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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Prägeform innerhalb einer Bogenrotationsdruckmaschine.
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Beim Prägen wird generell zwischen dem Hochprägen (das geprägte Relief ragt über die Bedruckstoffoberfläche hinaus) und dem Tiefprägen (eine Vertiefung wird in den Bedruckstoff geprägt) unterschieden. Die Prägeform mit den hoch stehenden Prägeelementen nennt man Patrize, die Gegenform mit Vertiefungen Matrize. Zum teil werden auch Gegenformen, die elastische oder andere verformbare Eigenschaften haben, aber keine Vertiefungen aufweisen, als Matrize bezeichnet. Matrize ist folglich generell die Gegenform zur Patrize. Die meisten Anwendungen erfordern ein Hochprägen, insbesondere wenn haptisch erfassbare Informationen, z. B. durch Blindenschrift, transportiert werden sollen. Am häufigsten werden Präge- und Stanztechniken in separaten Maschinen ausgeführt, aber es kommt aus verschiedenen Gründen immer der Wunsch auf diese formenden Veränderungen des Bedruckstoffes in der Druckmaschine auszuführen. Anwendungen dieser Techniken innerhalb der Druckmaschine sind bestens bekannt.
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Heutige Druckprodukte zeichnen sich zunehmend durch Veredelung, funktionale Komponenten und für den Einsatz optimierte Eigenschaften aus. Dazu gehört auch die bleibende Verformung der Druckbogen, um z. B. haptische und optische Effekte zu erzielen. Auch funktionale Aspekte wie z. B. eine Strukturierung von Nass-Klebeetiketten zum besseren Ablösen nach Gebrauch sind möglich. Mit zunehmend wirtschaftlichen Kriterien bei der Fertigung derartiger Druckprodukte ist die Einbindung des Fertigungsschrittes in den Herstellungsprozess von großer Bedeutung. So stellt sich beim Druck in einer Bogenoffsetmaschine die Anforderung, die Prägung in einem Arbeitsgang mit dem Druckprozess zu erledigen. Dies hat den Vorteil einer wirtschaftlichen Herstellung durch integrierte Fertigung und bietet die Möglichkeit eine passgenaue Abstimmung zwischen Druckbild und Prägung herzustellen.
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In diesem Zusammenhang sind auch härtbare Formmassen bekannt geworden. Härtbare Formmassen sind Halbzeuge, die lagerstabil, verformbar und nach der Verformung zu Formteilen aushärtbar sind. Solchen Formmassen sind praktisch in allen Industriezweigen bestens bekannt. Formmassen werden auf der Basis von Polyolefinen oder Polyolefin-Gemischen, Harzen und Elastomeren hergestellt. Als Aushärtungsmechanismen sind die radikalische oder thermische Härtung bekannt. Bei Zweikomponentenverfahren wird die Formmasse kurz vor der Anwendung mit einem Härter vermischt wird und härtet dann durch. Vielfältige Beimischungen sind zu diesen Formmassen möglich, die ihnen bestimmte charakteristische Eigenschaften verleihen.
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Es sind auch thermoplastische Formmassen bekannt, die bei Umgebungstemperatur hart sind und nach Erwärmung durch eine geeignete Vorrichtung verformbar sind. Nach dem Verformungsvorgang kühlen diese wieder ab und gelangen verformt wieder in den Ausgangshärtezustand zurück.
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Hierzu ist aus der
DE 10 2006 041 771 A1 ein Verfahren zum Erzeugen einer Matrizen- oder Patrizenform bekannt. Eine so erzeugte Prägeform wird aus einem verformbaren Material über eine korrespondierende Prägeform abgeformt und anschließend verfestigt, wie etwa mit Strahlung gehärtet.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2006 003 037 A1 das Prägen in einem Druckwerk bekannt. Dabei werden mehrteilige Prägeformen verwendet. Beschrieben sind die Mittel und das Verfahren zur Montage der Prägeformteile.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2004 029 036 A1 ein Werkzeugblech bekannt. Das Werkzeugblech ist zur Herstellung einer Prägeform mit einem verformbaren Kunststoff beschichtet, der durch eine sachgerechte Nachbehandlung verschleißfest gehärtet werden kann, so dass eine einsatzbereite Prägeform entsteht.
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Bei dem Farbendruck müssen die aufeinander folgenden Druckbilder aufeinander passend gedruckt werden. Hierzu ist bei Rotationsdruckmaschinen ein entsprechender Formzylinder in Bezug auf dessen Umfangs-, Seiten- und Schrägregister verstellbar. Dies gilt abgesehen von Lösungen, bei denen die Druckplatte selbst auf dem Formzylinder verstellbar ist. Solche Registereinstellvorrichtungen sind heute nahezu bei allen Rotationsdruckmaschinen Stand der Technik.
