DE102018005315B4

DE102018005315B4 - Flexible Corona- oder Plasma-Bewegungseinheit

Info

Publication number: DE102018005315B4
Application number: DE102018005315.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Barth; Timo Elzer; Arno Köb
Original assignee: Lohmann GmbH and Co KG
Current assignee: Lohmann GmbH and Co KG
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: DE102018005315A1

Abstract

Fest an oder in eine Druckmaschine integrierbare Bewegungseinheit mit mindestens einer Strahlenquelle in Form einer Coronavorrichtung oder mindestens einem Plasmakopf (5) zur Plasma- oder Coronavorbehandlung zu verklebender Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Coronavorrichtung oder der Plasmakopf (5) über eine Führungsschiene (2) oder mehrere Führungsschienen (2) oder auch gesteuert mittels eines Roboter-Systems in individuell einstellbarem, definiertem und gleichmäßigem Abstand sowie in definierter, bezüglich des Tempos aber frei einstellbarer Geschwindigkeit über eine zu verklebende Oberfläche geführt wird.

Description

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine flexibel einsetzbare, stationäre, fest an oder in eine Druckmaschine integrierbare Corona- oder Plasma-Bewegungseinheit zur exakten Dosierung von Strahlen bzw. Plasma, insbesondere von Niedertemperaturplasma zur Vorbehandlung von Oberflächenmaterialien.
Zur Verbesserung der Verklebbarkeit von Materialien wird in der Klebepraxis vielfach eine Erhöhung der Oberflächenenergie zumindest eines der zu verklebenden Materialien vorgenommen. Kunststoffe und andere Materialien, auf denen einen Klebmasse nur sehr schwer haftet, weil sie eine niedrige Oberflächenenergie besitzen, sind z.B. Teflon, Polyethylen, Polypropylen, Gummi und Silikone. Bei solchen Materialien wird häufig vor ihrer Verklebung deren Oberflächenspannung erhöht. Hierzu sind neben kaum noch industriell eingesetzten mechanischen Verfahren eine Reihe von chemischen und physikalischen Verfahren bekannt. Zu ersteren zählt beispielsweise der Einsatz flüssiger Haftvermittler, auch Primer oder chemische Brücken genannt, die als Haftbrücken eine Haftungsverbesserung zwischen zu verklebendem Material und Klebstoff bewirken. So wird durch das Auftragen einer Flüssigkeit - eines sogenannten Flüssigprimers - eine Oberfläche besser benetzbar und es können zwischen der Oberfläche und dem Bindemittel des Klebstoffes chemische Bindungen gebildet werden. Primer werden entweder als Grundierung separat auf die zu verklebende Oberfläche aufgetragen oder sie sind als Additive im Klebstoff zur besseren Verbindung zwischen Klebstoff und Träger vorhanden. Neben dieser besseren Verklebbarkeit können Primer dann auch eine erhöhte Beständigkeit gegen Wasser und Chemikalien bewirken und somit den Korrosionsschutz verbessern. Sie können je nach Anwendungsfall einerseits die Haftfestigkeit zwischen zwei Materialien erhöhen und sich dann negativ auf eine rückstandsfreie Entfernung von Klebstoffen auswirken, andererseits aber auch bewirken, dass die Verbindung zwischen Trägermaterial eines Klebebandes und Klebstoffschicht so fest ist, dass sich das Band rückstandsfrei wieder von einer Oberfläche entfernen lässt. Die Verwendung eines Primers hat neben der besseren Verklebbarkeit der entsprechend vorbehandelten Oberfläche verschiedenene weitere Vorteile: Primer werden in sehr dünnen Schichten flüssig aufgetragen und trocknen dann rasch. Oft sind getrocknete Primer auch über einen langen Zeitraum hinweg noch wirksam, so dass Primerauftrag und Verklebung dann auch zeitlich getrennt voneinander vorgenommen werden können. Nachteile der Primerung sind der nur schwer genau zu dosierende Primerauftrag sowie die Gefahr der Verschmutzung der Umgebung durch das Auftragen einer Flüssigkeit.
Bei physikalischen Verfahren unterscheidet man üblicherweise zwischen thermischer Vorbehandlung mittels Gasflamme oder Plasmabogen, elektrischer Vorbehandlung mittels Coronaentladung oder Niederdruckplasma oder der Bestrahlung mit energiereichen Strahlen (beispielsweise UV, Elektronenstrahlen, oder Laser). Bei der thermischen Vorbehandlung wird die Oberfläche kurzzeitig aufgeschmolzen und gleichzeitig chemisch verändert (oxidiert), die Wärmequelle ist entweder eine Gasflamme oder ein Plasmabogen.
