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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung
der Leistung von UV-Strahlern bei der Steuerung einer Druckmaschine,
insbesondere bei dem Einsatz strahlungshärtender Druckfarben.
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Der
Druck mit strahlungshärtenden Offsetdruckfarben hat in
der heutigen Druckindustrie eine weite Verbreitung gefunden und
ist weitläufig bekannt. Vorteile des Drucks mit den strahlungshärtenden
Druckfarben liegen in der schnellen, spontanen Vernetzung nach der
Bestrahlung mit einer UV-Strahlungsquelle, der Lösungsmittelfreiheit
der Druckfarben und der guten Bedruckbarkeit von nicht saugenden
Substraten.
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Konventionelle
Druckfarben sind entweder ölbasierend oder lösemittelhaltig
aufgebaut. Ölbasierende Druckfarben trocknen einerseits
durch die Oxidation der Bindemittel auf Ölbasis und gleichzeitiges so
genanntes Wegschlagen, d. h. durch Eindringen von Farbkomponenten
in den saugfähigen Untergrund des Bedruckstoffes. Andererseits
erfolgt die Trocknung auch durch Verdampfen der in der Druckfarbe
befindlichen leichtflüchtigen Öle (Heat-Set-Verfahren).
Strahlenhärtende Druckfarben und Lacke härten
dagegen durch einen fotochemischen Prozess, der auch als Vernetzung
bezeichnet wird. Der flüssige oder unvernetzte Druckfarbenfilm
wird durch die Polymerisation unter Einwirkung von UV-Licht in einen
festen Zustand übergeführt.
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Es
sind aber Fehlerfälle bekannt geworden, bei denen unvernetzte
Druckfarbenbestandteile durch Abklatsch im Auslegerstapel einer
Bogendruckmaschine oder durch Abklatsch in einer Rolle nach dem
Druck auf die Rückseite des darüber befindlichen
Substrats übertragen wurden. Auch können Druckfarbenbestandteile durch
den Bedruckstoff hindurch migrieren. Eine Migration von Druckfarbenbestandteilen
oder ein Abklatsch von Druckfarben kann bei Verpackung zu einer
sensorischen Beeinflussung des Füllgutes führen.
Bei dem Überschreiten von spezifischen Migrationlimits
kann im Falle einer Verpackung für Lebensmittel eine gesundheitliche
Beeinträchtigung des Konsumenten nicht ausgeschlossen werden.
Bei Überschreiten der spezifischen Migrationlimits müssen
Verpackungen auf jeden Fall aus dem Verkehr gezogen werden, was
neben dem finanziellen Folgen meist auch ein Verlust der Reputation
des Markenherstellers im Markt zur Folge hat. Die Wahrung der gesundheitlichen
Unbedenklichkeit ist vorrangig. Laut §30 LMBG ist es verboten
Bedarfsgegenstände so herzustellen, dass sie bei bestimmungsgemäßen
Gebrauch geeignet sind, die Gesundheit durch ihre stoffliche Zusammensetzung,
insbesondere durch toxikologisch wirksame Stoffe oder Verunreinigungen
zu schädigen. Zudem gilt nach deutschem und europäischem
Recht und ebenso in den USA das „No-Migration-Prinzip”,
d. h. ein Übergang von Stoffen auf das verpackte Lebensmittel
ist zu vermeiden. Deswegen ist es besonders wichtig auf jeden Fall
die Vernetzung der strahlungshärtenden Druckfarbe auf dem
Bedruckstoff sicher zu stellen.
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Eine
andere Problematik ergibt sich aus der Bedienung der Druckmaschine.
Sind strahlungshärtende Druckfarben- oder Lackschichten
auf dem Bedruckstoff nicht ausreichend durchgehärtet und
der Maschinenbediener zieht, zum Beispiel zur Kontrolle der Druckqualität,
Probeexemplare, so können migrationsfähige Bestandteile
der strahlungshärtenden Druckfarben über die Haut
aufgenommen werden. Neben den gesundheitlichen Gefährdungen
können auch Reizungen und allergische Reaktionen der Haut
entstehen.
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Eine
weitere Problematik im Druckereibetrieb entsteht dadurch, dass Druckbögen
mit unvernetzten Druckfarben- oder Lackbestandteilen in der Regel
als Sonderabfall behandeln werden. Dies erfordert einen logistischen
Mehraufwand und erzeugt in der Regel Mehrkosten für die
Entsorgung.
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Druckmaschinen
weisen schon heute Vorrichtungen und Verfahren auf, der die Menge
der Makulaturen vermeiden. So sind schon heute die UV-Trockner an
den Maschinen bekannter Hersteller mit der Druckmaschinensteuerung
verbunden. Erst wenn der von dem Bediener angewählte UV-Trockner
seine Betriebsbereitschaft an die Druckmaschinensteuerung rückmeldet,
kann mit dem Druck begonnen werden. Durch diese Maßnahme
wird vermieden, dass Druckbögen mit unvernetzten Druckfarben
oder Lacken erzeugt werden. Sollte aus irgendwelchen Gründen
ein Strahler ausfallen, so wird auch der Anleger der Maschine, und
damit die Bogenzufuhr, gesperrt und der Druck unterbrochen.
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Diese
Lösungen betrachten aber nur den Fall, das der Strahler
einen Totalausfall hat. Strahlerleistungen und Intensität
müssen jedoch für jeden Druckjob individuell angepasst
und eingestellt werden, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Die
nahe liegende Lösung immer mit maximaler Strahlerleistung
zu produzieren um eine sichere Vernetzung des Druckfarben- oder
Lackfilms sicher zu stellen, verbietet sich meistens, da neben der
Nutzstrahlung auch Wärmestrahlung auf das Drucksubstrat übertragen wird.
