DE10046759A1

DE10046759A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Farbstoffs auf eine Oberfläche eines Werkstücks

Info

Publication number: DE10046759A1
Application number: DE2000146759
Authority: DE
Inventors: Wilfried Philipp
Original assignee: Tampoprint GmbH
Current assignee: Tampoprint GmbH
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-04-18

Abstract

Bei einem Verfahren zum Aufbringen eines Farbstoffs auf eine Oberfläche (11) eines Werkstücks (12) wird mindestens die Oberfläche (11) des Werkstücks (12), auf die der Farbstoff aufgebracht werden soll, zunächst vorbehandelt (44) und dann der Farbstoff aufgebracht (46). Um die Haftung des Farbstoffs auf der Oberfläche (11) des Werkstücks (12) sowie die Druckqualität zu verbessern, umfasst die Vorbehandlung die Bestrahlung der besagten Oberfläche (11) des Werkstücks (12) mit elektromagnetischen Wellen im UV-Bereich (44).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Farbstoffs auf eine Oberfläche eines Werkstücks, bei dem mindestens die Oberfläche des Werkstücks, auf die der Farbstoff aufgebracht werden soll, zunächst vorbehandelt und dann der Farbstoff aufgebracht wird.

Solche Verfahren sind vom Markt her bekannt. Bei ihnen wird der Farbstoff beispielsweise durch einen Tampon auf das Werkstück aufgebracht, allerdings sind auch andere Druckverfahren zur Aufbringung des Farbstoffes geeignet. Um die Haftung zwischen dem Farbstoff und der Werkstückoberfläche zu verbessern, wird die Oberfläche zunächst vorbehandelt. Zur Vorbehandlung stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung.

So kann z. B. zunächst ein sogenannter "Primer" aufgebracht werden, welcher als Zwischenschicht die Haftung mit dem eigentlichen Farbstoff verbessert. Möglich ist auch eine Vorbehandlung durch eine Beflammung. Dabei wird eine blaue Gasflamme genutzt, um in der Struktur der Oberfläche eine Reaktion mit dem Luftsauerstoff zu erreichen. An diese nun polaren Bindungen kann sich der Farbstoff anlagern. In die gleiche Richtung zielen Corona- und Plasmabehandlung. Auch eine Bearbeitung mit Lasern oder eine Ionisierung als Vorbehandlung ist bekannt. Ferner kann die Vorbehandlung auch eine Reinigung mit Lösungsmittel und/oder die Beaufschlagung durch Mikrowellen umfassen.

Trotz dieser möglichen Vorbehandlungsverfahren wurde erkannt, dass das Druckergebnis nicht in allen Fällen optimal ist. Insbesondere die Schärfe und die Kontur des Druckbildes und die Haftung des Farbstoffes lassen in einigen Fällen zu wünschen übrig.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass der Bereich an Materialien und Oberflächenqualitäten erweitert wird, auf die Farbstoff mit guter Qualität, insbesondere bezüglich Kontur, Druckbild und Perleffekten, und mit guter Haftung, insbesondere bezüglich Scheuer- und Kraftzfestigkeit, aufgebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Vorbehandlung die Bestrahlung der besagten Oberfläche des Werkstücks mit elektromagnetischen Wellen im UV-Bereich umfasst.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Bestrahlung einer Werkstückoberfläche mit UV-Strahlung zu einer Veränderung der Oberflächeneigenschaften führt, welche das zuvor in vielen Fällen beobachtete Abperlen des Farbstoffs von der zu bearbeitenden Oberfläche und weitere unangenehme Effekte verhindert. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass durch diese Art der Vorbehandlung der Farbstoff in vielen Fällen deutlich besser auf der Werkstückoberfläche haftet.

Die physikalischen Zusammenhänge, welche für diese Verbesserung ursächlich sind, sind nicht vollständig geklärt. Möglicherweise werden durch die UV-Strahlung Molekülbindungen an der Oberfläche des Werkstückes aufgebrochen. Hierdurch bieten sich für den Farbstoff möglicherweise bessere Anlagerungsmöglichkeiten, was die Haftung verbessert. Nicht ausgeschlossen werden kann aber auch, dass durch die Bestrahlung mit UV-Licht eine molekulare Polarisierung erfolgt, welche zu der Qualitätsverbesserung führt.

