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Dokumentenidentifikation DE19808149C2 21.03.2002
Titel Druckwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung
Anmelder Grahneis, Rolf, Dipl.-Ing., 48336 Sassenberg, DE
Erfinder Grahneis, Rolf, Dipl.-Ing., 48336 Sassenberg, DE
Vertreter Frohoff, D., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 33607 Bielefeld
DE-Anmeldedatum 27.02.1998
DE-Aktenzeichen 19808149
Offenlegungstag 09.09.1999
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.03.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.03.2002
IPC-Hauptklasse B41N 7/06
IPC-Nebenklasse B41F 13/08   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Druckwalze und ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß den Oberbegriffen des ersten und des zehnten Patentanspruchs.

Herkömmliche Druckwalzen zur Druckfarbenübertragung von einer Klischeewalze auf einen zu bedruckenden Stoff bestehen unter anderem aus einem herkömmlichen EPDM-Material. Solche Druckwalzen sind in ihrer Herstellung sehr Zeit- und arbeitsintensiv und weisen in ihren mechanischen Eigenschaften in Bezug auf Abrieb und bleibende Deformationen sowie in der Reißfestigkeit und eventuellen Lufteinschlüssen wesentliche Nachteile auf. Weiterhin ist der zentrische Lauf und eine gleichbleibend hohe Oberflächenqualität, welche das Druckergebnis maßgeblich bestimmt, nur durch aufwendige Fertigungsprozeduren zu erreichen.

Es ist weiterhin eine Druckwalze zum Übertragen von Heißkleber mit einem Walzenbelag aus Silikonkautschuk bekannt, DE 39 37 942 A1, welcher ausdrücklich als silikonölfrei beansprucht wird, der sich bei einem Walzenbelag zur Farbübertragung jedoch als unbrauchbar herausgestellt hat, da sich die Druckfarbe dann nicht vollständig von der Druckwalze löst und diese ein unsauberes Druckergebnis liefert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckwalze zur Verfügung zu stellen, deren mechanische Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Gummiwalzen wesentlich verbessert sind und die über ihren Umfang eine identische hohe Oberflächenqualität aufweist, die exakt zentriert ist und eine verbesserte Druckfarbenübertragung ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren zur Herstellung einer Druckwalze zur Verfügung zu stellen, das weniger Zeit- und arbeitsintensiv abläuft und dabei eine Druckwalze höherer Qualität und Haltbarkeit erzeugt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patenansprüche 1 und 10 angegebenen technischen Lehren vermittelt.

Die erfinderische Druckwalze zur Druckfarbenübertragung von einer Klischeewalze auf einen Bedruckstoff besteht dabei aus einem zylindrischen Walzenkern mit einer Drehachse und einer elastischen Umfangsschicht aus Silikongummi, welche auf den Walzenkern aufgegossen ist und einen Anteil freier Silikonöle aufweist.

Durch diese Art der Herstellung in einer Gießform ist gewährleistet, daß die elastische Umfangsschicht absolut zentrisch auf dem zylindrischen Walzenkern aufgebracht werden kann, wobei die Qualität der Oberfläche, welche wesentlich von der Oberflächenqualität des Formmantels der Gießform mit bestimmt wird, über die gesamte Oberfläche der Druckwalze identisch ist, so daß eine hohe Druckqualität gewährleistet werden kann. Der variable Anteil freier Silikonöle im Silikongummi führt dazu, daß sich das freie Silikonöl durch die beim Drucken radial auf die auf die elastische Umfangsschicht aufgebrachte Druckkraft bis zur Sättigungsgrenze an der Grenzschicht der Druckwalze anreichert und so die Abgabe der Druckfarbe an den zu bedruckenden Stoff erleichtert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Zugabe von Silikonöl von bis zu 50 Gewichtsprozent können bei unterschiedlichen Viskositäten des Silikonöls bestimmte Eigenschaften der Elastomermatrix eingestellt werden. Bei Ölen niedriger Viskosität (z. B. 50-200 mm2/s) wird die Härte des Basismaterials reduziert, wobei die freien Öle aus einer solchen Mischung des Silikongummis nicht ausbluten. Bei Ölen hoher Viskosität (z. B. 100.000-200.000 mm2/s) sind die mechanischen Eigenschaften, wie z. B. die Weiterreißfestigkeit wesentlich verbessert, jedoch können die freien Öle einer solchen Silikongummimischung ausbluten.

