EP3178654A1

EP3178654A1 - Rakel

Info

Publication number: EP3178654A1
Application number: EP15199303.7A
Authority: EP
Inventors: Hans Jörg BRUDERMANN; Michael Reinert
Original assignee: Daetwyler Swisstec AG
Current assignee: Daetwyler Swisstec AG
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-06-14
Also published as: MX2018006423A; HK1252795A1; CN108367565A; CA3005691A1; US20180319154A1; EP3386753B1; CN108367565B; WO2017097995A1; PL3386753T3; BR112018011159B1; US10953649B2; ES2784689T3; BR112018011159A2; JP2019500250A; CA3005691C; EP3386753A1

Abstract

Eine Rakel (100), insbesondere zum Abrakeln von Druckfarbe von einem Druckzylinder, umfasst einen Rakelkörper (110) mit einer Arbeitskante (130) sowie einer ersten Rakelseite (122), welche insbesondere im Betrieb dem Druckzylinder zugewandt ist, und einer zweiten Rakelseite (121), welche insbesondere im Betrieb vom Druckzylinder abgewandt ist. Der Rakelkörper (110) ist mit einer ein Polymer umfassenden Beschichtung (150) versehen, wobei die Beschichtung (150) wenigstens in einem Teilbereich Partikel (160) umfasst. Die Partikel (160) sind als Hartstoffpartikel (160) ausgebildet und ein Massenanteil der Hartstoffpartikel (160) in der Beschichtung (150) auf der ersten Rakelseite (122) ist höher ist als ein Massenanteil der Hartstoffpartikel (160) in der Beschichtung (150) auf der zweiten Rakelseite (121).

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Rakel umfassend einen Rakelkörper mit einer Arbeitskante, sowie einer ersten Rakelseite, welche insbesondere im Betrieb einem Druckzylinder zugewandt ist, und einer zweiten Rakelseite, welche insbesondere im Betrieb vom Druckzylinder abgewandt ist, wobei der Rakelkörper mit einer ein Polymer umfassenden Beschichtung versehen ist, wobei die Beschichtung wenigstens in einem Teilbereich Partikel umfasst. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rakel.

