[0001] Die Erfindung betrifft eine Rakel zum Zusammenwirken mit der Oberfläche eines Tiefdruckzylinders
sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Rakel.
[0002] Bei Tiefdruck-Rotationsmaschinen sind in die Oberfläche des Formzylinders näpfchenförmige
Vertiefungen eingeätzt oder eingraviert, die die auf die Papierbahn zu übertragende
Farbe enthalten. Die überschüssige Farbe wird von der Walzenoberfläche mittels einer
Rakel abgenommen. Im Stand der Technik ist dies ein dünnes Stahlblatt mit federnden
Eigenschaften. Die Rakel wird aus hochfestem, verschleißbeständigem Material gefertigt,
damit eine möglichst hohe Auflagenzahl mit jeweils einer Rakel gedruckt werden kann.
Die gravierte oder geätzte Oberflächenschicht des Tiefdruckzylinders besteht in der
Regel aus Kupfer und ist zur Erzielung höherer Verschleißfestigkeit verchromt. Mit
derartigen bekannten Rakelanordnungen lassen sich nur ausnahmsweise Auflagen (Zylinderumdrehungen)
von mehr als einer Million erreichen, weil beim Überschreiten dieser Zahl sowohl der
Verschleiß der Rakel als auch der Zylinderoberfläche keine hinreichende Druckqualität
gestatten.
[0003] Aus offenkundiger Vorbenutzung bekannte Rakeln werden im Zuge ihrer Herstellung durch
mechanische Verfahren oberflächengeglättet und entgratet. Im Betrieb dieser Rakel
wird Rakelmaterial plastisch in Mikrokontakten mit dem Zylinder verformt, in Drehrichtung
des Zylinders weitertransportiert und sammelt sich an der Rakelspitze unter Bildung
neuer Grate an. Diese neuen Grate brechen dann während des Betriebs unter erneuter
Schartenbildung weg. Es kommt somit laufend zur Bildung neuer Grate und Scharten,
die den Verschleiß nicht nur der Rakel, sondern auch der Zylinderoberfläche erhöhen.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Rakelverschleiß und/oder den Zylinderverschleiß
zu verringern, um höhere Auflagezahlen zu erreichen oder bei gegebener Auflagezahl
eine höhere Druckqualität zu ermöglichen.
[0005] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Ein Verfahren
zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Rakel ist in Anspruch 6 angegeben, eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens in Anspruch 13. Der elektrochemische Abtragprozeß
als solcher ist im Stand der Technik bekannt und wird bspw. beschrieben in Maschinenmarkt
95 (1989, Nr. 36, Seite 94 bis 97). Zwecks Offenbarung der technischen Einzelheiten
dieses Verfahrens wird diese Druckschrift durch Bezugnahme darauf ausdrücklich auch
zum Gegenstand der Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung gemacht.
[0006] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das elektrochemische Abtragverfahren
(auch electro chemical machining oder ECM-Verfahren genannt) die Rakel nicht nur entgratet,
sondern überraschenderweise eine tribologische Veränderung der Rakeloberfläche derart
bewirkt, daß im Betrieb der erfindungsgemäßen Rakel die oben beschriebene ständige
Neubildung von Graten und Scharten vermieden wird und sich die Lebensdauer so wesentlich
erhöht.
[0007] Bei Rakeln des Standes der Technik weist die an der Tiefdruckwalze anliegende Rakelspitze
eine schartige Strichstruktur auf, die zu den beschriebenen Verschleißprozessen führt.
Da auch die der Anlagefläche Rakel-Druckzylinder unmittelbar benachbarten Oberflächenbereiche
der Rakel diese schartige Strichstruktur aufweisen, sammelt sich durch Verschleiß
abgetragenes Rakelmaterial in diesen Oberflächenbereichen unter Bildung neuer Grate.
Wenn diese Grate bzw. Bärte eine gewisse Größe erreicht haben, brechen sie während
des Betriebs unter Schartenbildung weg. In diesen Scharten sammelt sich dann wieder
neues Material usw.
