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Die Erfindung betrifft eine Druckmaschine mit einem Kontrollsystem gemäß dem Oberbegriff des 1. Anspruchs, ein Verfahren zum Betrieb einer Druckmaschine und eine Verwendung eines Spektroskops und/oder eines Spektrometers in einer Bedruckstoffzufuhr für eine bedruckstoffverarbeitende Maschine.
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Messvorrichtungen zum Messen der Durchhärtung von acrylathaltigen Farben und Lacken sind bereits bekannt. So sind Messgeräte bekannt, welche durch Aufbringen eines Konterstückes die Polymerisation der Farbe anhand der Verfärbung des Konterstückes überprüfen.
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Mit Hilfe von HPLC (high performance liquid chromatography) und GC-MS (Gas-Chromatographen-Massenspektrometer) ist es ebenfalls möglich, die Durchhärtung von UV-Farben und UV-Lacken zu bestimmen. Diese Methoden sind aufgrund ihrer Komplexität aber nicht für den Gebrauch in einer Druckerei geeignet.
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Die Nutzung von spektroskopischen Methoden zur Erfassung der Polymerisation von UV-Farben und UV-Lacken wird ebenfalls schon länger durchgeführt. So kann z. B. durch Infrarot (IR)-Spektroskopie die Abnahme der Monomere in der UV-Farbe oder im UV-Lack verfolgt werden. Die schnelle Erfassung von Veränderungen mit Nah-Infrarot (NIR)-Spektroskopie wird vor allem in verschiedenen pharmazeutischen Bereichen und bei der Sortierung von Altpapier und Kunstoffen im Recyclingprozess eingesetzt.
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Aus der
DE 10 2006 015 277 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Druckmaschine bekannt, bei dem ein Polymerisationsgrad einer Farbe oder eines Lackes bestimmt wird und aus den Messdaten Daten und Vorgabewerte für die Maschinensteuerung, die Strahleransteuerung und/oder die Ansteuerung von Markierungseinrichtungen gewonnen werden. Wie die Messung erfolgen soll ist nicht offenbart. Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist, dass die im Bedruckstoff vorhandenen Fehler nicht detektiert werden können. Eine eindeutige Identifikation der vom Bedruckstoff herrührenden Fehler ist somit nicht möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Qualitätskontrolle an Druckmaschinen weiter zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch die Verwendung eines Spektroskops und/oder eines Spektrometers in der Bedruckstoffzufuhr einer bedruckstoffverarbeitenden Maschine gemäß dem Verwendungsanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Qualitätskontrolle an Druckmaschinen weiter verbessert wird.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Messvorrichtungen für Ultraviolett (UV)-Trockner in Druckmaschinen und ein Verfahren zur Steuerung des Energieeintrages der UV-Strahler durch Kontrolle des Polymerisationsgrades der aufgebrachten Druckfarbe oder des Drucklackes.
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Die Erfindung nutzt gemäß bevorzugten Ausführungsformen spektroskopische Methoden wie Raman-Spektroskopie und/oder spektralphotometrische Methoden wie Infrarot (IR)-Spektrometrie und insbesondere die Nah-Infrarot (NIR)-Spektrometrie zur Erfassung der Polymerisation von UV-Farben und UV-Lacken, welche in einer Druckmaschine auf einen Bedruckstoff aufgebracht wurden. Bei der Messung wird vorzugsweise die Abnahme der Acrylatbande oder das Entstehen von Polymerisationsprodukten im Spektrum verfolgt. Eine selektive Auswertung z. B. der Acrylatbande ermöglicht eine sehr feine Auflösung bei geringem Rauschen aufgrund des direkten Zusammenhanges zur Vernetzung. Ungehärtete Acrylate haben ein Remissionsmaxima, während gehärtete Acrylate ein Remissionsminima aufweisen. Somit können die Messungen für verschiedene Trocknungsprozesse auf chemischer Basis genutzt werden, soweit eine Stoffumwandlung stattfindet. Zwei Arten der Messung sind dabei vorgesehen.
