EP3308961A1 - Klingen mit thermischen spritzschichten - Google Patents

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Publication number
EP3308961A1
EP3308961A1 EP16193762.8A EP16193762A EP3308961A1 EP 3308961 A1 EP3308961 A1 EP 3308961A1 EP 16193762 A EP16193762 A EP 16193762A EP 3308961 A1 EP3308961 A1 EP 3308961A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ceramic
blade
suspension
coating
based coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP16193762.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Jörg BRUDERMANN
Michael Reinert
Sibylle Stiltz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daetwyler Swisstec AG
Original Assignee
Daetwyler Swisstec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daetwyler Swisstec AG filed Critical Daetwyler Swisstec AG
Priority to EP16193762.8A priority Critical patent/EP3308961A1/de
Publication of EP3308961A1 publication Critical patent/EP3308961A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F31/00—Inking arrangements or devices
    • B41F31/20—Ink-removing or collecting devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F9/00—Rotary intaglio printing presses
    • B41F9/06—Details
    • B41F9/08—Wiping mechanisms
    • B41F9/10—Doctors, scrapers, or like devices
    • B41F9/1072—Blade construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41N—PRINTING PLATES OR FOILS; MATERIALS FOR SURFACES USED IN PRINTING MACHINES FOR PRINTING, INKING, DAMPING, OR THE LIKE; PREPARING SUCH SURFACES FOR USE AND CONSERVING THEM
    • B41N10/00—Blankets or like coverings; Coverings for wipers for intaglio printing
    • B41N10/005—Coverings for wipers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G3/00—Doctors
    • D21G3/005—Doctor knifes

Definitions

  • the invention relates to a blade, in particular for printing and / or papermaking applications, comprising a flat and elongated base body having a working edge portion formed in a longitudinal direction, the working edge portion being coated with at least one ceramic-based coating. Furthermore, the invention relates to a method for producing corresponding blades, blades obtainable by the manufacturing method and various uses of the blades according to the invention.
  • blades are used, in particular in the form of a doctor blade, to remove excess printing ink from the surfaces of printing cylinders or printing rollers.
  • Such blades are usually based on a steel body with a specially shaped working edge.
  • the quality of the blades or doctor blade has a decisive influence on the printing result. Unevenness or irregularities of the standing with the impression cylinder working edges of the doctor blade lead z. B. to incomplete stripping of the ink from the webs of the printing cylinder. This can lead to an uncontrolled release of ink on the print carrier.
  • the working edges of the doctor blade are pressed against the surfaces of the printing cylinders or printing rollers during the ink removal and are moved relative thereto.
  • the working edges especially in rotary printing machines, exposed to high mechanical loads, which bring a corresponding wear.
  • Such blades are therefore basically consumables, which must be replaced periodically. Therefore, to improve the quality and life of the blades, the working edges of the blades are usually provided with coatings or coatings. Often, coatings based on metals, alloys, hard materials or plastics are used. The material properties of the coatings in particular have a significant influence on the mechanical and tribological properties of the blades.
  • the doctor blade From the DE 601 07 902 T2 (BTG Ecleplens SA) is known, for example, a doctor blade which is suitable for flexographic printing.
  • the doctor blade has a ceramic coating on the working edge which is preferably based on Al 2 O 3 and comprises ZrO 2 and optionally TiO 2 .
  • the hardness of the ceramic coating corresponds to 0.55 - 0.8 times the hardness of a ceramic sleeve of an inking roller which with the doctor blade is used.
  • the ceramic is applied by atmospheric plasma spraying (APS).
  • Blades are also used in papermaking, for example in the form of doctor blades, doctor blades, creping scrapers or perforation blades.
  • paints are paints consisting of pigments, binders and additives, e.g. applied or painted on the paper surface to improve the feel or printability.
  • the scraping of the excess coating material is effected by doctor blade, which is pressed elastically against the running through the coater paper web. By applying the pressure of the doctor blade while the order quantity of the coating materials can be controlled. In this process, the blades or blades are exposed to high loads.
  • the WO 2007/003332 A1 (BTG Ecléplens SA) a blade or a doctor blade for applying coating color to a paper web.
  • the blade has a multi-layered construction with a metallic substrate which is coated with an intermediate layer and a wear-resistant topcoat.
  • the intermediate layer has a lower thermal conductivity than the cover layer and may consist, for example, of oxides, oxide mixtures, ceramics, ceramics with metals, ceramics with polymer material, polymer material with ceramic filler, a polymer material, zirconium oxide or titanium oxide.
  • the cover layer may, for example, metal, Carbide or cermet-based.
  • the intermediate layer is applied in particular by plasma spraying or high-speed spraying (HVOF), while for the covering layer the high-speed spraying is described as advantageous.
  • HVOF high-speed spraying
  • This special layer structure is intended in particular to solve the problem of deformation of the doctor blade by heat input.
  • the object of the invention is therefore to provide the above-mentioned technical field associated blades and manufacturing processes, which overcome the above-mentioned disadvantages as possible.
  • the blades should be used as far as possible for applications in the field of printing technology as well as in papermaking.
  • the blades should in particular enable accurate painting, in particular of printing ink and / or coating color, throughout the entire service life.
  • the blades should also be advantageous with respect to thermal shock resistance and wear resistance and be as efficient and inexpensive to produce.
  • the invention relates to a blade, in particular for printing and / or papermaking applications, comprising a flat and elongated base body having a working edge portion formed in a longitudinal direction, the working edge portion being coated with at least one ceramic-based coating , This is a ceramic-based coating applied by a thermal suspension spray process.
  • a blade in particular for a tool that is designed for applications in printing and / or in papermaking.
  • a blade is a device for applying a fluid to a printing plate and / or a paper substrate, a device for stripping a fluid from a printing plate and / or a paper substrate, a device for folding and / or folding Paper, and / or a device for perforating a paper.
  • the blade is a squeegee, a doctor blade, a doctor blade, a creping doctor and / or a perforation blade.
  • the blade is a squeegee, especially for printing applications, or the blade is a doctor blade, especially for papermaking.
  • thermal spray process is well known to those skilled in the art. These are surface coating methods, in particular according to standard ISO 14917: 1999-08, in which filler materials, the so-called spray additives, inside or outside of a sprayer off, on or melted and spin coated on a surface to be coated (see also DIN EN 657). The surfaces to be coated are usually not melted.
  • the spray additives are typically in solid form, e.g. as powder or wires.
  • Known thermal spraying methods are, for example, plasma spraying or flame spraying, in particular high-speed flame spraying (HVOF).
  • HVOF high-speed flame spraying
  • Corresponding apparatuses are known to the person skilled in the art and are commercially available.
  • thermal suspension spraying or “thermal suspension spraying process” is understood to mean a thermal spraying process in which a suspension is used as spraying additive.
  • a suspension is a heterogeneous mixture of a liquid and finely divided solids.
  • the filler materials or the coating material are supplied to the sprayers in the form of suspensions.
  • the thermal suspension spraying process can be carried out, for example, on adapted equipment for flame spraying.
  • an apparatus for Flame spraying can be supplemented with a suspension conveyor.
  • Corresponding devices are known per se to the person skilled in the art and are available, for example, from Northwest Mettech Corp. commercially available. A suitable device is also in the patent application WO 2006/116844 A (National Research Council of Canada).
  • ceramic-based coating means that at least one ceramic forms the major constituent of the coating. This particular based on the weight. In this case, in the ceramic-based coating in addition to at least one ceramic quite different types of atoms and / or chemical compounds are present, which have a smaller proportion, in particular a lower weight fraction, as the ceramic.
  • the proportion of the at least one ceramic in the ceramic-based coating is preferably at least 50% by weight, particularly preferably at least 70% by weight and very particularly preferably at least 80% by weight or at least 90% by weight.
  • the ceramic-based coating is up to unavoidable impurities exclusively from the at least one ceramic.
  • the blades according to the invention have high wear resistance or wear resistance and, correspondingly, a long service life, both in applications in printing technology and in use in papermaking.
  • the blades according to the invention also show high thermal shock resistance, which is advantageous especially in papermaking or when used as a doctor blade.
  • the tendency to deform the blades upon application and the subsequent addition of the coating color can be greatly reduced, especially over conventional blades.
  • the blades are thus relatively insensitive to dry friction and the associated heat input.
  • the working edges of the inventive blades are optimally stabilized.
  • this results in a sharply defined contact zone between the blade, which in this case is in particular a doctor blade, and the impression cylinder or the Pressure roller, which in turn allows extremely accurate ink removal.
  • the contact zone remains largely stable over the entire printing process.
  • the blades or squeegees according to the invention form significantly less stripes during the break-in phase in the printing process or otherwise cause effects impairing the printing process.
  • the blades according to the invention therefore make it possible to achieve a substantially constant printing quality during the entire printing process.
  • the blades according to the invention have extremely favorable sliding properties on the printing cylinders or printing rollers commonly used. As a result, wear of the printing cylinders or printing rollers is reduced when using the inventive blades for doctoring.
  • inventive blades have proven to be a particularly advantageous working doctor blade for chamber doctor blade systems for flexographic printing. This in particular in combination with a plastic squeegee or a plastic composite material, which takes into account the reduced lubricating film on this side of the doctor chamber.
  • the inventive blades which are in this case in particular doctor blade, have proven to be advantageous.
  • a high stability of the working edge can be achieved despite abrasive wear. This greatly reduces the likelihood that grains will erupt from the surface of the blade tip, which in turn reduces the formation of streaks on the paper web.
  • the advantages of the blades according to the invention can also be achieved with a single coating. It is therefore possible to dispense with complicated multiple coatings. Accordingly, the inventive doctor blades can also be produced efficiently and inexpensively.
  • the ceramic-based coating is applied by a thermal suspension spraying process.
  • a conventional thermal spraying method such as plasma spraying or high-speed flame spraying (HVOF) powder-based
  • the advantages of the invention do not appear to the same extent or not at all.
  • the coatings produced by the thermal spray-injection process differ from differently prepared coatings. Investigations have also shown that coatings applied by conventional high velocity flame spraying have a laminar texture and a relatively high density of microstructural defects, e.g. Pores have cracks and unfused particles. By contrast, the coatings produced using the thermal suspension spray method according to the invention show a different microstructure with significantly fewer defects (fewer and smaller pores and cracks) and thus have lower porosity.
  • particles can be used, which arise in the conventional thermal spraying in overspray as waste.
  • the overspray is a particle that has not reached the workpiece to be coated in a spraying process. These particles are usually too small to be recycled.
  • waste products can be harnessed by the suspension spray technology. This leads in addition to the advantages mentioned above to a high efficiency of the process, as well as to a good ecological balance.
  • the ceramic-based coating comprises an oxide ceramic and / or a non-oxide ceramic.
  • the main component of the ceramic-based coating consists of an oxide ceramic and / or a non-oxide ceramic.
  • Particularly preferred is an oxide ceramic.
  • the ceramic-based coating to at least 50 wt .-%, more preferably at least 70 wt .-% and most preferably at least 80 wt .-% or at least 90 wt .-% of the Oxide ceramic and / or the non-oxide ceramic.
  • the ceramic-based coating consists of unavoidable impurities from the oxide ceramic and / or the non-oxide ceramic. Particularly preferred is an oxide ceramic.
  • the oxide ceramic if present, is in particular selected from the group consisting of Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , CeO 2 , and / or MgO. Particularly preferably, the oxide ceramic is selected from the group consisting of Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 , with Cr 2 O 3 being particularly preferred.
  • the non-oxide ceramic advantageously comprises a carbide, nitride, boride and / or a silicide.
  • the non-oxide ceramic consists of one or more of these representatives.
  • the non-oxide ceramic is selected from the group consisting of WSi 2 , SiC, TiC, WC, VC, ZrC, TaC, Cr 3 C 2 , B 4 C, BN, ZrB 2 , TiN, Si 3 N 4 , ZrB 2 and / or TiB 2 .
  • Particularly suitable are SiC and / or BN.
  • the ceramic-based coating comprises or consists of an oxide ceramic.
  • oxide ceramics are in particular one or more of the abovementioned representatives of oxide ceramics, the oxide ceramics in particular selected from the group consisting of Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 . Cr 2 O 3 is particularly advantageous.
  • a hardness of the ceramic-based coating is advantageously 1,200-2,200 HV 0.1, in particular 1,400-2,000 HV 0.1, preferably 1,600-1,900 HV 0.1, in particular 1,700-1 800 HV 0.1.
  • the wear resistance of the blade is increased.
  • measurements are made in accordance with the standard DIN EN ISO 6507-1: 2005 bis - 4: 2005.
  • a thickness of the ceramic-based coating generally measures advantageously 5 to 300 ⁇ m, in particular 10 to 200 ⁇ m, preferably 15 to 150 ⁇ m, in particular 20 to 100 ⁇ m.
  • the thickness of the ceramic-based coating is advantageously 5-100 ⁇ m, in particular 10-75 ⁇ m, preferably 15-50 ⁇ m, in particular 20-30 ⁇ m.
  • the thickness of the ceramic-based coating is advantageously in the range of 20-300 ⁇ m, in particular 30-200 ⁇ m, preferably 50-150 ⁇ m, in particular 75-125 ⁇ m or at approximately 100 ⁇ m.
  • Such thicknesses of the ceramic-based coating provide optimum protection of the working edge of the blade.
  • such sized coatings have a high intrinsic stability, which effectively reduces the partial or total delamination of the coating, for example during the doctoring of printing ink from a printing cylinder or when applying coating color to paper. It has also been found that the layer thicknesses mentioned are particularly advantageous with respect to thermal shock resistance.
  • a porosity of the ceramic-based coating is less than 5%, in particular less than 2.5%, preferably less than 1% or less than 0.5%.
  • the porosity is measured in particular according to the technical rule DVS 2318: 2011-07 ("Selected technological properties and characteristics of thermally sprayed layers") of the German Association for Welding and Related Processes e.V. It has been found that in such porosities, the wear resistance and thermal shock resistance of the blades can be greatly improved. In addition, when such blades are used for color doctoring in a printing process or for spreading paint on papermaking, it is possible to obtain extremely consistent results throughout the life of the blades.
  • the average roughness Ra of the ceramic-based coating, without post-processing of the coating measured according to DIN EN ISO 4287: 2010, in the range of 0.1-10 ⁇ m, in particular 0.5-5 ⁇ m, preferably 1-3 ⁇ m, in particular 1.1-2 ⁇ m or 1.3-1.9 ⁇ m. Due to the suspension spraying method used according to the invention, such values for the mean roughness Ra can be achieved without problems. Thus, the blades have clearly defined working edges. Since relatively low roughness values are already achieved, the cost of any reworking of the working edge is reduced considerably. In principle, however, ceramic-based coatings with other roughnesses can also be realized.
  • the ceramic-based coating contains at least one additional component, in particular for improving the wear behavior of the blade.
  • the working edge of the blade can be optimally adapted to specific requirements.
  • the additive component comprises e.g. at least one metal, hard particles and / or lubricating particles.
  • a suitable metal is eg molybdenum.
  • Advantageous hard material particles are in particular selected from the group consisting of BN, TiN, SiC, B 4 C, VC, TiC, and / or TaC.
  • Particularly preferred lubricating particles are h-BN, MoS 2 and / or graphite.
  • the main body of the blade comprises or is advantageously made of steel and / or plastic, with steel being particularly preferred. Steel has proved to be a particularly robust and suitable material for the blades according to the invention in mechanical terms.
  • the base body In addition to or instead of steel, however, other metals or metal alloys may also be used as the base body, for example.
  • plastic base bodies have proved to be more advantageous than steel base bodies because of their different mechanical and chemical properties. So, some of those in question As compared to typical water-based and slightly acidic printing inks, these resins have sufficient chemical stability or inertness, with which the basic body does not need to be specially protected, as in the case of a base body made of steel.
