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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Substratbehandlung
in einer Druckmaschine, insbesondere Offset-Druckmaschine.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zweckmäßig
wird der mindestens eine Sensor über einen von der Strahlungsquelle
bestrahlten Bereich mit den Einzelbögen mittransportiert.
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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.
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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.
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Die
Strahlung wird vorteilhafterweise ohne Wechselwirkung mit den Einzelbögen
lediglich über einen Gasraum zwischen Strahlungsquelle
und Sensor mittels des Sensors direkt erfasst.
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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.
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Die
Produktqualität lässt sich dadurch verbessern,
dass die Strahlungsquelle nach Maßgabe eines Sensorsignals
angesteuert, insbesondere auf eine konstante Strahlungsleistung
an der Messstelle geregelt wird.
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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.
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Die
Bestrahlung lässt sich auch dafür ausnutzen, dass
der Sensor über eine die Strahlung empfangende Photovoltaikeinheit
mit Energie versorgt wird.
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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.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Bogenoffsetdruckmaschine mit einer UV-Behandlungsvorrichtung in
teilweise weggeschnittener schematischer Seitenansicht;
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2 einen
mit UV-Sensoren bestückten Gegendruckzylinder der Bogendruckmaschine
in Kombination mit der Behandlungsvorrichtung in schematischer Seitenansicht;
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3 einen
Bogenausleger der Bogendruckmaschine in Kombination mit der Behandlungsvorrichtung
in schematischer Seitenansicht; und
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4 eine
mit UV-Sensoren bestückte Greiferbrücke des Bogenauslegers
gemäß 3 in abgebrochener Draufsicht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Somit
ergibt sich eine örtliche, zeitliche und selektive Auflösung
des Energieeinflusses zur Härtung (UV) und Trocknung (IR)
der Druckfarben/Lacke auf Bögen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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