DE102006035986B4

DE102006035986B4 - Vorrichtung zum Trocknen von UV-Druckfarben oder UV-Lacken auf einem Bedruckstoff

Info

Publication number: DE102006035986B4
Application number: DE102006035986.0A
Authority: DE
Inventors: Tilo Steinborn; Volker Taschenberger; Ralf Reichenberger
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: DE102006035986A1

Abstract

Vorrichtung zum Trocknen von UV-Druckfarben oder UV-Lacken auf einem Bedruckstoff (8), bestehend aus einem Gehäuse (2), in dem eine Strahlungsquelle (1) mit langgestrecktem röhrenförmigen Glaskörper und ein oder mehrere Reflektoren (3) angeordnet sind, die Flächen zur Absorption und/oder zur Reflektion der Strahlung aufweisen, wobei die Oberfläche der Strahlungsquelle (1) zum Teil direkt mit einer Beschichtung (6, 7) versehen ist, die wellenlängenselektiv ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Bedruckstoff (8) weisende Oberfläche der Strahlungsquelle (1) direkt mit einer Beschichtung (6) versehen ist, die im wesentlichen IR-Strahlung reflektiert und UV-Strahlung transmittiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von UV-Druckfarben oder UV-Lacken auf einem Bedruckstoff unmittelbar nach dem Drucken in einer Druckmaschine.
Der Einsatz von UV-Trocknung ist in allen jenen Bereichen der Druckindustrie von Bedeutung, wo schnelle Trocknungen eine sofortige Weiterverarbeitung ermöglichen sollen. UV-trocknende Druckfarben und Lacke basieren auf Produkten, denen polyfunktionales Epoxy, Polyester oder Plyurethan-Vinyl zugesetzt wurde ebenso wie Farbstoffe, Zusätze und Fotoinitiatoren, die die Polymerisation und Bildung eines festen Films auslösen. Üblicherweise wird zur Trocknung UV-Licht im Wellenbereich von 200–400 nm eingesetzt. Neben der zur Trocknung erforderlichen UV-Strahlung strahlen alle gängigen Strahler – z. B. Metallhalogenidlampen – auch die langwellige, wärmeintensive IR-Strahlung ab. Der große Anteil von an sich unerwünschten langwelliger Wärmestrahlung (IR-Strahlung) bereiten beim Einsatz der UV-Trocknung oft Probleme. Insbesondere bei wärmeempfindlichen Bedruckstoffen, wie beispielsweise Folien, führen überhöhte Temperaturen zu einer bleibenden Beschädigung.
In DE 44 09 426 A1 wird vorgeschlagen, die Wärmebelastung des Objekts durch einen Wärmefilter zu senken, der im Strahlengang zwischen Strahler und Substrat angeordnet ist. Nachteilig daran ist, dass der Wärmefilter (z. B. Quarzglas) nur eine Reduktion der IR-Strahlung um ca. 35% bewirkt und daneben auch zu einem Verlust an UV-Strahlung führt. Auch die Wärmeabfuhr ist beim IR-Filter problematisch.
Bekannt sind des Weiteren UV-Bestrahlungsvorrichtungen bei denen der Strahler seitlich über dem Substrat angeordnet ist (z. B. DE 35 29 800 A1 , DE 102 43 577 A1 , US 4,048,490 , CMK-Strahler der Fa. Metz, ACM-Advanced Cold Mirror-Strahler der Fa. Hönle). Über einen so genannten Kaltlichtspiegel, der in einem Winkel von 45 Grad über dem Substrat steht, wird die UV-Strahlung auf das Substrat umgelenkt, wobei der wärmereiche Anteil an IR-Strahlung den Spiegel durchdringt. Nachteilig bei dieser Anordnung sind die extrem langen Strahlungswege. Da die vom Kaltlichtspiegel reflektierte Strahlung an der Lampe vorbeigeführt wird, sind keine kürzeren Strahlungswege realisierbar.
Aus US 4,048,490 (auch DE 196 51 977 C2 , DE 103 52 184 A1 und DE 198 10 455 A1 ) ist eine UV-Bestrahlungsvorrichtung bekannt, bei der der direkte Strahlengang auf das Substrat durch eine Barriere ausgeblendet wird. Die Strahlung wird über Reflektion auf die Kaltlichtspiegel des Reflektorsystems, die vorwiegend kurzwelliges Licht reflektieren und für Infrarotstrahlung im Wesentlichen durchlässig sind, umgeleitet. Die so gefilterte UV-Strahlung wird dann von den Kaltlichtspiegeln auf das Bestrahlungsgut geleitet.
Nachteilig ist, dass die Barriere relativ weit von der Strahlungsquelle anzuordnen ist, um unerwünschte Rückstrahlungen von der Barriere in den Reflektor des Lampengehäuses und Mehrfachreflektionen im Reflektionssystem zu vermeiden. Die hieraus resultierenden langen Strahlungswege reduzieren jedoch die Intensität der für die Trocknung besonders wichtigen UV-Strahlung. In DE 196 51 977 C2 wird die Barriere bestückt mit Kaltlichtspiegeln, welche vorwiegend kurzwelliges Licht reflektieren und für IR-Strahlung durchlässig sind. In der Barriere ist ein wärmeabsorbierender Körper angeordnet, der gekühlt werden muss, um die Abgabe der Wärmestrahlung auf das Substrat zu vermeiden.
Nachteilig an allen genannten Lösungen ist, dass zur Trennung der UV- von der IR-Strahlung zusätzliche Bauteile in der UV-Bestrahlungsvorrichtung vorgesehen sind. Daraus resultieren:

• Strahlungsverluste durch Streuung,
• zunehmende Strahlungsverluste durch Verschmutzung der Bauteile während des Betriebes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsvorrichtung zu schaffen, die mit vereinfachtem Aufbau eine wirksame Trennung der UV- von der IR-Strahlung bei hoher Intensität der UV-Strahlung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des 1. Anspruchs gelöst. Die Erfindung beruht auf der grundlegenden Abkehr von den etablierten Konstruktionsprinzipien von UV-Bestrahlungsvorrichtungen. Mit der direkten Beschichtung der UV-Strahlungsquelle werden folgende Vorteile erreicht: Die Strahlenweglängen werden stark reduziert. Dadurch werden auch die Strahlungsverluste durch Streuung verringert und eine hohe UV-Intensität gewährleistet. Die hohe Strahlungsausbeute ermöglicht höhere Durchlaufgeschwindigkeiten in der Druckmaschine.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen haben folgende Bedeutung:
1 UV-Bestrahlungsvorrichtung in schematischer Darstellung mit einer zum Bedruckstoff weisenden Beschichtung, die IR-Strahlung reflektiert und UV-Strahlung transmittiert.
2 UV-Bestrahlungsvorrichtung in schematischer Darstellung mit einer zusätzlichen zum Reflektor weisende Beschichtung, die UV-Strahlung reflektiert und IR-Strahlung transmittiert.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur UV-Trocknung einer Beschichtung auf einem Bedruckstoff 8, der in Förderrichtung unterhalb der Vorrichtung bewegt wird. Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 2 mit einem annähernd halbzylindrischen Innenraum, in dem eine Strahlungsquelle 1 angeordnet ist. Die Strahlungsquelle 1 ist eine Metallhalogenid-Plasmalampe mit langgestrecktem, röhrenförmigem Glaskörper und erstreckt sich in Längsrichtung der Bildebene. Weiterhin sind in dem Gehäuse 2 zwei Reflektoren 3 angeordnet, die Flächen zur Absorption und zur Reflektion der Strahlung aufweisen. Hinter den Reflektoren 3 werden wärmeabsorbierende Körper 4 angebracht. Diese sind mit Kühlkanälen 5 versehen, die mit einem Wasserkühlsystem verbunden sind. Der röhrenförmige Glaskörper der Strahlungsquelle 1 ist auf der zum Bedruckstoff 8 weisenden Oberfläche direkt mit einer Beschichtung 6 versehen, die IR-Strahlung reflektiert und UV-Strahlung transmittiert. Die Beschichtung erfolgt z. B. durch Sputtern. Es werden Schichtsysteme aufgebracht, die aus einer Vielzahl von Einzelschichten bestehen, deren optische Eigenschaften sich exakt vorausberechnen lassen. Diese Eigenschaften ergeben sich aus dem Gehalt an anorganischen Komponenten des jeweiligen Beschichtungssystems, der Schichtdicke und dem nach der thermischen Endverdichtung erreichten Brechwert. Als anorganische Komponenten sind nanoskalige Feststoffteilchen mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 200 nm, bevorzugt 5 bis 50 nm, besonders geeignet. Die nanoskaligen Teilchen bestehen bevorzugt aus SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3. Durch geeignete Auswahl dieser nanoskaligen Teilchen lässt sich die Brechzahl der Schichten in bequemer Weise auf den gewünschten Wert einstellen. Damit sind sowohl Beschichtungen herstellbar, die die IR-Strahlung reflektieren und UV-Strahlung transmittieren als auch Beschichtungen, die UV-Strahlung reflektieren und IR-Strahlung transmittieren.
Die 2 unterscheidet sich von der 1 dadurch, dass der Glaskörper der Strahlungsquelle 1 zusätzlich auf der zu den Reflektoren 3 weisenden Oberfläche eine Beschichtung 7 aufweist, die UV-Strahlung reflektiert und IR-Strahlung transmittiert.
Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:
Die an der zum Bedruckstoff 8 weisenden Oberfläche der Strahlungsquelle 1 aufgebrachte Beschichtung 6 bewirkt eine Trennung von UV- und IR-Strahlung. Der größte Teil der UV-Strahlung wird durchgelassen, die IR-Strahlung im Wesentlichen reflektiert. Die gesamte von der Strahlungsquelle 1 abgestrahlte IR-Strahlung gelangt so auf die Reflektoren 3, die z. B. aus Kaltlichtspiegeln bestehen. Die von den Kaltlichtspiegeln durchgelassene IR-Strahlung treffen auf die wärmeabsorbierenden Körper 4. Die absorbierte Wärme wird durch einen Kühlstrom der Kühlkanäle 5 abgeführt. Wird zusätzlich auf der zum Reflektor 3 weisenden Oberfläche der Strahlungsquelle 1 eine Beschichtung 7 aufgebracht, die UV-Strahlung reflektiert und IR-Strahlung transmittiert, so wird bewirkt, dass auch dieser Teil der UV-Strahlung auf kürzestem Weg auf den Bedruckstoff 8 gelangt. Der weitere Weg über die Reflektoren 3 wird dadurch vermieden. In diesem Fall könnte sogar ganz auf die Reflektoren 3 verzichtet werden. Dadurch wäre eine stark vereinfachte und damit preiswertere Bauweise der Vorrichtung möglich.
Bezugszeichenliste