Dies kann gerade bei wärmesensitiven Bedruckstoffen, zum
Beispiel dünnen Folien, zu einer Veränderung von
Bedruckstoffdimensionen und Verwerfungen führen, die als
Folge meistens auch Passerprobleme des Drucks haben. Die Qualität
des UV-Drucks ist von der Betriebszeit der Strahler, der Verschmutzung
der Reflektoren und von der Veränderung der spektralen
Charakteristik der Strahlungsverteilung abhängig. Auch
muss die Strahlungsleistung an den verwendeten Bedruckstoff, die
verwendeten Druckfarben- und Lacke und der Druckgeschwindigkeit
angepasst werden. Die Performance der Filmhärtung wird
von Druckfarben unter anderem auch wesentlich von der Pigmentierung
mitbestimmt. Eine dunkle Druckfarbe, wie Zum Beispiel Schwarz, benötigt
eine höhere Energiebestrahlung als eine helle Druckfarbe,
da das dunkle Pigment einen hohen Anteil der eingestrahlten UV-Strahlung
absorbiert und dieser Teil der Strahlung folglich nicht mehr für
den Härtungsprozess zur Verfügung steht.
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Die
Leistungsdaten eines UV-Strahler, die in der Regel in Watt/cm angegeben
werden, geben keine Aussage über die tatsächlich
wirksame UV-Leistung und die spektralen Eigenschaften des Strahlers. Der
Drucker sollte mit einem modernen UV-Kontrollsystem in der Lage
sein den Prozess direkt nach der Härtungsperformance einzurichten.
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Es
wurde verschiedentlich vorgeschlagen, die abgegebene Strahlungsleistung
und Strahlungsverteilung der UV-Strahler inline zu überwachen. Systeme
für die Inline-Prozeßkontrolle bieten zum Beispiel
die möglich zum Beispiel zu Beginn der Produktion die für
das optimale Härtungsergebnis erforderliche Lampenleistung
einzulesen. Mit modernen Überwachungssystemen kann die Überwachung
von Intensität und Leistung unter Nutzung eines Spektrometers
zu überwachen. Verschiebungen im Spektrum oder Lampenleistung
können dann durch einen geschlossenen Regelkreis jederzeit
wieder hergestellt werden.
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Ein
derartiges Regelverfahren wird in der
US 4,032,817 beschrieben.
Als Möglichkeiten der Anpassung an die aktuellen Betriebsbedingungen
der Verarbeitungsanlage ist die Anpassung der Lampenleistung, aber
auch die Anpassung der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Produktionsanlage
erwähnt.
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Der
Nachteil solcher Qualitätsmesssysteme liegt darin, dass
von der Lampenleistung indirekt auf das Härtungsergebnis
geschlossen wird. So könnten eventuell auch Veränderungen
der Produktionsbedingungen; zum Beispiel temporäre Schwankungen der
applizierten Schichtdicke und der Produktionsgeschwindigkeit das
Härtungsergebnis beeinflussen, ohne das die Lampenleistung
sich in ihrer spektralen Charakteristik oder in ihrer Leistung sich ändert.
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Aktuell
wird aber von vielen Einkäufern von Drucksachen gefordert,
eine Statistik oder gar eine 100% Qualitätsaussage über
auftragsgemäß gedruckte Produkte zu bekommen.
Der Hintergrund eines solchen Wunsches ist durchaus verständlich,
da der Hersteller der Produkte am stärksten unter dem Imageverlust,
und damit unzweifelhaften verbunden Verlust an Umsatz, betroffen
ist. Ein indirekter Nach weis über die spektrale Messung
der Lampenleistung ist jedoch nur ein Indiz für die Durchpolymerisierung der
Druckfarben- oder Lackschichten, bietet aber keine Gewähr
dafür.
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Viel
besser wäre es auf dem Druckprodukt inline oder offline
die Härtung der Druckfarben- oder Lackschichten zu bestimmen.
Die dynamische Härtung von Lackschichten und pigmentierten
Druckfarbenschichten kann zum Beispiel durch die Verfahren der Real
Time FTIR (Fourier Transform infrared) bestimmt werden. Anwendungsbeispiele
hierfür finden sich u. a. in der Abhandlung Bo
Jang, „Studies of Pigmented UV Curable Systems by real
time FTIR", Sartomer Company, Exton, PA (www.sartomer.com/wpapers/5035.pdf).
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Hierzu
ist ebenso eine geeignete Infrarot-Messtechnik bekannt. In einer
ersten Anwendung wird die Probe von einer Pulsquelle mit Infrarotspektren
in bestimmter, variabler Pulslänge und Pulsrate bestrahlt,
und die remittierte Strahlung mit einem Sensor erfasst und über
die Auswertung von Integrationszeit und Auslesezeit ausgewertet.
Damit ist eine hoch-dynamische Messung der Photonen Pulse möglich.
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Weiterhin
ist aus der
DE
10 2006 015 277 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Druckmaschine bekannt.
In der Druckmaschine, die insbesondere zum Drucken von UV-reaktiven
Druckfarben genutzt wird, werden Maßnahmen zur Steuerung
von Maschinenleistung, von Strahlerleistung und gegebenenfalls einer
Markierungseinrichtung einer Druckmaschine zur Verarbeitung von
durch Strahlung härtenden Druckfarben und Lacken eingesetzt.
Der Polymerisationsgrad der Druckfarben und/oder Lacke wird dabei
inline, d. h. während des Druckprozesses, oder offline,
d. h. außerhalb der Druckmaschine nach dem Druckprozess,
bestimmt. Aus der jeweils erfolgten Messung werden Kenngrößen
für die Steuerung der Strahlenleistung, der Maschinenleistung und/oder
für die Ansteuerung von Markierungseinrichtungen abgeleitet.
Damit lassen sich zuverlässige Werte für die Trocknung von
mittels Strahlung härtender Schichten mit erhöhtem
Aufwand gewinnen. Auch ist eine Auswertung in der Regel nur punktuell möglich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine Verfahren an einer Druckmaschine
zuschaffen, mittels derer eine gute Auswertbarkeit der Trocknungswirkung
sowohl örtlich am Druckbogen als auch in Bezug auf die
Strahlerleistung erzielbar ist.
