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Die Erfindung betrifft eine Felge für ein Fahrradrad.
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Es ist allgemein üblich geworden, auf Fahrradfelgen verschiedene Zeichen, Bilder, Begriffe und andere Grafiken anzubringen. Im Zuge der weit verbreiteten Akzeptanz von Hochprofilfelgen bei Profi-Rennfahrern und Amateuren gleichermaßen haben die Hersteller die „Werbe“-Möglichkeiten erkannt, die sich durch eine solch große Felgenfläche bieten. Ein gutes Beispiel einer solchen Felge ist in
U.S.-Patent Nr. 7,114,785 dargestellt, das auf ein „Scheiben“-Rad für ein Fahrrad gerichtet ist. Das Patent beschreibt sowohl eine kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffkonstruktion als auch Oberflächenmerkmale.
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Fahrradfelgen, z. B. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff- (CFRP) Fahrradfelgen, werden zunehmend auf eine Reihe herkömmlicher Verfahren mit herkömmlichen Materialien etikettiert, markiert oder beschichtet. Bezüglich der grafischen Markierung einer Felge sehen die herkömmlichen Verfahren typischerweise eine Form von Kontaktdruck vor, bei der Druckfarbe auf ein Schild-Foliensubstrat aus z. B. Polyvinylchlorid, Polyester, Polyolefin, Polycarbonat und/oder Zellulose (kalandriertes Holzfaserpapier) aufgebracht wird. Das Drucken der Grafiken erfolgt z. B. durch Siebdruck, Offsetdruck, Thermodruck oder Tintenstrahldruck. Das bedruckte Substrat, auf dessen Rückseite (d. h. auf die nicht bedruckte Oberfläche) typischerweise ein druckempfindlicher Kontaktkleber aufgebracht ist, wird auf die passende Form und Größe gestanzt, damit es wie gewünscht auf die Felge passt.
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Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung eines Schildes besteht aus einem Substrat, das aus einem ausgehärteten aufgedruckten Druckfarbenharz mit einer bedruckten Kleberschicht besteht, auf ein beschichtetes Papier oder einen Harzträgerfilm aufgebracht und später entfernt wird, indem der Träger/das Schild in Wasser oder eine Kohlenwasserstoff-Lösungsmittellösung getaucht wird, um den Druckfarbenfilm vom Träger zu entfernen. Der kompakte Druckfarbenfilm wird dann sorgfältig auf das Aufnahmeteil oder Objekt aufgebracht und danach mit leichtem Druck beaufschlagt, um das Lösungsmittel größtenteils zu entfernen, mit Wärme, typischerweise in einem Ofen, ausgehärtet, um den Kleber zu aktivieren und dadurch das Druckfarbenharz mit dem aufnehmenden Substrat zu verbinden.
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Ein anderes herkömmliches Druckverfahren zur grafischen Markierung einer Felge ohne Zwischensubstrat ist als Tampondruck bekannt. Beim Tampondruck wird ein Silicon-Kautschukstempel oder Tampon verwendet, der eine Farbform oder ein Bild von einer Platte überträgt, in die eine grafische Form geätzt oder graviert ist und dann mit Druckfarbe gefüllt wird und durch Kontakt mit dem Kautschukstempel auf dem Aufnahmeteil aufgebracht wird.
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Es ist bekannt, dass Fahrradfelgen unebene Oberflächen oder Oberflächenmerkmale haben, um aerodynamische Vorteile zu erzielen. Eine CFRP-Felge wird beispielsweise mit einer Mehrzahl Oberflächenmerkmalen in Form von „Nippeln“ hergestellt, die sich als überraschend wirksam bei der Reduzierung des Widerstandwerts der Felge eines Fahrrads erwiesen haben. Des Weiteren kann der Prozess zur Entwicklung von Werkzeugen für die Herstellung von CFRP-Felgen mit Oberflächenmerkmalen teuer sein. Leider werden bei der allgemein praktizierten Drucktechnologie bereits vorhandene Oberflächenmerkmale verdeckt, was die Wirksamkeit der Merkmale erheblich einschränken kann.
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Die aktuellen Verfahren zur industriellen Markierung einer Felge wie oben kurz angegeben haben technische Nachteile, von denen einige nachstehend beschrieben werden:
- • Bedrucktes Schild mit druckempfindlichem Kleber, d. h. ein selbstklebender Aufkleber - wahrscheinlich das am weitest verbreitete Verfahren zur Markierung - die grafische Bildgröße kann aufgrund der Haftfähigkeit des Substrats begrenzt sein; grafische Formen sind durch die Komplexität des Stanzens des Substrats begrenzt; das Substrat das Schildes kann sich nicht einwandfrei an die nicht ebenen Oberflächenmerkmale anpassen; das Substrat hat eine erhebliche Masse; die relative Härte des Substrats steht der Langlebigkeit entgegen; Kleberbindung ist nicht dauerhaft.