Stand der Technik

Rakel werden in der Druckindustrie als auch bei der Papierherstellung eingesetzt.
In der Druckindustrie kommen Rakel insbesondere zum Abstreichen überschüssiger Druckfarbe von den Oberflächen von Druckzylindern bzw. Druckwalzen zum Einsatz. Besonders beim Tiefdruck und Flexodruck hat die Qualität der Rakel einen entscheidenden Einfluss auf das Druckergebnis. Unebenheiten oder Unregelmässigkeiten der mit dem Druckzylinder in Kontakt stehenden Arbeitskanten der Rakel führen z. B. zu einer unvollständigen Abstreifung der Druckfarbe von den Stegen der Druckzylinder. Dadurch kann es auf dem Druckträger zu einer unkontrollierten Abgabe von Druckfarbe kommen.
Die Arbeitskanten der Rakel sind während dem Abstreifen an die Oberflächen der Druckzylinder oder Druckwalzen angepresst und werden relativ zu diesen bewegt. Somit sind die Arbeitskanten, insbesondere bei Rotationsdruckmaschinen, einerseits hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, welche einen entsprechenden Verschleiss mit sich bringen - anderseits werden hohe Ansprüche an die Arbeitskanten der Rakel gestellt, so dass über einen möglichst langen Anwendungszeitraum ein präzises Abstreifen sichergestellt ist. Rakel sind daher grundsätzlich Verbrauchsgegenstände, welche periodisch ausgetauscht werden müssen. Damit gilt es insbesondere bei gleichbleibend hoher Qualität der Rakel die Herstellungskosten tief und die Lebensdauer gleichzeitig möglichst hoch zu halten.
Rakel basieren meist auf einem Rakelkörper aus Stahl oder Kunststoff mit einer speziell ausgeformten Arbeitskante. Um die Lebensdauer der Rakel zu verbessern, können die Arbeitskanten der Rakel zudem mit Beschichtungen oder Überzügen aus Kunststoffen, Lacken und/oder Metallen versehen werden. Die stoffliche Beschaffenheit der Beschichtungen beeinflussen dabei im Besonderen die mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Rakel massgeblich. Solche Rakel sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Eine solche Rakel wird zum Beispiel in der EP 0 911 157 B1 beschrieben. Diese betrifft eine Rakel zum Abrakeln überflüssiger Druckfarbe von der Oberfläche einer Druckform.
Um die Abnützung der mit der Rakel im Kontakt stehenden Oberfläche der Druckform möglichst zu vermindern, wird die Lamelle und auch der an die Lamelle anschliessende Bereich des hinteren Rakelteiles über die gesamte Rakellänge mit einer Beschichtung versehen, die aus Schmierstoff besteht oder zumindest Schmierstoffpartikel aufweist. Die Beschichtung kann ein Trägermaterial umfassen, in welchem sowohl Schmierstoffpartikel als auch Partikel eines verschleissfesten Materials eingebettet sind.
Derartig beschichtete Rakel vermögen jedoch in Bezug auf die Herstellungskosten und die Präzision beim Abstreichen nach wie vor nicht vollständig zu befriedigen.
In der Papierindustrie werden Rakel je nach Anwendung insbesondere auch als Streichmesser, Streichklingen oder Schaber bezeichnet. Mit einem Streichmesser oder Streichrakel kann z.B. überflüssige Streichfarbe (beispielsweise Pigmente, Bindemittel, Additive, etc.) von einem Papiersubstrat oder einer Papierbahn entfernt werden. Wie in der Druckindustrie kann die Lebensdauer der Streichmesser, Streichklingen oder Schaber verbessert werden, indem die Arbeitskanten der Rakel mit Beschichtungen oder Überzügen aus Kunststoffen, Lacken und/oder Metallen versehen werden. Auch im Bereich der Rakel für die Papierindustrie oder für die Papierherstellung vermögen die bekannten Systeme aber nicht vollständig zu überzeugen. Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach verbesserten Rakel, welche die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweisen.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Rakel zu schaffen, welche bei geringen Herstellungskosten für Anwendungen in der Druckindustrie oder bei der Papierherstellung möglichst vorteilhaft einsetzbar sind. Im Besonderen sollen die Rakel für Anwendungen in der Druckindustrie verwendbar sein und ein möglichst exaktes Abstreichen von Druckfarbe ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung sind die Partikel als Hartstoffpartikel ausgebildet und ein Massenanteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung auf der ersten Rakelseite ist höher als ein Massenanteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung auf der zweiten Rakelseite.
Die erste Rakelseite, insbesondere die dem Druckzylinder zugewandte Seite, umfasst mindestens den Kontaktbereich zwischen Rakel und Druckwalze oder Papiersubstrat während einer Anwendung, zum Beispiel beim Abrakeln von Druckfarbe. Weiter umfasst die zweite Rakelseite, insbesondere die dem Druckzylinder zugewandte Seite der Rakel, die Oberfläche der Rakel, welche mit einer Tangente an der Druckwalze oder am Papiersubstrat, im Kontaktbereich mit der Rakel, einen Winkel von weniger als 90° einschliesst. Anders ausgedrückt ist die der Druckwalze oder die dem Papiersubstrat zugewandte Seite der Rakel diejenige Oberfläche der Rakel, welche direkt, das heisst ohne einen Durchgang durch die Rakel hindurch, durch einen verlängerten Radius der Druckwalze oder des Papiersubstrats erreichbar ist. Im Falle eines ebenen Papiersubstrats entspricht der Radius einer Oberflächennormalen des Papiersubstrats.
In einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Rakel wird bei einem Rakelkörper mit einer Arbeitskante eine erste Rakelseite, welche insbesondere im Betrieb dem Druckzylinder zugewandt ist, und eine zweite Rakelseite, welche insbesondere im Betrieb vom Druckzylinder abgewandt ist, mit einer ein Polymer umfassenden Beschichtung beschichtet, welche wenigstens in einem Teilbereich Partikel umfasst. Die Partikel sind dabei als Hartstoffpartikel ausgebildet und ein Massenanteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung auf der ersten Rakelseite ist höher als ein Massenanteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung auf der zweiten Rakelseite.
Der Begriff "Rakel" ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst sowohl Rakel für Anwendungen in der Druckindustrie als auch in der Papierindustrie. Insbesondere handelt es sich bei den Rakel um Druckrakel, Streichmesser, Streichklingen und/oder Schaber. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Rakel eine Druckrakel, welche im Speziellen zum Abrakeln von Druckfarbe von einem Druckzylinder vorgesehen ist.
Der Rakelkörper weist vorzugsweise eine längliche Form auf und kann zum Beispiel als Band vorliegen, wobei die Arbeitskante in eine Längsrichtung des Bandes orientiert ist. Je nach Festigkeit, Material und Dimensionen des Rakelkörpers kann dieser zum Beispiel als Bandrolle vorliegen.
Die ein Polymer umfassende Beschichtung umfasst vorzugsweise mehr als 50 Gew. % (Gewichtsprozent) Polymere, insbesondere mehr als 75 Gew. % Polymere, besonders bevorzugt mehr als 90 Gew. % Polymere. Weiter beträgt der Polymergehalt vorzugsweise weniger als 99 Gew. %, besonders bevorzugt weniger als 95 Gew. %. Polymere sind damit vorzugsweise Hauptbestandteil der Beschichtung. Die vorgenannten Anteile der Polymere in der Beschichtung sind auf die Beschichtung der gebrauchsfertigen Rakel bezogen. Der Beschichtung, welcher das Polymer umfasst, kann vor dem Aufbringen auf den Rakelkörper aufgrund von Lösemitteln oder anderen flüchtigen Stoffen einen geringeren Massenanteil an Hartstoffpartikeln aufweisen als auf dem Rakelkörper in gebrauchsfertigem Zustand der Rakel. Durch einen Trocknungsschritt während der Herstellung der Rakel können solche flüchtige Stoffe entfernt werden.
Das Polymer umfasst oder besteht vorliegend insbesondere aus einem organischen Polymer. Das Polymer kann ein Homopolymer oder ein Copolymer sein. Homopolymere bestehen im Wesentlichen aus einer einzigen Monomerenart, während Copolymere aus zwei, drei oder noch mehr chemisch unterschiedlichen Monomerarten bestehen. Auch möglich ist es, dass das Polymer in Form eines sogenannten Polymerblends oder als Mischung aus mehreren unterschiedlichen Homopolymeren und/oder Copolymeren besteht.
Im Besonderen ist das Polymer ein Duroplast, Thermoplast und/oder ein Elastomer. Bevorzugt sind z.B. Duroplaste. Duroplaste verfügen nach dem Aushärten über eine dreidimensionale Vernetzung und lassen sich nach ihrer Aushärtung üblicherweise nicht mehr verformen.
Als Polymere können zum Beispiel Epoxidharze, Phenolharze, wie Phenol-Formaldehydharze (Novolacke und Resole), Melaminformaldehydharze sowie gesättigte und ungesättigte Polyesterharze oder Mischungen davon vorgesehen sein. Die Polymere können weiterhin Gummi, Polyurethane, Polyharnstoffe, Thermoplaste oder Mischungen derselben umfassen. Die Thermoplaste können zum Beispiel Acrylnitrilbutadienstyrol, Polyamid, Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid oder Mischungen davon umfassen. Dem Fachmann sind auch weitere mögliche Polymere bekannt, welche in Reinform oder als Mischungen für die Herstellung der Beschichtung vorgesehen sein können. Die Polymermischungen können insbesondere zwei oder mehr unterschiedliche Polymere umfassen.
In Varianten kann die Beschichtung auch weniger als 50 Gew. % Polymer umfassen.