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Die
Lösung der Aufgabe gestaltet sich nach den Merkmalen des
Anspruchs 1.
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Die
Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Druckmaschine,
vorzugsweise einer Offsetdruckmaschine, wobei der Polymerisationsgrad
der gedruckten Farb- oder Lackschichten direkt auf dem Bedruckstoff
durch einen Farbumschlag erfasst wird. Anhand dieser Werte des Farbumschlages
kann dann eine Beeinflussung von Steuerungen und Regelungen der
Druckmaschine und der mit der Druckmaschine verbundenen Aggregate
erfolgen. Damit wird eine hohe Qualität und Sicherung der
Produktion mit strahlungshärtenden Druckfarben erreicht.
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Die
Messung am Bedruckstoff mit den aufgedruckten Druckfarben- oder
Lackschichten kann „Inline” in der Druckmaschine
erfolgen, wobei geeignete Sensoren über dem Druckzylinder
oder im Bereich der Auslage einer Bogendruckmaschine oder an beliebiger
Stelle über der Bahn einer Rollendruckmaschine angeordnet
sind. Die Sensoren können über die gesamte Breite
des Bedruckstoffs messen oder nur auf einige kritische Drucksujetbestandteile
ausgerichtet sein. Oftmals wird es ausreichen, Messungen nur an
kritischen Drucksujetbestandteilen, bestehend zum Beispiel aus hohen
Schichtdicken oder dunklen Druckfarbenschichten, durchzuführen,
da bei einer ausreichenden Durchhärtung solcher kritischer
Bereiche des Drucksujets mit Sicherheit davon auszugehen ist, dass
auch die einfacheren Bereiche eine ausreichende Polymerisation aufweisen.
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Die
Inline-Messanlage kann über einen oder mehrere Druckzylinder
einer Druckmaschine installiert sein. Sinnvoll erscheint es mindestens
eine Messvorrichtung über dem Druckzylinder eines Druckwerkes,
vorzugsweise nach dem letzten Druckwerk, und eine Messanlage nach
dem Lackwerk zu installieren. Lacke werden oft flächig
aufgetragen und eine Messung der Druckfarbenschichten wäre dann
nicht mehr einfach möglich, wenn nur eine Messanlage nach
dem Lackwerk installiert wäre.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Messung „Offline”,
wobei die Messprobe, zum Beispiel ein Druckbogen oder Teile eines Druckbogens,
zum Beispiel in ein Analysegerät eingelegt oder in einfachster
Weise direkt in Augenschein genommen wird. Diese Lösung
ist jedoch gegenüber der „Inline” Messung
nachteilig, da es immer noch einer Aktivität eines Maschinenbedieners
bedarf. Es unterliegt folglich dem Maschinenbediener, wie engmaschig
die Kontrolle des Polymerisationsprozesses ist. Eine 100% Kontrolle,
wie bei der Inline-Messung ist nicht möglich.
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Erfindungsgemäß sind
aber beide Messverfahren, „Inline” oder „Offline”,
die in Kombination oder alternativ angewandt werden können,
direkt mit der Maschinensteuerung und/oder der Ansteuerung für die
UV-Strahler oder UV-Laser verbunden.
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Im
Falle einer nicht ausreichenden Durchhärtung der Druckfarben-
oder Lackschichten kann dann unverzüglich die Lampenleistung
in einem geschlossenen Regelkreis angepasst werden, indem zum Beispiel
die Energiezufuhr zum UV-Strahler gesteigert und/oder andere UV-Strahler
zugeschaltet werden.
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Es
besteht aber nicht immer die Möglichkeit die Bestrahlungsstärke
zu steigern, zum Beispiel, weil keine Leitungsreserven mehr vorhanden
sind, oder weil das Substrat keinen zusätzlichen Wärmeintrag,
der mit einer Leistungssteigerung, zu mindestens bei Einsatz konventioneller
HG-Mitteldruckstrahler, verbunden ist nicht mehr verträgt.
In diesem Fall wird die Fortdruckleistung der Druckmaschine soweit
reduziert bis die Polymerisationskenn- oder messwerte die durch
die Messeinrich tungen gewonnen werden, wieder eine ausreichende
Polymerisation widerspiegeln. In einer besonderen Ausführung wird
die maximale Drehzahl der Druckmaschine auf die Druckgeschwindigkeit
begrenzt, die gerade noch eine ausreichende Polymerisation der Druckfarben- und
Lackschichten gewährleistet. So kann vermeiden werden,
dass der Maschinenbediener willentlich oder unwillentlich nicht
ausreichend durchgängig polymerisierte Druckbögen
produziert.
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In
einer einfachen Ausführung der Erfindung werden dem Maschinenbediener
eine oder mehrere Maßzahlen, oder ein oder mehrere Kennwerte
auf dem Druckmaschinenleitstand angezeigt, der den Grad der Polymerisation
anzeigt.
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Im
einfachsten Fall könnte dies eine „Ampel” mit
drei Anzeigefeldern sein:
- ROT: – unzureichende
Polymerisation,
- GELB: – kritischer Polymerisationsgrand, an der Grenze
und
- GRÜN: – vollständige Polymerisation).
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Der
Maschinenbediener muss in diesem Fall selbsttätig reagieren
und entweder die Maschinenleistung reduzieren oder die Bestrahlungsenergie
auf dem Druckbogen erhöhen.
