mini|Walze mit Näpfchengravur Die Rasterwalze oder auch Aniloxwalze (engl. anilox roller) dient im Kurzfarbwerk – wie es in der Druckindustrie beispielsweise im Flexodruck, im Offset-Zeitungsdruck oder im wasserlosen Offsetdruck Verwendung findet – der Übertragung der Druckfarbe auf die Druckplattenoberfläche. Sie hat eine zentrale Bedeutung für die konstante und homogene Dosierung der Farbmenge während des Druckvorgangs und gilt daher als Kernelement des Druckfarbwerks.
Geschichte und Entwicklung Anfang des 20. Jahrhunderts bestanden die Farbzufuhrsysteme für den Anilindruck (dem früheren Flexodruck) aus zwei oder mehr Gummiübertragungswalzen, die mit einstellbarem Druck die auf die Druckplatte übertragene Farbmenge dosierten. Das System war nicht sehr präzise und lieferte keine reproduzierbaren Ergebnisse. Bei Tiefdruckverfahren wurden bereits geätzte Kupferwalzen zur definierten Farbabgabe eingesetzt, so dass es naheliegend war, das Prinzip auf den Hochdruck zu übertragen. Problematisch war jedoch die kurze Lebensdauer der Kupferwalzen aufgrund ihrer geringen Härte. 1939 meldete Doug Tuttle, ein Mitarbeiter eines Druckfarbenherstellers, ein US-Patent für eine mechanisch gravierte Stahlwalze zur Farbübertragung an. Da die Handelsnamen für die Anilinfarben der Firma auf das Präfix „-ox“ endeten, nannte er seine Erfindung anilox roller. Die frühen mechanisch gravierten Rasterwalzen hatten quadratische Näpfchen in Form einer umgekehrten Pyramide, die Rasterfeinheit war jedoch durch Werkzeug- und grafische Beschränkungen limitiert.
Die Farbzufuhr erfolgte weiterhin durch Tauchwalzensysteme, die viel Farbe aufnahmen und auf die Rasterwalze übertrugen. Nachteil des Verfahrens war die hohe Tonwertzunahme, die ein dunkleres Bild entstehen ließ. Zur gezielteren Farbdosierung wurden ab den 1960er Jahren Rakelsysteme als Alternative zu den Quetschwalzen eingesetzt. Die zunächst mitläufige Rakel (positiv, < 90°) wurde später durch eine gegenläufige (negativ, > 90°) ersetzt, um eine effizientere Farbübertragung zu gewährleisten.Flexo- und Tiefdruck, Fachzeitschrift, Sonderausgabe, DFTA-Jubiläum Stand September 2004, S. 62–65. Die Einführung der Rakel bewirkte jedoch einen erhöhten Rasterwalzenverschleiß, die frühen stahlbeschichteten Walzen hielten der Beanspruchung durch die Klingen nicht stand. Zudem boten geätzte Kupferwalzen Raster- und Volumenkombinationen, die mit mechanisch gravierten Walzen nicht möglich waren. So ging man dazu über, die Kupferwalzen mit einer dünnen Chromschicht als Verschleißschutz auszurüsten. Verchromte Rasterwalzen, mit denen Rasterfeinheiten von bis zu 200 Linien pro Zentimeter erzeugt werden konnten, waren viele Jahre lang der Industriestandard im Flexodruck und werden auch heute noch für verschiedene Anwendungen eingesetzt.
mini|Wabenstruktur einer Rasterwalze, Rasterweite ca. 100 µm, Aufnahme mit konfokalem Laser-Scanning-Mikroskop Ebenfalls in den 1960er Jahren entwickelte die Harper Corporation eine Rasterwalze mit einer hexagonalen Wabenstruktur, die durch die optimierte Flächennutzung feinere Raster erlaubte. Gleichzeitig trug sie dazu bei, die Schichtdicke der Druckfarbe von damals üblichen 4–7 µm auf 1–3 µm zu reduzieren, wie es bei Tiefdruckverfahren bereits Standard war. Obwohl die Verchromung eine Verbesserung darstellte, war nach wie vor der hohe Verschleiß ein Problem. Die Entwicklung neuer Technologien für das thermische Spritzen führte dazu, dass die Chromwalzen weitgehend durch keramisch beschichtete Walzen mit höherer Oberflächenhärte verdrängt wurden. Die Beschichtung der ersten Keramikwalzen bestand aus einer Aluminiumoxid-Titandioxid-Mischkeramik, in die kein geometrisches Muster eingraviert war. Diese Walzen nutzten die Porosität der Oberfläche, um Farbe aufzunehmen und zu übertragen.
