EP3936339A1 - Laserbearbeitete rakel - Google Patents

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Publication number
EP3936339A1
EP3936339A1 EP20185300.9A EP20185300A EP3936339A1 EP 3936339 A1 EP3936339 A1 EP 3936339A1 EP 20185300 A EP20185300 A EP 20185300A EP 3936339 A1 EP3936339 A1 EP 3936339A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
squeegee
laser light
working edge
processed
light beam
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.)
Withdrawn
Application number
EP20185300.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Rother
Michael Reinert
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 EP20185300.9A priority Critical patent/EP3936339A1/de
Priority to PCT/EP2021/066988 priority patent/WO2022008232A1/de
Priority to EP21734837.4A priority patent/EP4178804A1/de
Publication of EP3936339A1 publication Critical patent/EP3936339A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for processing a squeegee, in particular a squeegee for squeegeeing ink off a printing cylinder, comprising a flat and elongated base body made of carbon steel with a fastening area and a working edge formed in a longitudinal direction.
  • the invention further relates to a squeegee with a working edge that is machined at least in one section.
  • Squeegees are used in the printing industry as well as in paper production.
  • squeegees are used in particular to scrape off excess printing ink from the surfaces of printing cylinders or printing rollers.
  • the quality of the squeegee has a decisive influence on the printing result, especially in gravure and flexographic printing. Unevenness or irregularities in contact with the printing cylinder working edges of the squeegee lead z. B. to an incomplete stripping of the ink from the webs of the printing cylinder. This can lead to an uncontrolled release of printing ink on the print medium.
  • Squeegees are usually based on a squeegee body made of steel or plastic with a specially shaped working edge.
  • the hardness of the working edges of the squeegee can be adjusted and/or provided with coatings made of plastics, lacquers, metals and/or hard materials.
  • the structural and material composition of the squeegee has a significant influence on the mechanical and tribological properties.
  • Such a squeegee is, for example, in the EP 0 911 157 B1 described.
  • This relates to a squeegee for scraping excess printing ink from the surface of a printing form.
  • the lamella and also the area of the rear squeegee part adjoining the lamella are provided with a coating over the entire length of the squeegee, which consists of lubricant or at least has lubricant particles.
  • the coating can include a carrier material in which both lubricant particles and particles of a wear-resistant material are embedded.
  • the DE 10 2013 011 275 A1 describes a squeegee blade which, on the outer surface in the region of the working edge, has a section facing the printing roller with an ink-friendly surface and an adjoining further section which has an ink-repellent property. With this, the ink spreads better on the more ink-friendly portion, so that the print quality can be increased.
  • the two sections can be made by machining the material of the body, for example the ink-friendly section can be roughened by sandblasting, etching, laser engraving, electron beam irradiation or grinding to create or enhance its ink accepting property.
  • doctor blades are also referred to as doctor blades, doctor blades or coating knives, depending on the application.
  • excess coating color e.g. pigments, binders, additives, etc.
  • the life of the doctor blade, doctor blade or coating knife can be improved by modifying the working edges.
  • the WO 2006/007984 A1 describes, for example, cold-rolled steel strips used in the manufacture of doctor blades, coating blades and creping blades which have improved service life. This is achieved through a special steel composition and the use of a powdered metal process, which results in a composition with a high carbide content.
  • the working edge can be hardened by a laser beam.
  • the object of the invention is to provide improved methods for the production of doctor blades for printing technology and for paper production, which belong to the technical field mentioned at the outset.
  • methods are to be created which enable doctor blades to be manufactured as economically as possible.
  • the squeegees should at the same time enable printing ink or coating color to be wiped off as precisely as possible.
  • the invention in a first aspect, relates to a method for processing a squeegee, comprising a flat and elongated base body made of carbon steel with a fastening area and a working edge formed in a longitudinal direction, a surface layer of the working edge of the squeegee being treated with a laser light beam at least in a section to be processed is hardened.
  • squeegee is to be understood broadly in the present case and includes both squeegees for applications in the printing industry and in the paper industry.
  • the squeegees are pressure squeegees, doctor knives, doctor blades and/or coating knives.
  • the squeegee is a printing squeegee, which is provided specifically for squeegeeing ink on a printing cylinder.
  • squeegee includes both individual and ready-to-use squeegees cut to length and so-called endless squeegee bands, which in particular can later be cut to length to form a number of individual squeegees.
  • Endless squeegee strips in this context mean squeegee strips with a length of at least 5 m, in particular at least 10 m, in particular at least 50 m.
  • the squeegee strip can have a length of 100 m.
  • the method according to the invention is carried out with endless squeegee belts.
  • Carbon steel is also referred to as carbon steel and is defined as unalloyed quality steel according to the DIN EN 10020:2000 standard. In particular, this type of steel has a carbon content of 0.2 to 0.65% by weight. The proportions of other alloy components are each below a limit specified by the standard.
  • the carbon steel has the following limit values or maximum proportions: aluminum: 0.30% by weight, boron: 0.0008% by weight, bismuth: 0.10% by weight, cobalt: 0.30% by weight, chromium: 0.30% by weight, Copper: 0.40% by weight, lanthanides (evaluated individually): 0.10% by weight, manganese: 1.65% by weight, molybdenum: 0.08% by weight, niobium: 0.06% by weight, nickel: 0.30% by weight.
  • hardness refers to the Vickers hardness determined according to standard DIN EN ISO 6507-1:2018 to -4:2018.
  • the use of a laser light beam can achieve a temporally and locally controlled energy input into the section of the squeegee made of conventional carbon steel that is to be processed. In contrast to other hardening processes, this enables locally limited hardening. And this without having to use expensive alloy steels.
  • carbon steel doctor blades can be hardened well by laser light beams and, on the other hand, they have excellent mechanical properties for applications in printing technology and papermaking.
  • Hardening with a laser light beam makes it possible, in particular, to leave the basic body of the squeegee unchanged and only to process the working edge at the desired points.
  • the section of the squeegee to be processed can be hardened from the edge area down to the deeper areas below the surface. Depending on the process parameters and structure of the squeegee, only the edge area can be hardened or the areas of the squeegee underneath are also hardened. This allows the mechanical properties of the squeegee to be adjusted and controlled in a targeted manner.
  • the energy input can be controlled in such a way that, despite the hardening, undesired deformations of the squeegee are prevented during the machining or the hardening process.
  • This is one of the great advantages of the present invention. Accordingly, the squeegees also have clearly defined working edges after the processing operation.
  • the process is also very flexible, since it can be used for different squeegee types or squeegee geometries by adjusting the process parameters. Due to the possibility of processing endless squeegee strips, the process also allows very economical processing of the squeegee, since the squeegee can, for example, be hardened in a further process step directly after production.
  • the laser light beam is particularly preferably moved continuously over the section to be machined on the working edge during the machining.
  • Continuous moved means in the present case that the laser light beam is moved during the processing without interruption, preferably at a constant speed, over the entire area of the working edge to be processed.
  • the movement of the laser light beam over the section to be processed can in principle be (i) by a spatial movement of the squeegee with a fixed laser light beam, (ii) by a spatial movement of the laser beam, for example by a deflection optics, with a fixed squeegee or (iii) by a simultaneous spatial Movement of squeegee and laser beam can be achieved.
  • the continuous movement of the laser light beam over the section to be machined on the working edge can result in a particularly uniform input of energy into the section of the squeegee to be machined.
  • a stable balance between energy input and heat dissipation can be achieved, for example via the non-processed areas of the squeegee, via heat radiation and/or via additional cooling devices. This can also prevent undesired deformations of the squeegee from occurring during processing or the hardening process.
  • the process parameters and/or the movement of the laser light beam are controlled during processing over the section to be processed on the working edge in such a way that deformation of the squeegee is reduced or prevented.
  • a relative speed between the laser light beam and the working edge in the longitudinal direction during processing is preferably 0.5-5 m/min, in particular 0.8-4 m/min. This enables fast but reliable processing of the working edge.
  • a power of the laser light beam is preferably 5-50 W, in particular 10-30 W. This allows the materials typically used for doctor blades, such as steel, to be hardened well. For other materials or special squeegees, however, lower or higher outputs can also be suitable.
  • the light of the laser light beam is particularly preferably UV light, visible light or infrared radiation.
  • a wavelength of the light is, for example, in the range of 150 nm-3 ⁇ m, preferably 400 nm-2.5 ⁇ m, in particular 500 nm-1.5 ⁇ m.
  • the surface of the working edge can be additionally structured during processing by ablation. Longer wavelengths are particularly suitable in the event that no additional structuring or ablation-free structuring is desired.
  • the laser light beam is a continuous wave laser light beam.
  • a continuous-wave laser light beam also called “continuous-wave laser light beam” consists of light waves with a constant intensity over time.
  • a diode laser or a fiber laser can be used, for example.
  • the focus of the continuous wave laser light beam on the squeegee is, for example, 1-10 mm ⁇ 1-10 mm, in particular 2-5 mm ⁇ 5-8 mm.
  • the laser light beam is a pulsed light laser beam.
  • a pulsed light laser beam has a pulsating intensity of light waves.
  • the use of pulsed light laser beams in the present case offers several advantages.
  • the energy input into the section to be processed can be controlled more precisely.
  • the surface layer can be selectively hardened while the areas underneath retain their original hardness. It is also possible, for example, to develop a gradual decrease in hardness from the edge area in the direction of the areas below. This without causing a significant deformation of the squeegee.
  • the use of a pulsed light laser beam enables targeted structuring of the surface of the working edge. This allows, for example, the surface tension of the working edge to be specifically adjusted, in particular reduced. As has been shown, this, in combination with the increased hardness, leads to a strong increase in the wear resistance of the squeegee with improved scraping properties at the same time.
  • the pulse parameters of the pulsed laser light beam are selected such that the surface layer is locally hardened and/or periodically distributed depressions and/or elevations are formed in the surface of the surface layer.
  • both the edge layer is hardened and the surface is structured by periodically distributed indentations and/or elevations.
  • the method is particularly preferably carried out in such a way that the laser light beam scans the working edge of the squeegee at least in the section to be processed, in particular in at least two mutually perpendicular spatial directions.
  • Scanning can be achieved, for example, by X-deflectors for deflecting and focusing laser beams in one dimension, or by XY deflectors for deflecting and focusing laser beams in two dimensions.
  • X-deflectors for deflecting and focusing laser beams in one dimension
  • XY deflectors for deflecting and focusing laser beams in two dimensions.
