DE2609982B2

DE2609982B2 - Gravurbeschichtungswalze, Verfahren zu deren Herstellung und Beschichtungsvorrichtung mit einer Gravurwalze

Info

Publication number: DE2609982B2
Application number: DE2609982A
Authority: DE
Inventors: Roger Anthony Missenden Buckinghamshire Allen (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Wiggins Teape Ltd
Current assignee: Wiggins Teape UK PLC
Priority date: 1975-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1980-10-02
Also published as: DE2609982A1; BR7601415A; JPS5834183B2; SE429725B; NZ180262A; FR2330464B1; JPS51112848A; CA1079058A; DE2609982C3; ES445955A1; GB1472709A; IT1069361B; BE839358A; ZA761497B; AU1182376A; NL7602450A; FR2330464A1; SE7603118L

Description

Die Erfindung betrifft eine Gravurbeschichtungswalze, ein Verfahren zu deren Herstellung und eine Beschichtungsvorrichtung, die eine solche Gravurbeschichtungswalze enthält

Gravurbeschichtungswalzen haben im allgemeinen eine zellenförmige Oberfläche und drehen sich über einem Spritzapplikator oder in einem Bad aus einem Beschichtungsgemisch. Die auf der Walze befindlichen Zellen werden hierdurch mit dem Beschichtungsgemisch gefüllt Überschüssiges Beschichtungsgemisch wird abgestreift so daß die Walzen ein genaues Beschichtungsgewicht entweder auf eine zu beschichtende Bahn oder in einer Offsetvorrichtung auf eine Auftragungswalze auftragen.

Herkömmliche Grgvurbeschichtungswalzen bestehen für gewöhnlich aus Stahl. Die Gravuroberfläche kann durch Fotoätzen aufgebracht werden. In diesem Fall kann die Walze verkupfert sein, um ein Säureätzen zu ermöglichen. Das Fotoätzen hat jedoch den Nachteil, daß es kostspielig ist Die Herstellung von Gravuroberflächen durch Sandstrahlen wurde auch schon vorgeschlagen.

Sowohl fotogeätzte als auch sandgestrahlte Gravurbeschichtungswalzen verschleißen bei Gebrauch leicht Folglich ist es beim Aufbringen eines sehr niedrigen Naßbeschichtungsgewichts erforderlich, die Beschichtungskopfeinstellung während eines 3eschichtungslaufs

-to von etwa 200 Stunden nacnzustelleii. Dies ist ein zeitraubender und unbequemer Vorgang. Darüber hinaus ist die genaue Nachstellung zum Ausgleichen von Verschleiß sehr schwierig und es treten folglich Beschichtungsgewichtveränderungen unvermeidlich auf. Dies ist wichtig beim Beschichten beispielsweise mit lösungsmittelfreiem Silikonablösematerial. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist es wesentlich, das geringstmögliche Beschichtungsgewicht zu verwenden. Es ist aus praktischen Grinden wichtig, ein vollständiges

so Bedecken der zu beschichtenden Oberfläche sicherzustellen, da sonst ein gleichmäßiges Ablösen über die ganze Oberfläche stattfindet. Das Beschichten mit Silikonablösematerial wird im folgenden erläutert.
Eine geringe Verschleißfestigkeit ist auch in anderer Hinsicht von Nachteil. Die Gravurbeschichtungswalze muß für ein frisches Ätzen oder Sandstrahlen gelegentlich ersetzt werden. Die zum Austauschen der Walzen benötigte Zeit stellt einen Produktionsausfall dar und ist daher sehr teuer. Darüber hinaus bedeutet das Erfordernis für einen regelmäßigen Walzentausch, daß ein Vorrat an Ersatzwalzen gehalten werden muß. Dies stellt ein in der Anlage investiertes Kapital dar, das nur zeitweise verwendet wird.

