PDF Download - hell gravure systems

E 12044
13. Jahrgang · Januar 2002
1-2002
Flexo Tief Druck
Internationale technische Fachzeitschrift für Flexo- und Verpackungstiefdruck
Eine G&K TechMedia Publikation

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FACHBEITRÄGE
Wie kommt das Näpfchen in den
Tiefdruckzylinder?
Grundsätzliches zu Aufgabe und Handhabung eines Graviersystems und dessen Elemente
ANSGAR WESSENDORF
___________________________
Trotz des Aufkommens neuer
Verfahren wie die Lasertechnologie,
ist die elektromechanische
Gravur immer noch
dominierend bei der Herstellung
von Tiefdruckzylindern. Dabei
hängt die Gravurqualität von
unterschiedlichen Parametern
ab. Von entscheidender Bedeutung
sind die digitalen Eingangsdaten
(früher Opal-Film),
die Kalibrierung der Graviermaschine
(z.B HelioKlischograph)
durch Ermittlung der
Einschneidewerte, Festlegen der
druckspezifischen Eigenschaften
durch die Gravurgradation
sowie die Kupferqualität des
Tiefdruckformzylinders. Die eigentliche
Informationsübertragung
auf den Zylinder erfolgt
jedoch durch das Graviersystem,
auf dessen Aufgaben
und Handhabung in diesem Artikel
näher eingegangen werden
soll.
Graviersystem
Mit dem Graviersystem werden
die Bildinformationen auf den
Tiefdruckformzylinder übertragen.
Es ist ein elektromechanisches
Schwingsystem, auf dessen
drehbarer Achse sich ein
zwischen den Polen eines Magneten
liegender Anker und ein
Diamantstichel befindet (Abbildung
1). Wird dieses System
durch einen definierten Strom
angeregt, erfährt der Anker eine
Abbildung 1:
Graviersystem.
1 = Dämpfungsring,
2 = Drehfederlager,
3 = Permanentmagnet,
4 = Anker,
5 = Dämpfungsplättchen,
6 = Torsionsstab,
7 = Stichel,
8 = Gleitfuß.
elektromechanische Auslenkung,
so daß die Ankerachse
gedreht wird. Dabei beträgt
der Verdrehungsgrad +/–
0,35. Der Diamantstichel,
der fest auf der Ankerachse
sitzt, folgt dieser Drehbewegung,
je nach Stromstärke, in
Form einer entsprechend grossen
Auf- oder Abwärtsbewegung.
Die Ansteuerung des Graviersystems
erfolgt über zwei
überlagerte Signale aus dem
Gravurverstärker. Eine Datenquelle
liefert zum Informationsaufbau
das bildabhängige, digitale
Signal, welches die Eindringtiefe
des Stichels in die
Kupferoberfläche des Druckformzylinders
steuert. Für den
Aufbau des Gravurrasters wird
das Graviersystem durch ein
zweites Signal mit konstanter
und permanenter Frequenz angeregt.
Dadurch wird der Stichel
in eine ständig vibrierende Frequenz
versetzt, die senkrecht zur
Oberfläche des Drurckformzylinders
erfolgt. Bei älteren
Gravursystemen schwingt der
Stichel mit einer Frequenz von
4000 Hz (oder 4000 Näpfchen
pro Sekunde). Das 1998 eingeführte
HelioSprint-System hat
seine Gravurleistung auf 7500
Hz erhöht, wodurch die Produktivität
der Graviermaschinen
sowie die Gravurqualität erheblich
gesteigert wurde. Die Rasterweite
in Umfangsrichtung
und die Rasterwinkelung werden
durch die Zylinderdrehzahl
bestimmt.
Mit dem Vorschub in
Achsrichtung wird die Rasterweite
in Achsrichtung festgelegt.
Schneidwinkel
Der Gravurstichel schneidet die
Rasternäpfchen, deren Form
ähnlich einer auf dem Kopf stehenden
Pyramide ähnlich ist.