  • galvanometer scanners with mirrors are suitable.
  • a scanning speed of the laser light beam is preferably 1,000-10,000 mm/s.
  • a repetition rate of the laser pulses is, for example, 100-500 kHz.
  • a focus diameter of the pulsed laser light beam at the point of impact on the squeegee is advantageously 1-100 ⁇ m, in particular 10-50 ⁇ m. Relatively fine structures can thus also be produced in the surfaces of the working edge and the hardening of the working edge can be spatially defined very precisely.
  • the method is preferably controlled by a control unit, the control unit coordinating and controlling the relative speed between the laser light beam and the working edge, the scanning speed, the pulse duration and/or the repetition rate of the laser light beam.
  • the working edge of the squeegee is processed with the laser light beam in such a way that a side opposite a processed side of the working edge remains unprocessed.
  • the squeegee is processed on a first side and possibly on the front side, but not on the second side of the working edge, which is opposite the first side.
  • the side of the working edge which was first structured and/or hardened with the laser can at least partially lose the previously gained hardness during the processing of the opposite side due to the renewed input of thermal energy into the substrate.
  • both sides can be processed simultaneously so that the energy input is evenly distributed over time.
  • it can be useful to reduce the energy input and/or to increase the relative speed between the laser light beam and the working edge in order to avoid deformation of the squeegee.
  • this has the disadvantage that the surface structure and the surface layer depth can only be controlled to a limited extent.
  • this disadvantage can be neutralized by using a cooling system.
  • the squeegee is continuously unwound from a supply reel during processing, processed in the unwound state with the laser light beam on the upper side or on the underside and then preferably on a separate reel is wound up.
  • endless squeegee strips that have already been wound up can be processed at any time.
  • the actual processing takes place in the unwound state, which has the advantage that the working edge is accessible from all sides.
  • the squeegees are preferably guided side by side in such a way that the working edges to be processed face each other. This has the advantage that the laser light beam can process the two squeegees simultaneously, as a result of which the throughput in particular can be increased. In principle, the two squeegees can be processed with identical or different parameters.
  • the squeegee is processed in the state in which it is wound up in the form of a roll. It is possible, for example, to wind the squeegee onto a cylindrical winding body.
  • the squeegee forms a compact body made up of layers lying one on top of the other. This makes it possible to effectively disperse and dissipate the heat generated during machining, reducing or preventing the problem of deformation.
  • the squeegee is preferably wound up in a spiral shape and, in the present case in the form of a cylinder, is processed with the laser light beam from a direction parallel or at an angle to the cylinder axis.
  • the squeegee can be processed in particular in the area of the front side of the working edge.
  • the spirally wound squeegee is rotated about the cylinder axis during processing and, at the same time, the laser light beam is preferably moved along a diameter line of the cylindrically wound squeegee, in particular in such a way that the laser light beam processes the working edge of the wound squeegee along the entire longitudinal length.
  • two separate squeegees are spirally wound into one another in the form of a cylinder in opposite directions.
  • the two squeegees are preferably aligned in such a way that the working edges of the two separate squeegees face away from one another in the wound-up state.
  • the working edge of one squeegee is then part of one end face of the cylinder, while the working edge of the second squeegee is part of the opposite end face of the cylinder.
  • the two end faces of the cylinder are preferably processed from a direction parallel or at an angle to the cylinder axis with laser light beams from two separate laser light sources. This means that both squeegees can be processed at the same time. Here again it is possible to carry out the processing of the squeegee with identical or different parameters.
  • a further and particularly advantageous embodiment provides that the squeegee is wound helically around the lateral surface of a cylindrical winding core, so that the working edge of the squeegee forms a conical spiral and is at least partially exposed along its entire wound length from a direction perpendicular to the lateral surface of the winding core. Depending on the gradient of the conical spiral formed, a larger or smaller part of the working edge is exposed.
  • the squeegee is preferably processed with laser light from a direction perpendicular or at an angle to the lateral surface.
  • the working edge can thus be processed on the face side and/or in the area of the underside or top of the squeegee.
  • the winding core with the helically wound squeegee is rotated about the cylinder axis during processing and, in particular, at the same time the laser light beam is moved along a direction parallel or at an angle to the cylinder axis. This allows the laser light beam to work the working edge of the coiled squeegee along the entire longitudinal length.
  • this is cooled during processing with the laser light beam. This allows the heat dissipation to be additionally increased and controlled. However, cooling is not mandatory.
  • the working edge of the squeegee is covered with an additional coating after processing with the laser light beam, at least in the processed section.
  • this is a wear-reducing and/or a friction-reducing coating.
  • the coating can be, for example, a metal coating, a hard coating, a ceramic coating or a polymer coating. With such coatings, the squeegee can be further customized for specific applications.
  • a squeegee structured on the surface according to the invention can form an adhesive layer and/or intermediate layer, so that the additional coating adheres better.
  • a second aspect of the present invention relates to a squeegee, in particular for squeegeeing off printing ink on a printing cylinder, comprising a flat and elongated base body made of carbon steel with a fastening area and a working edge formed in a longitudinal direction, the working edge being at least in a section a laser hardening obtainable , Has hardened surface layer.
  • the hardened surface layer has a higher hardness than the fastening area of the squeegee.
  • the working edge has, in addition to the hardened surface layer, an underlying inner region which has a lower hardness than the surface layer.
  • the surface layer of the working edge is hardened.
  • the section of the edge layer with the greater hardness consists essentially of the same material as the other areas of the base body of the doctor blade, in particular the fastening area and/or the areas of the working edge lying under the hardened edge layer.
  • the higher hardness portion of the surface layer differs from other areas in that the material has a different Has microstructure and / or microstructure, which was generated by the laser hardening process.
  • the chemical composition of the material in the section of the surface layer with the higher hardness does not differ significantly or not from the composition of the other areas.
  • the doctor blade can be obtained in particular by a method according to the invention as described above.
  • the section of the surface layer with the greater hardness can advantageously be obtained or produced by laser hardening or by irradiating the section with a laser light beam, in particular a pulsed laser light beam.
  • a laser light beam in particular a pulsed laser light beam.
  • laser light beams are used here, as described above in connection with the method according to the invention.
  • a hardness of the section of the surface layer with the higher hardness is preferably 1.1-10 times, in particular 1.5-5 times, as great as the hardness of the area of the working edge and/or the fastening area lying underneath.
  • the surface layer with the greater hardness has a layer thickness of 2-20 ⁇ m, preferably 3-10 ⁇ m.
  • the wear resistance of the working edge of the squeegee can thus be greatly increased without impairing the mechanical properties of the squeegee.
  • the surface of the outer edge layer has periodically arranged indentations and/or elevations in the section with the greater hardness.
  • the periodically arranged indentations and/or elevations are particularly preferably distributed over the entire surface of the outermost surface layer in the section with the greater hardness.
  • the depressions and/or elevations have an average spacing (RSm value) of 5-100 ⁇ m, in particular 10-50 ⁇ m.
  • the average distance (RSm value) is determined according to the ISO 4287:2010 standard.
  • the surface with the periodically distributed depressions and/or elevations particularly preferably has a roughness, expressed as the arithmetic mean deviation (Ra), of 10-500 ⁇ m, in particular 150-300 ⁇ m.
  • the mean deviation (Ra) is determined according to the ISO 4287:2010 standard.
  • the section of the surface layer with the greater hardness and, if present, with the periodically distributed indentations and/or elevations is covered with an additional coating.
  • the additional coating is constructed and composed in particular as explained above in connection with the method according to the invention.
  • the section of the surface layer with the greater hardness and, if present, with the periodically distributed indentations and/or elevations is free of an additional coating.
  • a particular advantage of the combination of surface structuring and edge layer hardening compared to conventional layer systems for minimizing wear is as follows: There is no additional material application, as is the case with conventional coatings, which always produce an additional material application. This means that very thin lamellae can be produced. This in turn results in smaller contact zones, which produce less adhesion between doctor blade and cylinder. Thus, in addition to minimizing fluid friction between the squeegee and ink, adhesion between the squeegee and cylinder is also reduced. At the same time, the hardened surface layer protects against abrasive wear without enlarging the contact zone through additional material application. This also results in a minimization of shear thickening in the shearing gap.
  • 1 shows a first arrangement 10 for processing doctor blades in a side view.
  • 2 shows the assembly 10 from above.
  • the assembly 10 includes a decoiler 11 having two spools 11a and 11b.
  • a squeegee 16a, 16b e.g. a lamellar squeegee made of carbon steel, is wound on each of the two coils 11a and 11b.
  • the squeegees are guided parallel to one another through a strip cleaning device 13 and then past a laser processing station 14 to a take-up reel 12.
  • the take-up reel 12 has two coils 12a, 12b for receiving the doctor blade 16a, 16b.
  • the laser processing system 14 includes a laser light source 14.1, e.g. a pulsed fiber laser, with a downstream galvanometer scanner, with which the laser beam can be moved spatially.
  • the laser processing system 14 emits a laser light beam 15, in particular a pulsed laser light beam, which impinges on the working edges 16a.1, 16b.1 of the squeegee 16a, 16b to be processed.
  • the squeegee in the area the working edge 16a.1, 16b.1 hardened and, if necessary, structured at the same time on the surface.
  • FIG 3 shows the arrangement 10 during the machining process along the line AA in 2 .
  • the squeegees 16a, 16b are processed on the underside of the working edges 16a.1, 16b.1 and on the adjoining end faces.
  • FIG. 4 shows a second arrangement 20 for processing a squeegee 26 wound up in the form of a roll 21 in a perspective view.
  • the wound squeegee 21 is rotated about the cylinder axis of the roller 21 for processing and processed from a direction parallel to the cylinder axis by a laser light beam 25 emerging from the laser processing system 24 .
  • the laser processing system 24 includes a laser light source 24.1, e.g. a pulsed laser light source, and a moving device 24.2 for moving the laser light source 24.1 along the diameter of the roller 21.
  • figure 5 shows the spiral course of the working edge 26.1 of the wound squeegee 26.
  • the upper and lower sides of the squeegee 26 are as in FIG 6 shown directly on top of each other, so that the working edge 26.1 of the squeegee 26 points upwards.
  • FIG. 7 shows a third arrangement 30 for processing a squeegee 36 wound on a hollow-cylindrical winding core 31 in a perspective view.
  • the wound doctor blade 36 is rotated about the cylinder axis of the winding core 31 and processed from a direction perpendicular to the cylinder axis or the lateral surface of the winding core 31 by a laser light beam 35 emerging from a laser processing system 34 .
