DE102015017058A1

DE102015017058A1 - Verfahren und Vorrichtung zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsgsträgers mit Flüssigfarbe

Info

Publication number: DE102015017058A1
Application number: DE102015017058.9A
Authority: DE
Inventors: Revdin Dedic
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigfarbe. Die Flüssigfarbe weist eine Farbstoff enthaltende Trägerflüssigkeit auf. Ein durch Druckdaten definiertes Druckbild wird auf den Aufzeichnungsträger gedruckt, indem die Flüssigfarbe auf den Aufzeichnungsträger aufgetragen wird. Die Trägerflüssigkeit wird durch Erwärmen des Aufzeichnungsträgers verdampft und mit Luft zu einem Brenngas gemischt, das einer Brennkammer zugeführt wird, in welcher es zu Abgas verbrannt wird. Erfindungsgemäß wird vorab eine Flächendeckung, die die auf den Aufzeichnungsträger mittels der Trägerflüssigkeit aufgetragene Menge an Farbe beschreibt, bestimmt und die Luftzufuhr etwa proportional zur Flächendeckung gesteuert. Da die Flächendeckung bereits vor dem Druckvorgang und insbesondere vor dem Verdampfen der Trägerflüssigkeit bekannt ist, kann ein Gebläse zum Steuern der Luftzufuhr rechtzeitig angesteuert werden, auch wenn das Gebläse eine gewisse Reaktionszeit aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigfarbe.
Im Digitaldruck werden als Flüssigfarben sowohl Flüssigtoner als auch Tinte verwendet.
Vorrichtungen zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigtoner sind Flüssigtoner-Druckgeräte, bei welchen auf den zu bedruckenden Aufzeichnungsträger Tonerpartikel mit Hilfe eines Flüssigtoners aufgetragen werden. Solche Vorrichtungen sind aus DE 10 2010 015 985 A1 , DE 10 2008 048 256 A1 , DE 10 2009 060 334 A1 bzw. DE 10 2012 111 791 A1 bekannt. Hierzu wird ein latentes Ladungsbild eines Ladungsbildträgers mit Hilfe eines Flüssigtoners mittels Elektrophorese eingefärbt. Das so entstandene Tonerbild wird mittelbar über ein Transferelement oder unmittelbar auf den Aufzeichnungsträger übertragen. Der Flüssigtoner weist in einem gewünschten Verhältnis Tonerpartikel und Trägerflüssigkeit auf. Die Tonerpartikel sind in der Trägerflüssigkeit suspendiert. Dies erlaubt die Verwendung von kleinen Tonerpartikeln mit einem Durchmesser von z. B. weniger als 8 μm. Werden derart kleine Partikel als Pulver gehandhabt, dann sind sie gesundheitsgefährdend. Sind sie hingegen in einer Trägerflüssigkeit suspendiert, dann besteht keine Gesundheitsgefahr. Die Verwendung derart kleiner Tonerpartikel erlaubt zum einen ein Druckbild mit sehr hoher Auflösung, da die Tonerpartikel kleiner als bei herkömmlichen elektrophoresischen Druckverfahren sind, bei welchen keine Trägerflüssigkeit verwendet wird. Weiterhin ist die Schichtdicke der Tonerpartikel auf dem Aufzeichnungsträger geringer. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Farben übereinander gedruckt werden. Die Tonerpartikel verursachen im Druckprozess die meisten Kosten. Je kleiner die bedruckte Tonermenge ist, desto geringer sind auch die Kosten.
Als Trägerflüssigkeit wird vorzugsweise Mineralöl verwendet. Um die Tonerpartikel mit einer elektrostatischen Ladung zu versehen, werden dem Flüssigtoner Ladungssteuerstoffe hinzugefügt. Zusätzlich können weitere Additive zugegeben werden, um beispielsweise die gewünschte Viskosität oder ein gewünschtes Trocknungsverhalten des Flüssigtoners zu erhalten.
Die Tonerpartikel bestehen aus Wachs und Farbpartikeln. Beim Fixierprozess wird der Aufzeichnungsträger mit den aufgetragenen Tonerpartikeln erwärmt, wodurch die Trägerflüssigkeit verdampft wird. Hierbei werden auch die Tonerpartikel erwärmt und thermoplastisch verformt. Die Partikel fließen ineinander und binden am Aufzeichnungsträger. Das Erwärmen des Aufzeichnungsträgers dient somit gleichzeitig dem Fixieren der Tonerpartikel auf dem Aufzeichnungsträger als auch dem Trocknen des Aufzeichnungsträgers.