Ende der 1970er Jahre ermöglichten Fortschritte in der Lasergravurtechnologie zusammen mit Walzenschleif- und Poliertechniken die Herstellung lasergravierter Keramikwalzen. Damit konnte die Rasterfeinheit auf über 500 Näpfchen je Zentimeter erhöht werden und es ließen sich neue Kombinationen von Geometrien und Linienrastern realisieren. Ungefähr zur gleichen Zeit wurden Entwicklungen im Bereich der Farbzuführung durch Kammerrakelwerke weiter vorangetrieben. Das geschlossene System ermöglicht die Farbübertragung bei weitaus höheren Druckgeschwindigkeiten, ohne dass sich die Viskosität der Farbe ändert.
Neben Optimierungen der Keramikoberfläche sollte mit der Einführung von Sleeves, einem pneumatisch gespannten Hülsensystem, ein schneller Auftragswechsel ermöglicht werden. Ein Wechsel der Farbbelegung der Druckwerke bringt den Verlust der von der Rasterwalze dosierten Farbvolumina mit sich. Daher war es naheliegend, nicht nur Druckformzylinder, sondern auch Rasterwalzen als einfache Stahlzylinder mit wechselbaren Sleeves auszuführen. Anfang der 1990er Jahre wurden die ersten Maschinen mit Sleeves für Rasterwalzen ausgestattet. Die Sleevetechnologie führte zu einer drastischen Reduzierung der Rüstzeiten und machte den Flexodruck wirtschaftlich wettbewerbsfähiger.
Aufgabe und Funktion mini|Flexodruckprinzip Die Rasterwalze ist das Speichermedium eines Druckfarbwerks, das während des Druckvorgangs konstant eine definierte Farbmenge zur Verfügung stellen soll. Auf der Keramik- oder Chromoberfläche der Walze befinden sich kleine, gleichmäßige Näpfchen (Kalotten), mitunter auch Linien (Haschur) oder wellenförmige Kanäle, die mit verschiedenen Gravurverfahren erzeugt werden. Die nicht vertieften Stellen nennt man „Stege“, die Vertiefungen „Näpfchen“ oder „Zellen“.
Der Farbauftrag erfolgt meist über ein Kammerrakelsystem.Helmut Teschner: Druck & Medien Technik. 11. Auflage. Fachschriften Verlag, Fellbach 2003, S. 10.22 Aber auch Tauchwalzensysteme mit zwei oder drei Walzen und Anspülung durch Farbkartuschen sind im Einsatz.Helmut Teschner: Druck & Medien Technik. 11. Auflage. Fachschriften Verlag, Fellbach 2003, S. 664. Mit Hilfe einer gegenläufigen Rakel werden die Stege von überschüssiger Farbe befreit. Somit verbleibt nur in den Vertiefungen eine definierte Farbmenge. Die Rasterwalze überträgt die Druckfarbe auf die nächste Walze oder, wie im Flexodruck, direkt auf das Klischee, indem sich die Vertiefungen gleichmäßig entleeren. Die Entleerung ist jedoch nie komplett, bei jeder Umdrehung der Walze findet eine Farbdurchspülung innerhalb der Näpfchen statt. Durch die Rotation der Rasterwalze und die damit einhergehende gleichmäßige Farbaufnahme und -abgabe wird das Farbwerk kontinuierlich mit einem definierten und reproduzierbaren Farbvolumen versorgt.
Entscheidende Parameter für die übertragene Farbmenge sind die Geometrie der Näpfchen, insbesondere ihre Öffnung und ihr Volumen, die Materialkomponenten der Rasterwalze selbst sowie die durch das Formgebungsverfahren bestimmte Präzision. Die Auswahl der Rasterwalze sollte je nach Anwendungsgebiet (flexible Verpackung, Wellpappendruck, Etikettendruck usw.) sorgfältig mit dem Lieferanten abgestimmt werden, um sie an Parameter wie Druckfarbe, Beschaffenheit der Druckplatte, Druckträger und Maschinentechnik anzupassen.
Abgrenzung Manchmal wird fälschlicherweise der Druckformzylinder im industriellen Tiefdruck als „Rasterwalze“ bezeichnet. Das ist historisch bedingt: Am Ausgangspunkt für ein rotativ arbeitendes Hochdruckverfahren standen einfach gestrahlte oder aufgeraute Walzenoberflächen. Die Farbübertragung war jedoch nicht ausreichend homogen und unkontrollierbar. Darum wurden die Erfahrungen aus dem Tiefdruck genutzt, der im industriellen Bereich mit näpfchengravierten Chromwalzen arbeitet. Daher sind die ursprüngliche Walzenart, das Gravurverfahren und vor allem das Prinzip der rotativen kontinuierlichen Näpfchen-Entleerung ähnlich. Im Tiefdruck ergibt aber die Rasterung auf dem Druckformzylinder das Druckbild. Die Rasterwalze hat – im Gegensatz zum Tiefdruck-Druckformzylinder – nicht die Aufgabe, ein Druckbild direkt auf den Bedruckstoff zu übertragen.
