Die Erfindung betrifft eine Rakel, insbesondere zum Abrakeln von Druckfarbe von einer Oberfläche einer Druckform und/oder zur Verwendung als Papierstreichmesser, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper mit einem in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskantenbereich, wobei wenigstens der Arbeitskantenbereich mit einer ersten Beschichtung auf der Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung überzogen ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung sowie die Verwendung einer Rakel.

In der Druckindustrie kommen Rakel insbesondere zum Abstreichen überschüssiger Druckfarbe von den Oberflächen von Druckzylindern bzw. Druckwalzen zum Einsatz. Besonders beim Tiefdruck und Flexodruck hat die Qualität der Rakel einen entscheidenden Einfluss auf das Druckergebnis. Unebenheiten oder Unregelmässigkeiten der mit dem Druckzylinder in Kontakt stehenden Arbeitskanten der Rakel führen z. B. zu einer unvollständigen Abstreifung der Druckfarbe von den Stegen der Druckzylinder. Dadurch kann es auf dem Druckträger zu einer unkontrollierten Abgabe von Druckfarbe kommen.

Die Arbeitskantenbereiche der Rakel sind während dem Abstreifen an die Oberflächen der Druckzylinder oder Druckwalzen angepresst und werden relativ zu diesen bewegt. Somit sind die Arbeitskanten, insbesondere bei Rotationsdruckmaschinen, hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, welche einen entsprechenden Verschleiss mit sich bringen. Rakel sind daher grundsätzlich Verbrauchsgegenstände, welche periodisch ausgetauscht werden müssen.

Rakel basieren meist auf einem Grundkörper aus Stahl mit einer speziell ausgeformten Arbeitskante bzw. Arbeitskantenbereich. Um die Lebensdauer der Rakel zu verbessern, können die Arbeitskanten der Rakel zudem mit Beschichtungen oder Überzügen aus Metallen und/oder Kunststoffen versehen werden. Metallische Beschichtungen enthalten oft Nickel oder Chrom, welche gegebenenfalls mit anderen Atomen und/oder Verbindungen vermischt bzw. legiert vorliegen. Die stofflichen Beschaffenheiten der Beschichtungen beeinflussen dabei im Besonderen die mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Rakel massgeblich

In der WO 2003/064157 (Nihon New Chrome Co. Ltd.) sind z. B. Rakel für die Drucktechnik beschrieben, welche eine erste Lage aus chemischem Nickel mit darin dispergierten Hartstoffpartikeln und eine zweite Lage mit einer niedrigen Oberflächenenergie aufweisen. Die zweite Lage besteht bevorzugt aus einem Überzug aus chemisch Nickel mit Fluor-basierten Harzpartikeln oder aus einem rein organischen Harz. Derartig beschichtete Rakel verfügen zwar gegenüber unbeschichteten Rakeln über eine verbesserte Verschleissfestigkeit. Die Lebensdauer ist jedoch nach wie vor nicht vollständig befriedigend. Zudem hat sich gezeigt, dass es bei der Verwendung derartiger Rakel insbesondere in der Einlaufphase zu unkontrollierter Streifenbildung kommen kann, was ebenfalls unerwünscht ist.

Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach einer verbesserten Rakel, welche im Besonderen über eine längere Lebensdauer verfügt und gleichzeitig ein optimales Abstreichen erlaubt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Rakel zu schaffen, welche eine verbesserte Verschleissfestigkeit aufweist und während der gesamten Lebensdauer ein exaktes Abstreichen, insbesondere von Druckfarbe, ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung sind in der ersten Beschichtung monokristalline und/oder polykristalline Diamantpartikel dispergiert, wobei eine Partikelgrösse der Diamantpartikel wenigstens 5 nm und weniger als 50 nm misst.

Unter einer Nickel-Phosphor-Legierung, welche die Basis für die erste Beschichtung bildet, wird in diesem Zusammenhang eine Mischung aus Nickel und Phosphor verstanden, wobei der Phosphorgehalt der Legierung insbesondere bei 1 - 15 Gew.-% liegt. Derartige Legierungen können insbesondere stromlos abgeschieden werden und werden dann auch als chemisch Nickel bezeichnet. Der Ausdruck "auf der Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung" bedeutet, dass die Nickel-Phosphor-Legierung den Hauptbestandteil der ersten Beschichtung bildet. Dabei können in der ersten Beschichtung zusätzlich zur Nickel-Phosphor-Legierung durchaus noch andere Atomsorten und/oder chemische Verbindungen vorliegen, welche einen geringeren Anteil aufweisen als die Nickel-Phosphor-Legierung. Die Nickel-Phosphor-Legierung und die gegebenenfalls vorhandenen anderen Atomsorten und/oder chemischen Verbindungen bilden eine Matrix für die monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikel. Bevorzugt beträgt der Anteil der Nickel-Phosphor-Legierung in der Matrix wenigstens 50 Gew.-%, insbesondere bevorzugt wenigstens 75 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 95 Gew.-%. Besonders vorteilhaft besteht die Matrix der ersten Beschichtung bis auf unvermeidbare Verunreinigungen ausschliesslich aus einer Nickel-Phosphor-Legierung. Idealerweise besteht die erste Beschichtung entsprechend bis auf unvermeidbare Verunreinigungen ausschliesslich aus einer Nickel-Phosphor-Legierung mit darin dispergierten monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikeln.

