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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von Werkstücken sowie eine Druckvorrichtung.
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Beim digitalen Drucken von Werkstücken, insbesondere Platten aus Holzwerkstoffen, wird heute zwischen dem „Multipass” Verfahren und dem „Single-Pass” Verfahren unterschieden. Beim Multipass-Verfahren ist das Werkstück in Ruhe, während der eine oder die mehreren digitalen Druckköpfe sich über dem Werkstück hin- und her bewegen. Anschließend bewegt sich das Werkstück wieder um einen Teil einer Druckkopfbreite voran, kommt wieder zum Stillstand, und der Druckvorgang mit dem Bewegen der Druckköpfe wiederholt sich; dieser Vorgang wird bis zum vollständigen Bedrucken des Werkstückes wiederholt.
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Beim Single-Pass-Verfahren stehen dagegen eine Reihe von Druckköpfen über der vollen Breite des Werkstückes still, während das Werkstück unter den Druckköpfen durchfährt und in einem Durchgang bedruckt wird (
DE 100 51 088 ). Um mit diesem „Single-Pass” Verfahren eine hohe Leistung (in bedruckten Flächen pro Zeiteinheit) zu erzielen, müssen die Werkstücke kontinuierlich unter den Druckköpfen hindurch gefördert werden. Nach dem Stand der Technik wird dies mit Bandtransporten durchgeführt. Trotz verschiedener Modifikationen an der Bandsteuerung ist es bis heute nicht gelungen, ein Werkstück auf einem Bandtransport quer zur Vorschubrichtung genau zu führen, was die Druckqualität begrenzt.
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Zudem ist mit den bekannten Druckvorrichtungen ein kantengenaues Bedrucken von Werkstücken, wie vorgefertigten Türblättern, nicht möglich – entweder wird zuviel bedruckt, oder es bleibt ein weisser Streifen zurück. Bei dem Bedrucken von vorbereiteten Fussbodenpaneelen, welche bereits an den vier Seitenkanten mit Befestigungsmechanismen versehen sind ergibt sich ein Überdrucken in die Nuten.
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Nach dem Stand der Technik ist es üblich, bei sogenannten Single-Pass-Digitaldruckvorrichtungen die Druckköpfe mit einer internen Frequenz Tröpfchen auf das sich unter ihnen hindurchbewegende Werkstück abgeben zu lassen. So wird nach dem Stand der Technik z. B. ein Druckkopf mit einer vorgegebenen Frequenz von z. B. 7 kHz Tröpfchen abgeben und eine dazu geeignete Fördervorrichtung das zu bedruckende Werkstück mit einer Geschwindigkeit unter den Druckköpfen hindurchfördern, die den gewünschten Abstand von einem Tröpfchen zum nächsten erzeugt.
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Die korrekte Relation zwischen der Frequenz, mit der die Tröpfchen abgegeben werden, die sogenannte interne Triggerfrequenz, und der Geschwindigkeit, mit der das Werkstück bewegt werden muss, lässt sich üblicherweise beim Single-Pass-Digitaldruck aus dem Abstand der einzelnen Düsen des Digitaldruckkopfes („Nozzleöffnungen”) quer zur Förderrichtung errechnen. Wenn z. B. eine gleiche Auflösung in X- und Y-Richtung auf dem Bild erzielt werden soll, beispielsweise 600 dpi, dann müssen pro inch entsprechend 600 Düsenöffnungen quer zur Förderrichtung vorhanden sein (600 dpi = 600 Düsenöffnungen pro inch = 600 Düsenöffnungen dividiert durch 2,54 cm: Daraus folgt ein Abstand von Düse zu Düse von 25,4 mm dividiert durch 600 = 0,04 mm oder 40 μm.
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Um nun in X-Richtung, also der Förderrichtung, den gleichen Abstand der Punkte wie in Y-Richtung zu erhalten, muss bei z. B. einer Vorschubgeschwindigkeit von 20 m/min. = 333 mm pro Sekunde eine Frequenz von 8333 Tröpfchen pro Sekunde oder einer Schussfrequenz von 8,33 kHz erzielt werden.
