DE19653911C2 - Druckmaschinenwalze mit einer farbfreundlichen Beschichtung der Ballenfläche des Walzenkerns, insbesondere Farbwalze - Google Patents
Druckmaschinenwalze mit einer farbfreundlichen Beschichtung der Ballenfläche des Walzenkerns, insbesondere FarbwalzeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Druckmaschinenwalze, insbesondere eine Farbwalze,
vorzugsweise für Offsetmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In
einer Offset-Maschine wird eine durchgehende Walze gern als Farbreibzylinder
verwendet, die auf ihrer Oberfläche mit einer Beschichtung versehen wird.
In verschiedenen Bereichen der Anlagentechnik besteht ein Bedarf an
Oberflächen, die leicht mit Ölen, Mineralöl und mineralölgebundenen Stoffen, wie
z. B. Offsetfarben, benetzbar sein müssen. Darüber hinaus müssen diese
Oberflächen sehr gut wasserabweisend sein, da anderenfalls mit einem Aufreißen
des Farbfilms - das sogenannte Blanklaufen - zu rechnen ist.
In einer Offsetdruckmaschine hat das Farbwerk die Aufgabe, einen möglichst
dünnen, gleichmäßig geschlossenen Farbfilm auf den Druckplattenzylinder zu
übertragen. Der Farbtransport erfolgt bei modernen Druckmaschinen über ein
komplexes Walzensystem. Ausgehend von einem Farbkasten, in dem zonal die
Farbmenge über sogenannte Farbmesser, die gegen eine Farbduktorwalze
angestellt sind, geregelt wird, erfolgt der weitere Farbtransport über einen
sogenannten Farbheber oder direkt über eine Zwischenwalze in das Farbwerk.
Das Farbwerk selbst besteht aus mehreren Walzen, die zum Teil noch für eine
Querverreibung sorgen und letztlich die Aufgabe haben, die in direktem Kontakt
mit der Druckplatte stehenden Farbwalzen, definiert mit der notwendigen
Farbmenge, zu versorgen. Da den rheologischen Eigenschaften der Farbe für den
Druckprozeß eine entscheidende Bedeutung zukommt, sind in modernen
Druckmaschinen mehrere Farbwalzen temperiert. Das heißt, es wird versucht, die
Farbe in einem für den Offsetprozeß günstigen Temperaturbereich zu belassen.
Nur so sind die Farbspaltungsprozesse zwischen zwei Farbwalzen beherrschbar.
Diese Farbspaltungsprozesse sind letztlich notwendig, um die gewünschte
Aufteilung der angebotenen Farbmenge in weiterzutransportierende und
rücktransportierende Farbe zu gewährleisten.
Bei schnellaufenden Rollenmaschinen ist aufgrund der hohen Dynamik die
Erwärmung des Farbfilms im Farbwerk, ausgelöst durch die Walk- und Reibarbeit
der Walzenpaarungen zueinander, extrem hoch, so daß ohne aufwendige
Innenkühlung ein stabiler Prozeß bei den hohen Geschwindigkeiten überhaupt
nicht denkbar wäre. Trotz dieser konstruktiven Maßnahmen müssen auch die
Farben so abgestimmt sein, daß sie, ähnlich einem Motoröl, über einen
Viskositätsbereich verfügen, der offsettechnisch brauchbar ist. Werden nun
Sonderfarben eingesetzt, die über einen derartigen breiten Viskositätsbereich
nicht verfügen, treten in schnellen Rollenmaschinen massive
Farbspaltungsprobleme auf, da die rheologischen Eigenschaften nicht mehr
offsetgerecht sind. Solche Schwierigkeiten können sein Farbrupfen, zu geringe
Farbdichte, totale Neigung zum Überemulgieren, Farbschübe u. ä.
In wasserlos geführten Offsetmaschinen (Toray) kommt der Temperaturkonstanz
des Farbfilms eine noch wesentlich größere Bedeutung zu. Der Farbfilm muß im
Temperaturbereich von 30° ± 2°C gehalten werden.