Erfindungsgemäss sind die monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikel in der ersten Beschichtung dispergiert. Dies bedeutet insbesondere, dass die Diamantpartikel im Wesentlichen gleichmässig verteilt in der ersten Beschichtung vorliegen.

Unter der Partikelgrösse wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine maximale Dimension und/oder äussere Abmessung der monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikel verstanden. Bezüglich der Partikelgrösse weisen die Diamantpartikel im Allgemeinen zudem eine gewisse Verteilung bzw. eine Streubreite auf. In der ersten Beschichtung liegen daher insbesondere zugleich Diamantpartikel mit unterschiedlichen Partikelgrössen vor.

Wie sich gezeigt hat, verbessern die in der ersten Beschichtung auf der Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung dispergierten monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikel mit den erfindungsgemässen Partikelgrössen von wenigstens 5 nm und weniger als 50 nm die Verschleissfestigkeit der Arbeitskanten bzw. Arbeitskantenbereiche der Rakel wesentlich. Dies bringt insbesondere eine lange Lebensdauer der erfindungsgemässen Rakel mit sich.

Zugleich werden die Arbeitskanten durch die erste Beschichtung auf der Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung mit den darin dispergierten Diamantpartikeln optimal stabilisiert. Daraus ergibt sich eine scharf begrenzte Kontaktzone zwischen der Rakel und dem Druckzylinder bzw. der Druckwalze, was wiederum insbesondere ein äusserst exaktes Abstreichen bzw. Abrakeln von Druckfarbe ermöglicht. Die Kontaktzone bleibt dabei über die gesamte Lebensdauer der Rakel bzw. über den gesamten Druckprozess weitgehend stabil.

Des Weiteren weisen die erfindungsgemässen Rakel äusserst günstige Gleiteigenschaften auf den üblicherweise verwendeten Druckzylindern bzw. Druckwalzen auf. Dadurch wird bei der Verwendung der erfindungsgemässen Rakel zum Abraklen auch ein Verschleiss der Druckzylinder bzw. Druckwalzen reduziert.

Um die Verbesserung der Verschleissfestigkeit und die optimale Stabilisierung der Arbeitskanten der Rakel zu erreichen, haben sich monokristalline und/oder polykristalline Diamantpartikel mit einer Partikelgrösse von wenigstens 5 nm und weniger als 50 nm als bestmögliche Wahl herausgestellt. Diamant mit mono- und/oder polykristalliner Struktur hat sich dabei insbesondere aufgrund seiner hohen Härte und seiner chemischen Inertheit gegenüber einer Vielzahl von potentiellen Reaktionspartnern als optimales Material für die erfindungsgemässen Partikel herausgestellt. Dabei ist Diamant mit mono- und/oder polykristalliner Struktur nicht zu verwechseln mit anderen Formen von Kohlenstoff, wie z. B. Graphit, Glaskohlenstoff, Graphen, Russ oder dem amorphen diamantartigen Kohlenstoff ("diamond-like carbon"; "DLC"). Diese Formen des Kohlenstoffs bringen die erfindungsgemässen Vorteile nur beschränkt oder gar nicht mit sich.

Bei den erfindungsgemässen Partikelgrössen ist der Anteil der Partikeloberfläche im Verhältnis zum Partikelvolumen im Vergleich zu Partikelgrössen im Mikrometerbereich sehr gross. Entsprechend hat die Partikeloberfläche, welche zudem mit der umgebenden Nickel-Phosphor-Legierung in Kontakt steht und wechselwirkt, einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften der Diamantpartikel, was sich augenscheinlich positiv auf die Eigenschaften der erfindungsgemässen Rakel auswirkt.

Bei der Verwendung von Diamantpartikeln mit geringeren Partikelgrössen als 5 nm nimmt insbesondere die Verschleissfestigkeit der Arbeitskante der Rakel ab, womit sich die Lebensdauer der Rakel verkürzt. Bei Partikelgrössen von 50 nm und mehr reduziert sich insbesondere die Stabilisierung der Arbeitskante der Rakel, was das exakte Abstreichen von Druckfarbe verschlechtert.

Die Zugabe von Diamantpartikeln mit einer Partikelgrösse von wenigstens 5 nm und weniger als 50 nm ergibt daher im Zusammenspiel mit Nickel-Phosphor-Legierungen neuartige Beschichtungen für Rakel mit überlegenen mechanischen und tribologischen Eigenschaften.

Bevorzugt beträgt ein Phosphorgehalt der Nickel-Phosphor-Legierung 7 - 12 Gew-%. Derartige Beschichtungen haben sich in Kombination mit den erfindungsgemässen monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikeln als besonders geeignet erwiesen, da dadurch insbesondere eine höhere Verschleissfestigkeit während der gesamten Lebensdauer der Rakel erhalten wird. Ein Phosphorgehalt von 7 - 12 Gew-% verbessert zudem die Korrosionsbeständigkeit, die Anlaufbeständigkeit und die Inertheit der Nickel-Phosphor-Legierung. Ebenfalls positiv wirkt sich ein Phosphorgehalt von 7 - 12 Gew-.% auf die Gleiteigenschaften der Rakel sowie die Stabilität der Arbeitskante aus, womit ein besonders exaktes Abstreichen bzw. Abrakeln von Druckfarbe möglich ist. Des Weiteren ist bei einem Phosphorgehalt von 7 - 12 Gew-% auf den üblicherweise verwendeten Grundkörpern für Rakel, wie z. B. Stahl, eine gute Anhaftung gegeben.