Die in der Fixierstation verdampfte Trägerflüssigkeit mischt sich mit Luft und bildet so ein brennbares Gas, das im Folgenden als Brenngas bezeichnet wird. Dieses Brenngas wird einer Brennkammer zugeführt und dort verbrannt. Durch die Verbrennung des Brenngases wird ein Abgas erzeugt, das nicht brennbar ist und in dem giftige Bestandteile des Brenngases in nicht giftige Bestandteile umgesetzt sind. Mit einem Wärmetauscher wird das Brenngas erwärmt und das Abgas gekühlt. Wird ein Wärmetauscher mit hohem Wirkungsgrad eingesetzt, dann wird eine Bypass-Leitung für das Abgas vorgesehen, mit dem ein Teil des Abgases am Wärmetauscher vorbei einem Kamin zugeführt wird. Hierdurch kann bei Schwankungen im Eintrag der Trägerflüssigkeit in das Brenngas kurzfristig dem gesamten System eine große Wärmemenge entzogen werden, da die Regelung der Luftzufuhr für das Brenngas zu träge ist, um an eine sich schnell ändernde Dampfmenge von Trägerflüssigkeit angepasst zu werden.
Wird ein Wärmetauscher mit geringem Wirkungsgrad verwendet, dann ist es zwar möglich, eine große Menge heißes Abgas durch den Wärmetauscher zu führen. Um Schwankungen im Eintrag der Trägerflüssigkeit ausgleichen zu können, wird bei einer solchen Vorrichtung der Brenner grundsätzlich mit einem hohen Anteil an Brennstoff betrieben, der bei einer kurzfristigen Zunahme an Dampf der Trägerflüssigkeit reduziert bzw. bei einer Abnahme des Dampfes der Trägerflüssigkeit wieder erhöht werden kann. Die Dampfmenge wird somit durch Verändern der Zufuhr an Brennstoff ausgeglichen. Der Brennstoffverbrauch ist bei dieser Ausführungsform wesentlich höher als bei der oben erläuterten Ausführungsform mit der Bypass-Leitung.
Die Bypass-Leitung kann mit entsprechenden Klappen schnell geöffnet und geschlossen werden. Da der Bypass-Leitung nicht-gekühltes Abgas zugeführt wird, muss sie für entsprechend hohe Temperaturen ausgelegt sein. Dies gilt auch für die Klappen. Dies ist technisch aufwändig und erzeugt entsprechend hohe Kosten.
Im Offset-Druck werden in einer Fixierstation Lösungsmittel verdampft, die mit zugeführter Luft ein Brenngas bilden und ähnlich in einer Brennkammer thermisch aufbereitet werden. Beim Offset-Druck wird jedoch ein bestimmtes Druckbild oftmals aufeinanderfolgend gedruckt, so dass der Eintrag des Lösungsmittels im Wesentlichen konstant ist. Hierdurch gibt es im Offset-Druck nicht das Problem der sich verändernden Zusammensetzung des Brenngases.
Die beim Offset-Druck aufgetragenen Farbpartikel werden nur vom Lösungsmittel getrocknet, aber nicht thermoplastisch verformt. Ein mit dem oben erläuterten Flüssigtoner im Digitaldruck erzeugtes Druckbild ist wesentlich stabiler als ein im Offset-Druck erzeugtes Druckbild, da das digitale mittels Flüssigtoner erzeugte Druckbild aufgrund der thermoplastischen Umformung nicht mehr gelöst werden kann.
