DE4321183C2

DE4321183C2 - Feuchtwerkswalze einer Druckmaschine

Info

Publication number: DE4321183C2
Application number: DE4321183A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hasenzahl; Gerhard Johner; Juergen Kern
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG; Coatec Gesellschaft fuer Oberflaechenveredelung mbH
Current assignee: Praxair ST Technology Inc
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2013-06-26
Also published as: DE4321183A1; US6029571A

Description

Die Erfindung betrifft eine Feuchtwerkswalze, ins besondere Dosierwalze, für ein Feuchtwerk einer Druckmaschine, insbesondere einer Offsetdruckma schine, mit einem auf seiner Mantelfläche mit einer Beschichtung versehenen Walzenzylinder.

Das Feuchtwerk einer Druckmaschine weist zumeist eine Vielzahl von Walzen auf, die die Aufgabe ha ben, einen Feuchtmittelfilm möglichst dünn und gleichmäßig auf die Druckform eines Druckformzy linders zu übertragen. Eine besonders dünne und gleichmäßige Feuchtmittelverteilung führt zu einem guten Druckergebnis. Überdies ist wichtig, daß die Feuchtmittelzuleitung ohne das Einwandern von Druckfarbe in das Feuchtwerk erfolgt. Dieses Ein wandern der Druckfarbe ist insbesondere bei Anord nungen kritisch, bei denen die Walzen des Farbwerks der Druckmaschine über mindestens eine Zwischen walze mit den Walzen des Feuchtwerks verbunden sind.

Je besser die hydrophile Eigenschaft der Oberfläche der Feuchtwerkswalze ist, um so dünner und gleich mäßiger läßt sich der Feuchtfilm ausbilden.

Es ist bekannt, als Oberflächenwerkstoff derartiger Feuchtwerkswalzen geschliffenen und/oder polierten Edelstahl zu verwenden, um einen möglichst hydrophilen Oberflächenzustand zu erhalten. Ferner ist es bekannt, auf der Mantelfläche des Walzenzylinders der Feuchtwalze galvanisch eine Chromschicht abzuscheiden, die anschließend geschliffen und/oder poliert werden kann.

Aus der US-Patentschrift 4,991,501 ist es bekannt, auf eine metallische Walze im Flammspritzverfahren eine Schicht aus keramischem Material aufzubringen und die Flammspritz-Keramikschicht einer porenverschließenden Behandlung zur Verbesserung der Hydrophilie zu unterziehen. Nach einer bestimmten Betriebszeit bedarf die porenverschließende Schicht einer Nachhydrophilierung.

Aus US 4,060,882 ist bereits ein Druckmaschinenzylinder bekannt, beispielsweise ein Offset-Zylinder, ein Druckformzylinder und Feuchtwerkwalzen. Die Oberfläche der Zylinder besteht aus einer vom Zylinderkörper nicht separierbaren Schicht. Diese Schicht hat eine Dicke zwischen 0,05 und 0,06 mm und besteht aus einem Oxid ausgewählt aus der Gruppe Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂ und MgO und einer Kombination dieser Oxide. Diese Schicht kann ebensogut aus einer Metallegierung bestehen, ausgewählt aus der Nickel-Chrom- oder Nickel-Chrom-Borsilizium-Gruppe.