Das Problem des Verschleißes von Gravurbeschich-

tungswalzen wurde bereits seit einiger Zeit erkannt, und es wurden viele Vorschläge zu deren Überwindung gemacht. So schlägt z. B. die US-PS 39 24 313 vor, daß die Gravurbeschichtungswalze vor dem Ätzen flamm-

gehärtet wird. Dies hat den Nachteil, daß nach wie vor ein teurer Fotoätzschritt benötigt wird. Es wird zusätzlich auch noch ein teurer Flammhärtungsschritt benötigt

Es wurde auch vorgeschlagen, die Gravurbeschichtungswalze zu verchromen, wenn sie einmal fotogeätzt oder sandgestrahlt ist Dies hat sich als nicht ganz zufriedenstellend erwiesen, da nur eine sehr dünne Beschichtung aufgebracht werden kann, wenn die die Gravurfläche bildenden Zellen nicht aufgefüllt werden können. Die sehr dünne Beschichtung, die aufgetragen werden kann, bietet keine genügende Verschleißfestigkeit

Der Erfindung liegt d>s Aufgabe zugrunde, eine Gravurbeschichtungswalze mit besonders guter Verschleißfestigkeit, die in besonders einfacher Weise hergestellt werden kann, herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Substratwalze, auf die lediglich durch Bombardieren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen eines thermisch stabilen anorganischen Materials die Gravurzellen einer Gravuroberflä'ihe zur Bildung einer verschleißfesten, an der Substratwalze gebundenen, Zellen enthaltenden anorganischen Beschichtung aufgebracht sind.

Aus der AT-PS 1 99 962 ist zwar seit sehr langer Zeit ein Verfahren zur Aufbringung von verschleißfesten Überzugsschichten mittels Deponationsgeräten bekannt Die vorliegende Erfindung besteht aber nicht einfach darin, eine Gravurbeschichtungswalze, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 23 59 031 bekannt ist mit einem verschleißfesten Überzug gemäß der AT-PS 1 99 962 zu versehen. Eine Kombination aus den beiden bekannten Verfahren sähe so aus, daß zunächst eine fertige Gravurbeschichtungswalze nach der DE-OS 23 59 031 hergestellt wird. Bereits dieses Verfahren ist verhältnismäßig kompliziert und kostspielig. Es muß nämlich die Oberfläche einer zunächst glatten Walze durch Säureätzen, Fotoätzen, Sandstrahlen od. dgl. mit der erforderlichen, zellenförmigen Oberflächenstruktur versehen werden. Anschließend muß ein zweites Verfahren zur Härtung dieser Oberfläche durchgeführt werden. Meist wird diese Härtung durch Flammhärtung, Verchromen od. dgl. durchgeführt. Für den Fachmann ist nun der Gedanke sehr fernliegend, diesen Härtungsvorgang durch das Bombardieren nach der AT-PS 1 99 962 zu ersetzen, denn er weiß, daß durch dieses Überzugsverfahren mittels Detonationsgerät eine zwar extrem harte, jedoch ziemlich rauhe Oberfläche erzielt wird, von der er annehmen muß, daß sie die mühsam vorher angebrachte zellenförmige Struktur der Walzenoberfläche weitgehend zerstören würde.

Erfindungsgemäß wird dagegen nicht eine übliche, zur Erzielung einer zellenförmigen Oberflächenstruktur vorbehandelte Gravurbeschichtungswalze verwendet und diese anschließend gehärtet sondern es wird von einer Substratwalze mit glatter, unbehandelter Oberfläche ausgegangen und unmittelbar diese glatte Oberfläche durch ein Detonationsgerät mit einer rauhen und sehr verschleißfesten Oberflächenschicht versehen. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß eine Behandlung einer Substratwalze mit zunächst glatter Oberfläche ausschließlich mittels eines Detonationsgerätes oder eines Plasmabrenners, also eine Behandlung in einem einzigen, verhältnismäßig einfachen Arbeitsgang, ohne jede Nachbehandlung eine für eine fertige Gravurbeschichtungswaiz" hervorragend geeignete Walzenoberfläche ergibt. Die so erhaltene Oberfläche zeigt nämlich nicht nur in an sich bekannter Weise eine hervorragende Härte- und Verschleißfestigkeit die ja auch für eine Gravurbeschichtungswalze erforderlich ist sondern sie ist darüber hinaus mit einer für das Gravurbeschichtungsverfahren ideal geeigneten zellenförmigen Struktur versehen. Daß mit dem zum Aufbringen einer harten Oberflächenschicht bekannten Beschichtungsverfahren durch Detonationsgerät oder Plasmabrenner eine in ihrer Stärke außerordentlich gleichmäßige Beschichtung mit einer Oberflächenstruktur erzielt werden kann, die einen besonderen Arbeitsgang zum Erzeugen der notwendigen zellenförmigen Oberflächenstruktur überflüssig macht ist ein bei Kenntnis des Standes der Technik nicht vorauszusehendes Ergebnis. Besonders vorteilhaft erscheint dabei, daß dieses Ergebnis durch das verhältnismäßig grobe und billige Bombardierungsverfahren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen erzielt werden kann.

