DE102014209871A1

DE102014209871A1 - Verfahren zur Herstellung migrationsarmer Druckgüter

Info

Publication number: DE102014209871A1
Application number: DE102014209871.8A
Authority: DE
Inventors: Astrid Bernsdorf
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-11-26
Also published as: US20150338781A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers, wobei der Aufzeichnungsträger vor dem Bedrucken mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff vorbehandelt wird, sowie eine Druckvorrichtung zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers, mit mindestens einer Druckeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Aufzeichnungsträger auf mindestens einer Seite des Aufzeichnungsträgers zu bedrucken, mit einer Vorbehandlungseinrichtung, die in Druckrichtung vor der Druckeinrichtung angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, den Aufzeichnungsträger vor dem Bedrucken mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff vorzubehandeln.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers, wobei der Aufzeichnungsträger vor dem Bedrucken mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff vorbehandelt wird, sowie eine Druckvorrichtung zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers, mit mindestens einer Druckeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Aufzeichnungsträger auf mindestens einer Seite des Aufzeichnungsträgers zu bedrucken, mit einer Vorbehandlungseinrichtung, die in Druckrichtung vor der Druckeinrichtung angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, den Aufzeichnungsträger vor dem Bedrucken mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff vorzubehandeln.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Der Übergang von Mineralölen aus mineralölhaltigen Druckfarben beim Lebensmittelverpackungsdruck oder von Recyclingkartons auf Lebensmittel stellt gegenwärtig ein Problem dar, mit dem u. a. die Druckindustrie bzw. die Verpackungsindustrie konfrontiert wird.
Karton für Verpackungen wird aus ökologischen Erwägungen zu einem großen Teil aus rezykliertem Altpapier hergestellt. Untersuchungen zeigen, dass Recyclingkartons hohe Mineralölanteile enthalten können. Ursprung der Mineralöle sind Druckfarben, wie sie üblicherweise im Zeitungsdruck verwendet werden. Werden Lebensmittel wie zum Beispiel Reis in derartigen Kartons verpackt, können Mineralöle aus dem Karton in größeren Mengen in das Lebensmittel übergehen. Eine andere Quelle kann das Bedrucken von Lebensmittelverpackungen mit mineralölhaltiger Farbe sein.
Durch Einsatz von migrationsarmen, mineralölfreien Farben im Lebensmittelverpackungsdruck, sowie durch geeignete Barriereschichten beim Verpackungsaufbau (Innenbeutel, Laminierungen, etc.) wird der Übergang von Mineralölen verhindert bzw. vermindert.
Dies ist jedoch z. T. technisch aufwändig bzw. bedarf speziell hergestellter Farben, welche teurer sein können oder weitere umwelttechnische bzw. verfahrenstechnische Probleme aufwerfen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechend verbessertes Verfahren zur Herstellung migrationsarmer Druckgüter sowie eine entsprechende Druckvorrichtung bereitzustellen, insbesondere für den Verpackungsdruck und vor allem im Bereich von Verpackungen für Lebensmittel.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine Druckvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Die Ausgestaltungen und Weiterbildungen in den Patentansprüchen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 einen Ansicht eines Digitaldruckers bei einer beispielhaften Konfiguration einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung;
2 einen schematischen Aufbau eines Druckwerks des Digitaldruckers nach 1.
Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON KONKRETEN UND ALLGEMEINEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Zunächst sollen im Kontext der vorliegenden Patentanmeldung die folgenden Begriffe wie folgt verstanden werden: Als Mineralöl sind durch Destillation von Erdöl und gegebenenfalls auch anderen mineralischen Rohstoffen hergestellte Öle zu verstehen, welche generell paraffinische (gesättigte kettenförmige Kohlenwasserstoffe), naphthenische (gesättigte ringförmige Kohlenwasserstoffe) und aromatische (ringförmige Kohlenwasserstoffe mit aromatischem Doppelbindungssystem) Bestandteile sowie ggf. Olefine und/oder ggf. schwefelhaltige und/oder stickstoffhaltige organische Verbindungen enthalten können.
Als Migration ist in der Industrie allgemein eine Verlagerung einer Substanz in verschiedene industrielle Produkte zu verstehen, wie beispielsweise von Mineralöl in Papier und/oder Kartonagen bzw. weitere, beispielsweise zellstoffhaltige, Materialien.
Migrationsarm sind im Rahmen der Erfindung Stoffe, welche nur ein geringes Migrationspotential haben, also einen Stoffübergang von weniger als 10 ppb, d. h. weniger als 10 μg Stoff pro kg Füllgut oder weniger als 1,6 μg/dm² Aufzeichnungsträger, und bevorzugt Stoffe, welche kein Migrationspotential haben. Solche Stoffe sind beispielsweise Stoffe mit einer hohen Viskosität von größer 5 mm²/s (cSt) bei 100°C, bevorzugt größer 11 mm²/s (cSt) bei 100°C, gemessen mit einem Ubbelohde-Viskosimeter nach DIN 51562, und/oder einem hohen Molekulargewicht von mehr als 500 Dalton, bevorzugt mehr als 1000 Dalton, und/oder mit verzweigten Molekülstrukturen, beispielsweise mehrfach verzweigten Molekülstrukturen (2 oder mehr Verzweigungen im Molekül).
Fettsäuren sind im Rahmen der Erfindung aliphatische Monocarbonsäuren, die gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder unverzweigt sein können und auch weitere funktionelle Gruppen wie Epoxygruppen oder Hydroxylgruppen aufweisen können, gemäß bestimmten Ausführungsformen jedoch keine weiteren funktionellen Gruppen aufweisen. Beispiele für Fettsäuren sind Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure, Lignocerinsäure, Cerotinsäure, Melissinsäure, Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Gadoleinsäure, Icosensäure, Cetoleinsäure, Erucasäure, Nervonsäure, Linolsäure, Alpha-Linolensäure, Gamma-Linolensäure, Calendulasäure, Punicinsäure, Alpha-Elaeostearinsäure, Beta-Elaeostearinsäure, Arachidonsäure, Vernolsäure, Rizinolsäure. Bevorzugt sind Fettsäuren mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen.
Verzweige Fettsäureester im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Ester von Fettsäuren, wobei diese mindestens eine Verzweigung in der Molekülstruktur aufweisen können, wobei die Verzweigung sowohl im Fettsäurerest wie auch im weiteren Esterbestandteil, beispielsweise einem Polyol, vorliegen kann. Beispiele für verzweigte Fettsäureester sind Ester von Fettsäuren auf Basis von Polyethylenglykol, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbitan, Xylitol oder weiterer Polyole, bevorzugt Polyethylenglykol, Sorbitan oder Pentaerythrit.
Als Aufzeichnungsträger kommen erfindungsgemäß zellstoffhaltige und zellstofffreie Aufzeichnungsträger in Frage, wobei diese zellstofffreien Aufzeichnungsträger bevorzugt zumindest eine Porenstruktur aufweisen.
Zellstoff ist im Rahmen der Erfindung die beim Aufschluss von Holz oder anderen Pflanzenfasern anfallende, faserige, zumeist vorwiegend aus Cellulose bestehende Masse. Auch rein auf Cellulose basierende Aufzeichnungsträger sind erfindungsgemäß als zellstoffhaltige Aufzeichnungsträger zu verstehen.
Als zellstoffhaltige Aufzeichnungsträger sind somit beispielsweise solche auf Basis von zellstoffhaltigem Papier, beispielsweise auch Altpapier, Pappe und/oder Karton bzw. Kartonagen zu nennen.
Darüber hinaus sind auch zellstofffreie Papiere oder andere zellstofffreie Materialien bekannt, die erfindungsgemäß als Aufzeichnungsträger verwendet werden können, wobei solche zellstofffreien Aufzeichnungsträger bevorzugt eine Porenstruktur aufweisen.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen werden jedoch zellstoffhaltige Aufzeichnungsträger verwendet, welche im erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut durch die Vorbehandlungsstoffe derart behandelt werden können, dass die Migration von Mineralölen weitgehend vermindert oder sogar verhindert werden kann.
