DE102008033656A1

DE102008033656A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Substratbehandlung in einer Druckmaschine

Info

Publication number: DE102008033656A1
Application number: DE102008033656A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Beying; Günter Fuchs; Klaus Ebinger; Urs GÜMBEL; Ruben Cremer; Oliver Dr. Treichel; Peter Dr. Schwarz-Kiene; Robert Dr. Sänger
Original assignee: IST Metz GmbH
Current assignee: Eta Plus Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2009-01-29
Also published as: WO2009013191A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Substratbehandlung in einer Druckmaschine (32), bei welchem ein Substrat (20) zur Strahlungshärtung einer Substratbeschichtung in einer Transporteinrichtung (18) an einer Strahlungsquelle (12) vorbeitransportiert und dabei mit elektromagnetischer Strahlung (30) beaufschlagt wird, ist es für eine Überwachung der Strahlungsleistung vorgesehen, dass Einzelbögen (20) als Substrat durch an einer Bogenkante (46) angreifende Greifer (22) der Transporteinrichtung (18) hintereinander transportiert werden, und dass die Strahlung in einem Zwischenbereich (52) zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbögen (20) mittels mindestens eines Sensors (14) erfasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Substratbehandlung in einer Druckmaschine, insbesondere Offset-Druckmaschine.
Die UV-Lichthärtung (Polymerisation) von lösemittelfreien Offset-Druckfarben in Druckmaschinen zur Herstellung qualitativ hochwertiger Druckprodukte für die Verpackungs- und Etikettenindustrie gehört heute zum Stand der Technik. Zwischenhärtungen einzelner Farben sowie die Endhärtung am Schluss des Druckvorganges, einschließlich Lackierung, führen zu Produkten mit einzigartigen Gebrauchseigenschaften wie hoher Glanz, Lösemittelbeständigkeit und außerordentlich guter Abriebfestigkeit. Basis der Druckfarben sind ungesättigte flüssige Vorpolymerisate mit Zusatz von Fotoinitiatoren, welche unter Ausnutzung des Energieinhalts der UV-Lichtquelle im Bruchteil einer Sekunde vom flüssigen in den festen Zustand überführt werden. Als Energiequelle werden lang-gestreckte Mitteldruck-Gasentladungslampen mit spezifischen Leistungen bis zu 200 W/cm Lampenlänge eingesetzt. Die elektrische Versorgung der UV-Aggregate geschieht über Vorschaltgeräte mit oder ohne Regelung des Lampenstroms.
Heutige Qualitätsanforderungen an Produkte, welche z. B. als Umverpackungen und Etikettierungen auch in die Lebensmittelindustrie gehen, erfordern eine lückenlose Aufzeichnung des Herstellprozesses. Im Falle von Druckprodukten spielt die Härtung (Vernetzungsgradbestimmung) eine wesentliche Rolle. Die Druckschichten sind sehr dünn (Masse ca. 1 g/m²) und bewegen sich bis über 400 m/min.