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Der Nachteil bei diesem Stand der Technik liegt darin begründet, dass bei einer Fördereinrichtung immer Schwankungen der Geschwindigkeit in Vorschubrichtung entstehen. Diese Toleranzen können zwar vermindert werden, aber niemals vollständig beseitigt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bedrucken von Werkstücken sowie eine Druckvorrichtung zu schaffen, bei der die Werkstücke kontinuierlich hintereinander hochpräzise bedruckt werden können.
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Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie einer Druckvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bedrucken von Werkstücken umfasst folgende Schritte:
- – Zuführen eines Werkstückes zu mindestens einem Werkstückträger;
- – Fixieren des Werkstückes an dem Werkstückträger;
- – Fördern des Werkstückes (an dem Werkstückträger zu einem Drucker,
- – Erfassen der Fördergeschwindigkeit des Werkstückes an dem Werkstückträger,
- – Steuern der Druckgeschwindigkeit abhängig von der erfassten Fördergeschwindigkeit.
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Durch die Verwendung einer Erkennungseinrichtung zur Erfassung der Position bzw. der Geschwindigkeit der Werkstücke auf den Werkstückträgern ist es möglich, den Drucker abhängig von der tatsächlichen Geschwindigkeit der Werkstücke zu steuern. Ist die Transportbewegung der Werkstücke etwas langsamer, kann der Drucker durch proportionale Verlangsamung der Druckgeschwindigkeit die langsamere Transportbewegung kompensieren. Umgekehrt kann bei einer schnelleren Transportbewegung der Werkstücke auch die Druckgeschwindigkeit proportional erhöht werden, so dass im Ergebnis auch bei Änderungen in der Geschwindigkeit der Werkstücke ein optimales Druckbild mit hoher Qualität erhalten wird.
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Die erfindungsgemäße Druckvorrichtung umfasst während des Druckvorgangs feststehende digitale Druckköpfe, unter denen in einem vorgegebenen Abstand hindurch mindestens ein zu bedruckendes Werkstück während des Druckvorgangs kontinuierlich bewegt wird, wobei eine Erfassungseinrichtung für die Erfassung der Fördergeschwindigkeit des zu bedruckenden Werkstückes oder einer mit diesem verbundenen Fördereinrichtung vorgesehen ist, wobei eine elektronische Steuerungseinrichtung die Daten der Erfassungseinrichtung verarbeitet und mittels der Daten die Druckgeschwindigkeit der Druckköpfe steuerbar ist. Dadurch können Schwankungen in der tatsächlichen Fördergeschwindigkeit des Werkstückes kompensiert werden, die dann keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Druckqualität haben.
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Um eine hochpräzise Steuerung des Druckers der Druckvorrichtung zu ermöglichen, wird eine genaue Messung der Position und/oder der Fördergeschwindigkeit des Werkstückes über eine elektronische Erkennungseinrichtung vorgenommen, welche ein Auslösesignal an die Digitaldruckköpfe der digitalen Druckvorrichtung weitergibt, einen sogenannten externen Trigger. Dadurch kann eine hochgenaue Auflösung in X- und Y-Richtung gleichmäßig erzielt werden. Dies ist insbesondere beim mehrfarbigen Druck wichtig, um Farbschwankungen durch unterschiedlich genaues Übereinanderlegen der verschiedenen Farben zu vermeiden.
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Bei der Druckvorrichtung sind die Werkstückträger vorzugsweise zumindest im Bereich des Druckers entlang einer Führungseinrichtung geführt. Dadurch können die hintereinander geförderten Werkstücke auch quer zur Vorschubrichtung hochpräzise geführt und bedruckt werden, so dass eine besonders hohe Druckqualität erreicht wird. Zudem werden die eingangs genannten Probleme mit dem Bedrucken der Ränder bzw. weißer Streifen an den Rändern vermieden.