  • plastic material z. B polymer materials in question. These may be, inter alia, thermoplastic, thermosetting and / or elastomeric polymer materials. Suitable plastics are z. As polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyarylate, polyetheretherketone, polyimide, polyester, polytetrafluoroethylene and / or polyurethane. Composite structures with fibers to reinforce the polymer matrix are also possible.
  • basic body which z. B. consist of both metal, especially steel, as well as plastic. Also basic body with other materials, eg. As ceramics and / or composite materials, may be suitable for specific applications, where appropriate.
  • At least one jacket region of the base body which is present with respect to the longitudinal direction is completely and completely covered with a ceramic-based coating and / or a further coating.
  • a ceramic-based coating and / or a further coating As a result, at least the working edge, the upper side, the lower side and the rear edge of the main body opposite the working edge are covered with at least one coating.
  • the side surfaces of the main body that are perpendicular to the longitudinal direction may be uncoated.
  • the ceramic-based coating and / or a further coating to cover the main body completely and on all sides. In this case, therefore, the side surfaces of the main body which are perpendicular to the longitudinal direction are also covered with one of the coatings.
  • the ceramic-based coating is arranged directly on the main body of the blade, wherein the base body advantageously consists of steel and / or plastic.
  • the ceramic-based coating it is also within the scope of the invention, between the main body of the blade and the ceramic-based coating one or more intermediate layers to arrange. It is likewise possible to apply one or more additional cover layers to the ceramic-based coating.
  • the main body of the blade which is advantageously made of steel and / or plastic, coated only with the ceramic-based coating.
  • the blade has no further coatings.
  • Such coating can be produced particularly time-saving and economical. Nevertheless, very good properties can be achieved.
  • At least one cover layer is arranged on the ceramic-based coating.
  • the cover layer comprises in particular a non-ceramic coating, an organic coating and / or a coating comprising a polymer.
  • a cover layer can have the advantage that the ceramic-based coating is additionally protected against abrasive wear and unwanted rheological effects are reduced. Additionally, the cover layer may reduce the tendency of fluids or paint to adhere, for example, by a lower surface tension compared to the ceramic-based coating. This results in particularly advantageous blades, which is particularly evident in the case of doctor blades, doctor blades, creping doctor blades and scraper blades.
  • exactly one cover layer is arranged on the ceramic-based coating.
  • the main body of the blade which advantageously consists of steel and / or plastic, is only coated with the ceramic-based coating and precisely one covering layer.
  • the blade has no further coatings.
  • the coating comprising a polymer preferably comprises more than 50% by weight (weight percent) of polymers, in particular more than 75% by weight of polymers, particularly preferably more than 90% by weight of polymers. Further, the polymer content is preferably less than 99% by weight, more preferably less than 95% by weight. Polymers are thus preferably the main constituent of the coating. The aforementioned proportions of the polymers in the coating are based on the coating of the ready-to-use blades.
  • the polymer comprises or consists in the present case in particular of an organic polymer.
  • the polymer may be a homopolymer or a copolymer.
  • Homopolymers consist essentially of a single type of monomer, while copolymers consist of two, three or more chemically different types of monomers. It is also possible that the polymer is in the form of a so-called polymer blend or as a mixture of several different homopolymers and / or copolymers.
  • the polymer is a thermoset, thermoplastic and / or an elastomer.
  • Preferred are e.g. Thermosets.
  • Thermosets have a three-dimensional cross-linking after hardening and usually can not be deformed after they have hardened.
  • suitable polymers include polyurethane resins, epoxy resins, phenolic resins such as phenol-formaldehyde resins (novolaks and resoles), melamine-formaldehyde resins, and saturated and unsaturated polyester resins or mixtures thereof.
  • the polymers may further comprise rubber, polyurethanes, polyureas, thermoplastics or mixtures thereof.
  • the thermoplastics may include, for example, acrylonitrile butadiene styrene, polyamide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, or mixtures thereof.
  • the skilled worker is also aware of other possible polymers which may be provided in pure form or as mixtures for the production of the coating.
  • the polymer mixtures may in particular comprise two or more different polymers.
  • an additive may be present in the at least one cover layer, in particular for improving the wear behavior of the blade.
  • the working edge of the blade can be optimally adapted to specific requirements.
  • the additive comprises, for example, at least one metal, hard material particles and / or lubricating particles.
  • a suitable metal is, for example, Mo.
  • Advantageous hard material particles are in particular selected from the group consisting of BN, TiN, SiC, B 4 C, VC, TiC, and / or TaC.
  • Particularly preferred lubricating particles are h-BN, MoS 2 and / or graphite.
  • a layer thickness of the cover layer is preferably 1 to 30 ⁇ m. This in particular, if it is an organic coating and / or a coating comprising a polymer. More preferably, the layer thickness of the cover layer is 5-20 ⁇ m, more preferably 5-10 ⁇ m. Such layer thicknesses provide optimum protection of the working edge of the doctor blade. In addition, such measured layer thicknesses have a high intrinsic stability, which effectively reduces the partial or complete delamination of the first coating, for example during the doctoring of printing ink from a printing cylinder.
  • cover layers with thicknesses of less than 1 ⁇ m are possible, the wear resistance of the working edge or the doctor blade decreases rapidly. Greater thicknesses than 30 microns are also feasible. However, these are generally less economical and may also negatively affect the quality of the working edge. However, for special application areas of the doctor blade, cover layers with thicknesses of less than 1 ⁇ m or more than 30 ⁇ m can be quite advantageous.
  • Another aspect of the present invention relates to a method of making a blade, particularly a blade as described above, wherein a working edge portion of the blade formed on an elongated base in a longitudinal direction is provided with at least one ceramic-based coating.
  • the ceramic-based coating is applied by a thermal suspension spray process.
  • a suspension containing dispersed ceramic particles is used therein.
  • the ceramic particles preferably within and / or outside of a spraying device, are ablated, fused and / or melted and accelerated in the form of a particle stream onto the working edge regions of the squeegee.
  • the ceramic particles in particular have an average particle size in the range of 5 nm-20 ⁇ m, in particular 10 nm-10 ⁇ m, preferably 15 nm-5 ⁇ m, especially 100 nm-1 ⁇ m.
  • the particle size, their distribution or the average particle size of the ceramic particles are determined in particular by laser diffraction, preferably in accordance with standard ISO 13320: 2009.
  • the mean particle size here corresponds in particular to the D50 value (50% of the particles are smaller than the specified value, 50% correspondingly larger).
  • the suspension advantageously has a solids content of from 0.1 to 75% by weight, preferably from 0.5 to 50% by weight, in particular from 1 to 30% by weight, based on the total weight of the suspension.
  • the solvent used for the suspension is advantageously water, alcohol, glycol and / or mixtures thereof.
  • alcohol is e.g. Methanol, ethanol, propanol and / or isopropanol usable, in particular ethanol.
  • Suitable glycols are, for example, ethylene glycol and / or propylene glycol. Ethylene glycol is particularly preferred.
  • the suspension comprises in particular at least one wetting agent and / or at least one stabilizer. These are in particular selected from the group of anionic surfactants and / or cationic surfactants. This makes it possible to increase the stability or homogeneity of the suspension as the tendency of phase separation between ceramic particles and solvents is reduced. Sedimentation and / or agglomeration of the ceramic particles is thus best possible reduced. In addition, the stability of the suspension can be improved over time. Overall, the layer quality of the at least one ceramic-based coating can thus be improved.
  • the suspension is advantageously mixed at least temporarily, preferably continuously, during the thermal suspension spraying process. This is done in particular by a mechanical mixer, preferably by a stirrer. Mixing of the suspension may be in lieu of or in addition to the use of wetting agents and / or stabilizers and causes an improvement in the stability or homogeneity of the suspension. Particularly preferably, the mixing takes place in combination with the use of at least one wetting agent and / or at least one stabilizer. As a result, the stability and / or homogeneity of the suspension can be increased disproportionately.
  • a delivery rate of the suspension during the thermal suspension spraying process is preferably in the range of 1 to 500 ml / min, in particular 5 to 120 ml / min, preferably 20 to 100 ml / min. As a result, optimum deposition rates are achieved in the region of the working edge of the blade. In principle, however, other delivery rates are possible.
  • the ceramic particles are accelerated to a speed of 350-700 m / s during the thermal spray-injection process. This has been found in the present context as the optimum speed, which lead to an optimum coating for blades for most of the interesting ceramic materials. Other speeds may also be suitable, especially in connection with special ceramic materials.
  • the ceramic particles are advantageously heated during the suspension spraying process to a temperature of 250-3,500 ° C., in particular 1,000-3,200 ° C., preferably 2,000-3,000 ° C. Most interesting ceramic materials are so molten at these temperatures that particularly dense and low-defect coatings are obtained, which in turn comes to the layer quality.
  • a mixture of fuel, in particular kerosene, is advantageously burned together with oxygen.
  • a plasma is generated during the suspension spraying, in particular in an arc.
  • the plasma has temperatures of 5,000 - 30,000 Kelvin.
  • an inert gas and / or a noble gas is used as gas for generating the plasma.
  • an additional gas in particular an inert gas and / or compressed air, is injected, preferably for increasing the kinetic energy of the particle stream and / or for shaping the particle stream.
  • the spray device has a nozzle, in particular an expansion nozzle, wherein preferably the additional gas is injected in a region of a nozzle outlet opening of the nozzle.
  • an apparatus for plasma spraying and / or an apparatus for flame spraying are used for the suspension spraying, wherein the suspension is injected into a flame and / or a plasma of the apparatus.
  • Such apparatus are commercially available.
  • an apparatus for high-velocity flame spraying (HVOF) and / or an apparatus for atmospheric plasma spraying in particular with an upstream suspension conveyor and / or a suspension injector, is used for the suspension spraying, wherein the suspension is injected into a flame and / or the plasma of the apparatus.
  • HVOF high-velocity flame spraying
  • an apparatus for atmospheric plasma spraying in particular with an upstream suspension conveyor and / or a suspension injector, is used for the suspension spraying, wherein the suspension is injected into a flame and / or the plasma of the apparatus.
  • the suspension is injected into a combustion chamber of the apparatus, in particular an apparatus for high-speed flame spraying (HVOF) or for atmospheric plasma spraying.
  • HVOF high-speed flame spraying
  • the suspension is injected in a substantially axial direction with respect to a direction of a nozzle outlet opening of the apparatus, in particular an apparatus for high-speed flame spraying (HVOF) or for atmospheric plasma spraying.
  • the direction of the nozzle exit opening particularly denotes the direction of the normal vector of the area formed by the nozzle exit opening. This direction corresponds in particular to a direction of movement of the particle flow when leaving the nozzle opening.
  • substantially in the axial direction is meant that the direction of the injection to the direction of the nozzle outlet opening forms an angle of 0-30 °, in particular 0-15 °, especially 0-5 ° or 0-1 °.
  • the suspension is injected in a substantially radial direction with respect to a nozzle outlet opening of the apparatus, in particular a device for high-speed flame spraying (HVOF) or for atmospheric plasma spraying.
  • HVOF high-speed flame spraying
  • substantially in the radial direction is meant that the direction of the injection to the direction of the nozzle outlet opening forms an angle of 60-90 °, in particular 75-90 °, especially 85-90 ° or 89-90 °.
  • the suspension is advantageously injected into the flame and / or the plasma at a pressure of 0-6 bar, in particular 1-5 bar.
  • steps a) to c) are carried out in particular in the order given.
  • a chamfer or a chamfered surface is also ground in the uncoated working edge region.
  • a further coating can be applied before and / or after step a).
  • a lamella is in particular a working edge area which is narrower in terms of thickness.
  • a lamella thickness including coating is for example 60-150 .mu.m, in particular 70-120 .mu.m, preferably 70-90 .mu.m.
  • the layer thickness of the ceramic-based coating is in particular ⁇ 40 microns and / or> 5 microns, in particular 20 - 30 microns.
  • the method allows, for example, for the first time high-quality lamella blade, in particular with a structure such as those in the EP 0 911 157 A1 (MDC Max Daetwyler Bleienbach AG) to produce by a thermal suspension spraying process.
  • a structure such as those in the EP 0 911 157 A1 (MDC Max Daetwyler Bleienbach AG)
  • Other processes in which the grinding of the blade or the production of the lamella occurs before the coating have the disadvantage that, due to the high thermal and kinetic energies during the application of the coatings, deformations of the relatively thin lamella can occur in the working edge region Quality of the squeegee deteriorates.
  • the invention relates to a blade, which is obtainable by a method as described above.
  • an apparatus set comprising a blade according to the invention and at least one further blade, which is located in structurally different.
  • it is a set of equipment for a chambered doctor blade system, especially for flexographic printing.
  • the at least one further blade consists in particular of a plastic material or a plastic composite material.
  • the further blade comprises or consists of a polymer material.
  • a polymer material may be, inter alia, thermoplastic, thermosetting and / or elastomeric polymer materials.
  • Suitable polymer materials or plastics are, for. As polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyarylate, polyetheretherketone, polyimide, polyester, polytetrafluoroethylene and / or polyurethane.
  • Composite structures with fibers to reinforce the polymer matrix are also possible.
  • the set of equipment is in particular part of a chambered doctor blade system, in particular for flexographic printing.
  • a chambered doctor blade system comprises a chamber, which is pressed with an opening against a printing plate and contains the paint to be applied to the printing form. The excess ink picked up by the printing form during a relative movement between the printing form and the chamber (for example, by rotation of a printing cylinder relative to a fixed chamber) is thereby scraped off by the so-called working doctor.
  • the so-called closing squeegee On the other side of the chamber is the so-called closing squeegee, which produces a seal between the printing plate and chamber.
  • the blades according to the invention are used in particular as a work doctor blade.
  • the other blade acts in particular as a squeegee.
  • the further doctor blade comprises or is at least in the working edge region a coating of an organic material, in particular a plastic or a plastic composite material.
  • a doctor blade 100 according to the invention for applications in flexographic printing is shown in cross-section.
  • the doctor blade 100 includes a base body 110 made of steel, which has a substantially rectangular cross-section throughout.
  • a rear portion 120 of the doctor blade which is provided as a mounting portion to hold the doctor blade, for example, in a corresponding receiving device of a printing press.
  • a doctor blade thickness, measured from the upper side 121 to the lower side 122 of the rear region 120, is for example 0.2 mm.
  • the in Fig. 1a The region of the main body 110 which is shown on the right-hand side and faces away from the rear region 120 is referred to as the working edge region 130.
  • the working edge region extends up to an end face 140 of the main body 110 facing away from the rear region 120.
  • a width of the main body 110, measured from the end of the rear region to the front side 140 of the working edge region 130 measures, for example, 40 mm.
  • the working edge region 130 of the doctor blade 100 is furthermore coated in the region of the upper side 121 of the base body with a coating 150 which is cuboid in cross section.
  • the cuboid coating 150 forms the actual working edge of the doctor blade 100 during operation.
  • the coating 150 is a ceramic based coating applied by suspension high speed flame spraying (a thermal suspension spray method). The procedure is described in more detail later in Chapter 3.
  • the coating consists z. B. completely from Cr 2 O 3 and has a porosity of 0.5%.
  • the layer thickness of the coating 150 measures in the region of the working edge 130 z. B. 200 microns, while the hardness z. B. 1'800 HV 0.1 (measured according to standard DIN EN ISO 6507-1: 2005).
  • the mean roughness Ra of the coating 150 measured according to DIN EN ISO 4287: 2010, is for example 2.5 ⁇ m.
  • the squeegee 100b shown is essentially the same as the squeegee 100 except for the coating Fig. 1a ,
  • the elements 110b, 120b, 121b, 122b, 130b, 140b, 150b of the doctor blade 100b correspond to the respective ones in FIG Fig. 1a
  • the doctor 100b has Cr 2 O 3 (this is substantially the same design as the coating 150) Fig. 1 ) on all sides or on all sides, ie on the free sides of the ceramic-based coating 150b, the free rear region 120b of the main body and the free working edge region 130b of the main body 110b, via a cover layer 151b.