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Es ist möglich als Form und Gegenform in einer Druckmaschine zwei Photopolymerplatten einzusetzen, wobei eine Platte als Patrize und eine Platte als Matrize ausgebildet ist. Die Matrize oder die Patrize kann nun auf dem Gummizylinder im Druckwerk einer Druckmaschine oder auf den Formzylinder eines Lackwerkes innerhalb einer Druckmaschine eingespannt oder in einer anderen geeigneten. Art befestigt werden. Die Gegenform wird dann auf dem Gegendruckzylinder aufgespannt oder in einer anderen geeigneten Art befestigt.
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Die Problematik eines solchen Vorgehens liegt darin begründet, dass Patrize und Matrize gegensätzliche Formaufbauten zeigen. Die unterschiedlichen Platten zeigen jedoch aufgrund der unterschiedlichen Flächendeckungen ein deutlich unterschiedliches Abwicklungsverhalten. Dadurch wird der Rüstprozess der beiden konträren Platten zueinander sehr aufwendig und erfordert häufige nachträgliche Korrekturen. Diese Problematik verschärft sich noch, wenn Form und Gegenform zum Prägen auf in rotativ arbeitenden Druck- oder Stanzmaschinen eingesetzt werden, die einen doppelt großen Gegendruckzylinder aufweisen. Durch die doppelte Größe muss auf jede Zylinderhälfte eine Platte eingerichtet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, in einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 Möglichkeiten zu finden, das die Rüstzeiten bei dem Einrichten bzw. Rüsten einer Prägeform in einer rotativen Stanzmaschine oder in einer Rotationsdruckmaschine deutlich herabsetzt und gleichzeitig die Gleichmäßigkeit und Qualität des Prägevorganges steigert.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird entweder die Matrize oder die Patrize einer Prägeform durch eine Formmasse mit dilatanten Eigenschaften gebildet und von der entsprechenden Gegenform in der Druckmaschine durch Abformen geprägt.
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Damit kann ohne großen Aufwand und ohne komplizierte Nachbehandlungen, die zusätzliche Vorrichtungen nötig machen würden, die Prägeform hergestellt werden. Weiterhin kann die Rohform der Prägeform erneut verwendet werden, in dem eine andere Prägeform abgeformt wird. Dies kann auch erfolgen, indem vorher noch eine Glättung der rohen Prägeform erfolgt
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand zeichnerischer Darstellungen beispielhaft erläutert.
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Darin zeigen
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1 eine Ausführungsform einer Prägeeinrichtung,
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2 ein Schema einer Bogenrotationsdruckmaschine und
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3 bis 5 je ein Schema eines Prägeverfahrens,
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Erfindungsgemäß wird, wie in 1 gezeigt, die dargestellte Problematik entschärft, in dem zum Beispiel eine Patrize A3 mit Prägemotiven A1 in einem ersten Arbeitschritt zu dem Druckbild eingerichtet wird. Die Gegenform, in diesem Beispiel, eine Matrize A2, wird dann gebildet, indem die Patrize A3 in eine Formmasse eingedrückt wird, die dilatante Eigenschaften aufweist und sich somit unter hoher Beanspruchung zusätzlich verfestigt, so dass die Gegenform (Matrize A2) dauerhaft erhalten bleibt. Für jede Prägung ist jedoch eine Überfüllung A5, d. h. ein Freiraum zwischen Prägestempel und Gegenform notwendig, in die sich das zu verformende Material einschmiegen kann. Dazu ist wenigstens in X- und Y-Richtung bzw. in der ebenen Ausdehnung der Prägeform eine Vergrößerung der Gegenform (Matrize A2) notwendig. Diese Überfüllung A5 in der Gegenform (Matrize A2) wird während des Prägevorgangs der Gegenform (Matrize A2) erzeugt, indem die Registerverstellung eines Zylinders in einer Druckmaschine genutzt wird, der die Patrize A3 mit den Prägemotiven A1 trägt. Dieser Zylinder wird mittels seiner jeweiligen so genannten Registerantriebe systematisch in X- und Y-Richtung, d. h. in seiner Umfangs- und Achsrichtung, verfahren. Dadurch bildet sich in der Formmasse eine Gegenform aus, die eine Gegenkontur zu dem Prägestempel darstellt, aber insgesamt um den Verfahrweg der Zylinder in jede Richtung vergrößert ist.