Prinzipiell ist es aber auch möglich einen geringeren Phosphorgehalt als 7 Gew.-% oder eine grösseren Phosphorgehalt als 12 Gew.-% vorzusehen. Die vorstehend genannten positiven Effekte verringern sich jedoch dadurch oder entfallen gar gänzlich.

Eine Schichtdicke der ersten Beschichtung beträgt mit Vorteil 1 - 10 µm. Derartige Dicken der ersten Beschichtung bieten einen optimalen Schutz der Arbeitskante der Rakel. Zudem weisen derart bemessene erste Beschichtungen eine hohe Eigenstabilität auf, was die teilweise oder vollständige Delamination der ersten Beschichtung, beispielsweise während des Abrakeln von Druckfarbe von einem Druckzylinder, wirkungsvoll reduziert.

Dicken von weniger als 1 µm sind zwar möglich, die Verschleissfestigkeit der Arbeitskante bzw. der Rakel nimmt dabei aber rasch ab. Grössere Dicken als 10 µm sind auch machbar. Diese sind einerseits aber weniger ökonomisch und wirken sich teilweise negativ auf die Qualität der Arbeitskante aus.

Insbesondere beträgt eine Volumendichte der monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikel in der ersten Beschichtung 5 - 20 %, besonders bevorzugt 15 - 20 %. Rakel mit derartigen Volumendichten zeigen eine äusserst gute Verschleissfestigkeit und lange Lebensdauer. Gleichzeitig ergibt sich auch eine optimal scharf begrenzte Kontaktzone zwischen Rakel und Druckzylinder bzw. Druckwalze, wobei die Kontaktzone über die gesamte Lebensdauer der Rakel im Wesentlichen konstant bzw. stabil bleibt.

Es ist grundsätzlich auch möglich, monokristalline und/oder polykristalline Diamantpartikel mit grösseren oder kleineren Volumenanteilen vorzusehen. Dabei wird aber unter Umständen die Verschleissfestigkeit und/oder die Stabilität der Rakel während dem Druckprozess beeinträchtigt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind in der ersten Beschichtung zusätzliche Hartstoffpartikel enthalten. Unter dem Begriff Hartstoffpartikel werden in diesem Zusammenhang insbesondere Metallcarbide, Metallnitride, Keramiken und intermetallische Phasen, welche bevorzugt eine Härte von wenigstens 1000 HV aufweisen, verstanden. Hierzu zählen beispielsweise kubisches Bornitrid (BN), Borcarbid (BC), Chromoxid (Cr₂O₃), Titandiborid (TiB₂), Zirkonnitrid (ZrN), Zirkoncarbid (ZrC), Titancarbid (TiC), Siliziumcarbid (SiC), Titannitrid (TiN), Aluminium-Oxid bzw. Korund (Al₂O₃), Wolframcarbid (WC), Vanadiumcarbid (VC), Tantalcarbid (TaC), Zirkondioxid (ZrO₂) und/oder Siliziumnitrid (Si₃N₄).

Sind zusätzliche Hartstoffpartikel in der ersten Beschichtung vorhanden, kann insbesondere die Verschleissfestigkeit der Arbeitskante weiter verbessert werden. Idealerweise umfassen die zusätzlichen Hartstoffpartikel Aluminiumoxid-Partikel bzw. Partikel aus Korund (Al₂O₃) mit einer Partikelgrösse von 0.3 - 0.5 µm. Derartige Hartstoffpartikel zeichnen sich insbesondere durch ihre Härte, mechanische Festigkeit, chemische Resistenz und guten Gleiteigenschaften aus. Durch die Aluminiumoxid-Partikel, insbesondere bei einer Partikelgrösse von 0.3 - 0.5 µm wird die Stabilität der ersten Beschichtung bzw. der Nickel-Phosphor-Legierung in Kombination mit den monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikel weiter erhöht, was die Qualität der Arbeitskante verbessert und ein über die gesamte Lebensdauer der Rakel besonders gleichmässiges und exaktes Abrakeln ermöglicht.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, andere Hartstoffpartikel als Partikel aus Aluminiumoxid einzusetzen und/oder Partikelgrössen von weniger als 0.3 µm und/oder mehr als 0.5 µm vorzusehen. Dies geht aber unter Umständen zu Lasten der Verschleissfestigkeit und/oder Stabilität der Rakel. Ob und welche Sorte von zusätzlichen Hartstoffpartikeln der ersten Beschichtung zugegeben wird, kann auch vom Verwendungszweck der Rakel abhängen und wird z. B. vom Material und der Oberflächenbeschaffenheit der Druckzylinder und/oder Druckwalzen mitbestimmt.

Erfindungsgemäss ist auf der ersten Beschichtung eine zweite Beschichtung auf der Basis einer weiteren Nickel-Phosphor-Legierung angeordnet. Eine zweite Beschichtung auf der Basis einer weiteren Nickel-Phosphor-Legierung kann insbesondere als Schutzschicht für die erste Beschichtung dienen, wodurch die Verschleissfestigkeit und Stabilität der Arbeitskante der Rakel weiter erhöht werden kann. Eine zweite Beschichtung kann zudem als stabile Matrix für weitere Zusatzstoffe dienen, welche das Abrakeln mit der erfindungsgemässen Rakel positiv beeinflussen.