  • the cover layer 151b is a polymer-based coating based on a thermosetting polymer such as an epoxy resin.
  • a thickness of the cover layer 151b is, for example, 5 ⁇ m.
  • the cover layer 151b additionally protects the coating 150b and the free base 130b from abrasive wear and reduces unwanted rheological effects.
  • Fig. 2 shows a paper doctor blade 200 in cross section.
  • the blade 200 has a main body 210 made of steel, with a substantially cuboid cross-section.
  • On the in Fig. 2 left side is a rear portion 220, which is provided for example as a mounting area.
  • a thickness of the blade 200, measured from the upper side 221 to the lower side 222 of the main body, is for example 0.3 mm.
  • a working edge region 230 is formed which extends up to a front side 240 of the main body 110 facing away from the rear region 220.
  • the base body has a chamfer 241 running obliquely to the upper side 221 or the front side 240.
  • the chamfer 241 as well as the area at the upper side 221 of the working edge area 230 of the paper coating blade 200 is further provided with a coating 250.
  • the front side 240 and the bottom working edge 230 are not coated and are exposed.
  • the coating is a ceramic based coating applied by suspension high velocity flame spraying. This procedure is described in more detail later in Chapter 4.
  • the coating 250 is z. B. completely from Cr 2 O 3 and has a porosity of 0.5%.
  • the layer thickness of the coating 250 measures in the region of the working edge 230 z. B. 100 microns, while the hardness z. B. 1'700 HV 0.1 (measured according to standard DIN EN ISO 6507-1: 2005).
  • the average roughness Ra of the coating 250, measured in accordance with DIN EN ISO 4287: 2010, is, for example, 1.3 ⁇ m without post-processing of the coating.
  • Fig. 3 schematically shows a cross section through a first sprayer 300 for suspension spraying.
  • the sprayer 300 essentially corresponds to a device for high-speed flame spraying (HVOF).
  • the spray device 300 has a hollow cylindrical combustion chamber 310, which opens into a nozzle 320 in the direction of its longitudinal axis.
  • the combustor 310 has at one end opposite the nozzle 320 via a first tubular inlet 311 and a second tubular inlet 313.
  • the first inlet 311 serves, for example, to supply a fuel 312, such as kerosene.
  • reactive gas such as oxygen, may be directed into the combustion chamber 310 via the second inlet 313.
  • the inner cavity of the nozzle 320 is configured conical, wherein an inner diameter of the cavity, starting from the end, which faces the combustion chamber 310, continuously tapers in the direction of the nozzle outlet opening 321.
  • a longitudinal axis of the conical cavity of the nozzle 320 extends in the continuation of the longitudinal axis of the hollow cylindrical combustion chamber 310.
  • two tubular inlet ports 322.a, 322.b. open from the opposite direction.
  • the longitudinal axes of the tubular inlet ports 322.a, 322.b lie on a straight line and extend approximately perpendicular to the longitudinal axis of the conical cavity of the nozzle 320.
  • a fuel / oxygen mixture is passed under pressure into the combustion chamber 310 and ignited, so that in the direction of the nozzle 320 extending Flame 315 is generated.
  • the resulting combustion gases are accelerated in the direction of the nozzle 320 and exit at the nozzle opening 321 from the sprayer 300.
  • a suspension 323 containing ceramic particles dispersed therein can be injected into the flame 315 extending through the nozzle 320.
  • the suspension is thus injected in the direction of the nozzle outlet opening 321 in the radial direction.
  • the ceramic particles in the flame 315 are ab-, on or melted and accelerated out of the nozzle together with the combustion gases in the form of a particle beam.
  • Fig. 4 schematically shows a cross section through a second sprayer 400 for suspension spraying. This too is essentially based on a device for high-speed flame spraying (HVOF).
  • the second spray unit 400 includes a hollow cylindrical mixing chamber 410.a, which opens in the direction of its longitudinal axis into a slightly smaller with respect to the inner diameter hollow cylindrical combustion chamber 410.b.
  • the longitudinal axes of the mixing chamber 410.a and the combustion chamber 410.b run along a common straight line.
  • the combustion chamber 410.b opens at the end, which faces away from the mixing chamber, into a nozzle 420.
  • the mixing chamber 410.a has at one end, which is opposite to the combustion chamber 420.b, via a first tubular inlet 411, a second tubular inlet 413 and via an inlet pipe 422.
  • the first inlet 411 serves for example for the supply of a fuel 412, such as kerosene.
  • a fuel 412 such as kerosene.
  • reactive gas such as oxygen
  • a suspension 423 containing dispersed ceramic particles can be injected into the mixing chamber 410.a.
  • the suspension is injected in the direction of the nozzle outlet opening 421 in the axial direction.
  • the mixing chamber 410.a serves to premix the substances supplied via the two inlets 411, 413 and the inlet connection 422 and then to supply them to the ignition of the combustion chamber 410.b.
  • the inner cavity of the nozzle 420 is largely hollow cylindrical and tapers conically in the region of the nozzle outlet opening 421.
  • a longitudinal axis of the inner cavity of the nozzle 420 extends in the continuation of the longitudinal axis of the hollow cylindrical mixing chamber 410.a and the longitudinal axis of the hollow cylindrical combustion chamber 410.b.
  • a fuel / oxygen mixture together with the suspension 423 containing pre-mixed therein dispersed ceramic particles passed under pressure into the combustion chamber 410.b and ignited. This results in a flame 415 extending in the direction of the nozzle 420, in which the ceramic particles are deposited off, on or melted, and are ejected out of the nozzle 420 through the nozzle 420 and in the form of a particle jet.
  • Fig. 5 is shown schematically a cross section through a third sprayer 500 for suspension spraying.
  • the third sprayer 500 has a mixing chamber 510.a and a combustion chamber 510.b having a first tubular inlet 511 and a second tubular inlet 513 substantially similar to that in FIG Fig. 4 shown second sprayer 400 are formed.
  • the two inlets 511, 513 are used accordingly, for example, to supply a fuel and a reactive gas in the mixing chamber 510.a, where the two components can be premixed.
  • the third spraying device 500 comprises an inlet stub 522 which, however, has a longer design than the second spraying device 400, so that it protrudes into the combustion chamber 510.b.
  • a suspension 523 with ceramic particles dispersed therein is injected directly into the combustion chamber 510.b or a flame 515 burning therein. Accordingly, as with the sprayers 300, 400 described above, the ceramic particles are accelerated through the nozzle 520 in the form of a particle stream and ejected therefrom.
  • the inner cavity of the nozzle 520 of the third sprayer 500 which adjoins the combustion chamber 510.b, tapers in a first section in the direction of Nozzle outlet opening 521 steadily and subsequently expands steadily in a second section.
  • two tubular gas inlets 530.a, 530b in an oblique direction or at an angle of about 80 ° to the direction of the nozzle exit opening 521 in the inner cavity of the nozzle 520.
  • About the two gas inlets 530th a, 530.b can eg an inert gas and / or compressed air 531 are directed into the internal cavity of the nozzle 520.
  • a particle jet of combustion gases and ceramic particles moving through the nozzle 520 can additionally be influenced, for example, it can be shaped and / or further accelerated with respect to the spatial extent.
  • all sprayers 300, 400, 500 also have a cooling system consisting of several arranged in the side walls of cooling water pipes and an igniter for igniting fuels and / or reactive gases.
  • Fig. 6 shows the third sprayer 500 in combination with a suspension conveyor 600.
  • a suspension 611 with ceramic particles dispersed therein.
  • the suspension consists for example of Cr 2 O 3 particles, a wetting agent and ethanol.
  • An average particle size of the Cr 2 O 3 particles is, for example, 1 ⁇ m.
  • the wetting agent is, for example, a polyacrylate.
  • the proportion of Cr 2 O 3 particles is 25 wt .-%, while the proportion of the dispersant is 1 wt .-%, each based on the total weight of the suspension 611.
  • the first container 610 has a first pressure-generating device 614, For example, a compressed air connection, with which the suspension under pressure, a pressure of 0 - 6 bar can be set.
  • the first container 611 includes a mechanical mixer in the form of a stirrer 612 immersed in the suspension.
  • the container 610 communicates via a piping system 615 comprising three three-way valves 640, 650, 670 and a flow meter 660 with the inlet port 522 of the sprayer 500. As soon as sufficient pressure is applied to the suspension 611 via the pressure-generating device 614, this is replaced by the Piping system 615 promoted in the sprayer 500 where in the operation of the sprayer 500, as related to Fig. 5 described, is injected directly into the flame 515.
  • a second container 620 which is also connected to the piping system 615.
  • a rinsing liquid e.g. Ethanol and water. If the three-way valves 640, 650, 670 set accordingly, the piping system 615, the sprayer 500 and / or the first container 610 can be cleaned with the rinsing liquid.
  • the second container 620 has a second pressure-generating device 622, which is formed substantially the same as the first pressure-generating device 614.
  • the rinsing liquid under a pressure of 0 - 6 bar set and thus through the piping system 615, the sprayer 500th and / or into the first container 610.
  • a third container 630 which also communicates with the piping system 615 and serves, for example, for collecting residual rinsing liquid.
  • the apparatus shown is, for example, proceeded as follows:
  • the above-described suspension 611 with Cr 2 O 3 particles is conveyed into the sprayer 500 at a delivery rate of 20-100 ml / min. This is done by applying a pressure of 1-5 bar with the first pressure-generating device 614.
  • Kerosene (about 25 l / h) or oxygen (about 50 m 3 / h) is also added via the inlets 511, 513.
  • the sprayer is operated in such a way that a flame temperature of 2'500 ° C results and the present in the suspension 611 ceramic particles are accelerated to a speed of about 500 m / s.
  • Nitrogen is supplied as inert gas via the two tubular gas inlets 530.a, 530b.
  • the main body points in Fig. 7a on the right side on a free end face 740.
  • an upper chamfer 741 is then ground in a manner known per se so that a section of the free end face 740 remains (FIG. Fig. 7b ).
  • the chamfer 741 has an angle of 10 to 60 °, for example approximately 30 °, relative to the coplanar underside 721 or upper side 722 of the main body 700.
  • a coating 750 made of a ceramic-based material is applied by a suspension spraying method, for example as described in Section 4.1.
  • the coating 750 thus covers the chamfer 741 and a portion of the upper side 721 of the base body 700 adjoining the upper chamfer.
  • the remaining free end face 740 of the doctor blade in the working edge region 730, the underside 722 of the doctor blade or the base body 700 and a working edge 730 facing away In contrast, the area of the doctor blade is not coated. This is in Fig. 7c shown.
  • this is post-processed, eg by grinding and polishing.
  • an end of the coating 750 facing away from the working edge 730 is chamfered on the upper side 721 of the base body 700, so that a termination 751 formed as a chamfer is formed.
  • the reworked doctor blade is in Fig. 7d shown.
  • the bottom 722 of the base body 700 in the working edge region 730 becomes to a depth of approximately 50% of the original thickness ground away, so that in the working edge region 730 a lamella 760 is formed, which is opposite the rear region or the working edge region 730 opposite end of the doctor tapers.
  • This is in Fig. 7e shown.
  • Part of the coating 750 is also ground away, so that the base body 700 and seamlessly into the coating 750 passes.
  • the actual working edge of the lamella blade thus produced during operation is formed by the coating 750.
  • the squeegee 100, 100b allow a very accurate ink removal in gravure and flexo printing. This over the entire life of the squeegee.
  • the blade 200 has proven to be extremely advantageous as a doctor blade in papermaking.
  • the blade 200 has a high thermal shock resistance, since no significant deformations of the doctor blade could be observed during use. Furthermore, when scraping coating color with the blade 200, undesirable streaking on the paper web can be largely avoided.
  • a chamber doctor blade system 800 pressed on the left side of a rotatable printing cylinder D is shown.
  • the chamber doctor blade system 800 is exemplified by an in Fig. 8 not shown pneumatic pressed against the pressure cylinder D and comprises a cross-sectionally U-shaped chamber 810, which is aligned with its opening to the printing cylinder D out.
  • a closing squeegee 840 made of plastic is attached, which points at an angle of about 30 ° to the leg 811 in the direction of the center of the printing cylinder D.
  • leg 812 of the U-shaped chamber 810 is a working doctor blade 830 attached.
  • the working doctor blade 830 protrudes at an angle of approximately 30 ° to the second leg 812 in the direction of the center of the printing cylinder D.
  • the working doctor blade 830 is a blade or doctor blade according to the invention, for example with a coating as shown in FIG FIG. 1 is described.
  • the two doctor blades 830, 840 rest against the printing cylinder D and seal the inner region 820 between the two legs 811, 812, which is filled with printing ink 821.
  • the ink 821 is received on the surface of the printing cylinder D. Excess paint is stripped off by the working doctor blade 830.
  • the main body 100, 100b, 200 of the blades from the Fig. 1a, 1b and 2 also from another material, such.
  • a carbon steel or a non-metallic material in particular a plastic or composite material, such as glass fiber reinforced plastic (GRP) and / or carbon fiber reinforced plastic (CFRP), be made.
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • each base body may have a wedge-shaped working edge or a tapered cross-section with a rounded working edge.
  • the free end faces 140, 140b of the working edges 130, 130b of the doctor blade Fig. 1a and 1b For example, it can also be completely rounded.
  • the inventive blades from the Fig. 1a, 1b and 2 also be different dimensions. So you can look at the squeegee Fig. 1a and 1b
  • the thicknesses of the working areas 130, 130b measured from the top to the bottom be larger or smaller.
  • these thicknesses can vary in a range of 0.040 - 0.200 mm.
  • the coatings of the blades from the Fig. 1a, 1b and 2 at least one additional component or additives in the form of metals, hard particles and / or Contain lubricating particles.
  • Particularly preferred lubricating particles are h-BN and / or polytetrafluoroethylene.
  • the ceramic-based coatings from the squeegee Fig. 1a, 1b and 2 made of other ceramic materials.
  • the coatings of the squeegee 100 may be made Fig. 1a and that of the blade 200 Fig. 2 be prepared from Al 2 O 3 .
  • a mixture of Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 can be used.
  • All of the in the Fig. 1a, 1b and 2 shown blades can be coated for example with other coatings.
  • the further coatings may be present in working edge areas and / or in rear areas and z. B. further improve the wear resistance of the working edges and / or protect the rear areas from influences by aggressive chemicals.
  • the blades from the Fig. 1a, 1b and 2 to provide an additional layer, eg an adhesion-promoting layer, between the ceramic coatings and the base body.
  • spraying equipment can also be used for plasma spraying devices.
  • a cathode / anode pair may be provided, with which an arc for plasma generation can be generated when using a DC power source.
  • plasma gas for example, a noble gas can be used.
  • a suspension 323 can then be injected directly into the plasma via the tubular inlet connection 322.a, 322.b. It is understood that in this case it is not necessary to feed and ignite fuel / oxygen mixture.
  • novel blades have been created, which are particularly advantageous for printing and paper making.
  • the blades are characterized by an extremely high wear resistance and allow a uniform and streak-free stripping of printing and coating color throughout the service life.
  • the blades according to the invention can be produced efficiently and inexpensively in a wide variety of embodiments.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Eine Klinge, insbesondere für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper mit einem in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskantenbereich, wobei der Arbeitskantenbereich mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung überzogen ist, zeichnet sich dadurch aus, dass es sich bei der Keramik-basierten Beschichtung um eine durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragene Beschichtung handelt.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Klinge, insbesondere für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper mit einem in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskantenbereich, wobei der Arbeitskantenbereich mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung überzogen ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von entsprechenden Klingen, durch das Herstellverfahren erhältliche Klingen und verschiedene Verwendungen der erfindungsgemässen Klingen.