Das bevorzugte Mischungsverhältnis der elastischen Umfangsschicht der erfinderischen Druckwalze besteht aus einer Elastomer-Mischung aus einer gießfähigen Silikon-Grundkomponente und einem Härter in einem Gewichtsverhältnis von etwa 100 : 9,5 bei einer Zugabe von 9 Gewichtsprozent eines Silikonöls mit einer Viskosität von 50 mm2/s.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung weist einen Walzenkern auf, dessen Oberfläche eingebrachte Nuten oder Stege aufweist, die zur Oberflächenvergrößerung und einer verbesserten mechanischen Verankerung des Silikongummis auf dem Walzenkern dienen. Diese Oberflächenvergrößerung kann insbesondere durch das Aufbringen eines rauhen Gewindes mit 1,5 mm Steigung ausgeführt sein.

Wesentlich ist weiterhin, daß die Oberfläche des Walzenkerns mit einem Haftvermittler geprimert ist, der bevorzugterweise aus einer Organosilanlösung besteht.

Als Werkstoff für den Walzenkern wird ein Stahl verwendet, der keinen Bleianteil aufweist sowie frei von Aminen, Schwefel oder Organozinn- Verbindungen ist, die bei der Herstellung der Druckwalze unerwünscht sind, da diese Chemikalien die Vernetzungsreaktion von Haftvermittler und/oder Silikongummi inhibieren können.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Druckwalze in einer Seitenansicht und

Fig. 2 eine Gießform mit Druckwalze im Schnitt.

Die Druckwalze 1 besteht aus einem Walzenkern 2, der eine Zentrierbohrung aufweist und aus einem Silikongummi 3 als elastischer Umfangsschicht. Auf der zylindrischen Oberfläche des Walzenkerns 2, die mit einem rauhen Gewinde 4 versehen ist, ist ein Haftvermittler aufgetragen.

Die Druckwalze 1 wird bevorzugterweise in einer Gießform 10 gegossen, die aus einem Formmantel 6 mit einem Formboden 7 und einem Formdeckel 5 besteht, der mit Entlüftungsbohrungen 9 zum Anlegen eines Vakuums versehen ist und die eine Zentrierwelle 8 für den Walzenkern 2 aufweist.

Bei der Herstellung der erfinderischen Druckwalze 1 wird dabei ein Silikongummi 3 verwandt, der aus dem Gießformenbau (z. B. Gips-Reproduktionstechnik) bekannt ist. Er besteht aus einer fließfähigen Silikongummi-Grundkomponente und einem passenden Härter oder Katalysator. Bei der Vernetzung der Komponenten wird zwischen zwei Grundsystemen unterschieden, der Kondensationsvernetzung und der Additionsvernetzung. Der Silikongummi 3 der erfinderischen Druckwalze 1 ist durch eine Additionsreaktion vernetzt, was durch das Mischen der Grundmasse und des Härters in einem Gewichtsverhältnis von 100 : 9,5 bei Raumtemperatur erzielt wird. Die erfindungsgemäße Druckwalze 1 liefert durch den Anteil an freiem Silikonöl eine verbesserte Druckfarbenabgabeeigenschaft und damit eine Zunahme der Druckqualität.

Die mechanischen Eigenschaften des Elastomers sind herkömmlichen EPDM-Systemen in Bezug auf Abrieb und bleibenden Deformationen sowie der Reißfestigkeit weit überlegen. Aufgrund der Herstellungsweise in einer Gießform 10 sind die Druckwalzen 1 absolut zentrisch und haben eine konstant hohe Oberflächenqualität. Weiterhin weist der Silikongummi 3 gegenüber modernen Druckfarben und Lacksystemen, z. B. UV-Farben und UV-Lacken über längere Zeit eine erhöhte Resistenz auf. Zudem sind die Herstellungszeiten einer solchen Druckwalze 1 wesentlich kürzer als bei herkömmlichen Gummiwalzen.