- • Mit Lösungsmittel aufgebrachtes Schild, bei dem der Kleber durch Trocknen ausgehärtet wird - ungeeignet für nicht ebene Geometrie; Felgendefekte zerstören das Schild; lange Trocknungsphase; muss von Hand aufgebracht werden.
- • Mit Wasser aufgebrachtes Schild - Decklackschicht erforderlich; ungeeignet für nicht ebene Geometrie; Felgendefekte beschädigen das Substrat während des Aushärtungsprozesses; muss von Hand aufgebracht werden.
- • Direktsiebdruck - Aufnahmeoberfläche der Felge lässt dieses Verfahren nicht zu, wenn die Felge nicht hinreichend eben oder glatt ist.
- • Direkter Tampondruck - große Grafikfläche schließt das Aufbringen aus.
- • Laserätzen - keine Farben möglich; geringer Kontrast; große Grafiken zu teuer.
- • Farbsublimation eines Offset-Druckbildes - durch Fehlen des weißen Pigments werden die Farben nicht sichtbar.
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Aus der obigen Auflistung ist zu ersehen, dass das Anbringen von Grafiken und/oder Oberflächenmerkmalen auf Fahrradfelgen, speziell Kohlenstofffaser-Felgen, eine Herausforderung darstellen kann, wenn kostengünstige, qualitativ hochwertige permanente Grafiken gewünscht werden, die die Funktion der Felge nicht negativ beeinflussen. Deshalb besteht ein Bedarf für ein qualitativ hochwertiges Druckverfahren und ein System zum Bedrucken von Fahrradfelgen. Die Erfindung erfüllt diesen Bedarf.
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Aus
DE 298 18 776 U1 ist eine Fahrradfelge bekannt, deren Oberfläche mit einem farbig bedruckten Aufkleber und einer den Aufkleber überdeckenden Schutzfolie beklebt ist.
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Ferner offenbart
DE 20 2006 014 584 U1 einen Gebrauchsgegenstand aus eloxiertem Aluminium, dessen Oberfläche mit einem Untereloxal-Druckverfahren im Vierfarbdruck bedruckt ist.
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Des Weiteren offenbart
WO 2005/100050 A2 einen Reifen für einen Rennwagen, dessen Flanke mit farbigen Kennzeichnungen bedruckt ist, die beispielsweise eine verwendete Gummimischung anzeigen.
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Die Erfindung stellt eine Felge für ein Fahrradrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. In Anbetracht des derzeitigen Bedarfs an einer verbesserten bedruckten Fahrradfelge und Verfahren dafür wird eine kurze Zusammenfassung von Ausführungsbeispielen der Erfindung präsentiert. In der folgenden Zusammenfassung, die einige Aspekte der verschiedenen Ausführungsbeispiele herausheben und darlegen, aber den Gültigkeitsbereich der Erfindung nicht einschränken soll, können sich gewisse Vereinfachungen und Auslassungen finden. Ausführliche Beschreibungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, die für den Durchschnittsfachmann geeignet sind, die erfindungsgemäßen Konzepte zu verwirklichen und anzuwenden, folgen in späteren Abschnitten, aber es versteht sich, dass geringfügige Variationen dieser Konzepte durch die Erfindung abgedeckt sind, und insbesondere solche Variationen, die im Wissensstand des Durchschnittsfachmanns liegen.
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Tintenstrahldrucken ist ein relatives neues Druckverfahren, das in den letzten Jahren vor allem dank der Fortschritte auf dem Gebiet der Druckfarbentechnologie und einem verbesserten Verfahren zum Auftragen und Aushärten der Druckfarbe an Bedeutung gewonnen hat. Die Erfindung ist allgemein auf die Verwendung eines Tintenstrahl-Druckmechanismus gerichtet, um kontaktlos gedruckte Grafiken und/oder Oberflächenmerkmale auf eine Bildaufnahmefläche einer Fahrradfelge aufzubringen.
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Die Erfindung sieht allgemein das Auftragen geordneter Farben in Form sehr feiner Tröpfchen der Druckfarbe auf eine Fahrradfelge mittels eines elektromechanischen „Tintenstrahl“-Druckkopfes in einer Abtastbewegung (vor und zurück) entlang X- und Y-Koordinaten in einer waagrechten Ebene vor. Die aufgetragenen Druckfarbentröpfchen können sich zu einer Linie vereinigen und die Linien können sich zur Bildung einer Filmschicht vereinigen. Die Schichten können ferner zu vorher aufgetragenen und ausgehärteten Schichten hinzugefügt werden, um dreidimensionale Merkmale und/oder Muster zu erzeugen.