  • the laser processing system 34 includes a laser light source 34.1, e.g. a pulsed laser light source, and a movement device 34.2 for moving the laser light source 34.1 parallel to the axis of rotation of the winding core 31.
  • the squeegee 36 is wound up in such a way that the working edge 36.1 of the squeegee 36 forms a conical spiral and is at least partially exposed along its entire wound up length from a direction perpendicular to the lateral surface of the winding core 31. 8 shows a section along the line AA to clarify the arrangement 7 .
  • the conical spiral shape of the working edge 36.1 is in 9 shown schematically.
  • the working edge 36.1 of the squeegee 36 can be processed along its entire length on the underside and the sloping front side.
  • FIG. 10 shows a fourth arrangement 40 for the simultaneous processing of two squeegees 46a, 46b, which are spirally wound into one another in opposite directions from two separate coils 41a, 41b via deflection coils 47a, 47b in the form of a cylinder 42.
  • the two squeegees 46a, 46b are aligned in such a way that the working edges 46a.1, 46b.1 of the two squeegees face away from one another in the wound-up state. this is in 12 shown.
  • the squeegees 46a, 46b wound up in the form of the cylinder 42 are rotated about the cylinder axis for processing and processed from opposite directions by a laser light beam 45a, 45b emerging from a laser processing system 44a, 44b.
  • the laser processing systems 44a, 44b each include a laser light source, e.g., a pulsed laser light source, and a moving device for displacing the laser light source along a direction parallel to the diameter of the cylinder 21 (indicated by arrows).
  • the working edges 46a.1, 46b.1 of the two doctor blades 46a, 46b can be processed independently of one another along their entire length on the end faces will.
  • FIG. 13 shows a micrograph of the working edge of a lamella doctor blade made of carbon steel processed according to the invention with a pulsed laser.
  • pulsed laser light with a wavelength of 1,064 nm, a pulse duration of 500 ns, a power of 20 watts, a focus diameter of 30 ⁇ m and a scanning speed of 3,500 mm/s.
  • the working distance between the squeegee and the laser light source was 176 mm and the relative speed between the laser light beam and the working edge in the longitudinal direction was 1 m/min.
  • the squeegee has on the machined underside (in 13 above) and on the front side via a surface layer several micrometers thick, which has a fine-grained structure (light area in 13 ).
  • Hardness measurements have shown that the hardness of the surface layer is approx. 900 HV 0.2 (Vickers hardness) and thus significantly higher than the underlying areas of the base body of the squeegee (approx. 650 HV 0.2).
  • FIG. 14 shows the surface of the working edge of another lamella doctor blade made of carbon steel processed according to the invention with a pulsed laser.
  • Pulsed laser light with a wavelength of 1,064 nm, a pulse duration of 500 ns, a power of 20 watts, a focus diameter of 30 ⁇ m and a scanning speed of 6,000 mm/s was used for processing.
  • the working distance between the squeegee and the laser light source was 176 mm and the relative speed between the laser light beam and the working edge in the longitudinal direction was 2 m/min.
  • the crater-shaped, periodically distributed depressions and elevations on the surface are clearly visible.
  • the depressions and elevations have a mean distance (RSm value) of approx. 30 ⁇ m according to ISO 4287:2010, while the roughness, expressed as the arithmetic mean deviation (Ra), according to ISO 4287:2010 is approx. 22 ⁇ m.
  • FIG. 15 shows the surface of the working edge of another lamella doctor blade made of carbon steel processed according to the invention with a pulsed laser.
  • Pulsed laser light with a wavelength of 1,064 nm, a pulse duration of 556 ns, a power of 20 watts, a focus diameter of 30 ⁇ m and a scanning speed of 7,000 mm/s was used for processing.
  • the working distance between squeegee and The laser light source was 176 mm and the relative speed between the laser light beam and the working edge in the longitudinal direction was 1 m/min.
  • the scale-like, periodically distributed indentations and elevations on the surface are clearly visible.
  • the depressions and elevations have a mean distance (RSm value) of approx. 32 ⁇ m according to ISO 4287:2010, while the roughness, expressed as the arithmetic mean deviation (Ra), according to ISO 4287:2010 is approx. 29 ⁇ m.
  • 16 shows a micrograph of the working edge of a lamella doctor blade made of carbon steel processed according to the invention with a continuous laser. Continuous laser light with a power of 60 watts, a focus diameter of 1,500 ⁇ m and a scanning speed of 80 mm/s was used for processing. How out 16 As can be seen, the working edge of the squeegee has hardened over a length of approx. 900 ⁇ m (light area in 16 ), while the fastening area behind it has not been hardened.
  • Squeegees produced according to the invention in particular those produced with pulsed laser light, have proven to be extremely durable and of high quality compared to untreated squeegees.
  • the squeegees allow extremely precise stripping of printing ink in printing processes. This during the entire service life of the squeegee.
  • two different squeegees can be processed and/or the process parameters during the laser processing are set differently for the two laser processing systems 44a, 44b.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bearbeitung einer Rakel, insbesondere einer Rakel zum Abrakeln von Druckfarbe auf einem Druckzylinder, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper aus Kohlenstoffstahl mit einem Befestigungsbereich und einer in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskante, wird eine Randschicht der Arbeitskante der Rakel zumindest in einem zu bearbeitenden Abschnitt mit einem Laserlichtstrahl gehärtet.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Rakel, insbesondere einer Rakel zum Abrakeln von Druckfarbe auf einem Druckzylinder, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper aus Kohlenstoffstahl mit einem Befestigungsbereich und einer in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskante. Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Rakel mit einer zumindest in einem Abschnitt bearbeiteten Arbeitskante.
    • Stand der Technik
  • Rakel werden in der Druckindustrie als auch bei der Papierherstellung eingesetzt.
  • In der Druckindustrie kommen Rakel insbesondere zum Abstreichen überschüssiger Druckfarbe von den Oberflächen auf Druckzylindern bzw. Druckwalzen zum Einsatz. Besonders beim Tiefdruck und Flexodruck hat die Qualität der Rakel einen entscheidenden Einfluss auf das Druckergebnis. Unebenheiten oder Unregelmässigkeiten der mit dem Druckzylinder in Kontakt stehenden Arbeitskanten der Rakel führen z. B. zu einer unvollständigen Abstreifung der Druckfarbe von den Stegen der Druckzylinder. Dadurch kann es auf dem Druckträger zu einer unkontrollierten Abgabe von Druckfarbe kommen.
  • Die Arbeitskanten der Rakel sind während dem Abstreifen an die Oberflächen der Druckzylinder oder Druckwalzen angepresst und werden relativ zu diesen bewegt. Somit sind die Arbeitskanten, insbesondere bei Rotationsdruckmaschinen, einerseits hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, welche einen entsprechenden Verschleiss mit sich bringen - anderseits werden hohe Ansprüche an die Arbeitskanten der Rakel gestellt, so dass über einen möglichst langen Anwendungszeitraum ein präzises Abstreifen sichergestellt ist. Rakel sind daher grundsätzlich Verbrauchsgegenstände, welche periodisch ausgetauscht werden müssen. Damit gilt es insbesondere bei gleichbleibend hoher Qualität der Rakel die Herstellungskosten tief und die Lebensdauer gleichzeitig möglichst hoch zu halten.
  • Rakel basieren meist auf einem Rakelkörper aus Stahl oder Kunststoff mit einer speziell ausgeformten Arbeitskante. Um die Lebensdauer der Rakel zu verbessern, können die Arbeitskanten der Rakel bezüglich der Härte eingestellt und/oder mit Beschichtungen aus Kunststoffen, Lacken, Metallen und/oder Hartstoffen versehen werden. Der strukturelle und stoffliche Aufbau der Rakel beeinflusst dabei die mechanischen und tribologischen Eigenschaften massgeblich.
  • Eine solche Rakel wird zum Beispiel in der EP 0 911 157 B1 beschrieben. Diese betrifft eine Rakel zum Abrakeln überflüssiger Druckfarbe von der Oberfläche einer Druckform. Um die Abnützung der mit der Rakel im Kontakt stehenden Oberfläche der Druckform möglichst zu vermindern, wird die Lamelle und auch der an die Lamelle anschliessende Bereich des hinteren Rakelteiles über die gesamte Rakellänge mit einer Beschichtung versehen, die aus Schmierstoff besteht oder zumindest Schmierstoffpartikel aufweist. Die Beschichtung kann ein Trägermaterial umfassen, in welchem sowohl Schmierstoffpartikel als auch Partikel eines verschleissfesten Materials eingebettet sind.
  • Die DE 10 2013 011 275 A1 beschreibt ein Rakelblatt, welches an der Aussenfläche im Bereich der Arbeitskante einen der Druckwalze zugwandten Abschnitt mit einer druckfarbenfreundlichen Oberfläche aufweist und einen daran anschliessenden weiteren Abschnitt, welcher eine druckfarbenabweisende Eigenschaft aufweist. Damit spreitet die Druckfarbe auf dem druckfarbenfreundlicheren Abschnitt besser, so dass die Druckqualität erhöht werden kann. Die beiden Abschnitte können durch eine Bearbeitung des Materials des Grundkörpers hergestellt werden, beispielsweise kann der druckfarbenfreundliche Abschnitt durch Sandstrahlen, Ätzen, Lasergravur, Elektronenstrahlbestrahlung oder Schleifen aufgeraut werden, um seine die Druckfarbe anziehende Eigenschaft zu erzeugen oder zu verstärken.
  • Derartig Rakel vermögen jedoch in Bezug auf die Herstellungskosten und die Präzision beim Abstreichen nach wie vor nicht vollständig zu befriedigen.
  • In der Papierindustrie werden Rakel je nach Anwendung insbesondere auch als Streichmesser, Streichklingen oder Beschichtungsmesser bezeichnet. Mit einem Streichmesser oder Streichrakel kann z.B. überflüssige Streichfarbe (beispielsweise Pigmente, Bindemittel, Additive, etc.) von einem Papiersubstrat oder einer Papierbahn entfernt werden. Wie in der Druckindustrie kann die Lebensdauer der Streichmesser, Streichklingen oder Beschichtungsmesser verbessert werden, indem die Arbeitskanten modifiziert werden.