Das Farbübertragungsvolumen
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FACHBEITRÄGE
eines Näpfchens ist abhängig
von Rasterweite, Näpfchenkonfiguration
und dem Schneidwinkel
des Stichels. Je kleiner
der Schneidwinkel des Diamanten,
desto tiefer ist das Näpfchen
bei gleicher Oberfläche. Das bedeutet,
mit einem spitzeren
Schneidwinkel am Diamantstichel
wird ein erweitertes
Näpfchenvolumen geschnitten,
wodurch grundsätzlich höhere
Druckdichten erzielt werden.
Unterschieden wird zwischen
Winkeln von 110°, 120°, 130°
und 140°. Für die meisten Gravurarbeiten
ist der 130° Standardstichel
ausreichend. Soll
das Farbübertragungsvolumen
der Näpfchen verändert werden,
muß ein Gravierdiamant mit geändertem
Schneidwinkel eingesetzt
werden.
Gleitfuß und Schaber
Der durch die elektronische Stichelgravur
mechanisch abgetragene
Kupferspan hinterläßt
einen mehr oder weniger großen
Grat, der durch einen Diamantschaber
plan an der Druckzylinderoberfläche
abgetrennt und
abgesaugt wird. Mit dem Gleitfuß,
auf dem sich das Graviersystem
auf der Druckzylinderoberfläche
abstützt, wird eine
mechanische Grundeinstellung
vorgenommen und ein definierter
Abstand zwischen Stichel
und Oberfläche hergestellt.
Normaler Verschleiß
des Diamantstichels
Bei dem Einsatz eines Diamantstichels
über einen längeren
Zeitraum verändert sich durch
die mechanische Beanspruchung
des Graviervorgangs die
geometrische Form des Diamatschliffs.
Dieser normale Verschleiß,
dem jedes mechanisch
arbeitende Werkzeug unterliegt,
macht sich durch eine Auskolkung
der Stichelspitze bemerkbar.
Aus der Praxis und aus
vielen Analysen ist ersichtlich,
daß sich der Stichel an den beiden
Seiten stärker verschleißt
als an der Spitze. Die Ursache ist
in der Struktur des Industriediamanten
zu sehen, die größtenteils
in Form von Oktaedern,
Rhombendodekaedern und wesentlich
seltener in Würfelform
vorkommt. Eine Veränderung
der Stichelgeometrie wirkt sich
selbstverständlich auf die zu
schneidende Näpfchenform
aus; diese wiederum ist sehr
stark gradationsbildend. Um zu
verhindern, daß durch den Stichelverschleiß
eine unkontrollierte,
von der vorgegebenen
Gradation abweichende Druckcharakteristik
aufgebaut wird,
verfügt der HeIioKlischograph
über eine elektronische Korrekturstufe,
die Abweichungen
aufgrund der Stichelabnutzung
kompensiert. Ist die Abnutzung
des Schneiddiamanten so weit
fortgeschritten, daß die elektronische
Korrektur die Abweichung
nicht mehr ausgleichen
kann, ist ein Stichelwechsel notwendig.
Die Standzeit eines
HelioSprint-Stichels beträgt
200–300 Stunden.
Wie macht sich der
Verschleiß bemerkbar?
Bei der Herstellung des Probeschnitts
kann trotz der Standardeinstellung
des Stromwertes
im Gravurverstärker die
Soll-Diagonale des Näpfchens
nicht mehr erreicht werden. Die
Anfangs beschriebene Auskolkung
der Schneideflanken ist
also so weit fortgeschritten, daß
bei gleichem Energieangebot
nunmehr schmalere Rasternäpfchen
entstehen. Möglich ist
auch, daß bei der Näpfchenvermessung
die Soll-Diagonale
durchaus festgestellt, im Andruck
die vorgegebene Druckdichte
aber nicht erreicht wird.
In diesem Falle führte die Auskolkung
der Stichelflanken zur
Reduzierung der Stichelspitze.