Erfindungsgemäss ist ein Phosphorgehalt der weiteren Nickel-Phosphorlegierung der zweiten Beschichtung kleiner als ein Phosphorgehalt der Nickel-Phosphorlegierung der ersten Beschichtung. Durch die Kombination von Beschichtungen mit unterschiedlichen Phosphoranteilen wird insbesondere ein höherer Verschleissschutz der Arbeitskante erzielt und zugleich eine weitere Stabilisierung der Arbeitskante erhalten. Ein Phosphorgehalt der weiteren Nickel-Phosphor-Legierung der zweiten Beschichtung von 6 - 9 Gew.-% hat sich hierbei als besonders geeignet erwiesen.

Grundsätzlich kann der Phosphorgehalt der weiteren Nickel-Phosphor-Legierung der zweiten Beschichtung aber auch weniger als 6 % oder mehr als 9 % betragen. Ebenso ist es prinzipiell möglich, in der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung einen vergleichbaren Phosphorgehalt vorzusehen oder in der zweiten Beschichtung einen höheren Phosphorgehalt auszubilden als in der ersten Beschichtung. Dies kann jedoch zu Lasten der Qualität der Arbeitskante der Rakel gehen.

Eine Schichtdicke der zweiten Beschichtung misst insbesondere 0.5 - 3 µm. Derartige Schichtdicken garantieren im Besonderen eine hohe Eigenstabilität der zweiten Beschichtung und zugleich eine gute Schutzwirkung für die erste Beschichtung, was der Stabilität der Arbeitskante insgesamt zu Gute kommt.

Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, eine zweite Beschichtung mit einer Schichtdicke von weniger als 0.5 µm oder mehr als 3 µm zu realisieren. Dies verringert aber unter Umständen die Stabilität und Verschleissfestigkeit der Arbeitskante der Rakel.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die zweite Beschichtung Polymerpartikel. Dabei enthalten die Polymerpartikel mit Vorteil Polytetrafluorethylen (PTFE) und weisen insbesondere eine Partikelgrösse von 0.5 - 1 µm auf. Mit Vorteil bestehen die Polymerpartikel, bis auf unvermeidbare Verunreinigungen, vollständig aus Polytetrafluorethylen.

Polymerpartikel in der zweiten Beschichtung können insbesondere eine Schmierwirkung hervorrufen, was wiederum die Gleiteigenschaften der Arbeitskante der Rakel beim Abrakeln verbessert. Polymerpartikel umfassend Polytetrafluorethylen und ganz besonders Polymerpartikel, welche vollständig aus Polytetrafluorethylen bestehen, haben sich dabei insbesondere bei einer Partikelgrösse von 0.5 - 1 µm als besonders vorteilhaft erwiesen. Im Besonderen in Verbindung mit einer Nickel-Phosphor-Legierung mit einem Phosphorgehalt von 6 - 9 % tragen derartige Polymerpartikel zu einer qualitativ hochstehenden Arbeitskante bei, welche ein äusserst präzises und für einen Druckzylinder und/oder eine Druckwalze schonendes Abraklen ermöglicht.

Grundsätzlich können Polymerpartikel, welche Polytetrafluorethylen enthalten, auch zusätzliche Polymermaterialien enthalten. Ebenso ist es möglich, Polymerpartikel ohne Polytetrafluorethylen einzusetzen oder Partikelgrössen von weniger als 0.5 oder mehr als 1 µm vorzusehen. Auch ist es möglich, voll ständig auf Polymerpartikel in der zweiten Beschichtung zu verzichten. Dabei entfallen jedoch die vorstehend genannten Vorteile wenigstens teilweise.

Zur Herstellung einer Rakel, insbesondere einer erfindungsgemässen Rakel, kann auf einem in einer longitudinalen Richtung eines flachen und länglichen Grundkörpers ausgebildeten Arbeitskantenbereich der Rakel eine erste Beschichtung auf der Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung abgeschieden werden. Dabei werden in der ersten Beschichtung monokristalline und/oder polykristalline Diamantpartikel mit einer Partikelgrösse von wenigstens 5 nm und weniger als 50 nm dispergiert.

Mit Vorteil erfolgt die Abscheidung der ersten Beschichtung durch ein stromloses Abscheide- bzw. Beschichtungsverfahren. Zur Abscheidung der ersten Beschichtung auf der Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung wird in diesem Fall kein elektrischer Strom verwendet, wodurch sich derartige Abscheideverfahren klar von den galvanischen Abscheidetechniken unterscheiden. Zur stromlosen Abscheidung bzw. Beschichtung wird die Arbeitskante oder gegebenenfalls der gesamte Grundkörper der Rakel in ein geeignetes Elektrolytbad mit darin suspendierten monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikeln eingetaucht und in an und für sich bekannter Weise beschichtet. Die im Elektrolytbad suspendierten monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikel werden während dem Beschichtungs- bzw. Abscheideprozess in die Nickel-Phosphor-Legierung mit eingebaut und werden so im Wesentlichen zufällig verteilt in der abgeschiedenen Nickel-Phosphor-Legierung dispergiert. Aufgrund der relativ geringen Partikelgrösse von wenigstens 5 nm und weniger als 50 nm und dem damit verbundenen relativ grossen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, sind die Diamantpartikel trotz ihrer erheblichen Dichte gleichmässig in der gesamten Elektrolytlösung verteilt. Da die zwischen der Oberfläche der Diamantpartikel und der Flüssigkeit im Elektrolytbad auftretenden Reibkräfte im Allgemeinen grösser sind als die auf die Diamantpartikel wirkende Gravitationskraft, wird ein Absinken der Diamantpartikel während dem Abscheideprozess nämlich weitgehend verhindert. Dies führt schliesslich auch zu einem äusserst gleichmässigen Einbau der Diamantpartikel in die erste Beschichtung.