Das erfinderische Verfahren zur Herstellung einer solchen Druckwalze besteht aus den folgenden Verfahrensschritten:

Im ersten Verfahrensschritt wird eine fließfähige Silikongummi-Grundkomponente mit einem Härter oder Katalysator unter Zugabe von Additiven in einem ersten Schritt verrührt, das Gemisch in einem zweiten Schritt unter Vakuum entgast, in einem dritten Schritt in eine vorbereitete Gießform 10 gegossen oder gespritzt, in einem vierten Schritt wird die befüllte Gießform 10 evakuiert und in einem fünften Schritt über eine für die Vernetzung erforderliche Reaktionszeit in der Gießform 10 gehalten, wonach die Druckwalze 1 in einem sechsten Schritt außerhalb der Gießform 10 über eine Ruhezeit gelagert wird und in einem siebten Schritt wird die Oberfläche der Druckwalze 1 mit einem Gemisch aus Propanol- 2 und Dimethylketon für die Aufnahme von Druckfarben aktiviert.

Das Verrühren der Silikon-Grundkomponente mit dem Härter oder Katalysator wird bevorzugt gleichmäßig mit niedriger Drehzahl mit einem Flügelrührer unter einem Vakuum von 27-53 mbar durchgeführt. Das anschließende Entgasen im zweiten Schrill findet wiederum unter Vakuum von etwa 1,333 mbar für ca. 1-2 Minuten statt, um evtl. Blasen zu beseitigen. Diese Verfahrensschritte schließen das Entstehen selbst kleinster Blasen in der Silikonmischung aus, die zu einer Störung in der Oberfläche der Druckwalze 1 führen könnten, was sich negativ auf das spätere Druckergebnis auswirken würde. Das so behandelte Gemisch wird im dritten Schritt mit nur einem sehr dünnen Strahl zur Vermeidung weiterer Lufteinschlüsse in die vorbereitete Gießform 10 gegossen bzw. unter Druck eingespritzt. Die befüllte Gießform 10 wird anschließend im vierten Schritt noch einmal in einer Vakuumkammer für ca. 1 Minute bei 40 -80 mbar evakuiert.

Der fünfte Verfahrensschritt, während dessen die Gießform 10 über eine für die Vernetzung erforderliche Reaktionszeit gelagert wird, kann bei Raumtemperatur über einen längeren Zeitraum andauern, er kann jedoch auch durch die Zugabe eines entsprechenden Katalysators im ersten Verfahrensschritt und/oder durch die Zuführung von Wärme beschleunigt werden. Die blasenfrei gefüllte Gießform 10 wird dazu mit einer Heizmanschette umlegt und das Gefäß ca. eine Stunde mit etwa 60°C ausgeheizt. Anschließend läßt man die Gießform 10 abkühlen und drückt den Walzenkörper mit einer Spindelpresse aus der vorher geöffneten Gießform 10. Der sechste Schritt zur Durchführung des Verfahrens besteht in einer Lagerzeit von etwa 24 Stunden, während der eine weitere Auskühlung und Endvernetzung des Silikongummis stattfindet. Im letzten siebten Schritt wird die Oberfläche der Druckwalze 1 mit einem Gemisch aus 70 Gewichtsprozent Propanol-2 und 30 Gewichtsprozent Dimethylketon für die Aufnahme von Druckfarben aktiviert.

Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt eine maximale Raumtemperatur von 18°-20°C, wobei die relative Luftfeuchte von 50% der umgebenden Raumluft nicht überschritten werden sollte.

Als Additive werden der noch fließfähigen Mischung aus Silikongummi- Grundkomponente und Härter Additive in Form von 9 Gewichtsprozent eines Silikonöls mit 50 mm2/s zugefügt.

Mit einer nach diesem Verfahren hergestellten Druckwalze 1 läßt sich eine Druckfarbe von einer Klischeewalze abnehmen und mit einer bestimmten Andruckkraft vollständig auf einen zu bedruckenden Stoff übertragen. Das freie Silikonöl reichert sich aufgrund der Druckkraft bis zu seiner Sättigungsgrenze an der Grenzschicht der Druckwalze an und erleichtert so die vollständige Abgabe der aufgenommenen Druckfarbe.