So genannte Inspektionsmessungen durch Messsonden, welche parallel zur Lampe in das Aggregat eingeführt werden, sind diskontinuierlich, führen während der Messung zu einer Schattenbildung der UV-Abstrahlung und erlauben deshalb keine lückenlose Prozessüberwachung und schon gar keine Regelung der UV-Lichtabgabe. Letzteres gilt auch für Leerlaufmessungen ohne Bedruckstoff. In diesem Zusammenhang ist es bei der Bestrahlung von kontinuierlichen bahnförmigen Bedruckstoffen aus der DE-A 199 44 380 bekannt, am Rand der von Rolle zu Rolle transportierten Materialbahn direkt die UV-Lichtleistung über einen UV-Sensor zu überwachen. Nachteil dieses Überwachungsprozesses ist, dass das UV-Aggregat deutlich breiter als die Materialbahn sein muss und die UV-Messung am Rande des Aggregats in Elektrodennähe der UV-Lampe erfolgt. Die Alterung durch Materialablagerungen im Quarzglasrohr der Lampe beginnt aber zuerst in diesem Bereich und verfälscht die Messungen daher unkontrollierbar.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, worin die zuvor beschriebenen Nachteile nicht auftreten und die Strahlungsbehandlung im Druckbetrieb optimiert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 14 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Strahlungsbehandlung bei bogenförmigem Druckmaterial in der der Bogenlücke zu überwachen. Demzufolge wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass Einzelbögen als Substrat durch an einer Bogenkante angreifende Greifer der Transporteinrichtung hintereinander beabstandet transportiert werden, und dass die Strahlung in einem Zwischenbereich zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbögen mittels mindestens eines Sensors erfasst wird. Dadurch ist es möglich, die tatsächlichen Bestrahlungsverhältnisse in der bedruckten Ebene zu sensieren. Auf diese Weise lassen sich auch störende Einflüsse wie Netzspannungs schwankungen, Anfahr- oder Teillastbetrieb der Druckmaschine, variierende Druckgeschwindigkeit, Lampenalterung, Reflektorverschmutzung etc. im Sinne einer Qualitätssicherung überwachen und ggf. korrigieren. Dieses Verfahren ist auch im rauen industriellen Betrieb einer Druckerei problemlos einsetzbar.
Vorteilhafterweise wird die Strahlung an mindestens einer Messstelle innerhalb der Breite und in der Höhe einer von den Einzelbögen durchlaufenen Transportbahn erfasst. Durch eine solche objektbezogene Messung lassen sich Überstrahlungen (Wärmeeinfluss auf das Substrat) in der Anlaufphase des Druckprozesses sowie eine Unterhärtung der Farbe/Beschichtung bei der maximalen Druckgeschwindigkeit, wenn z. B. die UV-Aggregate aufgrund von Lampenalterung oder Reflektor- und Lampenverschmutzung einen Maximalbetrieb im Härtungsprozess nicht mehr zulassen, vermeiden.
Zweckmäßig wird der mindestens eine Sensor über einen von der Strahlungsquelle bestrahlten Bereich mit den Einzelbögen mittransportiert.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, dass der mindestens eine Sensor in einer die Bogengreifer aufnehmenden Greiferaussparung eines Gegendruckzylinders angebracht wird. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass der mindestens eine Sensor auf einer die Bogengreifer tragenden Greiferbrücke eines Kettentransporters angebracht wird.
Um die Überwachung zu verbessern, können mehrere Sensoren über die Breite der Einzelbögen verteilt werden. Möglich ist es auch, dass mindestens ein Sensor über die Breite der Einzelbögen verschiebbar angeordnet wird.
Die Strahlung wird vorteilhafterweise ohne Wechselwirkung mit den Einzelbögen lediglich über einen Gasraum zwischen Strahlungsquelle und Sensor mittels des Sensors direkt erfasst.
Vorteilhafterweise wird die Strahlung im Durchlauf des mindestens einen Sensors durch den Bestrahlungsbereich erfasst. Hierbei kann eine mittlere Strahlungsleistung oder ein Extremwert der UV-Strahlung intervallweise bestimmt werden.
Die Produktqualität lässt sich dadurch verbessern, dass die Strahlungsquelle nach Maßgabe eines Sensorsignals angesteuert, insbesondere auf eine konstante Strahlungsleistung an der Messstelle geregelt wird.
Für eine unmittelbare Messwertverarbeitung ist es von Vorteil, wenn die Sensorsignale an eine von dem Sensor entfernte Empfangseinheit drahtlos übermittelt werden. Denkbar ist es aber auch, dass Sensorsignale in einem mit dem Sensor mitlaufenden Datenspeicher vor einer Auswertung zwischengespeichert werden.
Die Bestrahlung lässt sich auch dafür ausnutzen, dass der Sensor über eine die Strahlung empfangende Photovoltaikeinheit mit Energie versorgt wird.