Ein Flüssigentwickler umfasst erfindungsgemäß Tonerpartikel und einen Ölträger, wobei die Tonerpartikel und der Ölträger nicht weiter beschränkt sind und solche umfassen, wie sie üblicherweise in Flüssigentwicklern vorhanden sind. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Ölträger Mineralöl. Als Tonerpartikel können beispielsweise Kunstharzpartikel dienen, welche Farbstoffe beinhalten. Ein Flüssigentwickler unterscheidet sich hierbei deutlich von Tinte, welche in beispielsweise Inkjet-Verfahren verwendet wird, wobei die Tinte als Suspension von Pigmenten oder in Form gelöster Farbstoffe vorliegen kann, jedoch keinen Toner umfasst. Gemäß bestimmten Ausführungsformen handelt es sich beim Flüssigentwickler um Flüssigtoner. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich bevorzugt nicht um ein Inkjet-Verfahren, und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt auch keine Inkjet-Druckvorrichtung, sondern eine Vorrichtung, mit der ein Flüssigentwickler, welcher Tonerpartikel und einen Ölträger umfasst, auf einen Aufzeichnungsträger aufgebracht werden kann.
Ein gleichmäßiges Aufbringen des Vorbehandlungsstoffes auf den Aufzeichnungsträger ist gegeben, wenn über die gesamte Fläche des Aufzeichnungsträgers, beispielsweise auf einer Seite oder 2 Seiten, ein Aufbringen in solcher Form erfolgt, dass auf einer bestimmten definierten Fläche des Aufzeichnungsträgers, beispielsweise 1 cm², eine Menge an Vorbehandlungsstoff aufgebracht wird, welche um nicht mehr als 50%, bevorzugt nicht mehr als 20% und besonders bevorzugt nicht mehr als 10% von der gesamten Menge an aufgebrachtem Vorbehandlungsstoff in Bezug auf die gesamte Fläche, auf die er aufgebracht wurde, abweicht.
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers, wobei der Aufzeichnungsträger vor dem Bedrucken mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff ausgewählt aus verzweigten Fettsäureestern mit einem Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton, bevorzugt mehr als 1000 Dalton, und/oder mit einer Viskosität von größer 5 mm²/s (cSt) bei 100°C, bevorzugt größer 11 mm²/s (cSt) bei 100°C, gemessen mit einem Ubbelohde-Viskosimeter nach DIN 51562, und/oder Lösungen von verzweigten Fettsäureestern mit einem Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton, bevorzugt mehr als 1000 Dalton, und/oder mit einer Viskosität von größer 5 mm²/s (cSt) bei 100°C, bevorzugt größer 11 mm²/s (cSt) bei 100°C, gemessen mit einem Ubbelohde-Viskosimeter nach DIN 51562, bevorzugt in flüssiger Form, vorbehandelt wird. Die Vorbehandlung kann also gemäß bestimmten Ausführungsformen mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff, ausgewählt aus verzweigten Fettsäureestern mit einem Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton, bevorzugt mehr als 1000 Dalton, und/oder Lösungen von verzweigten Fettsäureestern mit einem Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton, bevorzugt mehr als 1000 Dalton, bevorzugt in flüssiger Form, erfolgen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Vorbehandlung auch mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff ausgewählt aus verzweigten Fettsäureestern mit einer Viskosität von größer 5 mm²/s (cSt) bei 100°C, bevorzugt größer 11 mm²/s (cSt) bei 100°C, gemessen mit einem Ubbelohde-Viskosimeter nach DIN 51562, und/oder Lösungen von verzweigten Fettsäureestern mit einer Viskosität von größer 5 mm²/s (cSt) bei 100°C, bevorzugt größer 11 mm²/s verwendet werden) über eine Reinigungsflüssigkeitszufuhr 23' zugeführt. Die Reinigungsbürste 123 dreht sich in Die Behandlung ist hierbei nicht auf einen Vorbehandlungsstoff in flüssiger Form beschränkt und kann beispielsweise auch mit einem Vorbehandlungsstoff in Form eines Gases, eines Aerosols, Sols, oder ähnlichem erfolgen, wobei gemäß bestimmten Ausführungsformen jedoch eine Auftragung in Form einer Flüssigkeit oder eines Aerosols, bevorzugt einer Flüssigkeit, leichter technisch realisiert werden kann und/oder zu besseren Ergebnissen bei der Vorbehandlung führt. Das Aufbringen des Vorbehandlungsstoffs erfolgt gemäß bestimmten Ausführungsformen hierbei zeitlich wie auch in Druckrichtung örtlich vor einem weiteren Behandeln des Aufzeichnungsträgers, beispielsweise einem Bedrucken und/oder einer weiteren Vorbehandlung und/oder einer Zwischen- und/oder Nachbehandlung wie einem Zwischenfixieren oder Fixieren des Flüssigentwicklers. Nach dem Vorbehandeln wird der Aufzeichnungsträger gemäß bestimmten Ausführungsformen mit einem Flüssigentwickler, der Tonerpartikel und einen Ölträger, beispielsweise umfassend Mineralöl, aufweist, bedruckt.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die Vorbehandlung Inline, d. h. zwischen Aufzeichnungsträgereingang und erstem Druckwerk, in der Druckvorrichtung, so dass eine effektive Auftragung des Vorbehandlungsstoffs gewährleistet werden kann und auch keine störenden äußeren Einflüsse auf die Auftragung einwirken, wie beispielsweise Staub, aber auch Zugluft, welche zu einer ungleichmäßigen Auftragung führen kann.
Der Vorbehandlungsstoff ist ausgewählt aus verzweigten Fettsäureestern mit einem Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton, wie Polyethylenglykolester, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Pentaerythritoltetraoctanoat, und/oder Lösungen von verzweigten Fettsäureestern, wobei auch hier die verzweigten Fettsäureester ein Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton aufweisen. Die genannten Vorbehandlungsstoffe sind unter umwelttechnischen wie auch verfahrenstechnischen Aspekten vorteilhaft. Zudem sind sie auch für den Verpackungsdruck und insbesondere für den Druck von Verpackungen für Lebensmittel geeignet. Die Lösungen der verzweigten Fettsäureester können in einem geeigneten Lösungsmittel hergestellt werden, wie beispielsweise einem Alkohol, Glykol, Wasser, und/oder Mischungen derselben oder mit weiteren Lösungsmitteln, wobei aus umweltbezogenen Aspekten wie auch verfahrenstechnisch bevorzugt jedoch Wasser verwendet werden kann. Auch sind solche Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemische bevorzugt, welche aus lebensmitteltechnischer Sicht unbedenklich sind.
Die Art der Aufbringung des Vorbehandlungsstoffs ist erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt und kann auf geeignete Weise erfolgen, beispielsweise unter Verwendung von Düsen, Walzen, Rakeln oder ähnlichem durch Sprühen, Streichen oder Walzen, etc. Der mineralölfreie, migrationsarme Vorbehandlungsstoff kann dabei in den Aufzeichnungsträger weggeschlagen werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Vorbehandlungsstoff gleichmäßig auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht werden, wobei eine gleichmäßige Auftragung wie oben definiert stattfindet. Gemäß bestimmter Ausführungsformen wird durch das Aufbringen des Vorbehandlungsstoffes gewährleistet, dass über die gesamte Fläche des Aufzeichnungsträgers, zumindest jedoch im Bereich des Aufzeichnungsträgers, der bedruckt wird, eine migrationsarme Schicht erhalten wird, bei der eine Migration zu weniger als 10 ppb, d. h. weniger als 10 μg Stoff pro kg Füllgut oder weniger als 1,6 μg/dm² Aufzeichnungsträger, stattfindet, bzw. das keine Migration dort oder über die gesamte Fläche des Aufzeichnungsträgers erfolgt. Hierdurch kann eine einheitliche Qualität des Aufzeichnungsträgers gewährleistet werden.