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In einer ersten Variante einer Offlinemessung wird der bedruckte Bogen aus der Druckmaschine entnommen und durch eine NIR-Sonde oder ein NIR-Spektrometer vermessen. Die NIR-Quelle und der Messkopf können dabei als einzelnes Gerät oder integriert im Leitstand vorhanden sein. Bei der Messung werden sowohl das reine Substrat als auch die UV-Farbe und der UV-Lack, z. B. durch einen Messstreifen, erfasst. Die so erhaltenen Informationen werden über eine Schnittstelle an den Leitstand weitergegeben und verarbeitet. Der Bediener der Druckmaschine erhält dann Informationen wie hoch der Trocknungsgrad (Polymerisation) seiner UV-Druckfarbe oder seines UV-Lackes ist und ob eventuell die Leistung der UV-Trockner in der Maschine verändert werden müssen, um ein optimales Trocknungsergebnis zu erreichen.
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In einer zweiten Variante einer Inlinemessung werden die NIR-Quelle und der NIR-Sensor nach den UV-Trocknern an eine beliebige Position, z. B. in die Auslage der Druckmaschine, gebracht. Dabei ist es möglich, mehrere Sensoren an verschiedene Positionen anzubringen oder einen auf verschiedene Positionen motorisch verstellbaren Messkopf einzusetzen. Jeder bedruckte Bogen wird, nachdem er durch die UV-Trockner gelaufen ist, von dem Sensor oder einem Sensorfeld eines Spektrometers vermessen. Die aus dem Spektrometer erhaltenen Informationen werden dann über eine Schnittstelle an eine Kontrolleinheit der Druckmaschine weitergegeben und verarbeitet. Die erhaltenen Informationen über den Trocknungsgrad (Polymerisation) der UV-Druckfarbe und des UV-Lackes wird dann genutzt, um die Energie der UV-Strahler zu regulieren. Dies kann sowohl automatisch als auch mit Eingriff des Benutzers geschehen.
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Bei beiden Varianten erfolgt die Messung des Polymerisationsgrades nach einem bestimmten Messablauf. Dabei wird zuerst ein unbedruckter Bereich eines Bedruckstoffes vermessen, um dieses Spektrum später von eigentlich zu vermessenden Spektren abzuziehen. Danach wird ein ungetrockneter Bereich eines Bedruckstoffes vermessen, welcher als Referenz dient. Alle Spektren der danach gemessenen Bedruckstoffe werden mit dem Spektrum des nassen Bedruckstoffes verglichen und ins Verhältnis gesetzt, um mit Hilfe chemometrischer Methoden den Polymerisationsgrad zu bestimmen. Diese Information wird dann der Druckmaschine zur Weiterverarbeitung bereitgestellt.
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In bevorzugten Ausführungsformen ist es besonders einfach, Druckprobleme, welche vom Bedruckstoff stammen, zu erkennen. Dabei wird die Fehlerursache schneller erkannt. Somit kann eine Fehlersuche an der Druckmaschine vermieden werden.
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In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung ist ein Sensorsystem einer Offsetdruckmaschine derart zugeordnet, dass ein unbedruckter Bereich eines Bedruckstoffes und weiter ein bedruckter Bereich eines Bedruckstoffes vermessen wird. Ein solches Sensorsystem kann in einem Messtisch oder einem separaten Gerät untergebracht sein. Dabei wird ein zu bedruckender Bedruckstoff vor dem Druckdurchgang durch das Sensorsystem spektral vermessen. Durch das Sensorsystem gewonnene Messdaten werden einer Auswerteeinheit zugeführt und bevorzugt gespeichert und/oder angezeigt. Nach einem durchgeführten Druckdurchgang wird der oder ein anderer ähnlicher Bedruckstoff erneut spektral vermessen. Die neu gewonnenen Messdaten werden ebenfalls der Auswerteeinheit zugeführt. Durch Vergleich der Messdaten können die vom Druckdurchgang verursachten Parameter gewonnen werden.
