Schäumen und Spritzen von UV-Flexodruckfarben sind beherrschbar

Dieter Finna · www.pack-consult.org

Regulatorische Vorgaben haben zum Ziel, die Konformität von Druckfarben zu sichern. Sie beeinflussen jedoch auch Druckqualität und Prozessstabilität, etwa wenn Schäumen und Spritzen von UV-Etikettendruckfarben durch sie zum Thema wird. Gemeinsam mit Kunden ist Gallus den Ursachen dieser Phänomene auf den Grund gegangen. Die Erkenntnisse daraus flossen in eine Konstruktionslösung bei Kammerrakeln und in die Spezifizierung von Rakelmessern ein und stellen zugleich verbreitete Mythen rund um Tauchwalzensysteme infrage.

Phänomene wie Schäumen der Farbe, Ink Spitting und Blade Jumping, die im Etikettendruck als weitgehend beherrscht galten, kehren plötzlich vermehrt zurück. »Für mich war das Auftreten dieser Phänomene zunächst nicht plausibel«, sagt Alexander Feit, Customer Success Manager bei Gallus. »In meiner langjährigen Erfahrung als Drucker waren diese Fehlerbilder in der Praxis so gut wie unter Kontrolle und die Prozesse entsprechend stabil.«

Doch die Realität in den Druckereien zeichnet ein anderes Bild: Bei seinen zahlreichen Kundeneinsätzen rund um den Globus zeigt sich, dass selbst Unternehmen mit modernen Maschinensystemen und erfahrenen Druckern nicht vor diesen Problemen gefeit sind. Die Ursachen liegen tiefer – in veränderten Farbformulierungen, durch die das zuvor abgestimmte  Zusammenspiel der Übertragungskomponenten im Farbwerk aus dem Gleichgewicht geraten kann.

»Für mich war das Auftreten diese Phänomene zunächst nicht plausibel«, sagt Alexander Feit, Customer Success Manager bei Gallus. »In meiner langjährigen Erfahrung als Drucker waren diese Fehlerbilder in der Praxis so gut wie unter Kontrolle und die Prozesse entsprechend stabil.«

Regulierung verändert die Realität im Drucksaal
Mit der europäischen REACH-Verordnung und ihren Erweiterungen wurden zahlreiche Stoffe in Druckfarben eingeschränkt oder verboten. Für Farbhersteller bedeutete das, die Rezepturen entsprechend zu überarbeiten und anzupassen, so auch die im Etikettendruck eingesetzten UV- und LED-UV-härtenden Farben. »Bestimmte Inhaltsstoffe, die früher eine entschäumende Wirkung hatten, sind nicht mehr erlaubt«, erklärt Alexander Feit. »Das Ergebnis: Die Farben neigen stärker zum Schäumen.«

Was zunächst wie ein reines Materialproblem aussieht, entpuppt sich schnell als systemische Herausforderung. Denn die neuen Farbformulierungen verhalten sich im Druckprozess anders – und treffen auf Maschinentechnologien, die ursprünglich für andere Bedingungen entwickelt wurden.

Wenn die Geometrie zum Problem wird
Ein zentrales Element im Flexodruck ist das Kammerrakel mit seiner Farbkammer. Seine Aufgabe: die Farbe gleichmäßig auf die Rasterwalze zu übertragen. Doch genau hier offenbarte sich ein unerwarteter Schwachpunkt. Die bislang eingesetzten, rund geformten Farbkammern erzeugen durch ihre Geometrie eine stärkere Umwälzung der Farbe. »Man kann sich das so vorstellen wie ein Glas Wasser mit etwas Seife«, beschreibt Alexander Feit. »Wenn man darin rührt, bildet sich Schaum. Genau das passiert auch in der Kammer.«

In Kombination mit den neu rezipierten, mehr schaumneigenden Farben verstärkt sich dieser Effekt. Luft wird in die Farbe eingetragen, sammelt sich im System, so dass die Rasterwalze nicht homogen benetzt wird – mit der Folge, dass ein ungleichmäßiger Farbauftrag, Aussetzer und Qualitätsverluste im Druck auftreten.

Besonders kritisch wird es bei Produktionsunterbrechungen: »Beim Anhalten der Maschine wandern die Luftblasen nach unten in die Kammer und verschärfen das Problem weiter – ein Kreislauf, der sich selbst verstärkt.«

Kleine Änderung, große Wirkung
Die Lösung liegt in einer neuen Geometrie der Farbkammer. Statt der bisherigen runden Form setzte Gallus auf eine eckige Innenstruktur. Das Ergebnis: deutlich weniger Bewegung in der Farbe, weniger Luftverwirbelung – und damit eine drastische Reduktion des Schäumens.