Es ist auch bekannt, dass Tinte ein brennbares Lösungsmittel bzw. auch ein Mineralöl aufweisen kann, das ähnlich wie die oben erläuterte Trägerflüssigkeit im Druckprozess aufbereitet werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigfarbe zu schaffen, mit welchem das Brenngas aus Luft und dem Dampf der Trägerflüssigkeit einfach und effizient thermisch aufbereitet werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigfarbe, der in eine Farbstoff enthaltende Trägerflüssigkeit umfasst, wird ein durch Druckdaten definiertes Druckbild durch Auftragen der Flüssigfarbe auf den Aufzeichnungsträger gedruckt und nach dem Auftragen des Flüssigfarbe wird der Aufzeichnungsträger zum Verdampfen des Flüssigfarbe erwärmt. Beim Erwärmen wird Luft zugeführt, welche sich mit dem Dampf zu einem Brenngas mischt, das einer Brennkammer zugeführt wird, in welcher es zu Abgas verbrannt wird. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Flächendeckung bestimmt wird, die die auf den Aufzeichnungsträger mittels der Trägerflüssigkeit aufgetragenen Menge an Farbe beschreibt, wobei die Luftzufuhr proportional zur Flächendeckung gesteuert wird. Die Flächendeckung wird anhand der Druckdaten bestimmt, die das Druckbild beschreiben. Da die Druckdaten prinzipbedingt bereits vor dem Druckvorgang, bei dem der Flüssigfarbe auf den Aufzeichnungsträger aufgetragen wird, bekannt sind, kann die Flächendeckung bereits vor dem Druckvorgang bestimmt werden. Deshalb ist frühzeitig bekannt, wieviel Trägerflüssigkeit durch den Druckvorgang auf den Aufzeichnungsträger übertragen und in eine Heizkammer eingebracht wird, in welcher der Aufzeichnungsträger zum Fixieren des Farbstoffes und zum Verdampfen der Trägerflüssigkeit erwärmt wird. Der Heizkammer wird Luft mittels eines Gebläses zugeführt, wobei die Reaktionszeit bekannt ist, die zwischen dem Ändern eines Steuersignals für das Gebläse und der entsprechenden Änderung der zugeführten Luftmenge liegt. Da die Flächendeckung bereits vor dem Druckvorgang bekannt ist, kann das Gebläse derart angesteuert werden, dass die zugeführte Luftmenge immer proportional zu der in die Heizkammer eingebrachten Trägerflüssigkeit ist. Hierdurch kann der Anteil an verdampfter Trägerflüssigkeit in Brenngas in etwa konstant gehalten werden. Dies hat zur Folge, dass selbst bei einer Verwendung eines Wärmetauschers mit hohem Wirkungsgrad keine Bypass-Leitung notwendig ist, da bei einer großen Menge an eingebrachter Trägerflüssigkeit eine entsprechend große Menge an Luft zugeführt wird, so dass sich der gesamte Volumenstrom entsprechend ändert, wodurch in der Brennkammer nicht die Temperatur des Abgases sondern die Menge des Abgases zu- bzw. abnimmt. Hierdurch ist es nicht notwendig, heißes Abgas am Wärmetauscher vorbei direkt abzuleiten, sondern das Abgas kann immer über den Wärmetauscher geführt werden.
Die Änderungen am Eintrag der Trägerflüssigkeit in die Heizkammer werden somit nicht durch eine Bypass-Leitung oder eine Änderung der Brennstoffzufuhr, sondern durch eine frühzeitige Änderung der Luftzufuhr in die Heizkammer kompensiert. Dies ist wesentlich einfacher und effizienter, da der Verbrauch an Brennstoff gering und keine Bypass-Leitung notwendig ist. Zudem kann die Abgastemperatur geringer als bei einer Vorrichtung mit Bypass-Leitung gehalten werden, wodurch die thermischen Anforderungen an die die Brennkammer, den Wärmetauscher und einen Kamin begrenzenden Materialien, insbesondere Stähle, wesentlich geringer sind. Stähle, die nicht über 850°C erhitzt werden, sind wesentlich kostengünstiger als Stähle, die bis zu Temperaturen von 1.000°C thermisch stabil sind.
Vorzugsweise ist eine Abgasrückführung zum Zurückführen eines Teils des Abgases von der Brennkammer zur Heizkammer vorgesehen. Mit der Abgasrückführung wird ein Teil der im Abgas enthaltenen Wärme der Heizkammer zugeführt. Weiterhin kann durch eine Abgasrückführung der Anteil an giftigen Abgasen, insbesondere an Kohlenmonooxid, in die an die Umgebung abgegebenen Abgase reduziert werden.
In der Brennkammer kann bei Bedarf Brennstoff zugeführt werden. Dies dient vor allem dazu, den Brennvorgang bei sehr geringen Mengen an eingebrachter Trägerflüssigkeit stabil zu halten und die Temperatur des Abgases in der Brennkammer auf einer bestimmten Mindesttemperatur zu halten. Die Mindesttemperatur sollte zumindest 700°C bzw. 750°C, insbesondere 760°C und vorzugsweise zumindest 765°C betragen, um sicherzustellen, dass die brennbaren Anteile im Brenngas fast vollständig verbrannt werden.
Die zugeführte Brennstoffmenge wird weiterhin vorzugsweise derart gesteuert, dass die Verbrennungstemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten Maximaltemperatur ist. Die Maximaltemperatur beträgt vorzugsweise 900°C bzw. 870°C, insbesondere 850°C und vorzugsweise 845°C. Je geringer die Maximaltemperatur ist, desto geringer sind auch die Anforderungen an die Materialen, die die Brennkammer und alle weiteren Bauteile begrenzen, durch welche das Abgas geführt wird.