  • Die WO 2006/007984 A1 beschreibt z.B. kaltgewalzte Stahlbänder die zur Herstellung von Streichmessern, Auftragsmessern und Kreppschabern verwendet werden, welche eine verbesserte Lebensdauer aufweisen. Dies wird durch eine spezielle Stahlzusammensetzung und die Verwendung eines pulvermetallischen Verfahrens erreicht, welches zu einer Zusammensetzung mit einem hohen Karbidanteil führt. Zudem kann die die Arbeitskante durch einen Laserstrahl gehärtet werden.
  • Weiter beschreibt die WO 92/06796 A1 Rakelelemente, welche insbesondere zum Steichen von Papier oder Karton ausgelegt sind. Dabei ist eine spezielle Klingenausgestaltung vorgesehen, welche eine grössere Variation der Anpresskräfte ermöglicht, um einen grösseren Strichgewichtsbereich aufzubringen. Erwähnt ist auch, die Klinge im Bereich der Dosierfasenfläche zusätzlich durch eine Anlaufhärtung oder Laserhärtung zu härten, um den Elastizitätsmodul zu erhöhen. Hierbei sollte die Härte an der Oberfläche geringer sein als in den darunter liegenden Bereichen, damit sich die Klinge in der Einschleifphase besser an das Papier oder die Gegenwalze anpassen kann. Ebenfalls erwähnt ist das Einbringen von Querschnittsveränderungen an der Klinge in Form Nuten, welche u.a. auch durch Laserlicht erzeugt werden können.
  • Auch im Bereich der Rakel für die Papierindustrie oder für die Papierherstellung vermögen die bekannten Systeme jedoch nicht vollständig zu überzeugen.
  • Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach verbesserten Rakeln für die Drucktechnik als auch für die Papierherstellung, welche die vorstehend genannten Nachteile weniger oder gar nicht aufweisen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende und verbesserte Verfahren zur Herstellung von Rakeln für die Drucktechnik als auch für die Papierherstellung bereitzustellen. Im Besonderen sollen Verfahren geschaffen werden, welche eine möglichst wirtschaftliche Herstellung von Rakeln ermöglicht. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, vorteilhafte Rakel bereitzustellen, welche sich möglichst wirtschaftlich herstellen lassen und bei Anwendungen in der Drucktechnik oder bei der Papierherstellung eine möglichst gute Verschleissfestigkeit aufweisen. Insbesondere sollen die Rakel gleichzeitig ein möglichst präzises Abstreichen von Druck- oder Streichfarbe ermöglichen.
  • Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gelöst.
  • In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung einer Rakel, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper aus Kohlenstoffstahl mit einem Befestigungsbereich und einer in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskante, wobei eine Randschicht der Arbeitskante der Rakel zumindest in einem zu bearbeitenden Abschnitt mit einem Laserlichtstrahl gehärtet wird.
  • Der Begriff "Rakel" ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst sowohl Rakel für Anwendungen in der Druckindustrie als auch in der Papierindustrie. Insbesondere handelt es sich bei den Rakeln um Druckrakel, Streichmesser, Streichklingen und/oder Beschichtungsmesser. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Rakel eine Druckrakel, welche im Speziellen zum Abrakeln von Druckfarbe auf einem Druckzylinder vorgesehen ist.
  • Der Ausdruck "Rakel" beinhaltet sowohl einzelne und gebrauchsfertig abgelängte Rakel als auch sogenannte Endlos-Rakelbänder, welche insbesondere später zu mehreren einzelnen Rakeln abgelängt werden können. "Endlos-Rakelbänder" meinen in diesem Zusammenhang Rakelbänder mit einer Länge von mindestens 5 m, insbesondere mindestens 10 m, im Speziellen mindestens 50 m. Beispielsweise kann das Rakelband eine Länge von 100 m aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemässe Verfahren mit Endlos-Rakelbändern durchgeführt.
  • "Kohlenstoffstahl" wird auch als C-Stahl bezeichnet und ist gemäss Norm DIN EN 10020:2000 als unlegierter Qualitätsstahl definiert. Im Besonderen verfügt diese Stahlsorte über einen Kohlenstoffgehalt von 0.2 bis 0.65 Gew.-%. Die Anteile von weiteren Legierungsbestandteilen liegen jeweils unterhalb eines durch die Norm vorgegebenen Grenzwerts. Insbesondere verfügt der Kohlenstoffstahl über folgende Grenzwerte oder Maximalanteile: Aluminium: 0.30 Gew.-%, Bor: 0.0008 Gew.-%, Bismut: 0.10 Gew.-%, Cobalt:0.30 Gew.-%, Chrom: 0.30 Gew.-%, Kupfer: 0.40 Gew.-%, Lanthanide (einzeln gewertet): 0.10 Gew.-%, Mangan: 1.65 Gew.-%, Molybdän: 0.08 Gew.-%, Niob: 0.06 Gew.-%, Nickel: 0.30 Gew.-%, Blei: 0.40 Gew.-%, Selen: 0.10 Gew.-%, Silizium: 0.60 Gew.-%, Tellur: 0.10 Gew.-%, Titan: 0.05 Gew.-%, Vanadium: 0.10 Gew.-%, Wolfram: 0.30 Gew.-%, sonstige (ohne C; P; S und N) jeweils 0.10 Gew.-%.
  • Als "Härte" wird vorliegend die nach Norm DIN EN ISO 6507-1:2018 bis -4:2018 bestimmte Vickershärte bezeichnet.
  • Wie es sich gezeigt hat, kann durch Verwendung eines Laserlichtstrahls ein zeitlich als auch örtlich kontrollierter Energieeintrag in den zu bearbeitenden Abschnitt der Rakel aus herkömmlichem Kohlenstoffstahl erreicht werden. Damit wird im Gegensatz zu anderen Härtungsverfahren eine lokal begrenzte Härtung ermöglicht. Dies zudem ohne dass teure Legierungsstähle verwendet werden müssten. Rakel aus Kohlenstoffstahl lassen sich einerseits gut durch Laserlichtstrahlen härten und verfügen andererseits über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei Anwendungen in der Drucktechnik und der Papierherstellung.
  • Die Härtung mit einem Laserlichtstrahl ermöglicht es insbesondere, den Grundkörper der Rakel unverändert zu belassen und lediglich die Arbeitskante an den gewünschten Stellen zu bearbeiten. Der zu bearbeitende Abschnitt der Rakel kann vom Randbereich her bis in tiefere Bereiche unterhalb der Oberfläche gehärtet werden. Je nach Prozessparametern und Struktur der Rakel können dabei lediglich der Randbereich gehärtet werden oder die darunter liegenden Bereiche der Rakel werden ebenfalls gehärtet. Damit lassen sich die mechanischen Eigenschaften der Rakel gezielt anpassen und steuern.
  • Während dem Bearbeitungsvorgang kann aufgrund der gezielten Bearbeitung mit Laserlichtstrahlen der Energieeintrag derart kontrolliert werden, dass trotz der Härtung verhindert wird, dass es zu unerwünschten Verformungen der Rakel während dem Bearbeiten bzw. der Härtevorgang kommt. Dies ist einer der grossen Vorteile der vorliegenden Erfindung. Entsprechend verfügen die Rakel auch nach dem Bearbeitungsvorgang über klar definierte Arbeitskanten.
  • Das Verfahren ist zudem sehr flexibel, da dieses durch Anpassung der Prozessparameter für verschiedene Rakeltypen oder Rakelgeometrien verwendet werden kann. Aufgrund der Möglichkeit der Bearbeitung von Endlos-Rakelbändern erlaubt das Verfahren des Weiteren eine sehr wirtschaftliche Bearbeitung der Rakel, da die Rakel z.B. direkt nach der Produktion in einem weiteren Prozessschritt gehärtet werden können.
  • Besonders bevorzugt wird der Laserlichtstrahl während der Bearbeitung kontinuierlich über den zu bearbeitenden Abschnitt auf der Arbeitskante bewegt.
  • "Kontinuierlich bewegt" meint vorliegend, dass Laserlichtstrahl während der Bearbeitung ohne Unterbruch, bevorzugt mit gleichbleibender Geschwindigkeit, über den gesamten zu bearbeitenden Bereich der Arbeitskante bewegt wird.
  • Die Bewegung des Laserlichtstrahls über den zu bearbeitenden Abschnitt kann prinzipiell (i) durch eine räumliche Bewegung der Rakel bei fixiertem Laserlichtstrahl, (ii) durch eine räumliche Bewegung des Laserstrahls, beispielsweise durch eine Umlenkoptik, bei fixierter Rakel oder (iii) durch eine gleichzeitige räumliche Bewegung von Rakel und Laserstrahl erreicht werden.
  • Wie es sich gezeigt hat, kann durch die kontinuierliche Bewegung des Laserlichtstrahls über den zu bearbeitenden Abschnitt auf der Arbeitskante ein besonders gleichmässiger Energieeintrag in den zu bearbeitenden Abschnitt der Rakel erreicht werden. Zugleich kann durch die kontinuierliche Relativbewegung ein stabiles Gleichgewicht zwischen Energieeintrag und Wärmeabfuhr erreicht werden, z.B. über die nicht bearbeiteten Bereiche der Rakel, über Wärmeabstrahlung und/oder durch zusätzliche Kühlvorrichtungen. Damit kann zusätzlich verhindert werden, dass es zu unerwünschten Verformungen der Rakel während dem Bearbeiten bzw. der Härtevorgang kommt.
  • Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Prozessparameter und/oder die Bewegung des Laserlichtstrahls während der Bearbeitung über den zu bearbeitenden Abschnitt auf der Arbeitskante derart kontrolliert, dass eine Verformung der Rakel reduziert oder verhindert wird.
  • Bevorzugt beträgt eine Relativgeschwindigkeit zwischen Laserlichtstrahl und Arbeitskante in longitudinaler Richtung während dem Bearbeiten 0.5 - 5 m/min, insbesondere 0.8 - 4 m/min. Dies ermöglicht eine schnelle aber dennoch zuverlässige Bearbeitung der Arbeitskante.
  • Eine Leistung des Laserlichtstrahls liegt bevorzugt bei 5 - 50 W, insbesondere 10 - 30 W liegt. Damit lassen sich die typischerweise für Rakel verwendeten Materialen, wie z.B. Stahl, gut härten. Für andere Materialen oder spezielle Rakel können aber auch geringere oder grössere Leistungen geeignet sein.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich beim Licht des Laserlichtstrahls um UV-Licht, sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung. Eine Wellenlänge des Lichts liegt beispielsweise im Bereich von 150 nm - 3 µm, bevorzugt, 400 nm - 2.5 µm, im Besonderen 500 nm - 1.5 µm. Insbesondere bei geringen Wellenlängen kann die Oberfläche der Arbeitskante bei der Bearbeitung durch Ablation zusätzlich strukturiert werden. Höhere Wellenlängen sind besonders geeignet für den Fall, dass keine zusätzliche Strukturierung oder eine ablationsfreie Strukturierung erwünscht ist.