»Wir haben lediglich die Geometrie geändert – der Effekt war enorm. In Feldtests mit rund 15 Kunden konnte das Schäumen um bis zu 80% reduziert werden.«

Noch deutlicher zeigt sich der Effekt in der Produktivität: Während die Maschinen zuvor durch instabile Prozesse auf 20 oder 30 m/min begrenzt waren, konnte durch die Anpassung des Kammerrakel-Systems eine nachhaltige und deutliche Leistungssteigerung im Produktionsprozess erzielt werden.

Um die Vorteile der neuen, eckigen Geometrie der Farbkammer richtig einzuordnen, lohnt sich ein Blick auf die Stärken der runden Geometrie, die auch heute bei verschiedenen Farbsystemen zum Tragen kommen. Die runde Innenstruktur der Farbkammer wurde zu einer Zeit entwickelt, als LED-UV-Farben noch nicht oder nur in sehr geringem Umfang auf dem Markt verfügbar waren. Bei höheren Druckgeschwindigkeiten unterstützt die runde Geometrie eine effiziente Einfärbung der Rasterwalze. Sie arbeitet mit den meisten Farben und Lacken zuverlässig, sodass ein Wechsel der Geometrie nur dann erforderlich ist, wenn zuvor dargestellte Probleme mit Schäumen der Farbe, Ink Spitting und Blade Jumping auftreten.

Der vermeintliche Ausweg: Tauchwalze
Während Gallus die Kammerrakeltechnologie weiterentwickelte, werden im Markt auch andere Lösungswege angeboten: zurück zum offenen Tauchwalzensystem. Auf den ersten Blick scheint das plausibel. Tauchwalzen können hochviskose Farben besser verarbeiten und sorgen durch direkten Kontakt für einen stabilen Farbtransfer. Doch dieser Ansatz hat seine Schattenseiten. »Viele glauben, Tauchwalzen seien einfacher zu reinigen oder besser für bestimmte Anwendungen«, so Alexander Feit. »Aber das entspricht in der Praxis nicht der Realität.«

»Wir hatten anfangs Tauchwalzen ebenso in unsere Überlegungen einbezogen. Aber am Ende haben wir uns bewusst dagegen entschieden – weil die Nachteile die Vorteile überwiegen.«

 Tatsächlich benötigen offene Systeme mehr Farbe und erschweren schnelle Jobwechsel. Zudem stoßen sie bei höheren Druckgeschwindigkeiten an ihre Grenzen – nicht zuletzt durch verstärktes Spritzen und sogenannte Ghosting-Effekte. Auch ist bei zunehmender Maschinengeschwindigkeit in der Regel eine höhere Tonwertzunahme (DotGain) zu beobachten. »Wir hatten anfangs Tauchwalzen ebenso in unsere Überlegungen einbezogen«, gibt Alexander Feit zu. »Aber am Ende haben wir uns bewusst dagegen entschieden – weil die Nachteile die Vorteile überwiegen.«

Ein oft unterschätzter Faktor: das Rakelmesser
Neben der Farbkammer hat ein weiterer, häufig unterschätzter Faktor großen Einfluss auf die Prozessstabilität: das Rakelmesser. In der Praxis greifen viele Anwender aus Kostengründen zu günstigen Varianten – mit direkten Folgen für den Druckprozess. »Die Rakel ist ein permanentes Verschleißteil«, erklärt Alexander Feit. »Stimmt die Qualität nicht, sind Prozessstörungen wie Ink Spitting oder Blade Jumping praktisch vorprogrammiert.«

Entscheidend für die Prozessstabilität ist die Qualität und Geometrie des Rakelmessers: Während hochwertig legierte Rakel einen »Lotus-Effekt« erzeugen, bei dem überschüssige Farbe abfließt, neigen unbeschichtete Varianten dazu, Farbe auf der Rückseite, d.h. der offenen Seite der Rakel aufzubauen. Es entstehen Tropfen, die schließlich auf die Rasterwalze zurückfallen und von dort weggeschleudert werden – so entsteht Ink Spitting, das sich als sichtbarer Fehler im Druckbild bemerkbar macht. Verstärkt wird dieser Effekt durch eine unzureichende Geometrie oder einen falschen Anstellwinkel der Rakel, wodurch die Kammer nicht sauber abdichtet und sich Farbe unkontrolliert sammeln kann.

