmesser von circa 20 µm aufweisen. Die Erfinder haben erkannt, dass sich in diesen Vertiefungen ungewünschte Kontaminationen einlagern können. Bei der erfindungsgemäßen Farbduktorwalze soll unter anderem die Oberfläche glatter ausgeführt werden.
  • Die Figur 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer rasterelektronischen Aufnahme einer metallischen Spritzschicht einer Duktorwalzenoberfläche mit 500-facher Vergrößerung. Die Größenabmessungen des Ausschnittes entsprechen denen aus Figur 1. Wie deutlich zu erkennen ist, ist die Anzahl der Vertiefungen 1 bei einer metallischen Farbduktorwalzenoberfläche wesentlich geringer als bei einer keramischen Beschichtung. Wie eingangs beschrieben, können sich innerhalb dieser Vertiefungen in der Farbduktorwalzenoberfläche Kontaminationen, vor allem von Kalziumcarbonat und Kaolin anlagern, die aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaften als Keimzellen für das ungewollte Spreiten von Feuchtwasser auf der Duktorwalzenoberfläche führen, das ein Unterwandern der Farbe und eventuell ein Blanklaufen der Duktorwalze bewirkt.
  • Durch die metallische Farbduktorwalzenoberfläche mit ihrer geringeren Oberflächenenergie und reduzierter Anzahl von Vertiefungen ist die Wahrscheinlichkeit der Kontamination auf der Farbduktorwalzenoberfläche wesentlich reduziert.
  • Die Figur 3 zeigt einen Teilausschnitt aus der Oberfläche aus Figur 2 mit darunter befindlichem Diagramm einer EDX-Analyse. Dabei wird mit der EDX-Analyse, bei der eine energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse durchgeführt wird, das Auftreten von bestimmten Stoffen und deren Konzentration bestimmt. Im elliptisch eingerahmten Bereich des linken EDX-Diagramms ist neben den Metallbestandteilen der Farbduktorwalzenoberfläche eine deutlich erhöhte Konzentration von Kohlenstoff (erster Peak) im Bereich der Vertiefungen zu erkennen. Im Vergleich dazu ist der "Kohlenstoffpeak" der glatten Walzenoberfläche im elliptisch eingerahmten Bereich des rechten EDX-Diagramms von geringerer Höhe. Dies spricht dafür, dass sich organische Verunreinigungen bevorzugt in den Vertiefungen ablagern.
  • Die Figur 4 zeigt ein Diagramm mit Kaelblekreisen von verschiedenen Duktorwalzenoberflächen. Bezüglich der Kaelbletheorie wird auf die Veröffentlichung "Surface Analysis of Lithographie" aus Polymer Science Technology (1975), Seiten 735 bis 761, von D.H. Kaelble, P.I. Dynes und D. Pav, verwiesen, deren Inhalt in diese Schrift übernommen wird. In diesem Diagramm werden auf der Abszisse der Wurzelwert des polaren Anteils der Oberflächenenergie und auf der Ordinate der Wurzelwert des dispersen Anteils der Oberflächenenergie jeweils in mN / m
    Figure imgb0002
    aufgetragen. Die Wechselwirkung einer Oberfläche und der Farbe auf der Farbduktorwalze wird im Diagramm als Kreis aufgetragen, wobei die beiden Wertepaare von Oberflächen 6.1 und Farbe 6.2 Punkte auf dem Durchmesser der Kreislinie sind, womit dieser vollständig charakterisiert ist. Mit Hilfe der Kreise kann nun beantwortet werden, ob eine Flüssigkeit die Farbe auf der Oberfläche verdrängen kann oder nicht. Hierzu werden drei Fälle unterschieden:
    1. a: Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit liegt außerhalb des Kaelblekreises. Dies bedeutet, dass die Flüssigkeit die Farbe nicht von der Oberfläche der Farbduktorwalze verdrängen kann.
    2. b: Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit liegt innerhalb des Kaelblekreises. Dies bedeutet, dass die Flüssigkeit die Farbe von der Oberfläche der Farbduktorwalze verdrängen kann.
    3. c: Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit liegt auf dem Kaelblekreis. Dieser Grenzfall bedeutet, dass geringe Schwankungen der Eigenschaft der Flüssigkeit, wie zum Beispiel Temperatur, Verunreinigungsgrad etc, beeinflussen können, ob die Flüssigkeit Farbe von der Oberfläche des Farbduktorwalze verdrängen kann oder nicht.
  • Im Diagramm der Figur 4 sind nun drei Kaelbekreise von drei verschiedenen Oberflächenmaterialien von Farbduktorwalzen und drei verschiedenen Feuchtmittel 5.1 bis 5.3 dargestellt. Der Kreis 2 entspricht dem Kaelblekreis einer Keramikschicht bestehend aus Chromoxid (Cr2O3) und Titanoxid (TiO2). Der Kreis 3 entspricht dem Kaelblekreis einer Metallschicht bestehend aus Nickel (Ni), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Bor (B) und Silizium (Si), die durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebracht wurde. Der Kreis 4 entspricht dem Kaelblekreis einer Metallschicht, die anschließend zusätzlich Plasma beschichtet wurde. Das erste Feuchtmittel 5.1 liegt außerhalb aller Kaelblekreise 2 bis 4 und kann die Farbe nicht von der Farbduktorwalzenoberfläche verdrängen. Das zweite Feuchtmittel 5.2 liegt außerhalb der Kaelblekreise 3 und 4, mit der metallischen Beschichtung und der metallischen Plasmabeschichtung. Auf diesen beiden Oberflächen kann die Farbe nicht durch das zweite Feuchtmittel 5.2 von der Farbduktorwalzenoberfläche verdrängt werden. Jedoch verdrängt das zweite Feuchtmittel 5.2 die Farbe auf der keramischen Oberfläche, da es innerhalb des Kaelblekreises 2 liegt. Aus dem Diagramm der Figur 4 ist zu entnehmen, dass sich die metallische Plasmabeschichtung in Bezug auf alle drei Feuchtmittel 5.1 bis 5.3 als günstig erweist. Keines dieser Feuchtmittel 5.1 bis 5.3 kann die Farbe auf der metallischen Plasmabeschichtung verdrängen.