Die Hartstoffpartikel dienen typischerweise zur Verbesserung des Verschleissverhaltens der Rakel, können aber auch andere Effekte hervorbringen. Die Hartstoffpartikel sind dazu vorzugsweise in einer Beschichtung dispergiert, in welchem auch das Polymer respektive die Polymere enthalten sind. Die Hartstoffpartikel sind auf der ersten Rakelseite und auf der zweiten Rakelseite jeweils von Vorteil gleichmässig in der Beschichtung verteilt. Die Beschichtung weist damit aufgrund der dispergierten Hartstoffpartikel eine heterogene Struktur auf. Die Beschichtung kann auf dem Rakelkörper zum Beispiel als Lack aufgespritzt, gesprüht, gewalzt, gestrichen oder anderweitig aufgetragen werden.
Erfindungsgemäss weisen die beiden Rakelseiten der Rakel Beschichtungen mit unterschiedlichen Massenanteilen an Hartstoffpartikeln auf. Damit können die Hartstoffpartikel dort in grösseren Konzentrationen auftreten, wo mit erhöhter Beanspruchung der Rakel zu rechnen ist. Damit können die Hartstoffpartikel in ökonomischer Weise eingesetzt werden, insbesondere da die Hartstoffpartikel bevorzugt im Bereich der grössten Beanspruchung der Rakel stärker vertreten sind, so dass in den weniger stark beanspruchten Bereichen der Rakel Hartstoffpartikel eingespart werden können. Damit können die Herstellungskosten bei im Wesentlichen gleichbleibender Qualität der Rakel tief gehalten werden. Zugleich verfügt die andere Rackelseite aufgrund der reduzierten Massenanteilen an Hartstoffpartikeln über eine höhere Homogenität und eine verbesserte Haftung auf dem Rakelkörper. Insgesamt kann dadurch insbesondere auch eine gleichmässigere Abnutzung der Beschichtung der Rakel erreicht werden.
Die erste Rakelseite, welche insbesondere im Betrieb dem Druckzylinder oder dem Papier zugewandt ist, umfasst vorzugsweise eine Stirnseite der Arbeitskante, welche im Betrieb auf dem Druckzylinder oder einem Papiersubstrat aufliegt. Damit kann die Beschichtung mit dem höheren Massenanteil an Hartstoffpartikeln exakt dort vorgesehen sein, wo die höchste Beanspruchung der Rakel stattfindet. Die Beschichtung mit dem höheren Massenanteil an Hartstoffpartikeln kann sich aber auch auf der ersten Seite weiter erstrecken und insbesondere auch die gesamte erste Rakelseite abdecken. In einer bevorzugten Ausführungsform deckt die Beschichtung mit dem höheren Massenanteil an Hartstoffpartikeln aber mindestens die Stirnseite der Arbeitskante und damit mindestens einen Teilbereich der ersten Rakelseite ab, vorzugsweise mehr als 20 %, besonders bevorzugt mehr als 50 %, weiter bevorzugt mehr als 70 % der Oberfläche der ersten Rakelseite. Besonders bevorzugt deckt die Beschichtung mindestens die gesamte Arbeitskante ab. Weiter bevorzugt deckt die Beschichtung zusätzlich zur Arbeitskante einen weiteren, zur Arbeitskante peripheren Teilbereich der Rakel ab.
Die zweite Rakelseite umfasst insbesondere die im Betrieb dem Druckzylinder oder dem Papier abgewandte Seite. Ein Übergang zwischen den Beschichtungen der ersten Rakelseite und der zweiten Rakelseite kann verschmolzen sein, wobei zum Beispiel beide Beschichtungen aufgetragen werden, bevor die Rakel einem Trocknungsprozess bei einer Temperatur über dem Fliesspunkt der Beschichtungen unterzogen wird. Die beiden Beschichtungen der ersten und der zweiten Rakelseite können aber auch überlappend sein, in diesem Fall befindet sich ein Überlappungsbereich vorzugsweise an der im Betrieb dem Druckzylinder abgewandten Seite, so dass die Qualität der Rakel im Betrieb nicht beeinträchtigt ist. Die Überlappung kann unter Umständen aber auch in einem thermischen Verfahrensschritt geglättet werden. Weiter können in einem ersten Schritt beide Seiten mit einer Beschichtung mit dem geringeren Massenanteil an Hartstoffpartikeln (respektive ohne Hartstoffpartikel) beschichtet werden, worauf die erste Rakelseite in einem zweiten Schritt mit einer Beschichtung mit dem grösseren Massenanteil an Hartstoffpartikeln beschichtet wird. Dem Fachmann sind auch weitere Methoden bekannt, um die Rakelseiten unterschiedlicher Hartstoffpartikelmassenanteile zu erreichen.
Die erfindungsgemäss beschichteten Rakel weisen eine hohe Verschleissfestigkeit und entsprechend eine lange Lebensdauer auf. Des Weiteren werden die Arbeitskanten der erfindungsgemässen Rakel gut stabilisiert. Damit ergibt sich eine scharf begrenzte Kontaktzone zwischen der Rakel und dem Druckzylinder respektive der Druckwalze, was wiederum ein exaktes Abstreichen von Druckfarbe ermöglicht. Die Kontaktzone bleibt dabei über den gesamten Druckprozess weitgehend stabil. Auch ist die Streifenbildung während der Einlaufphase im Druckprozess gering. Gesamthaft werden kaum den Druckprozess beeinträchtigende Effekte hervorgerufen. Durch die erfindungsgemässe Rakel ist es daher möglich, eine im Wesentlichen konstante Druckqualität während dem gesamten Druckprozess zu erzielen. Ebenfalls vorteilhaft sind die Rakel bei Anwendungen in der Papierindustrie, z.B. als Streichmesser.
Weiter weisen die erfindungsgemässen Rakel gute Gleiteigenschaften auf den üblicherweise verwendeten Druckzylindern oder Druckwalzen auf, so dass bei der Verwendung der erfindungsgemässen Rakel auch ein Verschleiss der Druckzylinder oder Druckwalzen reduziert werden kann. Dies trifft auch in Bezug auf Gleiteigenschaften auf Papier zu.
Ein Verhältnis des Massenanteils der Hartstoffpartikel in der Beschichtung auf der ersten Rakelseite zum Massenanteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung auf der zweiten Rakelseite ist insbesondere grösser 2, bevorzugt grösser 10, besonders bevorzugt grösser 100, im Speziellen grösser 1'000.
In einer besonderen Ausführungsform liegt das Verhältnis des Massenanteils der Hartstoffpartikel in der Beschichtung auf der ersten Rakelseite zum Massenanteil der Hartstoffpartikel in der Beschichtung auf der zweiten Rakelseite beispielsweise im Bereich von 2:1 - 1'000:1, insbesondere 10:1 - 100:1.
Besonders bevorzugt umfasst die Beschichtung der ersten Rakelseite Hartstoffpartikel, während die Beschichtung der zweiten Rakelseite im Wesentlichen frei von Hartstoffpartikeln ist. Unter dem Begriff "im Wesentlichen frei von Hartstoffpartikeln" ist zu verstehen, dass, sofern Hartstoffpartikel vorhanden wären, diese keinen oder keinen wesentlichen Einfluss auf die Verschleissfestigkeit der Rakel haben. Dem Fachmann ist aber klar, dass herstellungsbedingt dennoch ein kleiner Anteil an Hartstoffpartikeln in die zweite Rakelseite, insbesondere in Form von Verunreinigungen, eingebracht sein kann. Insbesondere ist damit, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung der zweiten Rakelseite, ein Massenanteil von weniger als 1 %, vorzugsweise weniger als 0.1 %, besonders bevorzugt weniger als 0.05% gemeint. Besonders bevorzugt weist die Beschichtung der zweiten Rakelseite keine Hartstoffpartikel auf.
In Varianten kann die zweite Rakelseite einen wesentlichen Anteil an Hartstoffpartikeln aufweisen, welcher somit die Verschleissfestigkeit der Rakel positiv beeinflusst. Da aber die zweite Rakelseite im Verfahren weniger beansprucht ist, weist erfindungsgemäss die Beschichtung der zweiten Rakelseite einen geringeren Massenanteil an Hartstoffpartikeln auf als die erste Rakelseite.
Vorzugsweise umfasst die Beschichtung der zweiten Rakelseite keine Partikel. Damit umfasst die zweite Rakelseite vorzugsweise keine Hartstoffpartikel, aber auch keine weiteren Partikel, welche zum Beispiel die Gleitreibung oder andere Eigenschaften der Rakel beeinflussen können. Da die zweite Rakelseite wesentlich geringeren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, kann es ausreichend sein, wenn nur die erste Rakelseite Partikel umfasst. Es hat sich gezeigt, dass die Verschleissfestigkeit der Rakel in der Regel unabhängig von der Art der Beschichtung der zweiten Rakelseite ist. Eine Beschichtung der zweiten Rakelseite, zum Beispiel mit einem Polymerlack ohne Partikel, kann dennoch sinnvoll sein, um zum Beispiel die Rakeloberfläche vor Korrosion zu schützen oder auch aus ästhetischen Aspekten.
In Varianten kann die Beschichtung der zweiten Rakelseite mit Partikeln versehen sein. Diese können zum Beispiel die Festigkeit, die Gleiteigenschaften oder weitere Eigenschaften der Rakel beeinflussen.
Vorzugsweise ist ein durchschnittlicher volumenäquivalenter Kugeldurchmesser der Hartstoffpartikel kleiner als 1'000 Nanometer, vorzugsweise kleiner als 500 Nanometer, besonders bevorzugt kleiner als 250 Nanometer. Die Partikelgrösse der Hartstoffpartikel wird mit Vorteil auf das jeweilige Material der Hartstoffpartikel angepasst.
Der volumenäquivalente Kugeldurchmesser gibt den Durchmesser einer Kugel mit gleichem Volumen an wie der betrachtete Partikel respektive Hartstoffpartikel. Sofern die Partikel porös sind, entspricht das Volumen eines Partikels vorzugsweise dem Volumen einer Aussenhülle des Partikels. Unter dem Durchschnitt dieses Wertes wird vorzugsweise der Median der Korngrössenverteilung verstanden. Nachfolgend wird in diesem Zusammenhang von "Partikelgrösse" gesprochen, gemeint ist jedoch der durchschnittliche volumenäquivalente Kugeldurchmesser.
In Varianten kann statt des Medians auch ein arithmetischer Mittelwert der Kugeldurchmesser herangezogen werden oder statt des volumenäquivalenten Kugeldurchmessers ein oberflächenäquivalenter Kugeldurchmesser ermittelt werden.