Die Rauheit der aufgebrachten Beschichtung kann durch geeignete Wahl der thermisch stabilen anorganischen Beschichtung verändert werden. Dies wiederum bedeutet daß die Gravurbeschichtungswalze zum Aufbringen eines großen Bereichs von Naßbeschichtungsgewichten hergestellt werden kann.

Bei Verwendung einer Detonationskanone besteht eine bevorzugte Betriebsart darin, genau bemessene Mengen von Sauerstoff, Azetylen und schwebenden Teilchen von pulverförmigem Beschichtungsmaterial in die Kammer der Kanone zu liefern. Die Mischung wird dann von einer zeitlich gesteuerten Zündkerze gezündet und die erfolgende Detonation schleudert die Beschichtungsteilchen, die sich nun in einem plastischen Zustand befinden, mit einer Geschwindigkeit von etwa 762 m/sec aus dem Kanonenlauf heraus. Die Substratwalze wird dann in einem geeigneten Abstand von ;-. B. 5—10 cm vom Ende des Kanonenlaufs positioniert Die Beschichtungsteilchen sollen in der Oberfläche der Substratwalze eingebettet werden. Die Temperatur in der Kanone liegt in der Größenordnung von 3400° CDa jedorh die auf dieser Temperatur befindliche Flamme niemals die Substratwalze tatsächlich berührt erreicht die Substratwalze diese Temperatur nicht die sie beschädigen würde. Die Substratwalze wird durch geeignete Kühlverfahren vorzugsweise unter etwa 200⁰C gehalten.

Die Beschichtungsteilchen werden beim Aufprallen flach und erzeugen einen Überzug, der schichtförmig aufgebaut ist, eine hohe Bindungsfestigkeit und niedrige

so Porosität aufweist

Die oben beschriebenen Detonationen werden häufig wiederholt, z. B. mit einer Häufigkeit von bis zu achtmal je Sekunde, wobei die aufeinanderfolgenden Detonationer, die Beschichtung bis zur gewünschten Dicke aufbauen.

Bei Verwendung eines Plasmabrenners wtrden die Beschichtungsteilchen in einem Hochgeschwindigkeitsstrom von inertem Gas mitgenommen, das mittels eines inneren oder nich« übertragenen Lichtbogens auf

oo Temperaturen über etwa 15 000° C gehalten werden kann. Im Gegensatz zum oben beschriebenen Verfahren mit der Detonationskanone findet tatsächlich keine

Verbrennung statt. Der heiße Gasstrom schmilzt die Beschichtungsteil-

t>< chen und beschleunig' sie auf hohe Geschwindigkeit. Wenn sie die Substratwalze treffen, prallen sie auf und bilden eine dichte hochreine Schicht.
Die Bindung zwischen der Substratwalze und der

durch beide genannten Ausführungsarten gebildeten Beschichtung ist sowohl mechanischer als auch metallurgischer Natur. Die Bindefestigkeit ist so groß, daß, soweit bekannt, herkömmliche Meßverfahren für die Bindefestigkeit sich nicht für deren Messung eignen. Die Bindefestigkeit soll jedoch über 700 kg/cm² liegen.

Das Bombardierungsverfahren kann im Prinzip verwendet werden zur Aufbringung einer Beschichtung irgendeines anorganischen massiven Materials, das ohne Zersetzung schmilzt oder wenigstens erweicht. Beispiele für Beschichtungsgemische, die zum Herstellen der vorliegenden Gravurbeschichtungswalze verwendet werden, enthalten: Wolframkarbid mit gegebenenfalls Zusätzen von Kobalt, z.B. 9 bis 10% Kobalt; Wolframkarbid mil Zusätzen von Nickel und Chromkarbid; Chromkarbid mit gegebenenfalls Zusätzen von Chromnickel, ζ. B. von 15—25% Chromnickel; Chromoxid mit gegebenenfalls Zusätzen von Aluminiumoxid, ζ. B. 20% AluininiiiiTioxid, oder von 40% Chrom· und Aluminiumoxid mit gegebenenfalls Zusätzen von Titanoxid.

