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Die Erfindung betrifft eine, insbesondere als Digitaldruckvorrichtung ausgebildete, Druckvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für senkrecht zu einer Substratförderrichtung gemessen vergleichsweise breite Substrate von vorzugsweise über 1m Breite bis etwa 10m Breite oder breiter.
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Gattungsgemäße Druckvorrichtungen sind seit vielen Jahren bekannt und im praktischen Einsatz. Sie werden in den unterschiedlichsten Größen und mit unterschiedlichsten Tintenbestückungen eingesetzt. Insbesondere im visuellen Druckmarkt werden Digitaldruckvorrichtungen verwendet, die es ermöglichen, Substrate mit einer Breite von bis 10m zu bedrucken, wobei die Substratart variiert. Häufig sind die bekannten Digitaldruckvorrichtungen als Rollendruckvorrichtungen ausgebildet, bei welchen das zu bedruckende Substrat von einer Rolle abgerollt und das bedruckte Substrat nach dem Druckvorgang wieder aufgerollt wird.
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Die größte Herausforderung von solchen Druckvorrichtungen besteht darin, es zu ermöglichen, dass mit ein und derselben Digitaldruckvorrichtung vollkommen unterschiedliche Substrate, beispielsweise Folien und/oder. Papiere bedruckt werden können. Wichtig bei sämtlichen Digitaldruckvorrichtungen ist es dabei, dass das Substrat möglichst plan und gleichmäßig unter dem Druckkopf hindurchgeführt wird.
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Im Allgemeinen werden die zur Anwendung kommenden Druckfarben, insbesondere Drucktinten nass-in-nass verdruckt, und dies, wie bereits angedeutet meist von Rolle zu Rolle. Um kontinuierlich arbeiten, d.h. das Substrat bedrucken zu können, muss während des Druckvorgangs die Druckfarbe bzw. Drucktinte getrocknet werden, um das zu bedruckende Substrat, ohne dass es verklebt, aufrollen zu können.
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Unabhängig davon, ob das Substrat von Rolle zu Rolle transportiert wird oder nicht, ist von entscheidender Bedeutung für das Druckergebnis, dass eine möglichst exakte Verteilung der mit Hilfe von Heizmitteln erzeugten Wärme über die komplette Druckbreite bei gleichzeitig robuster Ausführung der Druckvorrichtung erfolgt. Insbesondere bei temperaturempfindlichen Substraten, wie Polyesterfolien bzw. -fasern, darf die Temperaturschwankung des Substratträgers über die Druckbreite 3°C nicht überschreiten.
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Aus der
US 2010/0157006 A1 ist eine Druckvorrichtung bekannt, bei der zwischen einer Kontaktplatte für das Substrat (Heizplatte) und einer Trägerplatte eine Heizung angeordnet ist, wobei die Trägerplatte und die Heizplatte mithilfe von Schrauben gegeneinander verspannt sind, wobei die Schraubenköpfe der Schrauben mit Abstand zur Kontaktfläche der Heizplatte innerhalb von Aufnahmebohrungen angeordnet sind.
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Zum weiteren Stand der Technik werden die
JP 2003182168 A , die
EP 1 726 446 A1 und die
US 2002/0067401 A1 genannt.