Um die Hydrophilie auf der Oberfläche der Feuchtwerkswalze zu verbessern, ist es ferner bekannt, Alkohol (zum Beispiel Isopropanol oder Ethanol) und/oder Alkoholersatzstoffe dem Feuchtwasser zuzumischen. Aus Umweltschutzgründen und im Hinblick zukünftiger Gesetze beziehungsweise Vorschriften ist eine Reduzierung der Alkohole dringend geboten. Gleichwohl ist jedoch ein hochwertiger Druck erwünscht, der eine extrem dünne und gleichmäßige Feuchtmittelschicht voraussetzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Feuchtwerkswalze der eingangs genannten Art zu schaffen, die ausgezeichnete hydrophile Wirkungen auch ohne oder nur mit geringem Alkohol im Feuchtmittel hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Beschichtung mit dem erfindungsgemäßen Material beziehungsweise den erfindungsgemäßen Materialien führt zu einem extrem kleinen Kontaktwinkel des Feuchtmittels. Der Kontaktwinkel ist der Winkel, den die Sekante an einen Tropfen des Feuchtmittels mit einer ebenen Oberfläche bildet, auf dem sich der Tropfen befindet. Aufgrund des extrem kleinen Kontaktwinkels bei der erfindungsgemäßen Beschichtung ist es nicht oder nur noch in geringfügigen Maßen erforderlich, durch den Zusatz von z. B. Alkohol die Oberflächenspannung des Feuchtmittels zu erniedrigen, da auch ohne diese Maßnahme die Ausbildung eines extrem dünnen und gleichmäßigen Feuchtmittelfilms erfolgt. Die Beschichtung mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff kann nur bei einer oder aber auch bei mehreren Walzen des Feuchtwerks der Druckmaschine vorgenommen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Dosierwalze des Feuchtwerks mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehen ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Oxid des Zirkoniums die Substanz ZrO₂ ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vorzugsweise vor, daß das Oxid des Yttriums die Substanz Y₂O₃ ist. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vorzugsweise vor, daß die Beschichtung ZrSiO₄ aufweist. Diese Beschichtung kann beispielsweise dadurch gebildet werden, daß im ZrO₂-Kristallgitter Siliziumdioxid SiO₂ in entsprechend großer Menge gelöst wird. Dadurch wird ZrSiO₄ quasi mittels hoch SiO₂-stabilisiertem ZrO₂ gebildet. Das erwähnte ZrSiO₄ besitzt ausgezeichnete hydrophile Wirkungen.

Vorteilhaft ist es, wenn in der sowohl einen Anteil Zirkonoxid als auch einen Anteil Yttriumoxid aufweisenden Beschichtung der größere Anteil, insbesondere Gewichtsprozent-Anteil, von dem Zirkoniumoxid gebildet wird. Die Begriffe "Zirkoniumoxid" und "Yttriumoxid" sollen im Zuge dieser Anmeldung wie "ein Oxid des Zirkoniums" beziehungsweise "ein Oxid des Yttriums", also allgemein, verstanden werden.

Ein guter hydrophiler Oberflächenzustand stellt sich ein, wenn die Beschichtung etwa 80 Gewichtsprozent Zirkoniumoxid und etwa 20 Gewichtsprozent Yttriumoxid aufweist.

Vorteilhaft ist eine Beschichtung, die 90 bis 95 Gewichtsprozent Zirkoniumoxid und 10 bis 5 Gewichtsprozent Yttriumoxid aufweist.

Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, daß die Beschichtung neben Zirkoniumoxid und Yttriumoxid eine oder mehrere der folgenden Substanzen aufweist: Ceroxid (CeO₂), Hafniumoxid (HfO₂), Calciumfluorid (CaF₂), Siliziumdioxid (SiO₂).

Besonders gute hydrophile Eigenschaften lassen sich erzielen, wenn die Beschichtung eine Oberflächenrauhigkeit (Rz) aufweist, die kleiner als 5 µm, insbesondere kleiner als 1 µm ist.

Die Beschichtung kann als thermisch gespritzte Schicht (Thermospritz-Schicht), insbesondere Flammspritz-Schicht oder atmosphärische Plasmaspritz-Schicht oder Vakuumplasmaspritz-Schicht ausgebildet sein, das heißt, sie wird nach einem thermischen Spritzverfahren auf die Mantelfläche des Walzenzylinders aufgebracht.