    • Stand der Technik
  • In der Druckindustrie kommen Klingen insbesondere in Form von Rakel zum Abstreichen überschüssiger Druckfarbe von den Oberflächen von Druckzylindern bzw. Druckwalzen zum Einsatz. Solche Klingen basieren meist auf einem Grundkörper aus Stahl mit einer speziell ausgeformten Arbeitskante.
  • Besonders beim Tiefdruck und Flexodruck hat die Qualität der Klingen bzw. 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 von Rakel sind während dem Abstreichen der Farbe an die Oberflächen der Druckzylinder oder Druckwalzen angepresst und werden relativ zu diesen bewegt. Somit sind die Arbeitskanten, insbesondere bei Rotationsdruckmaschinen, hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, welche einen entsprechenden Verschleiss mit sich bringen.
  • Derartige Klingen sind daher grundsätzlich Verbrauchsgegenstände, welche periodisch ausgetauscht werden müssen. Um die Qualität und Lebensdauer der Klingen zu verbessern, werden die Arbeitskanten der Klingen daher üblicherweise mit Beschichtungen oder Überzügen versehen. Häufig werden Beschichtungen auf Basis von Metallen, Legierungen, Hartstoffen oder Kunststoffen eingesetzt. Die stofflichen Beschaffenheit der Beschichtungen beeinflussen dabei im Besonderen die mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Klingen massgeblich.
  • Aus der DE 601 07 902 T2 (BTG Ecleplens S.A.) ist z.B. eine Rakel bekannt, welche für das flexographische Drucken geeignet ist. Zur Erhöhung der Lebensdauer verfügt die Rakel an der Arbeitskante über eine Keramikbeschichtung welche vorzugsweise auf Al2O3 basiert und ZrO2 sowie optional TiO2 umfasst. Die Härte der Keramikbeschichtung entspricht 0.55 - 0.8 mal der Härte einer Keramikhülse einer Farbauftragswalze welche mit der Rakel verwendet wird. Die Auftragung der Keramik erfolgt durch atmosphärisches Plasmaspritzen (APS).
  • Auch bei der Papierherstellung kommen Klingen zum Einsatz, beispielsweise in Form von Schaberklingen, Streichmessern, Kreppschabern oder Perforationsmessern.
  • Beispielsweise werden zur Oberflächenveredelung von Papier mit Streichmaschinen spezielle Streichfarben oder Streichmassen auf die Papieroberflächen aufgetragen bzw. aufgestrichen. Bei den Streichfarben handelt es sich um Anstrichmittel, bestehend aus Pigmenten, Bindemitteln und Additiven, die z.B. zur Verbesserung der Haptik oder Bedruckbarkeit auf die Papieroberfläche aufgetragen bzw. aufgestrichen werden. Das Abstreichen der überschüssigen Anstrichmittel erfolgt dabei durch Streichmesser, welche elastisch gegen die durch die Streichmaschine laufende Papierbahn gedrückt wird. Durch den Aufpressdruck der Streichmesser kann dabei die Auftragsmenge der Anstrichmittel kontrolliert werden. Bei diesem Prozess sind die Streichmesser bzw. Klingen hohen Belastungen ausgesetzt.
  • Beim Anlegen, wenn noch keine Streichfarbe vorliegt, erhitzen sich die Streichmesser an der Spitze aufgrund der Trockenreibung sehr stark. Hierbei kann es durch den Wärmeeintrag zu einer Deformation der Streichmesser kommen. Wird dann Streichfarbe zugegeben, erfolgt eine rasche Kühlung, was zu grossen Spannungen in der Klinge führt. Durch den während dem Abstreichen auftretenden abrasiven Verschleiss in der Klingenspitze können zudem Körner aus der Oberfläche der Klingenspitze ausbrechen, was lokal zu einer Streifenbildung auf der Papierbahn führt.
  • In diesem Zusammenhang offenbart die WO 2007/003332 A1 (BTG Ecléplens S.A.) eine Klinge bzw. ein Streichmesser zum Aufbringen von Streichfarbe auf eine Papierbahn. Die Klinge verfügt über einen mehrschichtigen Aufbau mit einem metallischen Substrat, welches mit einer Zwischenschicht und einer verschleissfesten Deckbeschichtung beschichtet ist. Die Zwischenschicht weist eine geringere thermische Leitfähigkeit auf als die Deckschicht und kann z.B. aus Oxiden, Oxidmischungen, Keramiken, Keramiken mit Metallen, Keramiken mit Polymermaterial, Polymermaterial mit Keramikfüller, einem Polymermaterial, Zirkonoxid oder Titanoxid bestehen. Die Deckschicht kann z.B. Metall-, Carbid- oder Cermet-basiert sein. Erwähnt sind beispielsweise Materialen aus WC/CoCr, WC/Ni, CrC/NiCr, Mischungen aus WC und CrC in einer metallischen Phase; eine Chrombasierte Beschichtung und chemisch abgeschiedenes Ni-P oder Ni-B. Die Zwischenschicht wird insbesondere durch Plasmaspritzen oder Hochgeschwindigkeitsspritzen (HVOF) aufgetragen, während für die Deckschicht das Hochgeschwindigkeitsspritzen als vorteilhaft beschrieben wird. Dieser spezielle Schichtaufbau soll insbesondere die Problematik der Deformation der Streichmesser durch Wärmeeintrag lösen.
  • Bislang bekannte Klingen für die Druck und die Papierindustrie vermögen aber entweder die technischen Anforderungen in der Praxis nicht zufriedenstellend zu erfüllen oder sie sind kompliziert im Aufbau und aufwändig in der Herstellung. Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach verbesserten Lösungen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Klingen und Herstellverfahren bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile möglichst überwinden. Die Klingen sollen nach Möglichkeit für Anwendungen im Bereich der Drucktechnik als auch in der Papierherstellung einsetzbar sein. Weiter sollen die Klingen im Besonderen während der gesamten Lebensdauer ein exaktes Abstreichen, insbesondere von Druckfarbe und/oder Streichfarbe, ermöglichen. Insbesondere sollen die Klingen auch bezüglich Thermoschockbeständigkeit und Verschleissbeständigkeit vorteilhaft sein und möglichst effizient und kostengünstig herstellbar sein.
  • Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche definiert. Gemäss einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Klinge, insbesondere für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper mit einem in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskantenbereich, wobei der Arbeitskantenbereich mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung überzogen ist. Dabei handelt es sich um eine durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragene Keramik-basierte Beschichtung.
  • Im vorliegenden Zusammenhang steht der Begriff "Klinge" insbesondere für ein Werkzeug, welches für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung ausgelegt ist. Im Besonderen handelt es sich bei einer Klinge um eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Druckform und/oder auf ein Papiersubstrat, eine Vorrichtung zum Abstreifen eines Fluids von einer Druckform und/oder von einem Papiersubstrat, eine Vorrichtung zum Falzen und/oder Fälteln von Papier, und/oder eine Vorrichtung zum Perforieren eines Papiers.
  • Insbesondere handelt es sich bei der Klinge um eine Rakel, eine Schaberklinge, ein Streichmesser, einen Kreppschaber und/oder um ein Perforationsmesser. Im Speziellen ist die Klinge eine Rakel, insbesondere für Anwendungen in der Drucktechnik, oder die Klinge ist ein Streichmesser, im Besonderen für die Papierherstellung.
  • Der Begriff "thermisches Spritzverfahren" ist dem Fachmann an sich hinlänglich bekannt. Hierbei handelt es sich um Oberflächenbeschichtungsverfahren, insbesondere nach Norm ISO 14917:1999-08, bei welchen Zusatzwerkstoffe, die so genannten Spritzzusätze, innerhalb oder ausserhalb eines Spritzgeräts ab-, an- oder aufgeschmolzen und auf eine zu beschichtende Oberfläche aufgeschleudert werden (siehe auch DIN EN 657). Die zu beschichtenden Oberflächen werden dabei üblicherweise nicht aufgeschmolzen. Die Spritzzusätze liegen typischerweise in fester Form vor, z.B. als Pulver oder Drähte. Bekannte thermische Spritzverfahren sind beispielsweise das Plasmaspritzen oder das Flammspritzen, insbesondere das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF). Entsprechende Apparaturen sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich.
  • Unter dem Ausdruck "thermisches Suspensionsspritzen" bzw. "thermisches Suspensionsspritzenverfahren" wird ein thermisches Spritzverfahren verstanden, bei welchem als Spritzzusatz eine Suspension verwendet wird. Eine Suspension ist ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern. Beim thermischen Suspensionsspritzen werden die Zusatzwerkstoffe oder das Beschichtungsmaterial den Spritzgeräten in Form von Suspensionen zugeführt.
  • Das thermische Suspensionsspritzverfahren kann z.B. auf adaptierten Apparaturen zum Flammspritzen durchgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Apparatur zum Flammspritzen mit einem Suspensionsförderer ergänzt werden. Entsprechende Vorrichtungen sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise bei der Firma Northwest Mettech Corp. kommerziell erhältlich. Eine geeignete Vorrichtung ist auch in der Patentanmeldung WO 2006/116844 A (National Research Council of Canada) beschrieben.
  • Der Begriff "Keramik-basierte Beschichtung" bedeutet, dass wenigstens eine Keramik den Hauptbestandteil der Beschichtung bildet. Dies insbesondere bezogen auf das Gewicht. Dabei können in der Keramik-basierten Beschichtung zusätzlich zur wenigstens einen Keramik durchaus noch andere Atomsorten und/oder chemische Verbindungen vorliegen, welche einen geringeren Anteil, insbesondere einen geringeren Gewichtanteil, aufweisen als die Keramik. Bevorzugt beträgt der Anteil der wenigstens einen Keramik in der Keramik-basierten Beschichtung wenigstens 50 Gew.-%, insbesondere bevorzugt wenigstens 70 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 Gew.-% oder wenigstens 90 Gew.-%. Im Speziellen besteht die Keramik-basierte Beschichtung bis auf unvermeidbare Verunreinigungen ausschliesslich aus der wenigstens einen Keramik.
  • Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemässen Klingen sowohl bei Anwendungen in der Drucktechnik als auch bei Verwendung bei der Papierherstellung eine hohe Verschleissfestigkeit bzw. Verschleissbeständigkeit und entsprechend auch eine lange Lebensdauer aufweisen.
  • Auch zeigen die erfindungsgemässen Klingen hohe Thermoschockbeständigkeiten, was speziell bei der Papierherstellung oder bei der Verwendung als Streichmesser vorteilhaft ist. Die Tendenz zur Deformation der Klingen bei Anlegen und der darauffolgenden Zugabe der Strichfarbe kann insbesondere gegenüber herkömmlichen Klingen stark reduziert werden. Die Klingen sind damit bezüglich Trockenreibung und damit verbundenem Wärmeeintrag relativ unempfindlich.
  • Insbesondere im Vergleich mit herkömmlichen Klingen werden die Arbeitskanten der erfindungsgemässen Klingen optimal stabilisiert. In der Drucktechnik, insbesondere beim Flexodruck, ergibt sich damit eine scharf begrenzte Kontaktzone zwischen der Klinge, welche in diesem Fall insbesondere eine Rakel ist, und dem Druckzylinder bzw. der Druckwalze, was wiederum ein äusserst exaktes Abstreichen von Druckfarbe ermöglicht. Die Kontaktzone bleibt dabei über den gesamten Druckprozess weitgehend stabil.
  • Zudem wurde gefunden, dass die erfindungsgemässen Klingen bzw. Rakel während der Einlaufphase im Druckprozess deutlich weniger Streifen bilden oder anderweitige den Druckprozess beeinträchtigende Effekte hervorrufen. Durch die erfindungsgemässe Klingen ist es daher möglich, eine im Wesentlichen konstante Druckqualität während dem gesamten Druckprozess zu erzielen.
  • Als weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung können im Vergleich mit bekannten Klingen wesentlich dünnere Beschichtungen abgeschieden werden. Dies ermöglicht eine schmalere Kontaktzone, auch bei fortgeschrittenem Klingenverschleiss.
  • Des Weiteren weisen die erfindungsgemässen Klingen äusserst günstige Gleiteigenschaften auf den üblicherweise verwendeten Druckzylindern oder Druckwalzen auf. Dadurch wird bei der Verwendung der erfindungsgemässen Klingen zum Abrakeln auch ein Verschleiss der Druckzylinder oder Druckwalzen reduziert.
  • Auch haben sich die erfindungsgemässen Klingen als besonders vorteilhafte Arbeitsrakel für Kammerrakelsysteme für den Flexodruck erwiesen. Dies insbesondere in Kombination mit einer Schliessrakel aus Kunststoff oder einem Kunststoff-Kompositmaterial, welches dem reduzierten Schmierfilm auf dieser Seite der Rakelkammer Rechnung trägt.
  • Auch bei der Papierherstellung haben sich die erfindungsgemässen Klingen, welche in diesem Fall insbesondere Streichmesser sind, als vorteilhaft erwiesen. Verglichen mit herkömmlichen Klingen mit Keramikbeschichtung kann trotz abrasivem Verschleiss eine hohe Stabilität der Arbeitskante erreicht werden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass Körner aus der Oberfläche der Klingenspitze ausbrechen stark reduziert, was wiederum die Bildung von Streifen auf der Papierbahn reduziert.
  • Die Vorteile der erfindungsgemässen Klingen sind zudem mit einer einzigen Beschichtung erreichbar. Auf komplizierte Mehrfachbeschichtungen kann daher verzichtet werden. Entsprechend lassen sich die erfindungsgemässen Rakeln auch effizient und kostengünstig herstellen.
  • Zum Erreichen der genannten Vorteile ist es überraschenderweise entscheidend, dass die Keramik-basierte Beschichtung durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragen wird. Werden Beschichtungen aus gleichen Materialen aber durch ein anderes Verfahren aufgetragen, z.B. durch ein herkömmliches thermisches Spritzverfahren wie Plasmaspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) auf Pulverbasis, treten die erfindungsgemässen Vorteile nicht in gleichen Masse oder gar nicht zum Vorschein.
  • Daraus ist ersichtlich, dass sich die durch das thermische Suspensionsspritzverfahren hergestellten Beschichtungen von anders hergestellten Beschichtungen unterscheiden. Untersuchungen haben denn auch gezeigt, dass Beschichtungen, welche durch herkömmliches Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgetragen werden, einen laminaren Gefügeaufbau und eine relativ hohe Dichte an mikrostrukturellen Defekten, z.B. Poren Risse und nicht aufgeschmolzene Partikel, aufweisen. Die mit dem erfindungsgemässen thermischen Suspensionsspritzverfahren hergestellten Beschichtungen zeigen dagegen eine andere Mikrostruktur mit deutlich weniger Defekten (weniger und kleinere Poren und Risse) und verfügen somit über eine geringere Porosität.
  • Zudem können Partikel verwendet werden, welche bei den konventionellen thermischen Spritzverfahren im Overspray als Abfall entstehen. Beim Overspray handelt es sich um Partikel, welche in einem Spritzverfahren nicht auf das zu beschichtende Werkstück gelangt sind. Diese Partikel sind üblicherweise zu klein um der Wiederverwertung zugeführt zu werden. Durch die Suspensionsspritztechnolgie können solche Abfallprodukte jedoch nutzbar gemacht werden. Das führt nebst den vorstehend genannten Vorteilen zu einer hohen Wirtschaftlichkeit des Prozesses, sowie zu einer guten ökologischen Bilanz.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Keramik-basierte Beschichtung eine Oxidkeramik und/oder eine Nichtoxidkeramik. Insbesondere besteht der Hauptbestandteil der Keramik-basierten Beschichtung aus einer Oxidkeramik und/oder einer Nichtoxidkeramik. Besonders bevorzugt ist dabei eine Oxidkeramik.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Keramik-basierte Beschichtung zu mindestens 50 Gew.-%, insbesondere bevorzugt wenigstens 70 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 Gew.-% oder wenigstens 90 Gew.-% aus der Oxidkeramik und/oder der Nichtoxidkeramik. Im Speziellen besteht die Keramik-basierte Beschichtung bis auf unvermeidbare Verunreinigungen aus der Oxidkeramik und/oder der Nichtoxidkeramik. Besonders bevorzugt ist dabei eine Oxidkeramik.