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Außerdem sieht die Erfindung die Abscheidung geordneter Farben in Form sehr feiner Tröpfchen der Druckfarbe auf eine Fahrradfelge mittels eines elektromechanischen „Tintenstrahl“-Druckkopfes in einer Bewegung entlang X-, Y- und Z-Koordinaten vor. Durch dieses Verfahren wird der Verlust an Genauigkeit und Auflösung eher minimiert, der auftreten kann, wenn Die Druckfarbe mit dem Tintenstrahl-Druckkopf aufgetragen wird und das aufnehmende Substrat einen Abstand von mehr als 6 mm hat.
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Gleichzeitig mit der oder anschließend an das Auftragen der Druckfarbe erfolgt ein Fotopolymerisationshärten der abgeschiedenen Druckfarbe, das durch Einwirken von starkem Ultraviolettlicht (UV) aktiviert wird. Die aufgetragene und ausgehärtete Druckfarbe bildet einen dünnen, gleichmäßigen, dauerhaften grafischen Film, der widrigen Umgebungsbedingungen standhält, d. h. Kratzern, Abrieb, Korrosion, Waschen und Sonnenlicht, die während der Lebensdauer des Produkts auftreten. Das Mittel zum Aushärten der Druckfarbe ist nicht auf UV-Härten beschränkt.
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Es wurde festgestellt, dass dieses Verfahren des Auftragens und Aushärtens der Druckfarbe ein wirksames Mittel zum Auftragen einfacher und mehrfacher Lagen aus Harzdruckfarbe auf eine Fahrradfelge ist, insbesondere z. B. auf ZIPP® FIRECREST® -Felgen, deren Seitenwände über eine erhebliche Spannbreite relativ eben und parallel verlaufen. Da außerdem bei diesem Verfahren zum Auftragen der Druckfarbe kein Kontakt mit der aufnehmenden Oberfläche stattfindet, wie dies bei den früheren Auftragungsverfahren erforderlich war, erweist es sich als äußerst präzise zum Auftragen einer Beschichtung, sei sie grafisch oder anderweitig, auf eine nicht ebene Oberfläche, wobei eine gleichmäßige Lage mit gewünschter Dicke mit dem überraschenden Ergebnis aufgetragen wird, dass die Form und Größe bereits vorhandener Merkmale auf der Oberfläche mit einer Genauigkeit erhalten bleiben, was mit anderen bekannten Techniken nicht ohne weiteres erzielbar ist.
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Während sich Tintenstrahldrucken sich zum Auftragen einer dünnen und gleichmäßigen Filmdicke eignet, kann es aber auch zum selektiven Auftragen und Verbinden mehrerer Lagen Druckfarbe auf die Felgen durch numerische Steuerung eingesetzt werden, wodurch die gewünschten dreidimensionalen geometrischen Muster oder Formen auf der Felgenoberfläche geschaffen werden. Dies bietet ein effektives Mittel zum Optimieren von Größe, Form und Menge der auf der Felgenoberfläche aufgetragenen Oberflächenmerkmale, die den Oberflächenwiderstand der Felge verringern können. Tintenstrahldrucken kann auch andere Arten wünschenswerter Felgenelemente und Vorteile bereitstellen.
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Im Rahmen dieser Offenbarung versteht es sich, dass Oberflächenmerkmale alle dreidimensionalen Elemente umfassen, die bereits vorhandene Merkmale der Felge und/oder dreidimensionale Elemente sind, die auf die Felge mittels Tintenstrahl-Auftragen aufgebracht werden. Unter aufgetragenen Merkmalen sind alle Elemente zu verstehen, die zur Felge durch Tintenstrahl-Auftragen hinzugefügt werden - u. a. Grafiken, dreidimensionale Elemente, die die Form von Oberflächenmerkmalen haben könnten, und gleichmäßigen Materialschichten.
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Ein anderer Nutzen dieses Auftragungsverfahrens und seiner inhärenten Effizient gestattet den Wegfall des Substrats mit Kleberrückseite, das bei herkömmlichen Verfahren verwendet wird. Durch den Wegfall des Substrats und nur durch das Auftragen der Druckfarbe auf die Felge kann eine vorsichtig geschätzte Gewichtseinsparung von über 30 Gramm erzielt werden. Der Wegfall des Substrats und der Bearbeitungsschritte, z. B. Stanzen, Nacharbeiten und Zusammenbau, die sich an einen herkömmlichen Druckprozess anschließen, erbringt Kosteneinsparungen von über 90 %.