Die Zeit zum Aufbringen des Vorbehandlungsstoffs ist erfindungsgemäß auch nicht besonders beschränkt, so lange gewährleistet werden kann, dass genügend Vorbehandlungsstoff auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht wird, um eine Migration geeignet zu vermindern bzw. gemäß bestimmten Ausführungsformen zu verhindern. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Vorbehandlung mit dem Vorbehandlungsstoff für eine Zeit von 1 ms bis 10 s, vorzugsweise für eine Zeit von weniger als 1 s. Mit einem solchen Zeitraum kann eine gute Vorbehandlung erzielt werden.
Auch ist die Temperatur, mit der der Vorbehandlungsstoff aufgebracht wird, erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt und kann anhand des Vorbehandlungsstoffs und seiner gewünschten Auftragsform, beispielsweise in flüssiger Form, geeignet bestimmt werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Vorbehandlung mit dem Vorbehandlungsstoff bei einer Temperatur im Bereich von 10°C bis 120°C, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 20°C–40°C, erfolgen. Dies kann zum einen den Aufzeichnungsträger schonen und ermöglicht auch eine einfache Verfahrensweise.
Nach dem Vorbehandeln kann der Aufzeichnungsträger einseitig oder zweiseitig bedruckt werden und ggf. danach fixiert werden, wobei bei einem beidseitigen Bedrucken auch eine Zwischenfixierung stattfinden kann. An das jeweilige Drucken können sich auch Kühl- oder Heizschritte und/oder Schritte zur Rückbefeuchtung des Aufzeichnungsträgers anschließen, sowie ggf. weitere Schritte. Das Drucken kann mit einer oder mit mehreren Farben erfolgen. Die verschiedenen Schritte können hierbei geeignet durchgeführt werden, beispielsweise nach bekannter Weise in bestehenden Druckvorrichtungen.
Nach dem Bedrucken werden gemäß bestimmten Ausführungsformen auf dem Aufzeichnungsträger verbleibende Lösungsmittelreste der Druckfarbe, beispielsweise Mineralöle, entfernt, bevorzugt durch ein Trocknungsverfahren. Das Trocknungsverfahren ist hierbei nicht beschränkt und kann geeignet anhand des Lösungsmittels bestimmt werden, beispielsweise hinsichtlich der Temperatur und/oder der Trocknungszeit. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass auch nach dem Bedrucken Stoffe auf Mineralöl am fertiggestellten Aufzeichnungsträger verbleiben, was insbesondere hinsichtlich eines Recyclings des Aufzeichnungsträgers und für den Einsatz im Lebensmittelverpackungsdruck von Vorteil ist.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Aufzeichnungsträger Papier, Pappe und/oder Karton, beispielsweise Papier und/oder Karton. Hierbei kann der Effekt der Verminderung bzw. Verhinderung von Migration gut erzielt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Druckvorrichtung zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers, bevorzugt eines zellstoffhaltigen Aufzeichnungsträgers, mit Flüssigentwickler, welcher Tonerpartikel und einen Ölträger aufweist, wobei die Druckvorrichtung mindestens eine Druckeinrichtung für Flüssigentwickler, der Tonerpartikel und einen Ölträger aufweist, umfasst die dazu ausgebildet ist, den Aufzeichnungsträger auf mindestens einer Seite des Aufzeichnungsträgers zu bedrucken, und eine Vorbehandlungseinrichtung umfasst, die in Druckrichtung vor der Druckeinrichtung angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, den Aufzeichnungsträger vor dem Bedrucken mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff vorzubehandeln.
Die Art der Druckvorrichtung ist nicht besonders beschränkt, und es können übliche Druckvorrichtungen, wie beispielsweise Digitaldrucker, Offset-Drucker, etc., verwendet werden, in denen eine entsprechende Vorbehandlung mit einer Vorbehandlungseinrichtung gemäß der Erfindung erfolgt. Es können in einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung auch mehr als eine Druckeinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise bei einem beidseitigen Bedrucken, wobei jedoch zu gewährleisten ist, dass mindestens eine Druckeinrichtung Flüssigentwickler, der Tonerpartikel und einen Ölträger aufweist, aufbringen kann, und bevorzugt alle Druckeinrichtungen derart ausgestaltet sind, dass sie einen Flüssigentwickler, der Tonerpartikel und einen Ölträger aufweist, aufbringen. Zudem kann mit einer oder mehreren Farben gedruckt werden. Weiterhin kann eine erfindungsgemäße Druckvorrichtung eine oder mehrere Fixiereinrichtungen und ggf. Zwischenfixiereinrichtungen, Wendevorrichtungen, sowie Kühl- und/oder Heizeinrichtungen zur Einstellung einer gewünschten Drucktemperatur umfassen. Auch kann eine Vorrichtung zur Rückbefeuchtung des Aufzeichnungsträgers vorgesehen sein oder weitere Einrichtungen zur Vor- und/oder Nachbehandlung des unbedruckten bzw. bedruckten Aufzeichnungsträgers. Zudem können entsprechende Walzen zum Drucken, Behandeln und/oder Führen des Aufzeichnungsträgers, Einrichtungen zum Übertragen einer Druckvorlage auf den Aufzeichnungsträger, Vorratsbehälter für Druckfarben, etc. in erfindungsgemäßen Druckvorrichtungen vorhanden sein. Darüber hinaus können üblicherweise in bestehenden Druckvorrichtungen enthaltene Einrichtungen in einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung enthalten sein, und diese wie auch die oben genannten Einrichtungen können auf geeignete Weise je nach Druckvorgang, gewünschtem Produkt bzw. verwendetem Aufzeichnungsträger angeordnet werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Vorbehandlungseinrichtung eine Aufbringvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Vorbehandlungsstoff gleichmäßig auf den Aufzeichnungsträger aufzubringen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Rolle, einen Rakel, eine Anordnung von Düsen, etc. handeln. Die Aufbringung kann auch unter Druck erfolgen. Zudem kann die Aufbringungsvorrichtung beheizt werden, um einen Vorbehandlungsstoff zu erwärmen und somit eine bessere Auftragung zu gewährleisten.
Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße Druckvorrichtung gemäß bestimmten Ausführungsformen eine Heizvorrichtung umfassen, die in Druckrichtung nach der Druckeinrichtung angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, nach dem Bedrucken auf dem Aufzeichnungsträger verbleibende Lösungsmittelreste der Druckfarbe, beispielsweise Mineralöle, zu entfernen. Somit kann sicher gewährleistet werden, dass keine Mineralöle im bedruckten Aufzeichnungsträger verbleiben, selbst wenn mineralölhaltige Druckfarben verwendet werden. Der ggf. teurere und/oder aufwändigere Einsatz von mineralölfreien Druckfarben kann vermieden werden.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung in Form eines Digitaldruckers zum beidseitigen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers ist in 1 gezeigt. Selbstverständlich kann auch eine Druckvorrichtung zum einseitigen Bedrucken erfindungsgemäß verwirklicht werden, wobei dann entsprechende nicht erforderliche Komponenten der Druckvorrichtung fehlen können.
Gemäß 1 weist ein Digitaldrucker 10 zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers 20 ein oder mehrere Druckwerke 11a–11d und 12a–12d auf, die ein Tonerbild (Druckbild 20'; siehe 2) auf den Aufzeichnungsträger 20 drucken. Als Aufzeichnungsträger 20 kann – wie dargestellt – ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger 20 von einer Rolle 21 mit Hilfe eines Abwicklers 22 abgewickelt und dem ersten Druckwerke 11a geführt. In einer Fixiereinheit 30 wird das Druckbild 20' auf den Aufzeichnungsträger 20 fixiert. Anschließend kann der Aufzeichnungsträger 20 auf eine Rolle 28 mit Hilfe eines Aufwicklers 27 aufgewickelt werden. Eine solche Konfiguration wird auch als Rolle-Rolle-Drucker bezeichnet.