Die Mindesttemperatur und die Maximaltemperatur können bei einer längeren Brennkammer geringer als bei einer kürzeren Brennkammer einzustellen, um die erforderlichen Abgaswerte zu erfüllen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigfarbe, die eine Farbstoff enthaltende Trägerflüssigkeit umfasst, mit welcher ein durch Druckdaten definiertes Druckbild durch Auftragen der Trägerflüssigkeit auf den Aufzeichnungsträger gedruckt wird, umfasst

– eine Heizkammer, um nach dem Auftragen der Flüssigfarbe auf den Aufzeichnungsträger diesen zum Verdampfen der Trägerflüssigkeit zu erwärmen,
– ein Gebläse zum Zuführen von Luft an die Heizkammer, welche sich mit dem Dampf zu einem Brenngas mischt, und
– eine Brennkammer, in welcher das Brenngas zu Abgas verbrannt wird.

Diese Vorrichtung zeichnet sich durch eine Steuereinrichtung aus, mit welcher eine Flächendeckung bestimmt wird, die die auf den Aufzeichnungsträger mittels der Flüssigfarbe aufgetragenen Menge an Farbe beschreibt, wobei die Steuereinrichtung die Luftzufuhr proportional zur Flächendeckung steuert.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
1 ein Flüssigtoner-Druckgerät, schematisch vereinfacht in perspektivischer Ansicht,
2 schematisch eine Fixierstation des Flüssigtoner-Druckgerätes aus 1 in einer Schnittansicht und
3 schematisch das Zusammenwirken zwischen einer Steuereinrichtung und dem Drucksystem aus 1 und 2 in einem Blockschaltbild.
Ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Drucksystems ist in 1 gezeigt, das einen Digitaldrucker 10 umfasst.
Gemäß 1 weist der Digitaldrucker 10 zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers 20 ein oder mehrere Druckwerke 11a–11d und 12a–12d auf, die ein Tonerbild (Druckbild) auf den Aufzeichnungsträger 20 drucken. Als Aufzeichnungsträger 20 ist – wie dargestellt – ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger 20 von einer Rolle 21 mit Hilfe eines Abwicklers 22 abgewickelt und dem ersten Druckwerk 11a zugeführt. In einer Fixiereinheit 30 wird das Druckbild 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 ein optionales Konditionierwerk 23 dem ersten Druckwerk 11a zugeführt. In dem Konditionierwerk 23 kann der Aufzeichnungsträger 20 mit einem geeigneten Stoff vorbehandelt oder beschichtet werden. Als Beschichtungsstoff (auch als Primer bezeichnet) können vorzugsweise Wachs oder chemisch gleichwertige Stoffe verwendet werden.
Dieser Stoff kann vollflächig oder nur auf die später zu bedruckenden Stellen des Aufzeichnungsträgers 20 aufgetragen werden, um den Aufzeichnungsträger 20 für das Bedrucken vorzubereiten und/oder das Saugverhalten des Aufzeichnungsträgers 20 beim Aufbringen des Druckbildes zu beeinflussen. Damit wird verhindert, dass die später aufgebrachten Tonerpartikel oder die Trägerflüssigkeit nicht zu sehr in den Aufzeichnungsträger 20 eindringen, sondern im Wesentlichen an der Oberfläche verbleiben (Farb- und Bildqualität wird dadurch verbessert).
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 in einer anderen Farbe oder auch mit anderem Tonermaterial, 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 (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 (insbesondere außerhalb des Druckbildes) 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 erzielt wird.
Nach der Registereinheit 25 ist die Fixiereinheit 30 angeordnet, durch die das Druckbild auf den Aufzeichnungsträger 20 fixiert wird. Bei elektrophoretischen Digitaldruckern wird als Fixiereinheit 30 vorzugsweise ein Thermotrockner verwendet, der die Trägerflüssigkeit 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. Die Fixiereinheit wird unten noch näher erläutert.
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 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 60, Energieversorgung 61, Steuervorrichtung 2 (Controller), Module des Flüssigkeitsmanagements 70, wie Flüssigkeitssteuereinheit 71 und Vorratsbehälter 72 der verschiedenen Flüssigkeiten. Als Flüssigkeiten werden insbesondere reine Trägerflüssigkeit, hochkonzentrierter Flüssigtoner (hoher Anteil von Tonerpartikeln im Verhältnis zur Trägerflüssigkeit) und Serum (Flüssigtoner plus Ladungssteuerstoffe) benötigt, um den Digitaldrucker 10 zu versorgen, sowie Abfallbehälter 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 Flüssigtoner (Tonerfarbe oder Tonerart).
