DE102014103407A1

DE102014103407A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von bedruckten Behältern

Info

Publication number: DE102014103407A1
Application number: DE102014103407.4A
Authority: DE
Inventors: Sascha Koers; Katrin Preckel; Werner Van de Wynckel
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-09-17
Also published as: US20170001450A1; WO2015136033A1; US9662905B2; EP3116718B1; EP3116718A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Behältern (2) umfassend ein umlaufend antreibbares Transportelement (3) mit Behälterbehandlungsstationen (4), wobei die an den Behälterbehandlungsstationen (4) aufgenommenen Behälter (2) durch das Transportelement (3) auf einer in sich geschlossenen Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe (5) und wenigstens einer Behälterabnahme (6) bewegt werden, mit den Behälterbehandlungsstationen (4) zugeordneten Trocknungs- und Härtungseinrichtungen (7) zum Bewirken einer Trocknungsreaktion an den bedruckten Behältern (2). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Sensor (8) vorgesehen ist, der zur Ermittlung der Wärmeenergie ausgebildet ist, die von dem der Trocknungsreaktion unterzogenen Behälter (2) abgestrahlt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Ermittlung des Trocknungsgrads von bedruckten Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
Vorrichtungen zum Bedrucken von Packmitteln, insbesondere auch zum Aufbringen eines Farb- oder Mehrfarbendrucks auf Packmittel sind bekannt und umfassen beispielsweise eine Transportstrecke, auf der das Bedrucken der Packmittel erfolgt, und zwar mit die entsprechenden die Farbsätze erzeugenden Druckwerken oder Druckköpfen, die an oder auf der Transportstrecke vorgesehen sind. Die Druckköpfe sind beispielsweise elektrisch oder elektronisch ansteuerbare Druckköpfe oder Druckwerke, z.B. nach dem Tintenstrahldruckprinzip arbeitende Druckköpfe ( WO2004/00936 ) oder aber unter der Bezeichnung „Tonjet-Prinzip“ arbeitende Druckköpfe. Mit diesen wird im Direktdruck unmittelbar auf die Behälterwandung Tinte zur Erzeugung des Druckbildes aufgetragen.
Weiterhin ist es bekannt, dass derartige Druckvorrichtungen Trocknungs- und Härtungseinrichtungen aufweisen, mittels denen eine Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion am frisch bedruckten Behälter bewirkt werden kann. Bei den bekannten Druckvorrichtungen kann jedoch der Trocknungsgrad und damit der Grad der Aushärtung der beim Drucken verwendeten Druckfarbe bzw. Drucktinte nicht direkt innerhalb des Prozesses bestimmt werden. Dies ist insbesondere deshalb problematisch, da die Trocknung bzw. Härtung der Druckfarbe bzw. Drucktinte maßgeblichen Einfluss auf deren Migrationsfähigkeit durch die Behälterwandung in den Behälterinnenraum hat. Damit besteht neben der Gefahr des Verwischens des Druckbildes beispielsweise durch Berühren oder sonstigen Kontakt des bedruckten Behälters mit weiteren Maschinenbestandteilen beispielsweise Führungen oder dergleichen die Gefahr der Migration der Druckfarbe bzw. Drucktinte oder deren Bestandteile in das in dem Behälter aufgenommene Füllgut. Ein weiterer Nachteil nicht völlig ausgehärteter Druckfarbe bzw. Drucktinte besteht darin, dass das auf die Behälterwandung aufgebrachte Druckbild nach einiger Zeit durch Verlaufen der Druckbildbereiche ineinander verschwimmt, was zu einer insgesamt verschlechterten Druckbildqualität führt.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mittels der eine Überwachung der Trocknungsreaktion des bedruckten Behälters, insbesondere eine Inline-Überwachung, d.h. eine Überwachung des Trocknungszustands der Druckfarbe bzw. Drucktinte während der Bewegung des Behälters möglich ist. Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Ein Verfahren zur Ermittlung des Trocknungsgrads von bedruckten Behältern ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 12.
Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Behältern umfassend ein umlaufend antreibbares Transportelement mit daran vorgesehenen Behälterbehandlungsstationen, wobei die an den Behälterbehandlungsstationen aufgenommenen Behälter durch das Transportelement auf einer in sich geschlossenen Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe und wenigstens einer Behälterabnahme bewegt werden.
Das Transportelement kann beispielsweise ein um eine Maschinenhochachse umlaufend angetriebener Rotor, insbesondere ein kontinuierlich umlaufend angetriebener Rotor sein. Selbstverständlich sind auch andere Arten von Transportelementen möglich, beispielsweise im Schrittbetrieb oder kontinuierlich arbeitende Transportbänder oder Transportketten. Die Behälterbehandlungsstationen können beispielsweise kombinierte Druck-Trocknungsstationen sein, in denen sowohl die Bedruckung als auch die Trocknung bzw. Aushärtung der Druckfarbe bzw. Drucktinte bewirkt wird. In diesem Fall weisen die Behälterbehandlungsstationen neben einer Trocknungs- und Härtungseinrichtung zusätzlich zumindest einen Applikationskopf (insb. Druckkopf) auf, mittels dem die Bedruckung oder ein Coating, d.h. die Bildung einer Grund- oder Deckschicht, erfolgt. Die Behälterbehandlungsstationen können aber auch als Trocknungsstationen ausgebildet sein, an denen bereits bedruckte Behälter lediglich einer Trocknung bzw. Aushärtung unterzogen werden.