  • Gemäss einer möglichen Ausführungsform handelt es sich beim Laserlichtstrahl um einen Dauerstrich-Laserlichtstrahl. Ein Dauerstrich-Laserlichtstrahl, auch "Continous-Wave Laserlichtstrahl" genannt, besteht aus Lichtwellen mit zeitlich konstanter Intensität. Dabei kann z.B. ein Diodenlaser oder ein Faserlaser verwendet werden.
  • Mit einem Dauerstrich-Laserlichtstrahl lassen sich im Besonderen grössere Abschnitte der Arbeitskante in kurzer Zeit gleichmässig härten. Ebenso lassen sich mehrere Rakel parallel härten, wenn der Fokus des Laserlichtstrahls ausreichend gross eingestellt wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der Fokus des kontinuierlichen Dauerstrich-Laserlichtstrahls auf der Rakel beispielsweise 1 - 10 mm × 1 - 10 mm, insbesondere 2 - 5 mm × 5 - 8 mm.
  • Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich beim Laserlichtstrahl um einen gepulsten Lichtlaserstrahl. Ein gepulster Lichtlaserstrahl verfügt über eine pulsierende Intensität der Lichtwellen.
  • Wie es sich überraschend herausgestellt hat, bietet die Verwendung von gepulsten Lichtlaserstrahlen vorliegend mehrere Vorteile. So kann der Energieeintrag in den zu bearbeitenden Abschnitt präziser kontrolliert werden. Damit lässt sich beispielsweise gezielt die Randschicht härten, während die darunter liegenden Bereiche die ursprüngliche Härte behalten. Auch möglich ist z.B. die Ausbildung einer graduellen Abnahme der Härte vom Randbereich in Richtung der darunter liegenden Bereiche. Dies ohne, dass es zu einer signifikanten Verformung der Rakel kommt.
  • Des Weiteren ermöglicht die Verwendung eines gepulsten Lichtlaserstrahls eine gezielte Strukturierung der Oberfläche der Arbeitskante. Damit lässt sich z.B. die Oberflächenspannung der Arbeitskante gezielt einstellen, insbesondere reduzieren. Wie es sich gezeigt hat, führt dies im Zusammenspiel mit der gesteigerten Härte zu einer starken Steigerung der Verschleissfestigkeit der Rakel bei zugleich verbesserten Abstreicheigenschaften.
  • Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird davon ausgegangen, dass die Strukturierung der Oberfläche im Zusammenspiel mit der gesteigerten Härte im Druckverfahren zu einer reduzierten Systemreibung zwischen Rakel, Zylinder und Druckfarbe führt. Als Grund hierfür wird vermutet, dass durch die Strukturierung der Oberfläche eine Reduzierung der Oberflächenspannung resultiert, was wiederum dazu führen dürfte, dass die Moleküle der Druckfarbe stärker miteinander in Wechselwirkung treten als mit der Arbeitskante der Rakel. Resultierend daraus scheint sich eine geringere Flüssigkeitsreibung zwischen Rakel und Druckfarbe zu ergeben.
  • Ebenfalls konnten negative anwendungstechnische Effekte, welche beim Druckvorgang zwischen Rakel und Druckfarbe entstehen, minimiert werden. Im Speziellen konnten sämtliche anwendungstechnisch auftretenden Fehler minimiert werden, welche durch den Barus- Effekt und den Coanda- Effekt hervorgerufen werden.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden die Pulsparameter des gepulsten Laserlichtstrahls so gewählt, dass lokal eine Härtung der Randschicht bewirkt wird und/oder periodisch verteilte Vertiefungen und/oder Erhebungen in der Oberfläche der Randschicht gebildet werden. Besonders bevorzugt wird sowohl die Randschicht gehärtet als auch die Oberfläche durch periodisch verteilte Vertiefungen und/oder Erhebungen strukturiert.
  • Besonders bevorzugt wird das Verfahren derart durchgeführt, dass der Laserlichtstrahl die Arbeitskante der Rakel zumindest im zu bearbeitenden Abschnitt abtastet, insbesondere in wenigstens zwei senkrecht zueinander stehenden Raumrichtungen. Damit lassen sich gezielt Strukturierungen in die Arbeitskante einbringen und die Härte erhöhen. Das Abtasten kann z.B. durch X-Ablenkeinheiten zur Ablenkung und Fokussierung von Laserstrahlen in einer Dimension oder durch XY-Ablenkeinheiten zur Ablenkung und Fokussierung von Laserstrahlen in zwei Dimensionen erreicht werden. Geeignet sind z.B. sogenannte Galvanometer-Scanner mit Spiegeln.
  • Eine Tastgeschwindigkeit des Laserlichtstrahls liegt bevorzugt bei 1'000 - 10'000 mm/s.
  • Eine Repetitionsrate der Laserpulse liegt beispielsweise bei 100 - 500 kHz.
  • Ein Fokusdurchmesser des gepulsten Laserlichtstahls am Auftreffpunkt auf der Rakel beträgt mit Vorteil 1 - 100 µm, insbesondere 10 - 50 µm. Damit lassen sich auch relativ feine Strukturen in den Oberflächen der Arbeitskante erzeugen und die Härtung der Arbeitskante lässt sich räumlich sehr genau definieren.
  • Bevorzugt wird das Verfahren durch eine Steuereinheit kontrolliert, wobei die Steuereinheit die Relativgeschwindigkeit zwischen Laserlichtstrahl und Arbeitskante, die Tastgeschwindigkeit, der Pulsdauer und/oder die Repetitionsrate des Laserlichtstrahls aufeinander abstimmt und kontrolliert.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird die Arbeitskante der Rakel derart mit dem Laserlichtstrahl bearbeitet, dass eine, einer bearbeiteten Seite der Arbeitskante gegenüberliegende Seite unbearbeitet bleibt. Mit anderen Worten wird die Rakel an einer ersten Seite und allenfalls stirnseitig bearbeitet, nicht aber an der der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite der Arbeitskante.
  • Wie sich gezeigt hat, kann die Seite der Arbeitskante welche zuerst mit dem Laser strukturiert und/oder gehärtet wurde bei der Bearbeitung der gegenüberliegenden Seite durch den erneuten Eintrag von thermischer Energie in das Substrat zuvor gewonnene Härte zumindest teilweise wieder verlieren.
  • Zur Umgehung dieses Effekts können beide Seiten simultan bearbeitet werden, so dass der Energieeintrag auf zeitlicher Ebene gleichmässig verteilt wird. In diesem Fall kann es nützlich sein, den Energieeintrag zu senken und/oder die Relativgeschwindigkeit zwischen Laserlichtstrahl und Arbeitskante zu erhöhen, um Verformungen der Rakel zu vermeiden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Oberflächenstrukturierung und die Randschichttiefe nur beschränkt kontrolliert werden können. Dieser Nachteil kann hingegen durch Verwendung eines Kühlsystems neutralisiert werden.
  • Verformungen bei simultaner Bearbeitung der beiden Seiten der Arbeitskante dürften darauf zurückzuführen sein, dass der beidseitige, simultan ablaufende Energieeintrag von thermischer Energie in das Substrat doppelt so hoch ist wie der vergleichbare zeitlich versetzte Eintrag von Energie in das Substrat.
  • Empirisch gewonnene Daten zeigen aber, dass eine einseitige Oberflächenstrukturierung und/oder Randschichthärtung der Arbeitskante hinsichtlich Verschleissfestigkeit und Abstreifverhalten völlig ausreichend ist, wenn die dem Druckzylinder zugwandte Seite der Arbeitskante erfindungsgemäss bearbeitet wird. Es konnten keinerlei Nachteile gegenüber einer Rakel mit beidseitiger Behandlung festgestellt werden. Dagegen wird die Bearbeitung der Rakel deutlich vereinfacht und wirtschaftlicher.
  • Gemäss vorteilhaften Verfahren wird die Rakel während der Bearbeitung kontinuierlich von einer Vorratshaspel abgewickelt, in abgewickeltem Zustand mit dem Laserlichtstrahl auf der Oberseite oder auf der Unterseite bearbeitet und bevorzugt sodann auf einer separaten Aufrollhaspel aufgewickelt wird. Dadurch lassen bereits aufgewickelte Endlos-Rakelbänder zu einem beliebigen Zeitpunkt bearbeiten. Die eigentliche Bearbeitung erfolgt aber in abgewickelten Zustand, was den Vorteil hat, dass die Arbeitskante allseitig zugänglich ist.
  • Dabei kann es vorteilhaft sein, zwei Rakel parallel nebeneinander je von einer Vorratshaspel abzuwickeln, in abgewickeltem Zustand parallel nebeneinander zu führen und mit dem Laserlichtstrahl auf der Oberseite oder auf der Unterseite zu bearbeiten und danach bevorzugt auf je auf einer separaten Aufrollhaspel aufzuwickeln. Die Rakel werden dabei bevorzugt so nebeneinander geführt, dass die zu bearbeitenden Arbeitskanten einander zugewandt sind. Dies hat den Vorteil, dass der Laserlichtstrahl die beiden Rakeln gleichzeitig bearbeiten kann, wodurch insbesondere der Durchsatz erhöht werden kann. Prinzipiell können die beiden Rakeln dabei mit identischen oder unterschiedlichen Parametern bearbeitet werden.
  • In einer weiteren und besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Rakel in rollenförmig aufgewickeltem Zustand bearbeitet. Dabei ist es möglich, die Rakel beispielsweise auf einen zylindrischen Wickelkörper aufzuwickeln.
  • Eine Bearbeitung in einem rollenförmig aufgewickelten Zustand minimiert einerseits den Platzbedarf. Andererseits bildet die Rakel einen kompakten Körper aus aufeinander liegenden Lagen. Dies ermöglicht es, die bei der Bearbeitung entstehende Wärme effektiv zu verteilen und abzuführen, wodurch die Problematik der Verformung reduziert oder verhindert wird.