[0008] Der erfindungsgemäß mit dem ECM-Verfahren behandelte Oberflächenteil einer erfindungsgemäßen
Rakel weist eine völlig andere Oberflächenstruktur auf. Es handelt sich um eine gleichmäßige
Kraterstruktur mit vielen sehr kleinen Kratern bzw. Taschen, die in etwa die Form
von Kugelkalotten aufweisen. Diese Krater oder Taschen bilden sich in der Regel entlang
der Korngrenzen des Rakelmaterials. Diese veränderte Oberflächenstruktur bewirkt eine
völlig neue tribologische Paarung zwischen Tiefdruckwalze und Rakelmesser, insbesondere
wird die Tragfläche erhöht. Der Anpreßdruck der erfindungsgemäßen Rakel kann gegenüber
herkömmlichen Rakeln auf etwa die Hälfte reduziert werden. Besonders überraschend
ist es, daß sich bei der erfindungsgemäßen Rakel nicht nur der Einlaufverschleiß bei
erstmaliger Inbetriebnahme vermindert, da die Rakeloberfläche keine Scharten aufweist,
sondern daß auch im weiteren Verlauf des Betriebs die aus dem Stand der Technik bekannte
Grat- bzw. Bartbildung praktisch vollständig vermieden wird. Dies dürfte darauf beruhen,
daß aufgrund der kraterartigen Oberfläche durch Verschleiß abgetragenes Material entlang
der Korngrenzen wegbricht und sich nicht in Unregelmäßigkeiten der Oberfläche unter
Bildung großer Grate ansammeln kann.
[0009] Die erfindungsgemäße Rakel ist vorteilhafterweise aus Stahl gefertigt. Von besonderem
Vorteil ist ihre Ausbildung als Dünnschliffrakel. Eine Dünnschliffrakel weist an ihrer
Spitze eine planparallele oder annähernd planparallele Lamelle auf, die an der Tiefdruckwalze
anliegt. Eine solche Rakel muß nicht nachgeschliffen werden, sondern wird solange
benutzt, bis die Lamelle abgeschlissen ist. Bei einer solchen Dünnschliffrakel ist
es natürlich von besonderem Vorteil, wenn die Grat- und Schartenbildung des Standes
der Technik vermieden wird.
[0010] Vorteilhafterweise ist wenigstens die Lamellenoberfläche der Dünnschliffrakel einem
elektrochemischen Abtragprozeß unterworfen worden. Vorteilhafterweise sind etwa 3
bis 40%, vorzugsweise etwa 5 bis 20%, weiter vorzugsweise etwa 10% der Rakeloberfläche
einem elektrochemischen Abtragprozeß unterworfen worden. Es ist nicht erforderlich,
diejenigen Oberflächenbereiche der Rakel elektrochemisch zu behandeln, die in der
Stützrakel eingespannt sind und mit der Zylinderoberfläche nicht in Berührung kommen
können.
[0011] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum elektrochemischen Abtragen von Material
von der Oberfläche einer Rakel. Die zu behandelnde Rakel ist dabei als Anode in einem
Spalt zwischen wenigstens zwei Kathoden angeordnet. In diesem Spalt befindet sich
ein Elektrolyt, bspw. eine wäßrige Kochsalz- oder Natriumnitratlösung. Erfindungsgemäß
sind Kathoden nur in demjenigen Spaltbereich angeordnet, in dem sich der zu behandelnde
Teil der Rakeloberfläche befindet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es
sich vorteilhafterweise um ein Durchlaufverfahren, bei dem die zubehandelnde Rakel
als Rakelband den Spalt vorzugsweise kontinuierlich durchläuft.
[0012] Der Begriff "Spalt" umfaßt im Rahmen dieser Anmeldung jeden geeigneten Zwischenraum
zwischen den Kathoden, der die Durchführung des elektrochemischen Abtragens erlaubt.
[0013] Eine Hauptschwierigkeit beim ECM-Verfahren stellt die Kontaktierung der Anode an
die zu entgratende Rakel dar. Zur Erzielung einer ausreichenden Abtragrate muß eine
verhältnismäßig hohe Stromstärke verwendet werden. Dadurch kommt es an der Kontaktstelle
der Rakel zu der Anode zu einer starken Erwärmung, unter Umständen kann die Rakel
im Bereich des Anodenkontaktes durchglühen. Die Anodenkontaktierung begrenzt somit
den maximal zuführbaren Strom.
[0014] Erfindungsgemäß wird die anodische Oberflächenbehandlung auf lediglich einen Teil
der Rakeloberfläche beschränkt, um den Strombedarf und damit die Wärmeentwicklung
zu reduzieren. Der Abtragprozeß wird auf einen Teil der Rakelbreite beschränkt und
somit die elektrochemische Wirkfläche verkleinert, während nach wie vor die gesamte
Rakelbreite zur Anodenkontaktierung und damit für die Stromzufuhr zur Verfügung steht.
Die Konzentrierung des zur Verfügung stehenden Stroms auf eine kleinere Wirkfläche
erhöht die Stromdichte in dieser Wirkfläche und damit die elektrochemische Abtragrate.
[0015] Vorteilhafterweise wird der zu behandelnde Oberflächenbereich der Rakel von einer
laminaren Elektrolytströmung umströmt. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Passivierung
der zu behandelnden Rakeloberfläche vermieden oder verringert.