In der in 1 dargestellten, bevorzugten Konfiguration wird der bahnförmige Aufzeichnungsträger 20 mit vier Druckwerken 11a bis 11d auf der Vorderseite und mit vier Druckwerken 12a bis 12d auf der Rückseite vollfarbig bedruckt (eine sogenannte 4/4-Konfiguration). Hierzu wird der Aufzeichnungsträger 20 von dem Abwickler 22 von der Rolle 21 abgewickelt und über die Vorbehandlungseinrichtung/das Konditionierwerk 23 dem ersten Druckwerk 11a zugeführt. In der Vorbehandlungseinrichtung 23 wird der Aufzeichnungsträger 20 mit einem geeigneten Vorbehandlungsstoff vorbehandelt.
Anschließend wird der Aufzeichnungsträger 20 zunächst der Reihe nach den ersten Druckwerken 11a bis 11d zugeführt, in denen nur die Vorderseite bedruckt wird. Jedes Druckwerk 11a–11d bedruckt den Aufzeichnungsträger 20 üblicherweise mit einem Flüssigentwickler in einer anderen Farbe oder auch mit anderem Tonermaterial im Flüssigentwickler, wie z. B. MICR-Toner, der elektromagnetisch gelesen werden kann.
Nach dem Bedrucken der Vorderseite wird der Aufzeichnungsträger 20 in einer Wendeeinheit 24 gewendet und den restlichen Druckwerken 12a–12d zum Bedrucken der Rückseite zugeführt. Optional kann im Bereich der Wendeeinheit 24 ein weiteres Konditionierwerk (nicht dargestellt) angeordnet sein, durch das der Aufzeichnungsträger 20 für den Rückseitendruck vorbereitet wird, wie beispielsweise ein Anfixieren/Zwischenfixieren (teilweises Fixieren) oder sonstiges Konditionieren des zuvor bedruckten Vorderseitendruckbildes (bzw. der gesamten Vorderseite oder auch Rückseite). Somit wird verhindert, dass das Vorderseitendruckbild beim weiteren Transport durch die nachfolgenden Druckwerke mechanisch beschädigt wird.
Um einen Vollfarbendruck zu erzielen, werden zumindest vier Farben (und damit zumindest vier Druckwerke 11, 12) benötigt, und zwar beispielsweise die Grundfarben YMCK (Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz). Es können auch noch weitere Druckwerke 11, 12 mit speziellen Farben (z. B. kundenspezifische Farben oder zusätzliche Grundfarben, um den druckbaren Farbraum zu erweitern) verwendet werden.
Nach dem Druckwerk 12d ist eine Registereinheit 25 angeordnet, durch die Passermarken, die auf den Aufzeichnungsträger 20 unabhängig vom Druckbild 20' (insbesondere außerhalb des Druckbildes 20') gedruckt werden, ausgewertet werden. Damit lässt sich der Quer- und Längspasser (die Grundfarbpunkte, die einen Farbpunkt bilden, sollten übereinander oder örtlich sehr nahe beieinander angeordnet sein; dies wird auch als Farbpasser oder Vierfarbpasser bezeichnet) sowie das Register (Vorderseite und Rückseite müssen örtlich genau übereinstimmen) einstellen, damit ein qualitativ gutes Druckbild 20' erzielt wird.
Nach der Registereinheit 25 ist die Fixiereinheit 30 angeordnet, durch die das Druckbild 20' auf den Aufzeichnungsträger 20 fixiert wird. Bei elektrophoretischen Digitaldruckern wird als Fixiereinheit 30 vorzugsweise ein Thermotrockner verwendet, der die Trägerflüssigkeit, umfassend beispielsweise Mineralöl, weitgehend verdampft, damit nur noch die Tonerpartikel auf dem Aufzeichnungsträger 20 verbleiben. Dies geschieht unter Einwirkung von Wärme. Dabei können auch die Tonerpartikel auf den Aufzeichnungsträger 20 aufgeschmolzen werden, sofern sie ein infolge Hitzeeinwirkung schmelzbares Material, wie beispielsweise Harz, aufweisen.
Nach der Fixiereinheit 30 ist ein Zugwerk 26 angeordnet, das den Aufzeichnungsträger 20 durch alle Druckwerke 11a–12d und die Fixiereinheit 30 zieht, ohne dass ein weiterer Antrieb in diesem Bereich angeordnet ist. Denn durch einen Friktionsantrieb für den Aufzeichnungsträger 20 bestünde die Gefahr, dass das noch nicht fixierte Druckbild 20' verwischt werden könnte.
Das Zugwerk 26 führt den Aufzeichnungsträger 20 dem Aufwickler 27 zu, der den bedruckten Aufzeichnungsträger 20 aufrollt.
Zentral bei den Druckwerken 11, 12 und der Fixiereinheit 30 sind sämtliche Versorgungseinrichtungen für den Digitaldrucker 10 angeordnet, wie Klimatisierungsmodule 40, Energieversorgung 50, Controller 60, Module des Flüssigkeitsmanagements 70, wie Flüssigkeitssteuereinheit 71 und Vorratsbehälter 72 der verschiedenen Flüssigkeiten. Als Flüssigkeiten werden insbesondere reine Trägerflüssigkeit umfassend Öl, hochkonzentrierter Flüssigentwickler (hoher Anteil von Tonerpartikeln im Verhältnis zur Trägerflüssigkeit umfassend Öl) und Serum (Flüssigentwickler plus Ladungssteuerstoffe) benötigt, um den Digitaldrucker 10 zu versorgen, sowie Abfallbehältern für zu entsorgende Flüssigkeiten oder Behältern für Reinigungsflüssigkeit.
Der Digitaldrucker 10 ist mit seinen baugleichen Druckwerken 11, 12 modular aufgebaut. Die Druckwerke 11, 12 unterscheiden sich mechanisch nicht, sondern lediglich durch den darin verwendende Flüssigentwickler (Tonerfarbe oder Tonerart).
Der prinzipielle Aufbau eines Druckwerks 11, 12 ist in der 2 dargestellt. Ein solches Druckwerk basiert auf dem elektrofotografischen Prinzip, bei dem ein photoelektrischer Bildträger mit Hilfe eines Flüssigentwicklers mit geladenen Tonerpartikeln eingefärbt wird und das so entstandene Bild auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen wird.
Das Druckwerk 11, 12 besteht im Wesentlichen aus einer Elektrofotografiestation 100, einer Entwicklerstation 110 und einer Transferstation 120.
Kern der Elektrofotografiestation 100 ist ein photoelektrischer Bildträger, der an seiner Oberfläche eine fotoelektrische Schicht aufweist (ein sogenannter Fotoleiter). Der Fotoleiter ist hier als Walze (Fotoleiterwalze 101) ausgebildet und weist eine harte Oberfläche auf. Die Fotoleiterwalze 101 dreht sich an den verschiedenen Elementen zum Erzeugen eines Druckbildes 20' vorbei (Drehung in Pfeilrichtung).
Der Fotoleiter wird zunächst von allen Verunreinigungen gereinigt. Hierzu ist ein Löschlicht 102 vorhanden, das noch auf der Oberfläche des Fotoleiters verbliebenen Ladungen löscht. Das Löschlicht 102 ist abgleichbar (lokal einstellbar), um eine homogene Lichtverteilung zu erzielen. Damit kann die Oberfläche gleichmäßig vorbehandelt werden.
Nach dem Löschlicht 102 reinigt eine Reinigungseinrichtung 103 den Fotoleiter mechanisch ab, um gegebenenfalls noch auf der Oberfläche des Fotoleiters vorhandene Tonerpartikel, gegebenenfalls Schmutzpartikel und verbliebene Trägerflüssigkeit zu entfernen. Die abgereinigte Trägerflüssigkeit wird einem Sammelbehälter 105 zugeführt. Die gesammelte Trägerflüssigkeit und Tonerpartikel werden aufbereitet (gegebenenfalls gefiltert) und je nach Farbe einem entsprechenden Flüssigkeitsfarbvorrat, d. h. einem der Vorratsbehälter 72 zugeführt (vgl. Pfeil 105').