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In
einer weiteren Ausprägung der Erfindung werden alle Druckbögen,
die von der Messeinrichtung als nicht ausreichend ausgehärtet
erscheinen, durch eine oder mehrere Markierung am Bogenrand oder
in der Bogenfläche, oder durch eine Nutzenbezogene Markierung
markiert. Bei einer nutzenbezogenen Markierung dient die Markierung
dazu die markierten Nutzen später in der Weiterverarbeitung ausschleusen
zu können. Auch der umgekehrte Fall, die Markierung aller
Gutbogen ist natürlich denkbar. Markierungen können
in bekannter Weise durch Tintenstrahldrucker, durch Laserdrucker,
durch Laser, durch Sprühköpfe oder durch Stifte
mit einer unsichtbaren oder sichtbaren Markierung erfolgen.
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Im
UV-Druckprozess werden zur Härtung von Farb- und Lackschichten
UV-/LED-Strahler eingesetzt. Durch die Einstrahlung von UV-Licht
findet die Aushärtung durch Polymerisation einer aus einem
applizierten UV-Farb- bzw. Lacksystem be stehenden Beschichtung statt.
Der Druckprozess kann z. B. in Offset-, Flexo-, Sieb- oder Digital-Druckwerken
erfolgen. Für die vollständige Aushärtung
der Beschichtung ist der Eintrag einer Mindestenergiemenge notwendig,
damit eine vollständige Polymerisation und damit eine genügend
ausreichende Durchhärtung der Farb- und Lackschicht erzeugt
werden kann.
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UV-Strahler
erfahren über ihren Einsatz hinweg einen Leistungsabfall.
Die Lebensdauer von UV-Strahlern ist z. B. abhängig von
der Häufigkeit der Neustarts, dem Betrieb mit korrekter
Kühlung, der Verschmutzung der Strahler, hierbei sind vor
allem deren Randbereiche betroffen, sowie der maximal für den
Trocknungs- bzw. Härtungsprozess eingesetzten Strahlerleistung.
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Durch
die Reduzierung der Lampenleistung ist es notwendig diese in bestimmten
Zeitintervallen zu kontrollieren, um genügend UV-Leistung
für eine ausreichende Härtung zu garantieren.
Insbesondere Im Bereich von Verpackungen, die in direktem Kontakt
zum Inhalt stehen, ist sonst eine potenzielle Gesundheitsgefährdung
gegeben. Zunehmend müssen die an der Prozesskette beteiligten
nachweisen, dass Qualitätsvorgaben bzgl. Herstellung eingehalten
wurden.
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Bisher
eingesetzte Messsysteme zur Erfassung von UV-Strahlung können
etwa in folgende Gruppen unterteilt werden:
- 1.
Labormessung auf einem Prüfstand; als Messprinzip wird
verwendet: UV-Sensor/Temperaturfühler
- 2. Überwachen der UV-Leistung in Maschine; als Messprinzip
wird verwendet: UV-Sensormesszelle, Quarzrohr und UV-Sensor als
mobil oder fest installierter Messstab bzw. Messzelle.
- 3. Inline Messung in der Druckmaschine auf Bedruckstoffhöhe
als Messprinzip wird verwendet: Fotometrische Durchlichtmessung
von UV-empfindlichen Folienstreifen/Farbumschlag des Messstreifens
in Abhängigkeit der UV-Leistung
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Es
ergeben sich Probleme bzw. Defizite, wenn die unter der Verwendung
der oben aufgeführten Varianten zur Überprüfung
der UV-Strahlerintensität durchgeführt werden.
Diese stellen sich wie folgt dar:
Zu 1. Labormessung (Prüfstand)
- – es ist keine Inlinemessung in der
Maschine möglich
- – nach Durchführung einer System-Kalibrierung sind
vorher erfasste Werte nicht mehr als Vergleichswerte brauchbar
- – Verfahren mit der geringsten Messrate
zu
2. Inline Überwachung der UV-Leistung - – Je
UV-Spektrum ist eine eigene Messzelle notwendig
- – die Dosis der UV-Einstrahlung kann nicht bestimmt
werden
- – Messsysteme, die in der Druckmaschine eingesetzt
sind, können leicht durch Puder oder Papierstaub verschmutzen
- – eine hohe Messgenauigkeit ist ständig durch mögliche
Fehlbedienungen des Personals in Frage gestellt
Zu 3.
Inline Messung in der Druckmaschine auf Bedruckstoffhöhe - – die Teststreifen sind licht- und
temperaturempfindlich
- – es ergeben sich große Messabweichungen
- – Messungenauigkeiten können durch den Bediener
hervorgerufen werden
- – der Messvorgang gestaltet sich durch die Anbringung
von Teststreifen auf den Druckbogen als ziemlich aufwändig
- – es sind nur punktuelle Messung möglich,
nicht jedoch die Messwerterfassung über die gesamte Formatlänge
und Formatbreite
- – es sind keine Messungen für UV-A-Strahlung möglich
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Die
vorliegende Erfindung beruht im Wesentlichen auf der Art des Verfahrens
einer UV-Strahlerleistungskontrolle in der Druckmaschine. Für
zwei Anwendungen kommt ein UV-reaktives Medium, in Form einer modifizierten
Tinte oder eines mo difizierten Drucklackes, zum Einsatz. Dieses
UV-reaktive Medium erfährt bei Einstrahlung von UV-Licht
einen Farbumschlag
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Eine
erste erfindungsgemäße Verfahrensweise dient der
Ausführung einer Online-Kontrolle mit Nachweisfähigkeit
des Trocknungsergebnisses.
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Das
UV-reaktive Prüfmedium wird während des Produktionsprozesses
mitlaufend, innerhalb der Druckmaschine, vor dem Durchlaufen einer
Arbeitsstation mit UV-Bestrahlung aufgetragen. Dieser Vorgang kann
entweder partiell (siehe 5: Prüfbereich außerhalb
des Druckbildbereiches) oder flächig (siehe 1 bis 4:
Prüfbereich über den gesamten Bildbereich erstreckt)
erfolgen. Weiterhin ist der Vorgang kontinuierlich als mitlaufende
Kontrolle durchführbar oder er wird diskontinuierlich zur
Erzeugung eines Belegbogens für das Arbeitsergebnis eingesetzt.