Ein solches Druckwerk 11, 12 basiert auf dem elektrofotografischen Prinzip, bei dem ein photoelektrischer Bildträger mit Hilfe eines Flüssigtoners 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, einer Entwicklerstation und einer Transferstation.
Die Fixiereinheit 30 umfasst eine Heizkammer 31 (2), in welcher der Aufzeichnungsträger 20 erwärmt wird, um die Tonerpartikel zu fixieren und die Trägerflüssigkeit zu verdampfen, sowie eine thermische Reinigungsanlage 32, um das in der Heizkammer 31 entstehende Brenngas thermisch aufzubereiten. Weiterhin ist in der Fixiereinheit 30 eine Bandkühleinrichtung 33 vorgesehen, um den in der Heizkammer 31 erwärmten Aufzeichnungsträger 20 wieder zu kühlen. Die Heizkammer 31 weist einen schlitzförmigen Einlass 34 und einen schlitzförmigen Auslass 35 auf, durch welche der bahnförmige Aufzeichnungsträger 20 der Heizkammer 31 zu- bzw. abgeführt wird. Innerhalb der Heizkammer 31 wird der Aufzeichnungsträger 20 entlang einer horizontalen Förderbahn in Förderrichtung 36 bewegt. Benachbart zum Einlass 34 ist seitlich an der Heizkammer 31 ein Heizgebläse 37 vorgesehen. Das Heizgebläse 37 umfasst eine Gebläseeinrichtung und eine Heizeinrichtung. Das Heizgebläse 37 weist zwei Lufteinlässe, einen Frischlufteinlass 38 und einen Zirkulationslufteinlass 39 auf. Beide Lufteinlässe 38, 39 sind Öffnungen am Heizgebläse 37, die jeweils mit einer Klappe geöffnet und geschlossen werden können. Der Frischlufteinlass 38 ist eine Öffnung am Heizgebläse 37, die nach außen bezüglich der Heizkammer 31 führt, sodass frische Umgebungsluft hierdurch angesaugt werden kann. Der Zirkulationslufteinlass 39 ist eine Öffnung im Heizgebläse, die zum weiteren Innenbereich der Heizkammer 31 führt, sodass hierdurch Luft aus der Heizkammer angesaugt werden kann und durch das Gebläse erneut in die Heizkammer abgegeben wird.
Oberhalb und unterhalb der Förderbahn des Aufzeichnungsträgers 20 sind Luftkanäle 40, 41 angeordnet, welche Düsen 42, 43 aufweisen, welche mit den Öffnungen zur Förderbahn des Aufzeichnungsträgers 20 gerichtet sind. Die Luftkanäle 40, 41 sind so angeordnet, dass sie die vom Heizgebläse 37 zugeführte erhitzte Luft aufnehmen und über ihre Düsen 42, 43 in Richtung zum Aufzeichnungsträger leiten. Die Temperatur dieser vom Heizgebläse 37 abgegebenen Heizluft beträgt typischerweise ca. 180°C bis 300°C.
Die über die Düsen 42, 43 zugeführte Heizluft erwärmt den Aufzeichnungsträger derart, dass die darauf befindlichen Tonerpartikel thermoplastisch verformt und auf dem Aufzeichnungsträger 20 fixiert werden. Gleichzeitig verdampft die auf dem Aufzeichnungsträger 20 aufgebrachte Trägerflüssigkeit. Die Trägerflüssigkeit ist eine brennbare Flüssigkeit, insbesondere Mineralöl. Der Dampf der Trägerflüssigkeit vermischt sich mit der Heizluft zu einem brennbaren Gas, das im Folgenden als Brenngas bezeichnet wird.
Von der Heizkammer 31 führt eine Abzugsleitung 44 zur thermischen Reinigungsanlagen 32. In der Abzugsleitung 44 ist ein Abzugsgebläse 45 vorgesehen, mit welchem eine definierte Menge Brenngas aus der Heizkammer 31 abgezogen und der thermischen Reinigungsanlage 32 zugeführt werden kann. Die Abzugsleitung 44 mündet in einen Wärmetauscher 46. Das Brenngas wird durch den Wärmetauscher 46 einem Brenner 47 zugeführt, der sich innerhalb einer Brennkammer 48 befindet. Der Brenner 47 ist mit einer Brennstoffleitung (nicht dargestellt) verbunden, über welche weiterer Brennstoff zugeführt werden kann. Als Brennstoff wird hier vorzugsweise gasförmiger Brennstoff, insbesondere Erdgas, verwendet.
