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EP3308961B1 - Klingen mit thermischen spritzschichten und verfahren - Google Patents

Klingen mit thermischen spritzschichten und verfahren Download PDF

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Publication number
EP3308961B1
EP3308961B1 EP16193762.8A EP16193762A EP3308961B1 EP 3308961 B1 EP3308961 B1 EP 3308961B1 EP 16193762 A EP16193762 A EP 16193762A EP 3308961 B1 EP3308961 B1 EP 3308961B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ceramic
blade
coating
suspension
based coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP16193762.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3308961C0 (de
EP3308961A1 (de
Inventor
Hans Jörg BRUDERMANN
Michael Reinert
Sibylle Stiltz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daetwyler Swisstec AG
Original Assignee
Daetwyler Swisstec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daetwyler Swisstec AG filed Critical Daetwyler Swisstec AG
Priority to ES16193762T priority Critical patent/ES3001610T3/es
Priority to EP16193762.8A priority patent/EP3308961B1/de
Publication of EP3308961A1 publication Critical patent/EP3308961A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3308961C0 publication Critical patent/EP3308961C0/de
Publication of EP3308961B1 publication Critical patent/EP3308961B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F31/00—Inking arrangements or devices
    • B41F31/20—Ink-removing or collecting devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F9/00—Rotary intaglio printing presses
    • B41F9/06—Details
    • B41F9/08—Wiping mechanisms
    • B41F9/10—Doctors, scrapers, or like devices
    • B41F9/1072—Blade construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41N—PRINTING PLATES OR FOILS; MATERIALS FOR SURFACES USED IN PRINTING MACHINES FOR PRINTING, INKING, DAMPING, OR THE LIKE; PREPARING SUCH SURFACES FOR USE AND CONSERVING THEM
    • B41N10/00—Blankets or like coverings; Coverings for wipers for intaglio printing
    • B41N10/005—Coverings for wipers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G3/00—Doctors
    • D21G3/005—Doctor knifes

Definitions

  • the invention relates to a blade, in particular for applications in printing technology and/or in paper production, comprising a flat and elongated base body with a working edge region formed in a longitudinal direction, wherein the working edge region is covered with at least one ceramic-based coating.
  • the invention further relates to a method for producing corresponding blades, blades obtainable by the production method and various uses of the blades according to the invention.
  • blades are used in particular in the form of doctor blades to remove excess printing ink from the surfaces of printing cylinders or printing rollers.
  • Such blades are usually based on a steel base with a specially shaped working edge.
  • the quality of the blades or doctor blades has a decisive influence on the printing result, particularly in gravure and flexographic printing. Unevenness or irregularities in the working edges of the doctor blade that are in contact with the printing cylinder lead, for example, to incomplete stripping of the printing ink from the webs of the printing cylinder. This can lead to uncontrolled release of printing ink onto the printing substrate.
  • the working edges of the doctor blade are pressed against the surfaces of the printing cylinders or rollers while the ink is being applied and are moved relative to them. This means that the working edges, especially in rotary printing machines, are subjected to high mechanical stresses, which lead to corresponding wear.
  • Such blades are therefore basically consumables that have to be replaced periodically.
  • the working edges of the blades are usually provided with coatings or coverings. Coatings based on metals, alloys, hard materials or plastics are often used. The material properties of the coatings have a significant influence on the mechanical and tribological properties of the blades.
  • a doctor blade which is suitable for flexographic printing.
  • the doctor blade has a ceramic coating on the working edge which is preferably based on Al 2 O 3 and contains ZrO 2 and optionally TiO 2.
  • the hardness of the ceramic coating corresponds to 0.55 - 0.8 times the hardness of a ceramic sleeve of an ink application roller which is connected to the doctor blade.
  • the ceramic is applied by atmospheric plasma spraying (APS).
  • Blades are also used in paper production, for example in the form of doctor blades, spreader blades, creping blades or perforating knives.
  • Coating colors are coating materials consisting of pigments, binding agents and additives that are applied or spread onto the paper surface to improve the feel or printability, for example.
  • the excess coating material is removed using coating knives, which are pressed elastically against the paper web running through the coating machine. The pressure of the coating knives can be used to control the amount of coating material applied. During this process, the coating knives or blades are subjected to high levels of stress.
  • the tips of the coating blades heat up very strongly due to dry friction.
  • the heat input can cause the coating blades to deform. If coating color is then added, they cool down quickly, which leads to great tension in the blade.
  • the abrasive wear in the blade tip that occurs during the coating process can also cause grains to break off from the surface of the blade tip, which leads to local streaking on the paper web.
  • the WO 2007/003332 A1 (BTG Ecléplens SA ) a blade or a coating knife for applying coating color to a paper web.
  • the blade has a multi-layer structure with a metallic substrate, which is coated with an intermediate layer and a wear-resistant top coating.
  • the intermediate layer has a lower thermal conductivity than the top layer and can consist of oxides, oxide mixtures, ceramics, ceramics with metals, ceramics with polymer material, polymer material with ceramic filler, a polymer material, zirconium oxide or titanium oxide.
  • the top layer can consist of metal, Carbide or cermet based.
  • Examples of materials mentioned are WC/CoCr, WC/Ni, CrC/NiCr, mixtures of WC and CrC in a metallic phase; a chromium-based coating and chemically deposited Ni-P or Ni-B.
  • the intermediate layer is applied in particular by plasma spraying or high-velocity spraying (HVOF), while high-velocity spraying is described as advantageous for the top layer.
  • HVOF high-velocity spraying
  • This special layer structure is intended in particular to solve the problem of deformation of the doctor blades due to heat input.
  • the WO 2010/040236 A1 discloses a doctor blade, in particular for doctoring off printing ink from a printing form and/or for use as a paper doctor blade, comprising a flat and elongated base body with a working edge region formed in a longitudinal direction, wherein at least the working edge region is coated with a first coating based on a nickel-phosphorus alloy.
  • the doctor blade is characterized in that monocrystalline and/or polycrystalline diamond particles are dispersed in the first coating, wherein a particle size of the diamond particles measures at least 5 nm and less than 50 nm.
  • Subject of the GB 2 128 551 are scrapers and blades for stripping ink from printing cylinders or for creping paper.
  • the blades have a wear-resistant coating in the working area, which consists of ceramic, cermet, metal, oxides, metal carbides or carbides.
  • the FR 2 733 720 A1 shows doctor blades for rotary printing machines. These have a ceramic coating made of Al 2 O 3 , TiO 2 or mixtures thereof on the working edge.
  • the object of the invention is therefore to provide blades and manufacturing processes belonging to the technical field mentioned at the beginning, which overcome the above-mentioned disadvantages as far as possible.
  • the blades should, if possible, be usable for applications in the field of printing technology as well as in paper production. Furthermore, the blades should in particular enable precise wiping, in particular of printing ink and/or coating color, over their entire service life. In particular, the blades should also be advantageous in terms of thermal shock resistance and wear resistance and should be able to be manufactured as efficiently and inexpensively as possible.
  • the invention relates to a blade for applications in printing technology and/or in papermaking, comprising a flat and elongated base body with a working edge region formed in a longitudinal direction, wherein the working edge region is covered with at least one ceramic-based coating.
  • This is a ceramic-based coating applied by a thermal suspension spraying process.
  • a blade refers to a tool designed for applications in printing technology and/or papermaking.
  • a blade is a device for applying a fluid to a printing form and/or to a paper substrate, a device for stripping a fluid from a printing form and/or from a paper substrate, a device for folding and/or pleating paper, and/or a device for perforating paper.
  • the blade is a doctor blade, a scraper blade, a coating knife, a creping knife and/or a perforating knife.
  • the blade is a doctor blade, in particular for applications in printing technology, or the blade is a coating knife, in particular for paper production.
  • thermal spraying process is well known to those skilled in the art. This involves surface coating processes, in particular according to the ISO 14917:1999-08 standard, in which additional materials, the so-called spray additives, are melted, fused or spun onto a surface to be coated inside or outside a spraying device (see also DIN EN 657). The surfaces to be coated are usually not melted.
  • the spray additives are typically in solid form, e.g. as powder or wires.
  • Well-known thermal spraying processes include plasma spraying or flame spraying, in particular high-velocity flame spraying (HVOF). The corresponding equipment is known to those skilled in the art and is commercially available.
  • thermal suspension spraying or “thermal suspension spraying process” refers to a thermal spraying process in which a suspension is used as a spray additive.
  • a suspension is a heterogeneous mixture of a liquid and finely distributed solids.
  • the additional materials or the coating material are fed to the spraying equipment in the form of suspensions.
  • the thermal suspension spraying process can be carried out on adapted equipment for flame spraying.
  • an equipment for Flame spraying can be supplemented with a suspension conveyor.
  • Appropriate devices are known to the person skilled in the art and are commercially available, for example, from Northwest Mettech Corp. A suitable device is also described in the patent application WO 2006/116844 A (National Research Council of Canada) described.
  • ceramic-based coating means that at least one ceramic forms the main component of the coating. This is particularly based on weight.
  • the ceramic-based coating may also contain other types of atoms and/or chemical compounds which have a smaller proportion, in particular a smaller proportion by weight, than the ceramic.
  • the proportion of the at least one ceramic in the ceramic-based coating is preferably at least 50% by weight, particularly preferably at least 70% by weight and very particularly preferably at least 80% by weight or at least 90% by weight.
  • the ceramic-based coating consists exclusively of the at least one ceramic, apart from unavoidable impurities.
  • the blades according to the invention have a high wear resistance and abrasion resistance and accordingly also a long service life both in applications in printing technology and when used in paper production.
  • the blades according to the invention also show high thermal shock resistance, which is particularly advantageous in paper production or when used as a coating knife.
  • the tendency for the blades to deform when they are applied and the coating color is then added can be greatly reduced, particularly compared to conventional blades.
  • the blades are therefore relatively insensitive to dry friction and the associated heat input.
  • the working edges of the blades according to the invention are optimally stabilized.
  • this results in a sharply defined contact zone between the blade, which in this case is in particular a doctor blade, and the printing cylinder or the printing roller, which in turn enables extremely precise wiping of printing ink.
  • the contact zone remains largely stable throughout the entire printing process.
  • the blades or doctor blades according to the invention form significantly fewer streaks or cause other effects that impair the printing process during the run-in phase of the printing process.
  • the blades according to the invention therefore make it possible to achieve a substantially constant print quality throughout the entire printing process.
  • a further advantage of the present invention is that, compared to known blades, significantly thinner coatings can be deposited. This enables a narrower contact zone, even when the blade is at an advanced stage of wear.
  • the blades according to the invention have extremely favorable sliding properties on the printing cylinders or printing rollers that are usually used. This also reduces wear on the printing cylinders or printing rollers when the blades according to the invention are used for doctoring.
  • the blades according to the invention have also proven to be particularly advantageous working doctor blades for chamber doctor blade systems for flexographic printing. This is particularly the case in combination with a closing doctor blade made of plastic or a plastic composite material, which takes into account the reduced lubricating film on this side of the doctor blade chamber.
  • the blades according to the invention which in this case are particularly coating knives, have also proven to be advantageous in paper production.
  • a high level of stability of the working edge can be achieved despite abrasive wear. This greatly reduces the probability of grains breaking off from the surface of the blade tip, which in turn reduces the formation of streaks on the paper web.
  • the advantages of the blades according to the invention can also be achieved with a single coating. Complicated multiple coatings are therefore not necessary. Accordingly, the doctor blades according to the invention can also be manufactured efficiently and cost-effectively.
  • the ceramic-based coating is applied by a thermal suspension spraying process.
  • a thermal spraying process such as plasma spraying or high-velocity oxyfuel spraying (HVOF) on a powder basis
  • the advantages according to the invention do not appear to the same extent or not at all.
  • the coatings produced by the thermal suspension spraying process differ from coatings produced in other ways. Investigations have shown that coatings applied by conventional high-velocity flame spraying have a laminar structure and a relatively high density of microstructural defects, e.g. pores, cracks and non-melted particles.
  • the coatings produced using the thermal suspension spraying process according to the invention show a different microstructure with significantly fewer defects (fewer and smaller pores and cracks) and thus have a lower porosity.
  • particles can be used that are created as waste in the overspray during conventional thermal spraying processes. Overspray is particles that do not reach the workpiece to be coated during a spraying process. These particles are usually too small to be recycled.
  • suspension spraying technology makes it possible to make use of such waste products. In addition to the advantages mentioned above, this leads to a high level of economic efficiency of the process and a good ecological balance.
  • the ceramic-based coating advantageously comprises an oxide ceramic and/or a non-oxide ceramic.
  • the main component of the ceramic-based coating consists of an oxide ceramic and/or a non-oxide ceramic.
  • An oxide ceramic is particularly preferred.
  • the ceramic-based coating consists of at least 50 wt.%, particularly preferably at least 70 wt.% and very particularly preferably at least 80 wt.% or at least 90 wt.% of the Oxide ceramic and/or non-oxide ceramic.
  • the ceramic-based coating consists of oxide ceramic and/or non-oxide ceramic, apart from unavoidable impurities. Oxide ceramic is particularly preferred.
  • the oxide ceramic if present, is in particular selected from the group consisting of Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , CeO 2 , and/or MgO.
  • the oxide ceramic is particularly preferably selected from the group consisting of Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 , with Cr 2 O 3 being particularly preferred.
  • the non-oxide ceramic advantageously comprises a carbide, nitride, boride and/or a silicide.
  • the non-oxide ceramic preferably consists of one or more of these representatives.
  • the non-oxide ceramic is selected from the group consisting of WSi 2 , SiC, TiC, WC, VC, ZrC, TaC, Cr 3 C 2 , B 4 C, BN, ZrB 2 , TiN, Si 3 N 4 , ZrB 2 and/or TiB 2 .
  • SiC and/or BN are particularly suitable.
  • the ceramic-based coating comprises an oxide ceramic or consists thereof.
  • oxide ceramic in particular one or more of the above-mentioned representatives of oxide ceramics, the oxide ceramic in particular being selected from the group consisting of Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 .
  • Cr 2 O 3 is particularly advantageous here.
  • the hardness of the ceramic-based coating is preferably 1,200 - 2,200 HV 0.1, in particular 1,400 - 2,000 HV 0.1, preferably 1,600 - 1,900 HV 0.1, in particular 1,700 - 1,800 HV 0.1. This increases the wear resistance of the blade in particular. Measurements are made in accordance with the standard DIN EN ISO 6507-1:2005 to - 4:2005.
  • a thickness of the ceramic-based coating is generally advantageously 5 - 300 ⁇ m, in particular 10 - 200 ⁇ m, preferably 15 - 150 ⁇ m, especially 20 - 100 ⁇ m.
  • the thickness of the ceramic-based coating is advantageously 5 - 100 ⁇ m, in particular 10 - 75 ⁇ m, preferably 15 - 50 ⁇ m, especially 20 - 30 ⁇ m.
  • the thickness of the ceramic-based coating is advantageously in the range of 20 - 300 ⁇ m, in particular 30 - 200 ⁇ m, preferably 50 - 150 ⁇ m, especially 75 - 125 ⁇ m or around 100 ⁇ m.
  • Such thicknesses of the ceramic-based coating offer optimal protection for the working edge of the blade.
  • coatings of such dimensions have a high level of inherent stability, which effectively reduces partial or complete delamination of the coating, for example when printing ink rolls off a printing cylinder or when coating color is applied to paper. It has also been shown that the layer thicknesses mentioned are particularly advantageous in terms of thermal shock resistance.
  • the porosity of the ceramic-based coating is less than 5%, in particular less than 2.5%, preferably less than 1% or less than 0.5%.
  • the porosity is measured in particular according to the technical rule DVS 2318:2011-07 ("Selected technological properties and characteristics of thermally sprayed coatings") of the German Association for Welding and Related Processes. It has been found that with such porosities, the wear resistance and thermal shock resistance of the blades can be greatly improved. If such blades are used to doctor off ink in a printing process or to apply coating ink in paper production, it is also possible to achieve extremely consistent results over the entire service life of the blades.
  • the average roughness Ra of the ceramic-based coating, without post-processing of the coating is in the range of 0.1 - 10 ⁇ m, in particular 0.5 - 5 ⁇ m, preferably 1 - 3 ⁇ m, in particular 1.1 - 2 ⁇ m or 1.3 - 1.9 ⁇ m. Due to the suspension spraying process used according to the invention, such values for the average roughness Ra can be achieved without any problems. The blades therefore have clearly defined working edges. Since relatively low roughness values are already achieved, the effort for any post-processing of the working edge is significantly reduced. In principle, however, ceramic-based coatings with other roughnesses can also be realized.
  • the ceramic-based coating contains at least one additional component, in particular for improving the wear behavior of the blade. This allows the working edge of the blade to be optimally adapted to specific requirements.
  • the additional component comprises, for example, at least one metal, hard material particles and/or lubricating particles.