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Ferner kann das gleiche Druckverfahren als Mittel genutzt werden, um eine Fahrradfelge selektiv präzise mit einer Schutzschicht (Lack) zu beschichten, was mit herkömmlichen Verfahren nicht erreichbar ist. Ein Beispiel hierfür wäre die Beschichtung einer vertieften Öffnung oder eines vertieften Merkmals, das als Verschleißanzeige eines Bremsführungsbelags einer Radfelge dient. Die bestehende Praxis sieht mehrere Schritte und eine bestimmte Reihenfolge der Operationen vor, wodurch der Herstellungsprozess erheblich kosten- und zeitaufwändiger wird.
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Ferner wird beim kontaktlosen Drucken inhärent die Beaufschlagung grundsätzlich ebener FRP-Oberflächen mit seitlichen Lasten - außerhalb der Ebeneverhindert, die zur Aufnahme von Lasten in der Ebene konzipiert sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Felge bereitgestellt, deren Oberflächenmerkmale so dimensioniert und geformt sind, dass sie eine turbulente Oberflächenschicht bilden, wenn sich das Rad durch die Luft bewegt, um den Luftwiderstand zu verringern. Die kontaktlos gedruckte Grafik kann mit einem Tintenstrahldrucker aufgetragen werden. Die Felge enthält eine Bildaufnahmefläche auf der ersten und zweiten Seitenwand, wobei die Bildaufnahmefläche innerhalb von 30° parallel zur Mittelebene der Felge liegt und die kontaktlos gedruckte Grafik auf zumindest einem Teil der Bildaufnahmefläche angeordnet ist. Die Bildaufnahmefläche kann allgemein parallel zur Mittelebene sein. Die Bildaufnahmefläche kann sich in einem Abstand von weniger als ca. 6,5 mm zum kontaktlosen Auftragungsmittel befinden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Radfelge für ein Fahrrad bereitgestellt, das eine Achse hat, um die sich das Rad dreht und eine senkrecht zur Achse liegende Mittelebene mit einem Reifeneingriffsabschnitt am Außenumfang der Felge. Ein Innenumfangsabschnitt befindet sich relativ zum Reifeneingriffsabschnitt radial einwärts. Eine erste Seitenwand und eine von der ersten Seitenwand beabstandete zweite Seitenwand erstrecken sich zwischen dem Reifeneingriffs- und dem Innenumfangsabschnitt. Auf jeder der ersten und zweiten Seitenwand befindet sich eine Bildaufnahmefläche, wobei jede der Bildaufnahmeflächen innerhalb von 30° parallel zur Mittelebene der Felge verläuft und ein kontaktlos gedrucktes Oberflächenmerkmal zumindest auf einem Teil der Bildaufnahmefläche angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Felge wie beansprucht bereitgestellt, wobei das kontaktlos gedruckte Oberflächenmerkmal eine Grafik enthält. Das kontaktlos gedruckte Oberflächenmerkmal kann ein Oberflächenmerkmal und/oder einen gleichmäßigen Film enthalten. Die Bildaufnahmefläche kann allgemein parallel zur Mittelebene liegen. Die Bildaufnahmefläche kann sich in einem Abstand von weniger als ca. 6,5 mm zum kontaktlosen Auftragungsmittel befinden. Die Felge kann aus FRP bestehen.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.
- 1 zeigt eine Felge für ein Fahrradrad mit Oberflächenmerkmalen;
- 2 zeigt ein System zum kontaktlosen Bedrucken von Felgen für ein Fahrradrad;
- 3 zeigt das Fahrradrad von 1, das eine Bildaufnahmefläche der Felge darstellt;
- 4 ist ein Diagramm einer Druckkopfbaugruppe mit einer Mehrzahl Druckköpfen und Lichtquellen;
- 5 ist ein Diagramm, das verschiedene Auftragungsformen zeugt; und
- 6 zeigt mehrere Verfahren zum kontaktlosen Bedrucken von Felgen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 und 3 zeigen eine Ausführungsform einer Felge 20 für ein Fahrrad, auf die eine kontaktlos gedruckte Graphik aufgetragen werden kann. Die Felge 20 enthält einen Reifeneingriffsabschnitt 24 am Außenumfang der Felge, einen Innenumfangsabschnitt 26, der sich radial einwärts vom Reifeneingriffsabschnitt befindet, und ein Paar Seitenwände 28, 30, die sich in radialer Richtung zwischen dem Innenumfangsabschnitt und dem Reifeneingriffsabschnitt erstrecken und die Seiten der Felge bilden. Bei der dargestellten Ausführungsform verläuft ein größerer Teil der Seitenwände 28, 30 parallel oder im Wesentlichen parallel, d. h. innerhalb einer Abweichungen von einigen Graden von der Parallelität, zur Mittellinie oder Mittelebene CP der Felge. Bei einer Ausführungsform bildet der größere Abschnitt der Seitenwände 28, 30 die Bildaufnahmefläche der Felge.