Anspruch[de]
  1. 1. Druckwalze zur Druckfarbenübertragung von einer Klischeewalze auf einen Bedruckstoff, mit einem zylindrischen Walzenkern mit einer Drehachse und einer elastischen Umfangsschicht aus Silikongummi, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Umfangsschicht der Druckwalze (1) aus einem Silikongummi (3) besteht, welcher einen Anteil freier Silikonöle aufweist.
  2. 2. Druckwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Shore-Härte des Silikongummis (3) durch Zugabe von freien Silikonölen unterschiedlicher Menge und Viskosität zwischen 20 und 70 Shore A eingestellt ist.
  3. 3. Druckwalze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Umfangsschicht aus einer Mischung aus einer fließfähigen Silikongummi-Grundkomponente und einem Härter im Mischungsgewichtsverhältnis von 100 : 9,5 besteht, der 9 Gewichtsprozent Silikonöl mit einer Viskosität von 50 mm2/s zugegeben ist.
  4. 4. Druckwalze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkern (2) als Drehteil ausgebildet ist und aus bleifreiem Stahl besteht.
  5. 5. Druckwalze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Walzenkerns (2) zur Oberflächenvergrößerung und Verbesserung der mechanischen Verankerung des Silikongummis mit eingebrachten Nuten und/oder Stegen versehen ist.
  6. 6. Druckwalze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit einem rauhen Gewinde (4) mit 1,5 mm Steigung versehen ist.
  7. 7. Druckwalze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Walzenkerns (2) mit einem Haftvermittler geprimert ist.
  8. 8. Druckwalze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler aus einer Organosilanlösung besteht.
  9. 9. Druckwalze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Umfangsschicht in einer Gießform (10) um den Walzenkern (2) gespritzt oder gegossen ist.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung einer Druckwalze, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt eine fließfähige Silikongummi- Grundkomponente mit einem Härter oder Katalysator und Additiven verrührt wird, das Gemisch in einem zweiten Schritt unter Vakuum entgast und in einem dritten Schritt in eine vorbereitete Gießform gegossen oder gespritzt wird, die befüllte Gießform (10) in einem vierten Schritt evakuiert und in einem fünften Schritt über einer für die Vernetzung erforderlichen Reaktionszeit darin gehalten wird, in einem sechsten Schritt die aus der Gießform (10) entnommene Druckwalze (1) über eine Ruhezeit gelagert wird und anschließend in einem siebten Schritt die Oberfläche mit einem Gemisch aus Propanol-2 und Dimethylketon für die Aufnahme von Druckfarbe aktiviert wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischvorgang im ersten Verfahrensschritt unter einem Vakuum von 27-53 mbar durchgeführt wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasung im zweiten Schritt unter Vakuum von weniger als 1,333 mbar für 1-2 Minuten erfolgt.
  13. 13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasung im vierten Schritt in einer Vakuum-Kammer bei 40-80 mbar erfolgt.
  14. 14. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schritt bei Raumtemperatur erfolgt.
  15. 15. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schritt durch ein Ausheizen der Gießform mit nachfolgender Abkühlung erfolgt.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausheizen der Gießform (10) über eine Stunde mit 60°C erfolgt.
  17. 17. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schritt durch Zugabe eines Katalysators im ersten Schritt beschleunigt wird.
  18. 18. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhezeit 24 Stunden beträgt.
  19. 19. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zur Aktivierung der Oberfläche der Druckwalze (1) aus 70 Gewichtsprozent Propanol-2 und 30 Gewichtsprozent Dimethylketon besteht.
  20. 20. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei Raumtemperatur und einer maximalen relativen Luftfeuchte von 50% ausgeführt wird.
  21. 21. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-20, dadurch gekennzeichnet, daß als Additive bis 50 Gewichtsprozent Silikonöle unterschiedlicher Viskositäten zugefügt werden.
  22. 22. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch ein Mischungsgewichtsverhältnis von Silikongummi-Grundkomponente zu Härter von 100 : 9,5 aufweist und dem Gemisch 9 Gewichtsprozent Silikonöl mit einer Viskosität von 50 mm2/s zugegeben werden.
  23. 23. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-22, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Gießform (10) mit einem Trennmittel vorbehandelt wird.
  24. 24. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-23, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Oberfläche des Walzenkerns (2) vor dem Einsetzen in die Gießform (10) mit einem Haftvermittler geprimert wird.
  25. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftvermittler eine Organosilanlösung verwandt wird.
  26. 26. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-25, dadurch gekennzeichnet, daß für die elastische Umfangsschicht ein aus dem Gießformenbau bekannter Silikongummi (3) verwendet wird.






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