DE102009003444B4

DE102009003444B4 - Vorrichtung zum digitalen Drucken mit einem Umlaufsystem für Tinte

Info

Publication number: DE102009003444B4
Application number: DE200910003444
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Theodor Hymmen KG
Current assignee: Hymmen GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2015-04-16
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: DE102009003444A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum digitalen Drucken, insbesondere von flachen Werkstücken, Bogenware oder Bahnware mit mehreren Druckköpfen (3) je Farbe, die jeweils eine Vielzahl von ansteuerbaren Düsen (4) für einen Farbauftrag aufweisen, wobei mindestens zwei Druckköpfe (3) je Farbe an einen gemeinsamen Tank (2) mit Druckfarbe angeschlossen sind, wobei die mindestens zwei Druckköpfe (3) einer Farbe über ein Umlaufsystem (5) für Druckfarbe mit dem Tank verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (21) vorgesehen ist, der über einen Anschluss (22) an die Umgebung angeschlossen ist, so dass in dem Behälter (21) Umgebungsdruck herrscht, und über eine Vakuumpumpe (24) der Tank (2) mit Unterdruck betrieben wird, und die Druckfarbe aus dem Behälter (21) in den Tank (2) über ein geregeltes Vakuum gefördert wird, das Umlaufsystem einen Temperatursensor aufweist, der mit einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung für die Druckfarbe gekoppelt ist, das Umlaufsystem (5) temperaturgeregelt ist und die Druckfarbe auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird und als Druckfarbe wasserbasierte Pigmenttinte eingesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum digitalen Drucken, insbesondere von flachen Werkstücken, Bogenware oder Bahnware, mit mehreren Druckköpfen, die jeweils eine Vielzahl von ansteuerbaren Düsen für einen Farbauftrag aufweisen, wobei die Druckköpfe an einen gemeinsamen Tank mit Druckfarbe angeschlossen sind.
Es gibt Vorrichtungen zum digitalen Drucken von flachen Werkstücken, insbesondere Holzwerkstoffplatten, Papierbahnen, Papierbögen oder Kunststofffolien, bei denen Tintenstrahldruckköpfe unterschiedlicher Farbe eingesetzt werden. Jeder Druckkopf weist eine Vielzahl von Düsen auf, die über eine Kammer mit Druckfarbe gespeist werden. Bei solchen Vorrichtungen ist nachteilig, dass an den einzelnen Düsen durch Verschmutzungen oder Lufteinschlüsse Fehler auftreten können, da im Verschmutzungsfalle ein Düsenfehler auftritt, also ein bestimmter Punkt des Druckbildes nicht oder nicht korrekt gedruckt wird. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn sogenannte Pigmenttinten eingesetzt werden, d. h. Tinten, bei denen der Farbstoff nicht in flüssiger Form vorliegt, sonder in Form von Pigmenten, die meist eine Größe bis zu 10 μm, insbesondere bis zu 5 μm, aufweisen. Bei heutigen Vorrichtungen zum Digitaldruck wird eine Farbauftragseinheit aus einem Druckkopf je Farbe, also vier Druckköpfe bei vier Farben (z. B. CMYK – Cyan, Magenta, Yellow und Schwarz), mehrfach über das zu bedruckende Medium bewegt. Dabei können einzelne auftretende Düsenfehler durch ein mehrfaches, in Vorschubrichtung leicht verschobenes Bedrucken zum größten Teil kompensiert werden.
Um größere Druckgeschwindigkeiten zu erzielen, müssen je Farbe eine Mehrzahl an Druckköpfen parallel betrieben werden. Dadurch steigt die Druckgeschwindigkeit, aber auch die Fehleranfälligkeit für die oben beschriebenen Düsenfehler, insbesondere, wenn zur Kapazitätssteigerung auf ein mehrfaches Bedrucken der selben Fläche verzichtet werden soll.
Die US 2008/0239013 A1 offenbart eine Druckvorrichtung, bei der ein Untertank mit der Umgebung verbunden ist. Ein Ventil zu der Umgebung kann geschlossen werden, so dass über eine Pumpe der Druck in dem Untertank erhöht wird, um die Tinte zu einem Druckkopf zu fördern.
Die EP 1386 743 A1 offenbart einen Drucker mit einem Tank, aus dem Tinte zu. einem Druckkopf und von dort zu einem Sammelbehälter gefördert wird.