In struktureller Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Transporteinrichtung zum Transport von Einzelbögen als Substrat an einer Bogenkante angreifende Greifer aufweist, und dass in einem Zwischenbereich zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbögen mindestens ein Sensor der Sensoreinrichtung angeordnet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Bogenoffsetdruckmaschine mit einer UV-Behandlungsvorrichtung in teilweise weggeschnittener schematischer Seitenansicht;
2 einen mit UV-Sensoren bestückten Gegendruckzylinder der Bogendruckmaschine in Kombination mit der Behandlungsvorrichtung in schematischer Seitenansicht;
3 einen Bogenausleger der Bogendruckmaschine in Kombination mit der Behandlungsvorrichtung in schematischer Seitenansicht; und
4 eine mit UV-Sensoren bestückte Greiferbrücke des Bogenauslegers gemäß 3 in abgebrochener Draufsicht.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 1 zur Bogenbehandlung bzw. -bestrahlung in einer Bogenoffset-Druckmaschine umfasst mindestens ein UV-Bestrahlungsaggregat 10 mit einer langgestreckten Gasentladungsröhre 12 als UV-Strahlungsquelle, eine mit einem Sensor 14 zusammenwirkende Einrichtung 16 zur Erfassung und ggf. Regelung der UV-Strahlung und eine auch in der Druckmaschine genutzte Bogentransporteinrichtung 18 zum Transport von Einzelbögen 20 mittels Bogengreifern 22. Dabei ist es vorgesehen, dass der Sensor 14 in einem Zwischenbereich 24 zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbögen 20, insbesondere in einem Greiferspalt 26 oder auf einer Greiferbrücke 28 so angeordnet ist, dass die UV-Strahlung 30 in der von den Einzelbögen 20 durchlaufenen Transportbahn erfasst wird.
1 zeigt eine Bogenoffset-Druckmaschine 32, in der Einzelbögen 20 als Bedruckstoff in einer Mehrzahl von Druckwerken 34 (nur teilweise dargestellt) mit verschiedenfarbigen UV-härtenden Druckfarben bedruckt und in einem nachgeschalteten Lackwerk 36 mit einem transparenten UV-härtenden Lack beschichtet werden. Eine Bogenauslage 38 ermöglicht mittels eines Kettentransporters 40 die Ablage der beschichteten Einzelbögen 20 in einem Auslagestapel 42. In dieser Anordnung kann mindestens eine Behandlungsvorrichtung 1 in den Druck- bzw. Lackwerken 34, 36 und/oder der Bogenauslage 38 angeordnet sein, so dass die kurz zuvor bedruckte oder lackierte Bogenoberfläche gleichförmig mit UV-Licht bestrahlt wird, um für eine schnelle und gleichmäßige Härtung der Beschichtung zu sorgen.
Wie in 2 gezeigt, besitzt ein Gegendruckzylinder 44 der Druckmaschine 32 als Teil der Transporteinrichtung 18 zwei diametral zueinander versetzte Bogengreifer 22, welche jeweils einen abgebrochen dargestellten Einzelbogen 20 an einer bei Drehung im Gegenuhrzeigersinn in Transportrichtung weisenden freien Bogenkante 46 klemmend erfassen. Zu diesem Zweck weisen die Bogengreifer 22 mehrere Greiforgane auf, die durch eine Greiferwelle miteinander verbunden und über die Bogenbreite unter Einhaltung von gegenseitigen Abständen in dem axial durchgehenden Greiferkanal 26 angeordnet sind. Die zu bedruckenden bzw. zu beschichtenden Einzelbögen 20 können damit stirnseitig gefasst und von Druckwerk zu Druckwerk über Gegendruckzylinder und Übergabeeinrichtungen durch die Druckmaschine gezogen werden.