  • Die Oxidkeramik, falls vorhanden, ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, CeO2, und/oder MgO. Speziell bevorzugt ist die Oxidkeramik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3 und Cr2O3, wobei Cr2O3 besonders bevorzugt ist.
  • Die Nichtoxidkeramik umfasst mit Vorteil ein Carbid, Nitrid, Borid und/oder ein Silicid. Bevorzugt besteht die Nichtoxidkeramik aus einem oder mehreren dieser genannten Vertreter.
  • Vorteilhafterweise ist die Nichtoxidkeramik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus WSi2, SiC, TiC, WC, VC, ZrC, TaC, Cr3C2, B4C, BN, ZrB2, TiN, Si3N4, ZrB2 und/oder TiB2. Insbesondere geeignet sind SiC und/oder BN.
  • Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Keramik-basierte Beschichtung eine Oxidkeramik oder sie besteht daraus. Dabei handelt es sich insbesondere um einen oder mehrere der vorstehend genannten Vertreter von Oxidkeramiken, wobei die Oxidkeramik im Besonderen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3 und Cr2O3. Cr2O3 dabei besonders vorteilhaft ist.
  • Mit derartigen Keramiken kommen die erfindungsgemässen Vorteile im besonderen Masse zum Tragen. Grundsätzlich sind aber auch andere Keramiken verwendbar, insbesondere für Anwendungen mit speziellen Anforderungen.
  • Eine Härte der Keramik-basierten Beschichtung beträgt mit Vorteil 1'200 - 2'200 HV 0.1, insbesondere 1'400 - 2'000 HV 0.1, bevorzugt 1'600 - 1'900 HV 0.1, im Speziellen 1'700 - 1'800 HV 0.1. Dadurch wird insbesondere die Verschleissfestigkeit der Klinge gesteigert. Gemessen wird insbesondere nach Norm DIN EN ISO 6507-1:2005 bis - 4:2005.
  • Eine Dicke der Keramik-basierten Beschichtung misst im Allgemeinen vorteilhafterweise 5 - 300 µm, insbesondere 10 - 200 µm, bevorzugt 15 - 150 µm, im Speziellen 20 - 100 µm. Bei Anwendungen im Druckbereich beträgt die Dicke der Keramik-basierten Beschichtung mit Vorteil 5 - 100 µm, insbesondere 10 - 75 µm, bevorzugt 15 - 50 µm, im Speziellen 20 - 30 µm. Für Anwendungen im Papierbereich liegt die Dicke der Keramik-basierten Beschichtung mit Vorteil im Bereich von 20 - 300 µm, insbesondere 30 - 200 µm, bevorzugt 50 - 150 µm, im Speziellen 75 - 125 µm oder bei ca. 100 µm.
  • Derartige Dicken der Keramik-basierten Beschichtung bieten einen optimalen Schutz der Arbeitskante der Klinge. Zudem weisen derart bemessene Beschichtungen eine hohe Eigenstabilität auf, was die teilweise oder vollständige Delamination der Beschichtung, beispielsweise während des Abrakelns von Druckfarbe von einem Druckzylinder oder bei Aufbringen von Streichfarbe auf Papier, wirkungsvoll reduziert. Weiter hat sich gezeigt, dass die genannten Schichtdicken besonders vorteilhaft sind in Bezug auf die Thermoschockbeständigkeit.
  • Insbesondere beträgt eine Porosität der Keramik-basierten Beschichtung weniger als 5%, insbesondere weniger als 2.5%, bevorzugt weniger als 1% oder weniger als 0.5%. Die Porosität wird insbesondere gemäss der technischen Regel DVS 2318:2011-07 ("Ausgewählte technologische Eigenschaften und Merkmale von thermisch gespritzten Schichten") des Deutschen Verbands für Schweissen und verwandte Verfahren e.V. gemessen. Es hat sich herausgestellt, dass bei derartigen Porositäten die Verschleissfestigkeit und Thermoschockbeständigkeit der Klingen stark verbessert werden können. Werden solche Klingen zum Abrakeln von Farbe in einem Druckprozess oder zum Aufstreichen von Streichfarbe bei der Papierherstellung eingesetzt, ist es zudem möglich, während der gesamten Lebensdauer der Klingen äusserst konstante Ergebnisse zu erzielen.
  • Verglichen mit herkömmlichen Beschichtungen, welche üblicherweise höhere Porositäten aufweisen, ist es mit den hier genannten Porositäten des Weiteren möglich, bei gleichbleibenden Schichteigenschaften dünnere Schichtdicken vorzusehen. Damit kann der Materialverbrauch reduziert werden, was der Wirtschaftlichkeit zu Gute kommt. Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt die mittlere Rauheit Ra der Keramik-basierten Beschichtung, ohne Nachbearbeitung der Beschichtung, gemessen nach DIN EN ISO 4287:2010, im Bereich von 0.1 - 10 µm, insbesondere 0.5 - 5 µm, bevorzugt 1 - 3 µm, im Speziellen 1.1 - 2 µm oder 1.3 - 1.9 µm. Aufgrund des erfindungsgemäss verwendeten Suspensionsspritzverfahren, können derartige Werte für die mittlere Rauheit Ra problemlos erreicht werden. Damit verfügen die Klingen über klar definierte Arbeitskanten. Da bereits relativ geringe Rauheitswerte erreicht werden, reduziert sich der Aufwand für eine allfällige Nachbearbeitung der Arbeitskante erheblich. Grundsätzlich können aber auch Keramik-basierte Beschichtungen mit anderen Rauheiten realisiert werden.
  • Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Keramik-basierte Beschichtung wenigstens eine Zusatzkomponente, insbesondere zur Verbesserung des Verschleissverhaltens der Klinge. Damit kann die Arbeitskante der Klinge optimal an spezielle Erfordernisse angepasst werden.
  • Insbesondere umfasst die Zusatzkomponente z.B. wenigstens ein Metall, Hartstoffpartikel und/oder Schmierpartikel.
  • Ein geeignetes Metall ist z.B. Molybdän. Vorteilhafte Hartstoffpartikel sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus BN, TiN, SiC, B4C, VC, TiC, und/oder TaC. Besonders bevorzugte Schmierpartikel sind h-BN, MoS2 und/oder Graphit.
  • Der Grundkörper der Klinge umfasst oder besteht mit Vorteil aus Stahl und/oder Kunststoff, wobei Stahl besonders bevorzugt ist. Stahl hat sich in mechanischer Hinsicht als besonders robustes und geeignetes Material für die erfindungsgemässen Klingen erweisen.
  • Zusätzlich oder anstelle von Stahl können jedoch beispielsweise auch andere Metalle oder Metalllegierungen als Grundkörper eingesetzt werden.
  • 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.
  • 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.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn wenigstens ein bezüglich der longitudinalen Richtung vorliegender Mantelbereich des Grundkörpers vollständig und rundum mit Keramikbasierter Beschichtung und/oder einer weiteren Beschichtung bedeckt ist. Dadurch sind wenigstens die Arbeitskante, die Oberseite, die Unterseite und die der Arbeitskante gegenüberliegende hintere Stirnseite des Grundkörpers mit wenigstens 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 Keramik-basierte Beschichtung und/oder eine weitere Beschichtung den Grundkörper vollständig und allseitig bedeckt. In diesem Fall sind also auch die senkrecht zur longitudinalen Richtung vorliegenden Seitenflächen des Grundkörpers mit einer der Beschichtungen bedeckt.
  • Mit Vorteil ist die Keramik-basierte Beschichtung unmittelbar auf dem Grundkörper der Klinge angeordnet, wobei der Grundkörper mit Vorteil aus Stahl und/oder Kunststoff besteht. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, zwischen dem Grundkörper der Klinge und der Keramik-basierten Beschichtung ein oder mehrere Zwischenschichten anzuordnen. Ebenso ist es möglich, auf der Keramik-basierten Beschichtung eine oder mehrere zusätzliche Deckschichten aufzubringen.
  • In einer besonderen Ausführungsform ist der Grundkörper der Klinge, welche mit Vorteil aus Stahl und/oder Kunststoff besteht, einzig mit der Keramik-basierten Beschichtung beschichtet. In diesem Fall verfügt die Klinge über keine weiteren Beschichtungen. Solche Beschichtung lassen sich besonders zeitsparend und ökonomisch herstellen. Dennoch können sehr gute Eigenschaften erzielt werden.
  • In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist auf der Keramik-basierten Beschichtung wenigstens eine Deckschicht angeordnet. Die Deckschicht umfasst dabei insbesondere eine nicht-keramische Beschichtung, eine organische Beschichtung und/oder eine ein Polymer umfassende Beschichtung. Eine Deckschicht kann den Vorteil haben, dass die Keramik-basierte Beschichtung zusätzlich vor abrasivem Verschleiss geschützt wird und unerwünschte rheologische Effekte reduziert werden. Zusätzlich kann die Deckschicht, beispielsweise durch eine im Vergleich zur Keramik-basierten Beschichtung niedrigere Oberflächenspannung, die Tendenz des Anhaftens von Fluiden oder Farbe reduzieren. Somit ergeben sich besonders vorteilhafte Klingen, was sich im Besonderen im Falle von Rakeln, Streichmesser, Kreppschabern und Schaberklingen zeigt.
  • In einer ganz speziellen Ausführungsform ist auf der Keramik-basierten Beschichtung genau eine Deckschicht angeordnet.
  • Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist der Grundkörper der Klinge, welche mit Vorteil aus Stahl und/oder Kunststoff besteht, einzig mit der Keramik-basierten Beschichtung und genau einer Deckschicht beschichtet. In diesem Fall verfügt die Klinge über keine weiteren Beschichtungen.
  • 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 Klingen bezogen.
  • 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 Polyurethanharze, 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.
  • Optional kann in der wenigstens einen Deckschicht ein Additiv, insbesondere zur Verbesserung des Verschleissverhaltens der Klinge, vorliegen. Damit kann die Arbeitskante der Klinge optimal an spezielle Erfordernisse angepasst werden.
  • Insbesondere umfasst das Additiv z.B. wenigstens ein Metall, Hartstoffpartikel und/oder Schmierpartikel.
  • Ein geeignetes Metall ist z.B. Mo. Vorteilhafte Hartstoffpartikel sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus BN, TiN, SiC, B4C, VC, TiC, und/oder TaC. Besonders bevorzugte Schmierpartikel sind h-BN, MoS2 und/oder Graphit.
  • Eine Schichtdicke der Decksicht beträgt vorzugsweise 1 - 30 µm. Dies insbesondere, falls es sich um eine organische Beschichtung und/oder eine ein Polymer umfassende Beschichtung handelt. Weiter bevorzugt beträgt die Schichtdicke der Deckschicht 5 - 20 µm, besonders bevorzugt 5 - 10 µm. Derartige Schichtdicken bieten einen optimalen Schutz der Arbeitskante der Rakel. Zudem weisen derart bemessene Schichtdicken eine hohe Eigenstabilität auf, was die teilweise oder vollständige Delamination der ersten Beschichtung, beispielsweise während des Abrakelns von Druckfarbe von einem Druckzylinder, wirkungsvoll reduziert.
  • Deckschichten mit 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 Deckschichten mit Dicken von weniger als 1 µm oder mehr als 30 µm jedoch durchaus vorteilhaft sein
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Klinge, insbesondere einer Klinge wie sie vorstehend beschrieben ist, wobei ein auf einem länglichen Grundkörper in einer longitudinalen Richtung ausgebildeter Arbeitskantenbereich der Klinge mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung versehen wird. Die Keramik-basierte Beschichtung wird dabei durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragen.
  • Insbesondere wird für das thermische Suspensionsspritzverfahren eine Suspension darin enthaltend dispergierte Keramikpartikel verwendet. Insbesondere werden beim thermischen Suspensionsspritzverfahren die Keramikpartikel, vorzugsweise innerhalb und/oder ausserhalb eines Spritzgeräts, ab-, an- und/oder aufgeschmolzen und in Form eines Partikelstroms auf die Arbeitskantenbereiche der Rakel beschleunigt.
  • Die Keramikpartikel weisen dabei insbesondere eine mittlere Partikelgrösse im Bereich von 5 nm - 20 µm, insbesondere 10 nm - 10 µm, bevorzugt 15 nm - 5 µm, speziell 100 nm - 1 µm, auf. Die Partikelgrösse, deren Verteilung oder die mittlere Partikelgrösse der Keramikpartikel werden insbesondere durch Laserbeugung, bevorzugt entsprechend Norm ISO 13320:2009, bestimmt. Die mittlere Partikelgrösse entspricht vorliegend insbesondere dem D50-Wert (50% der Partikel sind kleiner als der angegebene Wert, 50% entsprechend grösser). Mit Vorteil verfügt die Suspension bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension über einen Feststoffanteil von 0.1 - 75 Gew.-%, bevorzugt 0.5 - 50 Gew.-%, insbesondere von 1 - 30 Gew.-%.
  • Als Lösungsmittel für die Suspension wird mit Vorteil Wasser, Alkohol, Glykol und/oder Mischungen davon eingesetzt. Als Alkohol ist z.B. Methanol, Ethanol, Propanol und/oder Isopropanol verwendbar, insbesondere Ethanol. Geeignete Glykole sind beispielsweise Ethylenglykol und/oder Propylenglykol. Ethylenglykol ist dabei besonders bevorzugt.
  • Weiter umfasst die Suspension insbesondere wenigstens ein Netzmittel und/oder wenigstens einen Stabilisator. Diese sind im Besonderen ausgewählt aus der Gruppe der anionischen Tenside und/oder kationischen Tenside. Dies ermöglicht es, die Stabilität oder Homogenität der Suspension zu erhöhen, da die Tendenz der Phasentrennung zwischen Keramikpartikeln und Lösungsmitteln reduziert wird. Ein Sedimentieren und/oder Agglomerieren der Keramikpartikel wird also bestmöglich reduziert. Zudem kann die Stabilität der Suspension über die Zeit verbessert werden. Insgesamt kann damit die Schichtqualität der wenigstens einen Keramik-basierten Beschichtung verbessert werden.
  • Es ist aber auch möglich auf ein Netzmittel und/oder einen Stabilisator zu verzichten.
  • Mit Vorteil wird die Suspension während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren zumindest zeitweise, bevorzugt durchgehend, gemischt. Dies erfolgt insbesondere durch einen mechanischen Mischer, bevorzugt durch einen Rührer. Ein Mischen der Suspension kann anstelle oder zusätzlich zur Verwendung von Netzmitteln und/oder Stabilisatoren erfolgen und bewirkt eine Verbesserung der Stabilität oder Homogenität der Suspension. Besonders bevorzugt erfolgt das Mischen in Kombination mit der Verwendung von wenigstens einem Netzmittel und/oder wenigstens einem Stabilisator. Dadurch kann die Stabilität und/oder Homogenität der Suspension überproportional erhöht werden.
  • Eine Förderrate der Suspension während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren liegt vorzugsweise im Bereich von 1 - 500 ml/min, insbesondere 5 - 120 ml/min, bevorzugt 20 - 100 ml/min. Dadurch werden optimale Abscheideraten im Bereich der Arbeitskante der Klinge erreicht. Grundsätzlich sind aber auch andere Förderraten möglich.
  • Insbesondere werden die Keramikpartikel während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren auf eine Geschwindigkeit von 350 - 700 m/s beschleunigt. Dies hat sich im vorliegenden Zusammenhang als optimale Geschwindigkeit herausgestellt, welche für die meisten interessierenden keramischen Materialen zu einer optimalen Beschichtung für Klingen führen. Andere Geschwindigkeiten können aber auch geeignet sein, insbesondere im Zusammenhang mit speziellen keramischen Materialen.
