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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Reinigungsvorrichtung zur Wartung von InkjetDruckköpfen.
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Die Erfindung liegt im technischen Gebiet des Inkjet-Drucks.
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In Inkjet-Druckmaschinen werden Druckköpfe verwendet, welche üblicherweise in Reihen angeordnete Druckdüsen verwenden, welche man auch als Druckbalken bezeichnen kann. Jeder Druckkopf druckt dabei Tinte in einer bestimmten Druckfarbe. Je mehr verschiedene Druckköpfe eine Inkjet-Druckmaschine aufweist, desto mehr verschiedene Druckfarben kann sie einsetzen. Um ein gleichbleibendes, qualitativ hochwertiges Druckergebnis zu gewährleisten, müssen die Druckdüsen aller verwendeten Druckköpfe stets mit einer gleichbleibenden Performance arbeiten. Hierfür sind regelmäßige Wartungen der Druckköpfe notwendig. Diese bestehen in der Hauptsache aus einem Reinigen der Inkjetdruckköpfe, um z.B. zu verhindern, dass sich eingetrocknete Tintenreste und andere Verschmutzungen wie Staubkörner etc. in den Düsenkanälen der Druckdüsen festsetzen. Oft verursachen solche Verschmutzungen eine Minderperformance einzelner Druckdüsen eines Druckkopfes bzw. gar den Ausfall dieser Druckdüsen. Einzeln ausgefallene oder bei zu starker Minderperformance abgeschaltete Druckdüsen lassen sich dabei durch bestimmte Kompensationsverfahren noch ausgleichen. Sind jedoch zu viele Druckdüsen betroffen, muss der Druckkopf ausgetauscht werden, was zu hohen Kosten und einer geringeren Betriebsdauer der betreffenden Inkjet-Druckmaschine führt. Neben der vorausschauenden Wartung von Druckköpfen ist somit auch eine Wiederaufbereitung nicht mehr einsatzfähiger Druckköpfe durch einen entsprechenden Reinigungsvorgang ein häufiger Einsatzfall.
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Zur Reinigung der Inkjetdruckköpfe gibt es im Stand der Technik verschiedene Herangehensweisen. So ist z.B. ein Ansatz, mittels einer Reinigungseinrichtung, die ein Reiniger aufsprüht, absaugt und dann den Kopf spült, eine berührungslose Inkjetkopf-Reinigung durchzuführen. Dies wird üblicherweise zyklisch durch den Bediener getriggert, wenn dieser sieht, dass bestimmte Druckköpfe eine Reinigung nötig haben. Ein anderer Ansatz liegt in einer Reinigungsvorrichtung, welche mittels eines Tuches die Inkjetdruckköpfe abwischt und somit reinigt. Nachteilig an diesen Ansätzen ist jedoch, dass das Reinigungsergebnis in vielen Fällen nicht optimal ist.
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Andere Ansätze beinhalten das Ausbauen der Köpfe, welche dann in einer bestimmten Reinigungsvorrichtung mittels Ultraschall gereinigt werden können. Ein solcher Ansatz ist z.B. aus der europäischen Patentanmeldung
EP 099 97 290 A1 bekannt. Ein verbessertes Reinigungsergebnis lässt sich zudem erreichen, wenn die Köpfe zudem neben der Ultraschallreinigung in ein Bad mit einer Reinigungsflüssigkeit getaucht werden. Eine solche Reinigungsvorrichtung ist wiederum aus der europäischen Patentanmeldung
EP 29 55 027 A1 bekannt. Nachteilig bei diesen Ansätzen ist jedoch, dass es sich in allen Fällen um stationäre Vorrichtungen handelt, wodurch die Inkjetdruckköpfe aus der Maschine ausgebaut, gereinigt und wieder eingebaut werden müssen. Dies ist sehr aufwändig und verursacht somit Zeit, in welcher die Druckmaschine nicht arbeiten kann und entsprechende Kosten. Zudem besteht ein Risiko einer Beschädigung der Inkjetdruckköpfe beim Ein- und Ausbau.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein System zur Reinigung von Inkjetdruckköpfen zu offenbaren, welches schneller und/oder gründlicher arbeitet, als die aus dem Stand der Technik bekannten Reinigungssysteme.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Reinigung von Druckköpfen einer Inkjet-Druckmaschine, welche eine Schallquelle und eine Auftrageeinheit umfasst, wobei die Auftrageeinheit eine Reinigungsflüssigkeit auf eine Oberfläche des Druckkopfes aufbringt, so dass die Schallquelle mittels entsprechend eingebrachter Schallwellen den Druckkopf berührungslos reinigt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung eine mobile Vorrichtung ist, welche derart ausgeführt ist, dass sie die Druckköpfe im eingebauten Zustand in der Inkjet-Druckmaschine reinigt. Der entscheidende Punkt der vorliegenden Vorrichtung besteht also darin, dass die Reinigungsvorrichtung so kompakt ist, dass sie direkt auf die Druckköpfe im eingebauten Zustand in der Inkjet-Druckmaschine angebracht werden kann. Die Auftrageeinheit umschließt dann die Oberfläche des Druckkopfes mit Reinigungsflüssigkeit, so dass die Schallquelle mittels entsprechend eingebrachter Schallwellen den Druckkopf berührungslos reinigen kann. Am Leichtesten lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung als mobile Reinigungsvorrichtung umsetzen, welche dann zur Reinigung eines jeden Inkjet-Druckkopfs an entsprechender Stelle in der Inkjet-Druckmaschine arretiert und angewandt wird. Es ist natürlich auch alternativ möglich, eine entsprechende Reinigungsvorrichtung direkt fest in der Inkjet-Druckmaschine zu verbauen, in welcher dann die Inkjet-Druckköpfe gereinigt werden. Dies ist für den Anwender der Inkjet-Druckmaschine zwar wesentlich komfortabler, erhöht allerdings den Konstruktionsaufwand der Druckmaschine.