  • a suitable metal is, for example, molybdenum.
  • Advantageous hard material particles are in particular selected from the group consisting of BN, TiN, SiC, B 4 C, VC, TiC, and/or TaC.
  • Particularly preferred lubricating particles are h-BN, MoS 2 and/or graphite.
  • the base body of the blade advantageously comprises or consists of steel and/or plastic, with steel being particularly preferred. From a mechanical point of view, steel has proven to be a particularly robust and suitable material for the blades according to the invention.
  • plastic base bodies have proven to be more advantageous than steel base bodies due to their different mechanical and chemical properties. Some of the materials in question have The plastics used have sufficient chemical stability or inertness compared to typical water-based and slightly acidic printing inks, meaning that the base body does not need to be specially protected, as is the case with a base body made of steel.
  • Plastic materials can include thermoplastic, thermosetting and/or elastomeric polymer materials.
  • Suitable plastics include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyarylate, polyetheretherketone, polyimide, polyester, polytetrafluoroethylene and/or polyurethane.
  • Composite structures with fibers to reinforce the polymer matrix are also possible.
  • base bodies made of metal, particularly steel, and plastic can also be used.
  • Base bodies made of other materials, such as ceramics and/or composite materials, may also be suitable for special applications.
  • At least one shell area of the base body in relation to the longitudinal direction is completely and completely covered with a ceramic-based coating and/or another coating.
  • a ceramic-based coating and/or another coating As a result, at least the working edge, the top side, the bottom side and the rear end face of the base body opposite the working edge are covered with at least one coating.
  • the side surfaces of the base body that are perpendicular to the longitudinal direction can be uncoated.
  • the ceramic-based coating and/or another coating to cover the base body completely and on all sides. In this case, the side surfaces of the base body that are perpendicular to the longitudinal direction are also covered with one of the coatings.
  • the ceramic-based coating is advantageously arranged directly on the base body of the blade, whereby the base body is advantageously made of steel and/or plastic.
  • the base body is advantageously made of steel and/or plastic.
  • the base body of the blade which is preferably made of steel and/or plastic, is coated only with the ceramic-based coating.
  • the blade has no other coatings. Such coatings can be produced particularly quickly and economically. Nevertheless, very good properties can be achieved.
  • At least one cover layer is arranged on the ceramic-based coating.
  • the cover layer comprises in particular a non-ceramic coating, an organic coating and/or a coating comprising a polymer.
  • a cover layer can have the advantage that the ceramic-based coating is additionally protected against abrasive wear and undesirable rheological effects are reduced.
  • the cover layer can reduce the tendency of fluids or paint to adhere, for example by having a lower surface tension compared to the ceramic-based coating. This results in particularly advantageous blades, which is particularly evident in the case of doctor blades, spreader knives, creping scrapers and scraper blades.
  • exactly one cover layer is arranged on the ceramic-based coating.
  • the base body of the blade which is advantageously made of steel and/or plastic, is coated only with the ceramic-based coating and exactly one cover layer. In this case, the blade has no further coatings.
  • the coating comprising a polymer preferably comprises more than 50 wt.% (percent by weight) polymers, in particular more than 75 wt.% polymers, particularly preferably more than 90 wt.% polymers. Furthermore, the polymer content is preferably less than 99 wt.%, particularly preferably less than 95 wt.%. Polymers are therefore preferably the main component of the coating. The aforementioned proportions of polymers in the coating relate to the coating of the ready-to-use blades.
  • the polymer comprises or consists in particular of an organic polymer.
  • the polymer can be a homopolymer or a copolymer. Homopolymers essentially consist of a single type of monomer, while copolymers consist of two, three or even more chemically different types of monomer. It is also possible for the polymer to be in the form of a so-called polymer blend or as a mixture of several different homopolymers and/or copolymers.
  • the polymer is a duroplast, thermoplastic and/or an elastomer.
  • Duroplasts for example, are preferred. Duroplasts have a three-dimensional cross-linking after curing and can usually no longer be deformed after they have cured.
  • polymers examples include polyurethane resins, epoxy resins, phenolic resins such as phenol-formaldehyde resins (novo lacquers and resoles), melamine-formaldehyde resins and saturated and unsaturated polyester resins or mixtures thereof.
  • the polymers can also comprise rubber, polyurethanes, polyureas, thermoplastics or mixtures thereof.
  • the thermoplastics can comprise, for example, acrylonitrile butadiene styrene, polyamide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride or mixtures thereof.
  • the person skilled in the art is also aware of other possible polymers which can be provided in pure form or as mixtures for the production of the coating.
  • the polymer mixtures can in particular comprise two or more different polymers.
  • an additive can be present in the at least one cover layer, in particular to improve the wear behavior of the blade. This allows the working edge of the blade to be optimally adapted to specific requirements.
  • the additive comprises, for example, at least one metal, hard material particles and/or lubricating particles.
  • a suitable metal is, for example, Mo.
  • Advantageous hard material particles are in particular selected from the group consisting of BN, TiN, SiC, B 4 C, VC, TiC, and/or TaC.
  • Particularly preferred lubricating particles are h-BN, MoS 2 and/or graphite.
  • a layer thickness of the cover layer is preferably 1 - 30 ⁇ m. This is particularly the case if it is an organic coating and/or a coating comprising a polymer.
  • the layer thickness of the cover layer is more preferably 5 - 20 ⁇ m, particularly preferably 5 - 10 ⁇ m.
  • Such layer thicknesses offer optimal protection for the working edge of the doctor blade.
  • layer thicknesses of this size have a high inherent stability, which effectively reduces the partial or complete delamination of the first coating, for example during the rubbing off of printing ink from a printing cylinder.
  • Cover layers with thicknesses of less than 1 ⁇ m are possible, but the wear resistance of the working edge or the squeegee decreases rapidly. Thicknesses greater than 30 ⁇ m are also possible. However, these are generally less economical and can have a negative effect on the quality of the working edge. For special areas of application of the squeegee, cover layers with thicknesses of less than 1 ⁇ m or more than 30 ⁇ m can be advantageous.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for producing a blade as described above, wherein a working edge region of the blade formed on an elongated base body in a longitudinal direction is provided with at least one ceramic-based coating.
  • the ceramic-based coating is applied by a thermal suspension spraying process.
  • a suspension containing dispersed polymer particles is used for the thermal suspension spraying process.
  • the polymer particles are removed, partially and/or melted, preferably inside and/or outside a spraying device, and accelerated in the form of a particle stream onto the working edge areas of the doctor blade.
  • the ceramic particles have an average particle size in the range of 5 nm - 20 ⁇ m, in particular 10 nm - 10 ⁇ m, preferably 15 nm - 5 ⁇ m, especially 100 nm - 1 ⁇ m.
  • the particle size, its distribution or the average particle size of the ceramic particles are determined in particular by laser diffraction, preferably in accordance with the ISO 13320:2009 standard.
  • the average particle size in this case corresponds in particular to the D50 value (50% of the particles are smaller than the specified value, 50% correspondingly larger).
  • the suspension advantageously has a solids content of 0.1 - 75 wt.%, preferably 0.5 - 50 wt.%, in particular 1 - 30 wt.%, based on the total weight of the suspension.
  • Alcohols that can be used are methanol, ethanol, propanol and/or isopropanol, especially ethanol.
  • suitable glycols are ethylene glycol and/or propylene glycol. Ethylene glycol is particularly preferred.
  • the suspension further comprises in particular at least one wetting agent and/or at least one stabilizer. These are in particular selected from the group of anionic surfactants and/or cationic surfactants. This makes it possible to increase the stability or homogeneity of the suspension, since the tendency for phase separation between ceramic particles and solvents is reduced. Sedimentation and/or agglomeration of the ceramic particles is thus reduced as much as possible. In addition, the stability of the suspension can be improved over time. Overall, the layer quality of the at least one ceramic-based coating can thus be improved.
  • the suspension is mixed at least temporarily, preferably continuously, during the thermal suspension spraying process.
  • This is done in particular by a mechanical mixer, preferably by a stirrer.
  • Mixing of the suspension can be done instead of or in addition to the use of wetting agents and/or stabilizers and improves the stability or homogeneity of the suspension.
  • the mixing is carried out in combination with the use of at least one wetting agent and/or at least one stabilizer. This can disproportionately increase the stability and/or homogeneity of the suspension.
  • the delivery rate of the suspension during the thermal suspension spraying process is preferably in the range of 1 - 500 ml/min, in particular 5 - 120 ml/min, preferably 20 - 100 ml/min. This achieves optimal deposition rates in the area of the working edge of the blade. In principle, however, other delivery rates are also possible.
  • the ceramic particles are accelerated to a speed of 350 - 700 m/s during the thermal suspension spraying process. This has proven to be the optimal speed in the present context, which leads to an optimal coating for blades for most of the ceramic materials of interest. However, other speeds may also be suitable, especially in connection with special ceramic materials.
  • the ceramic particles are advantageously heated to a temperature of 250 - 3,500°C, in particular 1,000 - 3,200°C, preferably 2,000 - 3,000°C. Most of the ceramic materials of interest are melted at these temperatures in such a way that particularly dense and defect-free coatings are obtained, which in turn benefits the layer quality.
  • a mixture of fuel in particular kerosene, is burned together with oxygen.
  • a plasma is generated during suspension spraying, in particular in an electric arc.
  • the plasma has temperatures of 5,000 - 30,000 Kelvin.
  • an inert gas and/or a noble gas is used as the gas for generating the plasma.
  • an additional gas in particular an inert gas and/or compressed air, is injected, preferably to increase the kinetic energy of the particle stream and/or to shape the particle stream.
  • the spray device has in particular a nozzle, in particular an expansion nozzle, wherein the additional gas is preferably injected into a region of a nozzle outlet opening of the nozzle.
  • a plasma spraying apparatus and/or a flame spraying apparatus are used for suspension spraying, the suspension being injected into a flame and/or a plasma of the apparatus.
  • Such apparatuses are commercially available.
  • an apparatus for high-velocity flame spraying (HVOF) and/or an apparatus for atmospheric plasma spraying is used for suspension spraying, wherein the suspension is injected into a flame and/or the plasma of the apparatus.
  • HVOF high-velocity flame spraying
  • an apparatus for atmospheric plasma spraying in particular with an upstream suspension conveyor and/or a suspension injector, is used for suspension spraying, wherein the suspension is injected into a flame and/or the plasma of the apparatus.
  • the suspension is injected into a combustion chamber of the apparatus, in particular an apparatus for high-velocity flame spraying (HVOF) or for atmospheric plasma spraying.
  • HVOF high-velocity flame spraying
  • the suspension is injected in a substantially axial direction with respect to a direction of a nozzle outlet opening of the apparatus, in particular an apparatus for high-velocity flame spraying (HVOF) or for atmospheric plasma spraying.
  • the direction of the nozzle outlet opening here refers in particular to the direction of the normal vector of the area formed by the nozzle outlet opening. This direction corresponds in particular to a direction of movement of the particle stream when leaving the nozzle opening.
  • the expression "substantially in an axial direction” means that the direction of the injection forms an angle of 0 - 30°, in particular 0 - 15°, especially 0 - 5° or 0 - 1°, to the direction of the nozzle outlet opening.
  • the suspension is injected in a substantially radial direction relative to a nozzle outlet opening of the apparatus, in particular an apparatus for high-velocity flame spraying (HVOF) or for atmospheric plasma spraying.
  • HVOF high-velocity flame spraying
  • substantially in a radial direction means that the direction of the injection forms an angle of 60 - 90°, in particular 75 - 90°, especially 85 - 90° or 89 - 90°, with the direction of the nozzle outlet opening.
  • the suspension is advantageously injected into the flame and/or plasma at a pressure of 0 - 6 bar, in particular 1 - 5 bar.
  • Steps a) to c) are carried out in the order specified.
  • a bevel or a tapered surface is ground into the uncoated working edge area before step a).
  • Another coating can also be applied before and/or after step a).
  • a lamella is in particular a working edge area that is tapered in terms of thickness.
  • a lamella thickness including coating is, for example, 60 - 150 ⁇ m, in particular 70 - 120 ⁇ m, preferably 70 - 90 ⁇ m.
  • the layer thickness of the ceramic-based coating is in particular ⁇ 40 ⁇ m and/or > 5 ⁇ m, especially 20 - 30 ⁇ m.
  • the process allows, for example, the production of high-quality blade blades for the first time, especially with a structure such as that used in EP 0 911 157 A1 (MDC Max Daetwyler Bleienbach AG) described, by a thermal suspension spraying process.
  • Other processes in which the blade is ground or the lamella is produced before the coating is applied have the disadvantage that the high thermal and kinetic energies when applying the coatings can lead to deformation of the relatively thin lamella in the working edge area, which impairs the quality of the doctor blade.
  • the invention relates to a blade which is obtainable by a method as described above.
  • the present invention also relates to a set of tools comprising a blade according to the invention and at least one further blade which is structurally.
  • a blade according to the invention is a device set for a chamber doctor blade system, especially for flexographic printing.
  • the at least one further blade consists in particular of a plastic material or a plastic composite material.
  • the further blade comprises or consists of a polymer material.
  • a polymer material can be, among other things, thermoplastic, thermosetting and/or elastomeric polymer materials.
  • Suitable polymer materials or plastics are, for example, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyarylate, polyetheretherketone, polyimide, polyester, polytetrafluoroethylene and/or polyurethane.
  • Composite structures with fibers to reinforce the polymer matrix are also possible.
  • the equipment set is in particular part of a chamber doctor blade system, especially for flexographic printing.
  • a chamber doctor blade system comprises a chamber which is pressed against a printing form with an opening and contains the ink to be applied to the printing form. The excess ink absorbed by the printing form during a relative movement between the printing form and the chamber (e.g. due to rotation of a printing cylinder relative to a fixed chamber) is stripped off by the so-called working doctor blade.
  • the so-called closing doctor blade which creates a seal between the printing form and the chamber.
  • the blades according to the invention are used in particular as working doctor blades.
  • the additional blade functions in particular as a closing doctor blade.
  • the additional doctor blade comprises or consists of a coating made of an organic material, in particular a plastic or a plastic composite material, at least in the working edge area. This allows the reduced lubricating film on this side of the doctor blade chamber to be taken into account.
  • a doctor blade 100 according to the invention for applications in flexographic printing is shown in cross section.
  • the doctor blade 100 includes a base body 110 made of steel, which has a substantially rectangular cross section throughout.
  • a doctor blade thickness, measured from the top side 121 to the bottom side 122 of the rear area 120, is, for example, 0.2 mm.
  • the in Fig. 1a The area of the base body 110 shown on the right and facing away from the rear area 120 is referred to as the working edge area 130.
  • the working edge area extends to a front side 140 of the base body 110 facing away from the rear area 120.
  • the working edge area 130 of the doctor blade 100 is further coated in the area of the upper side 121 of the base body with a cuboid-shaped coating 150 in cross section.
  • the cuboid-shaped coating 150 forms the actual working edge of the doctor blade 100 during operation.
  • Coating 150 is a ceramic-based coating that was applied by suspension high-velocity flame spraying (a thermal suspension spraying process). The process is described in more detail later in Chapter 3.
  • the coating consists entirely of Cr 2 O 3 and has a porosity of 0.5%.
  • the layer thickness of coating 150 measures e.g. 200 ⁇ m in the area of the working edge 130, while the hardness is e.g. 1,800 HV 0.1 (measured according to DIN EN ISO 6507-1:2005).
  • the average roughness Ra of the coating 150 measured according to DIN EN ISO 4287:2010, is 2.5 ⁇ m.
  • the doctor blade 100b shown is, except for the coating, essentially the same as the doctor blade 100 from Fig. 1a
  • the elements 110b, 120b, 121b, 122b, 130b, 140b, 150b of the doctor blade 100b correspond to the respective Fig. 1a described elements 110, 120, 121, 122, 130, 140, 150 of the doctor blade 100.
  • the doctor blade 100b has, however, in addition to the ceramic-based coating 150b made of Cr 2 O 3 (which is essentially the same as the coating 150 made of Fig.
  • the cover layer 151b is a polymer-containing coating based on a thermosetting polymer, for example an epoxy resin.
  • a thickness of the cover layer 151b is, for example, 5 ⁇ m.
  • the cover layer 151b additionally protects the coating 150b and the free base body 130b against abrasive wear and reduces undesirable rheological effects.
  • Fig. 2 shows a paper coating blade 200 in cross-section.
  • the blade 200 has a base body 210 made of steel, with an essentially cuboid-shaped cross-section. On the Fig. 2 On the left side there is a rear area 220, which is intended as a fastening area, for example.
  • a thickness of the blade 200, measured from the top 221 to the bottom 222 of the base body, is for example 0.3 mm.
  • a working edge region 230 is formed on the right side, which extends to a front side 240 of the base body 110 facing away from the rear region 220.
  • the base body has a bevel 241 that runs obliquely to the top side 221 or the front side 240.