Den Behälterbehandlungsstationen sind dabei jeweils zumindest eine Trocknungsund Härtungseinrichtung zum Bewirken einer Trocknungsreaktion an den bedruckten Behältern zugeordnet. Ferner ist ein Sensor vorgesehen, der zur Erfassung der Wärmeenergie oder -strahlung bzw. der Temperatur ausgebildet ist, die von dem der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion unterzogenen Behälter abgestrahlt wird. Insbesondere wird durch den Sensor die Temperatur des Behälters im Bereich des Druckbildes ermittelt, das auf den Behälter aufgebracht ist. Diese Ermittlung der Wärmeenergie erfolgt vorzugsweise berührungslos, beispielsweise durch die von dem Behälter bzw. dem darauf befindlichen Druckbild abgestrahlte IR-Strahlung. Weiterhin vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der vom bedruckten Behälter abgestrahlten Wärmeenergie während der Bewegung des Behälters durch das Transportelement. In einer zugehörigen Auswerteeinheit, kann somit der Grad der Trocknung bzw. Aushärtung der Druckfarbe bzw. der Drucktinte (Curinggrad) bestimmt werden und zwar insbesondere In-Line, d.h. im laufenden Betrieb der Trocknungs- und Härtungseinrichtung, als Korrelation zu der abgestrahlten Wärmeenergie oder Wärmestrahlung (zeitlicher Verlauf).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Trocknungs- und Härtungseinrichtungen zur Bewirkung einer exothermen Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion am bedruckten Behälter ausgebildet und der Sensor zur Ermittlung der vom Behälter abgestrahlten, durch die exotherme Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion hervorgerufenen Wärmeenergie ausgebildet. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere durch UV-Bestrahlung des Druckbildes durch entsprechende Emitter der Trocknungs- und Härtungseinrichtung, eine chemische Trocknungsreaktion bzw. Härtungsreaktion ausgelöst wird, das so genannte Pinning oder Curing, die exotherm abläuft, d.h. es wird beim Ablauf der chemischen Reaktion Wärmeenergie freigesetzt. Fußend auf dieser Erkenntnis kann bestimmt werden, ob die Trocknungsreaktion eingeleitet wurde. Ferner können auch der Grad bzw. die Intensität der eingeleiteten Trocknungsreaktion bestimmt und damit Rückschlüsse auf die Aushärtung der Druckfarbe bzw. der Drucktinte nach Beendigung des Trocknungsprozesses gezogen werden. Bevorzugt wird die Trocknungsreaktion durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung lediglich eingeleitet, d.h. die Einwirkung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung auf den Behälter stellt lediglich einen Aktivierungsschritt der Trocknungsreaktion dar und die Trocknungsreaktion vollzieht sich auch im Nachgang nach dem Durchlaufen der Trocknungs- und Härtungseinrichtung für einen gewissen Zeitraum, bis die endgültige Aushärtung bzw. Vernetzung erreicht ist.
Die chemischen Reaktionen bei der Trocknungs- und Aushärtreaktion des feuchten Farb- bzw. Tintenfilms stellt insbesondere eine UV-Polymerisation da. Der nasse bzw. feuchte Farb- bzw. Tintenfilms besteht aus Farbpigmenten, Bindemittel, die beispielsweise Monomere oder Oligomere sein können und Fotoinitiatoren, die in Form einer Doppelbindung in dem nassen Farb- bzw. Tintenfilm vorkommen.
Wird dieser nasse Farb- oder Tintenfilm von einer UV-Strahlung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung bestahlt, werden die Fotoinitiatoren aktiviert, wobei durch die energiereiche UV-Strahlung die Doppelbindung der Fotoinitiatoren aufgebrochen werden, sodass sich freie Radikale bilden.
Die durch die Aktivierung der Fotoinitiatoren entstehenden freien Radikale vernetzen sich im Folgenden mit den Bindemitteln, d.h. den Monomeren und/oder den Oligomeren zu Makromolekülen.
Nach Abschluss des Aushärtungsprozesses, wobei die Farbpigmente durch die vernetzten Monomere und Oligomere eingeschlossen sind, ist der Trocknungsvorgang insgesamt abgeschlossen.
Dieser Prozess ist verläuft exotherm, d.h. er läuft unter Freisetzung von thermischer Energie ab. Die von der Trocknungs- und Härtungseinrichtung abgegebene UV-Strahlung wirkt dabei lediglich als Auslöser, d.h. der Vernetzungsprozess läuft auch nach dem Durchlaufen der Trocknungsvorrichtung weiterhin ab, sodass zumindest eine gewisse Zeitdauer nach der Bestrahlung durch die UV-Strahlung von dem Druckbild abgegebene thermische Energie messbar ist. Diese thermische Energie wird durch einen oder mehrere Sensoren erfasst und zur Feststellung, ob eine Trocknungsreaktion initiiert wurde, bzw. zur Feststellung des Grades der bewirkten Trocknungsreaktion bzw. deren Intensität herangezogen. Dadurch ist eine Erfassung der Trocknungs- und Härtungsreaktion und damit eine Erfassung des Trocknungs- bzw. Aushärtegrads der Druckfarbe bzw. Drucktinte nach Abschluss der Trocknungsbzw. Aushärtungsreaktion berührungslos möglich.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Sensor durch einen Infrarotsensor gebildet. Mittels dieses Infrarotsensors kann vom bedruckten Behälter abgestrahlte Wärmeenergie, die durch die Trocknungsreaktion bzw. die Vernetzung entsteht, erfasst werden. Vorzugsweise erfolgt eine Erfassung von mehreren Messwerten an unterschiedlichen Stellen des Druckbildes, um Informationen hinsichtlich der Aushärtung bzw. Vernetzung der Druckfarbe bzw. der Drucktinte in unterschiedlichen Druckbildbereichen zu erhalten.