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Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass die Auftrageeinheit Zuleitungen aufweist, über welche sie permanent mit Reinigungsflüssigkeit versorgt wird und die Zuleitungen einen Volumenstrom an Reinigungsflüssigkeit speisen, der so groß ist, dass der Raum zwischen Auftrageeinheit und Oberfläche des Druckkopfes komplett mit Reinigungsflüssigkeit gefüllt ist. Dies ist erforderlich, um entsprechend mittels der Reinigung entfernte Schmutzpartikel, wie z.B. Staub oder eingetrocknete Tintenreste, entsprechend wieder abzuleiten und somit das Reinigungsergebnis zu verbessern. Für ein optimales Reinigungsergebnis ist es zudem erforderlich, dass zwischen der Auftrageeinheit und der Oberfläche des Druckkopfes sich nur Reinigungsflüssigkeit und keine Luft befindet, da andernfalls die Schallwellen der Schallquelle keine optimale Reinigungswirkung entfalten können.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass die Auftrageeinheit eine Reinigungswanne mit einer entsprechenden Tiefe ist, wobei die Reinigungswanne mit einer Reinigungsflüssigkeit gefüllt ist, eine Öffnung aufweist, deren Größe der zu reinigenden Oberfläche des Druckkopfes angepasst ist und zwischen der Oberfläche des Druckkopfes und der Öffnung ein Spalt mit definierter Höhe existiert, über welchen die Reinigungsflüssigkeit abfließt. Die Reinigungswanne sollte dabei vollständig mit Reinigungsflüssigkeit gefüllt sein, so dass auch der Spalt, über welchen die Reinigungsflüssigkeit abfließt, entsprechend mit dieser gefüllt ist und keine Luft zwischen Schaltquelle und zu reinigender Oberfläche des Inkjetdruckkopfes verbleibt. Die Größe der Öffnung bestimmt dabei die Fläche, welche mit der abbildungsgemäßen Vorrichtung auf einmal gereinigt werden kann. Ist sie kleiner wie die gesamte Oberfläche des jeweils zu reinigenden Druckkopfes, muss die Reinigungsvorrichtung pro Druckkopf mehrfach angebracht werden.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass seitlich zur Reinigungswanne eine Auffangwanne angebracht ist, welche über einen Abfluss verfügt, die abfließende Reinigungsflüssigkeit auffängt und mit den Zuleitungen der Reinigungswanne verbunden ist. Optimaler Weise ist nachgelagert zur Auffangwanne dann ein Filter bzw. Filtersystem, welches die Reinigungsflüssigkeit von den entfernten Schmutzpartikeln befreit, so dass die entsprechend wieder aufbereitete Reinigungsflüssigkeit über die Zuleitung zur Reinigungswanne wieder verwendet werden kann. Dies erhöht die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da die Reinigungsflüssigkeit entsprechend wieder verwendet werden kann. Der Filter sollte natürlich in regelmäßigen Abständen, d.h. vor bzw. nach jedem Reinigungsvorgang, ausgetauscht bzw. selbst gereinigt werden.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass an der Reinigungswanne ein Drucksensor angebracht, welcher den Füllstand der Reinigungswanne mit Reinigungsflüssigkeit misst. Mit dieser Füllstandsanzeige lässt sich dem Bediener sehr leicht anzeigen, sobald die Reinigungswanne vollständig mit Reinigungsflüssigkeit gefüllt ist und sich keine Luft mehr zwischen Schallquelle und zu reinigender Oberfläche des Inkjetdruckkopfs mehr befindet und somit der Reinigungsvorgang gestartet werden kann bzw. automatisch startet.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass die Auftrageeinheit ein Blech ist und zwischen der Oberfläche des Druckkopfes und der Öffnung ein Spalt mit definierter Höhe existiert, über welchen die Reinigungsflüssigkeit abfließt, wobei der Spalt durch eine Schlitzdüse über die Zuleitungen mit Reinigungsflüssigkeit befüllt wird. Dies ist eine alternative Ausführungsvariante, in welcher die Auftrageeinheit keine Reinigungswanne ist, sondern lediglich ein Blech mit einer Schlitzdüse, über welche die Reinigungsflüssigkeit in den Raum zwischen Blech und der Oberfläche des Druckkopfes mit Reinigungsflüssigkeit befüllt wird. Der Vorteil dieser Ausführungsvariante besteht in einer wesentlich kompakteren Bauweise.