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Druckvorrichtung anzugeben, mit welcher eine gute, gleichmäßige Wärmeverteilung über den Substratträger und damit das darauf aufliegende, insbesondere entlang transportierte Substrat gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer Druckvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, als Substratträger nicht eine einfache Metallplatte vorzusehen, sondern stattdessen ein Materialkomposit, umfassend die eigentliche, dem Substrat zugewandte Heizplatte aus Metall, eine auf der vom Substrat abgewandten Seite der Heizplatte angeordnete, insbesondere nichtmetallische Wärmeverteilungsschicht, die ganz besonders bevorzugt Graphit umfasst oder aus Graphit besteht sowie eine auf der von der Heizplatte abgewandten Seite der Wärmeverteilungsschicht angeordnete Trägerplatte, insbesondere aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus Kunststoff. Die Wärmeverteilungsschicht hat dabei die Aufgabe, die Wärme gleichmäßig über die Breitenerstreckung der Heizplatte zu verteilen. Um dies zuverlässig zu gewährleisten und um gleichzeitig eine gute Festigkeit bzw. Stabilität des Materialkomposits zu gewährleisten sind die vorgenannten drei Schichten (Heizplatte, Wärmeverteilungsschicht und Trägerplatte) von einer Vielzahl von voneinander beabstandeten und vorzugsweise zumindest näherungsweise gleichmäßig verteilt und besonders bevorzugt matrixartig angeordneten Fixierelementen aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere Metall, bevorzugt Kupfer oder einer Kupferlegierung durchsetzt, wobei die Fixierelemente so ausgebildet und angeordnet sind, dass mit diesen die die Wärmeverteilungsschicht sandwichartig zwischen sich aufnehmenden Heizplatte und Trägerplatte gegeneinander verspannt sind. Wie später noch erläutert werden wird ist es besonders bevorzugt, wenn es sich bei den Fixierelementen um sogenannte Stanznieten handelt, die noch weiter bevorzugt im Stanznietverfahren eingebracht werden/wurden und somit für eine optimale Festigkeit des Materialkomposits, d.h. der Mehrschichtanordnung Sorge tragen. Dadurch, dass die Fixierelemente sowohl die Wärmeverteilungsschicht als auch Heizplatte durchsetzen ist ein optimaler Wärmeübergang zwischen der Wärmeverteilungsschicht und der Heizplatte gegeben, wodurch Temperaturschwankungen über die Breite der Heizplatte auf ein Minimum von vorzugsweise maximal ± 3°C, vorzugsweise maximal ± 2°C, noch weiter bevorzugt maximal ± 1°C gewährleistet werden können. Die vorzugsweise als Niete oder alternativ beispielsweise als Schrauben-Mutterkombination ausgebildeten Fixierelemente erzeugen im Bereich der Heizplatte ein flächiges, bevorzugt zumindest näherungsweise kreisförmiges Wärmefeld, wobei die Fixierelemente bevorzugt so angeordnet werden, dass sich die Wärmefelder benachbarter Fixierelemente möglichst geringfügig überlappen. Hierdurch kann eine schnelle und gleichmäßige Wärmeverteilung in der Heizplatte erreicht werden. Der erfindungsgemäß ausgestaltete Substratträger bietet jedoch auch Vorteile nach dem Abschalten der Wärmequelle oder Reduzieren der Heizleistung, da durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine möglichst schnelle und vor allen Dingen gleichmäßige Temperaturreduzierung der Heizplatte erreicht wird, um somit Temperaturschäden des zu druckenden Substrates zu vermeiden. Gleichzeitig gewährleistet die Vielzahl von Fixierelementen eine gute Stabilität des Substratträgers. Ein weiterer Vorteil sind die mittels des erfindungsgemäßen Substratträgers erzielbaren verkürzten Aufheizzeiten, wodurch Energie und damit Kosten eingespart werden können.
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Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der Heizplatte gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Wenn als Heizmittel Induktionsheizmittel eingesetzt werden, mit denen Wirbelströme in der Heizplatte erzeugt werden sollen ist es bevorzugt, wenn es sich bei dem Heizplattenmaterial um ein magnetisierbares (magnetisches) Material handelt. Ganz besonders bevorzugt ist die Heizplatte aus sogenanntem magnetischem Edelstahl ausgebildet, um hierdurch gleichzeitig eine hohe Festigkeit gegen Abrieb für den Fall des Vorsehens einer Relativbewegung zwischen Substrat und Substratträger in einer Förderrichtung des Substrates zu gewährleisten.
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Auch im Hinblick auf die Ausgestaltung der Trägerplatte gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt ist die Trägerplatte, insbesondere für den Fall der Ausbildung der Heizmittel als Induktionsheizung aus einem nichtmagnetischen Material, insbesondere Metall ausgebildet. Besonders eignet sich Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Alternativ ist es denkbar geeignete temperaturbeständige Kunststoffe als Trägerplattenmaterial einzusetzen.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Druckvorrichtung um eine Digitaldruckvorrichtung, bei der eine Relativbewegung des Substrates zu einer Breitenerstreckung der Heizplatte erzeugt wird. Im Falle des Vorsehens eines Digitaldruckkopfes bewegt sich dieser bevorzugt parallel zur Breitenerstreckung des Substratträgers hin und her. Grundsätzlich ist es dabei denkbar das Substrat ortsfest anzuordnen und den Druckkopf zusätzlich zu einer Hin- und Herbewegung in Richtung der Breitenerstreckung der Heizplatte senkrecht hierzu zu verstellen. Zweckmäßig ist jedoch eine Anordnung, bei der das Substrat aktiv mit geeigneten Verstellmitteln, insbesondere von Rolle zu Rolle entlang der Heizplatte senkrecht zu deren Breitenerstreckung verstellt wird. Die Druckvorrichtung muss jedoch nicht zwingend als Digitaldruckvorrichtung ausgebildet sein, sondern es können grundsätzlich beliebige Druckmittel den zuvor diskutierten Druckkopf ersetzen.