Rasterwalzenarten Der Grundkörper einer Rasterwalze besteht aus Stahl, Aluminium oder faserverstärktem Kunststoff. Nach Art der Walzenoberfläche werden Chromrasterwalzen und Keramikrasterwalzen unterschieden. Letztere werden in der Regel beim Druck mit niedrigviskosen Farben im Flexodruckverfahren eingesetzt, dagegen finden sich Chromrasterwalzen vorwiegend in Beschichtungswerken, da sich durch die geringere Anzahl von Näpfchen ein höheres Schöpfvolumen erzielen lässt.In: Flexo- und Tiefdruck. Ausgabe 2-2005, S. 4–11.
Chromrasterwalzen Die ursprüngliche Bauart der Rasterwalze war die Chromrasterwalze. Der Walzenrohling besteht aus Stahl oder Edelstahl, auf den eine Kupferschicht galvanisiert wird. Nach der Gravur wird, ebenfalls galvanisch, ein Schutzverchromung zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit aufgebracht. Der Name Chromrasterwalze bezieht sich auf die äußerste Schutzschicht.
Chromrasterwalzen haben sich jahrzehntelang in Druckwerken mit 3-Walzensystem im Quetschdruck bewährt. Bei Druckwerken mit Rakel ist dagegen der Verschleiß recht hoch und die Lebenszeit dadurch kurz. Rasterweiten bis zu 200 Linien pro Zentimeter (L/cm) sind möglich. Die Näpfchen auf der Chromrasterwalze werden mechanisch durch Prägewalzen, elektromechanisches Schlagen mit einem Diamanten, durch Ätzen oder – wie bei Keramikrasterwalzen auch – mittels Lasergravur erzeugt (vgl. Gravurverfahren). Während die Chromrasterwalze ein hohes Volumen der Näpfchen realisiert und als sehr beständig in Bezug auf die Farbübertragungseigenschaften gilt, hat sie eine deutlich geringere Lebensdauer als die Keramikwalze.
Keramikrasterwalzen 1979 waren die ersten lasergravierten Keramikrasterwalzen verfügbar, die eine höhere Oberflächenhärte und damit eine längere Funktionsdauer als die Chromwalzen boten.
Der Walzenrohling besteht meist aus Stahl oder in Leichtbauweise zur Verringerung der Massenträgheit aus Aluminium oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Die Keramik auf Basis von Chrom(III)-oxid (Cr2O3) wird mittels Plasmabeschichtung auf die Oberfläche aufgebracht. Die hohe Partikelgeschwindigkeit macht eine Haftschicht zwischen Grundkörper und Chromoxid-Keramik überflüssig. Einige Hersteller verwenden bei hohen Anforderungen an die Langlebigkeit und Temperaturbeständigkeit eine Nickel-Chrom-Trägerschicht. Nach der Beschichtung erfolgt eine Feinbearbeitung durch Schleifen oder Läppen, anschließend wird mittels Lasergravur das gewünschte Raster eingraviert. Je nach Anforderungen werden dafür verschiedene Lasertechnologien eingesetzt (vgl. Abschnitt Lasergravur). Abschließend werden die Walzen nochmals feingeschliffen, um Schlackespitzen zu entfernen und die Stege zu glätten (Finishing). Da auch die Oberflächenenergie der Keramik die Farbübertragung beeinflusst, wenden einige Hersteller weitere Verfahren zur Oberflächenveredelung an.
Keramikrasterwalzen sind hochverschleißfest und werden überall da eingesetzt, wo eine exakte Farbübertragung über einen langen Zeitraum gefordert ist. Mit ihnen können Rasterweiten bis zu 600 Linien/cm erzielt werden. Nachteil ist der höhere Preis gegenüber der Chromwalze.
Gravurspezifikationen mini|Gravurtypen Die wesentlichen Größen zur Beschreibung des Leistungsvermögens von Rasterwalzen sind: Lineatur [L/cm] oder Rasterweite [µm] Tiefe [μm] und Flankenwinkel [°] Gravurwinkel [°] Steg/Napf-Verhältnis [1:x] Volumen [cm³/m²] oder [µm]
Alternativ können andere Größen, die sich aus den genannten ergeben, wie die Stegbreite oder das Tiefe/Öffnungsverhältnis der Näpfchen zur Charakterisierung herangezogen werden. Daneben gibt es weitere Parameter wie die Form der Näpfchen und das Verhältnis zur Feinheit des Klischees, die die Übertragung des Druckmediums und damit die Qualität des Druckbildes beeinflussen.
Lineatur – Rasterweite