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Weiterbildend ist vorgesehen, das Sensorsystem inline in der Maschine vorzusehen, so dass durch dieses zeitlich und/oder örtlich versetzt ein unbedruckter Bereich und ein bedruckter Bereich des oder der Bedruckstoffe vermessen wird. Besonders bevorzugt wird ein Kontrollsystem mit mindestens zwei Sensorsystemen eingesetzt, so dass von einem ersten Sensorsystem ein unbedruckter Bereich eines Bedruckstoffes und von einem zweiten Sensorsystem ein bedruckter Bereich eines Bedruckstoffes vermessen wird. Dabei kann besonders vorteilhaft ein und derselbe Bedruckstoff vor dem Druckdurchgang und nach dem Druckdurchgang vermessen werden. Hierbei ist besonders vorteilhaft eine Änderung der Stoffzusammensetzung während des Druckdurchganges feststellbar. Eine Änderung der Bedruckstoffparameter kann durch jeweiligen Vergleich der Messdaten der nacheinander transportierten Bedruckstoffe erfolgen. Von den Messdaten ausgehend können dabei Maschineneinstellungen, Trockneransteuerung und/oder Ansteuerungen von Einzel- oder Zusatzaggregaten beeinflusst werden.
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Ein bevorzugtes Sensorsystem enthält einen IR-Sensor, insbesondere einen NIR-Sensor, zur Erfassung der Messdaten des Bedruckstoffes. Mit Hilfe des NIR-Spektrometers können die Strichbestandteile und das Lignin im Holz gemessen werden. Das dadurch erhaltene Spektrum ist ein Fingerabdruck des Papiers, welches eindeutig einer Sorte und einer Qualität zugeordnet werden kann. Eine Inline-Messung der Papierqualitäten (Strich, Holzanteil) dient der Erstellung eines Fingerabdruckes zur Qualitätssicherung und führt zu einem stabilen Druckprozess. Durch den Einbau eines NIR-Sensors in der Bogenzufuhr, insbesondere in einer Bogenanlage, für eine bogenverarbeitende Maschine ist es möglich, jeden Bedruckstoff zu vermessen und somit im Vorfeld Veränderungen im Papier zu erkennen. Die gewonnen Daten können automatisch der Maschinensteuerung oder durch verschiedene Methoden dem Drucker mitgeteilt werden. Der Drucker kann somit auf die Mitteilung reagieren und handeln. Weiter kann das Sensorsystem zur Erkennung von Papieren mit ähnlichen Eigenschaften eingesetzt werden. Bei Wiedererkennung von definierten Papieren kann die Verwendung von bekannten Prozessparametern für den Druckprozess abgeleitet werden.
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Die gewonnenen Daten können weiterbildend zur Ansteuerung von Markierungsvorrichtungen verwendet werden, die vorzugsweise in der Auslage der Maschine angeordnet sind. Die Markierungsvorrichtungen markieren somit nicht nur Bedruckstoffe mit als fehlerhaft erkannten Druckmotiven sondern auch mit fehlerhaftem Bedruckstoffmaterial. Es können weiterhin Bearbeitungsschritte unterbrochen werden, die bei ordnungsgemäßem Prozess auf die fehlerhaften Bedruckstoffe erfolgen würde. So ist es sinnvoll, bei einer Vielzahl fehlerhafter Bedruckstoffe am Anleger die Druck-, Lack-, Bearbeitungs- und auch Folierwerke abzustellen, um Energie und Rohstoffe wie Druckfarbe, Lack, Folie usw. einzusparen. Bei einer gewissen Anzahl an fehlerhaften Bedruckstoffen am Anleger ist es auch sinnvoll, den Druckvorgang zu unterbrechen und auf geeignetere Bedruckstoffe des aktuellen Stapels zu warten oder den aktuellen Stapel im Anleger gegen einen neuen geeigneten Stapel auszutauschen.