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Wie ebenfalls erläutert ist es zwar bevorzugt, wenn die Heizmittel Induktionsheizmittel umfassen oder als solche ausgebildet sind um durch Erzeugen von Wirbelströmen in der Heizplatte diese auf die gewünschte Temperatur von vorzugsweise zwischen 150°C und etwa 250°C, ganz besonders bevorzugt von etwa 200°C zu erhitzen. Es ist jedoch möglich und liegt im Rahmen der Erfindung zusätzlich oder alternativ andere Heizmittel, wie eine Widerstandsheizung, eine Infrarotstrahlerheizung und/oder eine Keramikstrahlerheizung zum Erhitzen der Heizplatte vorzusehen.
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Um eine gute Verankerung der Fixierelemente zu erleichtern und um eine Spannkraft in Richtung der Längserstreckung der Fixierelemente, insbesondere senkrecht zur Flächenerstreckung des Substratträgers aufbringen zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Fixierelemente zumindest im Bereich ihres heizplattenseitigen Endes einen Senkkopf aufweisen, der bevorzugt eine konische Form aufweisen kann, um die Fixierelemente so in der Heizplatte zu versenken und gleichzeitig in Richtung der Längserstreckung der Fixierelemente in der Heizplatte abzustützen, dass eine dem Substrat zugewandte Kontaktoberfläche des Substratträgers, die wie erläutert bevorzugt unmittelbar von der Heizplatte selbst gebildet wird, flächenbündig ist mit der Außenoberfläche der Heizplatte, welche bevorzugt dann zusammen mit den Stirnseiten der Senkköpfe die. Kontaktoberfläche für das Substrat bildet. Bevorzugt weisen die Fixiermittel auch auf der von der Heizplatte abgewandten Seite einen Senkkopf auf, mit welchem sie in der Trägerplatte versenkt sind, noch weiter bevorzugt so, dass sie planeben mit der Außenfläche der Trägerplatte, d.h. flächenbündig abschließen.
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Im Hinblick auf die Verteilung der Fixierelemente über die Flächenerstreckung der Heizplatte, insbesondere in einem mit dem Substrat in Kontakt kommenden Bereich gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, wobei es grundsätzlich bevorzugt und sinnvoll ist, die Fixierelemente gleichmäßig über zumindest den größten Teil der Flächenerstreckung der Heizplatte verteilt, insbesondere matrixartig anzuordnen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass die Fixierelemente in parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Fixierelemente jeder Reihe bevorzugt gleich voneinander beabstandet sind und jeweils zwei benachbarte parallele Reihen in Richtung der Längserstreckung der Reihen versetzt zueinander angeordnet sind, und zwar um die Hälfte des Abstandes zweier benachbarter Fixierelemente einer Reihe zueinander, so dass immer fünf Fixierelemente in der Art einer Spielwürfel-Fünf-Anordnung angeordnet sind, d.h. derart, dass vier Fixierelemente die Ecken eines gedachten Quadrates besetzen und ein weiteres Fixierelement auf dem Schnittpunkt der Diagonalen von schräg gegenüberliegenden Fixierelementen, d.h. mittig im Quadrat angeordnet ist.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass die Wärmeverteilungsschicht, die aus einem von dem Material der Heizplatte unterschiedlichen Material ausgebildet ist, unmittelbar an die Heizplatte angrenzen zu lassen, wobei dann zumindest weitgehend sichergestellt werden sollte, dass die Wärmeverteilungsschicht zur unmittelbaren Anlage an der Heizplatte kommt, um somit Lufteinschlüsse, die den Wärmeübergang negativ beeinflussen, weitgehend zu vermeiden. Konstruktiv besonders vorteilhaft zur Vermeidung von Lufteinschlüssen ist eine alternative Ausgestaltungsvariante, wonach zwischen Heizplatte und Wärmeverteilungsschicht eine Ausgleichsschicht vorgesehen ist, die bevorzugt aus einem temperaturbeständigen Material ausgebildet ist. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein elastomeres Material, ganz besonders bevorzugt um eine Schicht aus Silikon. Insgesamt ist es bevorzugt, wenn der Ausgleichsschicht zusätzlich gute Wärmeübergangseigenschaften und/oder Klebeeigenschaften zukommen, wie dies bei Silikonmaterial der Fall, um somit die Festigkeit der Verbindung der unterschiedlichen Schichten des Substratträgers weiter zu verbessern.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass die Heizplatte des Substratträgers mit einer abriebsfesten Beschichtung, beispielsweise einem Lack oder einer Pulverbeschichtung versehen ist. Dies ist jedoch nicht nur fertigungstechnisch aufwändiger, sondern der Wärmebedarf steigt je nach Ausbildung der Schicht. Darüber hinaus ist die mechanische Beanspruchung durch Reibung bei einer bevorzugten Relativbewegung zwischen Substratträger und Heizplatte so groß, dass die entsprechenden Schutzschichten nur eine geringe Standzeit aufweisen. Es hat sich daher als vorteilhaft herausgestellt, dass das Heizplattenmaterial, insbesondere magnetischer Edelstahl unmittelbar die Kontaktoberfläche für das Substrat bildet, d.h. dass das Substrat unmittelbar die Heizplatte kontaktiert.
