DE102017209701B4

DE102017209701B4 - Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperaturregelung von Inkjet-Tinte

Info

Publication number: DE102017209701B4
Application number: DE102017209701.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Stern; Thomas Baumeister; Andreas Weippert
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: DE102017209701A1

Abstract

Vorrichtung zur Temperaturregelung von zu verdruckender Inkjet-Tinte mit mindestens einem Druckkopf (07) und wenigstens einem ersten Reservoir (08), wobei der Druckkopf (07) über einen in einer Schleife (09) zirkulierenden Tintenvolumenstrom (Q) mit Tinte aus dem Reservoir (08) versorgt wird oder versorgbar ist, und wobei ein Stellmittel (16; 17) vorgesehen ist, durch welches der in der Schleife (09) zirkulierende Tintenvolumenstrom (Q) einstellbar ist, wobei vom Druckkopf (07) ein mit der Tinte im Druckkopf (07) in Wirkkontakt stehender Temperatursensor (13) umfasst ist, welcher in Signalverbindung zu einer Regeleinrichtung (14) steht, die eingerichtet ist, den Tintenvolumenstrom (Q) in der den Druckkopf (07) versorgenden Schleife (09) in Abhängigkeit von der im Druckkopf (07) gemessenen Tintentemperatur (TK) zu variieren, wobei das Stellmittel (16; 17) zur Variation des Tintenvolumenstroms (Q) im Leitungsweg des vom Druckkopf (07) wegführenden Rücklaufzweiges (12) der Schleife (09) vorgesehen ist und als Stellmittel (17) ein Druckregelventil (17) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperaturregelung von Inkjet-Tinte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 3.
Ein Inkjet-Druckkopf benötigt für ein stabiles „Jetting“, d. h. eine gleichbleibende Tropfengröße und -form, normalisierte rheologische Bedingungen für die Tinte. Eine die die Eigenschaft der Tinte stark beeinflussende Bedingung ist dabei die Tintentemperatur.
Durch die DE 10 2009 003 444 B4 ist ein Druckkopf mit einem Umlaufsystem für Tinte bekannt, über welches einer Düse Tinte aus einem Tank zuführbar ist. In den Leitungsabschnitten des Umlaufsystems ist zur Förderung der Tinte eine Pumpe vorgesehen. Über eine in den Tank mündende Vakuumleitung wird der Druck im Umlaufsystem konstant gehalten. In der Rückflussleitung vom Druckkopf zum Tank ist ein Temperatursensor vorgesehen, mittels dem eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung für die Druckfarbe geregelt werden kann um die Tinte auf einer festen Temperatur zu halten.
Die US 5,220,345 A offenbart ein Aufzeichnungsgerät mit einem in Längsrichtung eine Vielzahl von Düsen aufweisenden Druckkopf, welcher aus einem Zufuhrbehältnis Tinte erhält. Um einen durch Erwärmung bedingten Temperaturgradienten über die Druckkopflänge zu begrenzen, sind in einer Ausführung zwei wechselweise geöffnete Zufuhrleitungen in den Endbereichen vorgesehen und in einer zweiten Ausführung eine mittlere und zwei hierzu wechselweise geöffnete endseitige Zuführleitungen vorgesehen. Auf Höher der jeweiligen Zuführungen sind an der Gehäuseaußenseite gegenüber von dem Ausstoß dienenden Heizelementen Temperatursensoren vorgesehen, wobei ein Umschalten der Zuführungen aufgrund einer Überschreitung eines Grenzwertes für die Differenztemperatur erfolgt.
Aus der EP 2 990 211 A2 ist ein Inkjet-Drucker mit quer zur Bedruckstofftransportrichtung hin und her bewegtem Druckkopf bekannt, wobei Tinte im Betrieb mittels einer Pumpe in einem Kreislauf von einem ersten Behältnisse durch den Druckkopf in einen zweiten Behälter und von dort über die Pumpe wieder in den ersten Behälter zirkuliert wird. Im Tintenzufluss in den Druckkopf oder in dessen Nähe ist ein die Temperatur der Tinte messender Sensor vorgesehen, auf dessen Messwert basierend eine Durchflussrate der zirkulierten Tinte gesteuert wird.
Auch die JP 2009-184301 A offenbart einen Inkjet-Drucker mit durch einen ersten Behälter, eine das Zirkulieren bewirkende Pumpe, eine Heizvorrichtung, einen zweiten Behälter und den Druckkopf zirkulierter Tinte. Die Heizeinrichtung und die Pumpe werden über eine Steuereinrichtung gesteuert, der Ergebnisse einer ersten Temperaturmessung für die Tinte hinter der Heizeinrichtung und einer zweiten Temperaturmessung im Druckkopf zugeführt werden. Für ein Aufwärmen der zirkulierenden Tinte vor dem Druckbeginn wird zum Zwecke eines schnellen Erwärmens die Pumpleistung und die Heizleistung erhöht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. 3 gelöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur verbesserten Temperaturregelung von Inkjet-Tinte zu schaffen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die temperaturabhängigen Eigenschaften der Inkjet-Tinte unabhängig von der Ausstoßrate am Druckkopf sehr genau konstant gehalten werden können. Dies ist besonders relevant in Verbindung mit kommerziellem Inkjet-Druck, wie er beispielsweise in Rollendruckmaschinen mit Bahnbreiten von mehr als 500 mm und/oder möglichen Bahngeschwindigkeiten von mehr als 100 m pro Minute durchführbar ist bzw. erfolgt.
Es kann Störungen entgegengewirkt werden, die bei schwankender Tintenabnahme durch wechselnde Durchflussraten bedingt sind. Beispielsweise kann es vorkommen, dass sich die Temperatur durch ein erhöhte Tintenabnahme erhöht, da der Druckkopf die Durchflussrate vergrößert und das System aus dem Gleichgewicht bringt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Druckmaschine für den kommerziellen bzw. industriellen Inkjetdruck am bevorzugten Beispiel einer Rollendruckmaschine;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Temperaturregelung;
3 eine grafische Prinzipskizze a) der Vorrichtung zur Temperaturregelung und b) des zugrunde liegenden Regelkreises;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Temperaturregelung.