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Vorzugsweise umfasst die Führungseinrichtung eine mit ihrer Längsache parallel zur Förderrichtung ausgerichtete lineare Schiene. Dabei können an den Werkstückträgern eine oder mehrere kugelgelagerte Rollen befestigt sein, die sich an der mindestens einen linearen Schiene abstützen, so dass eine hochpräzise Führung erhalten wird. Durch die hochpräzise Führung können bestimmte Teile des Druckbildes exakt auf dem Werkstück platziert werden. Außerdem kann durch die stationär angeordneten Druckköpfe eine besonders hohe Druckgeschwindigkeit und -kapazität, beispielsweise mehr als 1.500 m2 pro Stunde erzielt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Werkstückträger einen Querbalken, deren Längsachse sich im wesentlichen senkrecht zur Förderrichtung erstreckt. An jedem Werkstückträger können Befestigungsmittel, vorzugsweise Saugelemente für die Fixierung der Werkstücke vorgesehen sein. Dadurch sind die Befestigungsmittel einfach aufgebaut und besitzen einen geringen Verschleiß.
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Durch die bevorzugte Verwendung einer Erkennungseinrichtung zur Erfassung der Position der Werkstücke auf den Werkstückträgern ist es möglich, den Drucker abhängig von der Geschwindigkeit der Werkstücke zu steuern, wodurch sich die Druckqualität weiter steigern lässt. Dadurch können Bewegungstoleranzen der Fördereinrichtung ausgeglichen werden.
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Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines Werkstück zum Fördern in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung zum Fördern ohne Drucker;
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3 eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Vorrichtung der 2;
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4 eine Vorderansicht eines Werkstückträgers;
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5 eine Seitenansicht des Werkstückträgers der 4, und
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6 eine Seitenansicht der gesamten Druckvorrichtung.
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Ein plattenförmiges Werkstück 4 soll in eine Vorschubrichtung 1 transportiert werden. Die Ebene senkrecht zur Vorschubrichtung wird durch eine horizontale Achse 2 senkrecht zur Vorschubrichtung und eine vertikale Achse 3 aufgespannt.
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Es sollen als Werkstücke 4 beispielsweise lackierte Spanplatten mit Abmessungen von ca. 300 mm bis 1.500 mm Breite, 400 mm bis ca. 3.000 mm Länge und 2 mm bis ca. 60 mm Dicke digital mit einem Dekorbild bedruckt werden. Als Dekorbilder können Holzmaserungen, Fliesenmuster, Fotos oder andere graphischen Elemente verwendet werden. Dazu werden die Spanplatten (Werkstücke) auf einem vorgeschalteten üblichen Bandtransport kontinuierlich mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 15 bis 25 m/min und einer Lücke von einer Plattenlänge zwischen jeweils zwei Spanplatten bereitgestellt. Höhere Geschwindigkeiten sind möglich. Zudem können auch andere Werkstücke 4, beispielsweise aus Metall, Kunststoff, Holz, Pappe, Papier oder anderen Materialien bedruckt werden.
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In den 2 und 3 ist eine Fördervorrichtung ohne den darüber angeordneten Drucker, insbesondere den Digitaldrucker, gezeigt. Die Fördervorrichtung umfasst elektrische Direktantriebe 5 und 5', die jeweils eine Zahnriemenscheiben antreiben. Beide Zahnriemenscheiben treiben jeweils einen umlaufenden Zahnriemen 10 an. Die beiden parallel geführten Zahnriemen 10 sind mit einer Vielzahl von Werkstückträgern 7 verbunden, die zusammen mit den Zahnriemen 10 umlaufend nach Art eines Transportbandes bewegt werden. Die umlaufenden Werkstückträger 7 sind dabei als metallische Balken bzw. Stahltraversen ausgebildet, welche randseitig auf den umlaufenden Zahnriemen 10 befestigt sind.