Alternativ ist es auch möglich, daß die Beschichtung eine PVD-Schicht ist, welche durch Physical Vapour Deposition auf die Mantelfläche des Walzenzylinders aufgebracht wird. Als weitere Alternative steht eine Chemical Vapour Deposition zur Verfügung, um die Beschichtung als CVD-Schicht auszubilden. Nach einer weiteren Variante ist auch die Ausbildung als Plasma-CVD-Schicht möglich. Weitere Ausgestaltungen lassen die Erstellung der Beschichtung als Sinter-Schicht, als Heißisostatpreß-Schicht oder als Galvanik-Schicht zu. Es ist auch möglich, die Beschichtung durch ein EB-PVD-Verfahren aufzubringen. Hierunter ist ein Elektron Beam-Physical Vapour Deposition-Verfahren zu verstehen. Es ist auch möglich, eine Diffusionsbeschichtung vorzunehmen, beispielsweise hinsichtlich des Zirkoniums dadurch, daß Zr-Atome bei hoher Temperatur eindiffundiert werden und anschließend eine Oxidation unter Bildung von ZrO₂ erfolgt. Alternativ ist auch ein Lasereinschmelzen zur Bildung der Schicht möglich, daß heißt, es erfolgt ein Oberflächenumschmelzen bei gleichzeitiger Zugabe von beispielsweise ZrO₂-Partikeln in die Schmelze. Als weitere Möglichkeit steht ein Emaillieren zur Verfügung. Beispielsweise erfolgt die Zugabe von ZrO₂-Partikeln zum Emaille-Schlicker. Es schließt sich ein Brennvorgang an. Schließlich ist auch ein Sprengplattieren von Stahlkörpern möglich, zum Beispiel mit Zircalloy 4- Blechen mit anschließender Oxidationsbehandlung unter Bildung von ZrO₂-Schichten. Wenn vorstehend im wesentlichen auf Zirkonium eingegangen worden ist, so bedeutet dies nicht, daß damit eine Beschränkung vorliegt; vielmehr sind alle genannten Verfahren natürlich auch bei Yttrium möglich.

Der Walzenkörper, auf den die Beschichtung aufgebracht wird, besteht vorzugsweise aus Metall oder einem Kunststoff, der faserverstärkt sein kann.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zwar zeigt:

Fig. 1 ein Walzenschema einer Offset-Druckmaschine,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer aufgeschnittenen, mit Beschichtung versehenen Feuchtwerkswalze und

Fig. 3 ein Diagramm des Kontaktwinkels α in Abhängigkeit des Alkoholanteils A eines Feuchtmittels bei verschiedenen Oberflächenausbildungen der Feuchtwerkswalze.

Die Fig. 1 zeigt ein Walzenschema 1 eines Druck werks einer Offset-Druckmaschine. Die Walzen 2 bis 6 gehören einem Feuchtwerk 7 und die übrigen, in Fig. 1 dargestellten Walzen einem Farbwerk 8 an. Die Walze 6 stellt eine Zwischenwalze dar; sie ver bindet das Feuchtwerk 7 mit dem Farbwerk 8. Einer der Walzen des Farbwerks 8 ist ein Farbkasten 9 zu geordnet, aus dem die Druckfarbe gefördert wird. Der als Tauchwalze ausgebildeten Walze 2 des Feuchtwerks 7 ist ein Wassertrog 10 zugeordnet, aus dem Feuchtmittel (Feuchtwasser mit Feuchtwasserzu sätzen) gefördert und der als Dosierwalze ausgebil deten Walze 3 zugeführt wird. Die Walze 3 rollt an der als Gummiwalze ausgebildeten Walze 5 ab, die mit der Walze 4 zusammenwirkt, welche eine Reibzy linderfunktion ausübt. Die Walze 5 überträgt das Feuchtwasser als dünnen, gleichmäßigen Film auf einen Plattenzylinder 11, der an seinem Umfang eine Druckform trägt. Weitere Walzen, wie z. B. ein Gummituch zylinder, sind der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht dargestellt.