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Die Seitenwände 28, 30 können eine Mehrzahl Oberflächenmerkmale 32 enthalten, die dazu konzipiert sind, z. B. eine turbulente Grenzschicht zu schaffen, um den Luftwiderstand des Rades zu verringern, wenn sich ein Rad mit der dargestellten Felge durch die Luft bewegt. Alternativ können die Seitenwände 28, 30 frei von Oberflächenmerkmalen sein. Die Oberflächenmerkmale 32 können positive oder negative Merkmale (d. h. Vorsprünge oder Vertiefungen) mit einer Erhöhung sein, die relativ zur Ebenen der Seitenwände 28, 30 der Felge 20 versetzt ist. Die Oberflächenmerkmale 32 können zum Erzeugen einer turbulenten Grenzschicht konzipiert sein, wenn sich die Felge 20 durch die Luft bewegt, um den Luftwiderstand zu verringern. Wie oben erwähnt, können die Oberflächenmerkmale 32 auch Verschleißanzeigen enthalten.
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3 zeigt eine Bildaufnahmefläche 22 der Felge 20, die auch mit 21 gekennzeichnet ist. Die Bildaufnahmefläche 21 kann als die Fläche der Felge betrachtet werden, auf die ein Tintenstrahldrucker Druckfarbe auf die gewünschte Weise auftragen kann. Bei einer Ausführungsform, in der sich der Tintenstrahldruckerkopf (siehe 4) entlang von X-Y-Koordinaten bewegt, kann die Bildaufnahmefläche 22 als die Fläche der Felge 20 angesehen werden, die nicht weiter als ca. 6,5 mm vom Tintenstrahl-Druckkopf entfernt ist. In der Praxis kann der Tintenstrahl-Druckkopf ca. 1,5 mm von dem Teil der Felge positioniert sein, der dem Druckkopf am nächsten liegt (siehe 4). In den Zeichnungen definiert CP eine Mittelebene der Felge. Der dem Druckkopf am nächsten liegende Teil der Felge in 3 ist mit 34 gekennzeichnet, was der seitlich äußersten Entfernung der Seitenwände 28, 30 relativ zur Mittelebene CP entspricht. In dem Maße, in dem die Krümmung der Felge von der äußersten Entfernung 34 weg und nach innen zur Mittelebene CP der Felge verläuft, wird der Abstand der bedruckten Fläche der Felge zum Druckkopf größer, d. h. größer als 1,5 mm. Wenn z. B. der Abstand zwischen Druckkopf und bedrucktem Felgenteil etwa 6,5 mm überschreitet, kann sich die Druckgenauigkeit verschlechtern und deshalb kann der Teil der Felge, der den mit 22 gekennzeichnet Abstand überschreitet, nicht als Bildaufnahmefläche 21 berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Offenbarung wird der Abstand 22 als kontaktloser Auftragungsabstand bezeichnet. Bei einer Ausführungsform sollte der kontaktlose Auftragungsabstand kleiner als ca. 6,5 mm sein.
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Es versteht sich natürlich, dass dann, wenn der Druckkopf senkrecht bewegt werden kann, die Bildaufnahmefläche der Felge, auf die Druckfarbe genau positioniert werden kann, maximiert wird, und auch, dass die Auftragungsgenauigkeit verschiedener Tintenstrahlgeräte höher oder niedriger sein kann.
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Der Winkel der Oberfläche der Felge 20, die die aufgetragene Druckfarbe aufnimmt, kann ebenfalls die Qualität der aufgetragenen Grafik beeinflussen. Die Druckfarbe wird auf die Felge in einer Auftragungsrichtung DD gerichtet, die allgemein senkrecht zur Mittelebene CP ist, wenn die Felge 20 im Werkzeug 40 gehalten wird. Die Druckfarbe trifft auf die Felge 20 unter einem Winkel, der als Auftragungswinkel bezeichnet werden kann. Wenn die Druckfarbe im Rahmen dieser Anmeldung unter einem Winkel senkrecht zur Oberfläche der Felge 20 aufgetragen wird, wird der Auftragungswinkel als null (0) angesehen. Eine auf der Felge 20 unter einem Auftragungswinkel null aufgetragene Grafik wird nicht verzerrt. Material in Form einer Grafik, das auf der Felge 20 unter einem Auftragungswinkel größer null aufgetragen wird, wird proportional zum Auftragungswinkel verzerrt. Deshalb kann bei einer Ausführungsform die Bildaufnahmefläche 21 als die Fläche der Felge betrachtet werden, bei der der Auftragungswinkel kleiner ist als ca. 30°. Eine Fläche der Felge 20, bei der der Auftragungswinkel aufgrund der Krümmung der Felge größer ist als ca. 30°, birgt die Gefahr, Grafiken je nach ihrer spezifischen Ausführung unzulässig zu verzerren.