  • Bevorzugt wird die Rakel spiralförmig aufgewickelt und in Form eines Zylinders vorliegend aus einer Richtung parallel oder schräg zur Zylinderachse mit dem Laserlichtstrahl bearbeitet. Damit kann die Rakel insbesondere im Bereich der Stirnseite der Arbeitskante bearbeitet werden. Im Besonderen ist es dabei auch möglich, mehrere Abschnitte der Arbeitskante gleichzeitig zu bearbeiten.
  • Insbesondere wird die spiralförmig aufgewickelte Rakel während der Bearbeitung um die Zylinderachse rotiert und bevorzugt zugleich der Laserlichtstrahl entlang einer Durchmesserlinie der zylinderförmig aufgewickelten Rakel bewegt, insbesondere so, dass der Laserlichtstrahl die Arbeitskante der aufgewickelten Rakel entlang der gesamten longitudinalen Länge bearbeitet.
  • Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden zwei separate Rakeln spiralförmig in Form eines Zylinders gegenläufig ineinander aufgewickelt. Dabei werden die die beiden Rakel bevorzugt so ausgerichtet, dass die Arbeitskanten der beiden separaten Rakel im aufgewickelten Zustand voneinander abgewandt sind. Die Arbeitskante der einen Rakel ist dann Bestandteil der einen Stirnseite des Zylinders, während die Arbeitskante der zweiten Rakel Bestandteil der gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders ist.
  • Bevorzugt werden die beiden Stirnseiten des Zylinders aus einer Richtung parallel oder schräg zur Zylinderachse mit Laserlichtstrahlen aus zwei separaten Laserlichtquellen bearbeitet. Damit können beide Rakeln gleichzeitig bearbeitet werden. Hierbei ist es wiederum möglich, die Bearbeitung der Rakel mit identischen oder unterschiedlichen Parametern durchzuführen.
  • Eine weitere und besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Rakel schraubenförmig um die Mantelfläche eines zylindrischen Wickelkerns aufgewickelt ist, so dass die Arbeitskante der Rakel eine konische Spirale bildet und entlang deren gesamten aufgewickelten Länge aus einer Richtung senkrecht zur Mantelfläche des Wickelkerns zumindest teilweise freiliegt. Je nach Steigung der gebildeten konischen Spirale liegt dabei ein grösserer oder kleiner Teil der Arbeitskante frei.
  • Bevorzugt wird die Rakel dabei aus einer Richtung senkrecht oder schräg zur Mantelfläche mit Laserlicht bearbeitet. Damit kann die Arbeitskante stirnseitig und/oder im Bereich der Unterseite oder Oberseite der Rakel bearbeitet werden.
  • Im Besonderen wird der Wickelkern mit der schraubenlinienförmig aufgewickelten Rakel während der Bearbeitung um die Zylinderachse rotiert und insbesondere zugleich der Laserlichtstrahl entlang einer Richtung parallel oder schräg zur Zylinderachse bewegt. Dies ermöglicht es, dass der Laserlichtstrahl die Arbeitskante der aufgewickelten Rakel entlang der gesamten longitudinalen Länge bearbeitet.
  • Falls ein Wickelkern vorliegt, wird dieser in einer möglichen Ausführungsform während der Bearbeitung mit dem Laserlichtstrahl gekühlt. Damit kann die Wärmeabfuhr zusätzlich gesteigert und kontrolliert werden. Zwingend ist eine Kühlung aber nicht.
  • Weiter kann es bevorzugt sein, wenn die Arbeitskante der Rakel nach dem Bearbeiten mit dem Laserlichtstrahl zumindest im bearbeiteten Abschnitt mit einer zusätzlichen Beschichtung überzogen wird. Beispielweise handelt es sich dabei um eine verschleissmindernde und/oder eine reibungsreduzierende Beschichtung. Die Beschichtung kann z.B. eine Metallbeschichtung, eine Hartstoffbeschichtung, eine Keramikbeschichtung oder eine Polymerbeschichtung sein. Mit derartigen Beschichtungen kann die Rakel weiter für spezielle Anwendungen angepasst werden. Wie sich überraschend gezeigt hat, kann eine erfindungsgemäss an der Oberfläche strukturierte Rakel dabei eine Haftschicht und/oder Zwischenlage bilden, so dass die zusätzliche Beschichtung besser haftet.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Rakel, insbesondere zum Abrakeln von Druckfarbe auf einem Druckzylinder, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper aus Kohlenstoffstahl mit einem Befestigungsbereich und einer in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskante, wobei die Arbeitskante zumindest in einem Abschnitt eine durch Laserhärtung erhältliche, gehärtete Randschicht aufweist.
  • Insbesondere weist die gehärtete Randschicht eine höhere Härte auf als der Befestigungsbereich der Rakel.
  • Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Arbeitskante zusätzlich zur gehärteten Randschicht einen darunter liegenden inneren Bereich auf, welcher eine geringere Härte aufweist als die Randschicht. In dieser Ausführungsform ist somit lediglich die Randschicht der Arbeitskante gehärtet.
  • Der Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte besteht im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie die übrigen Bereich des Grundkörpers der Rakel, insbesondere der Befestigungsbereich und/oder die unter der gehärteten Randschicht liegenden Bereiche der Arbeitskante. Typischerweise unterscheidet sich der Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte dadurch von anderen Bereichen, dass das Material eine andere Gefügestruktur und/oder Mikrostruktur aufweist, welche durch den Laserhärtungsvorgang erzeugt wurde. Im Besonderen unterscheidet sich die chemische Zusammensetzung des Materials im Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte nicht wesentlich oder nicht von der Zusammensetzung der anderen Bereiche.
  • Die Rakel ist insbesondere erhältlich durch ein erfindungsgemässes Verfahren wie es vorstehend beschrieben ist.
  • Der Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte ist mit Vorteil durch Laserhärtung oder durch Bestrahlung des Abschnitts mit einem Laserlichtstrahl, insbesondere einem gepulsten Laserlichtstrahl, erhältlich oder erzeugt worden. Dabei werden insbesondere Laserlichtstrahlen verwendet wie sie vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren beschrieben sind.
  • Eine Härte des Abschnitts der Randschicht mit der höheren Härte ist bevorzugt 1.1 -10 mal, insbesondere 1.5 - 5 mal, so gross ist wie die Härte des darunter liegenden Bereiches der Arbeitskante und/oder des Befestigungsbereichs.
  • Insbesondere weist die Randschicht mit der höheren Härte eine Schichtdicke von 2 - 20 µm, bevorzugt 3 - 10 µm, auf.
  • Damit lässt sich die Verschleissfestigkeit der Arbeitskante der Rakel stark erhöhen, ohne dass die mechanischen Eigenschaften der Rakel beeinträchtigt werden.
  • Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Oberfläche der äusseren Randschicht im Abschnitt mit der höheren Härte periodisch angeordnete Vertiefungen und/oder Erhebungen auf. Besonders bevorzugt sind die periodisch angeordneten Vertiefungen und/oder Erhebungen über die gesamte Oberfläche der äussersten Randschicht im Abschnitt mit der höheren Härte verteilt.
  • Insbesondere weisen die Vertiefungen und/oder Erhebungen einen mittleren Abstand (RSm-Wert) von 5 - 100 µm, insbesondere 10 - 50 µm, auf. Die Bestimmung des mittleren Abstands (RSm-Wert) erfolgt dabei nach der Norm ISO 4287:2010.
  • Besonders bevorzugt weist die Oberfläche mit den periodisch verteilten Vertiefungen und/oder Erhebungen eine Rauigkeit, ausgedrückt als arithmetische mittlere Abweichung (Ra), von 10 - 500 µm, insbesondere 150 - 300 µm, auf. Die Bestimmung der mittleren Abweichung (Ra) erfolgt dabei nach der Norm ISO 4287:2010.
  • Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte und, falls vorhanden mit den periodisch verteilten Vertiefungen und/oder Erhebungen, mit einer zusätzlichen Beschichtung überzogen. Die zusätzliche Beschichtung ist dabei insbesondere wie vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren erläutert aufgebaut und zusammengesetzt.
  • Gemäss einer weiteren und besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte und, falls vorhanden, mit den periodisch verteilten Vertiefungen und/oder Erhebungen, frei von einer zusätzlichen Beschichtung.
  • Ein besonderer Vorteil der Kombination von Oberflächenstrukturierung und Randschichthärtung mit gegenüber konventionellen Schichtsystemen zur Minimierung von Verschleiss ist folgender: Es erfolgt kein zusätzlicher Materialauftrag, wie bei konventionellen Beschichtungen, welche immer einen zusätzlichen Materialauftrag erzeugen. Somit können sehr dünne Lamellen hergestellt werden. Daraus resultieren wiederum kleinere Kontaktzonen, welche weniger Adhäsion zwischen Rakel und Zylinder erzeugen. Somit wird zusätzlich zur Minimierung der Flüssigkeitsreibung zwischen Rakel und Farbe, auch die Adhäsion zwischen Rakel und Zylinder verkleinert. Gleichzeitig schützt die gehärtete Randschicht vor abrasiven Verschleiss, ohne dabei jedoch die Kontaktzone durch zusätzlichen Materialauftrag zu vergrössern. Daraus resultiert ebenfalls eine Minimierung der Scherverzähung im Scherspalt.
  • Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine erste Anordnung zum parallelen Bearbeiten von zwei Rakeln in einer Seitenansicht;
    Fig. 2
    die Anordnung aus Fig. 1 von oben;
    Fig. 3
    die erste Anordnung während dem Bearbeitungsvorgang entlang der Linie A - A in Fig. 2;
    Fig. 4
    eine zweite Anordnung zum Bearbeiten einer in Form einer Rolle aufgewickelten Rakel in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 5
    den spiralförmigen Verlauf der Arbeitskante der aufgewickelten Rakel aus Fig. 4;
    Fig. 6
    die aufeinanderliegenden Ober- und -Unterseiten der Rakel in der aufgewickelten Rolle aus Fig. 4;
    Fig. 7
    eine dritte Anordnung zum Bearbeiten einer auf einem hohlzylindrischen Wickelkern aufgewickelten Rakel in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 8
    die Anordnung aus Fig. 7 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie A - A;
    Fig. 9
    der konisch spiralförmige Verlauf der Arbeitskante der Rakel aus Fig. 7;
    Fig. 10
    eine vierte Anordnung zur gleichzeitigen Bearbeitung von zwei Rakeln, welche von zwei separaten Spulen über Umlenkspulen spiralförmig in Form eines Zylinders gegenläufig ineinander aufgewickelt werden in einer Seitenansicht;
    Fig. 11
    die Anordnung aus Fig. 10 in einer Aufsicht entlang der Laufrichtung der einen Rakel;
    Fig. 12
    Die Anordnung der Rakel aus Fig. 10 mit entgegen gesetzt angeordneten Arbeitskanten;
    Fig. 13
    ein Schliffbild der Arbeitskante einer erfindungsgemäss mit einem gepulsten Laser bearbeiteten Lamellenrakel aus Kohlenstoffstahl;
    Fig. 14
    die Oberfläche der Arbeitskante einer weiteren erfindungsgemäss mit einem gepulsten Laser bearbeiteten Lamellenrakel aus Kohlenstoffstahl mit kraterförmigen Strukturen;
    Fig. 15
    die Oberfläche der Arbeitskante einer weiteren erfindungsgemäss mit einem gepulsten Laser bearbeiteten Lamellenrakel aus Kohlenstoffstahl mit schuppenartigen Strukturen;
    Fig. 16
    ein Schliffbild der Arbeitskante einer erfindungsgemäss mit einem kontinuierlichen Laser bearbeiteten Rakel.
  • Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine erste Anordnung 10 zum Bearbeiten von Rakeln in einer Seitenansicht. Fig. 2 zeigt die Anordnung 10 von oben.
  • Die Anordnung 10 beinhaltet eine Abwickelhaspel 11 mit zwei Spulen 11a und 11b. Auf den beiden Spulen 11a und 11b ist je eine Rakel 16a, 16b, z.B. je ein e Lamellenrakel aus einem Kohlenstoffstahl, aufgewickelt. Zum Läserhärten der Rakel 16a, 16b, werden die Rakel parallel nebeneinander durch eine Bandreinigungsvorrichtung 13 und danach an einer Laserbearbeitungsstation 14 vorbei zu einer Aufwickelhaspel 12 geführt. Die Aufwickelhaspel 12 verfügt über zwei Spulen 12a, 12b zur Aufnahme der Rakel 16a, 16b. Das Laserbearbeitungssystem 14 beinhaltet eine Laserlichtquelle 14.1, z.B. einen gepulsten Faserlaser, mit einem nachgeordneten Galvanometer-Scanner, mit welchem sich der Laserstrahl räumlich bewegen lässt.
  • Im Betrieb emittiert das Laserbearbeitungssystem 14 einen Laserlichtstrahl 15, insbesondere einen gepulsten Laserlichtstrahl, welcher auf die zu bearbeitenden Arbeitskanten 16a.1, 16b.1 der Rakel 16a, 16b trifft. Dabei können die Rakel im Bereich der Arbeitskante 16a.1, 16b.1 gehärtet und bei Bedarf zugleich an der Oberfläche strukturiert werden.
  • Fig. 3 zeigt die Anordnung 10 während dem Bearbeitungsvorgang entlang der Linie A - A in Fig. 2. Die Lamellenrakel 16a, 16b werden dabei an der Unterseite der Arbeitskanten 16a.1, 16b.1 sowie an den daran anschliessenden Stirnseiten bearbeiten.
  • Fig. 4 zeigt eine zweite Anordnung 20 zum Bearbeiten einer in Form einer Rolle 21 aufgewickelten Rakel 26 in einer perspektivischen Ansicht.
  • Die aufgewickelte Rakel 21 wird zum Bearbeiten um die Zylinderachse der Rolle 21 rotiert und aus einer Richtung parallel zur Zylinderachse durch einen aus der dem Laserbearbeitungssystem 24 austretenden Laserlichtstrahl 25 bearbeitet. Das Laserbearbeitungssystem 24 beinhaltet eine Laserlichtquelle 24.1, z.B. eine gepulste Laserlichtquelle, sowie eine Bewegungsvorrichtung 24.2 zum Verschieben der Laserlichtquelle 24.1 entlang des Durchmessers der Rolle 21.
  • Fig. 5 zeigt den spiralförmigen Verlauf der Arbeitskante 26.1 der aufgewickelten Rakel 26. Die Ober- und -Unterseiten der Rakel 26 liegen dabei wie in Fig. 6 gezeigt direkt aufeinander, so dass die Arbeitskante 26.1 der Rakel 26 nach oben zeigt. Durch eine Rotation der Rakel 26 bzw. der Rolle 21 und zugleich einer Bewegung des Laserbearbeitungssystems 24 entlang des Durchmessers der Rolle 21 kann die Arbeitskante 26.1 entlang deren gesamten Länge stirnseitig bearbeitet werden.
  • Fig. 7 zeigt eine dritte Anordnung 30 zum Bearbeiten einer auf einem hohlzylindrischen Wickelkern 31 aufgewickelten Rakel 36 in einer perspektivischen Ansicht.
  • Die aufgewickelte Rakel 36 wird zum Bearbeiten um die Zylinderachse des Wickelkern 31 rotiert und aus einer Richtung senkrecht zur Zylinderachse bzw. der Mantelfläche des Wickelkerns 31 durch einen aus einem Laserbearbeitungssystem 34 austretenden Laserlichtstrahl 35 bearbeitet. Das Laserbearbeitungssystem 34 beinhaltet eine Laserlichtquelle 34.1, z.B. eine gepulste Laserlichtquelle, sowie eine Bewegungsvorrichtung 34.2 zum Verschieben der Laserlichtquelle 34.1 parallel zur Drehachse des Wickelkerns 31.
  • Die Rakel 36 ist so aufgewickelt, dass die Arbeitskante 36.1 der Rakel 36 eine konische Spirale bildet und entlang deren gesamten aufgewickelten Länge aus einer Richtung senkrecht zur Mantelfläche des Wickelkerns 31 zumindest teilweise freiliegt. Fig. 8 zeigt zur Verdeutlichung der Anordnung einen Schnitt entlang der Linie A - A aus Fig. 7. Der konisch spiralförmige Verlauf der Arbeitskante 36.1 ist in Fig. 9 schematisch dargestellt.
  • Durch eine Rotation des Wickelkerns 36 und zugleich einer Bewegung des Laserbearbeitungssystems 34 parallel zur Drehachse des Wickelkerns 31 kann die Arbeitskante 36.1 der Rakel 36 entlang deren gesamten Länge an der Unterseite sowie der schräg stehenden Stirnseite bearbeitet werden.
  • Fig. 10 zeigt eine vierte Anordnung 40 zur gleichzeitigen Bearbeitung von zwei Rakeln 46a, 46b, welche von zwei separaten Spulen 41a, 41b über Umlenkspulen 47a, 47b spiralförmig in Form eines Zylinders 42 gegenläufig ineinander aufgewickelt werden. Dabei werden die beiden Rakel 46a, 46b so ausgerichtet, dass die Arbeitskanten 46a.1, 46b.1 der beiden Rakel im aufgewickelten Zustand voneinander abgewandt sind. Dies ist in Fig. 12 dargestellt.
  • Die in Form des Zylinders 42 aufgewickelte Rakel 46a, 46b werden zum Bearbeiten um die Zylinderachse rotiert und aus entgegen gesetzten Richtungen je durch ein aus einem Laserbearbeitungssystem 44a, 44b austretenden Laserlichtstrahl 45a, 45b bearbeitet. Die Laserbearbeitungssysteme 44a, 44b beinhalten je eine Laserlichtquelle, z.B. eine gepulste Laserlichtquelle, sowie eine Bewegungsvorrichtung zum Verschieben der Laserlichtquelle entlang einer Richtung parallel zum Durchmesser des Zylinders 21 (angedeutet durch Pfeile).
  • Durch eine Rotation des Zylinders 41 und zugleich einer Bewegung der Laserbearbeitungssysteme 44a, 44b entlang der Richtung parallel zum Durchmesser des Zylinders 21 können die Arbeitskanten 46a.1, 46b.1 der beiden Rakel 46a, 46b unabhängig voneinander entlang deren gesamten Länge an den Stirnseiten bearbeitet werden.
  • Fig. 13 zeigt ein Schliffbild der Arbeitskante einer erfindungsgemäss mit einem gepulsten Laser bearbeiteten Lamellenrakel aus Kohlenstoffstahl. Für die Bearbeitung wurde gepulstes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1'064 nm, eines Pulsdauer von 500 ns, einer Leistung von 20 Watt, einem Fokusdurchmesser von 30 µm und einer Scangeschwindigkeit von 3'500 mm/s verwendet. Der Arbeitsabstand zwischen Rakel und Laserlichtquelle betrug 176 mm und die Relativgeschwindigkeit zwischen Laserlichtstrahl und Arbeitskante in longitudinaler Richtung 1 m/min.
  • Wie aus Fig. 13 ersichtlich ist, verfügt die Rakel an der bearbeiteten Unterseite (in Fig. 13 oben) und an der Stirnseite über eine mehrere Mikrometer dicke Randschicht, welche ein feinkörniges Gefüge aufweist (heller Bereich in Fig. 13). Härtemessungen haben gezeigt, dass die Härte der Randschicht bei ca. 900 HV 0.2 (Vickers-Härte) und damit deutlich höher als die darunter liegenden Bereiche des Grundkörpers der Rakel (ca. 650 HV 0.2) liegt.
  • Fig. 14 zeigt die Oberfläche der Arbeitskante einer weiteren erfindungsgemäss mit einem gepulsten Laser bearbeiteten Lamellenrakel aus Kohlenstoffstahl. Für die Bearbeitung wurde gepulstes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1'064 nm, eines Pulsdauer von 500 ns, einer Leistung von 20 Watt, einem Fokusdurchmesser von 30 µm und einer Scangeschwindigkeit von 6'000 mm/s verwendet. Der Arbeitsabstand zwischen Rakel und Laserlichtquelle betrug 176 mm und die Relativgeschwindigkeit zwischen Laserlichtstrahl und Arbeitskante in longitudinaler Richtung 2 m/min.
  • Deutlich zu erkennen sind die kraterförmigen, periodisch verteilten Vertiefungen und Erhebungen in der Oberfläche. Die Vertiefungen und Erhebungen weisen einen mittleren Abstand (RSm-Wert) nach ISO 4287:2010 von ca. 30 µm auf, während die Rauigkeit, ausgedrückt als arithmetische mittlere Abweichung (Ra), nach ISO 4287:2010 bei ca. 22 µm liegt.