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Eine zusätzliche Ausprägung der Überfüllung A5 in Z-Richtung kann durch eine Veränderung der Beistellung erzeugt werden, indem kurzfristig mehr Beistelldruck zwischen den Zylindern erzeugt wird als für den späteren Prägevorgang benötigt wird. Im eigentlichen Prägebetrieb wird der Prägestempel in X- und Y-Richtung mittig gestellt und die Beistellung (Z-Richtung) wird soweit zurück genommen, wie es für den Prägebetrieb erforderlich ist.
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Das geschilderte Herstellverfahren für eine Prägeform kann in einer Druckmaschine gemäß 2 angewendet werden. Die Druckmaschine weist mehrere Druckwerke 3 auf, in denen jeweils ein Gegendruckzylinder 1 angeordnet ist. Dem Gegendruckzylinder 1 sind jeweils ein Gummizylinder 4 und ein Plattenzylinder 5 nebst nicht dargestellten Farb- und Feuchtwerken zugeordnet. Weiterhin ist anschließend an die Druckwerke 3 ein Lackwerk 2 vorgesehen, indem dem Gegendruckzylinder 1 ein Formzylinder 10 zugeordnet ist. Alle Druckwerke 3 bzw. das Lackwerk 2 sind in Wirkverbindung mit den Gegendruckzylindern 1 mittels so genannter Bogentransfertrommeln 6 zum Transport von Druckbogen miteinander gekoppelt. Die Druckbogen werden in einem Anleger 7 von einem Bogenstapel 8 über eine Anlagetrommel 9 dem ersten Druckwerk 3 bzw. dessen Gegendruckzylinder 1 zugeführt. Nach Fertigstellung werden die Druckbogen in einem Bogenausleger wieder aufgestapelt.
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Die Prägeform kann in einem Druckspalt zwischen einem Gummizylinder 4 und einem Gegendruckzylinder 1 oder zwischen einem Formzylinder 10 und einem Gegendruckzylinder 1 hergestellt und eingesetzt werden.
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Mögliche Prägeverfahren sind in den 3 bis 5 dargestellt.
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3 zeigt hierbei entsprechend 1 eine Prägung von unten, wobei ein Prägemotiv A1 auf einer Patrize A3 mit einer oben liegenden Matrize A2 zusammenwirkt. Patrize A3 und Matrize A2 können mit Passpunkten A4 zueinander ausgerichtet fixiert sein. Die so dargestellte Prägeform wirkt auf den Druckbogen B ein und verformt ihn entsprechend. Hierbei wird der Druckbogen von seiner Unterseite her in den Bereich zwischen Patrize A3 und Matrize A2 hineingezogen. Damit wird eine so genannte Hochprägung erzeugt, wobei das so erzeugte Prägemuster aus der Oberfläche des Druckbogens nach oben vorsteht.
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4 zeigt eine umgekehrte Anordnung zu 3. Hier erfolgt eine Prägung von oben, wobei ein Prägemotiv A1 auf einer Patrize A3 mit einer unten liegenden Matrize A2 zusammenwirkt. Damit wird eine so genannte Tiefprägung erzeugt, wobei das Prägemuster in die Oberfläche des Druckbogens vertieft ist.
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Ein Prägeverfahren gemäß 4 kann auch in eine elastische Gegenfläche als Matrize durchgeführt werden. Hierbei werden aber schlechtere Qualitäten des Prägeergebnisses erreicht.
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5 zeigt Strukturprägung von oben, wobei das Prägemotiv ist eine flächige Struktur auf einer Patrize A3, die mit einer flächigen oder elastischen Matrize A2 zusammenwirkt. Hierbei wird der Druckbogen von seiner Unterseite her mit einem flächigen Muster versehen, der so genannte Strukturprägung.
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Das Verfahrregime zur Ausbildung der Gegenform kann entweder manuell oder automatisiert ablaufen. Denkbar ist sogar eine optimale Auslegung des Verfahrwegs, indem ein Algorithmus in der Maschinensteuerung oder dem Leitstandsrechner oder in einem separaten Rechner hinterlegt wird, der den optimalen Verfahrweg unter Berücksichtigung der zu prägenden Materialdicke berechnet.
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Die entsprechende Zuordnung kann natürlich auch an jedem anderen die herzustellende Gegenform darstellende Prägeplatte tragenden Zylinder als dem Gegendruckzylinder 1 erfolgen.