Eine Druckmaschine umfasst beispielsweise wenigstens ein Druckwerk 01, durch welches ein Bedruckstoff 02, z. B. eine Bedruckstoffbahn 02, zumindest einseitig im Inkjet-Verfahren bedruckbar ist, eine Bedruckstoffvorlage 03, z. B. Rollenwechsler 03, sowie eine nachgelagerte Produktaufnahme 04, welche durch eine Weiterverarbeitung oder wie beispielhaft dargestellt durch einen Aufwickler 04 gegeben sein kann. In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Druckmaschine zwei Druckwerke 01 zum bedrucken beider Bedruckstoffseiten der Bedruckstoffbahn 02 und/oder einen dem (jeweiligen) Druckwerk 01 im Bedruckstoffweg nachgeordneten Trockner 06.
Das Druckwerk 01 umfasst eine Mehrzahl von nebeneinander und/oder in Bedruckstofftransportrichtung hintereinander angeordneter Druckköpfen 07 mit jeweils einer oder mehreren Düsen zur gesteuerten Abgabe der Tinte. Die Druckköpfe 07 werden zu mehreren oder sämtlich aus einem gemeinsamen Reservoir 08 über jeweils einen in einer Schleife 09 umlaufenden bzw. zirkulierenden Tintenvolumenstrom Q mit der Tinte der betreffenden Farbe versorgt (siehe z. B. 2 oder 4). Im Reservoir 08 liegt ein vorbestimmter, z. B. gegenüber dem Umgebungsdruck P_U niedrigerer Druck P1 an, der beispielsweise durch ein Druckregelgerät 11 einstellbar und/oder aufrechtzuerhalten ist. Vorzugsweise wird bzw. ist die im Reservoir 08 vorliegende Tinte auf eine z. B. vorbestimmbare Temperatur T_Z , insbesondere Zieltemperatur T_Z temperiert, welche in etwa der für das Verdrucken gewünschten Solltemperatur T_S entspricht oder geringfügig darüber liegt. In Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit verliert die Tinte auf dem Weg zum Druckkopf 07 mehr oder weniger Wärme, was zu einem Absinken der Temperatur, also einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen vorbestimmbare Temperatur T_Z und der Tintentemperatur T_K der im Druckkopf 07 ankommenden Tinte führt.
Um einem Schwanken der Tintentemperatur mit schwankender Tintenabnahme entgegenzuwirken erfolgt nun eine Regelung der Tinten-Durchflussrate in der Schleife 09, insbesondere in deren Rücklaufzweig 12, in Abhängigkeit von der Tintentemperatur T_K im Druckkopf 07. Hierzu ist im Druckkopf 07 ein mit der Tinte in Wirkkontakt stehender Temperatursensor 13 und eine mit diesem verbundene Regeleinrichtung 14 vorgesehen, durch welche mittels Einwirkens auf ein dem betreffenden Druckkopf 07 bzw. deren Schleife 09 zugeordnetes Stellmittel 16; 17 (siehe 2 oder 4) der Durchfluss in der den Druckkopf 07 versorgenden Schleife 09, insbesondere im Rücklaufzweig 12, in Abhängigkeit von der gemessenen Tintentemperatur T_K regelbar ist bzw. geregelt wird. Die Temperaturmessung erfolgt im Druckkopf 07 z. B. selbständig und/oder kontinuierlich.
