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Numerische und experimentelle Untersuchungen zum mechanisch-drucktechnischen Verhalten von Offsetdrucktüchern unter besonderer Berücksichtigung ihrer hyper- und schaumelastischen Eigenschaften

Bouabid, Aous :
Numerische und experimentelle Untersuchungen zum mechanisch-drucktechnischen Verhalten von Offsetdrucktüchern unter besonderer Berücksichtigung ihrer hyper- und schaumelastischen Eigenschaften.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Numerische und experimentelle Untersuchungen zum mechanisch-drucktechnischen Verhalten von Offsetdrucktüchern unter besonderer Berücksichtigung ihrer hyper- und schaumelastischen Eigenschaften
Language: German
Abstract:

Die Informationsvermittlung durch Drucken spielt in unserer multimedialen Welt eine so große Rolle wie noch nie. In den entsprechenden Produktionsmaschinen (Druckmaschinen) werden zur Farbaufbereitung und -übertragung sowie zum Transport des Bedruckstoffs (Papier, Folie u. a.) im Wesentlichen Zylinder und Walzen eingesetzt, sodass Abrollvorgängen eine zentrale Bedeutung bei Druckmaschinen zukommt. In der Praxis hat sich das Prinzip des indirekten Drucks bewährt, bei dem das zu druckende Bild nicht direkt auf den Bedruckstoff sondern erst auf einen Zylinder mit elastomerem Bezug (dem so genannten Drucktuch) und von dort aus auf den Bedruckstoff übertragen wird. Das Drucktuch besteht im Allgemeinen aus einer Deck-, einer Luftpolsterschicht und mehreren Gewebeschichten. Die Deckschicht aus Gummi übernimmt an ihrer Oberfläche die Farbabnahme und -übertragung auf den Bedruckstoff. Die Luftpolsterschicht aus elastomerem Schaum verleiht der Drucktuchkonstruktion eine definierte Kompressibilität. Schließlich sorgen die Gewebeschichten aus Baumwolle für eine hohe Festigkeit sowie für die Stabilisierung der elastomeren Schichten im Hinblick auf Schubverformung und Relaxation. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, auf Basis der mechanischen Eigenschaften des Drucktuchs sein drucktechnisches (Abroll-) Verhalten vorauszusagen. Dazu wird zuerst ein Modell erstellt, das die Zusammensetzung des Drucktuchs aus verschiedenen Schichten und Materialien abbildet. Dabei wird das Drucktuch in druckende und tragende Elemente aufgeteilt. Die druckenden Elemente werden von den hyper- bzw. schaumelastischen Schichten (Deck- und Luftpolsterschicht), die tragenden Elemente von den in ihrer Ebene orthotropen Gewebeschichten gebildet. Die einzelnen Materialien werden anhand elementarer Tests (Zug- und Stempelversuch) charakterisiert und anschließend in ein Finite-Element-Modell zur dreidimensionalen Simulation des abrollenden Drucktuchs umgesetzt. Die Simulationsergebnisse (Anpressdruck und Schlupfwege in der Kontaktzone) werden durch umfangreiche Druckversuche validiert. Dabei werden fein gerasterte Bilder an einer Offsetdruckmaschine gedruckt und mikroskopisch ausgewertet. Die Arbeit konnte am Beispiel des Drucktuchs zeigen, wie das Verhalten komplexer Strukturen als Werkstoff einerseits und als Maschinenelement anderseits rechnerisch und experimentell untersucht werden kann. Durch das Prinzip der Funktionstrennung ist es gelungen, den komplexen Aufbau des Drucktuchs durch Unterscheidung zeitabhängiger (Elastomer) und richtungsabhängiger (Gewebe) Bestandteile zu vereinfachen. Dies stellt wiederum ein wichtiger Lösungsansatz für weiterführende Untersuchungen dar, um beispielsweise die viskosen, elastomerbedingten Drucktucheigenschaften, die bei Druckvorgängen mit hohen Geschwindigkeiten maßgebend sind, rechnerisch zu erfassen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Nowadays, printed products are still highly appreciated as information and communi-cation media, despite the rapid development of electronic media. The corresponding production machines, i. e. the printing machines, essentially use cylinders to transfer ink and transport paper as needed in the printing process, so that three-dimensional rolling contact problems have a central importance in printing machines. In the so-called offset printing process, first the ink has be transferred to an intermediary cylinder with a rubber cover, called printing blanket. The ink transfer from the blanket to the paper occurs in a second step. A printing blanket is a multi-layered thin structure. In general it consists of a covering rubber layer, an elastomeric foam layer and several orthotropic tissue layers (cotton). The covering layer is responsible for ink transfer. The elastomeric foam provides the blanket construction with a defined amount of compressibility. Finally, the tissue layers provide elastomeric layers with a higher tenacity and stabilise them against Relaxation. Aim of the present study is to predict the printing behaviour of a blanket on the base of its mechanical properties, using numerical simulation and experiment. A finite element model taking account the different layers and materials of the blanket has first to be developed. For this aim, the different layers, which form the blanket, can be grouped into two categories: printing elements (i. e. covering and foam layer), mainly responsible for the printing function of the blanket, and structural elements (tissue layers), mainly having a stabilising function. Afterwards, each of the blanket materials has to be characterised on the base of elementary tests (tensile and stamp tests). The test results, i. e. a set of material parameters can be used to feed up the finite element model, in order to simulate the three-dimensional ink transfer process. The simulation results (contact pressure and slip in the cylinder contact zones) are verified by experiments, carried out on an offset printing machine. Selected pixels from printed pictures are surveyed and measured microscopically. In this way the slip, which occurred during the printing (rolling) process, can be experimentally determined and compared with the slip predicted by the finite element model. Using the example of the offset blanket, the present work demonstrates how the mechanical and printing behaviour of complex structures can be examined numerically and experimentally. The principle of differentiating printing and structural layers, which is the basis of the numerical simulation carried out in this work, allows the simplification of the complex construction of the blanket, so that time-dependent material behaviour, arising from the elastomeric layers on the one hand, and orthotropic material behaviour, arising from the tissue layers on the other hand, can be examined and identified separately. Hence, the numerical model presented here can be used as a basis for further examinations, investigating the viscous properties of blankets at high printing speed, for example.English
Uncontrolled Keywords: Offset, Druckverfahren, Drucktuch, Gummituch, Druckversuch, Raster, Druckqualität, Densitometrie, Mikroskopie, Numerische Simulation, Finite-Element-Methode, Viskoelastizität
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Offset, Druckverfahren, Drucktuch, Gummituch, Druckversuch, Raster, Druckqualität, Densitometrie, Mikroskopie, Numerische Simulation, Finite-Element-Methode, ViskoelastizitätGerman
Offset, Printing Processes, Blanket, Printing Test, Printing Screen, Print Quality, Densitometry, Microscopy, Numerical Simulation, Finite-Element-Method, ViscoelasticityEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: Fachbereich Maschinenbau > Druckmaschinen und Druckverfahren
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:23
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-10066
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Dörsam, Prof. Dr.- Edgar and Pelz, Prof. Dr.- Peter
Refereed: 1 April 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1006
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