Dieser zweite Fall ist weitaus
unangenehmer, weil die Fehlererkennung
erst bei abgeschlossener
Formherstellung möglich
ist. In der Regel kombinieren
sich bei abgenutzten Sticheln
aber Volumenverlust durch
mangelnde Näpfchentiefe und
Volumenverlust durch reduzierte
Näpfchendiagonale. Die Abnutzung
nur durch Auskolkung
oder nur durch Spitzenrückgang
ist sehr selten und in der
Praxis kann am Probeschnitt
der Stichelzustand analysiert
werden.
Stichelbruch
Verschiedene Ursachen können
den Stichelbruch herbeiführen.
Neue Stichel sind dabei genauso
gefährdet wie nahezu abgenutzte
Schneiddiamanten. Abhängig
von der Art und Weise der
Beschädigung und vom Ausmaß
des Bruchs führt die Sti-
Graviersystem mit Gleitfuß,
Stichel und
Dämpfungsplättchen.
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FACHBEITRÄGE
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chelbeschädigung zum teilweisen
bis völligen Ausfall der Gravierfunktion.
Spitzenbruch
Beim Verlust der Stichelspitze
ist der kleinste zu druckende Ton
nicht mehr darstellbar. Kleine
Rasternäpfchen fehlen ganz,
stärkere Tonwerte weisen unregelmäßige
Näpfchenumrisse
auf. Das Näpfchenvolumen ist
reduziert, die positiven Eigenschaften
der Pyramidenform
auf das Farbabgabeverhalten
sind gestört. Resultat sind Mangel
an Druckdichte, Detailverlust
und unkontrollierte Gradationssprünge.
Der Stichel ist unbrauchbar,
er muß ausgetauscht
oder nachgeschliffen werden.
Mögliche Ursachen hierfür sind
falsche Einstellungen am Gravierverstärker.
Oft wird fälschlicherweise
angenommen, daß hohe Virbrationswerte
im Verhältnis zur Zylinderoberflächen-Geschwindigkeit
gesteigerte Näpfchenvolumen
zur Folge hätten. Da
der Stichel aber tiefer eintaucht
als beim Schliff vorgesehen,
setzt der Stichel mit seinen rückwärtigen
Freiflächen bei jedem
Schnitt auf das Kupfer auf, der
Stichel wird überbeansprucht
und bricht. Dies Erscheinung
tritt vor allem bei der Rasterwinkelung
»Null« auf. Reduziert
wird diese Phänomen durch den
Einsatz des von Hell entwickelten
Pisa-Stichels, der einen speziellen
Schliff aufweist. Einschlüsse
im Kupfer sowie zu
hohe Vickers-Härte führen
ebenfalls zu Brüchen. Der
Schliff des Diamantstichels ist
auf ein spezielles Schneidverhalten
ausgelegt. Die entstehenden
Kräfte bei Schneidbewegung
und Aushub werden also
ohne weiteres bewältigt. Ändert
sich aber nun die Richtung der
einwirkenden Kräfte durch das
Kupfer, bricht die Spitze ebenfalls.
Mangelnde Vickers-Härte
des Kupfers führt zu schlechter
Zerspanung und damit zu
schlechtem (verschmiertem)
Gravierbild. Weitere Ursachen
von Spitzenbrüchen können
unsachgemäße Behandlung,
wie hartes Aufsetzen des Graviersystems
bei zu kurz eingestelltem
Gleitfuß sein.
Grobausbrüche
Größere Ausbrüche an den
Schneidflanken führen am geschnittenen
Näpfchen oft zu
Unsicherheiten bei der meßtechnischen
Erfassung der
Näpfchendiagonale. Dies wiederum
erschwert die Justage des
Graviersystems. Die Näpfchenkonfiguration
wird asymmetrisch,
und durch fehlenden Aushub
reduziert sich das Volumen.
Druckdichteverlust und Gradationsverschiebungen
speziell in
den lichten Tönen sind die Folge.
Für qualitativ hochstehende
Arbeiten sind solche Stichel
selbstverständlich nicht mehr
einsetzbar. Mögliche Ursachen:
Auftreffen des Schneiddiamanten
auf Einschlüsse harter Partikelchen
im Kupfer oder auf
Rückstände vom Schleifen des
Zylinders (Schleifkorn) oder
Lunkerstellen (Hohlräume) im
Kupfer.