Durch ein stromloses Abscheideverfahren kann daher eine qualitativ hochstehende erste Beschichtung erzeugt werden, welche insbesondere eine hohe Konturentreue gegenüber der Arbeitskante der Rakel bzw. gegenüber dem Grundkörper der Rakel sowie eine sehr gleichmässige Schichtdickenverteilung aufweist. Mit anderen Worten wird durch die stromlose Abscheidung eine äusserst gleichmässige Nickel-Phosphor-Legierung mit besonders gleichmässig verteilten monokristallinen und/oder polykristallinen Diamantpartikeln gebildet, welche der Kontur der Arbeitskante der Rakel bzw. dem Grundkörper optimal folgt, was entscheidend zur Qualität der Rakel beiträgt.

Aufgrund der stromlosen Abscheidung der Nickel-Phosphor-Legierung können grundsätzlich auch Kunststoffe als Grundkörper für die Rakel eingesetzt und in einfacher Art und Weise mit der ersten Beschichtung aus der Nickel-Phosphor-Legierung versehen werden.

Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die erste Beschichtung durch ein galvanisches Verfahren auf dem Grundkörper abzuscheiden. Es hat sich aber gezeigt, dass derartig abgeschiedene erste Beschichtungen weniger gleichmässig ausgebildet sind und insgesamt eine reduzierte Stabilität und Anhaftung auf dem Grundkörper aufweisen.

Falls eine zweite Beschichtung auf der Basis einer weiteren Nickel-Phosphor-Legierung auf der ersten Beschichtung angebracht wird, kann diese sowohl durch ein stromloses Beschichtungsverfahren, als auch durch ein galvanisches Beschichtungsverfahren abgeschieden werden. Insbesondere für das Abscheiden einer zweiten Beschichtung auf der Basis einer weiteren Nickel-Phosphor-Legierung mit darin dispergierten Polymerpartikeln hat sich aber die stromlose Abscheidung als besonders geeignet erwiesen.

Weiter bevorzugt wird die erste Beschichtung zur Aushärtung einer Wärmebehandlung, insbesondere bei einer Temperatur von 100 = 500°C, insbesondere 170 - 300°C, unterzogen. Falls vorhanden wird mit Vorteil auch die zweite Beschichtung dieser Wärmebehandlung unterzogen. Durch die Wärmebehandlung werden Festkörperreaktionen in den Nickel-Phosphor-Legierungen induziert, welche die Härte der Nickel-Phosphor-Legierungen in der ersten Beschichtung, und gegebenenfalls auch in der zweiten Beschichtung, erhöhen. Die Temperaturen von 100 - 500°C, insbesondere 170 - 300°C, werden dabei bevorzugt während einer Haltezeit von 0.5 - 15 Stunden, besonders bevorzugt 0.5 - 8 Stunden, gehalten. Derartige Temperaturen und Haltezeiten haben sich als optimal erwiesen, um ausreichende Härten der Nickel-Phosphor-Legierungen zu erzielen.

Temperaturen von weniger als 100°C sind hierbei ebenfalls möglich. In diesem Fall sind jedoch sehr lange und meist unökonomische Haltezeiten erforderlich. Höhere Temperaturen als 500°C sind, je nach Material des Grundkörpers, prinzipiell auch machbar, dabei ist jedoch der Härteprozess der Nickel-Phosphor-Legierung schwieriger steuerbar.

Grundsätzlich kann aber auch vollständig auf eine Wärmebehandlung verzichtet werden. Allerdings geht dies zu Lasten der Verschleissfestigkeit bzw. Lebensdauer der Rakel.

Falls zwei Beschichtungen auf dem Grundkörper angeordnet werden, erfolgt die Wärmebehandlung mit Vorteil erst nach dem Abscheiden bzw. dem Auftragen der zweiten Beschichtung auf der ersten Beschichtung. Dadurch wird insbesondere eine Oxidbildung auf der Oberfläche der ersten Beschichtung, welche von der zweiten Beschichtung bedeckt ist, verhindert. Dies bringt einerseits eine bessere Haftung zwischen der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung mit sich und andererseits wird die Gleichmässigkeit der Rakel im Bereich der Arbeitskante insgesamt verbessert.

Falls eine zweite Beschichtung vorgesehen ist, wird diese insbesondere auf einem bezüglich der longitudinalen Richtung vorliegenden Mantelbereich des Grundkörpers, bevorzugt auf dem gesamten Grundkörper, allseitig abgeschieden. In diesem Fall ist der bezüglich der longitudinalen Richtung vorliegenden Mantelbereich des Grundkörpers oder bevorzugt der gesamte Grundkörper, allseitig mit der zweiten Beschichtung bedeckt. Abgesehen davon, dass der Grundkörper der Rakel so bestmöglich vor Umwelteinflüssen und insbesondere den teilweise chemisch aggressiven Druckfarben geschützt wird, vereinfacht sich dadurch der Beschichtungsvorgang. Der Grundkörper kann z. B. vollständig in das Elektrolytbad eingetaucht werden. Dies ist bei der alleinigen Beschichtung der mit der ersten Beschichtung versehenen Arbeitskante nicht möglich, da der Grundkörper dann unter Umständen in aufwändiger Weise bezüglich der Flüssigkeitsoberfläche des Elektrolytbads ausgerichtet werden muss.