In der US 2008/0284809 A1 wird ein Drucker offenbart, der ein Umlaufsystem für die Tinte eingesetzt wird. An dem Umlaufsystem können auch Mittel zum Regeln der Temperatur vorgesehen sein.
Die US 5,532,720 offenbart ein System zur Wiedergewinnung von Tinte, bei dem über eine Vakuumpumpe Tinte von einer Auffangschale angesaugt wird.
Die EP 1 361 066 A1 offenbart einen Drucker mit einer Entgasungseinrichtung.
In der US 5,798,781 wird ein Umlaufsystem für einen Drucker gezeigt, der pigmentierte Tinte einsetzt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum digitalen Drucken zu schaffen, die eine hohe Druckqualität ermöglicht und insbesondere auch für wasserbasierte Pigmenttinten einsetzbar ist, und gleichzeitig die Kapazität in m²/h um ein Mehrfaches erhöht.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß sind die Druckköpfe einer Farbe über ein Umlaufsystem für Druckfarbe mit dem Tank verbunden, so dass die Druckfarbe nicht mehr über einzelne Kammern der Düse zugeführt wird, sondern über Kanäle umlaufend die Druckfarbe durch jeden Druckkopf bewegt wird. Dadurch wird vermieden, dass einzelne Düsen durch Verunreinigungen oder zu große Pigmente verstopfen und Düsenfehler auftreten können. Insbesondere wird gewährleistet, dass durch das Umlaufsystem etwaige Verunreinigungen wieder von den Düsen weg gefördert werden.
Vorzugsweise weist das Umlaufsystem eine Pumpe zum Fördern der Druckfarbe auf. Die Umlaufgeschwindigkeit kann dann abhängig von der gewählten Druckfarbe in Hinblick auf Viskosität, Temperatur und sonstigen Eigenschaften gewählt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Druckfarbe ohne Pumpe im Farbkreislauf, sondern nur durch Anlegen eines elektronisch geregelten Vakuums (Unterdrucks) gefördert.
Die Anmelderin hat ermittelt, dass in dieser Ausführungsform bei einem vertikalen Abstand des oberen Farbniveaus im Tank zur Düsenöffnung (Austrittsöffnung der Farbe beim Druckvorgang) von 300–500 mm ein Unterdruck von ca. 80–100 mbar im Tanksystem eingestellt werden sollte.
Um einen kontinuierlichen Betrieb des Umlaufsystems mit gleichbleibender Qualität zu gewährleisten, weist das Umlaufsystem einen Temperatursensor auf, der mit einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung für die Druckfarbe gekoppelt ist. Dadurch kann das Umlaufsystem temperaturgeregelt betrieben werden, wobei die Genauigkeit der Temperaturregelung vorzugsweise kleiner 5°C ist, insbesondere kleiner 2°C. Dadurch kann der Auftrag der Druckfarbe besonders präzise erfolgen. Insbesondere werden Fehler bei der Tröpfchenbildung (Größe, Austrittsgeschwindigkeit) vermieden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Umlaufsystem mindestens ein Filter zur Reinigung der Druckfarbe vorgesehen. Dadurch können Verunreinigungen und/oder zu große Pigmente herausgefiltert werden. Ferner ist vorzugsweise in dem Umlaufsystem ein Beruhigungsabschnitt mit langsamer Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen, an dem Gaseinschlüsse aus der Druckfarbe entfernbar sind. Der Beruhigungsabschnitt kann dabei durch eine Vergrößerung des Strömungsquerschnittes, beispielsweise um mehr als das Drei- bis Fünffache, erreicht werden, wobei zudem auch Überlaufwehre und andere Einrichtungen zur Eliminierung der Gaseinschlüsse vorgesehen sein können.
Vorzugsweise sind mehrere Druckköpfe, besonders bevorzugt mehr als vier Druckköpfe, je Farbe bei mindestens vier Farben vorgesehen, die jeweils an ein Umlaufsystem für Druckfarbe angeschlossen sind.