Die DE 195 09 741 A1 zeigt bereits eine Druckmaschinenwalze mit
farbfreundlicher Beschichtung, die zudem mit einem porenverschliessenden,
farbfreundlichen Kunststoff versiegelt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine weitere farbfreundliche
Beschichtung von Druckmaschinenwalzen, insbesondere Farbwalzen, zu finden,
die zusätzlich über eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit verfügt und darüber
hinaus eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Druckmaschinenwalze mit den
Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Entsprechend der geschilderten Temperaturproblematik auf
Farbübertragungswalzen in Offsetmaschinen und den bekannten Schwächen von
einerseits Kupferschichten bezüglich ihres Verschleißverhaltens und ihrer
chemischen Beständigkeit und anderseits Molybdänschichten bezüglich der
Blanklaufproblematik liegt die Lösung der geschilderten Aufgabe darin, die
ausgesprochen hohe Wärmeleitfähigkeit, Farbfreundlichkeit und chemische
Beständigkeit von Graphit in einer Metallmatrix, z. B. aus Nickel, für die
Anwendung zu nutzen. Schichten aus derartigen Werkstoffen sind seit Jahren
bekannt als Dichtungsbeläge in Kompressorteilen von Fluggasturbinen bzw.
generell als Gleitlagerwerkstoffe mit sehr guten Notlaufeigenschaften. Letztere
Anwendung impliziert natürlich die Farbfreundlichkeit, da der Hauptbestandteil von
Offsetfarben Mineralöl ist. Ein Gleitlagerwerkstoff, der eine schlechte
Benetzbarkeit für Mineralöl hätte, dürfte wohl kaum als geeignet betrachtet
werden. Graphit ist bekannt als Trockenschmiermittel, wobei ursächlich für diese
Eigenschaft die leichte Verschiebbarkeit der einzelnen Gitterebenen des
hexagonalen Gitters zu benennen ist. Das Gitter besteht aus sehr stabilen
Schichtebenen, die untereinander durch nur schwache Bindungen verbunden
sind. Diese Schichtstruktur ist ursächlich für die ausgeprägte Anisotropie der
physikalischen Eigenschaften. So kann die Wärmeleitfähigkeit parallel zur Schicht
etwa mit 330 W/mK beziffert werden und entspricht damit der Wärmeleitfähigkeit
des Kupfers. Senkrecht dazu sinkt sie auf ca. 2% ab. Schichten aus Graphit in
einer Nickelmatrix werden hauptsächlich durch thermisches Spritzen oder
Sinterverfahren hergestellt. Dadurch, daß Graphitpartikel mit einer
Nickelumhüllung mit einem Partikeldurchmesser, der zwischen 5 µm und 150 µm
schwankt, in räumlich völlig ungeordneter Anordnung in derartigen Schichten
vorliegen, wird letztlich wieder eine Anisotropie der physikalischen Eigenschaften
erreicht. Entsprechend einem Gewichtsanteil der Nickelmatrix zum darin
enthaltenen Graphit, der zwischen Verhältnissen von 55 : 45 bis zu 95 : 5
schwankt, wird eine mittlere Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 120 W/mK bis zu
75 W/mK erreicht. Die Nickelmatrix ist notwendig im Sinne einer Stützmatrix, da
die Verschleißeigenschaften von reinem Graphit für Offsetanwendungen
unzureichend sind. Vergleichbare Eigenschaftsprofile für Offsetanwendungen
lassen sich auch erzielen mit anderen Kompositwerkstoffen, wie z. B.
Polyesterpartikel in einer Aluminium-Silicium-Stützmatrix. In einem derartigen Fall
wird die Wärmeleitfähigkeit durch den Matrix-Werkstoff Aluminium-Silicium
gewährleistet und die Farbfreundlichkeit durch Polyesterpartikel. Darüber hinaus
graphitisiert aufgrund der hohen Wärmeeinwirkung beim thermischen Spritzen ein
Teil des Polyesters zu Graphit, so daß wiederum ähnliche Gleiteigenschaften und
damit Verschleißbeständigkeiten erreicht werden wie beim Gleitlagerwerkstoff
Nickelgraphit. Auch Aluminium-Silicium-Polyester wird vorzugsweise durch
thermisches Spritzen oder Sintern zu Schichten verarbeitet. Beiden
Schichtsystemen - Nickelgraphit und Aluminium-Silicium-Polyester - ist eine
Restporosität der Schicht gemein, die durch die Beschichtungsparameter in weiten
Grenzen zwischen ca. 40 Vol.-% bis auf 4 Vol.-% beschränkt werden kann. Diese
Restporosität bietet die Möglichkeit einer porenverschließenden Versiegelung mit
Hilfe eines farbfreundlichen Kunststoffsieglers, so daß diese Eigenschaft dem
individuellen Anwendungsfall in Offsetmaschinen angepaßt werden kann.
Schichten auf Druckmaschinenwalzen, insbesondere Farbwalzen, können aus
diesen Werkstoffen mit den geschilderten Verfahren in Dicken von 30 µm bis zu
1,5 mm hergestellt werden. Im Sinne einer möglichst guten Wärmeleitfähigkeit hat
sich jedoch eine Schichtdicke von 0,1 bis 0,15 mm bewährt.