Bevorzugt weist der Sensor eine Optik zur fokussierten Erfassung der vom Behälter abgestrahlten Wärmeenergie auf. Mittels der Optik kann eine selektive Erfassung der vom Behälter abgestrahlten Wärmeenergie erfolgen, insbesondere unter Ausblendung von Wärmeenergieabstrahlung von weiteren Maschinenelementen, die sich im Betrieb erwärmen, beispielsweise dem Druckkopf etc. Ferner ist durch die Optik eine Erfassung der von einem Druckbildbereich abgestrahlten Wärmeenergie möglich, so dass unterschiedliche Druckbildbereiche getrennt und unabhängig voneinander analysiert werden können.
Ebenfalls ist es möglich, dass mehrere Sensoren vorgesehen sind, wobei jeweils ein Sensor einem definierten Druckbildbereich zugeordnet ist, so dass die von unterschiedlichen Druckbereichen abgestrahlte Wärmeenergie durch unterschiedliche Sensoren parallelisiert erfasst werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Vielzahl von Behälterbehandlungsstationen auf, wobei jeder Behälterbehandlungsstation ein eigenständiger Sensor zugeordnet ist. Damit kann an jeder Behälterbehandlungsstation eine Überprüfung des Trocknungs- bzw. Aushärtegrads des bedruckten Behälters erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor in Bewegungsrichtung des Behälters nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung vorgesehen. Damit kann nach dem Einleiten der Trocknungsreaktion durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung die vom bedruckten Behälter, insbesondere vom auf dem Behälter befindlichen Druckbild abgestrahlte Wärmeenergie erfasst und ausgewertet werden. Durch die abgestrahlte Wärmeenergie kann vorzugsweise bereits bei noch ablaufender Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion auf die Trocknung bzw. Aushärtung am Ende des Trocknungs- bzw. Aushärteprozesses rückgeschlossen werden.
Weiterhin bevorzugt kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass der Behälter an der Behälterbehandlungsstation um dessen Behälterhochachse gedreht wird und dass der Sensor in Drehrichtung nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung, insbesondere unmittelbar nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung angeordnet ist. Durch die Drehung des Behälters um dessen Behälterhochachse wird eine Relativbewegung des Behälters gegenüber der Trocknungs- und Härtungseinrichtung erreicht. Mittels dieser Relativbewegung kann durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung auf sämtliche Druckbildbereiche eingewirkt werden. Bei Vorsehen des Sensors in Drehrichtung nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung kann die vom Behälter im Bereich des Druckbildes abgestrahlte Wärmeenergie unmittelbar nach der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion ermittelt werden.
Bevorzugt weist der Sensor eine Auswerteeinheit auf oder der Sensor ist mit einer Auswerteeinheit verbunden, mittels der der Trocknungsgrad des bedruckten Behälters auf Grundlage der durch den Sensor erfassten Wärmeenergie ermittelbar ist. Bevorzugt wird durch den Sensor die abgestrahlte Wärmeenergie erfasst und auf einen oder mehrere Detektoren gelenkt. Im Detektor wird die Wärmeenergie, insbesondere die Energie der IR-Strahlung in elektrische Signale umgewandelt, die dann in Temperaturwerte umgerechnet werden. Ausgehend von den ermittelten Temperaturwerten können unter Berücksichtigung der Zeitdauer zwischen Aktivierung des Trocknungs- bzw. Aushärteprozesses und der Erfassung der vom Behälter abgestrahlten Wärmeenergie durch den Sensor Rückschlüsse auf den Grad der Trocknung bzw. Aushärtung der Druckfarbe oder Drucktinte nach Abschluss des Trocknungs- bzw. Aushärteprozesses gezogen werden, da die vom Behälter abgestrahlte Wärmeenergie unmittelbar vom Grad bzw. der Intensität der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion der Druckfarbe bzw. Drucktinte abhängt. Für den Fall einer geringen Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion wird lediglich eine geringe Wärmeenergie vom Behälter im Bereich des Druckbildes abgestrahlt, wohingegen bei einer starken Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion eine erheblich größere Wärmeenergie vom Behälter im Bereich des Druckbildes abgestrahlt wird. Die Auswerteeinheit kann zur Ermittlung des Aushärtegrads abhängig von den ermittelten Temperaturwerten bzw. der abgestrahlten Wärmeenergie ausgebildet sein, d.h. aus den nach der Aktivierung der Trocknungsreaktion gemessenen Temperaturwerten kann mittels der Auswerteeinheit auf die Aushärtung des Druckbildes nach Beendigung des Trocknungs- bzw. Aushärtevorgangs geschlossen werden. Bei Feststellung einer unzureichenden Aktivierung des Trocknungs- bzw. Aushärtevorgangs kann durch die Auswerteeinheit oder eine damit verbundene Steuereinheit beispielsweise eine Ansteuerung der Trocknungs- und Härtungseinrichtungen derart erfolgen, dass die Aktivierungsintensität vergrößert wird, d.h. beispielsweise die UV-Strahlungsintensität vergrößert wird. Auch Ausfälle von Trocknungs- und Härtungseinrichtungen können auf diese Weise erfasst werden. Ferner ist es möglich, nicht ausreichend ausgehärtete Behälter im weiteren Verlauf der Transportstrecke geeignet auszusondern.