Prinzipiell kann aber auch lediglich die mit der ersten Beschichtung versehene Arbeitskante mit der zweiten Beschichtung versehen werden.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

Einen Querschnitt durch einen ersten Lamellenrakel mit einer Beschichtung im Bereich der Arbeitskante;

Fig. 2

Einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Lamellenrakel mit einer Zweifachbeschichtung im Bereich der Arbeitskante;

Fig. 3

Eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Rakel.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine erste Lamellenrakel 100 im Querschnitt dargestellt. Die Lamellenrakel 100 beinhaltet einen Grundkörper 111 aus Stahl, welcher auf der in Fig. 1 linken Seite einen hinteren Bereich 112 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Eine Rakeldicke, gemessen von der Oberseite 112.1 zur Unterseite 112.2 des hinteren Bereichs, beträgt ca. 0.2 mm. Eine senkrecht zur Blattebene gemessene Länge des Grundkörpers 111 bzw. der Lamellenrakel 100 beträgt beispielsweise 1000 mm.

Auf der in Fig. 1 rechten Seite ist der Grundkörper 111 zur Ausbildung eines Arbeitskantenbereichs 113 bzw. einer Arbeitskante von der Oberseite 112.1 des hinteren Bereichs 112 her stufenartig verjüngt. Eine Oberseite 113.1 der Arbeitskante 113 liegt auf einer Ebene unterhalb der Ebene der Oberseite 112.1 des hinteren Bereichs 112, ist aber im Wesentlichen parallel bzw. planparallel zur Oberseite 112.1 des hinteren Bereichs 112 ausgebildet. Zwischen dem hinteren Bereich 112 und der Arbeitskante 113 liegt ein konkav ausgeformter Übergangsbereich 112.5 vor. Die Unterseite 112.2 des hinteren Bereichs 112 und die Unterseite 113.2 der Arbeitskante 113 liegen in einer gemeinsamen Ebene, welche planparallel zur Oberseite 112.1 des hinteren Bereichs 112 und planparallel zur Oberseite 113.1 der Arbeitskante 113 ausgebildet ist. Eine Breite des Grundkörpers 111, gemessen vom freien Ende des hinteren Bereichs bis zur Stirnseite 114 der Arbeitskante 113, misst beispielsweise 40 mm. Eine Dicke der Arbeitskante 113, gemessen von der Oberseite 113.1 zur Unterseite 113.2 der Arbeitskante, beträgt beispielsweise 0.060 - 0.150 mm, was ungefähr der halben Rakeldicke im hinteren Bereich 112 entspricht. Eine Breite des Arbeitskantenbereichs 113, gemessen an der Oberseite 113.1 der Arbeitskante 113 von der Stirnseite 114 bis zum Übergangsbereich 112.5, beträgt beispielsweise 0.8 - 5 mm.

Eine freie Stirnseite 114 des rechts liegenden freien Endes der Arbeitskante 113 verläuft von der Oberseite 113.1 der Arbeitskante 113 schräg nach links unten zur Unterseite 113.2 der Arbeitskante 113 hin. Die Stirnseite 114 weist dabei bezüglich der Oberseite 113.1 der Arbeitskante 113 bzw. bezüglich der Unterseite 113.2 der Arbeitskante 113 einen Winkel von ca. 45° bzw. 135° auf. Ein oberer Übergangsbereich zwischen der Oberseite 113.1 und der Stirnseite 114 der Arbeitskante 113 ist abgerundet. Ebenso ist ein unterer Übergangsbereich zwischen der Stirnseite 114 und der Unterseite 113.2 der Arbeitskante 113 abgerundet.

Die Arbeitskante 113 der Lamellenrakel 100 ist des Weiteren von einer ersten Beschichtung 120 umgeben. Die erste Beschichtung 120 bedeckt dabei die Oberseite 113.1 der Arbeitskante 113, den konkav ausgeformten Übergangsbereich 112.5 und einen an diesen anschliessenden Teilbereich der Oberseite 112.1 des hinteren Bereichs 112 des Grundkörpers 111 vollständig. Ebenso bedeckt die erste Beschichtung 120 die Stirnseite 114, die Unterseite 113.2 der Arbeitskante 113 und einen an die Unterseite 113.2 der Arbeitskante 113 anschliessenden Teilbereich der Unterseite 112.2 des hinteren Bereichs 112 des Grundkörpers 111.

Die erste Beschichtung 120 besteht z. B. im Wesentlichen aus einer stromlos abgeschiedenen Nickel-Phosphor-Legierung mit einem Phosphoranteil von z. B. 10 Gew.-%. Darin sind polykristalline Diamantpartikel 120.1 mit einer Partikelgrösse von beispielsweise 15 - 40 nm dispergiert. Der Volumenanteil der polykristallinen Diamantpartikel 120.1 beträgt z. B. 18 %. Die Schichtdicke der ersten Beschichtung 120 misst im Bereich der Arbeitskante 113 z. B. 5 µm. Im Bereich der Oberseite 112.1 und der Unterseite 112.2 des hinteren Bereichs 112 nimmt die Schichtdicke der ersten Beschichtung 120 kontinuierlich ab, so dass die erste Beschichtung 120 in einer Richtung von der Arbeitskante 113 weg keilförmig ausläuft.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemässe Lamellenrakel 200 im Querschnitt dargestellt. Die Lamellenrakel 200 beinhaltet einen Grundkörper 211 aus Stahl, welcher im Wesentlichen identisch ausgebildet ist wie der Grundkörper 111 der ersten Lamellenrakel 100 aus Fig. 1.