Der Vorgang des Aufbringens des UV-reaktiven Prüfmediums
auf den Bedruckstoff kann hierbei auf direktem oder auf indirektem
Weg erfolgen. Das UV-reaktive Prüfmedium könnte
z. B. mittels einer Anordnung von Inkjet-Druckköpfen in
einer Druckstation auf einen als Prüfbogen ausgewählten
Druckbogen über dessen ganze Druckfläche oder
an ausgewählten Stellen aufgetragen werden.
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Durch
die Einstrahlung von UV-Licht an einer entsprechenden Trocknungsstation
wird ein Farbumschlag des UV-reaktiven Prüfmediums, z.
B. hier in Form einer modifizierten Inkjet-Tinte, in der Beschichtung
auf einem als Prüfbogen beschichteten Druckbogens. Dadurch
erhält man eine mitlaufende Kontrolle zur Sicherstellung
einer konstanten Überprüfung zur Gewährleistung
einer UV-Einstrahlung zur Härtung der Beschichtung mit
ausreichender Leistung zur vollständigen Härtung.
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Alternativ
kann das UV-reaktive Prüfmedium auch in einem Flexo-Druckwerk
der Druckmaschine, also z. B. in einem Lackwerk mit Rasterwalze
flächig aufgetragen werden. Durch Benutzung einer bebilderten
Hochdruckplatte kann das Prüfmedium auch dort gezielt in
bestimmten Bereichen aufgetragen werden.
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Eine
zweite Verfahrensweise dient der Überprüfung der
Lampenleistung der für die Trocknung verwendeten UV-Strahler.
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Die
Lampenleistung einer UV-Trocknungsanlage reduziert sich über
die Einsatzdauer und Einsatzweise. Um eine genügende Strahlungsleistung der
UV-Strahler zur ausreichenden Härtung gewährleisten
zu können, muss die abgelieferte Strahlungsleistung in
bestimmten Zeitintervallen kontrolliert werden. Das UV-reaktive
Prüfmedium kann in Form eines modifizierten Lackes als
separates Testmedium oder Beimischung zu einem bestehend Lack über
ein konventionelles Lackwerk auf Prüfbogen aufgetragen
werden. Die Applikation kann vollflächig über
das gesamte Bogenformat erfolgen. Die Prüfbogen werden
mit einer entsprechend aufgetragenen Lackbeschichtung in einem Bogenausleger
der Druckmaschine, wie unter normalen Produktionsbedingungen, der
Strahlung der in der Druckmaschine installierten UV-Strahler ausgesetzt.
Durch die Einstrahlung des UV-Lichts erfolgt dann in der Lackbeschichtung
ein Farbumschlag des UV-reaktiven Prüfmediums. Diese Farbreaktion
ist identifizierbar und lässt eine Überprüfung
der Lampenleistung über die komplette Formatlänge
und Formatbreite zu.
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Die
Auswertung des Zustandes der UV-Trocknungsanlage kann über
den Vergleich des Farbumschlags entweder visuell, densitometrisch oder
colorimetrisch erfolgen. Hierfür muss ein Auswertemechanismus
(Farbort/Dichte vs. UV-Dosis/Farbvergleichsskala o. ä.)
zugrunde gelegt werden. Dies kann entweder manuell außerhalb
der Maschine oder als Inlinemessung erfolgen, die eine Rückmeldung
an den Maschinenleistung geben kann, um ggf. die Strahlerleistung
nachzuregeln. Als weitere Ausführung ist eine automatische
Kontrollsequenz zur Unterscheidung des Zustandes einzelner UV-Strahler
möglich, d. h. UV-Strahlerlampen bzw. LEDs werden separat
aktiviert und deren Leistungsverteilung wird dokumentiert. Das daraus
resultierende Wartungsprotokoll, wobei die Auswertung manuell oder
automatisch wie oben beschrieben erfolgen kann, liefert dann eine
Aussage, wo Leistungsdefizite der Trockneranlage gezielt beseitigt
werden müssen.
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Eine
dritte Verfahrensweise dient der kontinuierlichen Überwachung
von Druckaufträgen, bei denen die UV-Trocknung eingesetzt
wird.
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Alternativ
zum gesteuerten und inline erfolgenden Einbringen von UV-reaktivem,
flüssigem Prüfmedium können UV-reaktive
Pigmente bereits auf einem Druckbogen/Formatbogen flächig
oder partiell aufgebracht sein. Diese Druckbogen können dann
als Test- bzw. Belegbogen auch in der laufenden Produktion verarbeitet
werden. Bereits im bereitgestellten Bedruckstoffstapel an einer
Bogendruckmaschine sind in definierten Abständen derartige Prüfbögen
eingelegt und erlauben dann einen kontinuierlichen Nachweis der
Strahlerleistung während der Auflage. Durch Auswertung
des Farbumschlag kann dies zur Prozessabsicherung hinsichtlich der UV-Strahlerleistung
dienen.
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Die
Prüfbogen können markiert sein und mittels einer
Auswerteeinrichtung erkannt werden. Die Markierung kann ebenfalls
beim Inlinebeschichten, wie oben beschrieben, mit aufgebracht werden.
Auch dann können die Prüfbogen leicht automatisch
aussortiert werden.
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Es
ist in diesem Zusammenhang bekannt, dass in Bogendruckmaschinen
mittels so genannter Bogenweichen die Möglichkeit besteht,
derartige Prüfbogen gezielt auszusondern und abzulegen.
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Grundsätzlich
kann also mit der oben beschriebenen ersten und der dritten Verfahrensweisen jeweils
ein Trocknungsprozess im Druckbetrieb überwacht und das
Trocknungsergebnis dokumentiert werden.
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Weiterhin
kann mit der zweiten Verfahrensweise die Druckmaschine hinsichtlich
ihrer Einstellung und generellen Funktionsfähigkeit im
Hinblick auf die Trocknung mit UV-Strahlern kontrolliert und gegebenenfalls
neu eingestellt werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
mit zeichnerischen Darstellungen erläutert.