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2 zeigt ein Druckersystem 36 zum kontaktlosen Bedrucken von Felgen für Fahrradräder. Das Druckersystem 36 enthält ein allgemein ebenes waagrechtes Bett 38, das den Aufnahmebereich für die Felge 20 bildet, und ein über dem Bett positioniertes Druckkopfgehäuse 44.
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Nunmehr sei auch auf 4 verwiesen, wonach das Druckersystem 36 ein Druckkopfgehäuse 44 mit einer Mehrzahl Tintenstrahl-Druckköpfe 45 enthält, bei denen es sich um piezoelektromechanische Geräte handeln kann. Die Tintenstrahl-Druckköpfe 45 tragen ein vorgegebenes Volumen aus Druckfarbentropfen auf Anforderung auf, wenn sie von einem elektrischen Impuls angesteuert werden. Die Tintenstrahl-Druckköpfe 45, deren Anzahl z. B. zwischen eins und acht pro Druckfarbe betragen kann, werden von einer Brücke 46, die die Tintenstrahl-Druckköpfe entlang gesteuerter X- und Y-Koordinaten bewegt, in einer Rückwärts- und Vorwärts-Abtastbewegung über das Bett bewegt. Bei einer Alternative bewegen sich die Tintenstrahl-Druckköpfe entlang gesteuerter X-, Y-und Z-Koordinaten.
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Die Tintenstrahl-Druckköpfe 45 des Systems, das typischerweise von einer Raster-Software gesteuert wird, tropfen eine Reihe Tröpfchen der Druckfarbe in sehr präzisen Mengen im Bereich von 1 bis 300 Picoliter auf die Felge 20, um eine Zusammenstellung von Tröpfchen in einer oder mehreren Schichten in geordneten Farbe aufzutragen. Durch das Auftragen der Druckfarbe wird z. B. ein Bild, eine Form oder ein Streifen aufgebaut, um das Erscheinungsbild der ursprünglichen elektronischen Bildvorlagedatei wiederzugeben.
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Das Druckersystem 36 enthält eine oder mehrere Lichtquellen 48, die am oder im Druckkopfgehäuse 44 angeordnet sind. Die Lichtquellen 48 sind typischerweise Quecksilberionen-Lichtbogenlampen mit einer Spektralleistung von 350 bis 450 nm, um die aufgetragene Druckfarbe auszuhärten. Verschlusseinrichtungen 50 können ebenfalls als Teil des Systems 36 vorgesehen und zum Regeln jeder Lichtquelle 48 positioniert sein.
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Die Tintenstrahl-Druckköpfe 45 können im Gehäuse 44 auf jede geeignete Weise angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform ist ein Tintenstrahl-Druckkopf angeordnet, der in Folge eine Grundfarbe 45P, eine weiße Druckfarbe 45W und eine schwarze Druckfarbe 45B enthält. Außerdem können Tintenstrahl-Druckköpfe 45C mit verschiedenen Farben angeordnet sein, um Druckfarbe nach der schwarzen Druckfarbe 45B aufzutragen. Ferner können die Tintenstrahl-Druckköpfe z. B. durchsichtige glänzende oder matte Beschichtungen 450C über den zuvor aufgetragenen Druckfarbenschichten oder als einzige Schutzschicht auf dem Substrat selbst aufdrucken.
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Das Bett 38 kann ein Haltewerkzeug 40 enthalten, das ein Abschnitt oder eine zusätzliche Vorrichtung des Bettes und so dimensioniert und geformt ist, dass es die Felge 20 aufnehmen und halten kann. Das Haltewerkzeug 40 kann eine kreisförmige Vertiefung enthalten. Das Haltewerkzeug 40 kann eine Vakuumspannvorrichtung oder ein anderes Mittel zum lösbaren Befestigen der Felge 20 in ihrer Position auf dem Bett 36 enthalten. Das Bett positioniert die Felge 20 senkrecht und waagrecht so, dass sich die Felge innerhalb eines gewünschten kontaktlosen Abstands zu den Druckköpfen 44 befindet und so, dass die Druckfarbe an den gewünschten Positionen auf der Felge aufgetragen wird. Der gewünschte optimale Abstand von den Druckköpfen 44 zum äußersten Bereich 34 der Felge 20 kann ca. 1,5 mm betragen. Es versteht sich, dass der optimale Auftragungsabstand vom Druckkopf zur Seitenwandoberfläche vom jeweils eingesetzten Tintenstrahlsystem abhängt.
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Das Druckersystem 36 enthält eine herkömmliche Steuerschaltung 52 zum Steuern der mechanischen und elektrischen Bauteilen des Systems, das außerdem die an das System gesendete Bilddatendatei in eine solche Form wandeln kann, dass das System das Bild oder Bilder drucken kann.