Die einzige Figur zeigt stark schematisiert den Aufbau einer Farbwalze 1, deren
Walzenkern 2 erfindungsgemäß mit einer Beschichtung 3 der gesamten
Ballenfläche belegt ist.
Die erfindungsgemäße Beschichtung 3 ist vorzugsweise im geschliffenen Zustand
mit einer Rauhigkeit von Rz ≈ 8-12 µm einzusetzen. Je nach Anwendungsfall
kann es vorteilhaft sein, diese Rauhigkeit zu verändern. Die erfindungsgemäße
Beschichtung 3 läßt sich ohne weiteres bis auf Rauhigkeiten von Rz ≈ 3.0 µm
polieren und nach oben hin in praktisch jeder beliebigen Rauhigkeit darstellen.
In Verbindung mit einer derartigen Beschichtung ergibt sich für den Farbfilm,
selbst bei extremen Offsetbedingungen (geringste Farbabnahme, große
Freiflächen), eine außerordentlich gute Farbfilmstabilität, so daß das gefürchtete
Blanklaufen der Farbwalzen nicht mehr auftritt.
Die erfindungsgemäße Beschichtung wird vorzugsweise durch thermisches
Spritzen, insbesondere Plasmaspritzen oder Flammspritzen, aufgetragen.
Weitere, für die Herstellung der Beschichtung 3 potentiell geeignete Verfahren
sind die PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition), die CVD-Verfahren
(Chemical Vapour Deposition), die plasmaunterstützten CVD-Verfahren, die
galvanischen Verfahren mit Dispersionseinlagerung, die Sinterverfahren, die
Heißisostatpreßverfahren (Hippen) und alle Reaktivverfahren, bei denen die
erfindungsgemäße Beschichtung durch Abscheiden aus zwei Flüssig- oder
Gasphasen entsteht.
Claims (12)
1. Druckmaschinenwalze mit einer farbfreundlichen Beschichtung der
Ballenfläche des Walzenkerns, insbesondere Farbwalze (1), wobei die
Beschichtung (3) mit einem porenverschließenden, farbfreundlichen Kunststoff
versiegelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die farbfreundliche Beschichtung (3) in Form einer porigen Schicht aus in einer Nickelmatrix eingelegtem Graphit besteht, wobei
der Durchmesser der umhüllten Graphitpartikel zwischen 5 µm und 150 µm liegt,
der Gewichtsanteil von Nickel-Matrix zum darin enthaltenden Graphit zwischen 55 : 45 und 95 : 5 liegt,
die Restporigkeit der Beschichtung (3) zwischen 4 Vol.-% und 40 Vol.-% liegt.
dass die farbfreundliche Beschichtung (3) in Form einer porigen Schicht aus in einer Nickelmatrix eingelegtem Graphit besteht, wobei
der Durchmesser der umhüllten Graphitpartikel zwischen 5 µm und 150 µm liegt,
der Gewichtsanteil von Nickel-Matrix zum darin enthaltenden Graphit zwischen 55 : 45 und 95 : 5 liegt,
die Restporigkeit der Beschichtung (3) zwischen 4 Vol.-% und 40 Vol.-% liegt.
2. Druckmaschinenwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
diese als Farbreibwalze verwendet wird.
3. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine Dicke von 0,03 mm bis 1,5 mm,
vorzugsweise 0,1 mm, aufweist.
4. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine Oberflächenrauhigkeit von
Rz ≦ 10 µm, vorzugsweise Rz = 8 µm, aufweist.
5. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Beschichtung (3) nach dem
Beschichtungsvorgang, insbesondere durch Schleifen und Polieren, geglättet
ist.
6. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) als PVD-Schicht mit gleichzeitiger
Abscheidung von Nickel und Graphit ausgeführt ist.
7. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) als CVD-Schicht ausgeführt ist.
8. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) als Plasma-CVD-Schicht
ausgeführt ist.
9. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein galvanisches Verfahren
aufgetragen ist mit gleichzeitiger Dispersionsabscheidung von Graphit oder
Polyester oder vergleichbaren Kunststoffen.
10. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein Sinterverfahren
aufgetragen ist.
11. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein
Heißisostatpressverfahren aufgetragen ist.
12. Druckmaschinenwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein Reaktivverfahren
aufgetragen ist, bei dem durch reaktive Umwandlung aus entweder zwei
Flüssigphasen oder zwei Gasphasen die Beschichtung entsteht.
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