In dem Greiferkanal 26 ist außerdem mindestens ein Sensor 14 untergebracht, der mit seiner Fühlerfläche an einer Messstelle etwa in dem Umfangsbereich des Gegendruckzylinders 44 und somit in der Objektebene positioniert ist. Bei dessen Rotation gelangt somit der Sensor 14 innerhalb der Bogenbreite und in der Höhe bzw. im Bestrahlungsabstand der Einzelbögen 20 intermittierend in den von der Bestrahlungsquelle 12 bestrahlten Bereich. Als Sensor können beispielsweise SiC-Dioden eingesetzt werden.
Die Bestrahlungsquelle 12 erstreckt sich als Quecksilber-Mitteldruckgasentladungslampe innerhalb eines Gehäuses 48 über mindestens die Bogenbreite. Die Bestrahlung erfolgt durch eine Gehäuseöffnung hindurch, wobei ein Reflektor 50 für eine verbesserte Lichtausbeute sorgt.
Die im Durchlauf erfassten Messsignale werden von dem Sensor 14 über eine Funkstrecke 52 an eine Empfangseinheit 54 der Erfassungseinrichtung 16 übermittelt. Dort können die Signale durch einen Regler verarbeitet wer den, um über eine Stellsignalleitung 56 die Strahlungsleistung der Strahlungsquelle 12 zu regeln.
3 veranschaulicht eine Anordnung im Bereich der Bogenauslage 38. Hierbei wird mindestens eine Greiferbrücke 28 mittels eines Kettentransporters 40 im Umlauf geführt, um die Einzelbögen sukzessive von dem Lackwerk 36 abzuholen und auf dem Auslagestapel 42 abzulegen. Die Greiferbrücke 28 trägt Bogengreifer 22', die den jeweiligen Einzelbogen an seiner in Transportrichtung weisenden Bogenkante 46 festhalten. Auf der Greiferbrücke 28 befindet sich außerdem mindestens ein Sensor 14, wie auch in 4 gezeigt. Der Sensor 14 läuft somit in dem Zwischenbereich bzw. freien Bereich der Bogentransportstrecke 58 zwischen den aufeinander folgenden Einzelbögen 20 durch den Bestrahlungsbereich der UV-Bestrahlungsaggregate 10.
Gegebenenfalls kann der mindestens eine Sensor 14 über eine mitlaufend bestrahlte Photovoltaikeinheit 60 mit Energie versorgt werden. Die Sensorsignale bzw. Messdaten können in einem ebenfalls mitlaufenden Zwischenspeicher 62 abgelegt werden, der im Rahmen einer Überwachung der Anlage zyklisch ausgelesen werden kann.
Im Betrieb der Druckmaschine 32 kann somit die Strahlungsleistung, d. h. die in der Zeiteinheit von der elektromagnetischen Strahlung auf das Substrat 22 transportierte Strahlungsenergie direkt gemessen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass eine intervallweise Erfassung entsprechend dem Lampendurchlauf des Sensors 14 für eine Beurteilung der Bestrahlungsqualität völlig ausreichend ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei einer üblichen Druckleistung von z. B. 10.000 Einzelbögen pro Stunde die Messfrequenz sehr hoch ist. Beim Durchgang des Sensors 14 durch den Bestrahlungsbereich kann durch Signalintegration eine mittlere Strahlungsleistung bestimmt werden, oder es wird der Einfachheit halber nur der jeweilige Extremwert erfasst. Durch Vergleich mit einem Sollwert bzw. Führungswert kann eine Regeldifferenz ermittelt werden, um in einer Regelschleife ein entsprechendes Stellsignal für eine konstante oder den momentanen Druckbedingungen angepasste Strahlungsleistung zu generieren.