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Wie erwähnt können die Fixierelemente auf unterschiedlichste Weise ausgestaltet sein, ganz besonders bevorzugt als Niete, noch weiter bevorzugt als Stanzniete. Möglich ist jedoch auch das Vorsehen der Schrauben-Mutter-Kombination oder auf sonstige Weise ausgestaltete Fixierelemente, die gewährleisten die Heizplatte und die Trägerplatte unter Einschluss der Wärmeleitschicht gegeneinander senkrecht zur Flächenerstreckung zu verspannen.
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Ganz besonders bevorzugt ist dabei eine Anordnung der Fixierelemente, bei der der Abstand von jeweils benachbarten Fixierelementen aus einem Wertebereich zwischen 1cm und 2,5cm, vorzugsweise zwischen 1,5cm und 2cm gewählt ist, wobei es sich bei dem vorgenannten Abstand ganz besonders bevorzugt um einen diagonalen Abstand handelt zwischen benachbarten Fixierelementen benachbarter Reihen. Insbesondere bei einer zuvor diskutierten Würfel-Fünf-Anordnung von Fixierelementen weisen die vier äußeren Fixierelemente bevorzugt vorgenannten Abstand zu der Mitte des Quadrates angeordneten Fixierelement auf.
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Auch im Hinblick auf die Dickenverstreckung der Schichten des Substratträgers gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Als besonders bevorzugt hat es sich erwiesen wenn die bevorzugt aus magnetischem Edelstahl ausgebildete Heizplatte eine Dicke aus einem Dickenbereich zwischen etwa 2,5mm und 5mm, vorzugsweise zwischen 3mm und 4mm aufweist und/oder wenn die Dicke der aus Graphit ausgebildeten oder zumindest graphithaltigen Wärmeverteilungsschicht aus einem Wertebereich zwischen 4mm und 9mm, vorzugsweise zwischen 5mm und 8mm gewählt ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
- 1: eine schematische Darstellung einer als Rollendruckvorrichtung ausgebildeten Digitaldruckvorrichtung,
- 2: eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Substratträgers der. Druckvorrichtung gemäß 1, und
- 3: eine Detailschnittansicht durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Substratträgers für eine Druckvorrichtung.
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In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist stark schematisiert eine als Digitaldruckvorrichtung ausgebildete Druckvorrichtung 1 gezeigt. Diese ist als Rollendruckvorrichtung ausgebildet und weist eine abwickelnde Substratrolle 2 für (noch) unbedrucktes Substrat 4 sowie eine aufwickelnde Substratrolle 3 für bedrucktes Substrat 4 auf, wobei während des Druckvorgangs ein bahnförmiges Substrat 4 von der abwickelnden Substratrolle 2 als Druckkopf 5 ausgebildeten Druckmitteln hindurch in einer Substratförderrichtung 6 zur aufwickelnden Substratrolle 3 transportiert wird.
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Dabei wird das Substrat 4 über einen Substratträger 7 transportiert, auf welchem sich das Substrat 4 abstützt.
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Unterhalb des Substratträgers 7 befinden sich Heizmittel 8, 9. Weiterhin sind zusätzliche Heizmittel 10, 11 als sogenannte Heizbrücke vorgesehen, die den Substratträger 7 in Breitenrichtung überspannen.
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Die in der Zeichnungsebene linken Heizmittel 8, 10 dienen im wesentlichen dem Aufheizen des Substratträgers 7 in einem Bereich vor dem Druckkopf 5, so dass im Bereich des Druckkopfes 5 die optimale Substrattemperatur erreicht ist, während die in der Zeichnungsebene rechten Heizmittel 9, 11 zum gezielten Abkühlen des Substratträgers 7 und damit des Substrates 4 dienen. Die Heizmittel 8, 9, 10, 11 können zumindest teilweise als Induktionsheizung ausgebildet sein, um durch Erzeugen von Wirbelströmen in dem Substratträger 7, insbesondere einer später noch zu erläuternden Heizplatte des Substratträgers 7 diesen zu erhitzen.