  • Fig. 15 zeigt die Oberfläche der Arbeitskante einer weiteren erfindungsgemäss mit einem gepulsten Laser bearbeiteten Lamellenrakel aus Kohlenstoffstahl. Für die Bearbeitung wurde gepulstes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1'064 nm, eines Pulsdauer von 556 ns, einer Leistung von 20 Watt, einem Fokusdurchmesser von 30 µm und einer Scangeschwindigkeit von 7'000 mm/s verwendet. Der Arbeitsabstand zwischen Rakel und Laserlichtquelle betrug 176 mm und die Relativgeschwindigkeit zwischen Laserlichtstrahl und Arbeitskante in longitudinaler Richtung 1 m/min.
  • Deutlich zu erkennen sind die schuppenartigen, periodisch verteilten Vertiefungen und Erhebungen in der Oberfläche. Die Vertiefungen und Erhebungen weisen einen mittleren Abstand (RSm-Wert) nach ISO 4287:2010 von ca. 32 µm auf, während die Rauigkeit, ausgedrückt als arithmetische mittlere Abweichung (Ra), nach ISO 4287:2010 bei ca. 29 µm liegt.
  • Fig. 16 zeigt ein Schliffbild der Arbeitskante einer erfindungsgemäss mit einem kontinuierlichen Laser bearbeiteten Lamellenrakel aus Kohlenstoffstahl. Für die Bearbeitung wurde kontinuierliches Laserlicht mit einer Leistung von 60 Watt, einem Fokusdurchmesser von 1'500 µm und einer Scangeschwindigkeit von 80 mm/s verwendet. Wie aus Fig. 16 ersichtlich ist, ist die Arbeitskante der Rakel über Länge von ca. 900 µm durchgehärtet (heller Bereich in Fig. 16), während der dahinter liegende Befestigungsbereich nicht gehärtet wurde.
  • Erfindungsgemäss hergestellte Rakel, insbesondere solche, welche mit gepulstem Laserlicht hergestellt wurden, haben sich gegenüber unbehandelten Rakeln als äusserst langlebig und qualitativ hochwertig herausgestellt. Im Besonderen erlauben die Rakel ein äusserst präzises Abstreifen von Druckfarbe in Druckprozessen. Dies während der gesamten Lebensdauer der Rakel.
  • Weiter wurden Versuche mit Kreppschabern durchgeführt. Beim Kreppvorgang treten in der Kontaktzone unterschiedliche Verschleissmechanismen auf. Zum einem der Reibungsverschleiss, welcher zwischen Trockenzylinder (Yankee Zylinder) und Kreppschaber entsteht. Zum anderem erzeugt die Papierbahn zusätzlichen Verschleiss, welcher beim Gleiten des Papiers über die Kante des Kreppschabers verursacht wird. Durch das erfindungsgemässe Laserhärten der Spitze der Kreppschaber entsteht eine Randschicht an der Kante des Kreppschabers mit hoher Härte, welche langfristig und effektiv vor Verschleiss schützt, welcher vom Papier verursacht wird. Wird nach dem Härten mit dem Laser zusätzliche eine keramische Verschleissschutzschicht aufgetragen, verfügt der Kreppschaber über einen Verschleissschutz gegen sämtliche Verschleissparameter beim Kreppvorgang.
  • Die vorstehend beschriebenen Verfahren und Rakeln sind lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden können.
  • So ist es z.B. möglich, den Einfallswinkel des Laserlichtstrahls in den Anordnungen 10, 20, 30 und 40 anders, z.B. schräg in einem Winkel von beispielsweise 60°, zu wählen.
  • Ebenso lassen sich bei der Anordnung 40 z.B. zwei unterschiedliche Rakel bearbeiten und/oder die Prozessparameter bei der Laserbearbeitung werden für beide Laserbearbeitungssysteme 44a, 44b unterschiedlich eingestellt.
  • Anstelle der gezeigten Lamellenrakel, können auch anders geformte Rakel, Schaber oder Streichmesser mit den erfindungsgemässen Verfahren bearbeitet werden.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Bearbeitung einer Rakel, insbesondere einer Rakel zum Abrakeln von Druckfarbe auf einem Druckzylinder, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper aus Kohlenstoffstahl mit einem Befestigungsbereich und einer in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskante, wobei eine Randschicht der Arbeitskante der Rakel zumindest in einem zu bearbeitenden Abschnitt mit einem Laserlichtstrahl gehärtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei der Laserlichtstrahl während der Bearbeitung kontinuierlich über den zu bearbeitenden Abschnitt auf der Arbeitskante bewegt wird, bevorzugt mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen Laserlichtstrahl und Arbeitskante in longitudinaler Richtung von 0.5 - 5 m/min, insbesondere 0.8 - 4 m/min.
  3. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 2, wobei es sich beim Laserlichtstrahl um einen gepulsten Lichtlaserstrahl handelt, bevorzugt mit einer Repetitionsrate der Laserpulse von 100 - 500 kHz.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Pulsenergie des gepulsten Laserlichtstrahls so gewählt wird, dass lokal eine Härtung der Randschicht bewirkt wird und zugleich periodisch verteilte Vertiefungen und/oder Erhebungen in der Oberfläche der Randschicht gebildet werden.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 - 4, wobei ein Fokusdurchmesser des gepulsten Laserlichtstahls am Auftreffpunkt auf der Rakel 1 - 100 µm, insbesondere 10 - 50 µm, beträgt.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Arbeitskante derart mit dem Laserlichtstrahl bearbeitet wird, dass eine einer bearbeiteten Seite der Arbeitskante gegenüberliegende Seite unbearbeitet bleibt.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 6, wobei die Rakel während der Bearbeitung kontinuierlich von einer Vorratshaspel abgewickelt, in abgewickeltem Zustand mit dem Laserlicht auf der Oberseite oder auf der Unterseite bearbeitet wird und bevorzugt sodann auf einer separaten Aufrollhaspel aufgewickelt wird.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 6, wobei die Rakel in rollenförmig aufgewickeltem Zustand bearbeitet wird, und wobei:
    a) die Rakel spiralförmig aufgewickelt und in Form eines Zylinders vorliegend aus einer Richtung parallel oder schrägt zur Zylinderachse mit Laserlicht bearbeitet wird, wobei bevorzugt die spiralförmig aufgewickelte Rakel während der Bearbeitung um die Zylinderachse rotiert wird und bevorzugt zugleich der Laserstrahl entlang einer Durchmesserlinie der zylinderförmig aufgewickelten Rakel bewegt wird; oder
    b) zwei separate Rakel spiralförmig in Form eines Zylinders gegenläufig ineinander aufgewickelt werden, wobei die beiden Rakel so ausgerichtet werden, dass die Arbeitskanten der beiden separaten Rakel im aufgewickelten Zustand voneinander abgewandt sind, und von beiden Stirnseiten des Zylinders aus einer Richtung parallel oder schräg zur Zylinderachse mit Laserlicht aus zwei separaten Laserlichtquellen bearbeitet werden; oder
    c) wobei die Rakel schraubenförmig um die Mantelfläche eines zylindrischen Wickelkerns aufgewickelt ist, so dass die Arbeitskante der Rakel eine konische Spirale bildet und entlang deren gesamten aufgewickelten Länge aus einer Richtung senkrecht zur Mantelfläche des Wickelkerns freiliegt, und aus der Richtung senkrecht oder schräg zur Mantelfläche mit Laserlicht bearbeitet wird und wobei bevorzugt der Wickelkern mit der schraubenlinienförmig aufgewickelten Rakel während der Bearbeitung um die Zylinderachse rotiert wird und insbesondere zugleich der Laserlichtstrahl entlang einer Richtung parallel oder schräg zur Zylinderachse bewegt wird.
  9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 8, wobei die Arbeitskante der Rakel nach dem Bearbeiten mit dem Laserlichtstrahl zumindest im bearbeiteten Abschnitt mit einer zusätzlichen Beschichtung überzogen wird, wobei es sich insbesondere um eine Hartstoffbeschichtung, bevorzugt CrN, handelt.
  10. Rakel, insbesondere zum Abrakeln von Druckfarbe auf einem Druckzylinder, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper aus Kohlenstoffstahl mit einem Befestigungsbereich und einer in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskante, wobei die Arbeitskante zumindest in einem Abschnitt eine durch Laserhärtung erhältliche, gehärtete Randschicht aufweist.
  11. Rakel nach Anspruch 10, wobei die Arbeitskante zusätzlich zur gehärteten Randschicht einen darunter liegenden inneren Bereich aufweist, welcher eine geringere Härte aufweist als die Randschicht, wobei der Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie der unter der gehärteten Randschicht liegende Bereich der Arbeitskante besteht, wobei insbesondere die Randschicht mit der höheren Härte eine Schichtdicke von 2 - 20 µm, bevorzugt 3 - 10 µm, aufweist.
  12. Rakel nach wenigstens einem der Ansprüche 10 - 11, wobei die Härte des Abschnitts der Randschicht mit der höheren Härte 1.1 -10 mal, insbesondere 1.5 - 5 mal, so gross ist wie die Härte des darunter liegenden Bereiches der Arbeitskante und/oder des Befestigungsbereichs.
  13. Rakel nach wenigstens einem der Ansprüche 10 - 12, wobei eine Oberfläche der äusseren Randschicht im Abschnitt mit der höheren Härte periodisch verteilte Vertiefungen und/oder Erhebungen aufweist.
  14. Rakel nach Anspruch 13, wobei der Abschnitt der Oberfläche mit den periodisch verteilten Vertiefungen und/oder Erhebungen eine Rauigkeit, ausgedrückt als arithmetische mittlere Abweichung (Ra) von 10 - 500 µm, insbesondere 150 - 300 µm, aufweist (ISO 4287:2010) und/oder wobei die Vertiefungen und/oder Erhebungen einen mittleren Abstand (RSm-Wert) von 5 - 100 µm, insbesondere 10 - 50 µm, aufweisen (ISO 4287:2010).
  15. Rakel nach wenigstens einem der Ansprüche 10 - 14, wobei wenigstens der Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte und, falls vorhanden mit den periodisch verteilten Vertiefungen und/oder Erhebungen, mit einer zusätzlichen Beschichtung überzogen ist, wobei es sich insbesondere um eine Hartstoffbeschichtung, bevorzugt CrN, handelt.
  16. Rakel nach wenigstens einem der Ansprüche 10 - 14, wobei der Abschnitt der Randschicht mit der höheren Härte und, falls vorhanden, mit den periodisch verteilten Vertiefungen und/oder Erhebungen, frei von einer zusätzlichen Beschichtung ist.
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