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Ermittlung des Trocknungsgrads unter Berücksichtigung zumindest eines Referenzmesswerts. Der Referenzmesswert ist insbesondere die Temperatur des Behälters vor der Aktivierung der Trocknungsreaktion. Dieser Referenzwert kann vorzugsweise ebenfalls durch den Sensor ermittelt werden. Anhand des Referenzwertes kann damit eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur vor der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion und der Temperatur nach der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion bestimmt werden. Insbesondere ist mittels des Sensors ein Temperaturanstieg im Bereich des Druckbildes erfassbar. Dieser durch die Aktivierung bewirkte Temperaturanstieg beträgt wenigstens 25–35°C, wobei der Temperatursprung je nach Farbe üblicherweise im Bereich von 30 bis 45°C liegt.
Anhand dieses Temperaturanstiegs kann auf den Grad der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion geschlossen werden.
Als besonderer Nebeneffekt kann aus dem Temperaturverlauf auch ersehen werden, ob überhaupt ein Aufdruck erfolgt ist, weil beim Fehlen eines Aufdruckes kein oder ein nur unmerklicher Temperaturanstieg erfolgt.
Die Trocknungs- und Härtungseinrichtung kann integraler Bestandteil einer Druckvorrichtung bzw. deren Druckstationen zum Bedrucken der Behälter sein oder diese Vorrichtung kann einer Druckvorrichtung oder Druckstation nachgelagert vorgesehen sein. Insbesondere können die Trocknungs- und Härtungseinrichtung und der Sensor jeweils im Bereich der Druckstationen der Druckvorrichtung vorgesehen sein. Alternativ kann der Druckvorrichtung nachgelagert eine Trocknungs- und Härtungseinrichtung vorgesehen sein, in der die Trocknung der von der stromaufwärts angeordneten Druckvorrichtung bedruckten Behälter erfolgt.
Bevorzugt ist die Trocknungs- und Härtungseinrichtung eine UV-Lampe. Durch die UV-Lampe wird UV-Strahlung emittiert, mittels der die Doppelbindung von in der Druckfarbe bzw. Drucktinte befindlichen Fotoinitiatoren aufgebrochen werden kann. Nach Aufbrechen der Doppelbindung können die Fotoinitiatoren eine Trocknungsbzw. Aushärtereaktion in Gang setzen, die zu einer vollständigen Vernetzung der Druckfarbe bzw. Drucktinte führt. Diese von der UV-Strahlung in Gang gesetzte Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion läuft exotherm ab, d.h. es wird Wärmeenergie freigesetzt, wobei der Grad (Höhe) und auch der zeitlicher Verlauf der Erwärmung, eine Korrelation zum Grad der Trocknung- und Aushärtung der Druckfarbe oder Coatingflüssigkeit darstellt.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zur Ermittlung des Trocknungsgrads von bedruckten Behältern umfassend ein umlaufend antreibbares Transportelement mit Behälterbehandlungsstationen, wobei die an den Behälterbehandlungsstationen aufgenommenen Behälter durch das Transportelement auf einer in sich geschlossenen Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe und wenigstens einer Behälterabnahme bewegt werden, und wobei den Behälterbehandlungsstationen jeweils zumindest eine Trocknungs- und Härtungseinrichtung zugeordnet ist, mittels der eine Trocknungsreaktion an dem bedruckten Behälter bewirkt wird. Zur Ermittlung des Trocknungsgrads wird mittels eines Sensors die Wärmeenergie erfasst, die von dem der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion unterzogenen Behälter abgestrahlt wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bewirken die Trocknungs- und Härtungseinrichtungen eine exotherme Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion am bedruckten Behälter und der Sensor ermittelt die vom Behälter abgestrahlte, durch die exotherme Trocknungsreaktion hervorgerufene Wärmeenergie.
Weiterhin bevorzugt wird der Trocknungsgrad des bedruckten Behälters nach Abschluss der Trocknungsreaktion auf Grundlage der durch den Sensor erfassten Wärmeenergie während des Ablaufs einer durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung bewirkten exothermen Trocknungsreaktion ermittelt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Trocknungs- bzw. Aushärtegrad des bedruckten Behälters unter Berücksichtigung der Temperatur des bedruckten Behälters vor dem Einleiten der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion ermittelt.