Wenn die Beschichtungen abgelagert sind, können sie mechanisch behandelt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Beschichtung in ihrem rauhen bei der Ablagerung gebildeten Zustand für eine Gravurbeschichtungswalze zufriedenstellend ist. Eine weitere Behandlung würde die Walzenkosten erhöhen. Nichtsdestoweniger kann die Beschichtung nach Wunsch bearbeitet werden, natürlich vorausgesetzt, daß die Behandlung nicht so M, daß sie die Gravurbeschichtungseigenschaften der Oberfläche beseitigt.

Obwohl sich die vorliegende Gravurbeschichtungswalze im allgemeinen zur Verwendung in Gravurbeschichtungsvorrichtungen eignet, insbesondere zum Aufbringen niedriger Naßbeschichtungsgewichte, hat sich herausgestellt, daß die Erfindung sich besonders für die Verwendung in der in der GB-PS 14 04 616 beschriebenen Gravurbeschichtungsvorrichtung eignet. Eine derartige Vorrichtung, die im folgenden genauer beschrieben wird, enthält eine Gravurbeschichtungswalze, eine Übertragungswalze, eine Auftragungswalze und eine Stützwalze. Die Gravurbeschichtungswalze ist so angeordnet, daß sie eine vorgegebene Menge eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf die Übertragungsrolle aufbringt, wobei die Auftragungswalze in Berührung mit und unabhängig von der Übertragungswalze im gleichen Sinn wie diese angetrieben wird. Die Stützwalze dreht sich im gleichen Sinn wie die Auftragungswalze und bildet mit dieser eine Berührungsstelle, durch die eine zu beschichtende Materialbahn im Betrieb hindurchgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine Gravurbeschichtungswalze nach der Erfindung eingebaut in eine Gravurbeschichtungsvorrichtung;

Fig.2 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die Herstellung der vorliegenden Beschichtungswalze darstellt

In F i g. 1 enthält eine Gravurbeschichtungsvorrichtung eine Gravurbeschichtungswalze 1 mit einer Gravuroberfläche 2, die durch Bombardieren einer Substratwalze mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen von Wolframkarbid mit einem Zusatz von 9% Kobalt aufgebracht wurde. Die Gravurbeschichtungswaize i taucht in ein in einer Wanne 3 enthaltenes Beschichtungsgemisch 4, wobei von der Gravurbeschichtungswalze 1 aufgenommenes überschüssiges Beschichtungsgemisch von einem Abstreifmesser 5 entfernt wird. Eine gummibeschichtete Übertragungswalze 6 steht in Oberflächenberührung mit der Gravurbeschichtungswalze 1 und wird entgegengesetzt zu dieser gedreht. Die Gravurbeschichtungswalze 1 wird durch Berührung mit der Übertragungswalze 6 angetrieben. Die Übertragungswalze 6 empfängt die Beschichtung von der Gravurbeschichtungswalze 1 und überträgt ihrerseits die Beschichtung auf

ίο eine Auftragungswalze 7, die über der Übertragungswalze 6 angeordnet ist und unabhängig angetrieben wird, um sich in gleichem Sinn wie die Übertragungswalze 6 zu drehen. Über der Auftragungswalze 7 ist eine gummiüberzogene Stützwalze 10 angeordnet, die die

ι > Bahn Il in Berührung mit der Auftragungswalze 7 hält. Die Stützwalze wird im gleichen Sinn wie die Auftragungs- und Übertragungswalzen 7 und 6 angetrieben. Wenn sich die Bahn 11 zwischen der Stützwalze

Mv ufiu u«-i fiuiunguii5jnair.v r Lrvwi~gl, i„iii|>iailg I UIC untere Oberfläche der Bahn (in Fig. 1) die Beschichtung.

In Fig. 2 ist eine zu beschichtende metallische Substratwalze 21 in einem geeigneten Abstand (z. B. 5 bis 10 cm) von einer Bombardierungsvorrichtung 22 angeordnet, die wie oben beschrieben, eine Detonationskanone oder ein Plasmabrenner sein kann. Ein Strom 23 von thermisch erweichten oder geschmolzenen Teile? Ji aus anorganischem Beschichtungsmaterial, z. B. Wolframkarbid mit einem Zusatz von 9% Kobalt, tritt aus der Bombardiervorrichtung aus und prallt auf der Oberfläche der Substratwalue 21 auf. Durch geeignetes Drehen und Bewegen der Substratwalze 21 kann eine Beschichtung mit gleichmäßiger Tiefe über die ganze Erstreckung der beabsichtigten Gravuroberfläche der Gravurbeschichtungswalze aufgebracht werden.