Mindestens eine der Walzen, nämlich die Dosierwalze 3, ist mit einer Beschichtung versehen, die ausge zeichnete hydrophile Eigenschaften hat, wodurch sich ein extrem dünner und gleichmäßiger Feuchtmit telfilm ausbildet, ohne daß dem Feuchtmittel Alko hol oder Alkoholersatzstoffe zugesetzt werden müs sen, beziehungsweise bei erheblich reduziertem Al kohol oder Alkoholersatzstoffanteil. Dieser Alko hol, der üblicherweise einen Volumenprozentanteil von 10 bis 15 Prozent ausmacht, wird also auf einen wesentlichen kleineren Prozentsatz reduziert oder entfällt ganz. Bei den Alkoholen handelt es sich vorzugsweise um Isopropanol oder Ethanol.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in der Fig. 1 dargestellte Walzenanordnung des Feuchtwerks 7 beschränkt, sondern bei jedweder Bauart eines Feuchtwerks einsetzbar.

Die Fig. 2 zeigt die quer aufgeschnittene Walze 3 (Dosierwalze) in perspektivischer Darstellung. Sie weist einen hohlen Walzenzylinder 12 aus Metall oder Kunststoff auf, dessen Mantelfläche 13 mit ei ner Beschichtung 14 versehen ist. Die Beschichtung 14 weist ein Oxid des Zirkoniums und ein Oxid des Yttriums auf beziehungsweise besteht aus beiden der genannten Oxide. Je nach Substanz anteilen sind verschiedene Ausführungsbei spiele denkbar.

Aus Korrosionsschutzgründen und/oder zur Haft vermittlung zwischen der Oberfläche (Mantelfläche 13) und der Beschichtung 14 kann eine Zwischen schicht aus Ni und/oder Cr und/oder Al und/oder B und/oder Si und/oder Ti und/oder Mo oder ähnlichem Material aufgebracht werden. Das Aufbringen der Schicht erfolgt mit den bereits genannten thermi schen Spritzverfahren, dem PVD-Verfahren, CVD-Ver fahren, Plasma-CVD-Verfahren oder galvanisch.

Beispiele

a) Sehr gute Benetzungsergebnisse werden erzielt, wenn die Beschichtung 14 etwa 80 Gewichtsprozent Zirkoniumoxid und etwa 20 Gewichtsprozent Yttriumoxid aufweist.
b) Ferner ist es nach einem anderen Ausführungsbei spiel vorteilhaft, wenn die Beschichtung 14 aus ca. 93 Gewichtsprozent Zirkoniumoxid und ca. 7 Gewichts prozent Yttriumoxid besteht.
c) Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Gehalt an Zirkoniumoxid von 98 Gewichtsprozent und von Yttriumoxid mit 2 Gewichtsprozenten vorgesehen.
d) Ferner kann nach weiteren Ausführungsbeispielen die Beschichtung 14 neben Zirkoniumoxid und Yttriumoxid Ceroxid (CeO₂), Hafniumoxid (HfO₂) und/oder Cal ciumfluorid (CaF₂) aufweisen.

Versuche haben gezeigt, daß beispielsweise nach dem Ausführungsbeispiel b) bei Null Volumenprozent Al kohol des Feuchtmittels ein Kontaktwinkel α von 29 Grad erzielt wird. Wird ein Feuchtmittel mit 10 Vo lumenprozent Alkoholgehalt (Isopropanol) verwendet, so sinkt der Kontaktwinkel α auf 20 Grad. Die Rau higkeit R_z der Oberfläche der Beschichtung 14 ist vorzugsweise kleiner als 5 µm. Besonders vorteil haft sind Werte, die kleiner als 1 im sind.

Die Oberfläche der Beschichtung 14 wird vorzugs weise einer mechanischen Behandlung insbesondere Schleifbehandlung und/oder Polierbehandlung unter zogen. Es sind dann Oberflächenrauhigkeiten R_z in Längsrichtung, das heißt in Schleifrichtung von etwa 0,5 µm und quer dazu von etwa 1 µm empfehlens wert.