Um zu vermeiden, dass Luft mit der Druckfarbe zu den Düsen gelangt, ist vorzugsweise eine Vakuumleitung an den Tank angeschlossen. Dabei kann über die Vakuumleitung auch ein vorbestimmter Druck in dem Tank bzw. Umlaufsystem gehalten werden, so dass der Farbauftrag besonders gleichmäßig erfolgen kann. Über eine Druckregelung kann der Druck in dem Umlaufsystem auf einem vorbestimmten Druck mit einer Genauigkeit von 20 mbar, vorzugsweise mit einer Genauigkeit von mehr als 10 mbar, gehalten werden.
Ferner wird vorzugsweise für den Betrieb der Vorrichtung als Druckfarbe wasserbasierte Pigmenttinte eingesetzt, die eine besonders hohe Lichtechtheit (UV-Stabilität, kein „Ausbleichen”) aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum digitalen Drucken.;
2 eine Ansicht eines Druckmoduls mit Druckköpfen für die Vorrichtung der 1;
3A, 3B zwei Ansichten der Druckvorrichtung der 1; und
4 eine schematische Ansicht einer modifizierten Vorrichtung zum digitalen Drucken.
Eine Vorrichtung 1 zum digitalen Drucken von flachen Werkstücken, Bogenware oder Bahnware insbesondere Holzwerkstoffplatten, Papierbahnen, Papierbögen, Textilien oder Kunststofffolie, umfasst einen Tank 2 mit Druckfarbe, an den mehrere Druckköpfe 3 angeschlossen sind, die lediglich schematisch dargestellt sind. Jeder Druckkopf 3 umfasst eine Vielzahl von Düsen 4 für den Farbauftrag, die digital angesteuert werden können, damit auf dem Werkstück ein Druckbild hoher Qualität, beispielsweise mit einer Auflösung von mehr als 360×360 dpi, erzeugt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Düsen als Piezoelemente ausgeführt. Jede Düse 4 wird dabei über ein Umlaufsystem 5 mit Druckfarbe gespeist, die umlaufend in Kanälen bewegt wird. Hierfür ist eine Pumpe 11 vorgesehen, die die Druckfarbe aus dem Tank 2 durch eine Leitung 6 zu dem Druckkopf 3 Für die Zirkulation der Druckfarbe an jedem Druckkopf 3 sind entsprechende Leitungen und Kanäle ausgebildet.
In dem Umlaufsystem 5 sind ferner Filter 8 zum Filtern von Verunreinigungen oder großen Pigmenten angeordnet, damit diese die Düsen 4 nicht verstopfen. Ferner ist in dem Umlaufsystem ein Beruhigungsabschnitt 9 ausgebildet, der einen größeren Strömungsquerschnitt aufweist, vorzugsweise um mehr als drei bis fünf mal größer als in anderen Bereichen und an dem einzelne Wehre ausgebildet sind, damit die Druckfarbe in diesem Bereich entgast werden kann.
An dem Umlaufsystem 5 ist ferner ein Temperatursensor 7 vorgesehen, mittels dem eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung für die Druckfarbe geregelt werden kann. Dadurch kann die Druckfarbe im Umlaufsystem auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden, so dass nur Abweichungen von beispielsweise weniger als 2°C auftreten. Ferner wird über eine Vakuumleitung 10 der Druck in dem Umlaufsystem und dem Tank 2 geregelt, so dass auch ein konstanter Druck vorhanden ist. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Auftrag von Druckfarbe mit hoher Qualität.
Als Druckfarbe wird vorzugsweise wasserbasierte Pigmenttinte eingesetzt, die insbesondere auch einen UV-stabilen Druck ermöglicht, d. h. die bedruckten Medien bleichen im Tageslicht nicht aus.
In 2 ist eine Ansicht eines Druckmoduls mit Druckköpfen 3 für die Vorrichtung der 1 gezeigt. Jeder Druckkopf 3 umfasst eine Vielzahl kleiner Düsen 4 zum Auftragen von Druckfarbe. Dabei sind mehrere Druckköpfe 3 jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse 13 zusammengefasst. Insgesamt sind jeweils vier Druckköpfe 3 in einem Gehäuse 13, und drei Gehäuse 13 zu einem Druckmodul zusammengefasst, so dass je Druckmodul zwölf Druckköpfe 3 vorgesehen sind. Für vier verschiedene Farben sind vier verschiedene Druckmodule benachbart angeordnet.