Mit derartigen Partikelgrössen können die tribologischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Rakel optimiert werden. Es hat sich gezeigt, dass die Rakel mit Hartstoffpartikeln in diesen Grössenordnungen bei optimaler Kontaktzone zwischen Rakel und Druckzylinder oder Papiersubstrat ein sehr gutes Verschleissverhalten aufweisen.
Prinzipiell können die Partikelgrössen auch grösser als 1'000 Nanometer gewählt werden. Sofern aber die Schichtdicke zu gering ist, kann sich dies negativ auf die Qualität der Kontaktzone zwischen Rakel und Druckzylinder bzw. Papiersubstrat auswirken.
Vorzugsweise ist der mittlere volumenäquivalente Kugeldurchmesser der Hartstoffpartikel grösser als 1 nm, besonders bevorzugt grösser als 25 nm, weiter bevorzugt grösser als 50 nm. Es hat sich gezeigt, dass damit optimale Verschleissfestigkeiten der Rakel erreicht werden. Geringere Kugeldurchmesser können je nach Dicke der Beschichtung auch in Betracht gezogen werden.
Ein Volumenanteil der Hartstoffpartikel beträgt bevorzugt 5 - 30 %, besonders bevorzugt 15 - 20 %. Bei derartigen Anteilen wird eine signifikante Verbesserung bezüglich der Verschleisseigenschaften und der Stabilität der Arbeitskante erreicht.
Geringere Volumenanteile sind zwar ebenfalls möglich, zeigen aber im Allgemeinen eine weniger befriedigende Verbesserung der Verschleissfestigkeit. Zu hohe Volumenanteile der Zusatzkomponente können sich ebenfalls negativ auf Eigenschaften der Rakel auswirken. Für spezielle Anwendungen sind aber unter Umständen auch höhere Volumenteile als 30 % geeignet.
Die in der Beschichtung vorzugsweise dispergierten Hartstoffpartikel können insbesondere Metalle, Metalloxide, Metallcarbide, Metallnitride, Metallcarbonitride, Metallboride, Keramiken und/oder intermetallische Phasen sein.
Besonders bevorzugt umfassen die Hartstoffpartikel mindestens einen der folgenden Stoffe: Metalloxide, insbesondere Aluminiumoxid und/oder Chromoxid; Diamant, Siliziumcarbid, Metallcarbid, Metallnitrid, Metallcarbonitrid, Borcarbid, kubisches Bornitrid, Wolframcarbid. Diese Materialien haben sich als besonders wirksam für eine Verbesserung des Verschleissverhaltens der Beschichtung herausgestellt, insbesondere im Zusammenhang mit der ein Polymer umfassenden Beschichtung. Die Beschichtung kann dabei genau eine Sorte Hartstoffpartikel umfassen.
In einer vorteilhaften Variante beinhalten die Hartstoffpartikel unterschiedliche Partikel aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien. Wie sich gezeigt hat, können dadurch synergetische Effekte hervorgerufen werden, welche die Verschleissfestigkeit und Qualität der Rakel weit stärker als erwartet verbessern. Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn die Hartstoffpartikel unterschiedliche Partikel mit wenigstens zwei unterschiedlichen mittleren Partikelgrössen umfassen.
Weiter geeignet sind unter anderem Vertreter aus der Reihe WSi₂, Fe₂O₃, TiO₂, ZrO₂, ThO₂, SiO₂, CeO₂, BeO₂, MgO, CdO, UO₂, TiC, VC, ZrC, TaC, Cr₃C₂, ZrB₂, TiN, Si₃N₄, ZrB₂, TiB₂. Es sind aber auch andere, z. B. metallorganische Partikel als Zusatzkomponente zur Verbesserung des Verschleissverhaltens der Rakel möglich. Weiter können als Hartstoffpartikel auch weitere Metallnitride, Metallcarbonitride, Metallboride, Keramiken und/oder intermetallischen Phasen vorgesehen sein. Weiter können die Hartstoffpartikel auch Metallpartikel umfassen. Geeignet sind z. B. Metallpartikel aus W, Ti, Zr, Mo, und/oder Stahl. Dem Fachmann sind weitere Metalle bekannt, welche zu Hartstoffpartikel verarbeitet werden können. Die Metallpartikel können dabei alleine, in Kombination mit anderen Metallpartikeln und/oder in Kombination mit weiteren Hartstoffpartikeln eingesetzt werden. Weiter können Hartstoffpartikel aus Metalllegierungen eingesetzt werden.
Als besonders geeignet haben sich Metallpartikel aus metallischem Molybdän herausgestellt. Rakel mit einer Beschichtung auf der Basis von Polymeren mit darin dispergierten Metallpartikeln aus Molybdän verfügen über eine sehr hohe Verschleissfestigkeit und entsprechend auch eine lange Lebensdauer. Die Arbeitskanten derartiger Rakel weisen dabei eine scharf begrenzte Kontaktzone zwischen der Rakel und dem Druckzylinder bzw. der Druckwalze auf, was ein exakteres Abstreichen von Druckfarbe ermöglicht. In einer weiter bevorzugten Variante weisen die Metallpartikel einen durchschnittlichen volumenäquivalenten Kugeldurchmesser von 0.01 - 0.9 µm und einen Volumenanteil von 5 - 30 %, besonders bevorzugt 15 - 20 %, auf.
Rakel mit einer Beschichtung auf Polymerbasis mit darin dispergierten Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallnitriden, Metallcarbonitriden, Metallboriden, Keramiken und/oder intermetallischen Phasen weisen insbesondere in Verbindung mit einer polymerhaltigen respektive polymerbasierten Beschichtung eine hohe Verschleissfestigkeit und entsprechend auch eine lange Lebensdauer auf. Derartige Hartstoffpartikel können dabei äusserst stabil in der Beschichtung eingebettet werden und bilden einen strapazierfähigen Verbund mit dem Rakelkörper. Dadurch kann die Festigkeit der Beschichtung insgesamt verbessert werden, und zugleich zeigen die Arbeitskanten derartiger Rakel eine scharf begrenzte Kontaktzone zwischen der Rakel und dem Druckzylinder bzw. der Druckwalze auf, was wiederum ein exakteres Abstreichen von Druckfarbe ermöglicht. Entsprechendes gilt auch für Anwendungen bei der Papierherstellung.
Insbesondere die folgenden Metallcarbide und/oder Metallnitride haben sich als besonders geeignet herausgestellt: B₄C, kubisches BN, TiC, WC und/oder SiC. Bei den Metalloxiden ist im Besonderen Al₂O₃ vorteilhaft.
Die Hartstoffpartikel müssen jedoch nicht zwingend in Form von Metallpartikeln, Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallnitriden, Metallcarbonitriden, Metallboriden, Keramiken und/oder intermetallischen Phasen vorliegen. Grundsätzlich kommen als Hartstoffpartikel auch Partikel aus anderen Materialien in Frage.
In einer vorteilhaften Variante umfassen die Hartstoffpartikel Diamant. Bevorzugt wird dabei Diamant mit mono- und/oder polykristalliner Struktur eingesetzt. Hartstoffpartikel aus Diamant haben sich bei den erfindungsgemässen Rakel als besonders vorteilhaft erwiesen und bringen insbesondere eine weitere Verbesserung der Verschleissfestigkeit und Stabilisierung der Arbeitskanten der Rakel mit sich. Dies dürfte unter anderem auf die hohe Härte sowie die chemische und mechanische Stabilität von Diamant zurückzuführen sein.
Wie sich gezeigt hat, ist es prinzipiell aber möglich, anstelle oder zusätzlich zu Hartstoffpartikeln aus Diamant mit mono- und/oder polykristalliner Struktur Partikel aus amorphem diamantartigem Kohlenstoff ("diamond-like carbon"; "DLC") einzusetzen. Mit Vorteil weist der amorphe diamantartige Kohlenstoff jedoch einen hohen sp3-Hybridisierungsanteil auf, damit eine ausreichende Härte gegeben ist. Je nach Verwendungszweck der Rakel kann amorpher diamantartiger Kohlenstoff sogar Vorteile haben. Im Allgemeinen ist amorpher diamantartiger Kohlenstoff zudem kostengünstiger als Diamant.
Besonders bevorzugt umfassen die Hartstoffpartikel sowohl SiC als auch Diamant, wobei weiter bevorzugt eine Partikelgrösse des SiC grösser ist als eine Partikelgrösse des Diamants. Insbesondere umfassen die Hartstoffpartikel dabei SiC mit einer Partikelgrösse von 0.7 - 0.9 µm und Diamant mit einer Partikelgrösse von 5 nm - 0.9 µm, bevorzugt 200 - 300 nm.
Es ist aber auch möglich, die Partikelgrössen von SiC und Diamant anders zu wählen, so dass z. B. die Partikelgrösse des Diamants gleich gross oder grösser ist als die Partikelgrösse des SiC. Zudem sind auch andere Kombinationen von Hartstoffpartikeln möglich, wobei auch mehr als zwei, z. B. drei, vier oder noch mehr unterschiedliche Hartstoffpartikel miteinander kombiniert werden können.
In einer anderen bevorzugten Variante der Erfindung umfassen die Hartstoffpartikel beispielsweise sowohl SiC als auch kubisches BN, wobei bevorzugt eine Partikelgrösse des BN in etwa der Partikelgrösse des SiC entspricht. Besonders bevorzugt messen die Partikelgrössen des SiC und des kubischen BN dabei ca. 0.1 - 0.9 µm.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Beschichtung zur Verbesserung der Verschleissfestigkeit Schmiermittel, insbesondere Schmierpartikel, umfasst. Dadurch kann beim Abrakeln zusätzlich eine Schmierwirkung erzielt werden, welche den Verschleiss reduziert. Als Schmiermittel oder Schmierpartikel kommen grundsätzlich Substanzen in Frage, welche eine Reduktion der Gleitreibung zwischen Rakel und Druckzylinder hervorrufen und dabei insbesondere ausreichend stabil sind, so dass keine Beeinträchtigung oder Verschmutzung des Druckzylinders eintritt.
In Frage kommen beispielsweise polymere Thermoplaste, z. B. Perfluoralkoxylalkan und/oder Polytetrafluorethylen, sowie Graphit, Molybdändisulfid und/oder Weichmetalle, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer und/oder Blei.
Ein gut geeignetes Schmiermittel ist beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE). Polytetrafluorethylen wird bevorzugt in Form von Schmierpartikeln eingesetzt.