  • the bevel 241 and the area on the top side 221 of the working edge area 230 of the paper coating blade 200 are also provided with a coating 250.
  • the front side 240 and the underside of the working edge 230 are not coated and are exposed.
  • Coating 250 for example, consists entirely of Cr 2 O 3 and has a porosity of 0.5%.
  • the layer thickness of coating 250 measures 100 ⁇ m in the area of the working edge 230, for example, while the hardness is 1,700 HV 0.1 (measured according to DIN EN ISO 6507-1:2005).
  • the average roughness Ra of coating 250, measured according to DIN EN ISO 4287:2010, is 1.3 ⁇ m without post-processing of the coating.
  • Fig. 3 shows a schematic cross-section through a first spray device 300 for suspension spraying.
  • the spray device 300 essentially corresponds to a device for high-velocity flame spraying (HVOF).
  • the spray device 300 has a hollow cylindrical combustion chamber 310, which opens into a nozzle 320 in the direction of its longitudinal axis.
  • the combustion chamber 310 has a first tubular inlet 311 and a second tubular inlet 313 at one end, which is opposite the nozzle 320.
  • the first inlet 311 is used, for example, to supply a fuel 312, such as kerosene.
  • Reactive gas, such as oxygen can be fed into the combustion chamber 310 via the second inlet 313.
  • the inner cavity of the nozzle 320 is conical, with an inner diameter of the cavity tapering steadily from the end facing the combustion chamber 310 in the direction of the nozzle outlet opening 321.
  • a longitudinal axis of the conical cavity of the nozzle 320 runs in the continuation of the longitudinal axis of the hollow cylindrical combustion chamber 310.
  • Two tubular inlet nozzles 322.a, 322.b open into the inner cavity of the nozzle 320 from opposite directions.
  • the longitudinal axes of the tubular inlet nozzles 322.a, 322.b lie on a straight line and run approximately perpendicular to the longitudinal axis of the conical cavity of the nozzle 320.
  • a fuel/oxygen mixture is fed under pressure into the combustion chamber 310 and ignited so that a gas flow extending in the direction of the nozzle 320 flame 315 is generated.
  • the resulting combustion gases are accelerated in the direction of the nozzle 320 and exit the spray device 300 at the nozzle opening 321.
  • a suspension 323 containing ceramic particles dispersed therein can be injected into the flame 315 extending through the nozzle 320 via the tubular inlet nozzles 322.a, 322.b.
  • the suspension is thus injected in the direction of the nozzle outlet opening 321 in a radial direction.
  • the ceramic particles are melted, partially melted or fused in the flame 315 and accelerated out of the nozzle together with the combustion gases in the form of a particle jet.
  • Fig. 4 shows a schematic cross-section through a second spray device 400 for suspension spraying. This is also based essentially on a device for high-velocity flame spraying (HVOF).
  • the second spray device 400 contains a hollow cylindrical mixing chamber 410.a, which opens in the direction of its longitudinal axis into a hollow cylindrical combustion chamber 410.b that is somewhat smaller in terms of the inner diameter.
  • the longitudinal axes of the mixing chamber 410.a and the combustion chamber 410.b run along a common straight line.
  • the combustion chamber 410.b opens into a nozzle 420 at the end facing away from the mixing chamber.
  • the mixing chamber 410.a has at one end, which is opposite the combustion chamber 420.b, a first tubular inlet 411, a second tubular inlet 413 and an inlet nozzle 422.
  • the first inlet 411 is used, for example, to supply a fuel 412, such as kerosene.
  • Reactive gas such as oxygen
  • a suspension 423 containing dispersed ceramic particles can be injected into the mixing chamber 410.a via the tubular inlet nozzles 422. The suspension is injected in the axial direction towards the nozzle outlet opening 421.
  • the mixing chamber 410.a serves to premix the substances supplied via the two inlets 411, 413 and the inlet nozzle 422 and then to supply them to the combustion chamber 410.b for ignition.
  • the inner cavity of the nozzle 420 is largely hollow-cylindrical and tapers conically in the area of the nozzle outlet opening 421.
  • a longitudinal axis of the inner cavity of the nozzle 420 runs in the continuation of the longitudinal axis of the hollow-cylindrical mixing chamber 410.a and the longitudinal axis of the hollow-cylindrical combustion chamber 410.b.
  • a fuel/oxygen mixture is premixed together with the suspension 423 containing ceramic particles dispersed therein, fed under pressure into the combustion chamber 410.b and ignited. This creates a flame 415 extending in the direction of the nozzle 420 in which the ceramic particles are melted, partially melted or fused and are ejected through the nozzle 420 and out of the nozzle 420 in the form of a particle jet.
  • Fig. 5 is a schematic cross-section through a third spray device 500 for suspension spraying.
  • the third spray device 500 has a mixing chamber 510.a and a combustion chamber 510.b with a first tubular inlet 511 and a second tubular inlet 513, which are essentially as in the third spray device 500 shown in Fig. 4 shown second spray device 400.
  • the two inlets 511, 513 serve accordingly to supply, for example, a fuel and a reactive gas into the mixing chamber 510.a, where the two components can be premixed.
  • the third spray device 500 also includes an inlet nozzle 522, which is however longer than the second spray device 400, so that it extends into the combustion chamber 510.b.
  • This allows, for example, a suspension 523 with ceramic particles dispersed therein to be injected directly into the combustion chamber 510.b or a flame 515 burning therein. Accordingly, the ceramic particles are accelerated in the form of a particle stream through the nozzle 520 and ejected from it, as in the spray devices 300, 400 described above.
  • the inner cavity of the nozzle 520 of the third spray device 500 which is connected to the combustion chamber 510.b, tapers in a first section in the direction of the Nozzle outlet opening 521 and then expands again in a second section.
  • two tubular gas inlets 530.a, 530b also open from opposite directions in an oblique direction or at an angle of approximately 80° to the direction of the nozzle outlet opening 521 into the inner cavity of the nozzle 520.
  • An inert gas and/or compressed air 531 can be fed into the inner cavity of the nozzle 520 via the two gas inlets 530.a, 530.b. This allows a particle beam of combustion gases and ceramic particles moving through the nozzle 520 to be additionally influenced, for example it can be shaped in terms of its spatial extent and/or further accelerated.
  • all sprayers 300, 400, 500 also have a cooling system consisting of several cooling water pipes arranged in the side walls and an ignition device for igniting fuels and/or reactive gases.
  • Fig. 6 shows the third spray device 500 in combination with a suspension conveyor 600.
  • a suspension 611 with ceramic particles dispersed therein is present in a first container 610.
  • the suspension consists, for example, of Cr 2 O 3 particles, a wetting agent and ethanol.
  • An average particle size of the Cr 2 O 3 particles is, for example, 1 ⁇ m.
  • a polyacrylate is used as a wetting agent, for example.
  • the proportion of Cr 2 O 3 particles is 25% by weight, while the proportion of the dispersant is 1% by weight, in each case based on the total weight of the suspension 611.
  • the first container 610 has a first pressure-generating device 614, e.g. a compressed air connection, with which the suspension can be pressurized to a pressure of 0 - 6 bar.
  • the first container 611 also contains a mechanical mixer in the form of a stirrer 612 immersed in the suspension.
  • the container 610 communicates with the inlet nozzle 522 of the sprayer 500 via a pipe system 615 comprising three three-way valves 640, 650, 670 and a flow meter 660. As soon as sufficient pressure is exerted on the suspension 611 via the pressure-generating device 614, it is Pipeline system 615 into the sprayer 500 where it is used during operation of the sprayer 500, as in connection with Fig. 5 described, is injected directly into the flame 515.
  • the second container 620 contains a rinsing liquid, e.g. ethanol and water. If the three-way valves 640, 650, 670 are set accordingly, the pipe system 615, the spray device 500 and/or the first container 610 can be cleaned with the rinsing liquid.
  • the second container 620 has a second pressure-generating device 622, which is essentially designed in the same way as the first pressure-generating device 614. This allows the rinsing liquid to be put under a pressure of 0-6 bar and thus conveyed accordingly through the pipe system 615, the spray device 500 and/or into the first container 610.
  • the arrangement also includes Fig. 6 a third container 630, which also communicates with the piping system 615 and serves, for example, to collect residual rinsing liquid.
  • the procedure for the apparatus shown is as follows: The suspension 611 described above with Cr 2 O 3 particles is fed into the spray device 500 at a feed rate of 20 - 100 ml/min. This is done by applying a pressure of 1 - 5 bar with the first pressure-generating device 614. Kerosene (approx. 25 l/h) or oxygen (approx. 50 m 3 /h) is also added via the inlets 511, 513. The spray device is operated in such a way that a flame temperature of 2,500°C results and the ceramic particles present in the suspension 611 are accelerated to a speed of approx. 500 m/s. Nitrogen is fed in as an inert gas via the two tubular gas inlets 530.a, 530b.
  • a base body 700 with a cuboid cross-section, for example made of steel, is provided, as in Fig. 7a shown.
  • the base body has Fig. 7a on the right side a free front side 740.
  • an upper bevel 741 is then ground in a manner known per se, so that a section of the free front side 740 remains ( Fig. 7b ).
  • the bevel 741 has an angle of 10 to 60°, for example approximately 30°, with respect to the coplanar underside 721 or upper side 722 of the base body 700.
  • a coating 750 made of a ceramic-based material is then applied to the bevel 741 and to a section of the upper side 721 of the base body 700 in the working edge area 730 using a suspension spraying process, for example as described in Chapter 4.1.
  • the coating 750 thus covers the bevel 741 and a partial area of the upper side 721 of the base body 700 adjoining the upper bevel.
  • the remaining free front side 740 of the doctor blade in the working edge area 730, the underside 722 of the doctor blade or the base body 700 and an area of the doctor blade facing away from the working edge 730 are not coated. This is shown in Fig. 7c shown.
  • the coating 750 After the coating 750 has been applied, it is reworked, e.g. by grinding and polishing. In this process, an end of the coating 750 facing away from the working edge 730 is bevelled on the upper side 721 of the base body 700, so that a bevelled end 751 is created.
  • the doctor blade reworked in this way is in Fig. 7d shown.
  • the underside 722 of the base body 700 is cut in the working edge area 730 to a depth of approximately 50% of the original thickness ground away so that a lamella 760 is formed in the working edge region 730, which is tapered compared to the rear region or the end of the doctor blade facing away from the working edge region 730.
  • a lamella 760 is formed in the working edge region 730, which is tapered compared to the rear region or the end of the doctor blade facing away from the working edge region 730.
  • a part of the coating 750 is also ground away so that the base body 700 and seamlessly merge into the coating 750.
  • the coating 750 is then Fig. 7e shown right end 752 ground to a point.
  • the actual working edge of the lamella doctor blade produced in this way is formed by the coating 750.
  • the blades 100, 100b, 200 shown have a very high wear resistance and stability.
  • the squeegees 100 and 100b enable extremely precise squeegeeing of printing ink in gravure and flexographic printing. This is possible over the entire service life of the squeegee.
  • the blade 200 has proven to be extremely advantageous as a coating knife in paper production.
  • the blade 200 has a high thermal shock resistance, as no significant deformation of the doctor blade could be observed during use. Furthermore, when applying coating color with the blade 200, unwanted streaking on the paper web can be largely avoided.
  • an identical base body as for the Rakel 100 was made from Fig. 1a described in a first comparative test in the area of the working edge with a ceramic-based coating of Cr 2 O 3.
  • the coating was applied under comparable conditions using a powder-based spraying process.
  • doctor blades have significantly poorer wear resistance and stability when it comes to wiping off printing ink in gravure and flexographic printing than those in the Fig. 1a squeegee shown.
  • FIG. 8 A chamber doctor blade system 800 is shown pressed to the left of a rotatable printing cylinder D.
  • the chamber doctor blade system 800 is, for example, Fig. 8 Pneumatics (not shown) are pressed against the pressure cylinder D and comprise a chamber 810 which is U-shaped in cross section and which is aligned with its opening towards the pressure cylinder D.
  • a closing doctor blade 840 made of plastic is attached to the leg 811 of the U-shaped chamber 810 shown below, which points at an angle of approximately 30° to the leg 811 in the direction of the center of the printing cylinder D.
  • On the second and in Fig. 8 A working doctor blade 830 is attached to the leg 812 of the U-shaped chamber 810 shown above.
  • the working doctor blade 830 projects at an angle of approximately 30° to the second leg 812 in the direction of the center of the printing cylinder D.
  • the working doctor blade 830 is a blade or doctor blade according to the invention, for example with a coating as shown in Fig. 1
  • the two doctor blades 830, 840 rest on the printing cylinder D and seal the inner area 820 between the two legs 811, 812, which is filled with printing ink 821.
  • the printing cylinder D rotates clockwise or in the direction of the arrow in Fig. 8
  • the printing ink 821 is absorbed on the surface of the printing cylinder D. Excess ink is wiped off by the working doctor blade 830.
  • the base bodies 100, 100b, 200 of the blades can be made from the Fig. 1a, 1b and 2 can also be made of another material, such as carbon steel or a non-metallic material, in particular a plastic or composite material, such as glass fiber reinforced plastic (GRP) and/or carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the base bodies can have a wedge-shaped working edge or a tapered cross-section with a rounded working edge.
  • the free end faces 140, 140b of the working edges 130, 130b of the doctor blade made of Fig. 1a and 1b can, for example, also be completely rounded.
  • the blades according to the invention can be made from the Fig. 1a, 1b and 2 can also be dimensioned differently.
  • the squeegee made of Fig. 1a and 1b the thicknesses of the working areas 130, 130b measured from the top to the bottom can be larger or smaller.
  • these thicknesses can vary in a range of 0.040 - 0.200 mm.
  • the coatings of the blades from the Fig. 1a, 1b and 2 at least one additional component or additives in the form of metals, hard material particles and/or Lubricating particles.
  • Particularly preferred lubricating particles are h-BN and/or polytetrafluoroethylene.
  • the coatings of the doctor blade 100 can be made from Fig. 1a and that of the blade 200 from Fig. 2 made from Al 2 O 3.
  • a mixture of Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 can be used.
  • the blades shown can, for example, be covered with additional coatings.
  • the additional coatings can be present in the working edge areas and/or in the rear areas and, for example, further improve the wear resistance of the working edges and/or protect the rear areas from the effects of aggressive chemicals.
  • the sprayers shown can also be used with corresponding devices for plasma spraying.
  • the sprayer 300 made of Fig. 3
  • a cathode/anode pair can be provided, with which an arc can be generated for plasma generation when a direct current source is used.
  • a noble gas can be used as the plasma gas, for example.
  • a suspension 323 can then be injected directly into the plasma via the tubular inlet nozzles 322.a, 322.b. It goes without saying that in this case it is not necessary to supply and ignite a fuel/oxygen mixture.
  • blades have been created which are particularly advantageous for printing technology and paper production.
  • the blades are characterized by extremely high wear resistance and enable even and streak-free application of printing and coating ink throughout their entire service life.
  • the blades according to the invention can be manufactured efficiently and cost-effectively in a wide variety of designs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Klinge, insbesondere für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper mit einem in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskantenbereich, wobei der Arbeitskantenbereich mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung überzogen ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von entsprechenden Klingen, durch das Herstellverfahren erhältliche Klingen und verschiedene Verwendungen der erfindungsgemässen Klingen.
    • Stand der Technik
  • In der Druckindustrie kommen Klingen insbesondere in Form von Rakel zum Abstreichen überschüssiger Druckfarbe von den Oberflächen von Druckzylindern bzw. Druckwalzen zum Einsatz. Solche Klingen basieren meist auf einem Grundkörper aus Stahl mit einer speziell ausgeformten Arbeitskante.
  • Besonders beim Tiefdruck und Flexodruck hat die Qualität der Klingen bzw. 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 unl<ontrollierten Abgabe von Druckfarbe kommen.
  • Die Arbeitskanten von Rakel sind während dem Abstreichen der Farbe 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.
  • Derartige Klingen sind daher grundsätzlich Verbrauchsgegenstände, welche periodisch ausgetauscht werden müssen. Um die Qualität und Lebensdauer der Klingen zu verbessern, werden die Arbeitskanten der Klingen daher üblicherweise mit Beschichtungen oder Überzügen versehen. Häufig werden Beschichtungen auf Basis von Metallen, Legierungen, Hartstoffen oder Kunststoffen eingesetzt. Die stofflichen Beschaffenheit der Beschichtungen beeinflussen dabei im Besonderen die mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Klingen massgeblich.
  • Aus der DE 601 07 902 T2 (BTG Ecléplens S.A. ) ist z.B. eine Rakel bekannt, welche für das flexographische Drucken geeignet ist. Zur Erhöhung der Lebensdauer verfügt die Rakel an der Arbeitskante über eine Keramikbeschichtung welche vorzugsweise auf Al2O3 basiert und ZrO2 sowie optional TiO2 umfasst. Die Härte der Keramikbeschichtung entspricht 0.55 - 0.8 mal der Härte einer Keramikhülse einer Farbauftragswalze welche mit der Rakel verwendet wird. Die Auftragung der Keramik erfolgt durch atmosphärisches Plasmaspritzen (APS).