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Die Formmasse selber kann sich plattenartig auf einem Träger, zum Beispiel eifern Kunststoff- oder Metallträger, befinden, der dann auf den Zylinder gespannt oder geklebt wird, der später die Matrize A2 tragen soll. Die Formmasse kann selber klebrige Eigenschaften haben, so dass sie durch die Materialeigenschaften auf dem Zylinder haftet. Die Formmasse kann mit einem Haftvermittler versehen sein, so dass sie mittels dieses Haftvermittlers auf dem Zylinder verhaftet bleibt.
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Zur besseren Trennen zwischen der Patrize und der Formmasse bei dem Prägevorgang der Matrize kann die Patrize und/oder die Formmassenoberfläche unmittelbar vor und/oder des Prägevorgangs mit einem Trennmittel versehen werden, das die Anhaftung der Formmasse an der Patrize verhindert.
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In besonders vorteilhafter Weise kann das Trennmittel auch dazu geeignet sein und damit gezielt eingesetzt werden, dass beim Prägen in beschichteten Oberflächen eines Druckbogens eine Übertragung von Schichtstoffen vom Druckbogen auf die Prägeform verhindert oder wenigstens unterdrückt wird. Damit wird eine Verschmutzung der Prägeform und in der Folge eine Rückspaltung auf Folgebogen sicher vermieden. Die Druck- bzw. Verarbeitungsqualität des Verfahrens steigt weiter an.
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Damit können Druckbogen bzw. Substrate, die bereits mit Druckfarbe, Lack, Glanzstoffen, Folien, Schutzschichten oder ähnlichem versehen sind, ohne die Gefahr einer Verschmutzung der Prägeformen oder einer ungewollten Übertragung von Schichtelementen exakt geprägt werden.
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Nachfolgend wird ein Anwendungsbeispiel einer Prägeformerzeugung:
In Bogenoffsetdruckmaschinen können Prägungen in Druck- oder Lackwerken generiert werden. Hierzu werden z. B. Prägewerkzeuge auf den Formzylinder des Lackwerks aufgebracht, die so gegen den Gegendruckzylinder oder ein auf den Gegendruckzylinder aufgebrachtes Material oder eine dort aufgebrachte korrespondierende Gegenform wirken. Entsprechend erfolgt das Applizieren von Prägewerkzeugen im Druckwerk.
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Zur Prägung ist folgender Einrichtvorgang erforderlich.
- – Eine Patrize wird auf einen Zylinder (Form-, Gummi-, Gegendruckzylinder) der Bogendruckmaschine gespannt
- – eine rohe Prägeplatte, die mit dem dilatant wirkenden Werkstoff beschichtet ist, wird auf den korrespondierenden Zylinder gespannt
- – Eine formschlüssige dem Gegenbild der Patrize entsprechende Matrize, wird erzeugt, indem die Patrize abrollend in die Rohplatte gepresst wird.
- – Die Rohplatte wird hierzu mehrfach überrollt und ist fertig.
- – Die Matrize ist passgenau platziert in der Druckmaschine angebracht.
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Für die zu erzeugende Matrize kommen unterschiedliche Materialien wie etwa Silikon-Polymere in Frage. Diese sind auch als Knetmasse bekannt, die verformbar ist, aber auch als sehr elastischer Ball verwendet werden können.
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Die formende Patrize kann aus einer Photopolymerplatte hergestellt werden. Die zu prägenden Motive und Konturen werden über einen seitenrichtigen unverzerrten Flexofilm montiert und mit UV-Licht belichtet. Die unbelichteten Stellen der Photopolymerplatte werden ausgewaschen. So sind Relieftiefen von 0,40 mm einstellbar. Das Klischee hat eine Shore-Härte von 79 (Shore D) und die Reliefschicht nach DIN eine Shore-Härte von 65 (Shore A).
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Ebenso kann die Patrize aus Metall oder anderen Werkstoffen hergestellt werden.
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Im Einrichtprozess werden verschiedene Unterlagendicken verwendet, die unter die Patrize gespannt wurden um ein erkennbares Prägebild zu erhalten. Die Pressung kann durch Verstellung von Einrichtungen zur Einstellung der Druckbeistellung an Druckmaschinen bestimmt werden.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt eine Matrize-Patrize-Prägung durch Einsatz eine verformbaren Masse, die einen ausreichenden Widerstand im Prägeprozess für die mechanische Verformung des Bedruckstoffs bietet. Durch Abformen des Gegenwerkzeugs in der Bogendruckmaschine wird eine Matrize-Patrize-Anordnung erzeugt, ohne dass eine Ausrichtung der Werkzeuge zueinander erfolgen muss. Die Prägeform wird auftragsbezogen durch das Gegenwerkzeug erzeugt. Da es sich um eine reversible Verformung handelt, ist eine mehrfache Verwendung desselben Werkzeugs möglich.