In der Brennkammer 48 wird das Brenngas zu Abluft verbrannt. Ein Abluftkanal 49 führt von der Brennkammer zum Wärmetauscher 46, in dem die Abluft im Gegenstrom zum Brenngas geführt wird. Hierdurch wird die Abluft durch den Wärmeaustausch mit dem Brenngas abgekühlt. Die Gegenstromleitung des Wärmetauschers 46 mündet in einem Kamin 50, durch welchen die Abluft an die Umgebung abgegeben wird.
Der Abluftkanal ist über eine Öffnung 51 mit der Heizkammer 31 verbunden. In der Öffnung 51 ist eine Klappe zum Schließen und Öffnen der Öffnung 51 vorgesehen, sodass eine definierte Menge Abluft zurück in die Heizkammer 31 geführt werden kann. Durch die Rückführung eines Teils der Abluft in die Heizkammer wird der Heizkammer einerseits Energie zugeführt und andererseits können durch das Rezirkulieren der Abluft die Abgaswerte verbessert werden.
Die Bandkühleinrichtung 33 weist mehrere Rollen 52 auf, um welche der bandförmige Aufzeichnungsträger geführt wird.
Zumindest eine der Rollen 52 ist gekühlt, sodass der Aufzeichnungsträger 20 nach dem Erwärmen in der Heizkammer 31 gekühlt wird.
Nachfolgend wird der Betrieb des erfindungsgemäßen Drucksystems mit der oben erläuterten Fixierstation 30 näher erläutert.
Der Aufzeichnungsträger 20 wird in Förderrichtung 36 bei einer vorbestimmten Produktionsgeschwindigkeit (z. B. 1 m/s bis 3 m/s) durch die Heizkammer 31 geführt. Der Aufzeichnungsträger besteht in der Regel aus Papier und wird mittels der über die Düsen 42, 43 zugeführten Heizluft auf eine Temperatur von zumindest 120°C erhitzt. Je nach Typ und Qualität des Aufzeichnungsträgers sind hier Temperaturen von 120°C bis 300°C zweckmäßig.
Das hierbei entstehende Brenngas, das Luft und den Dampf der Trägerflüssigkeit umfasst, wird über die Abzugsleitung 44 von der Heizkammer 31 dem Wärmetauscher 46 der thermischen Reinigungsanlage 32 zugeführt. Im Wärmetauscher 46 wird das Brenngas auf eine Temperatur von ca. 450°C erhitzt und dem Brenner 47 zugeführt. In der Brennkammer 48 wird das Brenngas in Abgas durch Verbrennen desselben umgesetzt. Hierbei kann bei einem geringen Anteil an Dampf der Trägerflüssigkeit oder bei einer geringen Menge an Brenngas zusätzlich dem Brenner 47 Brennstoff zugeführt werden, um eine stabile Verbrennung sicherzustellen. Das hierbei erzeugte Abgas weist eine Temperatur von ca. 750°C bis 850°C auf. Vorzugsweise wird der Brennvorgang derart geregelt, dass die Temperatur des Abgases im Bereich von 760°C bis 770°C liegt und insbesondere 765°C beträgt. Eine Mindesttemperatur von etwa 750°C und insbesondere 760°C ist zweckmäßig, da hierbei eine vollständige Verbrennung der brennbaren Anteile des Brenngases sichergestellt ist und der Anteil an Kohlenmonoxid gering gehalten werden kann.
Das heiße Abgas wird über den Abluftkanal 49 dem Wärmetauscher 46 zugeführt und durchströmt diesen im Gegenstrom zum Brenngas. Die Temperatur des Abgases wird hierbei auf etwa 450°C verringert. Dieses abgekühlte Abgas kann über den Kamin 50 an die Umgebung abgegeben werden.
Erfindungsgemäß ist eine Steuereinrichtung 53 vorgesehen (3), welche die Flächendeckung des Aufzeichnungsträgers mit Farbe berechnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Flächendeckung für eine jede Seite berechnet. Im Rahmen der Erfindung können auch andere Flächenbereiche, wie z. B. jeder Bogen, der mehrere Seiten umfasst, oder mehrere bestimmte Seiten oder mehrere bestimmte Bögen zur Berechnung der Flächendeckung verwendet werden. Der Flächenbereich kann auch als eine Fläche des Aufzeichnungsträgers bestimmt werden, die der Aufzeichnungsträger in einem vorbestimmten Zeitintervall von z. B. 1 s bis 2 s zurücklegt.