  • Auch bei der Papierherstellung kommen Klingen zum Einsatz, beispielsweise in Form von Schaberklingen, Streichmessern, Kreppschabern oder Perforationsmessern.
  • Beispielsweise werden zur Oberflächenveredelung von Papier mit Streichmaschinen spezielle Streichfarben oder Streichmassen auf die Papieroberflächen aufgetragen bzw. aufgestrichen. Bei den Streichfarben handelt es sich um Anstrichmittel, bestehend aus Pigmenten, Bindemitteln und Additiven, die z.B. zur Verbesserung der Haptik oder Bedruckbarkeit auf die Papieroberfläche aufgetragen bzw. aufgestrichen werden. Das Abstreichen der überschüssigen Anstrichmittel erfolgt dabei durch Streichmesser, welche elastisch gegen die durch die Streichmaschine laufende Papierbahn gedrückt wird. Durch den Aufpressdruck der Streichmesser kann dabei die Auftragsmenge der Anstrichmittel kontrolliert werden. Bei diesem Prozess sind die Streichmesser bzw. Klingen hohen Belastungen ausgesetzt.
  • Beim Anlegen, wenn noch keine Streichfarbe vorliegt, erhitzen sich die Streichmesser an der Spitze aufgrund der Trockenreibung sehr stark. Hierbei kann es durch den Wärmeeintrag zu einer Deformation der Streichmesser kommen. Wird dann Streichfarbe zugegeben, erfolgt eine rasche Kühlung, was zu grossen Spannungen in der Klinge führt. Durch den während dem Abstreichen auftretenden abrasiven Verschleiss in der Klingenspitze können zudem Körner aus der Oberfläche der Klingenspitze ausbrechen, was lokal zu einer Streifenbildung auf der Papierbahn führt.
  • In diesem Zusammenhang offenbart die WO 2007/003332 A1 (BTG Ecléplens S.A. ) eine Klinge bzw. ein Streichmesser zum Aufbringen von Streichfarbe auf eine Papierbahn. Die Klinge verfügt über einen mehrschichtigen Aufbau mit einem metallischen Substrat, welches mit einer Zwischenschicht und einer verschleissfesten Deckbeschichtung beschichtet ist. Die Zwischenschicht weist eine geringere thermische Leitfähigkeit auf als die Deckschicht und kann z.B. aus Oxiden, Oxidmischungen, Keramiken, Keramiken mit Metallen, Keramiken mit Polymermaterial, Polymermaterial mit Keramil<füller, einem Polymermaterial, Zirkonoxid oder Titanoxid bestehen. Die Deckschicht kann z.B. Metall-, Carbid- oder Cermet-basiert sein. Erwähnt sind beispielsweise Materialen aus WC/CoCr, WC/Ni, CrC/NiCr, Mischungen aus WC und CrC in einer metallischen Phase; eine Chrombasierte Beschichtung und chemisch abgeschiedenes Ni-P oder Ni-B. Die Zwischenschicht wird insbesondere durch Plasmaspritzen oder Hochgeschwindigkeitsspritzen (HVOF) aufgetragen, während für die Deckschicht das Hochgeschwindigkeitsspritzen als vorteilhaft beschrieben wird. Dieser spezielle Schichtaufbau soll insbesondere die Problematik der Deformation der Streichmesser durch Wärmeeintrag lösen.
  • DE 10 2008 001721 A1 (Voith Patent GmbH) beschreibt ein Verfahren zum Beschichten einer Klinge, insbesondere einer ein Stahlsubstrat enthaltenden Klinge, wobei durch thermisches Spritzen ein Spritzzusatzwerl<stoff erschmolzen oder angeschmolzen und auf die I<lingenoberfläche geschleudert wird. Dabei wird ein Spritzzusatzwerl<stoff verwendet, der wenigstens einen Nanowerl<stoff enthält. Die Beschichtung wird mittels eines für das Verarbeiten von Nanowerl<stoffen modifizierten FS-, HVOF-, HVAF- und/oder Plasma-Systems auf die vorbereitete I<lingenoberfläche aufgebracht.
  • Die WO 2010/040236 A1 (Daetwyler SwissTec AG) offenbart eine Rakel, insbesondere zum Abrakeln von Druckfarbe 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. Die Rakel zeichnet sich dadurch aus, dass in der ersten Beschichtung monokristalline und/oder polykristalline Diamantpartikel dispergiert sind, wobei eine Partikelgrösse der Diamantpartikel wenigstens 5 nm und weniger als 50 nm misst.
  • Gegenstand der GB 2 128 551 (Inventing AB) sind Schaber und Klingen zum Abstreifen von Farbe von Druckzylindern oder zum Kreppen von Papier. Die Klingen weisen im Arbeitsbereich eine verschleissresistente Beschichtung auf, welche aus Keramik, Cermet, Metall, Oxiden, Metallcarbiden oder Carbiden besteht.
  • Die FR 2 733 720 A1 (Heidelberg Harris SA) zeigt Rakel für Rotationsdruckmaschinen. Diese verfügen an der Arbeitskante über eine Keramikbeschichtung aus Al2O3, TiO2 oder Mischungen davon.
  • Bislang bekannte Klingen für die Druck und die Papierindustrie vermögen aber entweder die technischen Anforderungen in der Praxis nicht zufriedenstellend zu erfüllen oder sie sind kompliziert im Aufbau und aufwändig in der Herstellung. Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach verbesserten Lösungen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Klingen und Herstellverfahren bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile möglichst überwinden. Die Klingen sollen nach Möglichkeit für Anwendungen im Bereich der Drucktechnik als auch in der Papierherstellung einsetzbar sein. Weiter sollen die Klingen im Besonderen während der gesamten Lebensdauer ein exaktes Abstreichen, insbesondere von Druckfarbe und/oder Streichfarbe, ermöglichen. Insbesondere sollen die Klingen auch bezüglich Thermoschockbeständigkeit und Verschleissbeständigkeit vorteilhaft sein und möglichst effizient und kostengünstig herstellbar sein.
  • Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche definiert. Gemäss einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Klinge für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper mit einem in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskantenbereich, wobei der Arbeitskantenbereich mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung überzogen ist. Dabei handelt es sich um eine durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragene Keramik-basierte Beschichtung.
  • Im vorliegenden Zusammenhang steht der Begriff "Klinge" für ein Werkzeug, welches für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung ausgelegt ist. Im Besonderen handelt es sich bei einer Klinge um eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Fluids auf eine Druckform und/oder auf ein Papiersubstrat, eine Vorrichtung zum Abstreifen eines Fluids von einer Druckform und/oder von einem Papiersubstrat, eine Vorrichtung zum Falzen und/oder Fälteln von Papier, und/oder eine Vorrichtung zum Perforieren eines Papiers.
  • Insbesondere handelt es sich bei der Klinge um eine Rakel, eine Schaberklinge, ein Streichmesser, einen Kreppschaber und/oder um ein Perforationsmesser. Im Speziellen ist die Klinge eine Rakel, insbesondere für Anwendungen in der Drucktechnik, oder die Klinge ist ein Streichmesser, im Besonderen für die Papierherstellung.
  • Der Begriff "thermisches Spritzverfahren" ist dem Fachmann an sich hinlänglich bekannt. Hierbei handelt es sich um Oberflächenbeschichtungsverfahren, insbesondere nach Norm ISO 14917:1999-08, bei welchen Zusatzwerkstoffe, die so genannten Spritzzusätze, innerhalb oder ausserhalb eines Spritzgeräts ab-, an- oder aufgeschmolzen und auf eine zu beschichtende Oberfläche aufgeschleudert werden (siehe auch DIN EN 657). Die zu beschichtenden Oberflächen werden dabei üblicherweise nicht aufgeschmolzen. Die Spritzzusätze liegen typischerweise in fester Form vor, z.B. als Pulver oder Drähte. Bekannte thermische Spritzverfahren sind beispielsweise das Plasmaspritzen oder das Flammspritzen, insbesondere das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF). Entsprechende Apparaturen sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich.
  • Unter dem Ausdruck "thermisches Suspensionsspritzen" bzw. "thermisches Suspensionsspritzenverfahren" wird ein thermisches Spritzverfahren verstanden, bei welchem als Spritzzusatz eine Suspension verwendet wird. Eine Suspension ist ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern. Beim thermischen Suspensionsspritzen werden die Zusatzwerkstoffe oder das Beschichtungsmaterial den Spritzgeräten in Form von Suspensionen zugeführt.
  • Das thermische Suspensionsspritzverfahren kann z.B. auf adaptierten Apparaturen zum Flammspritzen durchgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Apparatur zum Flammspritzen mit einem Suspensionsförderer ergänzt werden. Entsprechende Vorrichtungen sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise bei der Firma Northwest Mettech Corp. kommerziell erhältlich. Eine geeignete Vorrichtung ist auch in der Patentanmeldung WO 2006/116844 A (National Research Council of Canada) beschrieben.
  • Der Begriff "Keramik-basierte Beschichtung" bedeutet, dass wenigstens eine Keramik den Hauptbestandteil der Beschichtung bildet. Dies insbesondere bezogen auf das Gewicht. Dabei können in der Keramik-basierten Beschichtung zusätzlich zur wenigstens einen Keramik durchaus noch andere Atomsorten und/oder chemische Verbindungen vorliegen, welche einen geringeren Anteil, insbesondere einen geringeren Gewichtanteil, aufweisen als die Keramik. Bevorzugt beträgt der Anteil der wenigstens einen Keramik in der Keramik-basierten Beschichtung wenigstens 50 Gew.-%, insbesondere bevorzugt wenigstens 70 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 Gew.-% oder wenigstens 90 Gew.-%. Im Speziellen besteht die Keramik-basierte Beschichtung bis auf unvermeidbare Verunreinigungen ausschliesslich aus der wenigstens einen Keramik.
  • Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemässen Klingen sowohl bei Anwendungen in der Drucktechnik als auch bei Verwendung bei der Papierherstellung eine hohe Verschleissfestigkeit bzw. Verschleissbeständigkeit und entsprechend auch eine lange Lebensdauer aufweisen.
  • Auch zeigen die erfindungsgemässen Klingen hohe Thermoschockbeständigkeiten, was speziell bei der Papierherstellung oder bei der Verwendung als Streichmesser vorteilhaft ist. Die Tendenz zur Deformation der Klingen bei Anlegen und der darauffolgenden Zugabe der Strichfarbe kann insbesondere gegenüber herkömmlichen Klingen stark reduziert werden. Die Klingen sind damit bezüglich Trockenreibung und damit verbundenem Wärmeeintrag relativ unempfindlich.
  • Insbesondere im Vergleich mit herkömmlichen Klingen werden die Arbeitskanten der erfindungsgemässen Klingen optimal stabilisiert. In der Drucktechnik, insbesondere beim Flexodruck, ergibt sich damit eine scharf begrenzte Kontaktzone zwischen der Klinge, welche in diesem Fall insbesondere eine Rakel ist, und dem Druckzylinder bzw. der Druckwalze, was wiederum ein äusserst exaktes Abstreichen von Druckfarbe ermöglicht. Die Kontaktzone bleibt dabei über den gesamten Druckprozess weitgehend stabil.
  • Zudem wurde gefunden, dass die erfindungsgemässen Klingen bzw. Rakel während der Einlaufphase im Druckprozess deutlich weniger Streifen bilden oder anderweitige den Druckprozess beeinträchtigende Effekte hervorrufen. Durch die erfindungsgemässe Klingen ist es daher möglich, eine im Wesentlichen konstante Druckqualität während dem gesamten Druckprozess zu erzielen.
  • Als weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung können im Vergleich mit bekannten Klingen wesentlich dünnere Beschichtungen abgeschieden werden. Dies ermöglicht eine schmalere Kontaktzone, auch bei fortgeschrittenem Klingenverschleiss.
  • Des Weiteren weisen die erfindungsgemässen Klingen äusserst günstige Gleiteigenschaften auf den üblicherweise verwendeten Druckzylindern oder Druckwalzen auf. Dadurch wird bei der Verwendung der erfindungsgemässen Klingen zum Abrakeln auch ein Verschleiss der Druckzylinder oder Druckwalzen reduziert.
  • Auch haben sich die erfindungsgemässen Klingen als besonders vorteilhafte Arbeitsrakel für Kammerrakelsysteme für den Flexodruck erwiesen. Dies insbesondere in Kombination mit einer Schliessrakel aus Kunststoff oder einem Kunststoff-Kompositmaterial, welches dem reduzierten Schmierfilm auf dieser Seite der Rakelkammer Rechnung trägt.
  • Auch bei der Papierherstellung haben sich die erfindungsgemässen Klingen, welche in diesem Fall insbesondere Streichmesser sind, als vorteilhaft erwiesen. Verglichen mit herkömmlichen Klingen mit Keramikbeschichtung kann trotz abrasivem Verschleiss eine hohe Stabilität der Arbeitskante erreicht werden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass Körner aus der Oberfläche der Klingenspitze ausbrechen stark reduziert, was wiederum die Bildung von Streifen auf der Papierbahn reduziert.
  • Die Vorteile der erfindungsgemässen Klingen sind zudem mit einer einzigen Beschichtung erreichbar. Auf komplizierte Mehrfachbeschichtungen kann daher verzichtet werden. Entsprechend lassen sich die erfindungsgemässen Rakeln auch effizient und kostengünstig herstellen.
  • Zum Erreichen der genannten Vorteile ist es überraschenderweise entscheidend, dass die Keramik-basierte Beschichtung durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragen wird. Werden Beschichtungen aus gleichen Materialen aber durch ein anderes Verfahren aufgetragen, z.B. durch ein herkömmliches thermisches Spritzverfahren wie Plasmaspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) auf Pulverbasis, treten die erfindungsgemässen Vorteile nicht in gleichen Masse oder gar nicht zum Vorschein.
  • Daraus ist ersichtlich, dass sich die durch das thermische Suspensionsspritzverfahren hergestellten Beschichtungen von anders hergestellten Beschichtungen unterscheiden. Untersuchungen haben denn auch gezeigt, dass Beschichtungen, welche durch herkömmliches Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgetragen werden, einen laminaren Gefügeaufbau und eine relativ hohe Dichte an mikrostrukturellen Defekten, z.B. Poren Risse und nicht aufgeschmolzene Partikel, aufweisen. Die mit dem erfindungsgemässen thermischen Suspensionsspritzverfahren hergestellten Beschichtungen zeigen dagegen eine andere Mikrostruktur mit deutlich weniger Defekten (weniger und kleinere Poren und Risse) und verfügen somit über eine geringere Porosität.
  • Zudem können Partikel verwendet werden, welche bei den konventionellen thermischen Spritzverfahren im Overspray als Abfall entstehen. Beim Overspray handelt es sich um Partikel, welche in einem Spritzverfahren nicht auf das zu beschichtende Werkstück gelangt sind. Diese Partikel sind üblicherweise zu klein um der Wiederverwertung zugeführt zu werden. Durch die Suspensionsspritztechnolgie können solche Abfallprodul<te jedoch nutzbar gemacht werden. Das führt nebst den vorstehend genannten Vorteilen zu einer hohen Wirtschaftlichkeit des Prozesses, sowie zu einer guten ökologischen Bilanz.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Keramik-basierte Beschichtung eine Oxidkeramik und/oder eine Nichtoxidkeramik. Insbesondere besteht der Hauptbestandteil der Keramik-basierten Beschichtung aus einer Oxidkeramik und/oder einer Nichtoxidkeramik. Besonders bevorzugt ist dabei eine Oxidkeramik.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Keramik-basierte Beschichtung zu mindestens 50 Gew.-%, insbesondere bevorzugt wenigstens 70 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 80 Gew.-% oder wenigstens 90 Gew.-% aus der Oxidkeramik und/oder der Nichtoxidkeramik. Im Speziellen besteht die Keramik-basierte Beschichtung bis auf unvermeidbare Verunreinigungen aus der Oxidkeramik und/oder der Nichtoxidkeramik. Besonders bevorzugt ist dabei eine Oxidkeramik.
  • Die Oxidkeramik, falls vorhanden, ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, CeO2, und/oder MgO. Speziell bevorzugt ist die Oxidkeramik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3 und Cr2O3, wobei Cr2O3 besonders bevorzugt ist.
  • Die Nichtoxidkeramik umfasst mit Vorteil ein Carbid, Nitrid, Borid und/oder ein Silicid. Bevorzugt besteht die Nichtoxidkeramik aus einem oder mehreren dieser genannten Vertreter.