Insbesondere die Verwendung von polymeren Thermoplasten, aber auch bei anderen Polymeren, besteht der Vorteil, dass diese Schmierstoffe besonders gut in die Matrix der Beschichtung eingebunden werden kann, insbesondere da die erfindungsgemässe Beschichtung polymerbasiert ist.
Als Schmiermittel besonders vorteilhaft hat sich aber auch hexagonales BN herausgestellt. Dies insbesondere in Partikelform. Wie sich gezeigt hat, konnte mit Schmiermitteln, insbesondere Schmierpartikeln aus hexagonalem BN, die Verschleissfestigkeit der Rakel bei einer Vielzahl von Anwendungen mit unterschiedlichen Druckzylindern verbessert werden. Dies insbesondere weitgehend unabhängig von den Verfahrensparametern beim Abrakeln. Mit anderen Worten hat sich hexagonales BN als äusserst vielseitig einsetzbares und wirkungsvolles Schmiermittel erwiesen.
Schmierpartikel, insbesondere Schmierpartikel aus hexagonalem BN, weisen mit Vorteil eine Partikelgrösse von 50 nm - 0.9 µm, bevorzugt 80 - 300 nm, weiter bevorzugt 90 - 110 nm auf. Dadurch wird für eine Vielzahl von Anwendungen eine optimale Wirkung erreicht. Prinzipiell können aber für spezifische Anwendungen auch andere Partikelgrössen geeignet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen in der Beschichtung als Zusatzstoffe zur Verbesserung der Verschleissfestigkeit sowohl Schmiermittel, insbesondere Schmierpartikel, als auch Hartstoffpartikel vor. Idealerweise werden dabei Schmierpartikel aus hexagonalem BN zusammen mit Hartstoffpartikeln aus SiC verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Beschichtung zusätzlich zu den Hartstoffpartikeln Fasern zur Verstärkung der Beschichtung. Die Fasern können beispielsweise Kohlefasern, Kunststofffasern oder ähnliches umfassen.
Eine Schichtdicke der Beschichtung beträgt vorzugsweise 1 - 30 µm (Mikrometer). Weiter bevorzugt beträgt die Schichtdicke 5 - 20 µm, besonders bevorzugt 5 - 10 µm. Derartige Schichtdicke bieten einen optimalen Schutz der Arbeitskante der Rakel. Zudem weisen derart bemessene Schichtdicke eine hohe Eigenstabilität auf, was die teilweise oder vollständige Delamination der ersten Beschichtung, beispielsweise während des Abrakelns von Druckfarbe von einem Druckzylinder, wirkungsvoll reduziert.
Dicken von weniger als 1 µm sind zwar möglich, die Verschleissfestigkeit der Arbeitskante bzw. der Rakel nimmt dabei aber rasch ab. Grössere Dicken als 30 µm sind auch machbar. Diese sind aber im Allgemeinen weniger ökonomisch und können sich unter Umständen auch negativ auf die Qualität der Arbeitskante auswirken. Für spezielle Einsatzbereiche der Rakel können Dicken von weniger als 1 µm oder mehr als 30 µm jedoch durchaus vorteilhaft sein.
Vorzugsweise ist der Rakelkörper aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet. Besonders vorteilhaft sind Rakelkörper aus Metallen, welche robust und korrosionsresistent sind. Insbesondere aus diesen Gründen sind Rakelkörper aus Aluminium besonders vorteilhaft. Weiter können Rakelkörper aber auch aus anderen Metallen gefertigt sein, zum Beispiel Eisen etc. Die Rakel kann aber auch aus einer Metalllegierung gefertigt sein, womit die gewünschten Eigenschaften der Rakel optimal gesteuert werden können. Die Materialwahl des Rakelkörpers ist bevorzugt auf die Beschichtung derart abgestimmt, dass eine optimale Verschleissfestigkeit der Rakel und damit eine grösstmögliche Lebensdauer erreicht, sowie ein präzises Abrakeln ermöglicht werden.
In Varianten können auch andere Materialien für die Herstellung des Rakelkörpers verwendet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht der Rakelkörper aus Stahl. Stahl hat sich in mechanischer Hinsicht als besonders robustes und geeignetes Material für die erfindungsgemässen Rakel erwiesen. Damit können präzise Rakel mit langer Lebensdauer kostengünstig hergestellt werden.
Anstelle von Stahl können jedoch beispielsweise auch andere Metalle oder Metalllegierungen als Grundkörper eingesetzt werden.
Bevorzugt ist dabei wenigstens ein bezüglich der longitudinalen Richtung vorliegender Mantelbereich des Grundkörpers vollständig und rundum einer Beschichtung bedeckt. Dadurch sind wenigstens die Arbeitskante, die Oberseite, die Unterseite und die der Arbeitskante gegenüberliegende hintere Stirnseite des Grundkörpers mit einer Beschichtung bedeckt. Die senkrecht zur longitudinalen Richtung vorliegenden Seitenflächen des Grundkörpers können unbeschichtet vorliegen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass die zweite Beschichtung den Grundkörper vollständig und allseitig bedeckt, also auch die senkrecht zur longitudinalen Richtung vorliegenden Seitenflächen des Grundkörpers mit einer der Beschichtungen bedeckt sind. In diesem Fall umgibt wenigstens eine der Beschichtung den Grundkörper vollständig.
Dadurch dass wenigstens der bezüglich der longitudinalen Richtung vorliegende Mantelbereich des Grundkörpers vollständig und rundum mit einer Beschichtung bedeckt ist, sind auch die wesentlichen Bereiche des Grundkörpers, welche nicht zur Arbeitskante gehören, mit der Beschichtung versehen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um den Grundkörper vor den Wasser-basierten oder leicht sauren Druckfarben und/oder anderen mit der Rakel in Kontakt kommenden Flüssigkeiten zu schützen. Im Besonderen bei Grundkörpern aus Stahl wird so ein optimaler Rostschutz für die Rakel geschaffen. Damit wird die Konstanz der Druckqualität während dem Druckprozess weiter verbessert, da der während dem Druckprozess mit der Rakel in Kontakt stehende Druckzylinder bzw. die Druckwalze beispielsweise nicht durch Rostpartikel verunreinigt wird. Des Weiteren ist der Grundkörper durch eine im Mantelbereich aufgebrachte Beschichtung auch während der Lagerung und/oder dem Transport bestmöglich gegen Rostbildung geschützt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Rakel aber nur dort beschichtet, wo die grösste mechanische Beanspruchung auftritt, namentlich an der Arbeitskante und deren peripheren Bereichen. Damit kann die Beschichtung kostengünstig gehalten werden. Diese Variante ist insbesondere bei Rakelkörpern von Vorteil, welche im Wesentlichen chemisch inert sind, insbesondere auf das Anwendungsgebiet der Rakel. So können zum Beispiel Rakelkörper aus rostfreiem Stahl oder aus Aluminium gegebenenfalls nur im Bereich der Arbeitskante respektive auf der, im Betrieb dem Druckzylinder abgewandten Seite nicht beschichtet sein. Damit können die Materialkosten bei der Herstellung reduziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist Rakelkörper aus einem Kunststoff respektive aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet. Für spezielle Anwendungen haben sich Grundkörper aus Kunststoffen gegenüber Grundkörpern aus Stahl aufgrund ihrer unterschiedlichen mechanischen und chemischen Eigenschaften teilweise als vorteilhafter erwiesen. So verfügen einige der in Frage kommenden Kunststoffe gegenüber typischen Wasser-basierten und leicht sauren Druckfarben über eine ausreichende chemische Stabilität oder Inertheit, womit der Grundkörper nicht speziell geschützt werden muss, wie im Falle eines Grundkörpers aus Stahl. Weiter sind Kunststoffe kostengünstig im Ankauf sowie einfach in der Bearbeitung. Weiter sind Kunststoffe leichter und damit auch in der Anwendung, insbesondere in der Handhabung bei der Wartung von Druckmaschinen und dergleichen zu bevorzugen. Die Rakelkörper aus Kunststoff weisen weiter gute Eigenschaften bei der Beschichtung mit einer polymerbasierten Beschichtung auf. So kann der Rakelkörper nicht nur rein adhäsiv wie beim Rakelkörpern aus Metall, sondern gegebenenfalls auch chemisch mit der Beschichtung verbunden oder thermisch mit der Beschichtung in einer Grenzphase verschmolzen werden.
Als Kunststoffmaterial kommen z. B. Polymermaterialien in Frage. Dies können unter anderem thermoplastische, duroplastische und/oder elastomere Polymermaterialien sein. Geeignete Kunststoffe sind z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyren, Polyvinylalkohol, Polyethylen-Terephthalat, Polyamid, Polyacetal, Polycarbonat, Polyarylat, Polyetheretherketon, Polyimid, Polyester, Polytetrafluorethylen und/oder Polyurethan. Auch Kompositstrukturen mit Fasern zur Verstärkung der Polymermatrix sind möglich. Grundsätzlich können jedoch auch Grundkörper verwendet werden, welche z. B. sowohl aus Metall, insbesondere Stahl, als auch aus Kunststoff bestehen. Auch Grundkörper mit anderen Materialien, z. B. Keramiken und/oder Kompositmaterialen, können für spezielle Anwendungen gegebenenfalls geeignet sein.
Vorzugsweise wird der Rakelkörper vor der Beschichtung erwärmt. Damit wird einerseits sichergestellt, dass der Rakelkörper für die Beschichtung trocken ist. So kann verhindert werden, dass sich eine Beschichtung später vom Rakelkörper löst, zum Beispiel durch Korrosion des Rakelkörpers unter der Beschichtung. Weiter wird damit erreicht, dass die Beschichtung optimal am Rakelkörper haftet respektive sich mit diesem verbindet. Die polymerbasierte Beschichtung weist damit auf der Rakel eine geringere Viskosität auf, womit die Beschichtung gleichmässig verteilt werden kann, ohne dass sich Streifen oder Tropfen bilden. Im Falle, dass das aufzutragende Beschichtungsmaterial Lösemittel umfasst, kann damit weiter der Trocknungsvorgang begünstigt werden.