Die vorliegende Gravurbeschichtungswalze eignet sich besonders für die Aufbringung von Silikonbeschichtungen mit niedrigen Naßbeschichtungsgewichten. Für gewöhnlich werden Silikonbeschichtungen in verdünnter Lösung auf Folienmaterial aufgebracht. Um auf diese Weise ein niedriges Trockenbeschichtungsgewicht zu erzielen, muß ein beträchtlich größeres Naßbeschichtungsgewicht aufgebracht werden. Die verwendeten Lösungsmittel werfen dabei das Problem auf, daß sie gefährliche Verunreinigungen darstellen können und daher zurückgewonnen werden müssen. Dies führt zu zusätzlichen Energiekosten und zusätzlicher Kapitalanlage. Es wurden jedoch kürzlich Silikongemische zur

so Verfügung gestellt, die in ihrem natürlichen flüssigen Zustand ohne Verwendung eines Lösungsmittels aufgebracht werden können. Das Beschichtungsgewicht von aufgetragenem Silikon muß aus Wirtschaftlichkeitsgründen niedrig sein. Da kein Lösungsmittel vorhanden ist, muß das Naßbeschichtungsgewicht auch niedrig sein. Die durch ein Fotoätzverfahren hergestellten üblichen Gravurbeschichtungswalzen haben sich zum Auftragen von sehr niedrigen Naßbeschichtungsgewichten darin als unzufriedenstellend herausgestellt da sie keine genügend gesteuerte Beschichtung herstellen. Durch Verwendung der vorliegenden Gravurbeschichtungswalze kann eine gleichmäßigere Beschichtungsverteilung erhalten werden. Die Gründe hierfür sind zwar nicht ganz erforscht es wird aber angenommen, daß der von »Tälern« in der Gravuroberfläche (im Gegensatz zu »Bergen«) gebildete Oberfiächenanteü der Gravurbeschichtungswalze bei der vorliegenden Walze größer ist als bei einer herkömmlichen fotogeätzten Walze.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gravurbeschichtungswalze, gekennzeichnet durch eine Substratwalze (21), auf die lediglich durch Bombardieren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen eines thermisch stabilen anorganischen Materials die Gravurzellen einer Gravuroberfläche zur Bildung einer verschleißfesten, an der Substratwalze (21) gebundenen, Zellen enthaltenden anorganischen Beschichtung aufgebracht sind.

2. Gravurbeschichtungswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Wolframkarbid enthält

3. Gravurbeschichtungswalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframkarbid mit Kobalt, Nickel und/oder Chromkarbid gemischt ist

4. Gravurbeschichtungswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Chromkarbid enthält

5. Gravurbeschichtungswalze nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das Chromkarbid mit Chromnickel gemischt ist

6. Gravurbeschichtungswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das thermisch stabile anorganische Material Chromoxid enthält

7. Gravurbeschichtungswalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromoxid mit Aluminiumoxid oder mit Chrom gemischt ist

8. Gravtirbeschichtungswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Aluminiumoxid enthält

9. Gravurbeschichtungswalze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß d*t Aluminiumoxid mit Titanoxid gemischt ist

10. Vorrichtung mit einer Gravurbeschichtungswalze zum Beschichten einer Papierbahn oder eines anderen Folienmaterials, gekennzeichnet durch eine Substratwalze (21), auf die durch Bombardieren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen eines thermisch stabilen anorganischen Materials eine Gravuroberfläche aufgebracht ist zur Bildung einer verschleißfesten, an der Substratwalze (21) gebundenen anorganischen Beschichtung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Wolframkarbid enthält.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframkarbid mit Kobalt, Nickel und/oder Chromkarbid gemischt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Chromkarbid enthält.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromkarbid mit Chromnickel gemischt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganische Material Chromoxid enthält.

16. Vorrichtung nach Anspruch \5, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromoxid mit Aluminiumoxid oder mit Chrom gemischt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch stabile anorganisehe Material Aluminiumoxid enthält.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid mit Titanoxid gemischt ist

19, Verfahren zur Herstellung einer Gravurbeschichtungswalze nach einem der Ansprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche einer Substratwalze ausschließlich durch Bombardieren mit thermisch erweichten oder geschmolzenen Teilchen eines thermisch stabilen anorganischen Materials behandelt wird.