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Auf einem Zylinder oder einem Prägewerkzeugträger, der auch als Platte in einem Flachbett-Verfahren ausgebildet sein kann, wird eine der Werkzeugkomponenten – Matrize oder Patrize – angebracht, ggf. abgestimmt auf ein Druckbild.
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Auf dem Gegenzylinder, z. B. dem Gegendruckzylinder, wird ein Träger mit der verformbaren Masse befestigt, die dilatante Eigenschaften hat. Die Viskosität eines dilatanten Fluids ist eine Funktion der Schergeschwindigkeit und hängt nicht von der Dauer der aufgebrachten Scherung ab. Die Viskosität oder Steifigkeit des Fluids ist somit unabhängig von der Zeit der Verformung.
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Je größer die aufgebrachte Scherung ist, umso viskoser bzw. zäher verhält sich das Fluid. Im Englischen nennt man ein dilatantes Fluid auch „shear-thickening”, also „scherverdickend” oder „scherverfestigend”. Da die Viskosität nicht konstant bleibt, wird das Fluid nicht-newtonsch genannt. Die Zunahme der Viskosität entsteht durch eine Strukturänderung im Fluid, die dafür sorgt, dass die einzelnen Fluid-Partikel stärker miteinander in Wechselwirkung stehen, wie zum Beispiel sich verhaken, und so schlechter aneinander vorbei gleiten können.
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Wenn die Viskosität nach Verminderung der Scherkraft nicht sofort absinkt, spricht man auch von Rheopexie (siehe Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Dilatanz).
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Insbesondere in Verbindung mit der zuletzt genannten Rheopexie ergibt sich die Möglichkeit, das Gegenwerkzeug bei langsamer Maschinengeschwindigkeit abzuformen, im schnelleren Druck- bzw. Herstellungsprozess wird dann die abgebildete Werkzeugform wegen des dilatanten Verhaltens unter hoher Beanspruchung erhalten bleiben.
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Ausführungsvarianten können sein:
- – Abformen durch langsames Abrollen in wechselnder Laufrichtung:
Damit wird eine gleichmäßige Massenverteilung erzielt, insbesondere bei mehreren Überrollungen wegen ungleichmäßiger Verteilung der hohen und tiefen Steilen bzw. hohen Flächenanteilen die vergleichmässigt werden müssen.
- – Überfüllung anpassen:
Das Öffnungsverhältnis, d. h. die Übergrößen der Matrize, kann beim Abformen durch eine der Bedruckstoffstärke angepasste Variation der Werkzeugposition in mehrere Richtungen beeinflusst werden.
- – Regeneration der abgeformten Prägeform:
Unter Zuhilfenahme einer Abformwalze ist es auch denkbar, die erzeugte Form außerhalb des Bereichs in dem der Zylinder den Bogen trägt (zwischen Bogenübergabe an das Folgedruckwerk und Bogenannahme vom vorherigen Druckwerk) zu regenerieren bzw. zu stabilisieren.
- – Aufarbeiten in Produktionspausen:
Je nach Auflagenhöhe ist auch eine Produktionsunterbrechung (auch bei voller Produktionsgeschwindigkeit durch Unterbrechung des Bogenlaufs) möglich, während der dann die abgeformte Masse nachgeformt wird.
- – Chemische Härtung von Prägeformmassen:
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung derartiger Prägewerkzeuge kann auch die Verwendung einer verformbaren Masse sein, die nicht durch Strahlenhärtung sondern durch chemische Reaktion mit einem manuell oder über den Formzylinder aufgetragenen Medium aushärtet.
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Bezugszeichenliste
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- A1
- Prägemotiv
- A2
- Matrize
- A3
- Patrize
- A4
- Passpunkt
- A5
- Überfüllung
- 1
- Gegendruckzylinder
- 2
- Lackwerk
- 3
- Druckwerk
- 4
- Gummizylinder
- 5
- Plattenzylinder
- 6
- Transferter
- 7
- Anleger
- 8
- Stapel
- 9
- Anlagetrommel
- 10
- Formzylinder (Lackwerk)
- B
- Bedruckstoff
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006041771 A1 [0006]
- DE 102006003037 A1 [0007]
- DE 102004029036 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://de.wikipedia.org/wiki/Dilatanz [0047]