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An der Oberseite jedes Werkstückträgers 7 sind mehrere Befestigungsmittel 12 in Form von Saugelementen vorgesehen, die über Unterdruck auf den Befestigungsmitteln abgelegte plattenförmige Werkstücke 4 ansaugen und an den Werkstückträgern 7 fixieren. Hierfür sind die als Hohlprofile ausgebildeten Werkstückträger 7 mit Vakuumerzeugungseinheiten 6 verbunden, welche innerhalb einer Rahmenkonstruktion 60 und entlang von Kanälen einen Unterdruck erzeugen, der dann über Öffnungen oder Schlitze an dem Zahnriemen 10 in die Befestigungsmittel 12 eingespeist wird, um die Werkstücke 4 zu fixieren. Der Unterdruck an den Befestigungsmitteln 12 wird dabei nur über einen Teil der oberen Wegstrecke der Werkstückträger 7 angelegt, damit bereits bedruckte Werkstücke 4 am Ende der Fördervorrichtung freigegeben werden.
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Es sich auch möglich, statt der gezeigten Saugelemente mechanische oder magnetische Befestigungsmittel zur Fixierung der Werkstücke 4 einzusetzen.
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Ferner ist eine zwischen den Zahnriemen 10 etwa mittig angeordnete metallische Führungsschiene 8 vorgesehen, wie dies in den 5 und 6 gezeigt ist. Die Führungsschiene 8 ist auf einem in Förderrichtung ausgerichteten Längsträger 80 fixiert, der als Stahlprofil ausgebildet ist und an einem Gestell der Fördervorrichtung festgelegt ist. Zur exakten Führung der Werkstückträger 7 greifen an gegenüberliegenden Seiten der Führungsschiene 8 seitliche Führungsrollen 20 an die um eine vertikale Achse drehbar gelagert sind. Jede Führungsrolle 20 kann dabei mit einer gewissen Vorspannung gegen die Führungsschiene 8 gedrückt werden. Zudem kann die Lagerung der Führungsrollen 20 horizontal und senkrecht zur Förderrichtung verstellt werden, so dass jeder Werkstückträger 7 in horizontale Richtung an der Führungsschiene 8 geführt ist.
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Um die Werkstückträger 7 auch in vertikaler Richtung exakt zu führen, sind an dem Gestell der Fördervorrichtung an gegenüberliegenden Seiten der Führungsschiene 8 Schienen 22 montiert. An der Unterseite jeder Schiene 22 ist eine Rolle 21 geführt, die an einem vertikalen Rollenhalter 23 drehbar gelagert ist. Der vertikale Rollenhalter 23 ist an dem Werkstückträger 7 festgelegt und kann in der Länge verstellbar ausgebildet sein, um eine Positionierung der Werkstückträger 7 in vertikale Richtung vornehmen zu können.
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Die Führungsrollen 20, die Rollen 21, die Führungsschiene 8 sowie die Schienen 22 sind vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl hergestellt. Die Führungsschiene 8 und die Schienen 22 sind im Bereich der Laufbahnen der Führungsrollen 20 bzw., der Rollen 21 mit bearbeiteten ebenen Oberflächen für eine exakte Führung versehen. Die Führungsschiene 8 und die Schienen 22 bestehen beispielsweise aus einem gehärteten Stahl und sind hochpräzise mit einer Toleranz von unter 0,01 mm quer zur Vorschubrichtung ausgerichtet.
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Das Fördern und Bedrucken der Werkstücke 4 wird unter Bezugnahme auf 7 näher erläutert:
Die plattenförmigen Werkstücke 4 werden von einem Transportband 30 kontinuierlich ohne Geschwindigkeitsänderung auf die in 2 und 3 gezeigte Fördervorrichtung übergeben. Die Werkstückträger 7 laufen bei der Aufnahme der Werkstücke 4 um eine Umlenkwalze 31, auf der sich an gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Zahnriemen 10 befindet. Bei der Übernahme werden die Werkstücke 4 von den Saugelementen der Befestigungsmittel 12, welche an den Werkstückträgern 7 festgelegt sind, fixiert, sobald die Saugelemente an die Unterdruckquellen 6 angeschlossen sind. Jedes Werkstück 4 wird dann je nach Länge von zwei bis vier solcher Werkstückträgern 7 aufgenommen und von jeweils mehreren Saugelementen fixiert.