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Weiterhin können die gewonnenen Spektren der unbedruckten Bedruckstoffe für die Trocknersteuerung benutzt werden. Für die Trocknersteuerung bzw. -regelung werden hierbei die getrockneten Bedruckstoffe ebenfalls mittels NIR-Spektralphotometrie ausgemessen. Für eine genaue Bestimmung des Trocknungsgrades werden hierbei Spektralwerte des unbedruckten Bedruckstoffes benötigt. Diese Spektralwerte müssen von den aus den Folgemessungen der getrockneten Bedruckstoffe gewonnenen Werte subtrahiert werden, da der reine Bedruckstoff einen großen und störenden Anteil am gemessenen Spektrum des getrockneten Bedruckstoffes ausmacht. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich die in der Anlage gewonnenen Werte mehrfach verwenden, wodurch die Vorrichtung ökonomisch sinnvoll ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass sich verschiedene Bedruckstoffe wie Papiere, Kartonagen, Folien usw. leicht charakterisieren lassen. Somit ist eine einfache Zuordnung der Bedruckstoffe in Papierqualitäten und Standards möglich, wobei Bedruckstoffbibliotheken erstellt werden können, die die Maschineneinstellung und -steuerung verbessern. Die Bedruckstoffbibliotheken helfen dem Drucker, die optimalen Bedruckstoffe auszuwählen und die Maschinenparameter auf die Papiersorte einzustellen. Eine Kombination mit den gespeicherten Auftragsdaten oder den Vorstufendaten ist hier möglich.
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Die Bedruckstoffe lassen sich vorteilhafterweise anhand ihres Aufbaus unterscheiden. Durch eine Inline-Überwachung kann eine vollständige Kontrolle der Bedruckstoffe durchgeführt werden. Fehler bei der Produktion werden dadurch schneller erkannt und es wird eine einfache Möglichkeit für den Drucker geschaffen, fehlerhafte Stapel zu reklamieren.
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Eine Bestimmung des Trocknungsgrades erfolgt in drei Schritten mit Messdaten des Papieres und Messdaten des nassen und trockenen Bogens über drei Stützpunkte. Gemäß vorteilhafter Weiterbildung kann auch ein Raman-Spektroskop in Kombination mit einem IR-Spektrometer oder einem NIR-Spektrometer verwendet werden.
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Im Folgenden soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung stellt dabei schematisch dar:
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1: Bogendruckmaschine mit einem ersten Sensor an der Anlage und einem zweiten Sensor nach dem letzten Trockner.
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Die einzige 1 zeigt in einer Ausführungsform der Erfindung eine Bogendruckmaschine 1, hier insbesondere eine Bogenoffsetrotationsdruckmaschine in Aggregat- und Reihenbauweise, mit einem Anleger, einer Anlage, mehreren hintereinander angeordneten Druckwerken, einem Trockenwerk und einer Auslage. In zumindest einem der Druckwerke wird eine UV-Farbe auf den von Bogenführungszylindern durch die Maschine transportierten Bogen aufgebracht. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Maschine weitere Lack-, Druck-, Trocken- und/oder Bearbeitungswerke aufweisen oder auch Wendeeinrichtungen enthalten. Bevorzugt wird in jedem der Werke eine UV-Farbe oder ein UV-Lack auf die Bogen aufgebracht.
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Die nicht weiter bezeichneten Druckwerke sind hier baugleich ausgeführt und enthalten jeweils ebenfalls nicht bezeichnete Gegendruckzylinder, Übergabetrommeln, Plattenzylinder sowie Gummizylinder. Jedem Plattenzylinder ist im Druckwerk ein angedeutetes aber ebenfalls nicht weiter bezeichnetes Farbwerk oder Farb- und Feuchtwerk zugeordnet. Der Plattenzylinder wird mit einer Druckplatte bespannt, die vom Farbwerk mit der entsprechenden UV-Druckfarbe eingefärbt wird. Beim Abrollen des Plattenzylinders auf dem Gummizylinder wird die UV-Druckfarbe oder auch Lack motivgerecht auf den mit einem Gummituch bespannten Gummizylinder übertragen. Zwischen dem Gummizylinder und dem Gegendruckzylinder wird ein Druckspalt gebildet, durch den der zu bedruckende Bogen in Förderrichtung gefördert wird. Im Druckspalt wird die Druckfarbe vom Gummizylinder auf den Bogen übertragen. Die Bogenruckmaschine 1 könnte weitere hier nicht dargestellte UV-Lackwerke und/oder Zwischentrockner enthalten.