[0016] Vorteilhafterweise werden etwa 3 bis 40%, vorzugsweise etwa 5 bis 20%, weiter vorzugsweise
etwa 10% der Rakeloberfläche dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Abtragprozeß
unterworfen. Zur Anodenkontaktierung der Rakel wird vorteilhafterweise eine Walzenelektrode
verwendet. Es kann aber auch eine bspw. federnd auf der Rakel aufliegende Plattenelektrode
verwendet werden.
[0017] Die zwischen Anode und Kathoden anliegende Spannung beträgt vorteilhafterweise 2
bis 20 V, vorzugsweise etwa 4 bis 10 V. Die verwendete Stromstärke beträgt vorteilhafterweise
50 bis 600 A, vorzugsweise etwa 100 bis 200 A.
[0018] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist einen Spalt auf, in dem die Rakel als Anode zwischen wenigstens zwei Kathoden
angeordnet ist. Die Kathoden sind nur in demjenigen Spaltbereich angeordnet, in dem
sich der zu behandelnde Teil der Rakeloberfläche befindet. Diese Anordnung ist vorteilhafterweise
so gewählt, daß etwa 3 bis 40%, vorzugsweise etwa 5 bis 20%, weiter vorzugsweise etwa
10% der Rakeloberfläche elektrochemisch behandelt werden. Zur Anodenkontaktierung
der Rakel wird vorteilhafterweise eine Walzenelektrode verwendet.
[0019] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Darin zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rakel, die als Dünnschliffrakel
ausgebildet ist;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen elektrochemischen Abtragvorrichtung;
- Fig. 3
- einen Längsschnitt durch diese Vorrichtung entlang des Bearbeitungsspalts;
- Fig. 4
- einen Querschnitt durch diese Vorrichtung;
- Fig. 5
- einen Längsschnitt durch die Vorrichtung senkrecht zum Bearbeitungsspalt.
[0020] In Fig. 1 ist eine als Dünnschliffrakel ausgebildete erfindungsgemäße Rakel 1 gezeigt.
Sie liegt mit der Spitze einer Lamelle 2 an einem Tiefdruckzylinder 3 an. Sie wird
von einer Stützrakel 4 gehaltert, die wiederum in einem Rakelhalter 5 eingespannt
ist. Die Rakel 1 ist üblicherweise zwischen 0,15 und 0,4 mm dick, die Dicke der Lamelle
2 beträgt etwa 0,05 bis 0,1 mm. Die Breite der Lamelle 2 liegt in der Regel zwischen
0,6 und 1,8 mm. Erst wenn die Lamelle in dieser Breite abgeschlissen ist, muß die
Rakel 1 ausgewechselt werden. Die Breite der Rakel 1 insgesamt liegt in der Regel
zwischen etwa 10 und 60 mm.
[0021] Fig. 2 zeigt schematisch die Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung der Rakel.
Ein endloses Rakelband 1 durchläuft einen zwischen den Plattenkathoden 6 und 7 angeordneten
Bearbeitungsspalt 8, in dem sich Elektrolyt befindet. Eine mit dem Pluspol einer Gleichstromquelle
verbundene Anodenwalze 9 kontaktiert das Rakelband 1. Die Walze ist antreibbar und
transportiert das Rakelband 1 durch den Bearbeitungsspalt 8. Es können zusätzliche,
in der Zeichnung nicht dargestellte Transporteinrichtungen für das Rakelband 1 vorhanden
sein. Die Plattenkathoden 6, 7 sind mit dem Minuspol dieser Stromquelle verbunden.
Abstandhalter 10, die vorzugsweise aus keramischem Material bestehen, verhindern,
daß das Rakelband 1 die Plattenkathoden 6, 7 berührt und so ein Kurzschluß entsteht.
[0022] Vor dem Einlauf in die elektrochemische Bearbeitungsstation wird das Rakelband in
der Regel mechanisch vorgeschliffen und entfettet.
[0023] Während des Durchlaufs des Stahlrakels 1 durch den Bearbeitungsspalt 8 wird elektrochemisch
Stahl bzw. Eisen von einem Teil der Oberfläche der Stahlrakel abgetragen. Vereinfacht
läßt sich dies für den Fall der Eisenatome mit folgender Formel darstellen:

[0024] Das entstehende Eisenhydroxid wird aus dem Elektrolyt ausfiltriert, der entstehende
Wasserstoff wird abgesaugt und mit Luft so stark verdünnt, daß keine Verpuffung entstehen
kann.