  • Die Keramikpartikel werden während dem Suspensionsspritzverfahren mit Vorteil auf eine Temperatur von 250 - 3'500°C, insbesondere 1'000 - 3'200°C, bevorzugt 2'000 - 3'000°C, erhitzt. Die meisten interessierenden keramischen Materialen werden bei diesen Temperaturen derart angeschmolzen, dass besonders dichte und defektarme Beschichtungen erhalten werden, was wiederum der Schichtqualität zu Gute kommt.
  • Andere Temperaturen sind aber auch möglich. Dies kann z.B. für spezielle Materialien sogar vorteilhaft sein.
  • Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden während dem Suspensionsspritzverfahren wenigstens eine, insbesondere alle, der folgenden Bedingungen eingehalten:
    1. a) Für das thermische Suspensionsspritzverfahren wird eine Suspension darin enthaltend dispergierte Keramikpartikel verwendet;
    2. b) Die Suspension verfügt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, über einen Feststoffanteil von 0.1 - 75 Gew.-%, bevorzugt 0.5 - 50 Gew.-%, insbesondere von 1 - 30 Gew.-%;
    3. c) Die Keramikpartikel weisen eine mittlere Partikelgrösse im Bereich von 5 nm - 20 µm, insbesondere 10 nm - 10 µm, bevorzugt 15 nm - 5 µm, speziell 100 nm - 1 µm, auf;
    4. d) Die Keramikpartikel werden während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren auf eine Geschwindigkeit von 350 - 700 m/s beschleunigt; und
    5. e) Die Keramikpartikel werden während dem Suspensionsspritzverfahren auf eine Temperatur von 250 - 3'500°C, insbesondere 1'000 - 3'200°C, bevorzugt 2'000 - 3'000°C, erhitzt.
  • Vorteilhafterweise wird beim Suspensionsspritzen ein Gemisch aus Brennstoff, insbesondere Kerosin, zusammen mit Sauerstoff verbrannt.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird beim Suspensionsspritzen ein Plasma generiert, insbesondere in einem Lichtbogen. Im Besonderen verfügt das Plasma über Temperaturen von 5'000 - 30'000 Kelvin. Als Gas zur Erzeugung des Plasmas wird insbesondere ein Inertgas und/oder ein Edelgas verwendet.
  • Optional wird dabei ein zusätzliches Gas, insbesondere ein Inertgas und/oder Druckluft, eingedüst, bevorzugt zur Erhöhung der kinetischen Energie des Partikelstroms und/oder zur Formung des Partikelstroms.
  • Das Spritzgerät verfügt im Besonderen über eine Düse, insbesondere eine Expansionsdüse, wobei bevorzugt das zusätzliche Gas in einem Bereich einer Düsenaustrittsöffnung der Düse eingedüst wird.
  • Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform werden zum Suspensionsspritzen eine Apparatur zum Plasmaspritzen und/oder eine Apparatur zum Flammspritzen verwendet, wobei die Suspension in eine Flamme und/oder ein Plasma der Apparatur eingedüst wird. Derartige Apparaturen sind kommerziell erhältlich.
  • Insbesondere wird zum Suspensionsspritzen eine Apparatur zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) und/oder eine Apparatur zum atmosphärischem Plasmaspritzen, insbesondere mit einem vorgeschaltetem Suspensionsförderer und/oder einem Suspensionsinjektor, verwendet, wobei die Suspension in eine Flamme und/oder das Plasma der Apparatur eingedüst wird.
  • Mit Vorteil wird die Suspension in einen Brennraum der Apparatur, insbesondere einer Apparatur zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder zum atmosphärischen Plasmaspritzen, eingedüst.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform wird dabei die Suspension bezüglich einer Richtung einer Düsenaustrittsöffnung der Apparatur, insbesondere einer Apparatur zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder zum atmosphärischen Plasmaspritzen, in im Wesentlichen axialer Richtung eingedüst. Die Richtung der Düsenaustrittsöffnung bezeichnet vorliegend insbesondere die Richtung des Normalenvektors der von der Düsenaustrittsöffnung gebildeten Fläche. Diese Richtung entspricht insbesondere einer Bewegungsrichtung des Partikelstroms beim Verlassen der Düsenöffnung. Mit dem Ausdruck "im Wesentlichen in axialer Richtung" ist gemeint, dass die Richtung der Eindüsung zur Richtung der Düsenaustrittsöffnung einen Winkel von 0 - 30°, insbesondere 0 - 15°, speziell 0 - 5° oder 0 - 1°, bildet.
  • Bei einer anderen geeigneten Ausführungsform wird die Suspension bezüglich einer Düsenaustrittsöffnung der Apparatur, insbesondere einer Apparatur zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder zum atmosphärischen Plasmaspritzen, in im Wesentlichen radialer Richtung eingedüst. Mit dem Ausdruck " im Wesentlichen in radialer Richtung" ist gemeint, dass die Richtung der Eindüsung zur Richtung der Düsenaustrittsöffnung einen Winkel von 60 - 90°, insbesondere 75 - 90°, speziell 85 - 90° oder 89 - 90°, bildet.
  • Wie sich herausgestellt hat, wird die Suspension mit Vorteil mit einem Druck von 0 - 6 bar, insbesondere 1 - 5 bar, in die Flamme und/oder das Plasma eingedüst.
  • Ein besonders vorteilhaftes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    1. a) der Arbeitskantenbereich der Klinge wird in einem thermischen Suspensionsspritzverfahren mit der Keramik-basierten Beschichtung versehen;
    2. b) die Beschichtung wird optional nachbearbeitet, insbesondere geschliffen und/oder poliert;
    3. c) im Arbeitskantenbereich wird eine Lamelle eingeschliffen.
  • Die Schritte a) bis c) werden dabei im Besonderen in der angegeben Reihenfolge durchgeführt. Optional wird vor Schritt a) zudem im unbeschichteten Arbeitskantenbereich eine Fase oder eine abgeschrägte Fläche eingeschliffen. Ebenso kann vor und/oder nach Schritt a) eine weitere Beschichtung aufgetragen werden.
  • Eine Lamelle ist dabei insbesondere ein bezüglich der Dicke verjüngter Arbeitskantenbereich. Eine Lamellendicke inklusive Beschichtung beträgt beispielsweise 60 - 150 µm, insbesondere 70 - 120 µm, bevorzugt 70 - 90 µm.
  • Die Schichtdicke der Keramik-basierten Beschichtung ist dabei insbesondere < 40 µm und/oder > 5 µm, im Speziellen 20 - 30 µm.
  • Das Verfahren erlaubt es beispielsweise, erstmals qualitativ hochstehende Lamellenrakel, insbesondere mit einer Struktur wie sie z.B. in der EP 0 911 157 A1 (MDC Max Daetwyler Bleienbach AG) beschrieben sind, durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren zu erzeugen. Andere Verfahren, bei welchen das Schleifen der Klinge bzw. die Erzeugung der Lamelle vor der Beschichtung erfolgt, haben den Nachteil, dass es durch die hohen thermischen und kinetischen Energien beim Aufbringen der Beschichtungen zu Verformungen der relativ dünnen Lamelle im Arbeitskantenbereichs kommen kann, was die Qualität der Rakel verschlechtert.
  • Zudem betrifft die Erfindung eine Klinge, welche erhältlich ist nach einem wie vorstehend beschriebenen Verfahren.
  • Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gerätesatz umfassend eine erfindungsgemässe Klinge sowie wenigstens eine weitere Klinge, welche sich in struktureller Hinsicht unterscheidet. Im Besonderen handelt es sich um einen Gerätesatz für ein Kammerrakelsystem, insbesondere für den Flexodruck.
  • Die wenigstens eine weitere Klinge besteht insbesondere aus einem Kunststoffmaterial oder einem Kunststoff-Kompositmaterial. Beispielsweise umfasst oder besteht die weitere Klinge aus einem Polymermaterial. Dies können unter anderem thermoplastische, duroplastische und/oder elastomere Polymermaterialien sein. Geeignete Polymermaterialien oder 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.
  • Der Gerätesatz ist insbesondere Bestandteil eines Kammerrakelsystems, insbesondere für den Flexodruck. Ein Kammerrakelsystem umfasst eine Kammer, welche mit einer Öffnung gegen eine Druckform gedrückt wird und die auf die Druckform aufzubringende Farbe enthält. Die bei einer relativen Bewegung zwischen Druckform und Kammer von der Druckform aufgenommene und überschüssige Farbe (z.B. durch Rotation eines Druckzylinders gegenüber einer fixen Kammer) wird dabei durch die sogenannte Arbeitsrakel abgestreift. An der anderen Seiten der Kammer befindet sich die sogenannte Schliessrakel, welche eine Abdichtung zwischen Druckform und Kammer herstellt.
  • Im Kammerrakelsystem werden die erfindungsgemässen Klingen insbesondere als Arbeitsrakel eingesetzt. Die weitere Klinge fungiert im Besonderen als Schliessrakel. Vorteilhafterweise umfasst oder besteht die weitere Rakel dabei zumindest im Arbeitskantenbereich eine Beschichtung aus einem organischen Material, im Besonderen einem Kunststoff oder einem Kunststoff-Kompositmaterial. Damit kann dem reduzierten Schmierfilm auf dieser Seite der Rakelkammer Rechnung getragen werden.
  • Im Besonderen besteht die weitere Klinge vollständig aus einem organischen Material, im Besonderen einem Kunststoff oder einem Kunststoff-Kompositmaterial, insbesondere wie vorstehend beschrieben. Dies hat sich bei Kammerrakelsystemen als besonders vorteilhaft erwiesen. In weiteren Aspekten bezieht sich die vorliegende Erfindung auf verschiedene Verwendungen einer wie vorstehend beschriebenen Klinge. Die Klingen sind insbesondere für folgende Verwendungen geeignet:
    1. a) zum Abstreichen von Flüssigkeiten von einem Substrat;
    2. b) als Rakel, insbesondere in Form einer Lamellenrakel, in der Drucktechnik, insbesondere für den Flexodruck und/oder Tiefdruck;
    3. c) als Streichmesser bei der Papierherstellung;
    4. d) als Arbeitsrakel in einem Kammerrakelsystem, insbesondere in Kombination mit einer weiteren Klinge, welche sich in struktureller Hinsicht unterscheidet und bevorzugt zumindest im Arbeitskantenbereich eine Beschichtung aus einem organischen Material, im Besonderen einem Kunststoff oder einem Kunststoff-Kompositmaterial aufweist;
    5. e) zum Aufbringen von Farbe auf eine Druckform und/oder zum Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung auf ein Papiersubstrat, insbesondere eine Papierbahn;
    6. f) zum Abstreichen von Farbe von einer Druckform und/oder zum Abstreichen einer Beschichtungszusammensetzung von einem Papiersubstrat, insbesondere von einer Papierbahn;
    7. g) zum Perforieren von Papier.
  • 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. 1a
    Einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Rakel, wobei eine Arbeitskante der Rakel mit Cr2O3 beschichtet ist;
    Fig. 1 b
    Einen Querschnitt durch eine Variante der Rakel aus Fig. 1a, wobei die freien Seiten der Beschichtung aus Cr2O3 und die nicht mit der Beschichtung aus Cr2O3 in Kontakt stehenden Seiten des Grundkörpers der Rakel rundum zusätzlich mit einer duroplastischen Deckschicht beschichtet ist;
    Fig. 2
    Einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Papierstreichklinge welche im Bereich der Arbeitskante mit Cr2O3 beschichtet ist;
    Fig. 3
    Ein erstes Spritzgerät zum Suspensionsspritzen, wobei die Suspension im Bereich der Düse eingedüst werden kann;
    Fig. 4
    Ein zweites Spritzgerät zum Suspensionsspritzen, wobei die Suspension in eine vor der Brennkammer angeordneten Mischkammer eingedüst werden kann;
    Fig. 5
    Ein drittes Spritzgerät zum Suspensionsspritzen, wobei die Suspension direkt in die Brennkammer des Spritzgeräts eingedüst werden kann und im Bereich der Düse zwei rohrförmige Gaseinlässe zur Beigabe eines Inertgases und/oder von Druckluft vorliegen;
    Fig. 6
    Das dritte Spritzgerät aus Fig. 5 in Kombination mit einer Vorrichtung zur Suspensionsförderung;
    Fig. 7a-e
    Eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäss beschichteten Lamellenrakel, bei welcher die Lamelle nach erfolgter Beschichtung und Nachbearbeitung erzeugt wird;
    Fig. 8
    Einen Querschnitt durch ein Kammerrakelsystem bei welchem eine erfindungsgemässe Rakel als Arbeitsrakel in Kombination mit einer Rakel aus Kunststoff als Schliessrakel eingesetzt wird.
  • Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung 1. Rakel:
  • In Fig. 1a ist eine erfindungsgemässe Rakel 100 für Anwendungen im Flexodruck im Querschnitt dargestellt. Die Rakel 100 beinhaltet einen Grundkörper 110 aus Stahl, welcher durchgängig einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Auf der in Fig. 1a linken Seite befindet sich ein hinterer Bereich 120 der Rakel, welcher als Befestigungsbereich vorgesehen ist, um die Rakel beispielsweise in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung einer Druckmaschine zu halten. Eine Rakeldicke, gemessen von der Oberseite 121 zur Unterseite 122 des hinteren Bereichs 120, beträgt beispielsweise 0.2 mm.
  • Der in Fig. 1a auf der rechten Seite dargestellte und dem hinteren Bereich 120 abgewandte Bereich des Grundkörpers 110 wird als Arbeitskantenbereich 130 bezeichnet. Der Arbeitskantenbereich erstreckt sich bis zu einer dem hinteren Bereich 120 abgewandten Stirnseite 140 des Grundkörpers 110. Eine Breite des Grundkörpers 110, gemessen vom Ende des hinteren Bereichs bis zur Stirnseite 140 des Arbeitskantenbereichs 130, misst beispielsweise 40 mm.
  • Der Arbeitskantenbereich 130 der Rakel 100 ist des Weiteren im Bereich der Oberseite 121 des Grundkörpers mit einer im Querschnitt quaderförmigen Beschichtung 150 beschichtet. Die quaderförmige Beschichtung 150 bildet im Betrieb die eigentliche Arbeitskante der Rakel 100.
  • Die Beschichtung 150 ist eine Keramik-basierte Beschichtung, welche durch Suspensions-Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (ein thermisches Suspensionsspritzverfahren) aufgetragen wurde. Das Verfahren ist weiter hinten in Kapitel 3 näher beschrieben. Die Beschichtung besteht z. B. vollständig aus Cr2O3 und weist eine Porosität von 0.5% auf. Die Schichtdicke der Beschichtung 150 misst im Bereich der Arbeitskante 130 z. B. 200 µm, während die Härte z. B. 1'800 HV 0.1 beträgt (gemessen nach Norm DIN EN ISO 6507-1:2005). Die mittlere Rauheit Ra der Beschichtung 150, gemessen nach DIN EN ISO 4287:2010, liegt z.B. bei 2.5 µm.
  • Die in Fig. 1b gezeigte Rakel 100b ist bis auf die Beschichtung im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die Rakel 100 aus Fig. 1a. Die Elemente 110b, 120b, 121b, 122b, 130b, 140b, 150b der Rakel 100b entsprechen dabei den jeweiligen bei Fig. 1a beschriebenen Elementen 110, 120, 121, 122, 130, 140, 150 der Rakel 100. Die Rakel 100b verfügt aber zusätzlich zur Keramik-basierten Beschichtung 150b aus Cr2O3 (diese ist im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die Beschichtung 150 aus Fig. 1) rundum oder allseitig, d.h. auf den freien Seiten der Keramik-basierten Beschichtung 150b, dem freien hinterer Bereich 120b des Grundkörpers sowie dem freien Arbeitskantenbereich 130b des Grundkörpers 110b, über eine Deckschicht 151b. Die Deckschicht 151b ist eine ein Polymer umfassende Beschichtung basierend auf einem duroplastischen Polymer, beispielsweise einem Epoxidharz. Eine Dicke der Deckschicht 151b beträgt beispielsweise 5 µm, Die Deckschicht 151b schützt dabei die Beschichtung 150b und den freien Grundkörper 130b zusätzlich vor abrasivem Verschleiss und reduziert unerwünschte rheologische Effekte.