Behälter im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Flaschen, Dosen, Tuben, Pouches, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, also zum Beispiel auch PET-Flaschen, aber auch andere Packmittel, insbesondere solche, die zum Abfüllen von flüssigen oder viskosen Produkten geeignet sind.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 beispielhaft eine Vorrichtung zum Bedrucken von Behältern in einer schematischen Draufsichtdarstellung;
2 beispielhaft eine weitere Vorrichtung zum Bedrucken von Behältern in einer schematischen Perspektivdarstellung;
3 beispielhaft eine Behandlungsstation einer Trocknungsvorrichtung in einer schematischen Draufsichtdarstellung;
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Vorrichtung zum mehrfarbigen Bedrucken von Behältern 2 an ihrer Behälteraußenfläche unter Verwendung von nach dem Tintenstrahl- oder Ink-Jet-Prinzip arbeitenden digitalen Druckköpfen gezeigt. Die Behälter 2 werden der Druckvorrichtung 10 über einen in den Figuren schematisch mit 11 bezeichneten Transporteur aufrechtstehend, d.h. mit ihrer Behälterhochachse in vertikaler Richtung orientiert und in einem einspurigen Behälterstrom zugeführt, und zwar in der mit dem Pfeil angegebenen Transportrichtung TR. Die Behälter durchlaufen anschließend eine Behälteraufgabe 5, die beispielsweise durch einen Transportstern gebildet wird. Über die Behälteraufgabe gelangen die Behälter 2 an ein Transportelement 3. Dieses Transportelement 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als um eine Maschinenhochachse MHA umlaufend angetriebener Rotor, insbesondere kontinuierlich umlaufend angetriebener Rotor ausgebildet. Am Umfang des Transportelements, sind in gleichmäßigen Winkelabständen um diese Maschinenhochachse MHA versetzt als Druckstationen 12 ausgebildete Behälterbehandlungsstationen 4 vorgesehen, die jeweils im Wesentlichen aus einem Behälterträger, aus zumindest einem Druckkopf 9 sowie aus einer Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 zum Trocknen und/oder Abbinden von Druckfarbe oder -tinte bestehen. Jede Druckstation kann zur Erzeugung eines Mehrfarbendrucks auch mehrere Druckköpfe 9 aufweisen, beispielsweise je einen zum Ausbringen einer Farbe. Die Behälterträger können dabei insbesondere zur hängenden Halterung der Behälter 2 im Bereich ihrer Behältermündung bzw. Behälteröffnung ausgebildet sein.
Die Behälter 2 werden auf der Transportstrecke zwischen der Behälteraufgabe 5 und der Behälterabnahme 6 während deren Bewegung durch das Transportelement 3 bedruckt. Neben der Transportbewegung durch das Transportelement 3 wird der jeweilige Behälter 2 weiterhin um dessen Behälterhochachse gegenüber dem Druckkopf 9 gedreht und dabei umfangsseitig bedruckt. Durch die an der jeweiligen Druckstationen 12 angeordnete Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 wird an den frisch bedruckten Behältern eine Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion eingeleitet bzw. bewirkt, so dass der an der Behälterabnahme 6 ausgeleitete Behälter 2 ohne Beschädigung bzw. Beeinträchtigung des darauf angebrachten Druckbildes abgeführt werden kann. Die Trocknung bzw. Aushärtung der Druckfarbe bzw. Drucktinte erfolgt insbesondere derart, dass die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 in Drehrichtung des Behälters 2 nach dem Druckkopf 9 angeordnet ist, so dass bei Drehung des Behälters 2 um dessen Behälterhochachse das durch den Druckkopf 9 aufgebrachte Druckbild anschließend an der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 vorbeibewegt wird und dabei einem Trocknungsvorgang bzw. einer Aktivierung einer Trocknungsreaktion unterzogen werden kann.
Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Druckvorrichtung 10. Zum Bedrucken werden die Behälter 2 der Vorrichtung 10 über einen äußeren Transporteur aufrecht stehend in einer Transportrichtung TR zugeführt und bewegen sich dann innerhalb der Vorrichtung 1 auf einer mehrfach bogenförmig umgelenkten Transportstrecke. Nach dem Bedrucken werden die Behälter 2 weiterhin aufrecht stehend über einen äußeren Transporteur einer weiteren Verwendung zugeführt.
Im Einzelnen besteht die Vorrichtung 10 aus mehreren in Transportrichtung A unmittelbar aneinander anschließenden Modulen 10.1–10.n, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform aus insgesamt acht Modulen 10.1–10.8. Vorzugsweise sind sämtliche Module 10.1–10.8 jeweils von einer identischen Grundeinheit gebildet, die mit den für die spezielle Aufgabe des jeweiligen Moduls 10.1–10.8 notwendigen Funktionselementen ausgestattet ist.
Jede Grundeinheit umfasst u.a. ein um eine vertikale Maschinenachse des jeweiligen Moduls 10.1–10.8 umlaufend antreibbares Transportelement 3 in Form eines Transport- oder Prozesssterns mit einer Vielzahl von Aufnahmen, die am Umfang des Transportelementes 3 in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt vorgesehen sind und von denen jede Aufnahme zum gesicherten Aufnehmen jeweils eines Behälters 2 dient.