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Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe stellt ein Verfahren zur Reinigung von Druckköpfen einer Inkjet-Druckmaschine mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass während des Reinigungsvorgangs der Meniskusdruck im Druckkopf so variiert wird, dass Reinigungsflüssigkeit in den Druckkopf eingesaugt und mit Tintenrückständen wieder ausgestoßen wird. Mittels dieser Variation des Meniskusdrucks im Druckkopf wird ein sogenannter Purging-Vorgang simuliert, mit dem verbleibende Tintenrückstände im Druckkopf zuverlässig beseitigt werden können. Dies erhöht die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens, da somit der Druckkopf nicht nur passiv durch die Reinigungsvorrichtung gereinigt wird, sondern durch aktives Einsaugen der Reinigungsflüssigkeit und Wiederausstoßen die Reinigungswirkung gegenüber einem rein passiven Verfahren verbessert wird.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Schallquelle mit Ultraschall oder Megaschall betrieben wird, deren Frequenz variabel ist. Ob Ultra- oder Megaschall verwendet wird, hängt von der Beschaffenheit und dem Verschmutzungsgrad des jeweiligen zu reinigenden Druckkopfes ab. Mittels der Frequenzvariierung kann zudem eine unterschiedliche Reinigungswirkung erzielt werden, welche ebenfalls einem entsprechenden Verschmutzungsgrad des Inkjetdruckkopfes angepasst werden sollte.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass abhängig vom zu reinigenden Druckkopf verschiedene Reinigungsflüssigkeiten verwendet werden können. Welche Reinigungsflüssigkeit bei welchem Reinigungsvorgang verwendet wird, ist auch hier abhängig von Aufbau und Verschmutzungsgrad des zu reinigenden Druckkopfes. Da pro Reinigungsvorgang nur eine Flüssigkeit verwendet werden sollte, d.h. es sollten nicht verschiedene Reinigungsflüssigkeiten miteinander vermischt werden, und mit dem Austausch einer Reinigungsflüssigkeit ein entsprechender Aufwand verbunden ist, sollte die Auswahl der jeweils zu verwendenden Reinigungsflüssigkeit vom Anwender wohl überlegt sein.
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Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Zeichnungen zeigen:
- 1: ein Beispiel des Aufbaus einer verwendeten Bogen-Inkjet-Druckmaschine
- 2: ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Reinigungsvorrichtung im Schnitt
- 3: zu reinigende Druckkopfoberfläche in Draufsicht
- 4: alternatives Ausführungsbeispiel der Reinigungsvorrichtung im Schnitt
- 5: den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
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Das Anwendungsgebiet der bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Inkjet-Druckmaschine 7. Ein Beispiel für den grundlegenden Aufbau einer solchen Maschine 7, bestehend aus Anleger 1 für die Zufuhr des Drucksubstrats 2 in das Druckwerk 4, wo es von den Druckköpfen 5 bedruckt wird, bis hin zum Ausleger 3, ist in 1 dargestellt. Dabei handelt es sich hier um eine Bogen-Inkjetdruckmaschine 7, welche von einem Steuerungsrechner 6 kontrolliert wird. Beim Betrieb dieser Druckmaschine 7 kann es, wie bereits beschrieben, zu Ausfällen einzelner Druckdüsen in den Druckköpfen 5 im Druckwerk 4 kommen.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 21 mit einer mit Reinigungsflüssigkeit befüllten Reinigungswanne 9 an der ein Ultraschalltreiber 14 befestigt ist. Die Reinigungswanne 9 hat einen genau definierten Rand, der einen definierten Spalt 11 zu der zu reinigenden Fläche 18 des Druckkopfs 5 hat. Die Wanne 9 wird permanent über die Zuleitungen 12 mit Reinigungsflüssigkeit versorgt. In Abhängigkeit des Spaltes 11 und der Schräglage des Kopfes Δh muss der Volumenstrom an Reinigungsflüssigkeit so groß sein, dass der Raum, bzw. Spalt 11, zwischen der zu reinigende Fläche 18 und dem Ultraschalltreiber 14 komplett mit Flüssigkeit gefüllt ist.