Die Arbeitskante 213 der zweiten Lamellenrakel 200 ist von einer ersten Beschichtung 220 umgeben. Die erste Beschichtung 220 bedeckt dabei die Oberseite 213.1 der Arbeitskante 213, den Übergangsbereich 212.5 und einen an diesen anschliessenden Teilbereich der Oberseite 212.1 des hinteren Bereichs 212 des Grundkörpers vollständig. Ebenso bedeckt die erste Beschichtung 220 die Stirnseite 214, die Unterseite 213.2 der Arbeitskante 213 und einen an die Unterseite 213.2 der Arbeitskante 213 anschliessenden Teilbereich der Unterseite 212.2 des hinteren Bereichs 212 des Grundkörpers 211.

Die erste Beschichtung 220 der zweiten Lammellenrakel 200. besteht z.B. im Wesentlichen aus einer stromlos abgeschiedenen Nickel-Phosphor-Legierung mit einem Phosphoranteil von z. B. 12 Gew.-%. In der ersten Beschichtung sind polykristalline Diamantpartikel 220.1 (in Fig. 2 durch Kreise symbolisiert) und Haftstoffpartikel 220.2 aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) (in Fig. 2 durch Fünfecke symbolisiert) dispergiert. Die Diamantpartikel 220.1 weisen dabei eine Partikelgrösse von beispielsweise 15 - 40 nm auf, während die Hartstoffpartikel 220.2 bzw. die Partikel aus Aluminiumoxid eine Partikelgrösse von 0.4 µm aufweisen. Der Volumenanteil der polykristallinen Diamantpartikel 220.1 beträgt z. B. 15%. Die Schichtdicke der ersten Beschichtung 220 misst im Bereich der Arbeitskante 213 z. B. 5 µm. Im Bereich der Oberseite 212.1 und der Unterseite 212.2 des hinteren Bereichs 212 nimmt die Schichtdicke der ersten Beschichtung 220 kontinuierlich ab, so dass die erste Beschichtung 220 in einer Richtung von der Arbeitskante 213 weg keilförmig ausläuft.

Die erste Beschichtung 220 und die übrigen Bereiche des Grundkörpers 211, welche nicht von der ersten Beschichtung 220 bedeckt sind, sind vollständig von einer zweiten Beschichtung 221 umgeben. Somit sind auch die Oberseite 212.1 und die Unterseite 212.2 des hinteren Bereichs 212 sowie die hintere Stirnseite des Grundkörpers 211 mit der zweiten Beschichtung 221 bedeckt. Der Mantelbereich des Grundkörpers 211 bezüglich der senkrecht zur Blattebene liegenden longitudinalen Richtung des Grundkörpers 211 bzw. des zweiten Lamellenrakels 200 ist damit vollständig und rundum von wenigstens einer der beiden Beschichtungen 220, 221 umgeben. Die planparallel zur Blattebene liegenden und in Fig. 2 nicht sichtbaren vorderen und hinteren Seitenflächen des Grundkörpers 211 können ebenfalls mit der zweiten Beschichtung 221 bedeckt sein.

Die zweite Beschichtung 221 besteht aus einer weiteren stromlos abgeschiedenen Nickel-Phosphor-Legierung mit einem Phosphoranteil von ca. 7%. Der Phosphoranteil der ersten Beschichtung 210 ist damit grösser als der Phosphoranteil der zweiten Beschichtung 220. Die Schichtdicke der zweiten Beschichtung 221 beträgt beispielsweise 1.8 µm. In der zweiten Beschichtung 221 sind zudem Polymerpartikel 221.1 dispergiert. Die Polymerpartikel 221.1 bestehen z. B. aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und weisen eine Partikelgrösse von beispielsweise 0.6 - 0.8 µm auf.

In Fig. 3 ist ein Verfahren 300 zur Herstellung einer Rakel, wie sie z. B. in den Fig. 1 und 2 abgebildet sind, schematisch dargestellt. Dabei werden in einem ersten Schritt 301 die zu beschichtenden Arbeitskanten 113, 213 der Grundkörper 111, 211 in ein geeignetes und an sich bekanntes wässriges Elektrolytbad mit darin suspendierten polykristallinen und/oder monokristallinen Diamantpartikeln 120.1, 220.1 mit einer Partikelgrösse von beispielsweise 10 - 40 nm eingetaucht. Falls, wie bei der Lammellenrakel aus Fig. 2 zusätzliche Hartstoffpartikel 220 in die Beschichtung eingebaut werden sollen, werden die zusätzlichen Hartstoffpartikel 220 ebenfalls im Elektrolytbad suspendiert. Während dem anschliessenden Abscheideprozess werden unter anderem Nickelionen aus einem Nickelsalz, z. B. Nickelsulfat, durch ein Reduktionsmittel, z. B. Natriumhypophosphit, in wässriger Umgebung zu elementarem Nickel reduziert und auf den Arbeitskanten 113, 213 unter Ausbildung einer Nickel-Phosphor-Legierung und unter Einbettung der polykristallinen und/oder monokristallinen Diamantpartikeln 120.1, 220.1 sowie, falls vorhanden, der zusätzlichen Hartstoffpartikel 220.2 abgeschieden. Dies geschieht ohne das Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. vollständig stromlos unter mässig sauren Bedingungen (pH 4 - 6.5) und bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise 70 - 95°C. Der Phosphorgehalt in den ersten Beschichtungen 120, 220 kann in an sich bekannter Weise durch die Konzentrationen und Mischverhältnisse der Edukte im Elektrolytbad kontrolliert werden.