Der erfindungsgemäße positive Effekt wird auf vielen Materialien beobachtet. Einige davon sind z. B. PVC, PC, PETG.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

So ist z. B. vorgesehen, dass mindestens ein Teil des Farbstoffes UV-reaktiv ist. Grundsätzlich gilt das erfindungsgemäße Verfahren zwar ausdrücklich für sämtliche Farbstoffe, und es wurde beobachtet, dass insbesondere bei der Verwendung von PVC für die Werkstückoberfläche die beobachteten positiven Effekte farbstoffunabhängig sind. Bei vielen anderen Materialien wird die Verbesserung der Haftung und der Druckqualität aber vor allem dann beobachtet, wenn ein UV-reaktiver Farbstoff verwendet wird. Dies ist umso erstaunlicher, als der Farbstoff beim Aufbringen auf die Oberfläche ja nicht mit UV-Strahlung bestrahlt wird, sondern nur die Oberfläche zuvor mit UV-Strahlung bearbeitet worden ist.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Farbstoff nach dem Aufbringen auf die Oberfläche mit elektromagnetischen Wellen im UV-Bereich bestrahlt wird. Eine derartige Nachbehandlung führt dazu, dass die in dem UV-reaktiven Farbstoff vorhandenen Fotoinitiatoren reagieren und ihre Energie auf die im Farbstoff vorhandenen Radikale übertragen. Durch die UV- Bestrahlung wird also die Polymerisation der Kohlenstoffbindungen eingeleitet und der Farbstoff auf der Oberfläche des Werkstückes ausgehärtet.

Eine besonders geeignete Möglichkeit, den Farbstoff auf die Oberfläche des Werkstückes aufzubringen, ist der Tampondruck. Alternativ kann der Farbstoff aber auch auf die Oberfläche des Werkstücks aufgesprüht werden, insbesondere kann er z. B. durch ein Inkjetverfahren aufgebracht werden. Bei diesen beiden Verfahren zum Aufbringen eines Farbstoffs machen sich die positiven Auswirkungen der Vorbehandlung durch die UV- Strahlung besonders stark bemerkbar. Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Vorteil aber auch bei anderen Druckverfahren festgestellt werden, so z. B. beim Flexo-, Sieb-, Offset-, Buch-, Hoch- oder Tiefdruck und auch bei elektrostatischen und thermischen Druckverfahren.

Da der aufgebrachte Farbstoff von der Oberfläche des Werkstücks aufgrund der Vorbehandlung nicht oder zumindest weniger abperlt und sehr gut auf dieser haftet, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders dazu, dass es kontinuierlich arbeitet und das Werkstück vorzugsweise ein Endlosprofil umfasst. Grundsätzlich ist aber auch eine getaktete Vorgehensweise mit diskreten Werkstücken möglich.

Es wurde festgestellt, dass die positiven Auswirkungen der UV- Bestrahlung auf die Druckqualität umso besser sind, je dichter die Aufbringung des Farbstoffes zeitlich auf die Vorbehandlung der Oberfläche mit UV-Strahlung erfolgt. Dem wird durch jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens Rechnung getragen, bei der die Vorbehandlung der Oberfläche des Werkstücks zeitlich im Wesentlichen unmittelbar vor dem Aufbringen des Farbstoffs erfolgt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Farbstoffs auf eine Oberfläche eines Werkstücks, mit einer Einrichtung zur Vorbehandlung der Oberfläche des Werkstücks, auf die der Farbstoff aufgebracht werden soll, und mit einer Einrichtung zum Aufbringen des Farbstoffs auf die Oberfläche. Um die Haftung des Farbstoffes auf der Oberfläche des Werkstückes zu verbessern und auch die Druckqualität zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bei der oben genannten Vorrichtung die Einrichtung zur Vorbehandlung eine Strahlungsquelle umfasst, welche UV-Strahlung erzeugt.