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Im Betrieb wird das Druckersystem 36 typischerweise mit einer „Druckvorlagen“-Datei elektronisch beliefert, z. B. mit einem oder mehreren digitalen Bildern bestehend aus Formen, die in ein Rasterbild aus Punkten oder Bildpunkten gewandelt werden oder gewandelt worden sind.
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Während des Betriebs trägt das Druckersystem 36 ein Druckfarbenharz auf, das eine UV-härtbare Druckfarbenmatrix sein kann. Die Druckfarbe kann hauptsächlich aus Acrylmonomeren mit einer Aushärtungs- (d. h. einer katalysierenden oder polymerisierenden) Initiatorkomponente bestehen. Nach dem Auftragen wird die Druckfarbe unter starkem UV-Licht von der Lichtquelle 48 ausgehärtet. Der Vorteil UV-härtbarer Druckfarben ist, dass die Druckfarbe „trocken“ ist, sobald sie ausgehärtet ist, so dass UV-härtbare Druckfarben auf einen weiten Bereich unbeschichteter Substrate aufgetragen werden können, mit dem Resultat eines sehr robusten Bildes oder Beschichtung. Die Druckfarbe wird mit einer Oberflächenspannung formuliert, die mit dem Substrat kompatibel ist, was auf dem Gebiet der Druckfarbenformulierung hinreichend bekannt ist.
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Sobald die Druckfarbe auf dem Substrat (Felge 20) aufgetragen worden ist, muss sie ausgehärtet, d. h. vom flüssigen in den festen Zustand überführt werden, in dem sie eine chemische Bindung mit der Zielposition auf der Felge eingeht und eine adhäsive und kohäsive Festigkeit entwickelt, die die für die im Einsatz auftretenden Bedingungen erforderliche Dauerhaftigkeit bereitstellen.
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Die Druckfarbe enthält Fotoinitiatoren, die die UV-Energie von der Lichtquelle 48 absorbieren. Bei der Bestrahlung findet eine chemische Reaktion statt, die die flüssige Druckfarbe zu einem festen Film wandelt. Die Druckfarbe enthält Monomere, die aufgrund ihrer Fähigkeit, die Viskosität zu verringern und sich mit anderen Druckfarbenbestandteilen zu vereinigen, als Lösungsmittel fungieren. Somit bestehen die Druckfarbenzusammensetzungen zu 100% aus Feststoffen und setzen keine flüchtigen organischen Bestandteile (VOC) frei. Monomere tragen auch zu einer verbesserten Filmhärte und Widerstandstandeigenschaften bei. Die Druckfarbe enthält außerdem Oligomere, die die endgültigen Eigenschaften des ausgehärteten Druckfarbenfilms bestimmen, einschließlich seiner Elastizität, des Verhaltens im Außenbereichund und der chemischen Beständigkeit. Die Farbstoffe der Druckfarbe können farbstoffbasiert oder pigmentbasiert sein. Normalerweise sind sie wegen der höheren Lichtechtheit und Beständigkeit der Pigmente im Vergleich zu Farbstoffen pigmentbasiert. Für in der Außenwerbung und für Anzeigeanwendungen verwendete Pigmente gelten ähnliche Anforderungen wie für Kfz-Lacke. Folglich ergibt sich eine gewisse Überschneidung. Während ein Pigment auf Basis der geforderten Anwendung gewählt wird, sind Größenkontrolle und Reduktion zusammen mit der der Dispersionstechnik wichtige Punkte bei der Druckfarbenformulierung.
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Die Druckfarbe wird einer UV-Strahlung ausgesetzt, wodurch eine chemische Reaktion stattfindet. Die Fotoinitiatoren bewirken die Vernetzung der Druckfarbenbestandteile zu einem Feststoff. Typischerweise ist eine Quecksilberdampflampe 48 mit Verschluss an jeder Seite des Druckkopfes positioniert, die eine große Wärmemenge erzeugt, obwohl die Wärme nicht am Aushärtungsprozess beteiligt ist. Eine Quecksilberdampflampe 48 mit Verschluss wird für UV-Druckfarbe mit freien Radikalen, die bei der Mehrzahl der Flachbett-Tintenstrahlsysteme verwendet wird, eingesetzt.
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UV-ausgehärtete Druckfarben verdampfen nicht, sondern härten als Ergebnis dieser chemischen Reaktion aus. Es verdampft kein Material oder geht verloren, was bedeutet, dass 100% der aufgetragenen Menge der Koloration zugute kommen. Diese Reaktion läuft sehr rasch ab, was zu nahezu sofortigem Trocknen führt und innerhalb von Sekunden in einer vollständig ausgehärteten Grafik resultiert. Dadurch wird ein rascher Druckprozess ermöglicht. Als Ergebnis dieser nahezu unmittelbaren chemischen Reaktion dringt kein Lösungsmittel zum Substrat durch, sobald die Druckfarbe darauf aufgetragen worden ist, was völlig undurchsichtige und gesättigte Drucke ermöglicht.