Die Transportelemente 3 der einzelnen Module 10.1–10.8 sind unmittelbar an einander anschließend angeordnet und gegenläufig, aber synchron derart angetrieben, dass diese Transportelemente 3 in ihrer Gesamtheit eine Transporteinrichtung bilden, mit der die Behälter 2 innerhalb der Vorrichtung 1 auf einem mehrfach umgelenkten Transportweg mit der Behälteraufgabe 5 an einem Ende der Vorrichtung 10 und dem Behälterabnahme 6 am anderen Ende der Vorrichtung 10 bewegt werden. Die einzelnen Behälter 2 werden hierbei vorzugsweise jeweils direkt von dem Transportelement 3 eines Moduls 10.1–10.7 an das Transportelement 3 des in Transportrichtung A folgenden Moduls 10.2–10.8 weitergeleitet.
Die Funktion der einzelnen Module 10.1–10.8 ist beispielsweise folgende:

– Das Modul 10.1 bildet u.a. das Einlaufmodul bzw. die Behälteraufgabe 5 der Vorrichtung 10. Im Modul 10.1 erfolgt kann aber auch eine Vorbehandlung der Behälter 2 erfolgen.
– Die an das Modul 10.1 anschließenden Module 10.2–10.5 bilden die eigentlichen Druckmodule, in denen der Mehrfachdruck erfolgt, und zwar vorzugsweise als Farbdruck in der Form, dass an jedem Modul 10.2–10.5 jeweils ein Farbsatz des Farbdrucks gedruckt wird, beispielsweise in Gelb, Magenta, Zyan und Schwarz.
– Das in Transportrichtung TR dann anschließende Modul 10.6 ist als Trocknungsmodul ausgebildet, in welchem der jeweilige zuvor erzeugte Mehrfachdruck in geeigneter Weise, beispielsweise durch Energieeintrag z.B. durch Wärme und/oder durch UV-Strahlung getrocknet wird.
– Das Modul 10.7 kann als Inspektionsmodul ausgebildet sein, an welches jeder Behälter 2 nach dem Trocknen des Mehrfachdrucks gelangt und in welchem der jeweilige Mehrfachdruck auf eventuelle Fehler überprüft wird, sodass fehlerhaft bedruckte Behälter 2 an dem Modul 10.7 oder aber später auf dem weiteren Transportweg ausgeschleust werden können.
– Das Modul 10.8 bildet schließlich das Auslaufmodul bzw. die Behälterabnahme der Vorrichtung 10, an dem die fertig bedruckten Behälter 2 die Vorrichtung 10 verlassen. Das Modul 10.8 kann vorzugsweise zusätzlich auch noch als Trocknungsmodul ausgeführt sein.

Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 2 werden die Behälter 2 während ihrer Behandlung an den einzelnen Modulen 10.1–10.8 um die Behälterhochachse gedreht. Beispielsweise wird in den Druckmodulen 10.2–10.5 der jeweilige Behälter 2 um dessen Behälterhochachse gegenüber einem Druckkopf 9 gedreht und dabei umfangsseitig bedruckt. Ebenso wird an dem Trocknungsmodul 10.6 die durch die Druckmodule 10.2–10.6 frisch aufgebrachte Druckfarbe bzw. Drucktinte durch die an den Aufnahmen des Transportmoduls vorgesehenen Trocknungs- und Härtungseinrichtungen 7 getrocknet bzw. ausgehärtet, und zwar wiederum unter Drehung des Behälters 2 um dessen Behälterhochachse gegenüber der jeweiligen Trocknungsund Härtungseinrichtung 7.
Den Ausführungsbeispielen aus 1 und 2 ist gemeinsam, dass auf die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 in Bewegungsrichtung des Behälters folgend ist ein Sensor 8 vorgesehen, mittels dem Informationen hinsichtlich des Bewirkens einer Trocknungsreaktion an dem bedruckten Behälter erfassbar sind. Der Sensor 8 kann hierbei in Transportrichtung TR auf die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 folgend angeordnet sein. Alternativ ist es möglich, dass der Sensor 8 jeweils einer Behälterbehandlungsstation 4, beispielsweise einer Druckstation 12 oder einer Trocknungsstation eines Trocknungsmoduls 10.6, an dem auch die jeweiligen Trocknungsund Härtungseinrichtungen 7 vorgesehen sind, zugeordnet ist.
In 3 ist beispielhaft eine Behälterbehandlungsstation 4 gezeigt. Die Behälterbehandlungsstation 4 kann dabei insbesondere eine Druckstation 12 gemäß der Druckvorrichtung 10 aus 1 (Druckkopf 9 ist nicht dargestellt) bzw. eine Trocknungsstation gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sein. Der an der Behälterbehandlungsstation 4 vorgesehene Behälter 2 wird durch geeignete Haltemittel fixiert und kann in der mit dem Pfeil angegebenen Drehrichtung DR um seine Behälterhochachse gedreht werden. Die Haltemittel können insbesondere ein Einspannen des Behälters 2, beispielsweise zwischen einer Behälterunterseite und einer Behälteroberseite, oder eine hängende Halterung im Bereich der Behältermündung bewirken. Durch die Drehung der Behälter 2 in Drehrichtung DR werden frisch bedruckte Druckbereiche, d.h. Druckbereiche, in denen die aufgebrachte Druckfarbe bzw. Drucktinte noch nicht getrocknet bzw. ausgehärtet ist, an der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 vorbeibewegt. Die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 kann insbesondere eine UV-Lichtquelle sein. Durch das Einwirken der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 auf das Druckbild wird dieses Druckbild einer Trocknungsbzw. Aushärtereaktion unterzogen bzw. eine derartige Trocknungsreaktion ausgelöst.