[0025] Der elektrochemische Abtragprozeß gleicht die vom Vorschleifen herrührende Schartigkeit
aus und wandelt die Strichgeometrie des behandelten Oberflächenteils in die weiter
oben beschriebene kalottenartige Kraterstruktur um.
[0026] In den Fig. 3 bis 5 ist die elektrochemische Bearbeitungsstation im Detail dargestellt.
Die Plattenelektroden bzw. -kathoden 6, 7 begrenzen den vom Rakelband 1 durchlaufenen
Bearbeitungsspalt nach oben und unten. In den Fig. 3 und 4 ist zu erkennen, daß die
Plattenelektroden 6, 7 über einen großen Teil der Breite des Bearbeitungsspaltes mit
einer Isolierschicht 11 versehen sind. Dem als Anode geschalteten Rakelband 1 stehen
daher nur im von der Lamelle 2 durchlaufenden Bereich des Bearbeitungsspaltes Kathoden
6, 7 gegenüber. Es findet daher nur im Bereich dieser Lamelle 2 und in einem unmittelbar
angrenzenden Oberflächenbereich des Rakelbands 1 eine elektrochemische Materialabtragung
statt.
[0027] Die Plattenelektroden 6, 7 weisen Elektrolytkammern 12 auf, die über Einlässe 13
mit Elektrolytlösung gespeist werden. Vorzugsweise wird eine wäßrige Kochsalz- oder
Natriumnitratlösung verwendet. Die Elektrolytlösung strömt durch Öffnungen 14 aus
den Elektrolytkammern 12 in den Bearbeitungsspalt. Es entsteht so eine laminare Elektrolytströmung
zwischen dem Rakelband 1 und den Plattenelektroden 6, 7. Die Elektrolytlösung tritt
seitlich aus dem Bearbeitungsspalt aus, wird durch nicht dargestellte Einrichtungen
aufgefangen, filtriert, und im Kreislauf den Elektrolytkammern 12 wieder zugeführt.
[0028] Die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf Rakel beschränkt, sie kann
ggf. auch bei anderen Werkzeugen Anwendungen finden.
1. Rakel, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil ihrer Oberfläche einem elektrochemischen
Abtragprozeß unterworfen worden ist.
2. Rakel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Stahl gefertigt ist.
3. Rakel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Dünnschliffrakel
1 ausgebildet ist.
4. Rakel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Lamellenoberfläche
der Dünnschliffrakel 1 einem elektrochemischen Abtragprozeß unterworfen worden ist.
5. Rakel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 3 bis 40%,
vorzugsweise etwa 5 bis 20%, weiter vorzugsweise etwa 10% der Rakeloberfläche einem
elektrochemischen Abtragprozeß unterworfen worden sind.
6. Verfahren zum elektrochemischen Abtragen von Material von der Oberfläche einer Rakel
(1), bei dem die Rakel (1) als Anode in einem Raum oder Spalt (8) zwischen wenigstens
zwei Kathoden (6, 7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der
Rakeloberfläche elektrochemisch behandelt wird und daß die Kathoden (6, 7) nur in
demjenigen Spaltbereich angeordnet sind, in dem sich der zu behandelnde Teil der Rakeloberfläche
befindet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Durchlaufverfahren
handelt, in dem das zu behandelnde Rakelband (1) den Spalt (8) durchläuft.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Oberflächenbereich
der Rakel (1) von einer laminaren Elektrolytströmung umströmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 3 bis
40%, vorzugsweise etwa 5 bis 20%, weiter vorzugsweise etwa 10% der Rakeloberfläche
einem elektrochemischen Abtragprozeß unterworfen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Walzenelektrode
(9) zum Kontaktieren einer Rakel (1) verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen
Anode und Kathode (6, 7) anliegende Spannung etwa 2 bis 20 V, vorzugsweise etwa 4
bis 10 V beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke
etwa 50 bis 600 A, vorzugsweise etwa 100 bis 200 A beträgt.
13. Vorrichtung zum elektrochemischen Abtragen von Material von der Oberfläche einer Rakel
(1), mit einem Raum oder Spalt (8), in dem die Rakel (1) als Anode zwischen wenigstens
zwei Kathoden (6, 7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (6,
7) nur in dem Bereich des Spaltes (8) angeordnet sind, in dem sich der zu behandelnde
Teil der Rakeloberfläche befindet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (6, 7) so angeordnet
sind, daß etwa 3 bis 40%, vorzugsweise etwa 5 bis 20%, weiter vorzugsweise etwa 10%
der Rakeloberfläche elektrochemisch behandelt werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine
Walzenelektrode (9) zum Kontaktieren der Rakel (1) aufweist.