Wie in den 3A und 3B zu sehen ist, sind die Druckmodule mit den Gehäusen 13 und den Druckköpfen 3 an einer gemeinsamen Platte 14 montiert. An dem letzen in Reihe geschalteten Druckkopf 3 ist ein Schlauch 15 angeschlossen, damit die jeweilige Druckfarbe in dem Umlaufsystem gefördert werden kann. An der Platte 14 sind Pfosten 16 festgelegt, an denen dann die weiteren in 1 gezeigten Elemente des Umlaufsystem montiert sind, insbesondere der Tank 2, die Pumpe, ein oder mehrere Filter, eine Beruhigungszone etc.
In 4 ist eine modifizierte Vorrichtung zum digitalen Drucken gezeigt, die je Farbe einen Tank 2 mit Druckfarbe umfasst, an den über ein Umlaufsystem 5 mehrere Druckköpfe 3 mit Düsen 4 angeschlossen sind. Durch das Umlaufsystem 5 werden die Düsen 4 mit einer Druckfarbe gespeist, die umlaufend in Kanälen bewegt wird. Hierfür ist eine Pumpe 11 vorgesehen, die die Druckfarbe aus dem Tank 2 durch eine Leitung zu dem Druckkopf 3 fördert. Für die Zirkulation der Druckfarbe an jedem Druckkopf 3 sind entsprechende Leitungen und Kanäle ausgebildet.
In dem Umlaufsystem 5 ist eine Heizung 20 zur Temperierung der Druckfarbe vorgesehen. Ferner sind Filter zum Filtern von Verunreinigungen oder großen Pigmenten angeordnet, damit die Düsen 4 nicht verstopfen. An einem Behälter 21 ist ein Beruhigungsabschnitt 9 ausgebildet, an dem einzelne Wehre ausgebildet sind, damit die Druckfarbe in diesem Bereich entgast werden kann. Der Behälter 21 ist dabei über einen Anschluss 22 an die Umgebung angeschlossen, so dass im Behälter 21 Umgebungsdruck herrscht. Der Behälter 21 ist über eine Leitung 23 mit dem Tank 2 verbunden. Der Tank 2 wird mit Unterdruck betrieben, der über eine Vakuumpumpe 24 erzeugt wird, die an den Tank 2 angeschlossen ist. Dadurch kann die Druckfarbe aus dem Behälter 21 in den Tank 2 gefördert werde, wobei zur Steuerung des Volumenstromes entsprechende Ventile vorgesehen sein können.

Claims

Vorrichtung (1) zum digitalen Drucken, insbesondere von flachen Werkstücken, Bogenware oder Bahnware mit mehreren Druckköpfen (3) je Farbe, die jeweils eine Vielzahl von ansteuerbaren Düsen (4) für einen Farbauftrag aufweisen, wobei mindestens zwei Druckköpfe (3) je Farbe an einen gemeinsamen Tank (2) mit Druckfarbe angeschlossen sind, wobei die mindestens zwei Druckköpfe (3) einer Farbe über ein Umlaufsystem (5) für Druckfarbe mit dem Tank verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (21) vorgesehen ist, der über einen Anschluss (22) an die Umgebung angeschlossen ist, so dass in dem Behälter (21) Umgebungsdruck herrscht, und über eine Vakuumpumpe (24) der Tank (2) mit Unterdruck betrieben wird, und die Druckfarbe aus dem Behälter (21) in den Tank (2) über ein geregeltes Vakuum gefördert wird, das Umlaufsystem einen Temperatursensor aufweist, der mit einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung für die Druckfarbe gekoppelt ist, das Umlaufsystem (5) temperaturgeregelt ist und die Druckfarbe auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird und als Druckfarbe wasserbasierte Pigmenttinte eingesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckköpfe Tintenstrahldruckköpfe mit Piezotechnologie vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufsystem (5) eine Pumpe (11) zum Fördern der Druckfarbe aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Umlaufsystem (5) mindestens ein Filter (8) zur Reinigung der Druckfarbe vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Umlaufsystem (5) Beruhigungsabschnitte mit langsamer Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen sind, an denen Gaseinschlüsse aus der Druckfarbe entfernbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Druckköpfe (3) unterschiedlicher Farbe vorgesehen sind, die jeweils an ein Umlaufsystem (5) für Druckfarbe angeschlossen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Tanks (2) mit Druckfarbe eine Vakuumleitung angeschlossen ist.