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Darin
zeigen
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1 bis 4 mögliche
Auswertungsbeispiele auf der Basis der erfindungsgemäßen
Verfahrensweise,
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5 eine
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
für partielle Prüfbereiche und
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6 ein
Flussdiagramm zur Verfahrensdurchführung.
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In 1 ist
ein Drucksubstrat als Druckbogen B mit einem Druckbild dargestellt.
Der Druckprozess erfolgt nun als Testlauf für die Druckmaschine oder
als Produktionsprozess für eine Serie zu beschichtender
Druckbogen.
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Die
Druckbogen B werden dabei in einer Transportrichtung R durch eine
Bogendruckmaschine bewegt. Sie werden dort beschichtet und anschließend
getrocknet. Auf den Druckbogen, die als Prüfbogen vorgesehen
werden, ist entweder in der aufzutragenden Beschichtung oder in
einer Vorbeschichtung eine Schicht UV-reaktiver Pigmente eingebracht.
Diese UV-reaktiven Pigmente können sich bei entsprechend
intensiver UV-Einstrahlung farblich verändern. Die farbliche
Veränderung (Farbumschlag) führt zu einer Veränderung
in der optischen Wirkung der Beschichtung des Prüfbogens.
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Dieses
Ergebnis des Farbumschlages ist in 2 bis 4 beispielhaft
dargestellt.
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In 2 ist
eine von rechts nach links (siehe schwarzer Pfeil unten) und damit
quer zu Bogenlaufrichtung R abfallende Verfärbung der Beschichtung des
Druckbogens B gezeigt. Dies stellt dar, dass am rechten Rand des
Druckbogens die UV-Einstrahlung zu einer ausreichenden Härtung
geführt hat, während auf der linken Seite die
Beschichtung zu wenig oder gar nicht gehärtet wurde.
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Ursache
hierfür kann sein, dass die UV-Lampen abgenutzt, ungleichmäßig
verschmutzt, die Lichtausbeute innerhalb einer UV-Lampe ungleichmäßig
oder bei Zusammenschaltung mehrerer UV-Lampen einzelne UV-Lampen
zu wenig Strahlungsleistung bringen.
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Die
erfasste Ungleichmäßigkeit der Strahlungsleistung
kann durch Nachsteuern der entsprechenden UV-Lampen und im Grenzfall
durch Reinigung oder Lampenaustausch beseitigt werden.
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In 3 ist
eine von oben nach unten (siehe schwarzer Pfeil rechts) und damit
in Bogenlaufrichtung R abfallende Verfärbung der Beschichtung
des Druckbogens B gezeigt. Dies bedeutet, dass im Bereich der oberen
Kante des Druckbogens B die UV-Einstrahlung zu einer ausreichenden
Härtung geführt hat, während im Bereich
der unteren Kante die Beschichtung zu wenig oder gar nicht gehärtet
wurde.
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Ursache
hierfür kann sein, dass die Lichtausbeute innerhalb der
UV-Lampen zeitlich ungleichmäßig ist oder dass
der Druckbogen im Bereich des Trockners flattert, so dass der Abstand
zum UV-Strahler ungleichmäßig ist. Ebenso kann
der UV-Strahler zu weit von der Bogenbahn weg eingestellt sein,
so dass er am Bogenanfang (untere Kante des Druckbogens B) nicht
ausreichend intensiv auf den Druckbogen B einstrahlt.
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Die
erfasste Ungleichmäßigkeit der Strahlungsleistung
kann durch statisches oder dynamisches Nachsteuern der entsprechenden
UV-Lampen und durch Verbesserung der Bogenführung im Bereich
der Trocknung beseitigt werden.
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In 4 ist
eine von oben nach unten (siehe schwarzer Pfeil rechts) und von
links nach rechts (siehe schwarzer Pfeil unten) und damit in Bogenlaufrichtung
R und von links nach rechts abfallende Verfärbung der Beschichtung
des Druckbogens B gezeigt. Dies bedeutet, dass im Bereich der oberen,
linken Ecke des Druckbogens B die UV-Einstrahlung zu einer ausreichenden
Härtung geführt hat, während im Bereich
der unteren, rechten Ecke die Beschichtung zu wenig oder gar nicht
gehärtet wurde.
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Die
möglichen Ursachen hierfür wurden zuvor bereits
beschrieben und überlagern sich in diesem Fall.
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Ein
Druckbogen B, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
nach UV-Bestrahlung gleichmäßig eingefärbt
ist, kann im Übrigen gleichwohl unvollständig
getrocknet sein. Je nach Beimischung des UV-reaktiven Prüfmediums
ist daher genau zu ermitteln für welche Pigmentdichte der
UV-reaktiven Pigmente sich welche UV-Einstrahlungsleistung ergibt und
welche Verfärbung hierbei auftritt.
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In
idealer Weise ist die Verfärbung bei allen eingesetzten
oder inline produzierten Prüfbogen vollkommen gleichmäßig
und ausreichend stark im Farbumschlag. Damit kann die Funktion der
Trocknungseinrichtung der Druckmaschine als zufriedenstellend nachgewiesen
werden. Sollte trotzdem die Beschichtung nicht ausreichend gehärtet
sein, kommt als weitere Ursache noch eine nicht ausreichende Dotierung
des Beschichtungsmediums mit UV-reaktiven Härtungsbestandteilen
in Frage. Dann können ebenfalls die an sich beabsichtigte
Polymerisation und damit die Härtung der Beschichtung nicht in
Gang kommen.