Anhand der Transportgeschwindigkeit, des Druckzeitpunktes und des Transportweges von den Druckwerken zur Heizkammer 31 ist bekannt, wann welche Seite mit welcher Flächendeckung der Heizkammer 31 zugeführt wird. Die Flächendeckung ist proportional der zugeführten Menge an brennbarer Trägerflüssigkeit. Im Digitaldruck kann die Flächendeckung von Seite zu Seite variieren. Mit der Steuereinrichtung wird somit zunächst anhand der Flächendeckung bestimmt, wann wie viel Trägerflüssigkeit der Heizkammer 31 zugeführt wird. Diese „Vorhersage” der Menge an Trägerflüssigkeit wird bereits ein Stück zeitlich vor dem Zuführen der Trägerflüssigkeit der Heizkammer 31 bestimmt, damit das Heizgebläse 37 rechtzeitig angesteuert werden kann. Das Heizgebläse 37 benötigt eine bestimmte Reaktionszeit zwischen dem Erhalten eines Steuersignals 54, dass sich die Menge des Luftstroms ändern soll, bis sich tatsächlich der Luftstrom auf die gewünschte Menge einstellt. Diese Reaktionszeit ist bekannt und liegt im Bereich von 0,5 s bis 5 s. Der durch das Heizgebläse 37 erzeugte Luftstrom ist etwa proportional zu der eingebrachten Menge 55 an Trägerflüssigkeit, sodass der Anteil des Dampfes der Trägerflüssigkeit im Brenngas in etwa konstant ist. Damit sich die zugeführte Luftmenge synchron zur zugeführten Menge 55 an Trägerflüssigkeit einstellt, wird von der Steuereinrichtung 53 dem Heizgebläse 37 um die notwendige Reaktionszeit voraus das Steuersignal 54 über die Luftmenge zugeführt.
Vorzugsweise wird das Steuersignal 54 über die Luftmenge, das proportional zu der zugeführten Menge an Trägerflüssigkeit ist, geglättet, da sich die zugeführte Menge an Trägerflüssigkeit sprunghaft verändern kann.
Die zugeführte Luftmenge ist in etwa proportional zur zugeführten Menge an Trägerflüssigkeit. Bei der Bestimmung der Luftmenge kann auch die dem Brenner 47 direkt zugeführte Brennstoffmenge mit berücksichtigt werden, sodass die Luftmenge entsprechend um die zugeführte Brennstoffmenge erhöht wird. Es kann auch zweckmäßig sein, die Luftmenge aufgrund der Rezirkulation der Abluft in die Heizkammer zu verändern.
Für die Erfindung ist jedoch wesentlich, dass eine Vorhersage über die zugeführte Menge an Trägerflüssigkeit getroffen wird, sodass das Gebläse rechtzeitig angesteuert werden kann. Die zugeführte Menge an Trägerflüssigkeit ist der Hauptparameter zur Bestimmung der zugeführten Luftmenge, aber nicht der einzige.
Mit diesem Verfahren kann man mit hoher Effizienz mit Flüssigtoner drucken. Der Flüssigtoner umfasst die Trägerflüssigkeit und Tonerpartikel. Die Tonerpartikel weisen vorzugsweise eine Größe von nicht mehr als 8 μm auf.
Mit diesem Verfahren wird es vermieden, einen Bypass für die Abluft zum Wärmetauscher vorzusehen. Eine solche Bypassleitung ist nachteilig, da sie erstens aufgrund der hohen Abgastemperaturen sehr aufwändig und teuer ist, zweitens mittels einer Klappe gesteuert wird, die starke Strömungspulse erzeugt, die sich auf die gesamte Strömungsmechanik in der Reinigungsanlage und der Heizkammer auswirken und zudem der Kamin für entsprechend heiße Abgase ausgelegt werden muss, was den Einsatz von sehr teuren Materialien erfordert. Zudem kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zugabe an Brennstoff sehr gering gehalten werden, da der Anteil an verdampfter Trägerflüssigkeit im Brenngas in etwa immer gleich bleibt.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel weist ein Flüssigtoner-Druckgerät zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigtoner auf. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass das Druckgerät als Tintenstrahldruckgerät ausgebildet ist, wobei dann das Druckwerk einen oder mehrere Tintenstrahldruckköpfe zum Bedrucken des Aufzeichnungsträgers mit Tinte aufweist.
Beim oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird das Brenngas einer thermischen Verbrennung unterzogen. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Brenngas mittels einer katalytischen Nachverbrennung aufzubereiten.
Der im oben erläuterten Ausführungsbeispiel verwendete Wärmetauscher wird im Gegenstrom betrieben. Es kann jedoch auch ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der im Gleichstrom oder Kreuzstrom betrieben wird.