Nach dem Vorbeibewegen des Druckbildes an der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 wird das Druckbild durch die Drehung des Behälters 2 um dessen Behälterhochachse ebenfalls am Sensor 8 vorbeibewegt. Der Sensor 8 kann insbesondere ein wärmeerfassender Sensor sein, beispielsweise ein Infrarotsensor. Der Sensor 8 ist insbesondere dazu ausgebildet, die Wärmeenergie zu ermitteln, die von dem der Trocknungsreaktion unterzogenen Behälter 2 abgestrahlt wird. Insbesondere ist der Sensor zur Ermittlung der Absoluttemperatur von Druckbildbereichen ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Trocknungsreaktion der Druckfarbe bzw. Drucktinte Wärmeenergie freigesetzt wird, und zwar durch chemische Reaktionen während der Trocknungsreaktion.
Bevorzugt weist der Sensor 8 eine Fokussierung bzw. einen sehr engen Erfassungsbereich auf, sodass die vom Behälter 2 abgestrahlte Wärme zielgenau erfassbar ist. Dadurch wird erreicht, dass nahezu ausschließlich Wärmeenergie bzw. Infrarotstrahlung, die vom Behälter 2 abgestrahlt wird, durch den Sensor 8 erfasst wird und Infrarotstrahlung, die außerhalb des Empfangsbereichs abgestrahlt wird, keine Verfälschung des Messsignals hervorruft.
Vorzugsweise ist der Sensor zur Erfassung der abgestrahlten Wärmeenergie im Millisekundenbereich, beispielsweise im Bereich zwischen 50ms und 1ms, vorzugsweise in einem Bereich kleiner als 10ms ausgebildet, sodass bei dem Vorbeibewegen des Druckbildes an dem Sensor 8 eine Vielzahl von Messwerte an unterschiedlichen Stellen des Druckbildes aufgenommen werden können, und somit auch unterschiedliche Trocknungsgrade in unterschiedlichen Druckbildbereichen fassbar sind. Die Erfassung der Bewirkung einer Trocknungsreaktion in unterschiedlichen Bildbereichen ist nämlich insbesondere deshalb von Nöten, da es sich gezeigt hat, dass die Aushärtung an unterschiedlichen Stellen im Druckbild unterschiedliche Aushärtungsgrade aufweisen kann. Beispielsweise führt die gleichmäßige Einwirkung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 auf das gesamte Druckbild bei Druckbildbereichen mit weißer Druckfarbe bzw. Drucktinte zu einer geringeren Aushärtung als bei den übrigen Farben, da das UV-Licht, das von der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 abgegeben wird, von der weißen Druckfarbe bzw. Drucktinte stärker reflektiert wird als bei den übrigen Farben. Diese Reflexionen bei weißer Druckfarbe bewirken eine geringere Aktivierung der Fotoinitiatoren in der weißen Druckfarbe bzw. Drucktinte und damit eine schlechtere Trocknung bzw. Aushärtung. Durch die getrennte Erfassung der von unterschiedlichen Druckbildbereichen abgestrahlten Wärmeenergie wird es somit möglich, den Grad der Aktivierung der Trocknungsreaktion für unterschiedliche Druckbildbereiche zu bestimmen bzw. damit Aussagen über den Grad der Aushärtung insgesamt zu treffen.
Wie in 3 beispielhaft gezeigt, ist der Sensor 8 mit einer Auswerteeinheit 13 gekoppelt. Dadurch können durch den Sensor 8 erfasste Messwerte an die Auswerteeinheit 13 weitergeleitet und dort analysiert bzw. ausgewertet werden. Insbesondere ist durch die Auswerteinheit 13 möglich, den Grad der Aktivierung der Trocknungsreaktion bzw. Aushärtungsreaktion, der durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 hervorgerufen wurde, zu bestimmen. Bevorzugt kann die Auswerteinheit 13 auch mit der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 gekoppelt sein, sodass die Leistung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7, insbesondere die Energie der abgestrahlten UV-Strahlung in Abhängigkeit vom festgestellten Grad der Aktivierung der Aushärtereaktion geregelt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass beim Feststellen einer zu geringen Aushärtereaktion durch die Auswerteinheit 13 eine Leistungserhöhung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 bewirkt wird. In gleicher Weise ist selbstverständlich auch eine Reduzierung der Leistung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 bei der Feststellung, dass ein überhöhter Grad der Aktivierung der Auswertreaktion erreicht ist, möglich.