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Auf dem Zahnriemen 10 sind die Werkstückträger 7 befestigt, welche mittig an ihrer Unterseite kugelgelagerte Führungsrollen 20 und seitliche Rollen 21 haben, die an dem Gestell der Fördervorrichtung fixierten Führungsschiene 8 und den Schienen 22 einfädeln.
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Während des Förderns der Werkstücke 4 in Transportrichtung werden die einzelnen Werkstückträger 7 rechts und links von den beiden Zahnriemen 10 gezogen und sind über die unten befestigten kugelgelagerten Führungsrollen 20 und Rollen 21 an der Führungsschiene 8 sowie den Schienen 22 abgestützt, so dass sie quer zur Vorschubrichtung hochpräzise mit einer Toleranz von weniger als 0,01 mm geführt werden.
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Die Zahnriemen 10 rechts und links an der Fördervorrichtung werden über ein Zahnrad mit abgerundeten Flanken zur Verhinderung einer Schwankung der Transportgeschwindigkeit (Verhinderung des „Polygon-Effekts”) angetrieben. Die beiden Zahnriemen 10 haben jeweils einen eigenen elektrischen Direktantrieb 5 bzw. 5', der an die Zahnriemenscheibe angeflanscht ist. Die Zahnriemenscheibe weist vorzugsweise einen Durchmesser von mehr als 400 mm auf. Am Ende der Transportstrecke befindet sich eine Umlenkrolle 32 für jeden Zahnriemen 10, bei dem die Zahlriemen 10 umgelenkt werden und wieder auf der Rückseite unterhalb der Transportstrecke zurückgefördert werden. Die Werkstückträger 7 laufen am Ende der Transportstrecke zunächst in einem leichten Winkel von ca. 10° nach unten, wobei die kugelgelagerten mittigen Führungsrollen 20 sich aus der am Ende abgeschrägten Führungsschiene 8 ausklinken, und werden dann von den Zahnriemen 10 rechts und links der Transportstrecke mitgenommen und unterhalb der Transportstrecke wieder zurückgeführt.
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Der Unterdruck bzw. das Vakuum in den Saugelementen wird durch eine schienenförmige Öffnung in der Fördervorrichtung durch die Zahnriemen 10 hindurch in die Werkstückträger 7 übertragen. Die einzelnen Saugelemente sind mit entsprechend kleinen Öffnungen ausgestattet, so dass auch für die Saugelemente, die nicht durch eine Werkstück 4 belegt sind, nur ein geringer Luftabfluss durchgeht, der das Vakuum nicht zusammenbrechen lässt. Probleme mit sogenannter Fehlluft sind damit ausgeschlossen.
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Über der Fördervorrichtung ist ein Drucker 14 angebracht, der als Digitaldrucker ausgebildet ist und der im Single-Pass-Verfahren Werkstücke 4 bedruckt, die über die Fördervorrichtung gefördert werden. Die Werkstücke 4 werden so geführt, dass sie exakt im vorgegebenen vertikalen Abstand zu Druckköpfen 15 des Druckers 14 und exakt seitlich in der Spur unter den Druckköpfen 15 während des Druckvorganges kontinuierlich mit gleich bleibender Geschwindigkeit hindurch geführt werden.
