Experimente zum Strömungs- und Benetzungsverhalten von Fluiden im Hochscherratenbereich am Beispiel des Rakelprozesses

Der Rakelprozess ist einer der wichtigsten Teilprozesse des Tiefdrucks. Den Tiefdruck zeichnet seine vergleichsweise hohen Druckgeschwindigkeiten und Reproduzierbarkeit aus. Die Rakel streift das Fluid von der Druckform, befüllt die Gravur der Druckform und befreit die nicht- druckenden Stellen des Druckformzylinders von Druckfluid. Dazu wird eine Rakel unter einem Rakelwinkel θ an den Druckformzylinder angepresst. Die Rakelgeometrie und die Beschichtung der Rakel können variieren. Weiter haben Druckformzylinder unterschiedliche Gravurparameter, die möglicherweise den Rakelprozess und die Strömung an der Rakel beeinflussen. Im Rakelprozess treten Störungen auf, die von Einflussgrößen wie Rakelanpresskraft, Rakelgeschwindigkeit, der Kapillarzahl des Prozesses und des verwendeten Fluids abhängen. Dabei hat die Scherung des Fluids bei newtonschen und nicht-newtonschen Fluiden jeweils unterschiedliche Auswirkungen auf den Rakelprozess, da sich die Viskosität der jeweiligen Fluide unterschiedlich verändert. Die Rakelanpresskraft führt dazu, dass sich ein effektiver Rakelwinkel θeff einstellt, der kleiner als der eingestellte Rakelwinkel ist. Auf Grund mechanischer Abrasion entstehen Abriebpartikel, die in den Rakelprozess eingebracht werden und möglicherweise den Rakelprozess und das Druckergebnis beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit wird die Konzeptionierung eines Rakelmessstands behandelt, der unterschiedliche Experimentanordnungen sowie die Beobachtung des Rakelprozesses mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ermöglicht. Ein transparenter Hohlzylinder und ein optisches Prisma ermöglichen die Beobachtung der Rakel aus dem Inneren des Zylinders. Eine μPTV-Methode wird damit möglich, um das Strömungsfeld an der Rakel aufzuklären.

The doctorblading process is one of the most important sub-processes in gravure printing. Gravure printing is characterized by its comparatively high printing speeds and reproducibility. The doctor blade strips the fluid from the printing forme, fills the engraving of the printing forme and frees the non-printing areas of the printing forme cylinder from printing fluid. To do this, a doctor blade is pressed against the printing forme cylinder at a doctor blade angle θ. The doctor blade geometry and the coating of the doctor blade can vary. Further, printing forme cylinders have different engraving parameters that may affect the doctorblading process and the flow at the doctor blade. Disturbances occur in the doctorblading process that depend on influencing variables such as doctor blade contact pressure, doctor blade speed, the capillary number of the process and the fluid used. Shearing of the fluid has different effects on the doctorblading process for Newtonian and non-Newtonian fluids, since the viscosity of the respective fluids changes differently. The doctor blade contact force results in an effective doctor blade angle θef f that is smaller than the set doctor blade angle. Due to mechanical abrasion, abrasion particles are generated and introduced into the doctoring process, possibly affecting the doctoring process and the printing result. This paper deals with the conceptual design of a doctor blade measurement stand that allows different experimental setups as well as observa- tion of the doctor blade process with a high-speed camera. A transparent hollow cylinder and an optical prism allow observation of the doctor blade from inside the cylinder. A μPTV method thus becomes possible to elucidate the flow field at the doctor blade.