Die Reinigungseinrichtung 103 weist vorzugsweise eine Rakel 104 auf, die an der Mantelfläche der Fotoleiterwalze 101 in einem spitzen Winkel (etwa 10° bis 80° zur Auslaufoberfläche) anliegt, um die Oberfläche mechanisch abzureinigen. Die Rakel 104 kann sich quer zur Drehrichtung der Fotoleiterwalze 101 hin- und herbewegen, um die Mantelfläche möglichst verschleißarm auf der gesamten axialen Länge zu reinigen.
Anschließend wird der Fotoleiter durch eine Aufladevorrichtung 106 auf ein vorbestimmtes elektrostatisches Potenzial aufgeladen. Hierzu sind vorzugsweise mehrere Korotrone (insbesondere Glasmantelkorotrone) vorhanden. Die Korotrone bestehen aus zumindest einem Draht 106', an dem eine hohe elektrische Spannung anliegt. Durch die Spannung wird die Luft um den Draht 106' ionisiert. Als Gegenelektrode ist ein Schirm 106'' vorhanden. Die Korotrone werden zusätzlich mit Frischluft umspült, die durch spezielle Luftkanäle (Zuluftkanal 107 zur Belüftung und Abluftkanal 108 zur Entlüftung) zwischen den Schirmen zugeführt wird (siehe auch Luftströmungspfeile in 2). Die zugeführte Luft wird dann am Draht 106' gleichmäßig ionisiert. Dadurch wird eine homogene, gleichmäßige Aufladung der benachbarten Oberfläche des Fotoleiters erreicht. Mit trockener und erwärmter Luft ist die gleichmäßige Aufladung noch zu verbessern. Über die Abluftkanäle 108 wird Luft abgeführt. Gegebenenfalls entstandenes Ozon kann ebenfalls über die Abluftkanäle 108 abgesaugt werden.
Die Korotrone sind kaskadierbar, d. h. es sind dann zwei oder mehr Drähte 106' pro Schirm 106'' bei gleicher Schirmspannung vorhanden. Der Strom, der über den Schirm 106'' fließt, ist einstellbar und dadurch ist die Aufladung des Fotoleiters steuerbar. Die Korotrone können unterschiedlich stark bestromt werden, um eine gleichmäßige und ausreichend hohe Aufladung auf dem Fotoleiter zu erreichen.
Nach der Aufladevorrichtung 106 ist ein Zeichengenerator 109 angeordnet, der über optische Strahlung den Fotoleiter je nach gewünschtem Druckbild 20' pixelweise entlädt. Dadurch entsteht ein latentes Bild, das später mit Tonerpartikeln eingefärbt wird (das eingefärbte Bild entspricht dem Druckbild 20'). Vorzugsweise wird ein LED-Zeichengenerator 109 verwendet, bei dem eine LED-Zeile mit vielen einzelnen LEDs über die gesamte axiale Länge der Fotoleiterwalze 101 feststehend angeordnet ist. Die Anzahl der LEDs und die Größe der optischen Abbildungspunkte auf dem Fotoleiter bestimmen unter anderem die Auflösung des Druckbildes 20' (typische Auflösung liegt bei 600 × 600 dpi). Die LEDs können einzeln zeitlich und bezüglich ihrer Strahlungsleistung gesteuert werden. Somit können zum Erzeugen von Rasterpunkten (bestehend aus mehreren Bildpunkten oder Pixeln) Multilevelverfahren angewendet werden oder Bildpunkte zeitlich verzögert werden, um Korrekturen, beispielsweise bei nicht korrektem Farbpasser oder Register elektrooptisch durchzuführen.
Der Zeichengenerator 109 weist eine Ansteuerlogik auf, die aufgrund der Vielzahl von LEDs und deren Strahlungsleistung gekühlt werden muss. Vorzugsweise wird der Zeichengenerator 109 flüssigkeitsgekühlt. Die LEDs können gruppenweise (mehrere LEDs zu einer Gruppe zusammengefasst) oder getrennt voneinander angesteuert werden.
Das durch den Zeichengenerator 109 erzeugte latente Bild wird durch die Entwicklerstation 110 mit Tonerpartikeln eingefärbt. Die Entwicklerstation 110 weist hierzu eine sich drehende Entwicklerwalze 111 auf, die eine Schicht Flüssigentwickler an den Fotoleiter heranführt (die Funktionsweise der Entwicklerstation 110 wird weiter unten näher erläutert). Da die Oberfläche der Fotoleiterwalze 101 relativ hart ist, die Oberfläche der Entwicklerwalze 111 relativ weich ist und die beiden gegeneinander gedrückt werden, entsteht ein dünner, hoher Nip (ein Spalt zwischen den Walzen), in dem die geladenen Tonerpartikel elektrophoretisch von der Entwicklerwalze 111 auf den Fotoleiter in den Bildstellen aufgrund eines elektrischen Feldes wandern. In den Nichtbildstellen geht kein Toner auf den Fotoleiter über. Der mit Flüssigentwickler gefüllte Nip weist eine Höhe (Dicke des Spalts) auf, die abhängig vom gegenseitigen Druck der beiden Walzen 101, 111 und der Viskosität des Flüssigentwicklers ist. Typischerweise liegt die Dicke des Nips im Bereich größer als etwa 2 μm bis etwa 20 μm (je nach Viskosität des Flüssigentwicklers können sich die Werte auch ändern). Die Länge des Nips beträgt etwa einige wenige Millimeter.
Das eingefärbte Bild dreht sich mit der Fotoleiterwalze 111 bis zu einer ersten Transferstelle, bei der das eingefärbte Bild auf eine Transferwalze 121 im Wesentlichen vollständig übertragen wird. Die Transferwalze 121 bewegt sich an der ersten Transferstelle (Nip zwischen Fotoleiterwalze 101 und Transferwalze 121) in dieselbe Richtung und vorzugsweise identischer Geschwindigkeit wie die Fotoleiterwalze 101 bewegt. Nach dem Transfer des Druckbildes 20' auf die Transferwalze 121 kann das Druckbild 20' (Tonerpartikel) optional mittels einer Ladeeinheit 129, wie z. B. einem Korotron, nachgeladen oder aufgeladen werden, um die Tonerpartikel danach besser auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen zu können.
Der Aufzeichnungsträger 20 läuft in Transportrichtung 20'' zwischen der Transferwalze 121 und einer Gegendruckwalze 126 hindurch. Der Berührungsbereich (Nip) stellt eine zweite Transferstelle dar, in der das Tonerbild auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen wird. Die Transferwalze 121 bewegt sich im zweiten Transferbereich in dieselbe Richtung wie der Aufzeichnungsträger 20. Auch die Gegendruckwalze 126 dreht sich in diese Richtung im Bereich des Nips. Die Geschwindigkeiten der Transferwalze 121, der Gegendruckwalze 126 und des Aufzeichnungsträgers 20 sind an der Transferstelle aufeinander abgestimmt und vorzugsweise identisch, damit das Druckbild 20' nicht verschmiert wird. An der zweiten Transferstelle wird das Druckbild 20' aufgrund eines elektrischen Feldes zwischen der Transferwalze 121 und der Gegendruckwalze 126 elektrophoretisch auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen. Außerdem drückt die Gegendruckwalze 126 mit hoher mechanischer Kraft gegen die relativ weiche Transferwalze 121, wodurch die Tonerpartikel auch aufgrund der Adhäsion an dem Aufzeichnungsträger 20 haften bleiben.