Auch die Ausführung der Schneidkante spielt eine wichtige Rolle. Moderne Rakelmesser mit Lamellengeometrie steuern den Farbfluss gezielt und reduzieren gleichzeitig die Belastung der Schneidkante. Ebenso beeinflussen Stabilität und Materialstärke das Verhalten der Rakel im Druckprozess. Mikro-Vibrationen auf der Oberfläche der Rasterwalze können Ink Spitting zusätzlich begünstigen – stabilere Rakelmesser helfen, diese Effekte zu reduzieren.

Auf Basis dieser Erkenntnisse überarbeitete Gallus auch das Rakelmesser-Portfolio des Unternehmens. Die höhere Materialstärke von 0,25 mm verbindet hohe Performance zu wettbewerbsfähigen Preisen und trägt dazu bei, ein ruhiges Laufverhalten und eine hohe Prozesssicherheit zu erreichen.

Zur Auswahl stehen nun drei Produktlinien –  Soft Line, Classic Line und Top Line, die auf unterschiedliche Anforderungen im UV-Flexodruck ausgelegt sind. Sie reichen von Standardanwendungen bis hin zu besonders anspruchsvollen Druckprozessen mit hohen Anforderungen an Stabilität, Standzeit und Druckqualität.

Das neue Gallus Portfolio an Rakelmessern

Die Soft Line Rakel mit ihrer speziellen Beschichtung reduziert die Farbadhäsion signifikant und verhindert Ink Spitting sowie Streifenbildung auf der Rasterwalze. Die weiche Ausführung schützt die Rasterwalze vor Beschädigungen durch Abrasion und prädestiniert die Rakel als effizientes Dichtungsmesser.

• • • • • • • Reduziert Backdoctoring (Farbansammlung auf der Außenseite des Dichtungsmessers) was zu Ink Spitting führt
            • Geeignet beim Einsatz von Lacken und Farben
            • Hohe Wirtschaftlichkeit bei kurzen und mittleren Laufmetern
            • Keilform

Die Classic Line Rakel ist der vielseitige Standard für unterschiedliche Druckanwendungen. Bei mittleren bis hohen Laufmetern bietet es eine ausgewogene Kombination aus Verschleißfestigkeit, Prozessstabilität und wirtschaftlicher Standzeit:

• • • • • • • Zuverlässige Prozessperformance
            • Hohe Wirtschaftlichkeit bei mittleren bis hohen Laufmetern
            • Geeignet für jegliche Druckanwendung
            • Keilform

Die Top Line Rakel ist aus speziellem Hochleistungsstahl gefertigt und besitzt eine zweifache Beschichtung. Damit sorgt sie für maximale Stabilität und Prozesssicherheit. Als effektiver Troubleshooter gewährleistet sie kontrollierte Druckprozesse auch unter anspruchsvollen Bedingungen:

• • • • • • • Sie ist geeignet für hohe Druckgeschwindigkeiten mit UV- und wasserbasierten Farbsystemen.
            • Zeigt hohe Wirtschaftlichkeit bei mittleren und hohen Laufmetern
            • Geeignet für sehr abrasive Farben und Lacke
            • Keilform

Reinigung: der oft übersehene Schlüssel
Ein weiterer entscheidender Faktor für einen stabilen Druckprozess ist eine konsequent saubere Rasterwalze. Bereits geringste Farb-Rückstände in den Näpfchen der Rasterwalze beeinträchtigen den Farbtransfer und entwickeln sich ab einem gewissen Verschmutzungsgrad zu einer weiteren Ursache von Ink Spitting. »Die Rasterwalze hat die Aufgabe Farbe aufzunehmen und wieder abzugeben. Funktioniert das nicht sauber, sind Probleme vorprogrammiert.«

Neben der einfachen manuellen Reinigung bieten insbesondere Reinigungsanlagen und moderne Lasersysteme eine effiziente Möglichkeit, hartnäckige Verschmutzungen auch tief in den Näpfchen zuverlässig zu beseitigen.

Ganzheitlicher Ansatz statt Einzellösung
Die Erfahrungen aus den zahlreichen Kundenprojekten zeigen, dass  Einzelmaßnahmen bei dem komplexen Zusammenspiel der Farbübertragung zu kurz für eine umfassende Lösung greifen. Erst das perfekte Zusammenspiel aller Komponenten – Farbe, Kammer, Rakel, Rasterwalze, Rakeldruck – entscheidet über die Stabilität des Druckprozesses. Oder, wie Alexander Feit es formuliert: »Am Ende geht es nicht um einzelne Komponenten. Es geht darum, dass alles zusammenpasst und harmoniert.«

〉 www.gallus-group.com