  • Vorteilhafterweise ist die Nichtoxidkeramik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus WSi2, SiC, TiC, WC, VC, ZrC, TaC, Cr3C2, B4C, BN, ZrB2, TiN, Si3N4, ZrB2 und/oder TiB2. Insbesondere geeignet sind SiC und/oder BN.
  • Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Keramik-basierte Beschichtung eine Oxidkeramik oder sie besteht daraus. Dabei handelt es sich insbesondere um einen oder mehrere der vorstehend genannten Vertreter von Oxidkeramiken, wobei die Oxidkeramik im Besonderen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3 und Cr2O3. Cr2O3 dabei besonders vorteilhaft ist.
  • Mit derartigen Keramiken kommen die erfindungsgemässen Vorteile im besonderen Masse zum Tragen. Grundsätzlich sind aber auch andere Keramiken verwendbar, insbesondere für Anwendungen mit speziellen Anforderungen.
  • Eine Härte der Keramik-basierten Beschichtung beträgt mit Vorteil 1'200 - 2'200 HV 0.1, insbesondere 1'400 - 2'000 HV 0.1, bevorzugt 1'600 - 1'900 HV 0.1, im Speziellen 1'700 - 1'800 HV 0.1. Dadurch wird insbesondere die Verschleissfestigkeit der Klinge gesteigert. Gemessen wird insbesondere nach Norm DIN EN ISO 6507-1:2005 bis - 4:2005.
  • Eine Dicke der Keramik-basierten Beschichtung misst im Allgemeinen vorteilhafterweise 5 - 300 µm, insbesondere 10 - 200 µm, bevorzugt 15 - 150 µm, im Speziellen 20 - 100 µm. Bei Anwendungen im Druckbereich beträgt die Dicke der Keramik-basierten Beschichtung mit Vorteil 5 - 100 µm, insbesondere 10 - 75 µm, bevorzugt 15 - 50 µm, im Speziellen 20 - 30 µm. Für Anwendungen im Papierbereich liegt die Dicke der Keramik-basierten Beschichtung mit Vorteil im Bereich von 20 - 300 µm, insbesondere 30 - 200 µm, bevorzugt 50 - 150 µm, im Speziellen 75 - 125 µm oder bei ca. 100 µm.
  • Derartige Dicken der Keramik-basierten Beschichtung bieten einen optimalen Schutz der Arbeitskante der Klinge. Zudem weisen derart bemessene Beschichtungen eine hohe Eigenstabilität auf, was die teilweise oder vollständige Delamination der Beschichtung, beispielsweise während des Abral<elns von Druckfarbe von einem Druckzylinder oder bei Aufbringen von Streichfarbe auf Papier, wirkungsvoll reduziert. Weiter hat sich gezeigt, dass die genannten Schichtdicken besonders vorteilhaft sind in Bezug auf die Thermoschockbeständigkeit.
  • Eine Porosität der Keramik-basierten Beschichtung beträgt weniger als 5%, insbesondere weniger als 2.5%, bevorzugt weniger als 1% oder weniger als 0.5%. Die Porosität wird insbesondere gemäss der technischen Regel DVS 2318:2011-07 ("Ausgewählte technologische Eigenschaften und Merkmale von thermisch gespritzten Schichten") des Deutschen Verbands für Schweissen und verwandte Verfahren e.V. gemessen. Es hat sich herausgestellt, dass bei derartigen Porositäten die Verschleissfestigkeit und Thermoschockbeständigkeit der Klingen stark verbessert werden können. Werden solche Klingen zum Abrakeln von Farbe in einem Druckprozess oder zum Aufstreichen von Streichfarbe bei der Papierherstellung eingesetzt, ist es zudem möglich, während der gesamten Lebensdauer der Klingen äusserst konstante Ergebnisse zu erzielen.
  • Verglichen mit herkömmlichen Beschichtungen, welche üblicherweise höhere Porositäten aufweisen, ist es mit den hier genannten Porositäten des Weiteren möglich, bei gleichbleibenden Schichteigenschaften dünnere Schichtdicken vorzusehen. Damit kann der Materialverbrauch reduziert werden, was der Wirtschaftlichkeit zu Gute kommt. Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt die mittlere Rauheit Ra der Keramik-basierten Beschichtung, ohne Nachbearbeitung der Beschichtung, gemessen nach DIN EN ISO 4287:2010, im Bereich von 0.1 - 10 µm, insbesondere 0.5 - 5 µm, bevorzugt 1 - 3 µm, im Speziellen 1.1 - 2 µm oder 1.3 - 1.9 µm. Aufgrund des erfindungsgemäss verwendeten Suspensionsspritzverfahren, können derartige Werte für die mittlere Rauheit Ra problemlos erreicht werden. Damit verfügen die Klingen über klar definierte Arbeitskanten. Da bereits relativ geringe Rauheitswerte erreicht werden, reduziert sich der Aufwand für eine allfällige Nachbearbeitung der Arbeitskante erheblich. Grundsätzlich können aber auch Keramik-basierte Beschichtungen mit anderen Rauheiten realisiert werden.
  • Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Keramik-basierte Beschichtung wenigstens eine Zusatzkomponente, insbesondere zur Verbesserung des Verschleissverhaltens der Klinge. Damit kann die Arbeitskante der Klinge optimal an spezielle Erfordernisse angepasst werden.
  • Insbesondere umfasst die Zusatzkomponente z.B. wenigstens ein Metall, Hartstoffpartikel und/oder Schmierpartikel.
  • Ein geeignetes Metall ist z.B. Molybdän. Vorteilhafte Hartstoffpartikel sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus BN, TiN, SiC, B4C, VC, TiC, und/oder TaC. Besonders bevorzugte Schmierpartikel sind h-BN, MoS2 und/oder Graphit.
  • Der Grundkörper der Klinge umfasst oder besteht mit Vorteil aus Stahl und/oder Kunststoff, wobei Stahl besonders bevorzugt ist. Stahl hat sich in mechanischer Hinsicht als besonders robustes und geeignetes Material für die erfindungsgemässen Klingen erweisen.
  • Zusätzlich oder anstelle von Stahl können jedoch beispielsweise auch andere Metalle oder Metalllegierungen als Grundkörper eingesetzt werden.
  • Für spezielle Anwendungen haben sich Grundkörper aus Kunststoffen gegenüber Grundkörpern aus Stahl aufgrund ihrer unterschiedlichen mechanischen und chemischen Eigenschaften teilweise als vorteilhafter erwiesen. So verfügen einige der in Frage kommenden Kunststoffe gegenüber typischen Wasser-basierten und leicht sauren Druckfarben über eine ausreichende chemische Stabilität oder Inertheit, womit der Grundkörper nicht speziell geschützt werden muss, wie im Falle eines Grundkörpers aus Stahl.
  • Als Kunststoffmaterial kommen z. B. Polymermaterialien in Frage. Dies können unter anderem thermoplastische, duroplastische und/oder elastomere Polymermaterialien sein. Geeignete Kunststoffe sind z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyren, Polyvinylalkohol, Polyethylen-Terephthalat, Polyamid, Polyacetal, Polycarbonat, Polyarylat, Polyetheretherketon, Polyimid, Polyester, Polytetrafluorethylen und/oder Polyurethan. Auch Kompositstrukturen mit Fasern zur Verstärkung der Polymermatrix sind möglich.
  • Grundsätzlich können jedoch auch Grundkörper verwendet werden, welche z. B. sowohl aus Metall, insbesondere Stahl, als auch aus Kunststoff bestehen. Auch Grundkörper mit anderen Materialien, z. B. Keramiken und/oder Kompositmaterialen, können für spezielle Anwendungen gegebenenfalls geeignet sein.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn wenigstens ein bezüglich der longitudinalen Richtung vorliegender Mantelbereich des Grundkörpers vollständig und rundum mit Keramikbasierter Beschichtung und/oder einer weiteren Beschichtung bedeckt ist. Dadurch sind wenigstens die Arbeitskante, die Oberseite, die Unterseite und die der Arbeitskante gegenüberliegende hintere Stirnseite des Grundkörpers mit wenigstens einer Beschichtung bedeckt. Die senkrecht zur longitudinalen Richtung vorliegenden Seitenflächen des Grundkörpers können unbeschichtet vorliegen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass die Keramik-basierte Beschichtung und/oder eine weitere Beschichtung den Grundkörper vollständig und allseitig bedeckt. In diesem Fall sind also auch die senkrecht zur longitudinalen Richtung vorliegenden Seitenflächen des Grundkörpers mit einer der Beschichtungen bedeckt.
  • Mit Vorteil ist die Keramik-basierte Beschichtung unmittelbar auf dem Grundkörper der Klinge angeordnet, wobei der Grundkörper mit Vorteil aus Stahl und/oder Kunststoff besteht. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, zwischen dem Grundkörper der Klinge und der Keramik-basierten Beschichtung ein oder mehrere Zwischenschichten anzuordnen. Ebenso ist es möglich, auf der Keramik-basierten Beschichtung eine oder mehrere zusätzliche Deckschichten aufzubringen.
  • In einer besonderen Ausführungsform ist der Grundkörper der Klinge, welche mit Vorteil aus Stahl und/oder Kunststoff besteht, einzig mit der Keramik-basierten Beschichtung beschichtet. In diesem Fall verfügt die Klinge über keine weiteren Beschichtungen. Solche Beschichtung lassen sich besonders zeitsparend und ökonomisch herstellen. Dennoch können sehr gute Eigenschaften erzielt werden.
  • In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist auf der Keramik-basierten Beschichtung wenigstens eine Deckschicht angeordnet. Die Deckschicht umfasst dabei insbesondere eine nicht-keramische Beschichtung, eine organische Beschichtung und/oder eine ein Polymer umfassende Beschichtung. Eine Deckschicht kann den Vorteil haben, dass die Keramik-basierte Beschichtung zusätzlich vor abrasivem Verschleiss geschützt wird und unerwünschte rheologische Effekte reduziert werden. Zusätzlich kann die Deckschicht, beispielsweise durch eine im Vergleich zur Keramik-basierten Beschichtung niedrigere Oberflächenspannung, die Tendenz des Anhaftens von Fluiden oder Farbe reduzieren. Somit ergeben sich besonders vorteilhafte Klingen, was sich im Besonderen im Falle von Rakeln, Streichmesser, Kreppschabern und Schaberklingen zeigt.
  • In einer ganz speziellen Ausführungsform ist auf der Keramik-basierten Beschichtung genau eine Deckschicht angeordnet.
  • Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist der Grundkörper der Klinge, welche mit Vorteil aus Stahl und/oder Kunststoff besteht, einzig mit der Keramik-basierten Beschichtung und genau einer Deckschicht beschichtet. In diesem Fall verfügt die Klinge über keine weiteren Beschichtungen.
  • Die ein Polymer umfassende Beschichtung umfasst vorzugsweise mehr als 50 Gew. % (Gewichtsprozent) Polymere, insbesondere mehr als 75 Gew. % Polymere, besonders bevorzugt mehr als 90 Gew. % Polymere. Weiter beträgt der Polymergehalt vorzugsweise weniger als 99 Gew. %, besonders bevorzugt weniger als 95 Gew. %. Polymere sind damit vorzugsweise Hauptbestandteil der Beschichtung. Die vorgenannten Anteile der Polymere in der Beschichtung sind auf die Beschichtung der gebrauchsfertigen Klingen bezogen.
  • Das Polymer umfasst oder besteht vorliegend insbesondere aus einem organischen Polymer. Das Polymer kann ein Homopolymer oder ein Copolymer sein. Homopolymere bestehen im Wesentlichen aus einer einzigen Monomerenart, während Copolymere aus zwei, drei oder noch mehr chemisch unterschiedlichen Monomerarten bestehen. Auch möglich ist es, dass das Polymer in Form eines sogenannten Polymerblends oder als Mischung aus mehreren unterschiedlichen Homopolymeren und/oder Copolymeren besteht.
  • Im Besonderen ist das Polymer ein Duroplast, Thermoplast und/oder ein Elastomer. Bevorzugt sind z.B. Duroplaste. Duroplaste verfügen nach dem Aushärten über eine dreidimensionale Vernetzung und lassen sich nach ihrer Aushärtung üblicherweise nicht mehr verformen.
  • Als Polymere können zum Beispiel Polyurethanharze, Epoxidharze, Phenolharze, wie Phenol-Formaldehydharze (Novolacke und Resole), Melaminformaldehydharze sowie gesättigte und ungesättigte Polyesterharze oder Mischungen davon vorgesehen sein.
  • Die Polymere können weiterhin Gummi, Polyurethane, Polyharnstoffe, Thermoplaste oder Mischungen derselben umfassen. Die Thermoplaste können zum Beispiel Acrylnitrilbutadienstyrol, Polyamid, Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid oder Mischungen davon umfassen. Dem Fachmann sind auch weitere mögliche Polymere bekannt, welche in Reinform oder als Mischungen für die Herstellung der Beschichtung vorgesehen sein können. Die Polymermischungen können insbesondere zwei oder mehr unterschiedliche Polymere umfassen.
  • Optional kann in der wenigstens einen Deckschicht ein Additiv, insbesondere zur Verbesserung des Verschleissverhaltens der Klinge, vorliegen. Damit kann die Arbeitskante der Klinge optimal an spezielle Erfordernisse angepasst werden.
  • Insbesondere umfasst das Additiv z.B. wenigstens ein Metall, Hartstoffpartikel und/oder Schmierpartikel.
  • Ein geeignetes Metall ist z.B. Mo. Vorteilhafte Hartstoffpartikel sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus BN, TiN, SiC, B4C, VC, TiC, und/oder TaC. Besonders bevorzugte Schmierpartil<el sind h-BN, MoS2 und/oder Graphit.
  • Eine Schichtdicke der Decksicht beträgt vorzugsweise 1 - 30 µm. Dies insbesondere, falls es sich um eine organische Beschichtung und/oder eine ein Polymer umfassende Beschichtung handelt. Weiter bevorzugt beträgt die Schichtdicke der Deckschicht 5 - 20 µm, besonders bevorzugt 5 - 10 µm. Derartige Schichtdicken bieten einen optimalen Schutz der Arbeitskante der Rakel. Zudem weisen derart bemessene Schichtdicken eine hohe Eigenstabilität auf, was die teilweise oder vollständige Delamination der ersten Beschichtung, beispielsweise während des Abral<elns von Druckfarbe von einem Druckzylinder, wirkungsvoll reduziert.
  • Deckschichten mit Dicken von weniger als 1 µm sind zwar möglich, die Verschleissfestigkeit der Arbeitskante bzw. der Rakel nimmt dabei aber rasch ab. Grössere Dicken als 30 µm sind auch machbar. Diese sind aber im Allgemeinen weniger ökonomisch und können sich unter Umständen auch negativ auf die Qualität der Arbeitskante auswirken. Für spezielle Einsatzbereiche der Rakel können Deckschichten mit Dicken von weniger als 1 µm oder mehr als 30 µm jedoch durchaus vorteilhaft sein
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Klinge wie sie vorstehend beschrieben ist, wobei ein auf einem länglichen Grundkörper in einer longitudinalen Richtung ausgebildeter Arbeitskantenbereich der Klinge mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung versehen wird. Die Keramik-basierte Beschichtung wird dabei durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragen.
  • Insbesondere wird für das thermische Suspensionsspritzverfahren eine Suspension darin enthaltend dispergierte I<eramil<partil<el verwendet. Insbesondere werden beim thermischen Suspensionsspritzverfahren die I<eramil<partil<el, vorzugsweise innerhalb und/oder ausserhalb eines Spritzgeräts, ab-, an- und/oder aufgeschmolzen und in Form eines Partikelstroms auf die Arbeitsl<antenbereiche der Rakel beschleunigt.
  • Die Keramikpartikel weisen dabei insbesondere eine mittlere Partikelgrösse im Bereich von 5 nm - 20 µm, insbesondere 10 nm - 10 µm, bevorzugt 15 nm - 5 µm, speziell 100 nm - 1 µm, auf. Die Partikelgrösse, deren Verteilung oder die mittlere Partikelgrösse der Keramikpartikel werden insbesondere durch Laserbeugung, bevorzugt entsprechend Norm ISO 13320:2009, bestimmt. Die mittlere Partikelgrösse entspricht vorliegend insbesondere dem D50-Wert (50% der Partikel sind kleiner als der angegebene Wert, 50% entsprechend grösser). Mit Vorteil verfügt die Suspension bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension über einen Feststoffanteil von 0.1 - 75 Gew.-%, bevorzugt 0.5 - 50 Gew.-%, insbesondere von 1 - 30 Gew.-%.
  • Als Lösungsmittel für die Suspension wird mit Vorteil Wasser, Alkohol, Glykol und/oder Mischungen davon eingesetzt. Als Alkohol ist z.B. Methanol, Ethanol, Propanol und/oder Isopropanol verwendbar, insbesondere Ethanol. Geeignete Glykole sind beispielsweise Ethylenglykol und/oder Propylenglykol. Ethylenglykol ist dabei besonders bevorzugt.