Feinausbrüche
An den Schneidflächen können
sich nach einer gewissen Zeit
feine Scharten bilden, die beim
Schnitt im Näpfchengrund Riefen
hinterlassen. Neben der somit
schwierig gewordenen Bestimmung
der exakten Diagonale,
beeinflussen die zerklüfteten
Näpfchenwände ganz besonders
das Farbabgabeverhalten.
Das Verhältnis zwischen
Stromwert, Näpfchendiagonale
und resultierender Druckdichte
ist gestört. Unter dem Meßmikroskop
kann das Ausmaß der
Riefenbildung festgestellt werden.
Nimmt deren Einfluß auf
die Druckdichte meßbar zu, so
soll auf keinen Fall mit übersteigerter
Vibration ein Ausgleich
versucht werden. Überschreitet
der Grad der Dichteabweichung
die betriebsinterne Toleranz,
hilft nur ein Stichelwechsel.
Mögliche Ursachen sind das Berühren
des Stichels mit dem Finger,
Auftreffen des Schneiddiamanten
auf feine Schleifrückstände
der Zylinderoberflächenbearbeitung
und Verunreinigungen
im Kupfer. Wegen der
allgemein bekannten Härte und
Widerstandsfähigkeit von Diamanten
erscheint es oft wenig
glaubhaft, daß der Schneiddiamant
nicht mit den Fingern oder
mit Textilien in Berührung kommen
darf. Schon ein leichter
Kontakt kann zu den beschriebenen
Zerstörungen führen
und den Stichel unbrauchbar
werden
lassen. Sehr anschaulich
läßt sich
dies an anhand
einer
Pyramide
erklären.
Das Pyramidengebäude
behält nur deshalb seine Form,
weil das Steingewicht durch
Druck auf den Unterbau die
Konstruktion stabilisiert. Durch
Kräfteeinwirkung von oben ist
dem Gebäude kein Schaden zuzufügen.
Die Steine seitlich
wegzuschieben bedarf dagegen
relativ kleiner Anstrengung. Bei
der mechanischen Stichelarbeit
wird die Stichelschneide rung
Mikroskopaufnahme
gravierter Näpfchen.
1 = Torsionsstab,
2 = Anker,
3 = Drehfederlager,
4 = Nabe für Dämpfungsring,
5 = Schneiddiamant,
6 = Stichelhalter.
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FACHBEITRÄGE
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wiegend in Richtung der Pyramidenspitze
beansprucht und
hält somit der Belastung stand.
Berührt man die Diamantschneide
dagegen mit dem Finger,
ergibt sich in jedem Fall ein
unkontrollierter Druck auf eine
weniger stabile Pyramidenflanke
und Teile der Schneide brechen
aus.
Ebenso gefährlich für die Stichelschneide
sind Reinigungsversuche
mit Druckluft. Trifft
ein Schmirgelkorn oder Staubpartikelchen
mit hoher Geschwindigkeit
auf die Schneide,
so genügt dies, um die Schneide
zu zerstören. Weiter besteht die
Gefahr, daß durch Druckluft
Kupferspäne in die Lagerung
des Graviersystems geblasen
werden und so die Sticheldämpfung
beeinträchtigt wird.
In der Regel ist es nicht notwendig,
den Stichel zu berühren.
Beim Aufsetzen und Absetzen
des Stichelhalter kann durchaus
ein Kontakt mit dem Diamanten
vermieden werden. Liegt keine
mikroskopische Untersuchung
an, sollte man von einer Reinigung
Abstand nehmen, da die
Absaugvorrichtung in genügender
Weise eine schädliche
Ansammlung von Kupferspänen
verhindert. Sollte es sich
dennoch nicht umgehen lassen,
den Stichel der riskanten Reinigungsprozedur
zu unterziehen,
ist dafür ausschließlich in Spiritus
getränktes Holundermark
einzusetzen. Weiterhin ist darauf
zu achten, daß die benutzte
Markfläche nach der Reinigung
mit Hilfe einer Rasierklinge abgetrennt
wird.