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Zusammenfassend
kann also gesagt werden, dass die Erfindung im Wesentlichen auf
der Art des Verfahrens einer UV-Strahlerleistungskontrolle in der
Druckmaschine beruht. Für zwei Anwendungsbeispiele kommt
ein UV-reaktives Medium, in Form einer modifizierten Tinte, eines
modifizierten Drucklackes oder einer modifizierten Druckfarbe, zum
Einsatz. Dieses UV-reaktive Medium erfährt bei Einstrahlung
von UV-Licht einen Farbumschlag. Es muss für das verwendete
Druckverfahren vergleichbar mit einer konventionellen Tinte, Druckfarbe
oder einem konventionellem Lack, verarbeitbar und verdruckbar sein.
Die modifizierte Druckfarbe muss während der Verarbeitung,
d. h. vor der Bestrahlung, densitometrisch messbar sein, um eine
reproduzierbare Farbschichtdicke dosieren und aufbringen zu können.
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Das
UV-reaktive Medium muss weiterhin thermisch stabil bleiben und sowohl
vor, während und auch nach der Bestrahlung lichtecht sein.
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Das
UV-reaktive Medium ist für eine online zu einem Druckprozess
durchführbare Kontrolle der Trocknungswirkung einsetzbar.
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Das
UV-reaktive Medium wird während des Produktionsprozesses
mitlaufend, innerhalb der Druckmaschine, vor dem Durchlaufen der
Trocknungsstation eines UV-Strahlers aufgebracht. Dieser Vorgang
kann zum einen in seiner Vertreilung auf dem Druckbogen partiell
oder flächig erfolgen, und wird zum anderen für
eine kontinuierliche mitlaufende Kontrolle oder diskontinuierlich
zum Erzeugen von gezielt ausgebbaren Belegbogen ausgeführt.
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Bei
der kontinuierlichen Kontrolle kann die Applikation des UV-reaktiven
Mediums auf jedem Bogen erfolgen, in dem beispielsweise entsprechende Trocknungsmessfelder
in einen bestehen Druckkontrollstreifen integriert werden. Das UV-reaktive
Medium zur Ausbildung der Trocknungsmessfelder kann dann über
ein separates Druckwerk aufgetragen werden. Hierbei kann auch die
Maschinenkonfiguration in Betracht gezogen werden, indem der Auftrag
des UV-reaktiven Mediums entsprechend einer jeweiligen Trockneranordnung
oder Trocknerzuschaltung erfolgt. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass wenigstens die zu überwachenden UV-Strahler erst nach dem
Auftrag des UV-reaktiven Mediums zu Wirkung kommen.
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Das
Auftragen des UV-reaktiven Mediums auf den Bedruckstoff kann direkt
oder indirekt erfolgen, d. h. z. B. über eine Inkjet-Druckeinrichtung
an dezidiert ausgewählten Stellen auf den Druckbogen oder
als Prüfmedium über ein Flexodruckwerk, wie einem
Lackmodul einer Offsetdruckmaschine, oder im normalen Druckprozess über
ein konventionelles Druckwerk einer Druckmaschine.
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Durch
die Einstrahlung des UV-Lichts erfolgt ein Farbumschlag des UV-reaktiven
Mediums, das z. B. in Form einer modifizierten Inkjet-Tinte oder
eines modifizierten Lacks (Drucklack) oder einer modifizierten Druckfarbe
aufgetragen wurde. Da durch erhält man kontinuierlich Messobjekte
und Messwerte für eine mitlaufende Kontrolle zur Sicherstellung
einer vollständigen Überprüfung der Druckprodukte
und zur Gewährleitung einer in genügender Intensität
zur Verfügung gestellten UV-Leistung zur ausreichenden Härtung.
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Weiterhin
kann das vorgeschlagene Verfahren für die Überprüfung
der Lampenleistung von Trocknern in Druckmaschinen genutzt werden.
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Die
Lampenleistung einer UV-Trockner- bzw. Strahleranlage verschlechtert
sich während der Einsatzdauer und auch in Abhängigkeit
von ihrer Einsatzweise. Um eine genügende UV-Leistung der Trockneranlage
zur sicheren bzw. wenigstens ausreichenden Härtung von
Druckprodukten gewährleisten zu können, muss die
Strahlerleistung in bestimmten Zeitintervallen kontrolliert werden.
Die Kontrolle der Strahler kann bei Inbetriebnahme der Druckmaschine
und nach unterschiedlichen Zeitintervallen erfolgen. Dies kann zur
Sicherstellung der Vergleichbarkeit auch auf einem spezifischen
Bedruckstoff erfolgen.
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Das
UV-reaktive Medium kann in Form eines modifizierten Lackes oder
einer modifizierten Druckfarbe als separates Testmedium oder Beimischung zu
einem bestehend Lack oder einer Farbe über ein konventionelles
Lackwerk oder Druckwerk aufgetragen werden. Die Applikation kann
vollflächig über das gesamte Bogenformat erfolgen.
Der Bogen mit dem applizierten Lack oder der applizierten Farbe
wird in der Auslage und nach jeder Druckeinheit, wie unter normalen
Produktionsbedingungen, den in der Anlage installierten UV-Strahlern
ausgesetzt. Durch die Einstrahlung des UV-Lichts erfolgt ein Farbumschlag des
UV-reaktiven Mediums. Dies lässt eine Überprüfung
der Lampenleistung über die komplette Formatlänge
und Formatbreite zu. Dies kann als Summe aller UV-/UV-LED-Strahler,
die in der Maschine installiert sind, erfolgen oder separat für
jeden einzelnen Strahler, der sich in der Maschine befindet.
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Die
Auswertung des Zustandes der UV-Strahleranlage kann über
den Vergleich des Farbumschlags entweder visuell, densitometrisch
oder colorimetrisch erfol gen. Hierfür wird ein Auswertealgorithmus
zum Abgleichen der Trocknungswirkung mit einem Messwert zu Grunde
gelegt, in dem zum Beispiel
- – ein
Farbort und/oder eine Farbdichte am Messfleck/-ort und
- – eine zugehörige UV-Dosis und
- – eine Farbvergleichsskala
zueinander in
Beziehung gesetzt werden.