  • Weiter umfasst die Suspension insbesondere wenigstens ein Netzmittel und/oder wenigstens einen Stabilisator. Diese sind im Besonderen ausgewählt aus der Gruppe der anionischen Tenside und/oder kationischen Tenside. Dies ermöglicht es, die Stabilität oder Homogenität der Suspension zu erhöhen, da die Tendenz der Phasentrennung zwischen Keramikpartikeln und Lösungsmitteln reduziert wird. Ein Sedimentieren und/oder Agglomerieren der Keramikpartikel wird also bestmöglich reduziert. Zudem kann die Stabilität der Suspension über die Zeit verbessert werden. Insgesamt kann damit die Schichtqualität der wenigstens einen Keramik-basierten Beschichtung verbessert werden.
  • Es ist aber auch möglich auf ein Netzmittel und/oder einen Stabilisator zu verzichten.
  • Mit Vorteil wird die Suspension während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren zumindest zeitweise, bevorzugt durchgehend, gemischt. Dies erfolgt insbesondere durch einen mechanischen Mischer, bevorzugt durch einen Rührer. Ein Mischen der Suspension kann anstelle oder zusätzlich zur Verwendung von Netzmitteln und/oder Stabilisatoren erfolgen und bewirkt eine Verbesserung der Stabilität oder Homogenität der Suspension. Besonders bevorzugt erfolgt das Mischen in Kombination mit der Verwendung von wenigstens einem Netzmittel und/oder wenigstens einem Stabilisator. Dadurch kann die Stabilität und/oder Homogenität der Suspension überproportional erhöht werden.
  • Eine Förderrate der Suspension während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren liegt vorzugsweise im Bereich von 1 - 500 ml/min, insbesondere 5 - 120 ml/min, bevorzugt 20 - 100 ml/min. Dadurch werden optimale Abscheideraten im Bereich der Arbeitskante der Klinge erreicht. Grundsätzlich sind aber auch andere Förderraten möglich.
  • Insbesondere werden die Keramikpartikel während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren auf eine Geschwindigkeit von 350 - 700 m/s beschleunigt. Dies hat sich im vorliegenden Zusammenhang als optimale Geschwindigkeit herausgestellt, welche für die meisten interessierenden keramischen Materialen zu einer optimalen Beschichtung für Klingen führen. Andere Geschwindigkeiten können aber auch geeignet sein, insbesondere im Zusammenhang mit speziellen keramischen Materialen.
  • Die Keramikpartikel werden während dem Suspensionsspritzverfahren mit Vorteil auf eine Temperatur von 250 - 3'500°C, insbesondere 1'000 - 3'200°C, bevorzugt 2'000 - 3'000°C, erhitzt. Die meisten interessierenden keramischen Materialen werden bei diesen Temperaturen derart angeschmolzen, dass besonders dichte und defektarme Beschichtungen erhalten werden, was wiederum der Schichtqualität zu Gute kommt.
  • Andere Temperaturen sind aber auch möglich. Dies kann z.B. für spezielle Materialien sogar vorteilhaft sein.
  • Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden während dem Suspensionsspritzverfahren wenigstens eine, insbesondere alle, der folgenden Bedingungen eingehalten:
    1. a) Für das thermische Suspensionsspritzverfahren wird eine Suspension darin enthaltend dispergierte Keramikpartikel verwendet;
    2. b) Die Suspension verfügt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, über einen Feststoffanteil von 0.1 - 75 Gew.-%, bevorzugt 0.5 - 50 Gew.-%, insbesondere von 1 - 30 Gew.-%;
    3. c) Die Keramikpartikel weisen eine mittlere Partikelgrösse im Bereich von 5 nm - 20 µm, insbesondere 10 nm - 10 µm, bevorzugt 15 nm - 5 µm, speziell 100 nm - 1 µm, auf;
    4. d) Die Keramikpartikel werden während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren auf eine Geschwindigkeit von 350 - 700 m/s beschleunigt; und
    5. e) Die Keramikpartikel werden während dem Suspensionsspritzverfahren auf eine Temperatur von 250 - 3'500°C, insbesondere 1'000 - 3'200°C, bevorzugt 2'000 - 3'000°C, erhitzt.
  • Vorteilhafterweise wird beim Suspensionsspritzen ein Gemisch aus Brennstoff, insbesondere Kerosin, zusammen mit Sauerstoff verbrannt.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird beim Suspensionsspritzen ein Plasma generiert, insbesondere in einem Lichtbogen. Im Besonderen verfügt das Plasma über Temperaturen von 5'000 - 30'000 Kelvin. Als Gas zur Erzeugung des Plasmas wird insbesondere ein Inertgas und/oder ein Edelgas verwendet.
  • Optional wird dabei ein zusätzliches Gas, insbesondere ein Inertgas und/oder Druckluft, eingedüst, bevorzugt zur Erhöhung der kinetischen Energie des Partikelstroms und/oder zur Formung des Partikelstroms.
  • Das Spritzgerät verfügt im Besonderen über eine Düse, insbesondere eine Expansionsdüse, wobei bevorzugt das zusätzliche Gas in einem Bereich einer Düsenaustrittsöffnung der Düse eingedüst wird.
  • Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform werden zum Suspensionsspritzen eine Apparatur zum Plasmaspritzen und/oder eine Apparatur zum Flammspritzen verwendet, wobei die Suspension in eine Flamme und/oder ein Plasma der Apparatur eingedüst wird. Derartige Apparaturen sind kommerziell erhältlich.
  • Insbesondere wird zum Suspensionsspritzen eine Apparatur zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) und/oder eine Apparatur zum atmosphärischem Plasmaspritzen, insbesondere mit einem vorgeschaltetem Suspensionsförderer und/oder einem Suspensionsinjektor, verwendet, wobei die Suspension in eine Flamme und/oder das Plasma der Apparatur eingedüst wird.
  • Mit Vorteil wird die Suspension in einen Brennraum der Apparatur, insbesondere einer Apparatur zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder zum atmosphärischen Plasmaspritzen, eingedüst.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform wird dabei die Suspension bezüglich einer Richtung einer Düsenaustrittsöffnung der Apparatur, insbesondere einer Apparatur zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder zum atmosphärischen Plasmaspritzen, in im Wesentlichen axialer Richtung eingedüst. Die Richtung der Düsenaustrittsöffnung bezeichnet vorliegend insbesondere die Richtung des Normalenvektors der von der Düsenaustrittsöffnung gebildeten Fläche. Diese Richtung entspricht insbesondere einer Bewegungsrichtung des Partikelstroms beim Verlassen der Düsenöffnung. Mit dem Ausdruck "im Wesentlichen in axialer Richtung" ist gemeint, dass die Richtung der Eindüsung zur Richtung der Düsenaustrittsöffnung einen Winkel von 0 - 30°, insbesondere 0 - 15°, speziell 0 - 5° oder 0 - 1°, bildet.
  • Bei einer anderen geeigneten Ausführungsform wird die Suspension bezüglich einer Düsenaustrittsöffnung der Apparatur, insbesondere einer Apparatur zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder zum atmosphärischen Plasmaspritzen, in im Wesentlichen radialer Richtung eingedüst. Mit dem Ausdruck " im Wesentlichen in radialer Richtung" ist gemeint, dass die Richtung der Eindüsung zur Richtung der Düsenaustrittsöffnung einen Winkel von 60 - 90°, insbesondere 75 - 90°, speziell 85 - 90° oder 89 - 90°, bildet.
  • Wie sich herausgestellt hat, wird die Suspension mit Vorteil mit einem Druck von 0 - 6 bar, insbesondere 1 - 5 bar, in die Flamme und/oder das Plasma eingedüst.
  • Ein besonders vorteilhaftes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    1. a) der Arbeitskantenbereich der Klinge wird in einem thermischen Suspensionsspritzverfahren mit der Keramik-basierten Beschichtung versehen;
    2. b) die Beschichtung wird optional nachbearbeitet, insbesondere geschliffen und/oder poliert;
    3. c) im Arbeitskantenbereich wird eine Lamelle eingeschliffen.
  • Die Schritte a) bis c) werden dabei im Besonderen in der angegeben Reihenfolge durchgeführt. Optional wird vor Schritt a) zudem im unbeschichteten Arbeitskantenbereich eine Fase oder eine abgeschrägte Fläche eingeschliffen. Ebenso kann vor und/oder nach Schritt a) eine weitere Beschichtung aufgetragen werden.
  • Eine Lamelle ist dabei insbesondere ein bezüglich der Dicke verjüngter Arbeitskantenbereich. Eine Lamellendicke inklusive Beschichtung beträgt beispielsweise 60 - 150 µm, insbesondere 70 - 120 µm, bevorzugt 70 - 90 µm.
  • Die Schichtdicke der Keramik-basierten Beschichtung ist dabei insbesondere < 40 µm und/oder > 5 µm, im Speziellen 20 - 30 µm.
  • Das Verfahren erlaubt es beispielsweise, erstmals qualitativ hochstehende Lamellenrakel, insbesondere mit einer Struktur wie sie z.B. in der EP 0 911 157 A1 (MDC Max Daetwyler Bleienbach AG) beschrieben sind, durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren zu erzeugen. Andere Verfahren, bei welchen das Schleifen der Klinge bzw. die Erzeugung der Lamelle vor der Beschichtung erfolgt, haben den Nachteil, dass es durch die hohen thermischen und kinetischen Energien beim Aufbringen der Beschichtungen zu Verformungen der relativ dünnen Lamelle im Arbeitskantenbereichs kommen kann, was die Qualität der Rakel verschlechtert.
  • Zudem betrifft die Erfindung eine Klinge, welche erhältlich ist nach einem wie vorstehend beschriebenen Verfahren.
  • Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gerätesatz umfassend eine erfindungsgemässe Klinge sowie wenigstens eine weitere Klinge, welche sich in struktureller Hinsicht unterscheidet. Im Besonderen handelt es sich um einen Gerätesatz für ein Kammerrakelsystem, insbesondere für den Flexodruck.
  • Die wenigstens eine weitere Klinge besteht insbesondere aus einem Kunststoffmaterial oder einem Kunststoff-Kompositmaterial. Beispielsweise umfasst oder besteht die weitere Klinge aus einem Polymermaterial. Dies können unter anderem thermoplastische, duroplastische und/oder elastomere Polymermaterialien sein. Geeignete Polymermaterialien oder Kunststoffe sind z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyren, Polyvinylalkohol, Polyethylen-Terephthalat, Polyamid, Polyacetal, Polycarbonat, Polyarylat, Polyetheretherketon, Polyimid, Polyester, Polytetrafluorethylen und/oder Polyurethan. Auch Kompositstrukturen mit Fasern zur Verstärkung der Polymermatrix sind möglich.
  • Der Gerätesatz ist insbesondere Bestandteil eines Kammerrakelsystems, insbesondere für den Flexodruck. Ein Kammerrakelsystem umfasst eine Kammer, welche mit einer Öffnung gegen eine Druckform gedrückt wird und die auf die Druckform aufzubringende Farbe enthält. Die bei einer relativen Bewegung zwischen Druckform und Kammer von der Druckform aufgenommene und überschüssige Farbe (z.B. durch Rotation eines Druckzylinders gegenüber einer fixen Kammer) wird dabei durch die sogenannte Arbeitsrakel abgestreift. An der anderen Seiten der Kammer befindet sich die sogenannte Schliessrakel, welche eine Abdichtung zwischen Druckform und Kammer herstellt.
  • Im Kammerrakelsystem werden die erfindungsgemässen Klingen insbesondere als Arbeitsrakel eingesetzt. Die weitere Klinge fungiert im Besonderen als Schliessrakel. Vorteilhafterweise umfasst oder besteht die weitere Rakel dabei zumindest im Arbeitskantenbereich eine Beschichtung aus einem organischen Material, im Besonderen einem Kunststoff oder einem Kunststoff-Kompositmaterial. Damit kann dem reduzierten Schmierfilm auf dieser Seite der Rakelkammer Rechnung getragen werden.
  • Im Besonderen besteht die weitere Klinge vollständig aus einem organischen Material, im Besonderen einem Kunststoff oder einem Kunststoff-Kompositmaterial, insbesondere wie vorstehend beschrieben. Dies hat sich bei Kammerrakelsystemen als besonders vorteilhaft erwiesen. In weiteren Aspekten bezieht sich die vorliegende Erfindung auf verschiedene Verwendungen einer wie vorstehend beschriebenen Klinge. Die Klingen sind insbesondere für folgende Verwendungen geeignet:
    1. a) zum Abstreichen von Flüssigkeiten von einem Substrat;
    2. b) als Rakel, insbesondere in Form einer Lamellenrakel, in der Drucktechnik, insbesondere für den Flexodruck und/oder Tiefdruck;
    3. c) als Streichmesser bei der Papierherstellung;
    4. d) als Arbeitsrakel in einem Kammerrakelsystem, insbesondere in Kombination mit einer weiteren Klinge, welche sich in struktureller Hinsicht unterscheidet und bevorzugt zumindest im Arbeitskantenbereich eine Beschichtung aus einem organischen Material, im Besonderen einem Kunststoff oder einem Kunststoff-Kompositmaterial aufweist;
    5. e) zum Aufbringen von Farbe auf eine Druckform und/oder zum Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung auf ein Papiersubstrat, insbesondere eine Papierbahn;
    6. f) zum Abstreichen von Farbe von einer Druckform und/oder zum Abstreichen einer Beschichtungszusammensetzung von einem Papiersubstrat, insbesondere von einer Papierbahn;
    7. g) zum Perforieren von Papier.
  • Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1a
    Einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Rakel, wobei eine Arbeitskante der Rakel mit Cr2O3 beschichtet ist;
    Fig. 1b
    Einen Querschnitt durch eine Variante der Rakel aus Fig. 1a, wobei die freien Seiten der Beschichtung aus Cr2O3 und die nicht mit der Beschichtung aus Cr2O3 in Kontakt stehenden Seiten des Grundkörpers der Rakel rundum zusätzlich mit einer duroplastischen Deckschicht beschichtet ist;
    Fig. 2
    Einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Papierstreichklinge welche im Bereich der Arbeitskante mit Cr2O3 beschichtet ist;
    Fig. 3
    Ein erstes Spritzgerät zum Suspensionsspritzen, wobei die Suspension im Bereich der Düse eingedüst werden kann;
    Fig. 4
    Ein zweites Spritzgerät zum Suspensionsspritzen, wobei die Suspension in eine vor der Brennkammer angeordneten Mischkammer eingedüst werden kann;
    Fig. 5
    Ein drittes Spritzgerät zum Suspensionsspritzen, wobei die Suspension direkt in die Brennkammer des Spritzgeräts eingedüst werden kann und im Bereich der Düse zwei rohrförmige Gaseinlässe zur Beigabe eines Inertgases und/oder von Druckluft vorliegen;
    Fig. 6
    Das dritte Spritzgerät aus Fig. 5 in Kombination mit einer Vorrichtung zur Suspensionsförderung;
    Fig. 7a-e
    Eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäss beschichteten Lamellenrakel, bei welcher die Lamelle nach erfolgter Beschichtung und Nachbearbeitung erzeugt wird;
    Fig. 8
    Einen Querschnitt durch ein Kammerrakelsystem bei welchem eine erfindungsgemässe Rakel als Arbeitsrakel in Kombination mit einer Rakel aus Kunststoff als Schliessrakel eingesetzt wird.
  • Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung 1. Rakel:
  • In Fig. 1a ist eine erfindungsgemässe Rakel 100 für Anwendungen im Flexodruck im Querschnitt dargestellt. Die Rakel 100 beinhaltet einen Grundkörper 110 aus Stahl, welcher durchgängig einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Auf der in Fig. 1a linken Seite befindet sich ein hinterer Bereich 120 der Rakel, welcher als Befestigungsbereich vorgesehen ist, um die Rakel beispielsweise in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung einer Druckmaschine zu halten. Eine Rakeldicke, gemessen von der Oberseite 121 zur Unterseite 122 des hinteren Bereichs 120, beträgt beispielsweise 0.2 mm.
  • Der in Fig. 1a auf der rechten Seite dargestellte und dem hinteren Bereich 120 abgewandte Bereich des Grundkörpers 110 wird als Arbeitskantenbereich 130 bezeichnet. Der Arbeitskantenbereich erstreckt sich bis zu einer dem hinteren Bereich 120 abgewandten Stirnseite 140 des Grundkörpers 110. Eine Breite des Grundkörpers 110, gemessen vom Ende des hinteren Bereichs bis zur Stirnseite 140 des Arbeitsl<antenbereichs 130, misst beispielsweise 40 mm.
  • Der Arbeitskantenbereich 130 der Rakel 100 ist des Weiteren im Bereich der Oberseite 121 des Grundkörpers mit einer im Querschnitt quaderförmigen Beschichtung 150 beschichtet. Die quaderförmige Beschichtung 150 bildet im Betrieb die eigentliche Arbeitskante der Rakel 100.