In Varianten kann auf die Erwärmung des Rakelkörpers vor der Beschichtung auch verzichtet werden.
Vorzugsweise wird der Rakelkörper vor der Beschichtung mechanisch und/oder elektrolytisch entfettet. Bevorzugt ist eine elektrolytische Entfettung. Damit wird wiederum eine optimale Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Rakelkörper erreicht. Auf der Rakel vorhandene Verunreinigung, insbesondere fetthaltige Verunreinigung kann die Adhäsion zwischen Beschichtung und Rakelkörper empfindlich stören.
In Varianten kann auf das elektrolytische Entfetten auch verzichtet werden. In diesem Fall kann auf einen anderen Reinigungsschritt zurückgegriffen werden, zum Beispiel auf einen Reinigungsschritt mit einer Waschlösung, wie zum Beispiel einem organischen Lösemittel oder einer Seifenlösung.
Bevorzugt wird die Rakel zur elektrolytischen Entfettung als Anode geschaltet, um Fett mittels Kationen vom Rakelkörper zu entfernen. Bei der sogenannten anodischen Entfettung wird am Rakelkörper unter der Fettschicht Sauerstoff gebildet, welcher die Fettschicht ablöst. Die anodische Entfettung hat insbesondere gegenüber der kathodischen Entfettung den Vorteil, dass eine Wasserstoffversprödung vermieden werden kann. Der erhöhte Strombedarf gegenüber der kathodischen Entfettung wird deshalb insbesondere bei Rakel aus Stahl bewusst in Kauf genommen, um den Rakelkörper zu schonen.
Die Entfettung kann alternativ auch mit vertauschten Elektroden, als kathodische Entfettung, durchgeführt werden. Diese hat den Vorteil, dass durch die Bildung von Wasserstoff unter der Fettschicht mit derselben Strommenge das doppelte Gasvolumen erzeugt werden kann. Allerdings muss dabei unter Umständen die Wasserstoffversprödung in Kauf genommen werden. Bei Rakelkörpern, welche keiner Wasserstoffversrprödung unterliegen, kann jedoch mühelos die kathodische Entfettung gewählt werden, um bei geringerem Stromverbrauch eine effizientere Entfettung zu erhalten. Weiter können auch beide Techniken sequentiell angewandt werden.
Vorzugsweise erfolgt nach der Beschichtung des Rakelkörpers ein Trocknungsschritt, wobei insbesondere auf den Trocknungsschritt ein Erhärtungsschritt folgt. Im Trocknungsschritt können allfällig in der Beschichtung vorhandene Lösemittel schonend entfernt werden, während im Erhärtungsschritt auch noch die kleinsten Restmengen an Lösemitteln entfernt und die Struktur der Beschichtung ausgehärtet wird. Der Erhärtungsschritt kann dabei rein thermisch sein, das heisst zum Beispiel die Beschichtung mit dem oder auf dem Rakelkörper verbacken. Anderseits kann mit dem Erhärtungsschritt auch ein chemischer Prozess in Gang gesetzt werden. Dieser kann zum Beispiel eine Polymerisierung umfassen, welcher durch UV-Strahlen in Gang gesetzt wird. Dem Fachmann sind auch weitere solche Schritte bekannt, welche auf eine polymerbasierte Beschichtung folgen können.
In Varianten kann auf den Trocknungsschritt und/oder den Erhärtungsschritt auch verzichtet werden.
Bevorzugt erfolgt der Erhärtungsschritt bei einer Temperatur von 150 °C bis 350 °C, vorzugsweise bei 200 °C bis 300 °C, insbesondere bei 230 °C bis 270 °C. Insbesondere werden diese Temperaturen während einer Haltezeit von 0.5 - 15 Stunden, bevorzugt 0.5 - 8 Stunden, gehalten. Derartige Temperaturen und Haltezeiten haben sich als optimal erwiesen, um ausreichende Härten der Beschichtungen zu erzielen.
Temperaturen von weniger als 100 °C sind ebenfalls möglich. In diesem Fall sind jedoch sehr lange und meist unökonomische Haltezeiten erforderlich. Höhere Temperaturen als 350 °C sind, je nach Material des Grundkörpers und der Beschichtung, prinzipiell auch machbar, es ist aber darauf zu achten, dass insbesondere die polymerhaltige Beschichtung durch den Erhärtungsschritt nicht beschädigt wird.
Vorzugsweise wird nach dem vollständigen Aushärten im Erhärtungsschritt die Beschichtung einer Nachbehandlung unterzogen. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um eine mechanische Nachbehandlung und/oder eine Reinigung. Beispielsweise kann eine mechanische Bearbeitung durchgeführt werden, wie ein Schleifen, Läppen oder Polieren der Beschichtung oder eine Behandlung unter Einsatz geeigneter Werkzeuge, wie Messer, Fräser oder dergleichen.
In Varianten kann auf die Nachbehandlung auch verzichtet werden
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Einen Querschnitt durch eine erste erfindungsgemässe Lamellenrakel, wobei eine Arbeitskante der Lamellenrakel mit einer polymerbasierten Beschichtung und darin dispergierten Hartstoffpartikeln beschichtet ist;
Fig. 2: Einen Querschnitt durch eine zweite erfindungsgemässe Lamellenrakel, wobei eine Arbeitskante der Lamellenrakel mit einer polymerbasierten Beschichtung und darin dispergierten Hartstoffpartikeln beschichtet ist;
Fig. 3: Einen Querschnitt durch eine dritte erfindungsgemässe Lamellenrakel, welche vollständig mit einer polymerbasierten Beschichtung und darin dispergierten Hartstoffpartikeln beschichtet ist;
Fig. 4: Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung einer Rakel.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Lamellenrakel 100 in Kontakt mit einer Druckwalze 170 im Querschnitt dargestellt. Die Lamellenrakel 100 beinhaltet einen Grundkörper 110 aus Stahl, welcher auf der in Fig. 1 linken Seite einen hinteren Bereich 120 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der hintere Bereich 120 ist dabei als Befestigungsbereich vorgesehen, um die Lamellenrakel beispielsweise in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung einer Druckmaschine zu halten. Eine Rakeldicke, gemessen von der Oberseite 121 zur Unterseite 122 des hinteren Bereichs, beträgt ca. 0.2 mm. Eine senkrecht zur Blattebene gemessene Länge des Grundkörpers 110 bzw. der Lamellenrakel 100 beträgt beispielsweise 1000 mm. Die Druckwalze 170 kann eine Drehrichtung 171 mit oder entgegen dem Uhrzeigersinn aufweisen. Bei Anwendungen im Flexodruck sind beide Drehrichtungen möglich. Im Gravurdruck wird die Druckwalze in der vorliegenden Anordnung im Uhrzeigersinn gedreht.
Auf der in Fig. 1 rechten Seite ist der Grundkörper 110 zur Ausbildung einer Arbeitskante 130 von der Oberseite 121 des hinteren Bereichs 120 her stufenartig verjüngt. Eine Oberseite 131 der Arbeitskante 130 liegt auf einer Ebene unterhalb der Ebene der Oberseite 121 des hinteren Bereichs 120, ist aber im Wesentlichen parallel bzw. planparallel zur Oberseite 121 des hinteren Bereichs 120 ausgebildet. Zwischen dem hinteren Bereich 120 und der Arbeitskante 130 liegt ein konkav ausgeformter Übergangsbereich 125 vor. Die Unterseite 122 des hinteren Bereichs 120 und die Unterseite 132 der Arbeitskante 130 liegen in einer gemeinsamen Ebene, welche planparallel zur Oberseite 121 des hinteren Bereichs 120 und planparallel zur Oberseite 131 der Arbeitskante 130 ausgebildet ist. Eine Breite des Grundkörpers 110, gemessen vom Ende des hinteren Bereichs bis zur Stirnseite 140 der Arbeitskante 130, misst beispielsweise 40 mm. Eine Dicke des Arbeitsbereichs 130, gemessen von der Oberseite 131 zur Unterseite 132 des Arbeitsbereichs, beträgt beispielsweise 0.060 - 0.150 mm, was ungefähr der halben Rakeldicke im hinteren Bereich 120 entspricht. Eine Breite des Arbeitsbereichs 130, gemessen an der Oberseite 131 des Arbeitsbereichs 130 von der Stirnseite 140 bis zum Übergangsbereich 125, beträgt beispielsweise 0.8 - 5 mm.
Eine freie Stirnseite 140 des freien Endes der Arbeitskante 130 verläuft von der Oberseite 131 der Arbeitskante 130 schräg nach unten zur Unterseite 132 der Arbeitskante 130 hin. Die Stirnseite 140 weist bezüglich der Oberseite 131 der Arbeitskante 130 bzw. bezüglich der Unterseite 132 der Arbeitskante 130 einen Winkel von ca. 45° bzw. 135° auf. Ein oberer Übergangsbereich zwischen der Oberseite 131 und der Stirnseite 140 der Arbeitskante 130 ist abgerundet. Ebenso ist ein unterer Übergangsbereich zwischen der Stirnseite 140 und der Unterseite 132 der Arbeitskante 130 abgerundet.
Die Arbeitskante 130 der Lamellenrakel 100 ist des Weiteren von einer Beschichtung 150 umgeben. Die Beschichtung 150 bedeckt die Oberseite 131 der Arbeitskante 130, den Übergangsbereich 125 und einen an diesen anschliessenden Teilbereich der Oberseite 121 des hinteren Bereichs 120 des Grundkörpers 110 vollständig. Ebenso bedeckt die Beschichtung 150 die Stirnseite 140, die Unterseite 132 der Arbeitskante 130 und einen an die Unterseite der Arbeitskante 130 anschliessenden Teilbereich der Unterseite 122 des hinteren Bereichs 120 des Grundkörpers 110.
Die Beschichtung 150 ist eine polymerbasierte Beschichtung, zum Beispiel umfasst die Beschichtung Epoxidharz, wobei der Epoxidharzanteil in der gebrauchsfertigen Beschichtung beispielsweise bei ungefähr 70 oder 80 Gew.% liegt, je nach Seite der Rakel (siehe unten). Darin sind Hartstoffpartikel 160, z. B. aus Siliziumcarbid (SiC), dispergiert. Eine durchschnittliche Partikelgrösse der Hartstoffpartikel 160 liegt bei ungefähr 0.8 µm. Die Schichtdicke der ersten Beschichtung 150 misst im Bereich der Arbeitskante 130 z. B. 15 µm. Im Bereich der Oberseite 121 und der Unterseite 122 des hinteren Bereichs 120 nimmt die Schichtdicke der ersten Beschichtung 150 kontinuierlich ab, so dass die erste Beschichtung 150 in einer Richtung von der Arbeitskante 130 weg keilförmig ausläuft.