1: Strahlungsquelle
2: Gehäuse
3: Reflektor
4: Wärmeabsorbierender Körper
5: Kühlkanal
6: Beschichtung, die IR-Strahlung reflektiert und UV-Strahlung transmittiert
7: Beschichtung, die UV-Strahlung reflektiert und IR-Strahlung transmittiert
8: Bedruckstoff

Claims

Vorrichtung zum Trocknen von UV-Druckfarben oder UV-Lacken auf einem Bedruckstoff (8), bestehend aus einem Gehäuse (2), in dem eine Strahlungsquelle (1) mit langgestrecktem röhrenförmigen Glaskörper und ein oder mehrere Reflektoren (3) angeordnet sind, die Flächen zur Absorption und/oder zur Reflektion der Strahlung aufweisen, wobei die Oberfläche der Strahlungsquelle (1) zum Teil direkt mit einer Beschichtung (6, 7) versehen ist, die wellenlängenselektiv ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Bedruckstoff (8) weisende Oberfläche der Strahlungsquelle (1) direkt mit einer Beschichtung (6) versehen ist, die im wesentlichen IR-Strahlung reflektiert und UV-Strahlung transmittiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Bedruckstoff (8) weisende Oberfläche der Strahlungsquelle (1) direkt mit einer Beschichtung (6) versehen ist, die im wesentlichen IR-Strahlung reflektiert und UV-Strahlung transmittiert und dass die zum Reflektor (3) weisende Oberfläche der Strahlungsquelle (1) direkt mit einer Beschichtungen (7) versehen ist, die im wesentlichen UV-Strahlung reflektiert und IR-Strahlung transmittiert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6, 7) aus einem Schichtsystem besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungen (6, 7) aus einer Schichtenfolge aus abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden Schichten aus dielektrischen Materialien, die Schichtdicken im Bereich einer Viertel-Wellenlänge aufweisen und deren optische Wirkung exakt eingestellt werden kann, bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6, 7) durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebracht wird.