  • Die Beschichtung 150 ist eine Keramik-basierte Beschichtung, welche durch Suspensions-Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (ein thermisches Suspensionsspritzverfahren) aufgetragen wurde. Das Verfahren ist weiter hinten in Kapitel 3 näher beschrieben. Die Beschichtung besteht z. B. vollständig aus Cr2O3 und weist eine Porosität von 0.5% auf. Die Schichtdicke der Beschichtung 150 misst im Bereich der Arbeitskante 130 z. B. 200 µm, während die Härte z. B. 1'800 HV 0.1 beträgt (gemessen nach Norm DIN EN ISO 6507-1:2005). Die mittlere Rauheit Ra der Beschichtung 150, gemessen nach DIN EN ISO 4287:2010, liegt z.B. bei 2.5 µm.
  • Die in Fig. 1b gezeigte Rakel 100b ist bis auf die Beschichtung im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die Rakel 100 aus Fig. 1a. Die Elemente 110b, 120b, 121b, 122b, 130b, 140b, 150b der Rakel 100b entsprechen dabei den jeweiligen bei Fig. 1a beschriebenen Elementen 110, 120, 121, 122, 130, 140, 150 der Rakel 100. Die Rakel 100b verfügt aber zusätzlich zur Keramik-basierten Beschichtung 150b aus Cr2O3 (diese ist im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die Beschichtung 150 aus Fig. 1) rundum oder allseitig, d.h. auf den freien Seiten der Keramik-basierten Beschichtung 150b, dem freien hinterer Bereich 120b des Grundkörpers sowie dem freien Arbeitskantenbereich 130b des Grundkörpers 110b, über eine Deckschicht 151b. Die Deckschicht 151b ist eine ein Polymer umfassende Beschichtung basierend auf einem duroplastischen Polymer, beispielsweise einem Epoxidharz. Eine Dicke der Deckschicht 151b beträgt beispielsweise 5 µm, Die Deckschicht 151b schützt dabei die Beschichtung 150b und den freien Grundkörper 130b zusätzlich vor abrasivem Verschleiss und reduziert unerwünschte rheologische Effekte.
    • 2. Streichklinge:
  • Fig. 2 zeigt eine Papierstreichklinge 200 im Querschnitt. Die Klinge 200 verfügt über einen Grundkörper 210 aus Stahl, mit im Wesentlichen quaderförmigem Querschnitt. Auf der in Fig. 2 linken Seite befindet sich ein hinterer Bereich 220, welcher z.B. als Befestigungsbereich vorgesehen ist. Eine Dicke der Klinge 200, gemessen von der Oberseite 221 zur Unterseite 222 des Grundkörpers beträgt beispielsweise 0.3 mm.
  • Auf der in Fig. 2 rechten Seite ist eine Arbeitskantenbereich 230 ausgebildet, welche sich bis zu einer dem hinteren Bereich 220 abgewandten Stirnseite 240 des Grundkörpers 110 erstreckt. In Fig. 2 oben, im Bereich der Oberseite des Arbeitskantenbereichs 230 weist der Grundkörper eine zur Oberseite 221 bzw. der Stirnseite 240 schräg verlaufende Fase 241 auf. Die Fase 241 sowie der Bereich an der Oberseite 221 des Arbeitskantenbereichs 230 der Papierstreichklinge 200 ist des Weiteren mit einer Beschichtung 250 versehen. Die Stirnseite 240 und die Unterseite Arbeitskante 230 sind hingegen nicht beschichtet und liegen frei.
  • Die Beschichtung ist eine Keramik-basierte Beschichtung, welche durch Suspensions-Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgetragen wurde. Dieses Verfahren ist weiter hinten in Kapitel 4 näher beschrieben. Die Beschichtung 250 besteht z. B. vollständig aus Cr2O3und weist eine Porosität von 0.5% auf. Die Schichtdicke der Beschichtung 250 misst im Bereich der Arbeitskante 230 z. B. 100 µm, während die Härte z. B. 1'700 HV 0.1 beträgt (gemessen nach Norm DIN EN ISO 6507-1:2005). Die mittlere Rauheit Ra der Beschichtung 250, gemessen nach DIN EN ISO 4287:2010, liegt ohne Nachbearbeitung der Beschichtung z.B. bei 1.3 µm.
    • 3. Spritzgeräte:
  • Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein erstes Spritzgerät 300 zum Suspensionsspritzen. Das Spritzgerät 300 entspricht im Wesentlichen einer Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF). Konkret verfügt das Spritzgerät 300 über eine hohlzylindrische Brennkammer 310, welche in Richtung ihrer Längsachse in eine Düse 320 mündet. Die Brennkammer 310 verfügt am einen Ende, welches der Düse 320 entgegen gesetzt ist, über einen ersten rohrförmigen Einlass 311 und einen zweiten rohrförmigen Einlass 313. Der erste Einlass 311 dient z.B. zur Zufuhr eines Brennstoffs 312, wie beispielsweise Kerosin. Über den zweiten Einlass 313 kann z.B. reaktives Gas, wie z.B. Sauerstoff, in die Brennkammer 310 geleitet werden.
  • Der innere Hohlraum der Düse 320 ist kegelförmig ausgestaltet, wobei sich ein Innendurchmesser des Hohlraums ausgehend vom Ende, welches der Brennkammer 310 zugewandt ist, in Richtung der Düsenaustrittsöffnung 321 stetig verjüngt. Eine Längsachse des kegelförmigen Hohlraums der Düse 320 verläuft in der Fortsetzung der Längsachse der hohlzylindrischen Brennkammer 310. In den inneren Hohlraum der Düse 320 münden aus entgegengesetzter Richtung zwei rohrförmige Einlassstutzen 322.a, 322.b. Die Längsachsen der rohrförmigen Einlassstutzen 322.a, 322.b liegen dabei auf einer Geraden und verlaufen in etwa senkrecht zur Längsachse des kegelförmigen Hohlraums der Düse 320.
  • Im Betrieb wird z.B. ein Brennstoff/Sauerstoff-Gemisch unter Druck in die Brennkammer 310 geleitet und gezündet, so dass eine sich in Richtung der Düse 320 erstreckende Flamme 315 erzeugt wird. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase werden in Richtung der Düse 320 beschleunigt und treten an der Düsenöffnung 321 aus dem Spritzgerät 300 aus.
  • Über die rohrförmigen Einlassstutzen 322.a, 322.b kann eine Suspension 323 enthaltend darin dispergierte Keramikpartikel in die sich durch die Düse 320 erstreckende Flamme 315 eingedüst werden. Die Suspension wird somit in Richtung der Düsenaustrittsöffnung 321 in radialer Richtung eingedüst. Dabei werden die Keramikpartikel in der Flamme 315 ab-, an- oder aufgeschmolzen und zusammen mit den Verbrennungsgasen in Form eines Partikelstrahls, aus der Düse herausbeschleunigt.
  • Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein zweites Spritzgerät 400 zum Suspensionsspritzen. Auch dieses basiert im Wesentlichen auf einer Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF). Das zweite Spritzgerät 400 beinhaltet eine hohlzylindrische Mischkammer 410.a, welche in Richtung ihrer Längsachse in eine bezüglich des Innendurchmessers etwas kleinere hohlzylindrische Brennkammer 410.b mündet. Die Längsachsen der Mischkammer 410.a und der Brennkammer 410.b verlaufen entlang einer gemeinsamen Geraden. Die Brennkammer 410.b mündet am Ende, welches der Mischkammer abgewandt ist, in eine Düse 420.
  • Die Mischkammer 410.a verfügt am einen Ende, welches der Brennkammer 420.b entgegen gesetzt ist, über einen ersten rohrförmigen Einlass 411, einen zweiten rohrförmigen Einlass 413 sowie über einen Einlassstutzen 422. Der erste Einlass 411 dient z.B. zur Zufuhr eines Brennstoffs 412, wie beispielsweise Kerosin. Über den zweiten Einlass 413 kann z.B. reaktives Gas, wie z.B. Sauerstoff, in die Mischkammer 410.a geleitet werden. Über die rohrförmigen Einlassstutzen 422 kann eine Suspension 423 darin enthaltend dispergierte Keramikpartikel in die Mischkammer 410.a eingedüst werden. Die Suspension wird dabei in Richtung der Düsenaustrittsöffnung 421 in axialer Richtung eingedüst. Die Mischkammer 410.a dient dazu, die über die beiden Einlässe 411, 413 und den Einlassstutzen 422 zugeführten Substanzen vorzumischen und anschliessend zur Zündung der Brennkammer 410.b zuzuführen.
  • Der innere Hohlraum der Düse 420 ist grösstenteils hohlzylindrisch ausgebildet und verjüngt sich im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 421 konusförmig. Eine Längsachse des inneren Hohlraums der Düse 420 verläuft in der Fortsetzung der Längsachse der hohlzylindrischen Mischkammer 410.a und der Längsachse der hohlzylindrischen Brennkammer 410.b.
  • Im Betrieb wird z.B. ein Brennstoff/Sauerstoff-Gemisch zusammen mit der Suspension 423 enthaltend darin dispergierte Keramikpartikel vorgemischt, unter Druck in die Brennkammer 410.b geleitet und gezündet. Dabei entsteht eine sich in Richtung der Düse 420 erstreckende Flamme 415 in welcher die Keramikpartikel ab-, an- oder aufgeschmolzen werden und durch die Düse 420 hindurch und in Form eines Partikelstrahls aus der Düse 420 herausgeschleudert werden.
  • In Fig. 5 ist schematisch ein Querschnitt durch ein drittes Spritzgerät 500 zum Suspensionsspritzen dargestellt. Das dritte Spritzgerät 500 verfügt über eine Mischkammer 510.a und eine Brennkammer 510.b mit einem ersten rohrförmigen Einlass 511 und einem zweiten rohrförmigen Einlass 513, welche im Wesentlichen wie bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Spritzgerät 400 ausgebildet sind. Die beiden Einlässe 511, 513 dienen entsprechend dazu, z.B. einen Brennstoff und ein reaktives Gas in die Mischkammer 510.a zuzuführen, wo die beiden Komponenten vorgemischt werden können.
  • Ebenfalls umfasst die dritte Spritzvorrichtung 500 einen Einlassstutzen 522, welcher aber länger ausgebildet ist als bei der zweiten Spritzvorrichtung 400, so dass er bis in die Brennkammer 510.b hinein ragt. Damit kann z.B. eine Suspension 523 mit darin dispergierten Keramikpartikeln direkt in die Brennkammer 510.b bzw. eine darin brennende Flamme 515 eingedüst werden. Entsprechend werden die Keramikpartikel wie bei den vorstehend beschriebenen Spritzgeräten 300, 400 in Form eines Partikelstroms durch die Düse 520 hindurch beschleunigt und aus dieser herausgeschleudert.
  • Der innere Hohlraum der an die Brennkammer 510.b anschliessenden Düse 520 des dritten Spritzgeräts 500 verjüngt sich in einem ersten Abschnitt in Richtung der Düsenaustrittsöffnung 521 stetig und weitet sich anschliessende in einem zweiten Abschnitt wieder stetig auf.
  • Unmittelbar vor der Düsenaustrittsöffnung 521 münden zudem aus entgegengesetzter Richtung zwei rohrförmige Gaseinlässe 530.a, 530b in schräger Richtung bzw. in einem Winkel von ca. 80° zur Richtung der Düsenaustrittsöffnung 521 in den inneren Hohlraum der Düse 520. Über die beiden Gaseinlässe 530.a, 530.b kann z.B. ein Inertgas und/oder Druckluft 531 in den inneren Hohlraum der Düse 520 geleitet werden. Dadurch kann ein sich durch die Düse 520 bewegender Partikelstrahl aus Verbrennungsgasen und Keramikpartikeln zusätzlich beeinflusst werden, beispielsweise kann er bezüglich der räumlichen Ausdehnung geformt und/oder weiter beschleunigt werden.
  • Obschon in den Fig. 3 - 5 nicht dargestellt, verfügen sämtliche Spritzgeräte 300, 400, 500 zudem über ein Kühlsystem bestehend aus mehreren in den Seitenwänden angeordneten Kühlwasserleitungen sowie eine Zündvorrichtung zur Zündung von Brennstoffen und/oder reaktiven Gasen.
  • Fig. 6 zeigt das dritte Spritzgerät 500 in Kombination mit einem Suspensionsförderer 600. In einem ersten Behälter 610 liegt dabei eine Suspension 611 mit darin dispergierten Keramikpartikeln vor. Die Suspension besteht z.B. aus Cr2O3-Partikel, einem Netzmittel und Ethanol. Eine mittlere Partikelgrösse der Cr2O3-Partikel beträgt beispielsweise 1 µm. Als Netzmittel liegt z.B. ein Polyacrylat vor. Der Anteil der Cr2O3-Partikel beträgt 25 Gew.-%, während der Anteil des Dispergiermittels 1 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension 611. Zudem verfügt der erste Behälter 610 über einen erste druckerzeugende Vorrichtung 614, z.B. einen Druckluftanschluss, mit welcher die Suspension unter Druck einen Druck von 0 - 6 bar gesetzt werden kann. Weiter beinhaltet der erste Behälter 611 einen mechanischen Mischer in Form eines in die Suspension eintauchenden Rührers 612.
  • Der Behälter 610 kommuniziert über ein Rohrleitungssystem 615 umfassend drei Dreiwegventile 640, 650, 670 und ein Durchflussmessgerät 660 mit dem Einlassstutzen 522 des Spritzgeräts 500. Sobald über die druckerzeugende Vorrichtung 614 ein ausreichender Druck auf die Suspension 611 einwirkt, wird diese durch das Rohrleitungssystem 615 in das Spritzgerät 500 gefördert wo sie beim Betrieb des Spritzgeräts 500, wie im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben, direkt in die Flamme 515 eingedüst wird.
  • Zusätzlich liegt ein zweiter Behälter 620 vor, welcher ebenfalls an das Rohrleitungssystem 615 angeschlossen ist. Im zweiten Behälter 620 befindet sich eine Spülflüssigkeit, z.B. Ethanol und Wasser. Werden die Dreiwegventile 640, 650, 670 entsprechend eingestellt, kann das Rohrleitungssystem 615, das Spritzgerät 500 und/oder der erste Behälter 610 mit der Spülflüssigkeit gereinigt werden. Der zweite Behälter 620 verfügt über eine zweite druckerzeugende Vorrichtung 622, welche im Wesentlichen gleich ausgebildet ist, wie die erste druckerzeugende Vorrichtung 614. Damit kann die Spülflüssigkeit unter einen Druck von 0-6 bar gesetzt und damit entsprechend durch das Rohrleitungssystem 615, das Spritzgerät 500 und/oder in den ersten Behälter 610 gefördert werden.
  • Weiter umfasst die Anordnung aus Fig. 6 einen dritten Behälter 630, welcher ebenfalls mit dem Rohrleitungssystem 615 kommuniziert und z.B. zum Auffangen von restlicher Spülflüssigkeit dient.
    • 4. Herstellverfahren: 4.1 Beschichtung:
  • Zur Auftragung einer Beschichtung mit der in Fig. 6 gezeigten Apparatur wird z.B. wie folgt vorgegangen: Die oben beschriebene Suspension 611 mit Cr2O3-Partikeln wird mit einer Förderrate von 20 - 100 ml/min in das Spritzgerät 500 gefördert. Dies erfolgt durch Anlegen eines Drucks von 1 - 5 bar mit der ersten druckerzeugenden Vorrichtung 614. Über die Einlässe 511, 513 wird zudem Kerosin (ca. 25 l/h) bzw. Sauerstoff (ca. 50 m3/h) zugegeben. Das Spritzgerät wird dabei derart betrieben, dass eine Flammtemperatur von 2'500°C resultiert und die in der Suspension 611 vorliegenden Keramikpartikel auf eine Geschwindigkeit von ca. 500 m/s beschleunigt werden. Über die beiden rohrförmigen Gaseinlässe 530.a, 530b wird Stickstoff als Inertgas zugeführt.
  • Bei einer Spritzdistanz von ca. 300 mm können unter diesen Bedingungen aus Cr2O3-Beschichtungen mit Spritzraten von 3.5 - 12 kg/h abgeschieden werden.
  • Zur Herstellung einer Beschichtung wie sie bei der Rakel 100 aus Fig. 1 vorliegt, werden Cr2O3-Partikel verwendet.
    • 4.2 Herstellung einer Lamellenrakel:
  • In den Fig. 7a - 7e ist die erfindungsgemässe Herstellung einer Lamellenrakel dargestellt. Als erstes wird ein Grundkörper 700 mit einem quaderförmigen Querschnitt beispielsweise aus Stahl bereitgestellt, wie in Fig. 7a gezeigt. Der Grundkörper weist in Fig. 7a auf der rechten Seiten eine freie Stirnseite 740 auf.