Der Schaber
Der Schaber hat die Aufgabe,
den bei der Gravur aufgeworfenen
Grat zu entfernen. Der Keilwinkel
seiner Schneide ist mit
90° nicht so klein wie beim Stichel
und daher auch nicht so
empfindlich.
Normaler Verschleiß
des Schabers
Während des Einsatzes im Graviersystem
schleift sich der
Schaberdiamant auf den Druckzylinderdurchmesser
ein. Ist der
Schaber neu, findet dies relativ
schnell statt; es verlangsamt
sich aber durch den gleichzeitig
stattfindenden Kräfteausgleich.
Mit welcher Geschwindigkeit
dieses Anpassen an den Zylinderdurchmesser
stattfindet, ist
abhängig von der Oberflächenrauhigkeit
des eingesetzten
Kupferzylinders und von der
Kupferqualität selbst. Im Prinzip
kommt das Einschleifen des
Schabers auf einen Zylinderdurchmesser
der Schabereigenschaft
zugute, da eine exakt angepaßte
Schneide auch zu einem
guten Schneidergebnis führt.
Wird allerdings nach längerem
Gravieren von Zylindern gleicher
Durchmesser dieser verändert,
kann das negative Folgen
für die Schabertätigkeit haben.
Beim Wechsel von einem kleinen
auf einen größeren Zylinderdurchmesser
muß auf alle
Fälle eine neue Schaberjustage
oder sogar ein Schaberwechsel
erfolgen. Denn dort wo die
Schaberspur liegen soll, hat die
Kupferoberfläche aufgrund der
ausgeschliffenen Wölbung keinen
Kontakt zum Schaberdiamanten.
Der aufgeworfene Grat
kann somit nicht mehr abgeschert
werden. Kontakt zur Kupferoberfläche
haben allerdings
die scharfen Kanten der ausgeschliffenen
Wölbung. Diese
wirken wie ein Drehstahl und
schneiden einen feinen Span
aus dem Kupfer. Nahezu problemlos
ist der Wechsel von großen
auf kleinere Zylinder. Die
Schaberspur liegt zwar auch
hier innerhalb der ausgeschliffenen
Höhlung, hat aber
aufgrund des größeren Radius
des Ausschliffs vollen Kontakt
zur Kupferoberfläche. Gefährliche
Schneidkanten treten
nicht auf. Werden ständig unterschiedliche
Zylinderdimensionen
graviert, ergeben sich bezüglich
des Schabers und seiner
Funktion keine Probleme. Die
in kurzen Zeitabständen zu
bearbeitenden verschiedenen
Durchmesser verhindern das
Einschleifen. Der Schaberverschleiß
macht sich dadurch bemerkbar,
daß trotz optimaler
Lage der Tragspur der aufgeworfene
Grat nicht mehr restlos
entfernt wird. Die abgescherte
Fläche, die bei einwandfreier
Schabfunktion spiegelblank
und vollkommen eben ist, liegt
teilweise höher als die Kupferoberfläche
und weist stumpfe,
ausgequetschte Stellen auf. Solche
Schaber müssen nachjustiert
oder ausgewechselt werden.
Schaberbruch
Defekte, die nicht dem normalen
Verschleiß des Schabers zuzuordnen
sind, treten sehr selten
auf. Durch hartes Aufsetzen des
Schabertigels auf die Zylinderoberfläche
können Teile aus der
Schaberschneide brechen, die
dabei entstehenden Scharten
hinterlassen Riefen. Diese Riefen
beeinträchtigen das Abrakeln
in der Tiefdruckrotation
und sind für frühzeitigen
Rakelverschleiß
mitverantwortlich.
Verunreinigungen
im
Kupfer können
ebenfalls
zur Zerstö-
Größenvergleich:
Diamant-stichel,
Gleitfuß-Diamant und
ein Streichholzkopf
Graviereinheit
»Helio Sprint«.
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FACHBEITRÄGE
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rung des Schaberdiamanten beitragen.