Falls wie bei der zweiten Lamellenrakel 200 aus Fig. 2 zusätzlich eine zweite Beschichtung 220 vorgesehen ist, wird in einem zweiten Schritt 302 der Grundkörper 211 mit der ersten Beschichtung 210 in ein weiteres und an sich bekanntes wässriges Elektrolytbad mit darin suspendierten Polymerpartikeln 220.1, z. B. aus Polytetrafluorethylen mit einer Partikelgrösse von 0.6 - 0.8 µm, eingetaucht. Der anschliessende Abscheideprozess verläuft in der gleichen Weise wie bereits beim ersten Schritt 301 für die ersten Beschichtungen 120, 220 beschrieben. Für den Fall, dass wie bei der ersten Lamellenrakel aus Fig. 1 keine zweite Beschichtung vorgesehen ist, entfällt der zweite Schritt 302 und es wird, falls erwünscht, direkt der dritte Schritt 303 durchgeführt.

In einem dritten Schritt 303 werden die beschichteten Grundkörper 111, 211 während beispielsweise zwei Stunden und bei einer Temperatur von 300°C einer Wärmebehandlung zugeführt. Damit härten die ersten Beschichtungen 120, 220 und falls vorhanden die zweite Beschichtung 221 aus. Zum Schluss werden die fertigen Lamellenrakel 100, 200 abgekühlt und sind damit einsatzbereit.

Wie sich in Testversuchen gezeigt hat, weist die in Fig. 1 abgebildete erste Lamellenrakel 100 eine sehr hohe Verschleissfestigkeit und Stabilität über die gesamte Lebensdauer auf. Zum Vergleich wurde bei einer Lamellenrakel, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, in einem ersten Vergleichsversuch auf das Einbringen von Diamantpartikeln 120.1 in die erste Beschichtung 120 verzichtet. Dabei hat sich gezeigt, dass derartige Rakel ohne Diamantpartikel eine geringere Verschleissfestigkeit und entsprechend kürzere Lebensdauer aufweisen als die erfindungsgemässe Lamellenrakel 100 aus Fig. 1.

In einem zweiten Vergleichsversuch wurden bei einer Lamellenrakel, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, anstelle der Diamantpartikel 120.1, welche eine Partikelgrösse von ca. 10-40 nm aufweisen, grössere Diamantpartikel mit einer Partikelgrösse von ca. 100 nm eingesetzt. Die Arbeitskante der Rakel war in diesem Fall jedoch über die gesamte Lebensdauer der Rakel betrachtet weniger stabil als bei der Lamellenrakel 100 aus Fig. 1.

Die zweite Lamellenrakel 200 aus Fig. 2 hat sich in weiteren Testversuchen im Vergleich mit der ersten Lamellenrakel 100 als teilweise noch stabiler und verschleissfester erwiesen.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sowie die Herstellungsverfahren sind lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden können.

So kann der Grundkörper 11 in Fig. 1 auch aus einem anderen Material, wie z. B. rostfreier Stahl oder einem Karbon-Stahl, gefertigt sein. In diesem Fall kann es aus ökonomischen Gründen vorteilhaft sein, die zweite Beschichtung 21 lediglich im Bereich der Arbeitskante 13 anzubringen, um den Materialverbrauch bei der Beschichtung zu reduzieren. Grundsätzlich kann der Grundkörper 11 aber auch aus einem nichtmetallischen Material, wie z. B. Kunststoffen, bestehen. Dies kann insbesondere für Anwendungen im Flexodruck vorteilhaft sein.

Es ist aber auch möglich, anstelle der Grundkörper 111, 211 aus den Fig. 1 und 2 Grundkörper mit anderen Formen zu verwenden. Insbesondere können die Grundkörper eine keilförmige Arbeitskante oder einen nicht verjüngten Querschnitt mit abgerundeter Arbeitskante aufweisen. Die freien Stirnseiten 114, 214 der rechts liegenden freien Enden der Arbeitskanten 113, 213 können beispielsweise auch vollständig abgerundet ausgeformt sein.

Des Weiteren können die erfindungsgemässen Rakeln 100, 200 aus den Fig. 1 und 2 auch anders dimensioniert sein. So können beispielsweise die Dicken der Arbeitsbereiche 113, 213, gemessen von den Oberseiten 113.1, 213.1 zu den Unterseiten 113.2, 213.2 der Arbeitsbereiche 113, 213, in einem Bereich von 0.040 - 0.200 mm variieren.

Ebenso können sämtliche Beschichtungen 120, 220, 221 der beiden Lamellenrakel 100, 200 weitere Legierungskomponenten und/oder zusätzliche Stoffe, wie z. B. Metallatome, Nichtmetallatome, anorganische Verbindungen und/oder organische Verbindungen, enthalten.

Bei den beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Lamellenrakeln 100, 200 ist es auch möglich, die Mantelbereiche der Grundkörper 111, 211 bezüglich der senkrecht zur Blattebene liegenden longitudinalen Richtung der Grundkörper 111, 211 vollständig und rundum mit den ersten Beschichtungen 120, 220 zu umgeben.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein neuartiger Aufbau für Rakel geschaffen wurde, welcher eine hohe Verschleissfestigkeit und Stabilität der Rakel mit sich bringt. Mit den erfindungsgemässen Rakeln wird insbesondere während der gesamten Lebensdauer ein exakteres Abstreichen, insbesondere von Druckfarbe auf Druckzylindern bzw. Druckwalzen, möglich.