Da die Oberfläche der Transferwalze 121 relativ weich und die Oberfläche der Gegendruckwalze 126 relativ hart ist, entsteht beim Abrollen ein Nip, in dem der Tonertransfer stattfindet. Unebenheiten des Aufzeichnungsträgers 20 können damit ausgeglichen werden, so dass der Aufzeichnungsträger 20 lückenlos bedruckt werden kann. Ein solcher Nip ist auch gut geeignet, um dickere oder unebenere Aufzeichnungsträger 20 zu bedrucken, wie es beispielsweise beim Verpackungsdruck der Fall ist.
Das Druckbild 20' sollte zwar vollständig auf den Aufzeichnungsträger 20 übergehen; dennoch können unerwünschterweise wenige Tonerpartikel auf der Transferwalze 121 verbleiben. Ein Teil der Trägerflüssigkeit verbleibt immer auf der Transferwalze 121 infolge der Benetzung. Die eventuell noch vorhandenen Tonerpartikel sollten durch eine der zweiten Transferstelle nachfolgende Reinigungseinheit 122 nahezu vollständig entfernt werden. Die noch auf der Transferwalze 121 befindliche Trägerflüssigkeit kann auch vollständig oder bis zu einer vorbestimmten Schichtdicke von der Transferwalze 121 entfernt werden, damit nach der Reinigungseinheit 122 und vor der ersten Transferstelle von der Fotoleiterwalze 101 auf die Transferwalze 121 gleiche Bedingungen durch eine saubere Oberfläche oder eine definierte Schichtdicke mit Flüssigentwickler auf der Oberfläche der Transferwalze 121 vorherrschen.
Vorzugsweise ist diese Reinigungseinheit 122 als Nasskammer mit einer Reinigungsbürste 123 und einer Reinigungswalze 124 ausgebildet. Im Bereich der Bürste 123 wird Reinigungsflüssigkeit (beispielsweise kann Trägerflüssigkeit oder eine eigene Reinigungsflüssigkeit verwendet werden) über eine Reinigungsflüssigkeitszufuhr 123' zugeführt. Die Reinigungsbürste 123 dreht sich in der Reinigungsflüssigkeit und ”bürstet” dabei die Oberfläche der Transferwalze 121. Dadurch wird der auf der Oberfläche haftende Toner gelockert.
Die Reinigungswalze 124 liegt auf einem elektrischen Potenzial, das der Ladung der Tonerpartikel entgegengesetzt ist. Infolgedessen wird der elektrisch geladenen Toner durch die Reinigungswalze 124 von der Transferwalze 121 entfernt. Da die Reinigungswalze 124 die Transferwalze 121 berührt, nimmt sie auch auf der Transferwalze 121 verbliebene Trägerflüssigkeit zusammen mit der zugeführten Reinigungsflüssigkeit ab. Am Auslauf aus der Nasskammer ist ein Konditionierelement 125 angeordnet. Als Konditionierelement 125 kann – wie dargestellt – ein Rückhalteblech verwendet werden, das in einem stumpfen Winkel (etwa zwischen 100° und 170° zwischen Blech und Auslaufoberfläche) zur Transferwalze 121 angeordnet ist, wodurch Reste von Flüssigkeit auf der Oberfläche der Walze in der Nasskammer nahezu vollständig zurückgehalten werden und der Reinigungswalze 124 zum Entfernen über eine Reinigungsflüssigkeitsabfuhr 124' zu einem nicht dargestellten Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter (bei den Vorratsbehältern 72) zuführt.
Statt dem Rückhalteblech kann auch eine nicht dargestellte Dosiereinheit dort angeordnet sein, die beispielsweise eine oder mehreren Dosierwalzen aufweist. Die Dosierwalzen haben einen vorbestimmten Abstand zur Transferwalze 121 und nehmen so viel Trägerflüssigkeit ab, dass sich eine vorbestimmte Schichtdicke nach den Dosierwalzen infolge des Abquetschens einstellt. Die Oberfläche der Transferwalze 121 wird dann nicht vollständig abgereinigt; es verbleibt vollflächig Trägerflüssigkeit einer vorbestimmten Schichtdicke. Abgenommene Trägerflüssigkeit wird über die Reinigungswalze 124 zurück zum Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter geführt.
Die Reinigungswalze 124 selber wird durch eine nicht dargestellte Rakel mechanisch sauber gehalten. Abgereinigte Flüssigkeit inklusive Tonerpartikel werden für alle Farben durch einen zentralen Sammelbehälter aufgefangen, gereinigt und dem zentralen Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter zur Wiederverwendung zugeführt.
Die Gegendruckwalze 126 wird ebenfalls durch eine Reinigungseinheit 127 gereinigt. Als Reinigungseinheit 127 können eine Rakel, eine Bürste und/oder eine Walze Verschmutzungen (Papierstaub, Tonerpartikelreste, Flüssigentwickler, etc.) von der Gegendruckwalze 126 entfernen. Die gereinigte Flüssigkeit wird in einem Sammelbehälter 128 gesammelt und dem Druckprozess gegebenenfalls gereinigt über eine Flüssigkeitsabfuhr 128' wieder zur Verfügung gestellt.
Bei den Druckwerken 11, die die Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedrucken, drückt die Gegendruckwalze 126 gegen die nicht bedruckte Seite (und somit noch trockene Seite) des Aufzeichnungsträgers 20.
Dennoch können sich auf der trockenen Seite bereits Staub- /Papierpartikel oder andere Schmutzpartikel befinden, die dann von der Gegendruckwalze 126 entfernt werden. Hierzu sollte die Gegendruckwalze 126 breiter als der Aufzeichnungsträger 20 sein. Infolgedessen können auch Verschmutzungen außerhalb des Druckbereichs gut abgereinigt werden.
Bei den Druckwerken 12, die die Rückseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedrucken, drückt die Gegendruckwalze 126 direkt auf das noch nicht fixierte, feuchte Druckbild 20' der Vorderseite. Damit das Druckbild 20' nicht von der Gegendruckwalze 126 abgenommen wird, muss die Oberfläche der Gegendruckwalze 126 Antihaft-Eigenschaften bezüglich Tonerpartikel und auch bezüglich der Trägerflüssigkeit auf dem Aufzeichnungsträger 20 aufweisen.
Die Entwicklerstation 110 färbt das latente Druckbild 20' mit einem vorbestimmten Toner ein. Hierzu führt die Entwicklerwalze 111 Tonerpartikel an den Fotoleiter heranführt. Um die Entwicklerwalze 111 selber mit einer vollflächigen Schicht einzufärben wird zunächst einer Vorratskammer 112 Flüssigentwickler von einem nicht dargestellten Mischbehälter (innerhalb der Flüssigkeitssteuereinheit 71) über eine Flüssigkeitszufuhr 112' mit einer vorbestimmten Konzentration zugeführt. Aus dieser Vorratskammer 112 wird der Flüssigentwickler einer Vorkammer 113 im Überfluss zugeführt (eine Art nach oben offener Wanne). Zur Entwicklerwalze 111 hin ist ein Elektrodensegment 114 angeordnet, das einen Spalt zwischen sich und der Entwicklerwalze 111 bildet.
Die Entwicklerwalze 111 dreht sich durch die nach oben offene Vorkammer 113 und nimmt dabei Flüssigentwickler mit in den Spalt. Überschüssiger Flüssigentwickler läuft aus der Vorkammer 113 zurück zur Vorratskammer 112.
Durch das durch die elektrischen Potenziale gebildete elektrische Feld zwischen dem Elektrodensegment 114 und der Entwicklerwalze 111 wird der Flüssigentwickler in dem Spalt in zwei Bereich aufgeteilt, und zwar ein Schichtbereich in der Nähe der Entwicklerwalze 111, in dem sich die Tonerpartikel konzentrieren (aufkonzentrierter Flüssigentwickler) und einen zweiten Bereich in der Nähe des Elektrodensegments 114, der an Tonerpartikeln verarmt ist (sehr niedrig konzentrierter Flüssigentwickler).