  • Im vorderen Bereich bzw. im Arbeitskantenbereich 730 des Grundkörpers 700 wird sodann eine obere Fase 741 in an sich bekannter Weise eingeschliffen, so dass ein Abschnitt der freien Stirnseite 740 bestehen bleibt (Fig. 7b). Die Fase 741 weist gegenüber der coplanaren Unterseite 721 bzw. Oberseite 722 des Grundkörpers 700 einen Winkel von 10 bis 60°, beispielsweise ca. 30° auf.
  • Sodann wird auf die Fase 741 sowie auf einem Abschnitt der Oberseite 721 des Grundkörpers 700 im Arbeitskantenbereich 730 eine Beschichtung 750 aus einem Keramik-basierten Material mit einem Suspensionsspritzverfahren aufgetragen, beispielsweise wie in Kapitel 4.1 beschrieben. Die Beschichtung 750 bedeckt somit die Fase 741 sowie einen an die obere Fase anschliessenden Teilbereich der Oberseite 721 des Grundkörpers 700. Die verbliebene freie Stirnseite 740 der Rakel im Arbeitskantenbereich 730, die Unterseite 722 der Rakel bzw. des Grundkörpers 700 sowie ein der Arbeitskante 730 abgewandter Bereich der Rakel sind hingegen nicht beschichtet. Dies ist in Fig. 7c gezeigt.
  • Nach erfolgter Auftragung der Beschichtung 750 wird diese nachbearbeitet, z.B. durch Schleifen und Polieren. Dabei wird ein der Arbeitskante 730 abgewandtes Ende der Beschichtung 750 an der Oberseite 721 des Grundkörpers 700 abgeschrägt, so dass ein als Fase ausgebildeter Abschluss 751 entsteht. Die derart nachbearbeitete Rakel ist in Fig. 7d dargestellt.
  • In einem letzten Schritt wird die Unterseite 722 des Grundkörpers 700 im Arbeitskantenbereich 730 bis zu einer Tiefe von ca. 50% der ursprünglichen Dicke weggeschliffen, so dass im Arbeitskantenbereich 730 eine Lamelle 760 ausgebildet wird, welche gegenüber dem hinteren Bereich bzw. dem Arbeitskantenbereich 730 abgewandten Ende der Rakel verjüngt ist. Dies ist in Fig. 7e gezeigt. Ein Teil der Beschichtung 750 wir dabei ebenfalls weggeschliffen, so dass der Grundkörper 700 und nahtlos in die Beschichtung 750 übergeht. Dabei wird die Beschichtung 750 am in Fig. 7e gezeigten rechten Ende 752 spitz zugeschliffen.
  • Die eigentliche Arbeitskante der so hergestellten Lamellenrakel im Betrieb wird durch die Beschichtung 750 gebildet.
    • 5. Tests und Vergleichsversuche 5.1 Testversuche mit erfindungsgemässen Rakeln:
  • Wie sich in Testversuchen gezeigt hat, weisen die in den Fig. 1a, 1b und 2 abgebildeten Klingen 100, 100b, 200 eine sehr hohe Verschleissfestigkeit und Stabilität auf.
  • Die Rakel 100, 100b ermöglichen dabei ein äusserst exaktes Abstreichen von Druckfarbe im Tief- und Flexodruck. Dies über die gesamte Lebensdauer der Rakel.
  • Die Klinge 200 hat sich äusserst vorteilhaft als Streichmesser bei der Papierherstellung erwiesen. Insbesondere verfügt die Klinge 200 über eine hohe Thermoschockbeständigkeit, da bei der Verwendung keine nennenswerten Verformungen der Rakel beobachtet werden konnten. Des Weiteren kann beim Abstreichen von Streichfarbe mit der Klinge 200 eine unerwünschte Streifenbildung auf der Papierbahn weitestgehend vermieden werden.
    • 5.2 Vergleichsversuche
  • Zum Vergleich wurde ein identischer Grundkörper wie bei der Rakel 100 aus Fig. 1a beschrieben in einem ersten Vergleichsversuch im Bereich der Arbeitskante mit einer Keramik-basierten Beschichtung aus Cr2O3 beschichtet. Anstelle des erfindungsgemässen Suspensions-Spritzverfahrens wurde die Beschichtung aber unter vergleichbaren Bedingungen mit einem Pulver-basierten Spritzverfahren aufgetragen.
  • Wie sich gezeigt hat, weisen derartige Rakel bezüglich dem Abstreichen von Druckfarbe im Tief- und Flexodruck eine signifikant schlechtere Verschleissfestigkeit und Stabilität auf, als die in den Fig. 1a gezeigte Rakel.
  • In einem zweiten Vergleichsversuch wurde ein identischer Grundkörper wie bei der Klinge 200 aus Fig. 2 beschrieben mit einer Cr2O3-Beschichtung versehen. Wiederum wurde anstelle des erfindungsgemässen Suspensions-Spritzverfahrens die Beschichtung aber mit einem Pulver-basierten Spritzverfahren aufgetragen. Dabei hat sich gezeigt, dass die mit dem Pulver-basierten Spritzverfahren erreichbaren Härten nicht an die Härten der erfindungsgemäss hergestellten Rakeln herankommen und die Klinge bei der Verwendung als Streichmesser in der Papierherstellung eine signifikant schlechtere Verschleissfestigkeit und Stabilität aufweist, als die in Fig. 2 gezeigte Klinge. Im Besonderen konnten bei längeren Einlaufphasen Verformungen der Klinge beobachtet werden. Die durch das Pulver-basierten Spritzverfahren hergestellten Klingen weisen damit eine geringere Thermoschockbeständigkeit auf als vergleichbare Klingen, welche mit dem erfindungsgemässen Suspensions-Spritzverfahren hergestellt wurden. Ebenso neigen die zu Vergleichszwecken hergestellten Klingen weitaus stärker zur Streifenbildung auf der Papierbahn als die erfindungsgemässen Klingen.
    • 6. Kammerrakelsystem
  • In Fig. 8 ist ein linksseitig an einen rotierbaren Druckzylinder D gedrücktes Kammerrakelsystem 800 abgebildet. Das Kammerrakelsystem 800 wird beispielsweise durch eine in Fig. 8 nicht dargestellte Pneumatik an den Druckzylinder D gedrückt und umfasst eine im Querschnitt U-förmige Kammer 810, welche mit ihrer Öffnung zum Druckzylinder D hin ausgerichtet ist. An einem ersten und in Fig. 8 unten dargestellten Schenkel 811 der U-förmigen Kammer 810 ist eine Schliessrakel 840 aus Kunststoff angebracht, welche in einem Winkel von ca. 30° zum Schenkel 811 in Richtung des Zentrums des Druckzylinders D hinzeigt. Am zweiten und in Fig. 8 oben dargestellten Schenkel 812 der U-förmigen Kammer 810 ist eine Arbeitsrakel 830 angebracht. Die Arbeitsrakel 830 ragt in einem Winkel von ca. 30° zum zweiten Schenkel 812 in Richtung des Zentrums des Druckzylinders D. Die Arbeitsrakel 830 ist dabei eine erfindungsgemässe Klinge bzw. Rakel, beispielsweise mit einer Beschichtung wie sie in Fig. 1 beschrieben ist. Die beiden Rakel 830, 840 liegen dabei am Druckzylinder D an und dichten den Innenbereich 820 zwischen den beiden Schenkeln 811, 812, welcher mit Druckfarbe 821 gefüllt ist, ab. Bei einer Rotation des Druckzylinders D im Uhrzeigersinn bzw. in Richtung des Pfeils in Fig. 8, wird die Druckfarbe 821 an der Oberfläche des Druckzylinders D aufgenommen. Überschüssige Farbe wird dabei von der Arbeitsrakel 830 abgestreift.
  • Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und das Herstellungsverfahren sind jedoch lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden können.
  • So können die Grundkörper 100, 100b, 200 der Klingen aus den Fig. 1a, 1b und 2 auch aus einem anderen Material, wie z. B. einem Karbon-Stahl oder einem nichtmetallischen Material, insbesondere einem Kunststoff oder Kompositmaterial, wie z.B. Glasfaserverstärker Kunststoff (GFK) und/oder Kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), gefertigt sein. Letzteres kann speziell für Anwendungen in der Papierindustrie als Schaberklinge vorteilhaft sein.
  • Es ist auch möglich, anstelle der in den Fig. 1a, 1b und 2 gezeigten Grundkörper jeweils Grundkörper mit einer anderen Form zu verwenden. Insbesondere können die Grundkörper eine keilförmige Arbeitskante oder einen verjüngten Querschnitt mit abgerundeter Arbeitskante aufweisen. Die freien Stirnseiten 140, 140b der Arbeitskanten 130, 130b der Rakel aus Fig. 1a und 1b kann beispielsweise auch vollständig abgerundet ausgeformt sein.
  • Des Weiteren können die erfindungsgemässen Klingen aus den Fig. 1a, 1b und 2 auch anders dimensioniert sein. So können bei der Rakel aus Fig. 1a und 1b beispielsweise die Dicken der Arbeitsbereiche 130, 130b gemessen von der Oberseite zur Unterseite, grösser oder kleiner sein. Beispielsweise können diese Dicken in einem Bereich von 0.040 - 0.200 mm variieren.
  • Zudem können die Beschichtungen der Klingen aus den Fig. 1a, 1b und 2 wenigstens eine Zusatzkomponente oder Additive in Form von Metallen, Hartstoffpartikeln und/oder Schmierpartikeln enthalten. Besonders bevorzugte Schmierpartikel sind h-BN und/oder Polytetrafluorethylen.
  • Ebenso ist es möglich, die Keramik-basierten Beschichtungen der Rakel aus den Fig. 1a, 1b und 2 aus anderen keramischen Materialen zu fertigen. Beispielsweise können die Beschichtungen der Rakel 100 aus Fig. 1a und diejenige der Klinge 200 aus Fig. 2 aus Al2O3 hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, ganz andere keramische Materialen und/oder Mischungen aus unterschiedlichen keramischen Materialen zu verwenden. Z.B. kann eine Mischung aus Al2O3 und Cr2O3 eingesetzt werden.
  • Sämtliche der in den Fig. 1a, 1b und 2 gezeigten Klingen können beispielsweise mit weiteren Beschichtungen überzogen werden. Die weiteren Beschichtungen können in Arbeitskantenbereichen und/oder in hinteren Bereichen vorliegen und z. B. die Verschleissfestigkeit der Arbeitskanten weiter verbessern und/oder die hinteren Bereiche vor Einflüssen durch aggressive Chemikalien schützen. Insbesondere handelt es sich dabei auch um Beschichtungen aus nicht-keramischen oder organischem Material wie sie vorstehend beschrieben wurden.
  • Des Weiteren ist es möglich, bei den Klingen aus den Fig. 1a, 1b und 2 zwischen den keramischen Beschichtungen und dem Grundkörper eine zusätzliche Schicht, z.B. eine haftvermittelnde Schicht vorzusehen.
  • Anstelle der in den Figuren 3 - 4 gezeigten Spritzgeräte können auch entsprechende Geräte zum Plasmaspritzen eingesetzt werden. Beispielsweise kann beim Spritzgerät 300 aus Fig. 3 im Bereich der hohlzylindrischen Brennkammer 310 und der Düse 320 ein Kathoden/Anoden-Paar vorgesehen sein, mit welchem sich bei Verwendung einer Gleichstromquelle ein Lichtbogen zur Plasmaerzeugung generieren lässt. Als Plasmagas kann z.B. ein Edelgas verwendet werden. Über die rohrförmigen Einlassstutzen 322.a, 322.b kann dann eine Suspension 323 direkt in das Plasma eingedüst werden. Es versteht sich, dass es in diesem Fall nicht nötig ist, Brennstoff/Sauerstoff-Gemisch zuzuleiten und zu zünden.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass neuartige Klingen geschaffen wurden, welche insbesondere für die Drucktechnik und Papierherstellung vorteilhaft sind. Die Klingen zeichnen sich durch eine äusserst hohe Verschleissfestigkeit aus und ermöglichen während der gesamten Lebensdauer ein gleichmässiges und streifenfreies Abstreichen von Druck- und Streichfarbe. Zugleich sind die erfindungsgemässen Klingen in unterschiedlichsten Ausführungsformen effizient und kostengünstig herstellbar.

Claims (19)

  1. Klinge für Anwendungen in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung, umfassend einen flachen und länglichen Grundkörper mit einem in einer longitudinalen Richtung ausgebildeten Arbeitskantenbereich, wobei der Arbeitskantenbereich mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragene Keramik-basierte Beschichtung handelt, wobei eine Porosität der Keramik-basierten Beschichtung weniger als 5% beträgt.
  2. Klinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung als Hauptbestandteil eine Oxidkeramik umfasst oder daraus besteht.
  3. Klinge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidkeramik ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, CeO2 und/oder MgO, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Al2O3 und Cr2O3, wobei Cr2O3 besonders bevorzugt ist.
  4. Klinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung als Hauptbestandteil eine Nichtoxidkeramik umfasst, wobei es sich insbesondere um Carbide, Nitride, Boride und/oder Silicide handelt.
  5. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung eine Härte von 1'200 - 2'200 HV, insbesondere 1'400 - 2'000 HV, bevorzugt 1'600 - 1'900 HV, im Speziellen 1'700 - 1'800 HV, aufweist.
  6. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Keramik-basierten Beschichtung 5 - 300 µm, insbesondere 10 - 200 µm, bevorzugt 15 - 150 µm, im Speziellen 20 - 100 µm misst.
  7. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porosität der Keramik-basierten Beschichtung weniger als 2.5%, bevorzugt weniger als 1% beträgt.
  8. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung wenigstens eine Zusatzkomponente, insbesondere zur Verbesserung des Verschleissverhaltens der Klinge, enthält, wobei bevorzugt die Zusatzkomponente wenigstens ein Metall, Hartstoffpartikel und/oder Schmierpartil<el umfasst.
  9. Klinge nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Keramik-basierten Beschichtung wenigstens eine Deckschicht angeordnet ist, wobei die Deckschicht eine nicht-keramische Beschichtung, eine organische Beschichtung und/oder eine ein Polymer umfassende Beschichtung umfasst.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Klinge nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei ein auf einem länglichen Grundkörper in einer longitudinalen Richtung ausgebildeter Arbeitskantenbereich der Klinge mit wenigstens einer Keramik-basierten Beschichtung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-basierte Beschichtung eine Porosität von weniger als 5% aufweist und durch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren aufgetragen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das thermische Suspensionsspritzverfahren eine Suspension darin enthaltend dispergierte I<eramil<partil<el verwendet wird, wobei vorzugsweise die I<eramil<partil<el eine mittlere Partikelgrösse im Bereich von 5 nm - 20 µm, insbesondere 10 nm - 10 µm, bevorzugt 15 nm - 5 µm, speziell 100 nm - 1 µm, aufweisen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension einen Feststoffanteil von 0.1 - 75 Gew.-%, bevorzugt 0.5 - 50 Gew.-%, insbesondere von 1 - 30 Gew.-%, aufweist und als ein Lösungsmittel für die Suspension Wasser, Alkohol, Glykole und/oder Mischungen davon eingesetzt werden.
  13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 11 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension wenigstens ein Netzmittel und/oder wenigstens einen Stabilisator, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anionischen Tensiden und/oder kationischen Tensiden, enthält, wobei es sich im Besonderen um Polyacrylate handelt.
  14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass während dem thermischen Suspensionsspritzverfahren ein zusätzliches Gas, insbesondere ein Inertgas und/oder Druckluft, eingedüst wird, bevorzugt zur Erhöhung der kinetischen Energie eines Partikelstroms und/oder zur Formung des Partikelstroms.
  15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Suspensionsspritzen eine Apparatur zum Plasmaspritzen und/oder eine Apparatur zum Flammspritzen, insbesondere zum Hochgeschwindigl<eitsflammspritzen (HVOF), verwendet wird, wobei die Suspension in eine Flamme und/oder ein Plasma der Apparatur eingedüst wird.
  16. Klinge, erhältlich nach einem Verfahren gemäss wenigstens einem der Ansprüche 10 -15.
  17. Gerätesatz, insbesondere für ein I<ammerral<elsystem, bevorzugt für den Flexodruck, umfassend eine Klinge nach einem der Ansprüche 1 - 9 oder 16 sowie wenigstens eine weitere Klinge, welche sich in struktureller Hinsicht unterscheidet, wobei die weitere Klinge insbesondere aus einem I<unststoffmaterial oder einem Kunststoff-Kompositmaterial besteht.
  18. Verwendung einer Klinge nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 9 oder 16 zum Auftragen und/oder Abstreichen von Flüssigkeiten von einem Substrat.
  19. Verwendung einer Klinge nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 9 oder 16 als Rakel und/oder Streichmesser, insbesondere in Form einer Lamellenrakel, in der Drucktechnik und/oder bei der Papierherstellung.
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