Da die Haftung des Farbstoffes auf der Oberfläche des Werkstückes durch die erfindungsgemäße Maßnahme deutlich verbessert wird, kann der Durchsatz durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erhöht werden, was letztlich den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirtschaftlich günstiger gestaltet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Farbstoffs auf eine Oberfläche eines Werkstücks; und

Fig. 2: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung von Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung trägt insgesamt das Bezugszeichen 10. Mit ihr wird im Tampondruck Farbstoff auf eine Oberfläche 11 eines Werkstücks 12 aufgebracht. Das Werkstück 12 wird von einem Rollenförderer 14 durch die Vorrichtung 10 bewegt. Bei dem Werkstück 12 handelt es sich um ein in Förderrichtung (Pfeil 16) gesehen sehr langes Werkstück, vorzugsweise um ein Endlosprofil.

Die Vorrichtung 10 umfasst zunächst eine Vorbehandlungsstation 18. Diese umfasst ein Gehäuse 20 und einen UV-Strahler 22, der nach unten in Richtung auf den Rollenförderer 14 und das von diesem tranportierte Werkstück 12 strahlt. Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Druckstation 24, welche einen von einem Pneumatikkolben 26 betätigten Drucktampon 28 umfasst. Die weiteren für den Tampondruck notwendigen Einrichtungen der Druckstation 24 sind der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht dargestellt.

Die Vorrichtung umfasst ferner eine Nachbehandlungsstation 30, welche identisch zur Vorbehandlungsstation 18 ausgebildet ist.

Sie umfasst also ein Gehäuse 32 mit einem darin angeordneten UV-Strahler 34, welcher in Richtung auf den Rollenförderer 14 und das von diesem transportierte Werkstück 12 strahlt. Jeweils vor der Vorbehandlungsstation 18, der Druckstation 24 und der Nachbehandlungsstation 30 sind Stellungsgeber 36, 38 und 40 angeordnet, die die augenblickliche Position des Werkstücks 12 auf dem Rollenförderer 14 erfassen. Die Stellungsgeber 36, 38 und 40, die Nachbehandlungsstation 30, die Druckstation 24 und die Vorbehandlungsstation 18 und der Rollenförderer 14 sind mit einem Steuer- und Regelgerät 42 verbunden, welches den Betrieb der Vorrichtung 10 überwacht und steuert.

Die Vorrichtung 10 wird folgendermaßen betrieben:
Vom Rollenförderer 14 wird ein Werkstück 12 in Richtung des Pfeiles 16 transportiert. Die Position des Werkstücks 12 wird zunächst vom Stellungsgeber 36 erfasst. Ein entsprechendes Signal wird an das Steuer- und Regelgerät 42 weitergeleitet, welches den UV-Strahler 22 in der Vorbehandlungsstation 18 ansteuert bzw. einschaltet. Je nach Durchlaufgeschwindigkeit und Anzahl und/oder Länge der zu behandelnden Werkstücke kann der UV-Strahler auch dauernd betrieben werden. Der Rollenförderer 14 bewegt nun das Werkstück 12 unter dem eingeschalteten UV-Strahler 22 hinweg. Die vom UV-Strahler 22 ausgesandte UV-Strahlung gelangt direkt auf die Oberfläche 11 des Werkstücks 12, wodurch diese zur Aufnahme von Farbstoff vorbereitet wird. Dieser Schritt entspricht in Fig. 2 dem Block 44.

Das Werkstück 12 wird nun vom Rollenförderer 14 weiterbewegt, was vom Stellungsgeber 38, welcher zur Druckstation 24 benachbart angeordnet ist, erfasst wird. Hat das Werkstück 12 seine gewünschte Position erreicht, wird der Rollenförderer 14 vom Steuer- und Regelgerät 42 kurz angehalten und der Pneumatikkolben 26 der Druckstation 24 so angesteuert, dass vom Tampon 28 die Druckfarbe in der gewünschten Weise auf die Oberfläche 11 des Werkstücks 12 aufgebracht wird. Der Farbstoff der Druckfarbe ist dabei UV-reaktiv. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Rollenförderers 14 ist dabei sichergestellt, dass der Farbstoff auf jenen Bereich der Oberfläche 11 des Werkstücks 12 gelangt, welcher zuvor mit der UV-Strahlung des UV-Strahlers 22 der Vorbehandlungsstation 18 beaufschlagt worden ist. Das Aufbringen des Farbstoffes in der Druckstation 24 ist durch den Block 46 in Fig. 2 dargestellt.