Anschließend wird die Schicht des Flüssigentwicklers weiter zu einer Dosierwalze 115 transportiert. Die Dosierwalze 115 quetscht die obere Schicht des Flüssigentwicklers ab, so dass danach eine definierte Schichtdicke an Flüssigentwickler von etwa 5 μm Dicke auf der Entwicklerwalze 111 verbleibt. Da sich die Tonerpartikel im Wesentlichen nahe der Oberfläche der Entwicklerwalze 111 in der Trägerflüssigkeit befinden, wird im Wesentlichen die außen liegende Trägerflüssigkeit abgequetscht oder zurückgehalten und letztendlich zu einem Sammelbehälter 119 zurückgeführt, aber nicht der Vorratskammer 112 zugeführt.
Infolgedessen wird überwiegend hochkonzentrierter Flüssigentwickler durch den Nip zwischen Dosierwalze 115 und Entwicklerwalze 111 gefördert. Es entsteht somit eine gleichförmig dicke Schicht an Flüssigentwickler mit etwa 40 Masseprozent Tonerpartikel und etwa 60 Masseprozent Trägerflüssigkeit nach der Dosierwalze 115 (je nach Druckprozessanforderungen können die Masseverhältnisse auch mehr oder weniger schwanken). Diese gleichförmige Schicht Flüssigentwickler wird in den Nip zwischen der Entwicklerwalze 111 und der Fotoleiterwalze 101 transportiert. Dort werden dann die Bildstellen des latenten Bildes mit Tonerpartikeln elektrophoretisch eingefärbt, während im Bereich von Nichtbildstellen kein Toner auf den Fotoleiter übergeht. Ausreichend Trägerflüssigkeit wird unbedingt zur Elektrophorese benötigt. Der Flüssigkeitsfilm spaltet sich nach dem Nip etwa mittig infolge Benetzung auf, so dass ein Teil der Schicht an der Oberfläche der Fotoleiterwalze 101 haften bleibt und der andere Teil (für Bildstellen im Wesentlichen Trägerflüssigkeit und für Nichtbildstellen Tonerpartikel und Trägerflüssigkeit) auf der Entwicklerwalze 111 verbleibt.
Damit die Entwicklerwalze 111 wieder unter gleichen Bedingungen und gleichmäßig mit Flüssigentwickler beschichtet werden kann, werden verbliebene Tonerpartikel (diese stellen im Wesentlichen das negative, nicht übertragene Druckbild dar) und Flüssigentwickler durch eine Reinigungswalze 117 elektrostatisch und mechanisch entfernt. Die Reinigungswalze 117 selber wird durch eine Rakel 118 gereinigt. Der abgereinigte Flüssigentwickler wird dem Sammelbehälter 119 zur Wiederverwendung zugeführt, dem auch der von der Dosierwalze 115 beispielsweise mittels einer Rakel 116 abgereinigte und der von der Fotoleiterwalze 101 mittels der Rakel 104 abgereinigte Flüssigentwickler zugeführt werden.
Der in dem Sammelbehälter 119 gesammelte Flüssigentwickler wird dem Mischbehälter über die Flüssigkeitsabfuhr 119' zugeführt. Dem Mischbehälter werden auch frischer Flüssigentwickler und reine Trägerflüssigkeit bei Bedarf zugeführt. In dem Mischbehälter muss immer genügend Flüssigkeit in gewünschter Konzentration (vorbestimmtes Verhältnis von Tonerpartikeln zu Trägerflüssigkeit) vorhanden sein. Die Konzentration wird in dem Mischbehälter ständig gemessen und abhängig vom Zufuhr von der Menge des abgereinigten Flüssigentwicklers und dessen Konzentration sowie von der Menge und Konzentration von frischem Flüssigentwickler bzw. Trägerflüssigkeit entsprechend geregelt.
Hierzu können aus den entsprechenden Vorratsbehältern 72 höchstkonzentrierter Flüssigentwickler, reine Trägerflüssigkeit, Serum (Trägerflüssigkeit und Ladungssteuerstoffe, um die Ladung der Tonerpartikel zu steuern) sowie abgereinigte Flüssigentwickler diesem Mischbehälter getrennt zugeführt werden.
Der Fotoleiter kann bevorzugt in Form einer Walze oder als Endlosband ausgebildet sein. Es kann dabei ein amorphes Silizium als Fotoleitermaterial oder ein organisches Fotoleitermaterial (auch als OPC bezeichnet) verwendet werden.
Statt eines Fotoleiters können auch andere Bildträger, wie magnetische, ionisierbare, etc. Bildträger verwendet werden, die nicht nach dem fotoelektrischen Prinzip arbeiten, sondern denen nach anderen Prinzipien latente Bilder elektrisch, magnetisch oder auf sonstige Weise aufgeprägt werden, die dann eingefärbt und letztendlich auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen werden.
Als Zeichengenerator 109 können LED-Zeilen oder auch Laser mit entsprechender Scann-Mechanik verwendet werden.
Ebenso kann das Transferelement als Walze oder als Endlosband ausgebildet sein. Das Transferelement kann auch entfallen. Dann wird das Druckbild 20' unmittelbar von der Fotoleiterwalze 101 auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen.
Unter dem Begriff „Elektrophorese” ist die Wanderung der geladenen Tonerpartikel in der Trägerflüssigkeit infolge der Einwirkung eines elektrischen Feldes zu verstehen. Bei jedem Transfer von Tonerpartikel gehen die entsprechenden Tonerpartikel im Wesentlichen vollständig auf ein anderes Element über. Der Flüssigkeitsfilm wird nach dem Berühren der beiden Elemente etwa hälftig infolge der Benetzung der beteiligten Elemente gespalten, so dass etwa eine Hälfte auf dem ersten Element haften bleibt und der restliche Teil an dem anderen Element haften bleibt. Das Druckbild 20' wird übertragen und in dem nächsten Teil dann weitertransportiert, um im nächsten Transferbereich wiederum eine elektrophoretische Wanderung der Tonerpartikel zuzulassen.
Der Digitaldrucker 10 kann ein oder mehrere Druckwerke für den Vorderseitendruck und gegebenenfalls ein oder mehrere Druckwerke für den Rückseitendruck aufweisen. Die Druckwerke können in einer Linie, L-förmig oder U-förmig angeordnet werden.
Statt dem Aufwickler 27 können auch nicht dargestellte Nachverarbeitungseinrichtungen nach dem Zugwerk 26 angeordnet sein, wie Schneider, Falzer, Stapler, etc., um den Aufzeichnungsträger 20 in die endgültige Form zu bringen. Beispielsweise könnte der Aufzeichnungsträger 20 so weit bearbeitet werden, dass am Ende ein fertiges Buch entsteht. Die Nachverarbeitungsgeräte können ebenfalls in Reihe oder abgewinkelt davon angeordnet sein.
Der Digitaldrucker 10 kann – wie zuvor als bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben – als Rolle-Rolle-Drucker betrieben werden. Es ist auch möglich, den Aufzeichnungsträger 20 am Ende in Bögen zu schneiden und die Bögen anschließend zu stapeln oder in geeigneter Weise weiterzuverarbeiten (Rolle-Bogen-Drucker). Ebenso ist es möglich, einen bogenförmigen Aufzeichnungsträger 20 dem Digitaldrucker 10 zuzuführen und am Ende die Bögen zu stapeln oder weiter zu verarbeiten (Bogen-Bogen-Drucker).
Wird nur die Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedruckt, so wird zumindest ein Druckwerk 11 mit einer Farbe benötigt (Simplexdruck). Wird auch die Rückseite bedruckt, so wird noch zumindest ein Druckwerk 12 für die Rückseite benötigt (Duplexdruck). Abhängig vom gewünschten Druckbild 20' auf Vorder- und Rückseite enthält die Druckerkonfiguration entsprechende Anzahl von Druckwerken für Vorder- und Rückseite, wobei jedes Druckwerk 11, 12 immer nur für eine Farbe oder eine Art von Toner ausgelegt ist.