Das Diagramm der Fig. 3 zeigt den Kontaktwinkel α an der Oberfläche der Dosierwalze (Walze 3), die eine Beschichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel b) aufweist. Im Diagramm wird der in Grad angegebene Kontaktwinkel α in Abhängigkeit von dem Isopropa nolgehalt A angegeben, der auf der Abszisse in Vo lumenprozent angegeben ist. Bei der erfindungsge mäßen Beschichtung ergibt sich ein funktioneller Zusammenhang gemäß der Linie 15. Das Diagramm zeigt deutlich, daß selbst bei keinem Alkoholzusatz ein extrem niedriger Kontaktwinkel α vorliegt. Im Ver gleich dazu zeigt die Fig. 3 Kontaktwinkelwerte von Feuchtwerkswalzen mit bekannten Oberflächen. So zeigt die Linie 16 den Zusammenhang zwischen α und A bei einer Walze mit Siliziumbeschichtung. Die Li nie 17 zeigt das Ergebnis bei einer Walze gemäß der eingangs genannten amerikanischen Patentschrift 4,991,501. Schließlich zeigt die Linie 18 das Ergeb nis für eine Edelstahl-Oberfläche einer Feuchtwerk walze.

Zum Aufbringen der Beschichtung 14 auf die Mantel fläche 13 des Walzenzylinders 12 sind verschiedene Verfahren denkbar. Mit Vorteil können thermische Spritzverfahren, PVD-Verfahren, CVD-Verfahren, Plasma-CVD-Verfahren, Sinterverfahren, Heißisostat preß-Verfahren und Galvanik-Verfahren eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Beschichtung hat den Vorteil, daß Benetzungsmedien, wie Alkohol oder Alkoholer satzstoffe, nur noch in sehr geringen Umfang oder gar nicht mehr dem Feuchtmittel zugesetzt werden müssen, gleichwohl jedoch eine ausgezeichnete dünne und gleichmäßige Benetzung möglich ist. Die Redu zierung der benetzungsfördernden Medien ist umwelt freundlich. Der aufgrund der Erfindung sehr dünn und gleichmäßig erzeugbare Feuchtmittelfilm führt zu hochwertigen Druckergebnissen. Eine Nachhydro philierung, wie sie bei dem Gegenstand der US-Pa tentschrift 4,991,501 periodisch erforderlich ist, entfällt beim Gegenstand der Erfindung, da auf die Oberfläche der Walze keine weiteren Substanzen auf gebracht werden müssen. Insofern ist ein alkoholar mer oder alkoholfreier Offsetdruck bei dünnsten Feuchtwasserfilmen dauerhaft und umweltfreundlich möglich.

Claims

1. Feuchtwerkwalze, insbesondere Dosierwalze für ein Feuchtwerk einer Druckmaschine, mit einem auf seiner Mantelfläche mit einer Beschichtung versehenen Walzenzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) ein Oxid des Zirkoniums und ein Oxid des Yttriums als Stabilisator aufweist.

2. Feuchtwerkswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) als Stabilisatoren eine oder mehrere der folgenden Substanzen aufweist: CeO₂, HfO₂, CaF₂ und SiO₂.

3. Feuchtwerkswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxid des Zirkoniums die Substanz ZrO₂ ist.

4. Feuchtwerkswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) ZrSiO₄ aufweist.

5. Feuchtwerkswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxid des Yttriums die Substanz Y₂O₃ ist.

6. Feuchtwerkswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil Zirkoniumoxid in der Beschichtung (14) größer als der Anteil an Yttriumoxid ist.

7. Feuchtwerkswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) etwa 80 Gewichtsprozent Zirkoniumoxid und etwa 20 Gewichtsprozent Yttriumoxid aufweist.

8. Feuchtwerkswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) 90 bis 95 Gewichtsprozent Zirkoniumoxid und 5 bis 10 Gewichtsprozent Yttriumoxid aufweist.

9. Feuchtwerkswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (14) eine Oberflächenrauigkeit (R_Z) aufweist, die kleiner als 5 µm, insbesondere 1 µm ist.

10. Feuchtwerkswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzengrundkörper (12) aus Metall oder Kunststoff, vorzugsweise faserverstärkt, besteht.