Grundsätzlich sind der oder die Sensoren 14 nicht nur zum Messen der UV-relevanten Bereiche zwischen 200 und 480 nm ausgelegt. Je nach Anwendungsfall kann eine selektive Anpassung an spezielle Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung, welche beim Trocknungsprozess eines bedruckten Bogens eingesetzt wird, vorgenommen werden. Insbesondere handelt es sich dabei um UV-A, UV-B, UV-C oder bei monochromatischen Strahlungsquellen (z. B. UV-LED's) um diskrete Linien. Die substratbezogene Strahlungserfassung ist auch für die klassische Trocknung von Wasser- oder Lösemittel-basierenden Druckfarben interessant. Hierbei kommen Strahlenquellen im Bereich des sichtbaren Lichts, der nahen Infrarotstrahlung (NIR) und auch IR im Bereich 1.000 bis 3.000 nm zum Einsatz.
Somit ergibt sich eine örtliche, zeitliche und selektive Auflösung des Energieeinflusses zur Härtung (UV) und Trocknung (IR) der Druckfarben/Lacke auf Bögen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19944380 A [0004]

Claims

Verfahren zur Substratbehandlung in einer Druckmaschine (32), insbesondere Offset-Druckmaschine, bei welchem ein Substrat (20) zur Strahlungshärtung einer Substratbeschichtung in einer Transporteinrichtung (18) der Druckmaschine (32) an einer Strahlungsquelle (12) vorbeitransportiert und dabei mit elektromagnetischer Strahlung (30), insbesondere UV-Strahlung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelbögen (20) als Substrat durch an einer Bogenkante (46) angreifende Greifer (22) der Transporteinrichtung (18) hintereinander beabstandet transportiert werden, und dass die Strahlung in einem Zwischenbereich (52) zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbögen (20) mittels mindestens eines Sensors (14) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung an mindestens einer Messstelle innerhalb der Breite und in der Höhe einer von den Einzelbögen (20) durchlaufenen Transportbahn (58) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (14) über einen von der Strahlungsquelle (12) bestrahlten Bereich mit den Einzelbögen (20) mittransportiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (14) in einer die Bogengreifer (22) aufnehmenden Greiferaussparung (26) eines Gegendruckzylinders (44) angebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (14) auf einer die Bogengreifer (22') tragenden Greiferbrücke (28) eines Kettentransporters (40) angebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (14) über die Breite der Einzelbögen (20) verteilt angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (14) über die Breite der Einzelbögen (20) verschiebbar angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (30) ohne Wechselwirkung mit den Einzelbögen (20) durch den Sensor (14) direkt erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (30) im Durchlauf des mindestens einen Sensors (14) durch den Bestrahlungsbereich erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Strahlungsleistung oder ein Extremwert der UV-Strahlung intervallweise bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12) nach Maßgabe eines Sensorsignals angesteuert, insbesondere auf eine konstante Strahlungsleistung an der Messstelle geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorsignale an eine von dem Sensor (14) entfernte Empfangseinheit (54) drahtlos übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorsignale in einem mit dem Sensor (14) mitlaufenden Datenspeicher (62) vor einer Auswertung zwischengespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (14) über eine die Strahlung empfangende Photovoltaikeinheit (60) mit Energie versorgt wird.
Vorrichtung zur Substratbehandlung in einer Druckmaschine (32), insbesondere Offset-Druckmaschine, mit einer vorzugsweise als langgestreckte Gasentladungsröhre ausgebildeten Strahlungsquelle (12) insbesondere zur Erzeugung von UV-Strahlung, einer gegebenenfalls als Teil der Druckmaschine (32) ausgebildeten Transporteinrichtung (18) zum Vorbeitransport des Substrats (20) an der Strahlungsquelle (12) und einer Sensoreinrichtung (16) zur Strahlungserfassung, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (18) zum Transport von Einzelbögen (20) als Substrat an einer Bogenkante (46) angreifende Greifer (22) aufweist, und dass in einem Zwischenbereich (52) zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbögen (20) mindestens ein Sensor (14) der Sensoreinrichtung (16) angeordnet ist.