Die maximale Anzahl der Druckwerke 11, 12 ist nur technisch bedingt durch die maximale mechanische Zugbelastung des Aufzeichnungsträgers 20 und die freie Zuglänge. Typischerweise sind beliebige Konfigurationen von einer 1/0-Konfiguration (nur ein Druckwerk für die zu bedruckende Vorderseite) bis zu einer 6/6-Konfiguration möglich, bei der je sechs Druckwerke für Vorder- und Rückseite des Aufzeichnungsträgers 20 vorhanden sein können. Die bevorzugte Ausführungsform (Konfiguration) ist in der 1 dargestellt (eine 4/4-Konfiguration), mit der der Vollfarbendruck für Vorder- und Rückseite mit den vier Grundfarben bewerkstelligt wird. Die Reihenfolge der Druckwerke 11, 12 bei einem Vier-Farben-Druck geht vorzugsweise von einem Druckwerk 11, 12, das hell (Gelb) druckt zu einem Druckwerk 11, 12, das dunkel druckt, also beispielsweise wird der Aufzeichnungsträger 20 in der Farbreihenfolge Y-C-M-K von hell nach dunkel bedruckt.
Der Aufzeichnungsträger 20 kann aus Papier, Pappe, Karton oder sonstigen geeigneten und bedruckbaren, auch zellstofffreien, bevorzugt jedoch zellstoffhaltigen, Materialien hergestellt sein.
Durch Vorbehandeln der Aufzeichnungsträger, beispielsweise auf Basis von Papier und/oder Karton mit mineralölfreien, migrationsarmen Stoffen, die bevorzugt für die Anwendung im Lebensmittelverpackungsdruck zugelassen sind, z. B. hochmolekulare, verzweigte Fettsäureester wie Polyethylenglykol- und Sorbitanfettsäureester, kann, selbst beim Bedrucken mit mineralölhaltigen Farben (Farbmittel sind in Träger aus Mineralöl gelöst bzw. suspendiert), ein möglicher Übergang von Mineralölen vermindert oder ganz verhindert werden, da das Mineralöl nicht mehr in den Bedruckstoff wegschlagen kann und Rückstände von Mineralölen, die auf der Bedruckstoffoberfläche verbleiben, verdampft werden können. Damit verbleiben neben den Farbmitteln nach dem Bedrucken/Trocknen nur mineralölfreie, migrationsarme Stoffe oder Wasser im Druckgut.
Druckfarben in einem erfindungsgemäßen Verfahren müssen somit nicht zwangsläufig auf mineralölfreie migrationsarme Trägerstoffe (oder Wasser) umgestellt werden, insbesondere im Hinblick darauf, dass v. a. im Elektrophotographischen Prozess das Stoffspektrum beschränkt ist (keine leitfähigen Trägerstoffe). Druckgüter (Papier, Karton, etc.), die so hergestellt und anschließend nach Gebrauch dem Recyclingprozess zugeführt werden, enthalten keine Mineralöle und können so die Recyclingkartons nicht kontaminieren.
Bezugszeichenliste

10: Digitaldrucker
11, 11a–11d: Druckwerk (Vorderseite)
12, 12a–12d: Druckwerk (Rückseite)
20: Aufzeichnungsträger
20': Druckbild (Toner)
20'': Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers
21: Rolle (Eingabe)
22: Abwickler
23: Vorbehandlungseinrichtung
24: Wendeeinheit
25: Registereinheit
26: Zugwerk
27: Aufwickler
28: Rolle (Ausgabe)
30: Fixiereinheit
40: Klimatisierungsmodul
50: Energieversorgung
60: Controller
70: Flüssigkeitsmanagement
71: Flüssigkeitssteuereinheit
72: Vorratsbehälter
100: Elektrofotografiestation
101: Fotoleiterwalze
102: Löschlicht
103: Reinigungseinrichtung (Fotoleiter)
104: Rakel (Fotoleiter)
105: Sammelbehälter (Fotoleiter)
105': Pfeil
106: Aufladevorrichtung (Korotron)
106': Draht
106'': Schirm
107: Zuluftkanal (Belüftung)
108: Abluftkanal (Entlüftung)
109: Zeichengenerator
110: Entwicklerstation
111: Entwicklerwalze
112: Vorratskammer
112': Flüssigkeitszufuhr
113: Vorkammer
114: Elektrodensegment
115: Dosierwalze (Entwicklerwalze)
116: Rakel (Dosierwalze)
117: Reinigungswalze (Entwicklerwalze)
118: Rakel (Reinigungswalze der Entwicklerwalze)
119: Sammelbehälter (Flüssigentwickler)
119': Flüssigkeitsabfuhr
120: Transferstation
121: Transferwalze
122: Reinigungseinheit (Nasskammer)
123: Reinigungsbürste (Nasskammer)
123': Reinigungsflüssigkeitszufuhr
124: Reinigungswalze (Nasskammer)
124': Reinigungsflüssigkeitsabfuhr
125: Konditionierelement (Rückhalteblech)
126: Gegendruckwalze
127: Reinigungseinheit (Gegendruckwalze)
128: Sammelbehälter (Gegendruckwalze)
128': Flüssigkeitsabfuhr
129: Ladeeinheit (Korotron an Transferwalze)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 51562 [0017]
DIN 51562 [0027]
DIN 51562 [0027]
DIN 51562 [0027]

Claims

Verfahren zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers, insbesondere einer Verpackung, bevorzugt einer Verpackung für Lebensmittel, mit Flüssigentwickler, der Tonerpartikel und einen Ölträger aufweist, wobei der Aufzeichnungsträger vor dem Bedrucken mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff ausgewählt aus verzweigten Fettsäureestern mit einem Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton und/oder mit einer Viskosität von größer 5 mm²/s (cSt) bei 100°C, wie Polyethylenglykolester, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Pentaerythritoltetraoctanoat, und/oder Lösungen von verzweigten Fettsäureestern mit einem Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton und/oder mit einer Viskosität von größer 5 mm²/s (cSt) bei 100°C, bevorzugt in flüssiger Form, vorbehandelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorbehandlungsstoff gleichmäßig auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung Inline in der Druckvorrichtung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung mit dem Vorbehandlungsstoff für eine Zeit von 1 ms bis 10 s, vorzugsweise für eine Zeit von kleiner 1 s, erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung mit dem Vorbehandlungsstoff bei einer Temperatur im Bereich von 10°C bis 120°C, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 20°C–40°C, erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bedrucken auf dem Aufzeichnungsträger verbleibende Lösungsmittelreste der Druckfarbe, beispielsweise Mineralöle, entfernt werden, bevorzugt durch ein Trocknungsverfahren.
Verfahren gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzeichnungsträger Papier und/oder Karton umfasst.
Druckvorrichtung zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigentwickler, der Tonerpartikel und einen Ölträger aufweist, mit mindestens einer Druckeinrichtung für Flüssigentwickler, der Tonerpartikel und einen Ölträger aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Aufzeichnungsträger auf mindestens einer Seite des Aufzeichnungsträgers mit Flüssigentwickler, der Tonerpartikel und einen Ölträger aufweist, zu bedrucken, mit einer Vorbehandlungseinrichtung, die in Druckrichtung vor der Druckeinrichtung angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, den Aufzeichnungsträger vor dem Bedrucken mit mindestens einem mineralölfreien, migrationsarmen Vorbehandlungsstoff vorzubehandeln.
Druckvorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungseinrichtung eine Aufbringvorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den Vorbehandlungsstoff gleichmäßig auf den Aufzeichnungsträger aufzubringen.
Druckvorrichtung gemäß einem der vorgehenden vorrichtungsbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckvorrichtung dazu ausgebildet ist, Verpackungen, insbesondere für Lebensmittel, zu bedrucken.
Druckvorrichtung gemäß einem der vorgehenden vorrichtungsbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, die in Druckrichtung nach der Druckeinrichtung angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, nach dem Bedrucken auf dem Aufzeichnungsträger verbleibende Lösungsmittelreste der Druckfarbe, beispielsweise Mineralöle, zu entfernen.