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Um eine optimale Wärmeverteilung in Richtung einer Breite B (vgl. 2) des Substratträgers 7 zu erreichen ist letzterer, wie sich insbesondere aus der Schnittansicht gemäß 3 ergibt, mehrschichtig aufgebaut. Der Substratträger 7 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Heizplatte 12 aus magnetischem Edelstahl mit einer bevorzugten Dicke zwischen 3mm und 4mm.
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Die Heizplatte 12 bildet in dem gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar eine Kontaktoberfläche 13 zur Kontaktierung des in 3 nicht gezeigten Substrates.
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Ferner umfasst der Substratträger 7 eine Wärmeverteilungsschicht 14 aus einem von dem Material der Heizplatte 12 abweichenden, insbesondere nichtmagnetischem Material, hier Graphit mit einer bevorzugten Dicke zwischen 5mm und 8mm.
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Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen zwischen der Heizplatte 12 und der Wärmeverteilungsschicht 14 ist zwischen diesen eine Ausgleichsschicht 15 aus hitzebeständigem Silikon vorgesehen.
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Unmittelbar unten an die Wärmeverteilungsschicht 14 grenzt eine Trägerplatte 16, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Aluminiumlegierung an.
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Heizplatte 12 und Träge.rplatte 16 sind gegeneinander, d.h. senkrecht zu ihrer Flächenerstreckung gegeneinander unter Klemmung der Wärmeverteilungsschicht 14 gegeneinander verspannt mit Hilfe von in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Stanzniete ausgebildeten Fixierelementen 17, die sämtliche Schichten des Substratträgers 7 durchsetzen.
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Die Fixiermittel 17 wurden in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Stanznietverfahren eingebracht und durchsetzen entsprechende Durchgangsöffnungen in den Schichten. Zu erkennen ist, dass die Fixierelemente 17 im Bereich ihres heizplattenseitigen Endes jeweils einen (oberen) Senkkopf 18 aufweisen, der sich konisch Richtung Kontaktoberfläche 13 verbreitert. Die Stirnseiten 19 der oberen Senkköpfe 18 schließen flächenbündig mit der Kontaktoberfläche, d.h. der Außenseite der Heizplatte 12 ab.
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Der (maximale) Durchmesser D (Kopfdurchmesser) der oberen Senkköpfe 18 ist bevorzugt aus einem Bereich zwischen 4mm und 6mm gewählt.
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Zu erkennen ist ferner in 3, dass die Fixiermittel 17 auch untere Senkköpfe 19 aufweisen, mit welchen sie in der Trägerplatte 16 flächenbündig mit deren unterer Außenseite abschließen.
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Aus 2 ist die gleichmäßige Verteilung der Fixierelemente 17 gezeigt. Zu erkennen ist, dass die Fixierelemente 17 matrixartig in Reihen R1, R2, R3 angeordnet sind, wobei jeweils zwei benachbarte, parallele Reihen in Richtung der Längserstreckung der Reihen versetzt angeordnet sind, und zwar um den halben Abstand von Fixierelementen in einer jeweiligen Reihe. Hierdurch ergeben sich Fünfergruppenanordnungen von Fixierelementen 17, wobei der Abstand von jeweils vier äußeren solcher Fixierelemente zu dem mittleren Fixierelement 17 mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet ist und aus einem Wertebereich zwischen 1,5cm und 2cm gewählt ist. Bevorzugt sind auch die Fixierelemente 17 jeder Reihe um den gleichen Abstand A voneinander beabstandet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckvorrichtung
- 2
- abwickelnde Substratrolle
- 3
- aufwicklende Substratrolle
- 4
- Substrat
- 5
- Druckkopf (Druckmittel)
- 6
- Substratförderrichtung
- 7
- Substratträger
- 8
- Heizmittel
- 9
- Heizmittel
- 10
- Heizmittel
- 11
- Heizmittel
- 12
- Heizplatte
- 13
- Kontaktoberfläche
- 14
- Wärmeverteilungsschicht
- 15
- Ausgleichsschicht
- 16
- Trägerplatte
- 17
- Fixierelemente
- 18
- obere Senkköpfe
- 19
- untere Senkköpfe.
- A
- (Diagonal-) Abstand
- B
- breite Substratträger
- D
- Kopfdurchmessersenkköpfe