  • Die Figur 5 zeigt einen möglichen zweischichtigen Aufbau einer Farbduktorwalze. In dieser Ausführung ist die Plasmabeschichtung 7.3 direkt auf dem Duktorwalzenkern 7.1 aufgebracht.
  • Die Figur 6 zeigt einen möglichen dreischichtigen Aufbau einer Farbduktorwalze. Im Vergleich zum zweischichtigen Aufbau der Figur 5 ist zwischen Plasmabeschichtung 7.3 und Duktorwalzenkern 7.1 eine metallische Zwischenschicht 7.2 aus Nickel (Ni), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Bor (B) und Silizium (Si) aufgebracht. Alternativ zur metallischen Zwischenschicht könnte diese Zwischenschicht auch aus keramischem Material bestehen.
  • Durch die erfindungsgemäße Farbduktorwalze wird generell das Problem des Blanklaufens weiter reduziert oder verhindert. Außerdem können durch die neue Duktorwalze weitaus mehr Feuchtmittel zum Einsatz kommen, die die Farbe nicht von der Farbduktorwalzenoberfläche verdrängen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die Merkmale der Ansprüche nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vertiefung
    2
    Kaelblekreis einer Keramikschicht (Cr2O3/TiO2)
    3
    Kaelblekreis einer Metallschicht (NiCrFeBSi)
    4
    Kaelblekreis einer metallische Plasmabeschichtung
    5.1
    Erstes Feuchtmittel
    5.2
    Zweites Feuchtmittel
    5.3
    Drittes Feuchtmittel
    6.1
    Disperser und polarer Anteil der Oberflächenenergie der Keramikschicht
    6.2
    Disperser und polarer Anteil der Oberflächenenergie der Farbe
    7.1
    Duktorwalzenkern
    7.2
    Metallschicht (NiCrFeBSi)
    7.3
    Plasmabeschichtung

Claims (9)

  1. Farbduktorwalze einer Rollendruckmaschine mit mindestens einem Farbwerk, aus dem die Farbduktorwalze Farbe aufnimmt, wobei die Farbduktorwalze einen metallischen Kern (7.1) aufweist, wobei die Farbduktorwalze an der Walzenoberfläche eine Beschichtung (7.3) aufweist, die mittels Plasma-Immersions-Ionenimplantation aufgebracht ist, und wobei die Beschichtung (7.3) der Walzenoberfläche eine Gesamtoberflächenenergie σgesamt mit einem polaren σpolar und einem dispersen Anteil σdispers aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der polare Anteil σpolar und der disperse Anteil σdispers derart zu einem polaren und dispersen Anteil einer Oberflächenenergie der Farbe in Beziehung stehen, d.h. gemäß der Kaelble-Theorie einen Kaelble-Kreis (4) bilden, so dass bei Benetzung der Walzenoberfläche des Farbduktors mit einem als Feuchtmittel verwendbaren Fluid polare und disperse Anteile der Oberflächenenergie dieses Fluids außerhalb des Kaelble-Kreises (4) liegen.
  2. Farbduktorwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammensetzung der Beschichtung (7.3) derart ist, dass sich eine Gesamtoberflächenenergie σgesamt von maximal 35 mN/m ergibt, wobei der polare Anteil σpolar maximal 7 mN/m ist und der disperse Anteil σdispers maximal 28 mN/m ist.
  3. Farbduktorwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7.3) zumindest Titan, Molybdän, Zirkon und/oder weitere 4- oder 6-wertige Metalle enthält.
  4. Farbduktorwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7.3) mehrschichtig, vorzugsweise mindestens zweischichtig, aufgebaut ist.
  5. Farbduktorwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenenergiewerte der behandelten Oberfläche im polaren und im dispersen Anteil weitgehend an Werte typischer Offsetdruckfarben angepasst sind.
  6. Farbduktorwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung der Beschichtung (7.3) derart gewählt ist, dass Wasser einen Benetzungswinkel von minimal 70 Grad aufweist.
  7. Farbduktorwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen metallischem Kern (7.1) und Beschichtung (7.3) eine weitere metallische Zwischenschicht (7.2) aufgebracht ist, die vorzugsweise durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen hergestellt ist.
  8. Farbduktorwalze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere metallische Zwischenschicht (7.2) zumindest Nickel, Chrom, Eisen, Bor und Silizium enthält.
  9. Farbduktorwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Dicke der Beschichtung zwischen 100 nm und 3 µm ist.
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