In einer ersten vorteilhaften Ausführung (siehe z. B. 2) ist als jeweiliges Stellmittel 16 im Leitungsweg der Schleife 09, insbesondere im Rücklaufzweig 12, eine regelbare Pumpe 16 vorgesehen, durch welche der Volumenstrom über die Regeleinrichtung 14 in Abhängigkeit von der Tintentemperatur T_K im Druckkopf 07 regelbar ist bzw. geregelt wird. Bevorzugt ist die Pumpe 16 möglichst stossfrei oder zumindest stossarm, z. B. als Zahnradpumpe oder als Piezopumpe 16 ausgebildet. Letztere sollte Pumpzyklen von 0,2 bis 10kHz aufweisen.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführung (siehe z. B. 4) ist als Stellmittel 17 im Leitungsweg der Schleife 09, insbesondere im Rücklaufzweig 12, ein Druckregelventil 17 vorgesehen, durch welche der Volumenstrom über die Regeleinrichtung 14 in Abhängigkeit von der Tintentemperatur T_K im Druckkopf 07 regelbar ist bzw. geregelt wird. In dieser Ausführung ist die Schleife 09 um ein zweites Reservoir 18 erweitert, in welches der jeweilige Rücklaufzweig 12 mündet und welches über eine Pumpe 19, z. B. Ausgleichspumpe 19, mit dem ersten Reservoir 08 verbunden ist. Ein Vorlaufzweig 21 der jeweiligen Schleife 09 geht - wie bereits in ersten Ausführung - vom ersten Reservoir 08 ab. Im zweiten Reservoir 18 liegt ein vorbestimmter, z. B. gegenüber dem Umgebungsdruck P_U , und bevorzugt auch gegenüber dem Druck P1 im Reservoir 08 niedrigerer, Druck P2 an, der beispielsweise durch ein weiteres Druckregelgerät 22 einstellbar und/oder aufrechtzuerhalten ist.
Nach allgemeiner Lehre wird beim Regelprozess zur Tintenzirkulation durch den Druckkopf 07 bei einer gegenüber einer vorbestimmten und/oder -bestimmbaren, z. B. annähernd der im Reservoir 08 vorliegenden Temperatur T_Z entsprechenden, Solltemperatur T_S niedrigeren im Druckkopf 07 gemessenen Tintentemperatur T_K durch entsprechendes Stellen des Stellmittels 16; 17 die Durchflussrate bzw. der Tintenvolumenstrom Q erhöht und bei einer gegenüber der vorbestimmten und/oderbestimmbaren Solltemperatur T_S höheren im Druckkopf 07 gemessenen Tintentemperatur T_K durch entsprechendes Stellen des Stellmittels 16; 17 die Durchflussrate bzw. der Tintenvolumenstrom Q verringert. Für den Fall des ersten Ausführungsbeispiels heißt das, dass bei Abfallen der gemessenen Tintentemperatur T_K unter die Solltemperatur T_S die Pumpenleistung erhöht wird, während diese bei Übersteigen der Solltemperatur T_S verringert wird. Für den Fall des zweiten Ausführungsbeispiels heißt das, dass bei Abfallen der gemessenen Tintentemperatur T_K unter die Solltemperatur T_S das Druckregelventil 17 zu niedrigeren Drücken hin weiter geöffnet wird, während es bei Übersteigen der Solltemperatur T_S zu höheren Drücken hin weiter geschlossen wird. Unter die genannten Vergleiche mit der Solltemperatur T_S sollen auch Ausführungen fallen, in welcher die Solltemperatur T_S mit zu tolerierenden Toleranzabweichungen Berücksichtigung findet.
Bezugszeichenliste