Bei der Vorbehandlung von ebenen Flächen ist das Beflammen weitgehend durch die Coronabehandlung ersetzt worden. Bei diesen Verfahren wird durch eine hohe Energiezufuhr und Stoßionisation ein Plasma erzeugt, das mit der zu verklebenden Oberfläche reagiert. Die aktivierten Teilchen des Plasmagases reagieren untereinander und mit ihrer Umgebung und rufen so eine Verklebung begünstigende Veränderungen an den jeweiligen Oberflächen hervor. Welche Vorbehandlung in jeweils konkreten Anwendungsfall gewählt wird, hängt z.B. ab von Art und Form der zu verklebenden Teile und ihrer Oberflächen, von der erforderlichen oder möglichen Behandlungszeit, der Verfahrenssicherheit, den Investitions- und Betriebskosten, dem Platzbedarf oder auch den Arbeitssicherheitsanforderungen. Ein weiterer Nachteil können die sehr hohen Temperaturen sein, die im Plasma einer Gasentladung üblicherweise auftreten und das zu verklebende Substrat thermisch belasten können.
Vor diesem Hintergrund hat sich in den letzten Jahren mit der Niederdruck- bzw. Niedertemperaturplasma-Anwendung eine neue Technologie entwickelt. Niederdruckplasma wird durch hochfrequente elektrische Wechselfelder angeregt. Weil die Ionen wegen ihrer Massenträgheit der hohen Frequenz des Wechselfeldes nicht folgen können und weitgehend in Ruhe bleiben und dadurch auch keine Temperaturerhöhung des Mediums durch die Bewegungsenergie der Moleküle und Atome erfolgt, treten bei diesem Verfahren keine oder nur minimale Temperaturerhöhungen auf: Das jeweilige Substrat wird dadurch thermisch praktisch nicht belastet.
Zur Veränderung/Aktivierung von Oberflächen durch Anwendung von Niedertemperaturplasma gibt es eine Reihe von Patentanmeldungen, so z.B. DE 10 2013 100 617 B4 , in der allgemein eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Niedertemperaturplasmas sowie ein Handgerät dafür beansprucht wird oder auch in WO 2016/ 146 498 A1 , in der das Verkleben einer Substratoberfläche mit einer Klebmassenoberfläche beschrieben wird, nachdem eine der beiden oder beide Komponenten mit Niedertemperaturplasma aktiviert wurden. Die noch nicht veröffentlichte deutsche Anmeldung DE 10 2018 000 588.8 beansprucht den Einsatz eines flexiblen Niedertemperaturplasmagerätes im Zusammenhang mit der Verklebung von Druckplatten beim Flexodruck.
Aus der DE 10 2009 011 656 A1 ist eine Reinigungsstation bekannt, welche ein Dreiachs- Schlittensystem mit Plasmadüsen aufweist, wobei die Plasmadüsen über einen Spanndreh-Träger verfahren werden können.
Aus der DE 10 2009 051 397 A1 ist ein Verfahren zum Vorbehandeln eines Fotovoltaikmoduls bekannt, in welchem eine Strömung eines Gemisches, welches ein Gas oder ein Plasma enthält, über eine Oberfläche des Fotovoltaikmoduls erzeugt wird, wobei die für das Vorbehandeln vorgesehene Vorrichtung eine an einer Führungsschiene befestigte Beflammeinrichtung aufweisen kann.
Aus der DE 10 2016 214 107 A1 ist ein Verfahren zum Reinigen eines Druckguss-Strukturbauteils bekannt, in welcher das Druckguss-Strukturbauteil zumindest lokal einer Plasmareinigung unterzogen wird, wobei die Plasmareinigung mittels einem mittels Roboter bewegten Plasmabrenner durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Anmeldung ist eine Weiterentwicklung des in letztgenannter Anmeldung beschriebenen Verfahrens zum Einsatz beim Flexodruck. Erfahrungen aus der Praxis haben gezeigt, dass eine erforderliche exakte selektive Anwendung des Niedertemperaturplasmas mit einem freien Handgerät wie in o.g. DE 10 2013 100 617 B4 beschrieben, kaum möglich ist und dadurch auch Bereiche, die eigentlich mit dem Plasma behandelt werden sollten, ausgespart wurden bzw. andere Bereiche, die nicht mit Plasma behandelt werden sollten, schließlich doch ungewollt einer solchen Behandlung unterzogen wurden. Auch wurden dadurch, dass die Strahlungsquelle freihändig geführt wurde, ungewollt aus unterschiedlichen Höhen bzw. Abständen von der zu präparierenden Oberfläche bestrahlt und damit auch unterschiedliche Strahlungsintensitäten erzielt - mit anderen Worten: Die erforderliche Prozesssicherheit war bei einer Anwendung mit dem Handgerät nicht gegeben, was dann schließlich zu Fehlern bzw. Schwächen im Flexodruckverfahren wie selektivem Kantenabheben einer Druckplatte und damit negativer Beeinträchtigung des Druckbildes oder auch erschwertem rückstandsfreiem Ablösen des Klebebandes von Druckplatte und/oder Sleeve nach Beendigung des Druckvorgangs führte.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es nun, diese Fehler bzw. Schwachstellen zu vermeiden.
Näher erläutert wird eine Alternative des erfindungsgemäßen Systems anhand der folgenden Figuren, wobei die einzelnen Bezugszeichen folgende Bedeutung haben:

1: Antrieb
2: Führungsschiene
3: Waagerechte Halterung für das Niedertemperaturplasmahandgerät
4: Senkrechte und höhenverstellbare Halterung für das Niedertemperaturplasmahandgerät
5: Niedertemperaturplasmahandgerät mit Plasmakopf
6: Näherungsschalter
7: Halterung Näherungsschalter
8: Gehäuse
9: Druckplatte
10: Steuerungskasten mit darin befindlicher Steuerung

1 zeigt dabei eine Seitenansicht der Längsseite des Gehäuses mit darin eingebauter Technik bzw. außen daran befestigtem Steuerungskasten.
2 zeigt eine Seitenansicht der Stirnseite des Gehäuses mit darin eingebauter Technik.

Es handelt sich hierbei um eine stationäre, d.h. fest an der Druckmaschine befestigte, in ein Gehäuse (8) eingebrachte Vorrichtung zur Aufnahme einer Coronavorrichtung bzw. insbesondere eines Niedertemperaturplasmahandgeräts oder mehrerer solcher Geräte (5). Dadurch wird es ermöglicht, die Coronavorrichtung oder den Plasmakopf/die Plasmaköpfe (5) in definiertem und gleichmäßigem Abstand (der allerdings individuell und frei festgelegt werden kann) und in definierter, bezüglich des Tempos aber frei einstellbarer Geschwindigkeit über eine zu verklebende Oberfläche wie beispielsweise eine Druckplatte zu führen. Im Falle einer Druckplatte kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl an die Größe der Druckplatte angepasst werden, als auch hinsichtlich der Art der Führung der Plasmaköpfe (5). Grundsätzlich möglich sind Größen bis DIN-A-0 und Führungsarten wie Einachssystem, Zweiachssystem oder Robotersystem. Bei einem Einachssystem kann die Maschine auf einer Führungsschiene (2) lediglich in einer Richtung bewegt werden, also beispielswiese nur auf der X -Achse (waagerechte Halterung, 3) hin- und herfahren. Bei einem Zweiachssystem (waagerechte Halterung, 3 und senkrechte und höhenverstellbare Halterung, 4) kann sich die Maschine auf einem XY -Koordinatensystem von Führungsschienen (2) waagerecht in Richtung der X - und senkrecht in Richtung der Y -Achse bewegen. Die höhenverstellbare Halterung (4) ermöglicht eine Dosierung der Intensität der Vorbehandlung, je nachdem wie groß der Abstand des Niedertemperaturplasmahandgeräts von der zu behandelnden Oberfläche ist. Ein hier ebenfalls denkbares Robotersystem schließlich würde die Bewegung frei im Raum, also entsprechend von XYZ -Koordinaten, ermöglichen. Je nach Breite der erwünschten Vorbehandlung können auch auf einer Achse zwei oder noch mehr Niedertemperaturplasmahandgeräte (5) montiert sein. Über die außen am Gehäuse (8) befindliche Steuerung können die Behandlungsparameter wie Geschwindigkeit der Coronavorrichtung bzw. des Plasmakopfes/der Plasmaköpfe (5) oder deren Abstand zur zu behandelnden Oberfläche eingestellt werden.
Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch außerhalb des Flexodrucks überall dort eingesetzt werden, wo eine Oberfläche durch Corona- oder Niedertemperaturplasma-Behandlung für eine bessere Verklebbarkeit präpariert wird.

Claims

Fest an oder in eine Druckmaschine integrierbare Bewegungseinheit mit mindestens einer Strahlenquelle in Form einer Coronavorrichtung oder mindestens einem Plasmakopf (5) zur Plasma- oder Coronavorbehandlung zu verklebender Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Coronavorrichtung oder der Plasmakopf (5) über eine Führungsschiene (2) oder mehrere Führungsschienen (2) oder auch gesteuert mittels eines Roboter-Systems in individuell einstellbarem, definiertem und gleichmäßigem Abstand sowie in definierter, bezüglich des Tempos aber frei einstellbarer Geschwindigkeit über eine zu verklebende Oberfläche geführt wird.
Bewegungseinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abstand und Geschwindigkeit der Coronavorrichtung oder des Plasmakopfes (5) über eine Steuereinheit (8) eingestellt werden.
Bewegungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung sowohl in einem waagerechten Einachsystem (3) oder in einem waagerechten und senkrechten Mehrachssystem (3, 4), als auch in einem im gesamten Raum beweglichen Robotersystem erfolgen kann.
Bewegungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bestrahlende Oberfläche eine Druckplatte ist.
Bewegungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bestrahlende Oberfläche eine Druckplatte im Flexodruck ist.
Bewegungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle ein in die Bewegungseinheit für den Gebrauch eingebautes und nach Gebrauch wieder beschädigungslos herausnehmbares mobiles Niedertemperaturplasma-Handgerät ist.