    • 2. Streichklinge:
  • Fig. 2 zeigt eine Papierstreichklinge 200 im Querschnitt. Die Klinge 200 verfügt über einen Grundkörper 210 aus Stahl, mit im Wesentlichen quaderförmigem Querschnitt. Auf der in Fig. 2 linken Seite befindet sich ein hinterer Bereich 220, welcher z.B. als Befestigungsbereich vorgesehen ist. Eine Dicke der Klinge 200, gemessen von der Oberseite 221 zur Unterseite 222 des Grundkörpers beträgt beispielsweise 0.3 mm.
  • Auf der in Fig. 2 rechten Seite ist eine Arbeitskantenbereich 230 ausgebildet, welche sich bis zu einer dem hinteren Bereich 220 abgewandten Stirnseite 240 des Grundkörpers 110 erstreckt. In Fig. 2 oben, im Bereich der Oberseite des Arbeitskantenbereichs 230 weist der Grundkörper eine zur Oberseite 221 bzw. der Stirnseite 240 schräg verlaufende Fase 241 auf. Die Fase 241 sowie der Bereich an der Oberseite 221 des Arbeitskantenbereichs 230 der Papierstreichklinge 200 ist des Weiteren mit einer Beschichtung 250 versehen. Die Stirnseite 240 und die Unterseite Arbeitskante 230 sind hingegen nicht beschichtet und liegen frei.
  • Die Beschichtung ist eine Keramik-basierte Beschichtung, welche durch Suspensions-Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgetragen wurde. Dieses Verfahren ist weiter hinten in Kapitel 4 näher beschrieben. Die Beschichtung 250 besteht z. B. vollständig aus Cr2O3 und weist eine Porosität von 0.5% auf. Die Schichtdicke der Beschichtung 250 misst im Bereich der Arbeitskante 230 z. B. 100 µm, während die Härte z. B. 1'700 HV 0.1 beträgt (gemessen nach Norm DIN EN ISO 6507-1:2005). Die mittlere Rauheit Ra der Beschichtung 250, gemessen nach DIN EN ISO 4287:2010, liegt ohne Nachbearbeitung der Beschichtung z.B. bei 1.3 µm.
    • 3. Spritzgeräte:
  • Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein erstes Spritzgerät 300 zum Suspensionsspritzen. Das Spritzgerät 300 entspricht im Wesentlichen einer Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF). Konkret verfügt das Spritzgerät 300 über eine hohlzylindrische Brennkammer 310, welche in Richtung ihrer Längsachse in eine Düse 320 mündet. Die Brennkammer 310 verfügt am einen Ende, welches der Düse 320 entgegen gesetzt ist, über einen ersten rohrförmigen Einlass 311 und einen zweiten rohrförmigen Einlass 313. Der erste Einlass 311 dient z.B. zur Zufuhr eines Brennstoffs 312, wie beispielsweise Kerosin. Über den zweiten Einlass 313 kann z.B. reaktives Gas, wie z.B. Sauerstoff, in die Brennkammer 310 geleitet werden.
  • Der innere Hohlraum der Düse 320 ist kegelförmig ausgestaltet, wobei sich ein Innendurchmesser des Hohlraums ausgehend vom Ende, welches der Brennkammer 310 zugewandt ist, in Richtung der Düsenaustrittsöffnung 321 stetig verjüngt. Eine Längsachse des kegelförmigen Hohlraums der Düse 320 verläuft in der Fortsetzung der Längsachse der hohlzylindrischen Brennkammer 310. In den inneren Hohlraum der Düse 320 münden aus entgegengesetzter Richtung zwei rohrförmige Einlassstutzen 322.a, 322.b. Die Längsachsen der rohrförmigen Einlassstutzen 322.a, 322.b liegen dabei auf einer Geraden und verlaufen in etwa senkrecht zur Längsachse des kegelförmigen Hohlraums der Düse 320.
  • Im Betrieb wird z.B. ein Brennstoff/Sauerstoff-Gemisch unter Druck in die Brennkammer 310 geleitet und gezündet, so dass eine sich in Richtung der Düse 320 erstreckende Flamme 315 erzeugt wird. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase werden in Richtung der Düse 320 beschleunigt und treten an der Düsenöffnung 321 aus dem Spritzgerät 300 aus.
  • Über die rohrförmigen Einlassstutzen 322.a, 322.b kann eine Suspension 323 enthaltend darin dispergierte Keramikpartikel in die sich durch die Düse 320 erstreckende Flamme 315 eingedüst werden. Die Suspension wird somit in Richtung der Düsenaustrittsöffnung 321 in radialer Richtung eingedüst. Dabei werden die Keramikpartikel in der Flamme 315 ab-, an- oder aufgeschmolzen und zusammen mit den Verbrennungsgasen in Form eines Partikelstrahls, aus der Düse herausbeschleunigt.
  • Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein zweites Spritzgerät 400 zum Suspensionsspritzen. Auch dieses basiert im Wesentlichen auf einer Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF). Das zweite Spritzgerät 400 beinhaltet eine hohlzylindrische Mischkammer 410.a, welche in Richtung ihrer Längsachse in eine bezüglich des Innendurchmessers etwas kleinere hohlzylindrische Brennkammer 410.b mündet. Die Längsachsen der Mischkammer 410.a und der Brennkammer 410.b verlaufen entlang einer gemeinsamen Geraden. Die Brennkammer 410.b mündet am Ende, welches der Mischkammer abgewandt ist, in eine Düse 420.
  • Die Mischkammer 410.a verfügt am einen Ende, welches der Brennkammer 420.b entgegen gesetzt ist, über einen ersten rohrförmigen Einlass 411, einen zweiten rohrförmigen Einlass 413 sowie über einen Einlassstutzen 422. Der erste Einlass 411 dient z.B. zur Zufuhr eines Brennstoffs 412, wie beispielsweise Kerosin. Über den zweiten Einlass 413 kann z.B. reaktives Gas, wie z.B. Sauerstoff, in die Mischkammer 410.a geleitet werden. Über die rohrförmigen Einlassstutzen 422 kann eine Suspension 423 darin enthaltend dispergierte Keramikpartikel in die Mischkammer 410.a eingedüst werden. Die Suspension wird dabei in Richtung der Düsenaustrittsöffnung 421 in axialer Richtung eingedüst. Die Mischkammer 410.a dient dazu, die über die beiden Einlässe 411, 413 und den Einlassstutzen 422 zugeführten Substanzen vorzumischen und anschliessend zur Zündung der Brennkammer 410.b zuzuführen.
  • Der innere Hohlraum der Düse 420 ist grösstenteils hohlzylindrisch ausgebildet und verjüngt sich im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 421 konusförmig. Eine Längsachse des inneren Hohlraums der Düse 420 verläuft in der Fortsetzung der Längsachse der hohlzylindrischen Mischkammer 410.a und der Längsachse der hohlzylindrischen Brennkammer 410.b.
  • Im Betrieb wird z.B. ein Brennstoff/Sauerstoff-Gemisch zusammen mit der Suspension 423 enthaltend darin dispergierte Keramikpartikel vorgemischt, unter Druck in die Brennkammer 410.b geleitet und gezündet. Dabei entsteht eine sich in Richtung der Düse 420 erstreckende Flamme 415 in welcher die Keramikpartikel ab-, an- oder aufgeschmolzen werden und durch die Düse 420 hindurch und in Form eines Partikelstrahls aus der Düse 420 herausgeschleudert werden.
  • In Fig. 5 ist schematisch ein Querschnitt durch ein drittes Spritzgerät 500 zum Suspensionsspritzen dargestellt. Das dritte Spritzgerät 500 verfügt über eine Mischkammer 510.a und eine Brennkammer 510.b mit einem ersten rohrförmigen Einlass 511 und einem zweiten rohrförmigen Einlass 513, welche im Wesentlichen wie bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Spritzgerät 400 ausgebildet sind. Die beiden Einlässe 511, 513 dienen entsprechend dazu, z.B. einen Brennstoff und ein reaktives Gas in die Mischkammer 510.a zuzuführen, wo die beiden Komponenten vorgemischt werden können.
  • Ebenfalls umfasst die dritte Spritzvorrichtung 500 einen Einlassstutzen 522, welcher aber länger ausgebildet ist als bei der zweiten Spritzvorrichtung 400, so dass er bis in die Brennkammer 510.b hinein ragt. Damit kann z.B. eine Suspension 523 mit darin dispergierten Keramikpartikeln direkt in die Brennkammer 510.b bzw. eine darin brennende Flamme 515 eingedüst werden. Entsprechend werden die Keramikpartikel wie bei den vorstehend beschriebenen Spritzgeräten 300, 400 in Form eines Partikelstroms durch die Düse 520 hindurch beschleunigt und aus dieser herausgeschleudert.
  • Der innere Hohlraum der an die Brennkammer 510.b anschliessenden Düse 520 des dritten Spritzgeräts 500 verjüngt sich in einem ersten Abschnitt in Richtung der Düsenaustrittsöffnung 521 stetig und weitet sich anschliessende in einem zweiten Abschnitt wieder stetig auf.
  • Unmittelbar vor der Düsenaustrittsöffnung 521 münden zudem aus entgegengesetzter Richtung zwei rohrförmige Gaseinlässe 530.a, 530b in schräger Richtung bzw. in einem Winkel von ca. 80° zur Richtung der Düsenaustrittsöffnung 521 in den inneren Hohlraum der Düse 520. Über die beiden Gaseinlässe 530.a, 530.b kann z.B. ein Inertgas und/oder Druckluft 531 in den inneren Hohlraum der Düse 520 geleitet werden. Dadurch kann ein sich durch die Düse 520 bewegender Partikelstrahl aus Verbrennungsgasen und Keramikpartikeln zusätzlich beeinflusst werden, beispielsweise kann er bezüglich der räumlichen Ausdehnung geformt und/oder weiter beschleunigt werden.
  • Obschon in den Fig. 3 - 5 nicht dargestellt, verfügen sämtliche Spritzgeräte 300, 400, 500 zudem über ein Kühlsystem bestehend aus mehreren in den Seitenwänden angeordneten Kühlwasserleitungen sowie eine Zündvorrichtung zur Zündung von Brennstoffen und/oder reaktiven Gasen.
  • Fig. 6 zeigt das dritte Spritzgerät 500 in Kombination mit einem Suspensionsförderer 600. In einem ersten Behälter 610 liegt dabei eine Suspension 611 mit darin dispergierten Keramikpartikeln vor. Die Suspension besteht z.B. aus Cr2O3-Partikel, einem Netzmittel und Ethanol. Eine mittlere Partikelgrösse der Cr2O3 Partikel beträgt beispielsweise 1 µm. Als Netzmittel liegt z.B. ein Polyacrylat vor. Der Anteil der Cr2O3-Partikel beträgt 25 Gew.-%, während der Anteil des Dispergiermittels 1 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension 611. Zudem verfügt der erste Behälter 610 über einen erste druckerzeugende Vorrichtung 614, z.B. einen Druckluftanschluss, mit welcher die Suspension unter Druck einen Druck von 0 - 6 bar gesetzt werden kann. Weiter beinhaltet der erste Behälter 611 einen mechanischen Mischer in Form eines in die Suspension eintauchenden Rührers 612.
  • Der Behälter 610 kommuniziert über ein Rohrleitungssystem 615 umfassend drei Dreiwegventile 640, 650, 670 und ein Durchflussmessgerät 660 mit dem Einlassstutzen 522 des Spritzgeräts 500. Sobald über die druckerzeugende Vorrichtung 614 ein ausreichender Druck auf die Suspension 611 einwirkt, wird diese durch das Rohrleitungssystem 615 in das Spritzgerät 500 gefördert wo sie beim Betrieb des Spritzgeräts 500, wie im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben, direkt in die Flamme 515 eingedüst wird.
  • Zusätzlich liegt ein zweiter Behälter 620 vor, welcher ebenfalls an das Rohrleitungssystem 615 angeschlossen ist. Im zweiten Behälter 620 befindet sich eine Spülflüssigkeit, z.B. Ethanol und Wasser. Werden die Dreiwegventile 640, 650, 670 entsprechend eingestellt, kann das Rohrleitungssystem 615, das Spritzgerät 500 und/oder der erste Behälter 610 mit der Spülflüssigkeit gereinigt werden. Der zweite Behälter 620 verfügt über eine zweite druckerzeugende Vorrichtung 622, welche im Wesentlichen gleich ausgebildet ist, wie die erste druckerzeugende Vorrichtung 614. Damit kann die Spülflüssigkeit unter einen Druck von 0 - 6 bar gesetzt und damit entsprechend durch das Rohrleitungssystem 615, das Spritzgerät 500 und/oder in den ersten Behälter 610 gefördert werden.
  • Weiter umfasst die Anordnung aus Fig. 6 einen dritten Behälter 630, welcher ebenfalls mit dem Rohrleitungssystem 615 kommuniziert und z.B. zum Auffangen von restlicher Spülflüssigkeit dient.
    • 4. Herstellverfahren: 4.1 Beschichtung:
  • Zur Auftragung einer Beschichtung mit der in Fig. 6 gezeigten Apparatur wird z.B. wie folgt vorgegangen: Die oben beschriebene Suspension 611 mit Cr2O3-Partikeln wird mit einer Förderrate von 20 - 100 ml/min in das Spritzgerät 500 gefördert. Dies erfolgt durch Anlegen eines Drucks von 1 - 5 bar mit der ersten druckerzeugenden Vorrichtung 614. Über die Einlässe 511, 513 wird zudem Kerosin (ca. 25 l/h) bzw. Sauerstoff (ca. 50 m3/h) zugegeben. Das Spritzgerät wird dabei derart betrieben, dass eine Flammtemperatur von 2'500°C resultiert und die in der Suspension 611 vorliegenden Keramikpartikel auf eine Geschwindigkeit von ca. 500 m/s beschleunigt werden. Über die beiden rohrförmigen Gaseinlässe 530.a, 530b wird Stickstoff als Inertgas zugeführt.
  • Bei einer Spritzdistanz von ca. 300 mm können unter diesen Bedingungen aus Cr2O3-Beschichtungen mit Spritzraten von 3.5 - 12 kg/h abgeschieden werden.
  • Zur Herstellung einer Beschichtung wie sie bei der Rakel 100 aus Fig. 1 vorliegt, werden Cr2O3-Partikel verwendet.
    • 4.2 Erstellung einer Lamellenrakel:
  • In den Fig. 7a - 7e ist die erfindungsgemässe Herstellung einer Lamellenrakel dargestellt. Als erstes wird ein Grundkörper 700 mit einem quaderförmigen Querschnitt beispielsweise aus Stahl bereitgestellt, wie in Fig. 7a gezeigt. Der Grundkörper weist in Fig. 7a auf der rechten Seiten eine freie Stirnseite 740 auf.
  • Im vorderen Bereich bzw. im Arbeitskantenbereich 730 des Grundkörpers 700 wird sodann eine obere Fase 741 in an sich bekannter Weise eingeschliffen, so dass ein Abschnitt der freien Stirnseite 740 bestehen bleibt (Fig. 7b). Die Fase 741 weist gegenüber der coplanaren Unterseite 721 bzw. Oberseite 722 des Grundkörpers 700 einen Winkel von 10 bis 60°, beispielsweise ca. 30° auf.