Im Kupfer eingelagerte
harte Partikelchen schleifen in
die Schaberauflagefläche feine
Riefen ein, deren Abstände zueinander
den Vorschubschritten
des Graviersystems entsprechen.
Beim Abscheren des
Näpfchenaushubs entstehen
dann ebenfalls Riefen mit den
bereits beschriebenen Folgen.
Unter Reflexlicht und mit Hilfe
einer Lupe kann das Ausmaß des
Verschleißes am Schaber festgestellt
werden. Solche Defekte am
Diamanten können durch Nachschleifen
beseitigt werden.
Sachgemäße Behandlung
des Schabers
Obwohl der Schaber weit weniger
empfindlich ist als der Stichel,
gelten auch hier die gleichen
»Stichel-Regeln« für die
Behandlung. Grundsätzlich
muß eine Berührung des Schaberdiamanten
mit dem Finger
oder mit irgendwelchen Gegenständen
vermieden werden. Für
eine eventuelle Reinigung, ist
wie beim Stichel ausschließlich
Holundermark einzusetzen.
Gleitspindel (Gleitfuß)
Der Diamant der Gleitspindel
stützt den Gravierstichel in einem
bestimmten Abstand gegen
die Zylinderoberfläche ab. Die
Festlegung der Schnittiefe für
den ersten druckenden Ton geschieht
bei Graviersystemen für
Feinraster und konstantem Gravierstrom
über die Gleitspindel.
Bei der Gleitspindel ist der
ballig geschliffene, achteckige
Diamant mit der Feingewindespindel
direkt verkittet, dreht
sich also auch beim Justieren
entsprechend mit. Der Schliff
der Diamanten ist ballig und soll
bei kleinstmöglicher Kontaktfläche
eine optimale Auflage auf
dem Zylinder gewährleisten.
Normaler Verschleiß
der Gleitspindel
Bei längerem Gravierbetrieb unterliegt
auch dieser Diamant der
mechanischen Abnutzung. Bei
der Gleitspindel macht sich dies
jedoch nicht so sehr bemerkbar,
weil hier beim gelegentlichen
Nachjustieren die Stellung des
Diamanten verändert wird. Mit
der Zeit bilden sich somit anstelle
der balligen Form Flächen, die
entsprechend der Dauer der beibehaltenen
Position mehr oder
weniger ausgeprägt sein können.
Sachgemäße Behandlung
des Gleitspindel
Schneidet sich die Kante einer
der eingeschliffenen Flächen
auf dem Kupferzylinder ein und
Geschichtliche Entwicklung der Hell-Gravursysteme
● 1952: Klischograph K151, Graviersystem mit 800 Hz Gravurfrequenz
● 1963: Klischograph K190, Graviersystem mit 4000 Hz Gravurfrequenz
● 1974: Klischograph K200, Graviersystem mit 4000 Hz Cravurfrequenz
● 1989: HelioSpeed mit 5000 Hz Gravurfrequenz
● 1996: Start der Entwicklung eines schnellen Graviersystems auf Basis
● eines Piezo- und elektromagnetischen Antriebs
● 1998: HelioSprint mit 7500 Hz Gravurfrequenz
● 2001: HelioSprint B mit 6000/7500 Hz Gravurfrequenz (Raster 54–80)
verbietet die Einstellung des
Graviersystems eine Drehung
der Spindel, so muß die Gleitspindel
ausgetauscht und nachgeschliffen
werden (Kante kann
wie ein Drehstahl wirken!). Im
Vergleich zu Stichel und Schaber
ist der Diamant an der Spindel
am wenigstens anfällig gegen
Beschädigung. Ausbrüche
bleiben eine seltene Ausnahme
und ohne eine Schneide aufzuweisen,
verträgt er sogar eine
Berührung mit dem Finger.
Trotzdem muß mit der gleichen
Sorgfalt vorgegangen werden,
wie dies oben bereits beschrieben
wurde.
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Links:
Drehkopf zur Justage
des eingebauten Gleitspindel.
Rechts:
Gleitspindel (Gleitfuß).
8 FLEXO+TIEF-DRUCK 1-2002