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Die
densitometrische oder colorimetrische (farbmetrische) Messung kann
entweder manuell außerhalb der Maschine, also offline,
oder als Inline-Messung erfolgen, die eine Rückmeldung
an den Maschinenleistung geben kann, um ggf. die Strahlerleistung
nachzuregeln.
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Als
weitere Ausführung ist eine automatische Kontrollsequenz
zur Unterscheidung des Zustandes einzelner UV-Strahler möglich,
d. h. Lampen/LEDs werden separat aktiviert und deren Leistungsverteilung
dokumentiert. Das daraus resultierende Wartungsprotokoll (Auswertung
manuell oder automatisch, s. o.) liefert dann eine Aussage, wo evtl.
Leistungsdefizite gezielt beseitigt werden müssen.
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Alternativ
zum UV-reaktiven, flüssigem Medium können UV-reaktive
Pigmente bereits auf einem Formatbogen (flächig oder partiell)
aufgebracht sein. Diese Bogen können als Test- bzw. Belegbogen
auch in der laufenden Produktion verarbeitet werden. Bereits im
bereitgestellten Bedruckstoffstapel an einer Bogendruckmaschine
sind in definierten Abständen derartige Prüfbögen
eingelegt und erlauben dann einen kontinuierlichen Nachweis der
Strahlerleistung während der Auflage. Durch Auswertung
des Farbumschlags kann dies zur Prozessabsicherung hinsichtlich
der UV-Strahlerleistung dienen.
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In 5 ist
die Variante einer Anordnung von Testflächen für
den Inlineprozess dargestellt. Hierbei sind streifenförmige
Testbereiche T am Bogenanfang und an den Rändern vorgesehen.
Diese Testbereiche können überall in so genannten druckfreien
Zonen angeordnet werden. Dort wird das UV-reaktive Medium mittels
einer Druckplatte aufgetragen.
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Die
Einwirkung der UV-Strahler wird dann in den Testflächen
T jeweils zu einer Farbreaktion führen, die mittels der
Qualitätskontrolleinrichtungen inline oder offline ausgemessen
werden können. Damit kann die Trocknungswirkung sowohl über
die Breite des Druckbogens B als auch über dessen Länge
in Transportrichtung R erfasst werden.
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Mittels
der in den Druckbogen integrierten Testflächen ist ohne
weiteres eine kontinuierliche Überwachung der Trocknungswirkung
der UV-Strahler im Rahmen der erfassten Maschinenparameter möglich.
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In 6 ist
nun schließlich in der Art eines Flussdiagramms ein Protokollprozess
dargestellt. Aus der ausgeführten Ablaufdarstellung können
mittels verschiedener Verfahrensabläufe für den
Trocknungskontrollprozess und von dazu gehörigen Auswertemöglichkeiten
beispielesweise die folgenden Varianten des erfindungsgemäßen
Verfahrens entnommen werden:
- A) Einzelne Testbogen/Protokollbogen
oder auch einen Referenzbogen für die Auflage inline erzeugen
1.
Auswertung mit vorbeschichteten Testbogen (UV-reaktive Pigmente
sind in den Bogen eingelagert oder dünne Schicht aufgetragen)
werden im Stapel des Anlegers gezielt eingelegt oder mittels eines
Hilfsanlegers sequentiell zugeführt.
2. Beschichten
im Produktionsprozess
3. Trocknung/Härtung mit Erfassung
der Betriebsparameter an der Druckmaschine und den UV-Strahlern
4.
Messen des Farbumschlags am Test-/Produktionsbogen
5. Bewerten
des Farbumschlags bzgl. Durchhärtung
6. Rückmeldung
+/– an Maschinen- und Trocknersteuerung
- B) Testbogen/Protokollbogen kontinuierlich inline erzeugen
1.
Auswertung mit Test- oder Produktionsbogen, die Testbereiche T an
den Rändern aufweisen.
2. Beschichten im Produktionsprozess
3.
Trocknung/Härtung mit Erfassung der Betriebsparameter an
der Druckmaschine und den UV-Strahlern
4. Inline oder offline
Messen des Farbumschlags am Test-/Produktionsbogen
5. Bewerten
des Farbumschlags bzgl. Durchhärtung
6. Rückmeldung
+/– an Maschinen- und Trocknersteuerung
- C) Referenzbogen/Testbogen offline mittels Spezialbogen erzeugen
1.
Auswertung mit vorbeschichteten Testbogen (UV-reaktive Pigmente
sind in den Bogen eingelagert oder dünne Schicht aufgetragen),
Bogenzufuhr kann von separatem Anleger oder aus einem Hilfsstapel
des Anlegers erfolgen.
2. Beschichten im Testprozess
3.
Trocknung/Härtung mit Erfassung der Betriebsparameter an
der Druckmaschine und den UV-Strahlern
4. Messen des Farbumschlags
am Testbogen
5. Bewerten des Farbumschlags bzgl. Durchhärtung
6.
Rückmeldung +/– an Maschinen- und Trocknersteuerung
- D) Referenzbogen/Testbogen offline mittels Normalbogen erzeugen
1.
Auswertung mit voll zu beschichtenden Testbogen aus normalem unbeschichtetem
Bedruckstoff.
2. Beschichten im Testprozess mit UV-reaktivem Medium
3.
Trocknung/Härtung mit Erfassung der Betriebsparameter an
der Druckmaschine und den UV-Strahlern
4. Messen des Farbumschlags
an den Testbogen
5. Bewerten des Farbumschlags bzgl. Durchhärtung
6.
Rückmeldung +/– an Maschinen- und Trocknersteuerung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4032817 [0011]
- - DE 102006015277 A1 [0016]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Bo Jang, „Studies
of Pigmented UV Curable Systems by real time FTIR”, Sartomer
Company, Exton, PA [0014]
- - www.sartomer.com/wpapers/5035.pdf [0014]