  • Sodann wird auf die Fase 741 sowie auf einem Abschnitt der Oberseite 721 des Grundkörpers 700 im Arbeitskantenbereich 730 eine Beschichtung 750 aus einem Keramik-basierten Material mit einem Suspensionsspritzverfahren aufgetragen, beispielsweise wie in Kapitel 4.1 beschrieben. Die Beschichtung 750 bedeckt somit die Fase 741 sowie einen an die obere Fase anschliessenden Teilbereich der Oberseite 721 des Grundkörpers 700. Die verbliebene freie Stirnseite 740 der Rakel im Arbeitskantenbereich 730, die Unterseite 722 der Rakel bzw. des Grundkörpers 700 sowie ein der Arbeitskante 730 abgewandter Bereich der Rakel sind hingegen nicht beschichtet. Dies ist in Fig. 7c gezeigt.
  • Nach erfolgter Auftragung der Beschichtung 750 wird diese nachbearbeitet, z.B. durch Schleifen und Polieren. Dabei wird ein der Arbeitskante 730 abgewandtes Ende der Beschichtung 750 an der Oberseite 721 des Grundkörpers 700 abgeschrägt, so dass ein als Fase ausgebildeter Abschluss 751 entsteht. Die derart nachbearbeitete Rakel ist in Fig. 7d dargestellt.
  • In einem letzten Schritt wird die Unterseite 722 des Grundkörpers 700 im Arbeitskantenbereich 730 bis zu einer Tiefe von ca. 50% der ursprünglichen Dicke weggeschliffen, so dass im Arbeitskantenbereich 730 eine Lamelle 760 ausgebildet wird, welche gegenüber dem hinteren Bereich bzw. dem Arbeitskantenbereich 730 abgewandten Ende der Rakel verjüngt ist. Dies ist in Fig. 7e gezeigt. Ein Teil der Beschichtung 750 wir dabei ebenfalls weggeschliffen, so dass der Grundkörper 700 und nahtlos in die Beschichtung 750 übergeht. Dabei wird die Beschichtung 750 am in Fig. 7e gezeigten rechten Ende 752 spitz zugeschliffen.
  • Die eigentliche Arbeitskante der so hergestellten Lamellenrakel im Betrieb wird durch die Beschichtung 750 gebildet.
    • 5. Tests und Vergleichsversuche 5.1 Testversuche mit erfindungsgemässen Rakeln:
  • Wie sich in Testversuchen gezeigt hat, weisen die in den Fig. 1a, 1b und 2 abgebildeten Klingen 100, 100b, 200 eine sehr hohe Verschleissfestigkeit und Stabilität auf.
  • Die Rakel 100, 100b ermöglichen dabei ein äusserst exaktes Abstreichen von Druckfarbe im Tief- und Flexodruck. Dies über die gesamte Lebensdauer der Rakel.
  • Die Klinge 200 hat sich äusserst vorteilhaft als Streichmesser bei der Papierherstellung erwiesen. Insbesondere verfügt die Klinge 200 über eine hohe Thermoschockbeständigkeit, da bei der Verwendung keine nennenswerten Verformungen der Rakel beobachtet werden konnten. Des Weiteren kann beim Abstreichen von Streichfarbe mit der Klinge 200 eine unerwünschte Streifenbildung auf der Papierbahn weitestgehend vermieden werden.
    • 5.2 Vergleichsversuche
  • Zum Vergleich wurde ein identischer Grundkörper wie bei der Rakel 100 aus Fig. 1a beschrieben in einem ersten Vergleichsversuch im Bereich der Arbeitskante mit einer Keramik-basierten Beschichtung aus Cr2O3 beschichtet. Anstelle des erfindungsgemässen Suspensions-Spritzverfahrens wurde die Beschichtung aber unter vergleichbaren Bedingungen mit einem Pulver-basierten Spritzverfahren aufgetragen.
  • Wie sich gezeigt hat, weisen derartige Rakel bezüglich dem Abstreichen von Druckfarbe im Tief- und Flexodruck eine signifikant schlechtere Verschleissfestigkeit und Stabilität auf, als die in den Fig. 1a gezeigte Rakel.
  • In einem zweiten Vergleichsversuch wurde ein identischer Grundkörper wie bei der Klinge 200 aus Fig. 2 beschrieben mit einer Cr2O3-Beschichtung versehen. Wiederum wurde anstelle des erfindungsgemässen Suspensions-Spritzverfahrens die Beschichtung aber mit einem Pulver-basierten Spritzverfahren aufgetragen. Dabei hat sich gezeigt, dass die mit dem Pulver-basierten Spritzverfahren erreichbaren Härten nicht an die Härten der erfindungsgemäss hergestellten Rakeln herankommen und die Klinge bei der Verwendung als Streichmesser in der Papierherstellung eine signifikant schlechtere Verschleissfestigkeit und Stabilität aufweist, als die in Fig. 2 gezeigte Klinge. Im Besonderen konnten bei längeren Einlaufphasen Verformungen der Klinge beobachtet werden. Die durch das Pulver-basierten Spritzverfahren hergestellten Klingen weisen damit eine geringere Thermoschockbeständigkeit auf als vergleichbare Klingen, welche mit dem erfindungsgemässen Suspensions-Spritzverfahren hergestellt wurden. Ebenso neigen die zu Vergleichszwecken hergestellten Klingen weitaus stärker zur Streifenbildung auf der Papierbahn als die erfindungsgemässen Klingen.
    • 6. Kammerrakelsystem
  • In Fig. 8 ist ein linksseitig an einen rotierbaren Druckzylinder D gedrücktes Kammerrakelsystem 800 abgebildet. Das Kammerrakelsystem 800 wird beispielsweise durch eine in Fig. 8 nicht dargestellte Pneumatik an den Druckzylinder D gedrückt und umfasst eine im Querschnitt U-förmige Kammer 810, welche mit ihrer Öffnung zum Druckzylinder D hin ausgerichtet ist. An einem ersten und in Fig. 8 unten dargestellten Schenkel 811 der U-förmigen Kammer 810 ist eine Schliessrakel 840 aus Kunststoff angebracht, welche in einem Winkel von ca. 30° zum Schenkel 811 in Richtung des Zentrums des Druckzylinders D hinzeigt. Am zweiten und in Fig. 8 oben dargestellten Schenkel 812 der U-förmigen Kammer 810 ist eine Arbeitsrakel 830 angebracht. Die Arbeitsrakel 830 ragt in einem Winkel von ca. 30° zum zweiten Schenkel 812 in Richtung des Zentrums des Druckzylinders D. Die Arbeitsrakel 830 ist dabei eine erfindungsgemässe Klinge bzw. Rakel, beispielsweise mit einer Beschichtung wie sie in Fig. 1 beschrieben ist. Die beiden Rakel 830, 840 liegen dabei am Druckzylinder D an und dichten den Innenbereich 820 zwischen den beiden Schenkeln 811, 812, welcher mit Druckfarbe 821 gefüllt ist, ab. Bei einer Rotation des Druckzylinders D im Uhrzeigersinn bzw. in Richtung des Pfeils in Fig. 8, wird die Druckfarbe 821 an der Oberfläche des Druckzylinders D aufgenommen. Überschüssige Farbe wird dabei von der Arbeitsrakel 830 abgestreift.
  • 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 100, 100b, 200 der Klingen aus den Fig. 1a, 1b und 2 auch aus einem anderen Material, wie z. B. einem Karbon-Stahl oder einem nichtmetallischen Material, insbesondere einem Kunststoff oder Kompositmaterial, wie z.B. Glasfaserverstärker Kunststoff (GFK) und/oder Kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), gefertigt sein. Letzteres kann speziell für Anwendungen in der Papierindustrie als Schaberklinge vorteilhaft sein.
  • Es ist auch möglich, anstelle der in den Fig. 1a, 1b und 2 gezeigten Grundkörper jeweils Grundkörper mit einer anderen Form zu verwenden. Insbesondere können die Grundkörper eine keilförmige Arbeitskante oder einen verjüngten Querschnitt mit abgerundeter Arbeitskante aufweisen. Die freien Stirnseiten 140, 140b der Arbeitskanten 130, 130b der Rakel aus Fig. 1a und 1b kann beispielsweise auch vollständig abgerundet ausgeformt sein.
  • Des Weiteren können die erfindungsgemässen Klingen aus den Fig. 1a, 1b und 2 auch anders dimensioniert sein. So können bei der Rakel aus Fig. 1a und 1b beispielsweise die Dicken der Arbeitsbereiche 130, 130b gemessen von der Oberseite zur Unterseite, grösser oder kleiner sein. Beispielsweise können diese Dicken in einem Bereich von 0.040 - 0.200 mm variieren.
  • Zudem können die Beschichtungen der Klingen aus den Fig. 1a, 1b und 2 wenigstens eine Zusatzkomponente oder Additive in Form von Metallen, Hartstoffpartikeln und/oder Schmierpartikeln enthalten. Besonders bevorzugte Schmierpartikel sind h-BN und/oder Polytetrafluorethylen.
  • Ebenso ist es möglich, die Keramik-basierten Beschichtungen der Rakel aus den Fig. 1a, 1b und 2 aus anderen keramischen Materialen zu fertigen. Beispielsweise können die Beschichtungen der Rakel 100 aus Fig. 1a und diejenige der Klinge 200 aus Fig. 2 aus Al2O3 hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, ganz andere keramische Materialen und/oder Mischungen aus unterschiedlichen keramischen Materialen zu verwenden. Z.B. kann eine Mischung aus Al2O3 und Cr2O3 eingesetzt werden.
  • Sämtliche der in den Fig. 1a, 1b und 2 gezeigten Klingen können beispielsweise mit weiteren Beschichtungen überzogen werden. Die weiteren Beschichtungen können in Arbeitskantenbereichen und/oder in hinteren Bereichen vorliegen und z. B. die Verschleissfestigkeit der Arbeitskanten weiter verbessern und/oder die hinteren Bereiche vor Einflüssen durch aggressive Chemikalien schützen. Insbesondere handelt es sich dabei auch um Beschichtungen aus nicht-keramischen oder organischem Material wie sie vorstehend beschrieben wurden.
  • Des Weiteren ist es möglich, bei den Klingen aus den Fig. 1a, 1b und 2 zwischen den keramischen Beschichtungen und dem Grundkörper eine zusätzliche Schicht, z.B. eine haftvermittelnde Schicht vorzusehen.
  • Anstelle der in den Figuren 3 - 4 gezeigten Spritzgeräte können auch entsprechende Geräte zum Plasmaspritzen eingesetzt werden. Beispielsweise kann beim Spritzgerät 300 aus Fig. 3 im Bereich der hohlzylindrischen Brennkammer 310 und der Düse 320 ein Kathoden/Anoden-Paar vorgesehen sein, mit welchem sich bei Verwendung einer Gleichstromquelle ein Lichtbogen zur Plasmaerzeugung generieren lässt. Als Plasmagas kann z.B. ein Edelgas verwendet werden. Über die rohrförmigen Einlassstutzen 322.a, 322.b kann dann eine Suspension 323 direkt in das Plasma eingedüst werden. Es versteht sich, dass es in diesem Fall nicht nötig ist, Brennstoff/Sauerstoff-Gemisch zuzuleiten und zu zünden.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass neuartige Klingen geschaffen wurden, welche insbesondere für die Drucktechnik und Papierherstellung vorteilhaft sind. Die Klingen zeichnen sich durch eine äusserst hohe Verschleissfestigkeit aus und ermöglichen während der gesamten Lebensdauer ein gleichmässiges und streifenfreies Abstreichen von Druck- und Streichfarbe. Zugleich sind die erfindungsgemässen Klingen in unterschiedlichsten Ausführungsformen effizient und kostengünstig herstellbar.

Claims (19)

  1. Klinge, insbesondere für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper mit einem in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskantenbereich, wobei der Arbeitskantenbereich mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragene Keramik-basierte Beschichtung handelt.
  2. Klinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung als Hauptbestandteil eine Oxidkeramik umfasst oder daraus besteht.
  3. Klinge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidkeramik ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, CeO2 und/oder MgO, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Al2O3 und Cr2O3, wobei Cr2O3 besonders bevorzugt ist.
  4. Klinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung als Hauptbestandteil eine Nichtoxidkeramik umfasst, wobei es sich insbesondere um Carbide, Nitride, Boride und/oder Silicide handelt.
  5. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung eine Härte von 1'200-2'200 HV, insbesondere 1'400 - 2'000 HV, bevorzugt 1'600-1'900 HV, im Speziellen 1'700 - 1'800 HV, aufweist.
  6. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Keramik-basierten Beschichtung 5 - 300 µm, insbesondere 10 - 200 µm, bevorzugt 15 - 150 µm, im Speziellen 20 - 100 µm misst.
  7. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porosität der Keramik-basierten Beschichtung weniger als 5%, insbesondere weniger als 2.5%, bevorzugt weniger als 1% beträgt.
  8. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung wenigstens eine Zusatzkomponente, insbesondere zur Verbesserung des Verschleissverhaltens der Rakel, enthält, wobei bevorzugt die Zusatzkomponente wenigstens ein Metall, Hartstoffpartikel und/oder Schmierpartikel umfasst.
  9. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Keramik-basierten Beschichtung wenigstens eine Deckschicht angeordnet ist, wobei die Deckschicht eine nicht-keramische Beschichtung, eine organische Beschichtung und/oder eine ein Polymer umfassende Beschichtung umfasst.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Klinge, insbesondere einer Klinge nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei ein auf einem länglichen Grundkörper in einer longitudinalen Richtung ausgebildeter Arbeitskantenbereich der Klinge mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das thermische Suspensionsspritzverfahren eine Suspension darin enthaltend dispergierte Keramikpartikel verwendet wird, wobei vorzugsweise die Keramikpartikel eine mittlere Partikelgrösse im Bereich von 5 nm - 20 µm, insbesondere 10 nm - 10 µm, bevorzugt 15 nm - 5 µm, speziell 100 nm - 1 µm, aufweisen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension einen Feststoffanteil von 0.1 - 75 Gew.-%, bevorzugt 0.5 - 50 Gew.-%, insbesondere von 1 - 30 Gew.-%, aufweist und als ein Lösungsmittel für die Suspension Wasser, Alkohol, Glykole und/oder Mischungen davon eingesetzt werden.
  13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 11 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension wenigstens ein Netzmittel und/oder wenigstens einen Stabilisator, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anionischen Tensiden und/oder kationischen Tensiden, enthält, wobei es sich im Besonderen um Polyacrylate handelt.
  14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10- 13, dadurch gekennzeichnet, dass während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren ein zusätzliches Gas, insbesondere ein Inertgas und/oder Druckluft, eingedüst wird, bevorzugt zur Erhöhung der kinetischen Energie eines Partikelstroms und/oder zur Formung des Partikelstroms.
  15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10- 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Suspensionsspritzen eine Apparatur zum Plasmaspritzen und/oder eine Apparatur zum Flammspritzen, insbesondere zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF), verwendet wird, wobei die Suspension in eine Flamme und/oder ein Plasma der Apparatur eingedüst wird.
  16. Klinge, erhältlich nach einem Verfahren gemäss wenigstens einem der Ansprüche 10 -15.
  17. Gerätesatz, insbesondere für ein Kammerrakelsystem, bevorzugt für den Flexodruck, umfassend eine Klinge nach einem der Ansprüche 1 - 9 oder 16 sowie wenigstens eine weitere Klinge, welche sich in struktureller Hinsicht unterscheidet, wobei die weitere Klinge insbesondere aus einem Kunststoffmaterial oder einem Kunststoff-Kompositmaterial besteht.
  18. Verwendung einer Klinge nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 9 oder 16 zum Auftragen und/oder Abstreichen von Flüssigkeiten von einem Substrat.
  19. Verwendung einer Klinge nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 9 oder 16 als Rakel und/oder Streichmesser, insbesondere in Form einer Lamellenrakel, in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung.
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