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5 zeigt eine vereinfachte Version der Felge 20 und eines Tintenstrahl-Druckkopfes 45, der Druckfarbe 60 auftragen kann. Je nachdem, wo die Auftragung jeder Druckfarbe relativ zu anderen Auftragungen positioniert ist, kann die Druckfarbe auf dem Substrat vielfältige Formen annehmen und als Grafik (z. B. Bilder und Wörter bzw. Worte) und/oder nicht grafische Auftragung angeordnet werden. Ein einzelner Punkt 62 der Druckfarbe 60 bildet z. B. einen diskreten Punkt der Druckfarbe. Wenn mehrere Punkte der Druckfarbe 60 in einer zusammenhängenden Linie oder in eng beabstandeten Punkten aufgetragen werden, bildet die Druckfarbe eine diskrete Linie 64. Wenn mehrere Linien der Druckfarbe 60 parallel und hinreichend nahe zueinander aufgetragen werden, so dass sie sich vereinigen, wird eine zweidimensionale Schicht oder ein Streifen 66 ausgebildet. Die Dicke des Streifens 66 hängt von der Anzahl der aufgetragenen Linien ab. Wenn die Druckfarbe 60 in senkrechten Schichten aufgetragen wird, kann ein dreidimensionales Auftragungsmerkmal 68 ausgebildet werden. Es versteht sich, dass das Auftragen von Druckfarbe als ein Auftragungsmerkmal zu sehen ist, ungeachtet, ob das Merkmal eine dünne Grafik oder ein relativ dreidimensionales Merkmal ist. Auf diese Weise kann das Tintenstrahldruckersystem dazu dienen, aus einem glatten Felgensubstrat eine Felge mit Oberflächenmerkmalen zu machen, die durch Tintenstrahldrucken nach der Herstellung der Felge erzeugt werden, oder alternativ, die Auftragungsmerkmale können z. B. zusätzliche Oberflächenmerkmale auf einer Felge mit bereits bestehenden Oberflächenmerkmalen, die während der Herstellung der Felge erzeugt wurden, bilden. Komplexität und Größe der Auftragungsmerkmale 68 sind nur durch die Fähigkeit des Tintenstrahldruckersystems 68 beim Auftragen der Druckfarbe begrenzt. Unter Auftragungsmerkmalen 68 sind deshalb alle Merkmale und/oder Oberflächenmerkmale zu verstehen, die durch ein kontaktloses Auftragungsverfahren erzeugt werden.
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6 ist ein Flussdiagramm mit drei Verfahren zum kontaktlosen Bedrucken von Fahrradfelgen. Es versteht sich, dass manche Schritte in einer anderen Reihenfolge als der dargestellten ausgeführt werden können. Wie hinreichend bekannt ist, wird eine Druckvorlage an das Druckersystem 36 in Schritt 102 gesendet und in eine für das System verwendbare Form gewandelt. Die Druckvorlage kann in Form einer Grafik und/oder in einer nicht grafischen Form vorliegen. Eine Felge 20 wird in Schritt 104 auf dem Druckersystembett 38 und im Haltewerkzeug 40 positioniert. Die Felge 20 wird in Schritt 106 durch das Haltewerkzeug 40 befestigt.
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In Schritt 108 erfolgt die Bestimmung, ob die Felge Oberflächenmerkmale hat oder nicht. Wenn die Felge 20 bestehende Oberflächenmerkmale hat, kann Druckfarbe aufgetragen werden, um eine Grafik in Schritt 110 auszubilden. Wenn die Felge 20 keine Oberflächenmerkmale hat, erfolgt in Schritt 112 die Bestimmung, ob Oberflächenmerkmale durch kontaktloses Auftragen auszubilden sind. In Schritt 114 kann das System 36 zur Ausbildung von Auftragungsmerkmalen 68 in Form von Oberflächenmerkmalen sowie zur Ausbildung von Grafiken während oder nach der Ausbildung der Oberflächenmerkmale verwendet werden. Wenn in Schritt 116 keine Oberflächenmerkmale gewünscht werden, kann das System in Schritt 116 z. B. Grafiken drucken und/oder einen Schutzfilm auftragen.
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Nach dem oder gleichzeitig mit dem Auftragen von Grafiken und/oder Oberflächenmerkmalen wird die Druckfarbe in Schritt 118 durch Bestrahlung mit UV-Licht ausgehärtet. Wenn die gesamte Druckfarbe ausgehärtet ist, wird die Felge in Schritt 120 vom Haltewerkzeug 40 freigegeben und aus dem Druckerbett 38 entfernt.