Das Werkstück 12 wird dann weiterbewegt und seine Position relativ zur Nachbehandlungsstation 30 wird durch den Stellungsgeber 40 erfasst, der ein entsprechendes Signal an das Steuer- und Regelgerät 42 abgibt. Daraufhin wird vom Steuer- und Regelgerät 42 der UV-Strahler 34 der Nachbehandlungsstation 30 eingeschaltet. Auch dieser kann gegebenenfalls kontinuierlich arbeiten. Dadurch, dass das Werkstück 12 unter der Nachbehandlungsstation 30 vom Rollenförderer 14 hindurchbewegt wird, wird die Oberfläche 11 des Werkstücks 12 vom UV-Strahler 34 der Nachbehandlungsstation 30 mit UV-Strahlung beaufschlagt. Hierdurch polymerisieren die Kohlenstoffbindungen des Farbstoffs, welcher in der Druckstation 24 auf die Oberfläche 11 des Werkstücks 12 übertragen worden ist, so dass dieser aushärtet. Dieser Schritt ist in Fig. 2 durch den Block 48 dargestellt.

Durch die Vorbehandlung der Oberfläche 11 des Werkstücks 12 in der Vorbehandlungsstation 18 mit UV-Strahlung aus dem UV- Strahler 22 wird einerseits verhindert, dass der Farbstoff auf der Oberfläche 11 abperlt und hierdurch zu einem unscharfen Druckbild führt. Andererseits wird die Haftung des Farbstoffes auf der Oberfläche 11 des Werkstücks 12 verbessert, was die Lebensdauer des auf die Oberfläche 11 des Werkstücks 12 aufgebrachten Druckes erhöht.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung 10 auch ohne separate Nachbehandlungsstation 30 betrieben werden kann. Stattdessen könnte die Förderrichtung des Rollenförderers 14 nach dem Aufbringen des Farbstoffes auf die Oberfläche 11 des Werkstücks 12 umgekehrt werden, so dass die Oberfläche 11 des Werkstücks 12 mit dem darauf vorhandenen Farbstoff wieder unter der Vorbehandlungsstation 18 hindurchbewegt und hierdurch mit UV-Strahlung beaufschlagt wird.

Ferner kann anstelle einer Druckstation 24 mit einem Drucktampon 28 auch jedes andere Druckverfahren verwendet werden; insbesondere ist die Aufbringung des Farbstoffes durch ein Inkjetverfahren möglich. Es sei schließlich darauf hingewiesen, dass bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung durch den Rollenförderer 14 das Werkstück 12 unmittelbar nach der Vorbehandlung in der Vorbehandlungsstation 18 zur Druckstation 24 gefördert wird. Die Zeit zwischen Vorbehandlung und Aufbringen des Farbstoffes ist somit minimal, was für das Arbeitsergebnis nochmals günstig ist.

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen eines Farbstoffs auf eine Oberfläche (11) eines Werkstücks (12), bei dem mindestens die Oberfläche (11) des Werkstücks (12), auf die der Farbstoff aufgebracht werden soll, zunächst vorbehandelt (44) und dann der Farbstoff aufgebracht wird (46), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung die Bestrahlung der besagten Oberfläche (11) des Werkstücks (12) mit elektromagnetischen Wellen im UV-Bereich (44) umfasst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Farbstoffs UV-reaktiv ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff nach dem Aufbringen auf die Oberfläche (11) mit elektromagnetischen Wellen im UV-Bereich bestrahlt (48) wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff durch Tampondruck (28) auf die Oberfläche (11) des Werkstücks (12) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff auf die Oberfläche des Werkstücks aufgesprüht, insbesondere durch ein Inkjetverfahren aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es kontinuierlich arbeitet und das Werkstück (12) vorzugsweise ein Endlosprofil umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung (44) der Oberfläche (11) des Werkstücks (12) zeitlich im Wesentlichen unmmittelbar vor dem Aufbringen (46) des Farbstoffs erfolgt.

8. Vorrichtung (10) zum Aufbringen eines Farbstoffs auf eine Oberfläche (11) eines Werkstücks (12), mit einer Einrichtung (18) zur Vorbehandlung der Oberfläche (11) des Werkstücks (12), auf die der Farbstoff aufgebracht werden soll, und mit einer Einrichtung (24) zum Aufbringen des Farbstoffs auf die Oberfläche (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (18) zur Vorbehandlung eine Strahlungsquelle (22) umfasst, welche UV-Strahlung erzeugt.