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Zur exakten Platzierung der Druckfarbe kann eine Erkennungseinrichtung für die aktuelle Position der Werkstücke 4 vorgesehen sein, beispielsweise zur Erfassung einer Vorderkante des Werkstückes für Erfassung des Druckbeginns und eines Druckendes eines Druckbildes in Förderrichtung gesehen. Zudem kann die Erkennungseinrichtung beispielsweise einen an den Werkstückträgern 7 befestigten mitlaufenden Magnetstreifen umfassen, der von einem feststehenden Sensor mit hoher Frequenz von z. B. 10 kHz abgetastet wird. Alternativ kann die Erkennungseinrichtung auch durch ein sehr präzises Reibrad auf einem der Zahnriemen oder durch andere z. B. optische Kameras oder Laserlichtschranken realisiert werden. Durch die Verwendung einer Erkennungseinrichtung zur Erfassung der Position der Werkstücke 4 auf den Werkstückträgern 7 ist es möglich, den Drucker 14 abhängig von der Geschwindigkeit der Werkstücke 4 zu steuern. Ist die Transportbewegung der Werkstücke 4 etwas langsamer, kann der Drucker 14 durch proportionale Verlangsamung der Druckgeschwindigkeit die langsamere Transportbewegung kompensieren. Umgekehrt kann bei einer schnelleren Transportbewegung der Werkstücke 4 auch die Druckgeschwindigkeit proportional erhöht werden, so dass im Ergebnis auch bei Änderungen in der Geschwindigkeit der Werkstücke 4 ein optimales Druckbild mit hoher Qualität erhalten wird.
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Die Erfassungseinrichtung für die Erfassung der Fördergeschwindigkeit des zu bedruckenden Werkstückes 4 ist im Bereich des Druckers 14 angeordnet, vorzugsweise unterhalb des Druckers 14, so dass die Fördergeschwindigkeit der Werkstücke 4 in diesem Bereich gemessen wird. Abweichungen in der Fördergeschwindigkeit werden eine elektronische Steuerungseinrichtung weitergeleitet, die die Daten verarbeitet und dann die Druckgeschwindigkeit der einzelnen Druckköpfe 15 steuert.
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Nach dem Druck können ein oder mehrere Trocknungsstationen für die bedruckten Werkstücke 4 je nach Art der verwendeten Drucktinte vorgesehen werden.
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Es ist selbstverständlich möglich, eine Reihe unterschiedlicher weiterer Ausprägungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umzusetzen. Beispielsweise können die Werkstückträger größer dimensioniert werden, so dass ein Werkstück 4 von einem einzigen Werkstückträger 7 aufgenommen werden kann. Die Werkstückträger 7 müssen auch nicht an einem Zahnriemen 10 unterhalb der Transportvorrichtung wieder zurücklaufen, sondern können seitlich geführt auf der gleichen Ebene der Transportvorrichtung zurücklaufen. Die möglichen Ausprägungsformen der Werkstückträger 7 und der Befestigungsmittel sind vielfältig, je nach Anforderungen durch die gegebenen Werkstücke 4. Bei kleineren Werkstücken wird die Ausprägungsform der Werkstückträger 7 entsprechend kleiner sein, so dass die Werkstücke 4 sicher befestigt werden und nicht in die Zwischenräume der Werkstückträger hindurch fallen oder ungenau zum Liegen kommen.
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Die Führung der Werkstückträger 7 kann auch über eine Führungseinrichtung mit mindestens einer Profilschiene erfolgen, auf der an den Werkstückträgern 7 festgelegte Gleitelemente geführt sind. Dadurch kann auf die kugelgelagerten Rollen verzichtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorschubrichtung
- 2
- horizontale Achse
- 3
- vertikale Achse
- 4
- Werkstück
- 5
- Antrieb
- 6
- Einheit zur Vakuumerzeugung
- 7
- Werkstückträger
- 8
- Führungsschiene
- 9
- Vakuumschlauch
- 10
- Zahnriemen
- 11
- Gestell
- 12
- Saugelement
- 14
- Drucker
- 15
- Druckköpfe
- 20
- Führungsrollen
- 21
- Rollen
- 22
- Schiene
- 23
- Rollenhalter
- 30
- Transportband
- 31
- Umlenkwalze
- 32
- Umlenkrolle
- 60
- Rahmenkonstruktion
- 80
- Längsträger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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