01: Druckwerk
02: Bedruckstoff, Bedruckstoffbahn
03: Bedruckstoffvorlage, Rollenwechsler
04: Produktaufnahme, Aufwickler
05: -
06: Trockner
07: Druckkopf
08: Reservoir, erstes
09: Schleife
10: -
11: Druckregelgerät
12: Rücklaufzweig
13: Temperatursensor
14: Regeleinrichtung
15: -
16: Stellmittel, Pumpe
17: Stellmittel, Druckregelventil
18: Reservoir, zweites
19: Pumpe, Ausgleichspumpe
20: -
21: Vorlaufzweig
22: Druckregelgerät, weiteres
P1: Druck
P2: Druck
P_U: Umgebungsdruck
Q: Tintenvolumenstrom
T_K: Tintentemperatur, gemessen (im Druckkopf 07)
T_S: Solltemperatur der Tinte (im Druckkopf 07)
T_Z: Temperatur, Zieltemperatur (im Reservoir 08)
ΔT: Temperaturdifferenz

Claims

Vorrichtung zur Temperaturregelung von zu verdruckender Inkjet-Tinte mit mindestens einem Druckkopf (07) und wenigstens einem ersten Reservoir (08), wobei der Druckkopf (07) über einen in einer Schleife (09) zirkulierenden Tintenvolumenstrom (Q) mit Tinte aus dem Reservoir (08) versorgt wird oder versorgbar ist, und wobei ein Stellmittel (16; 17) vorgesehen ist, durch welches der in der Schleife (09) zirkulierende Tintenvolumenstrom (Q) einstellbar ist, wobei vom Druckkopf (07) ein mit der Tinte im Druckkopf (07) in Wirkkontakt stehender Temperatursensor (13) umfasst ist, welcher in Signalverbindung zu einer Regeleinrichtung (14) steht, die eingerichtet ist, den Tintenvolumenstrom (Q) in der den Druckkopf (07) versorgenden Schleife (09) in Abhängigkeit von der im Druckkopf (07) gemessenen Tintentemperatur (T_K) zu variieren, wobei das Stellmittel (16; 17) zur Variation des Tintenvolumenstroms (Q) im Leitungsweg des vom Druckkopf (07) wegführenden Rücklaufzweiges (12) der Schleife (09) vorgesehen ist und als Stellmittel (17) ein Druckregelventil (17) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein über eine Pumpe (19) mit dem ersten Reservoir (08) leitungsverbundenes zweites Reservoir (18) vorgesehen ist, in welches der Rücklaufzweig (12) der Schleife (09) mündet.
Verfahren zur Temperaturregelung von zu verdruckender Inkjet-Tinte, wobei der Druckkopf (07) über einen in einer Schleife (09) zirkulierenden Tintenvolumenstrom (Q) aus dem Reservoir (08) mit Tinte versorgt wird, und wobei der in der Schleife (09) zirkulierende Tintenvolumenstrom (Q) durch ein im Leitungsweg des vom Druckkopf (07) wegführenden Rücklaufzweiges (12) vorgesehenes Stellmittel (16; 17) einstellbar ist, wobei im Druckkopf (07) die Tintentemperatur (T_K) der aktuell dort vorliegenden Tinte ermittelt wird und der in der Schleife (09) zirkulierende Tintenvolumenstrom (Q) in Abhängigkeit von der im Druckkopf (07) gemessenen Tintentemperatur (T_K) über ein als Druckregelventil (17) ausgebildetes Stellmittel (17) eingestellt und/oder variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gegenüber einer vorbestimmten und/oder-bestimmbaren Solltemperatur (T_S) niedrigeren im Druckkopf (07) gemessenen Tintentemperatur (T_K) durch entsprechendes Stellen des Stellmittels (16; 17) der Tintenvolumenstrom (Q) erhöht und bei einer gegenüber der vorbestimmten und/oder -bestimmbaren Solltemperatur (T_S) höheren im Druckkopf (07) gemessenen Tintentemperatur (T_K) der durch entsprechendes Stellen des Stellmittels (16; 17) der Tintenvolumenstrom (Q) verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abfallen der gemessenen Tintentemperatur (T_K) unter die Solltemperatur (T_S) das Druckregelventil (17) zu niedrigeren Drücken hin weiter geöffnet wird, während es bei Übersteigen der Solltemperatur (T_S) zu höheren Drücken hin weiter geschlossen wird.