Vorzugsweise wird zur Ermittlung des Trocknungsgrads bzw. des Aushärtungsgrads durch den Sensor 8 ein Referenzmesswert, insbesondere ein Referenztemperaturmesswert ermittelt, der der Temperatur des Behälters 2 vor der Aktivierung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 entspricht. Anhand des Temperaturmesswertes kann eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Druckbildes, die die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 durchlaufen hat und der Temperatur des Behälters vor der Aktivierung der Trocknungsreaktion bzw. der Auswertreaktion des Druckbildes ermittelt werden. Diese Temperaturdifferenz gibt unmittelbar Aufschluss über den Grad der Aktivierung der Trocknungsreaktion bzw. der Aushärtereaktion und damit die nach Ablauf dieser Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion bedingte Trocknung bzw. Aushärtung des Druckbildes.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste

1: Trocknungsvorrichtung
2: Behälter
3: Transportelement
4: Behälterbehandlungsstation
5: Behälteraufgabe
6: Behälterabnahme
7: Trocknungs- und Härtungseinrichtung
8: Sensor
9: Druckkopf
10: Druckvorrichtung
10.1–10.8: Module
11: Transporteur
12: Druckstationen
13: Auswerteeinheit
DR: Drehrichtung
MHA: Maschinenhochachse
TR: Transportrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/00936 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Behältern (2) umfassend ein umlaufend antreibbares Transportelement (3) mit Behälterbehandlungsstationen (4), wobei die an den Behälterbehandlungsstationen (4) aufgenommenen Behälter (2) durch das Transportelement (3) auf einer Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe (5) und wenigstens einer Behälterabnahme (6) bewegt werden, mit den Behälterbehandlungsstationen (4) zugeordneten Trocknungs- und Härtungseinrichtungen (7) zum Bewirken einer Härtungs- und Trocknungsreaktion an den bedruckten Behältern (2), und umfassend eine oder verbindbar mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (8) vorgesehen ist, der zur Ermittlung der Wärmeenergie oder Wärmestrahlung ausgebildet ist, die von dem der Trocknungsreaktion unterzogenen Behälter (2) abgestrahlt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsund Härtungseinrichtungen (7) zur Bewirkung einer exothermen Trocknungsreaktion am bedruckten Behälter (2) ausgebildet sind und dass der Sensor (8) zur Ermittlung der vom Behälter (2) abgestrahlten, durch die exotherme Trocknungsreaktion hervorgerufenen Wärmeenergie ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) ein Infrarotsensor ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) eine Optik zur fokussierten Erfassung der vom Behälter abgestrahlten Wärmeenergie aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Vielzahl von Behälterbehandlungsstationen (4) aufweist und dass jeder Behälterbehandlungsstation (4) ein eigenständiger Sensor (8) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) in Bewegungsrichtung des Behälters (2) nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch deren Ausbildung derart, dass der Behälter (2) an der Behälterbehandlungsstation (4) um dessen Hochachse gedreht wird und dass der Sensor (8) in Drehrichtung (DR) nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7), insbesondere unmittelbar nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) eine Auswerteeinheit aufweist oder der Sensor (8) mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, mittels der der Trocknungsgrad des bedruckten Behälters (2) auf Grundlage der durch den Sensor (8) erfassten Wärmeenergie ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Trocknungsgrads unter Berücksichtigung zumindest eines Referenzmesswerts erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung integraler Bestandteil einer Druckvorrichtung (10) zum Bedrucken der Behälter ist oder dass die Vorrichtung einer Druckvorrichtung (10) zum Bedrucken der Behälter nachgelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) eine UV-Lampe ist.
Verfahren zur Ermittlung des Trocknungsgrads von bedruckten Behältern (2) umfassend ein umlaufend antreibbares Transportelement (3) mit Behälterbehandlungsstationen (4), wobei die an den Behälterbehandlungsstationen (4) aufgenommenen Behälter (2) durch das Transportelement (3) auf einer in sich geschlossenen Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe (5) und wenigstens einer Behälterabnahme (6) bewegt werden, und wobei den Behälterbehandlungsstationen (4) jeweils eine Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) zugeordnet ist, mittels der eine Trocknungsreaktion an den bedruckten Behältern (2) bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensors (8) die Wärmeenergie ermittelt wird, die von dem der Trocknungsreaktion unterzogenen Behälter (2) abgestrahlt wird und mittels einer Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsund Härtungseinrichtung (7) eine exotherme Trocknungsreaktion am bedruckten Behälter (2) bewirkt und der Sensor (8) die vom Behälter (2) abgestrahlte, durch die exotherme Trocknungsreaktion hervorgerufene Wärmeenergie ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsgrad des bedruckten Behälters (2) nach Abschluss der Trocknungsreaktion auf Grundlage der durch den Sensor (8) erfassten Wärmeenergie während des Ablaufs einer durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) bewirkten exothermen Trocknungsreaktion ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsgrad des bedruckten Behälters (2) unter Berücksichtigung der Temperatur des bedruckten Behälters (2) vor Einleiten der Trocknungsreaktion ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels mindestens eines Sensors (8) als Wärmeenergie ermittelt Daten eines oder mehrerer Behälter (2) nach deren Auswertung zur Steuerung von Prozessparametern direkt oder mittelbar genutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zur Ausschleusung und/oder Nachbehandlung von Behältern (2) mit nicht ausreichender Trocknung- oder Aushärtung ihrer Bedruckungen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zur Steuerung der Trocknungs- und Härtungsparameter der Vorrichtung zum Trocknen nach einer der Ansprüche 1 bis 11 genutzt werden.