Bezugszeichenliste

10: Digitaldrucker
11, 11a–11d: Druckwerk (Vorderseite)
12, 12a–12d: Druckwerk (Rückseite)
20: Aufzeichnungsträger
21: Rolle (Eingabe)
22: Abwickler
23: Konditionierwerk
24: Wendeeinheit
25: Registereinheit
26: Zugwerk
27: Aufwickler
28: Rolle (Ausgabe)
30: Fixiereinheit
31: Heizkammer
32: thermische Reinigungsanlage
33: Bandkühleinrichtung
34: schlitzförmiger Einlass
35: schlitzförmiger Auslass
36: Förderrichtung
37: Heizgebläse
38: Frischlufteinlass
39: Zirkulationseinlass
40: Luftkanal
41: Luftkanal
42: Düse
43: Düse
44: Abzugsleitung
45: Abzugsgebläse
46: Wärmetauscher
47: Brenner
48: Brennkammer
49: Abluftkanal
50: Kamin
51: Öffnung
52: Rolle
53: Steuereinrichtung
54: Steuersignal
55: Menge an Trägerflüssigkeit
60: Klimatisierungsmodul
61: Energieversorgung
70: Flüssigkeitsmanagement
71: Flüssigkeitssteuereinheit
72: Vorratsbehälter

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 Patentliteratur

DE 102010015985 A1 [0003]
DE 102008048256 A1 [0003]
DE 102009060334 A1 [0003]
DE 102012111791 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigfarbe, die in eine Farbstoff enthaltende Trägerflüssigkeit umfasst, wobei ein durch Druckdaten definiertes Druckbild durch Auftragen der Flüssigfarbe auf den Aufzeichnungsträger gedruckt wird und nach dem Auftragen der Flüssigfarbe auf den Aufzeichnungsträger der Aufzeichnungsträger zum Verdampfen der Trägerflüssigkeit erwärmt wird, wobei beim Erwärmen Luft zugeführt wird, welche sich mit dem Dampf zu einem Brenngas mischt, das einer Brennkammer zugeführt wird, in welcher es zu Abgas verbrannt wird, gekennzeichnet durch Bestimmen einer Flächendeckung, die die auf den Aufzeichnungsträger mittels der Trägerflüssigkeit aufgetragene Menge an Farbe beschreibt, wobei die Luftzufuhr proportional zur Flächendeckung gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas mit zumindest einem Teil des Abgases mittels eines Wärmetauschers erwärmt und das Abgas gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Abgases zum Erwärmen des Aufzeichnungsträgers verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verbrennen bei Bedarf Brennstoff zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Brennstoffmenge derart gesteuert wird, dass die Verbrennungstemperatur zumindest eine vorbestimmte Mindesttemperatur beträgt, die durch die chemische Zusammensetzung des Brenngases und des Brennstoffes bestimmt ist, um das Abgas ausreichend aufzubereiten, dass es an die Umgebung abgegeben werden kann.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Brennstoffmenge derart gesteuert wird, dass die Verbrennungstemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten Maximaltemperatur ist, die durch die durch die maximale Wärmebelastung der hierbei verwendeten Einrichtungen bestimmt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigfarbe ein Mineralöl enthaltender Flüssigtoner oder eine ein brennbares Lösungsmittel enthaltene Tinte verwendet wird.
Vorrichtung zum digitalen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Flüssigfarbe, der eine Farbstoff enthaltende Trägerflüssigkeit umfasst, mit welcher ein durch Druckdaten definiertes Druckbild auf den Aufzeichnungsträger gedruckt wird, umfassend eine Fixiereinheit mit einer Heizkammer, um nach dem Auftragen der Flüssigfarbe auf den Aufzeichnungsträger diesen zum Verdampfen der Trägerflüssigkeit zu erwärmen, einem Gebläse zum Zuführen von Luft in die Heizkammer, welche sich mit dem Dampf zu einem Brenngas mischt, einer Brennkammer, in welcher das Brenngas zu Abgas verbrannt wird, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung mit welcher eine Flächendeckung bestimmt wird, die die auf den Aufzeichnungsträger mittels der Trägerflüssigkeit aufgetragene Menge an Farbe beschreibt, wobei die Steuereinrichtung die Luftzufuhr proportional zur Flächendeckung steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch, einen Wärmetauscher zum Erwärmen des Brenngases und zum Kühlen des an die Umgebung abzugebenden Abgases.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch, eine Abgasrückführung zum Zurückführen des Abgases von der Brennkammer zur Heizkammer.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwerke zum Auftragen der Trägerflüssigkeit auf den Aufzeichnungsträger vorgesehen sind.