Der Massenanteil an Hartstoffpartikel 160 ist in der Beschichtung der der Druckwalze zugewandten ersten Seite der Rakel 100 höher, als in der Beschichtung der der Druckwalze abgewandten zweiten Seite der Rakel. Die erste Seite umfasst die Stirnseite 140 sowie die Unterseite 132 der Arbeitskante 130. Die zweite Seite umfasst die Oberseite 131 der Arbeitskante 130. Der Massenanteil an Hartstoffpartikel 160 beträgt in der Beschichtung der ersten Seite zum Beispiel 20 Gew.% und der Massenanteil an Epoxidharz beträgt in der Beschichtung derselben Seite zum Beispiel 70 Gew.%. Der Massenanteil an Hartstoffpartikel 160 beträgt in der Beschichtung der zweiten Seite zum Beispiel 10 Gew.% und der Massenanteil an Epoxidharz beträgt in der Beschichtung derselben Seite zum Beispiel 80 Gew.%. Damit weist die zweite Seite der Rakel 100 einen geringeren Gehalt an Hartstoffpartikel 160 auf als die erste Seite der Rakel 100.
Die erste Seite, das heisst die der Druckwalze 170 zugewandte Seite, umfasst damit den Kontaktbereich zwischen Rakel 100 und Druckwalze 170, namentlich die Stirnfläche 140. Weiter umfasst die erste Seite auch diejenige Oberfläche 122 der Rakel, welche mit einer Tangente im Kontaktbereich der Rakel einen Winkel kleiner als 90° einschliesst. Dieselbe Interpretation gilt auch für die nachfolgenden Figuren 2 und 3.
Fig. 2 zeigt eine zweite erfindungsgemässe Lamellenrakel 200 im Querschnitt. Die zweite Lamellenrakel 200 verfügt über einen Grundkörper 210 mit einem hinteren Bereich 220 und einem Arbeitskantenbereich 230 und ist im Wesentlichen baugleich mit der ersten Lamellenrakel 100 aus Fig. 1. Ebenso sind bei der zweiten Lamellenrakel 200 die Oberseite 231 der Arbeitskante 230, der Übergangsbereich 225 und ein an diesen anschliessenden Teilbereich der Oberseite 221 des hinteren Bereichs 220 des Grundkörpers 210 sowie die Stirnseite 240, die Unterseite 232 der Arbeitskante 230 und ein an die Unterseite 232 der Arbeitskante 230 anschliessenden Teilbereich der Unterseite 222 des hinteren Bereichs 220 des Grundkörpers 210 mit einer Beschichtung 250 überzogen.
Die Beschichtung 250 besteht wiederum aus einer polymerbasierten Beschichtung, zum Beispiel Phenol-Formaldehydharz. Die Beschichtung der der Druckwalze zugewandten ersten Seite der Rakel 200 umfasst Hartstoffpartikel 260, während die Beschichtung der der Druckwalze abgewandten zweiten Seite der Rakel keine respektive im Wesentlichen kein Hartstoffpartikel umfasst. Dabei umfasst die erste Seite wiederum die Stirnseite 240 sowie die Unterseite 232 der Arbeitskante 230. Die zweite Seite umfasst die Oberseite 231 der Arbeitskante 230. Bei den Hartstoffpartikeln handelt es sich beispielswiese um kubisches B₄C.
Auf der ersten Seite der Rakel 200 weist die gebrauchsfertige Beschichtung einen Gehalt an Phenol-Formaldehydharz von beispielsweise 80 Gew.% auf. Weiter umfasst die Beschichtung der ersten Seite einen Gehalt an kubischem B₄C von 15 Gew.%. Die zweite Seite der Rakel 200 weist einen Gehalt an Phenol-Formaldehydharz von beispielsweise 95 Gew.% auf. Die zweite Seite der Rakel 200 ist im Wesentlichen frei von Partikeln.
Eine durchschnittliche Partikelgrösse der Hartstoffpartikel 260 liegt bei ungefähr 0.6 µm. Die Schichtdicke der ersten Beschichtung 250 misst im Bereich der Arbeitskante 230 z. B. 17 µm.
Fig. 3 zeigt eine dritte erfindungsgemässe Lamellenrakel 300 im Querschnitt. Die dritte Rakel 300 verfügt über einen Grundkörper 310, welcher im Bereich der Arbeitskante 330 in gleicher Weise wie die erste Rakel aus Fig. 1 mit einer Beschichtung 350 beschichtet ist. Entsprechend ist die Oberseite 331 der Arbeitskante 330, der Übergangsbereich 325 und ein an diesen anschliessenden Teilbereich der Oberseite 321 des hinteren Bereichs 320 des Grundkörpers 310 sowie die Stirnseite 340, die Unterseite 332 der Arbeitskante 330 und ein an die Unterseite 332 der Arbeitskante 330 anschliessenden Teilbereich der Unterseite 322 des hinteren Bereichs 320 des Grundkörpers 310 mit der Beschichtung 350 überzogen.
Bei der dritten Lamellenrakel liegt eine Beschichtung 350 vor, welche die Lamellenrakel 300 vollständig umgibt. Mit anderen Worten bedeckt die Beschichtung 350 sowohl die Oberseite 321 als auch die Unterseite 322 des hinteren Bereichs 320 des Grundkörpers 310 vollständig.
Die Beschichtung 350 besteht wiederum aus einer polymerbasierten Beschichtung, zum Beispiel Polyamid. Die Beschichtung der der Druckwalze zugewandten ersten Seite der Rakel 300 umfasst Hartstoffpartikel 360, während die Beschichtung der der Druckwalze abgewandten zweiten Seite der Rakel keine respektive im Wesentlichen kein Hartstoffpartikel umfasst. Dabei umfasst die erste Seite wiederum die Stirnseite 340 sowie die Unterseite 332 der Arbeitskante 330. Die zweite Seite umfasst die Oberseite 331 der Arbeitskante 330. Bei den Hartstoffpartikeln handelt es sich beispielswiese um Wolframpartikel.
Auf der ersten Seite der Rakel 300 weist die gebrauchsfertige Beschichtung einen Gehalt an Polyamid von beispielsweise 85 Gew.% auf. Weiter umfasst die Beschichtung der ersten Seite einen Gehalt an Wolframpartikeln von 8 Gew. % auf. Die zweite Seite der Rakel 300 weist einen Gehalt an Phenol-Formaldehydharz von beispielsweise 93 Gew.% auf. Die zweite Seite der Rakel 200 ist wiederum im Wesentlichen frei von Partikeln.
Eine durchschnittliche Partikelgrösse der Hartstoffpartikel 360 liegt bei ungefähr 0.3 µm. Die Schichtdicke der ersten Beschichtung 350 misst im Bereich der Arbeitskante 330 z. B. 12 µm.
Die vorstehend beschriebenen und in den Fig. 1 - 3 dargestellten Lamellenrakel sind lediglich als illustrative Beispiele für eine Vielzahl von realisierbaren Ausführungsformen zu verstehen.
Fig. 4 veranschaulicht ein Verfahren 400 zur Herstellung einer Lamellenrakel, wie sie z. B. in Fig. 1 abgebildet ist. Dabei wird in einem ersten Schritt 401 die Rakel elektrolytisch entfettet. Dabei wird die Rakel 100 zur elektrolytischen Entfettung als Anode geschaltet, um Fett vom Rakelkörper 110 zu entfernen. Durch die anodische elektrolytische Entfettung wird eine Wasserstoffversprödung vermieden. Anschliessend wird der Rakelkörper 110 erwärmt. In einem zweiten Schritt 402 erfolgt eine Beschichtung mit dem polymerbasierten Beschichtungsmaterial, in welchem die Hartstoffpartikel und gegebenenfalls weitere Partikel dispergiert und/oder andere Hilfsstoffe eingebracht sind. im letzten Schritt 403 erfolgt ein Trocknungs- und Härtungsschritt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und das Herstellungsverfahren sind jedoch lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden können.
So können die Grundkörper 110, 210, 310 der Rakel aus den Fig. 1 - 3 auch aus einem anderen Material, wie z. B. rostfreiem Stahl oder einem Karbon-Stahl, gefertigt sein. 3 Grundsätzlich können die Grundkörper der Rakel aus den Fig. 1 - 3 aber auch aus einem nichtmetallischen Material, wie z. B. Kunststoffen, bestehen. Dies kann insbesondere für Anwendungen im Flexodruck vorteilhaft sein.
Es ist auch möglich, anstelle der in den Fig. 1 - 3 gezeigten Grundkörpern jeweils Grundkörper mit einer anderen Form zu verwenden. Insbesondere können die Grundkörper eine keilförmige Arbeitskante oder einen nicht verjüngten Querschnitt mit abgerundeter Arbeitskante aufweisen. Die freien Stirnseiten 140, 240, 3403 der Arbeitskanten 130, 230, 330 können beispielsweise auch vollständig abgerundet ausgeformt sein.
Des Weiteren können die erfindungsgemässen Rakel aus den Fig. 1 - 3 auch anders dimensioniert sein. So können beispielsweise die Dicken der Arbeitsbereiche 130, 230, 330, gemessen von den jeweiligen Oberseiten 131, 231, 331 zu den jeweiligen Unterseiten 132, 232, 332, in einem Bereich von beispielsweise 0.040 - 0.200 mm variieren.
Ebenso können die Beschichtungen der Rakel aus den Fig. 1 - 3 weitere Beschichtungskomponenten und/oder zusätzliche Stoffe, wie z. B. Metallatome, Nichtmetallatome, anorganische Verbindungen und/oder organische Verbindungen, enthalten. Insbesondere können unterschiedliche Schmierstoffe oder Stoffe, welche die Härte der Beschichtung beeinflussen vorgesehen sein. Die zusätzlichen Stoffe können dabei auch partikelförmig sein.
Sämtliche der in den Figuren 1 - 3 gezeigten Rakel können beispielsweise mit einer oder mehreren weiteren Beschichtungen überzogen werden. Die weiteren Beschichtungen können im Bereich der Arbeitskanten und/oder der hinteren Bereiche vorliegen und z. B. die Verschleissfestigkeit der Arbeitskanten verbessern und/oder die hinteren Bereich vor Einflüssen durch aggressive Chemikalien schützen. Eine allfällige weitere Beschichtung ist vorzugsweise ebenfalls polymerbasiert. In Varianten können aber auch andere Beschichtungstypen eingesetzt werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass neuartige Rakel geschaffen wurden, welche sich durch eine gute Verschleissfestigkeit auszeichnen und während der gesamten Lebensdauer ein gleichmässiges und streifenfreies Abstreichen von Druckfarbe ermöglichen und zudem kostengünstig in der Herstellung sind. Zugleich lassen sich die erfindungsgemässen Rakel in unterschiedlichsten Ausführungsformen realisieren, so dass sie gezielt an spezifische Verwendungszwecke angepasst werden können.