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Die hier dargestellte Bogendruckmaschine 1 enthält ein integriertes Kontrollsystem, welches ein erstes Sensorsystem, hier ein erstes NIR-Spektrometer 2, vor dem ersten Druckspalt der Maschine und ein zweites Sensorsystem, hier ein zweites NIR-Spektrometer 3, nach einem UV-Trockner aufweist. Vom ersten NIR-Spektrometer 2 werden unbedruckte trockene Bogen spektral vermessen. Die durch das erste NIR-Spektrometer 2 gewonnen Messdaten werden einer nicht weiter gezeigten Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt. Das zweite NIR-Spektrometer 3 befindet sich bevorzugt nach dem letzten UV-Trockner, hier im letzten Trockenwerk, und vermisst die vom UV-Trockner getrockneten Bogen spektralphotometrisch. Auch das zweite NIR-Spektrometer 3 des Kontrollsystems stellt die gewonnen Messdaten der Auswerteeinheit zur Verfügung.
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In nicht dargestellten Weiterbildungen der Ausführungsform ist eine Kombination mit Kamerasystemen vorhandener Qualitätskontrolleinrichtungen vorgesehen. Weiter ist bei der Inline-Bauweise eine motorische Verstellung der Messposition des ersten NIR-Spektrometers 2 bzw. des zweiten NIR-Spektrometers 3 realisierbar, sodass unterschiedliche Messorte über die Maschinenbreite angefahren werden können. Hier besteht die Möglichkeit auftragsabhängig Messpositionen zu definieren und zu überwachen. So lässt sich zum Beispiel ein Motiv mit 300%-Farbbelegung anfahren und während der Produktion überwachen.
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Für vergleichbare Messungen besteht die Möglichkeit der Verwendung eines Messfeldes, was in freien Bereichen des Bogens mitgedruckt werden kann. Ein solches Messfeld kann beispielsweise aus Einzelfeldern der drei Grundfarben und aus verschiedenen Mischungszuständen, z. B. CMY-Feld mit jeweils 100% Farbdeckung, was insgesamt 300% entspricht, bestehen.
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Zur Wirkungsweise: Zur Bestimmung eines Zustandes „Trocken" werden Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums gewählt, bei denen ein charakteristisches Verhalten von wahlweise Ausgangssubstanzen, Druckfarben oder -lacken, nachweisbar sind, und wie folgt ausgewertet. In einem ersten Schritt wird eine Messung des Spektrums des reinen Bedruckstoffs vorgenommen, und als zweites eine ungetrocknete Probe gemessen. Die beiden Messungen werden voneinander subtrahiert und als Trocknungsgrad „0%" hinterlegt.
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Während der folgenden Messungen werden nun die aktuellen Einzelmessungen nach Subtraktion des Bedruckstoffspektrums mit dem Spektrum des Trocknungsgrades 0% verglichen. Aus dem Messwertunterschied wird mittels Rechentechnik ein Trocknungsgrad ermittelt und bei vorhandener Anbindung dem Leitstand bereitgestellt. Anschließend können hiervon manuelle oder automatische Änderungen der Maschineneinstellungen, der UV-Trocknereinstellungen und insbesondere der Trocknerleistung, der örtlichen Leistungsverteilung, der Anzahl der Trockner und/oder der Art der Trockner abgeleitet werden.
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Im manuellen Betrieb werden dem Bediener auf der Basis der ermittelten Messdaten Empfehlungen zur Veränderung der Einstellung der UV-Trockner zur Verfügung gestellt. Ihm bleibt es freigestellt diese zu befolgen oder nach eigenem Ermessen den Betrieb fortzuführen. Im Automatikbetrieb wird ein Regelkreis realisiert, bei dem die Messergebnisse ohne Zutun des Bedieners zur Optimierung der UV-Trocknereinstellungen verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bogendruckmaschine
- 2
- erstes NIR-Spektrometer
- 3
- zweites NIR-Spektrometer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006015277 A1 [0005]