Claims

Rakel (100), insbesondere zum Abrakeln von Druckfarbe von einem Druckzylinder, umfassend einen Rakelkörper (110) mit einer Arbeitskante (130) sowie einer ersten Rakelseite (122), welche insbesondere im Betrieb dem Druckzylinder zugewandt ist, und einer zweiten Rakelseite (121), welche insbesondere im Betrieb vom Druckzylinder abgewandt ist, wobei der Rakelkörper (110) mit einer ein Polymer umfassenden Beschichtung (150) versehen ist, wobei die Beschichtung (150) wenigstens in einem Teilbereich Partikel (160) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (160) als Hartstoffpartikel (160) ausgebildet sind und dass ein Massenanteil der Hartstoffpartikel (160) in der Beschichtung (150) auf der ersten Rakelseite (122) höher ist als ein Massenanteil der Hartstoffpartikel (160) in der Beschichtung (150) auf der zweiten Rakelseite (121).
Rakel (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (150) der ersten Rakelseite (122) Hartstoffpartikel (160) umfasst und die Beschichtung (150) der zweiten Rakelseite (121) im Wesentlichen frei von Hartstoffpartikel (160) ist.
Rakel (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (150) der zweiten Rakelseite (121) keine Partikel umfasst.
Rakel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein durchschnittlicher volumenäquivalenter Kugeldurchmesser der Hartstoffpartikel (160) kleiner als 1'000 Nanometer, vorzugsweise kleiner als 500 Nanometer, besonders bevorzugt kleiner als 250 Nanometer ist.
Rakel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffpartikel (160) mindestens einen der folgenden Stoffe umfassen:
a) Metalloxide, insbesondere Aluminiumoxid und/oder Chromoxid;

b) Diamant;

c) Siliziumcarbid;

d) Metallcarbid;

e) Metallnitrid;

f) Metallcarbonitrid;

g) Borcarbid;

h) kubisches Bornitrid;

i) Wolframcarbid.
Rakel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rakelkörper (110) aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet ist.
Rakel (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rakelkörper (110) aus Stahl besteht.
Rakel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rakelkörper (110) aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Rakel (100), insbesondere einer Rakel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei einem Rakelkörper (110) mit einer Arbeitskante (130) eine erste Rakelseite (122), welche insbesondere im Betrieb dem Druckzylinder zugewandt ist, und eine zweite Rakelseite (121), welche insbesondere im Betrieb vom Druckzylinder abgewandt ist, mit einer ein Polymer umfassenden Beschichtung (150) beschichtet wird, welche wenigstens in einem Teilbereich Partikel (160) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (160) als Hartstoffpartikel (160) ausgebildet sind und dass ein Massenanteil der Hartstoffpartikel (160) in der Beschichtung (150) auf der ersten Rakelseite höher ist als ein Massenanteil der Hartstoffpartikel (160) in der Beschichtung (150) auf der zweiten Rakelseite.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rakelkörper (110) vor der Beschichtung erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rakelkörper (110) vor der Beschichtung mechanisch und/oder elektrolytisch entfettet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rakel (100) zur elektrolytischen Entfettung als Anode geschaltet wird, um Fett mittels Kationen vom Rakelkörper (110) zu entfernen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Beschichtung des Rakelkörpers (110) ein Trocknungsschritt erfolgt, wobei insbesondere auf den Trocknungsschritt ein Erhärtungsschritt folgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhärtungsschritt bei einer Temperatur von 150 °C bis 350 °C, vorzugsweise bei 200 °C bis 300 °C, insbesondere bei 230 °C bis 270 °C erfolgt.