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Die durch den Spalt 11 strömende Reinigungsflüssigkeit wird über Abflüsse 13 in eine Auffangwanne 10 geleitet. Die Reinigungsflüssigkeit kann von dort über einen weiteren Abfluss 13 abgeleitet und gefiltert werden. Nach der Filterung wird sie dann wieder in die Reinigungswanne 9 gefördert. Mit Hilfe eines Drucksensors 15 kann überprüft werden ob der Füllstand ausreichend ist.
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3 zeigt die entsprechende Oberflächenansicht zu reinigender Druckköpfe 5. VKöpfe zeigt dabei die Reinigungsrichtung an. Die Druckköpfe sind dabei bevorzugt zusammen in Form eines Druckbalkens 16 angelegt, wobei zwischen den einzelnen Druckköpfen ein kleiner Spalt 17 verbleibt, um die Druckköpfe 5 leichter austauschen zu können. Sie bestehen aus mehreren Nozzle-Plates 8, auch Druckkopfbänke genannt, in denen die einzelnen Druckdüsen der Druckköpfe 5 reihenförmig angeordnet sind. Die Reinigungswanne 9 der Reinigungsvorrichtung 21 sollte einen Großteil der zu reinigenden Oberfläche 18 eines Druckkopfs 5 abdecken, damit die Reinigungsvorrichtung 21 nicht zu oft angesetzt werden muss um den kompletten Druckbalken 16 zu reinigen. Idealerweise sollte mindestens eine Nozzle-Plate 8 von der Reinigungswanne 9 abgedeckt sein.
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Das Reinigungsverfahren selber wird kurz schematisch in 5 gezeigt. Während der Reinigung kann der Meniskusdruck im Druckkopf 5 variiert werden; vom reinsaugen der Reinigungsflüssigkeit bis zum wieder Ausspülen, einschließlich verbleibender Drucktintenreste. Dieser Vorgang ist ein Standardbetriebsmodus des Druckkopfs 5 zur Reinigung. Er wird „purgen“ genannt und eigentlich mit Drucktinte durchgeführt, kann jedoch auch für den Zweck der Reinigung mittels der Reinigungsvorrichtung 21 verwendet werden. Zudem sollte vorteilhafterweise der Druckbalken 16 während der Reinigung bewegt werden, so das einer bis alle Druckköpfe 5 nacheinander gereinigt werden können. In diesem Fall muss die Reinigungsvorrichtung 21 weniger bewegt werden. Es ist jedoch selbstverständlich auch eine beliebige Auswahl von zu reinigenden Druckköpfen 5 möglich. Hierfür wird nach Beendigung der Reinigung von einem Druckkopf 5 die Versorgung der Reinigungsvorrichtung mit Reinigungsflüssigkeit unterbrochen und zum nächsten Druckkopf 5 gefahren. Ob dafür die Reinigungswanne 9 der Reinigungsvorrichtung 21 an den jeweils zu reinigenden Druckköpfen 5 entlang gefahren wird oder entsprechend arretiert und dann zum nächsten Druckkopf 5 umgesetzt wird, spielt für die grundlegende Funktion eine untergeordnete Rolle. Beides wäre denkbar.
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Der Durchmesser der Reinigungswanne 9 wird dabei der zu reinigenden Fläche 18 angepasst. Bei aneinander gereihten Druckköpfen 5 muss der Spalt zwischen den Nozzle-Plates 8 beim Volumenstrom berücksichtigt werden. Dies kann z.B. durch einen Potentialtank oder eine Druck geregelte Pumpe realisiert werden. Um sicherzustellen, dass die Kavitation die Nozzle-Plate 8 immer erreicht sollen die Änderungen der Strömungsverhältnisse möglichst gering gehalten werden.
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Während der Reinigung kann zudem die Ultraschallfrequenz des Ultraschall-Treibers 14 variiert werden um unterschiedliche Reinigungswirkungen zu erzielen.
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Mit der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 21 können auch schräg in der Inkjet-Druckmaschine 7 eingebaute Druckköpfe 5 mit Ultraschall gereinigt werden, da die kleine Ultraschall-Reinigungseinheit 21 kein vollständiges Bad mit Reinigungsflüssigkeit wie bei stationären Reinigungsvorrichtungen benötigt. Die Reinigungsvorrichtung 21 erzielt zudem ein besseres Reinigungsergebnis als andere bekannte Reinigungsverfahren.
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Neben der beschriebenen bevorzugten Ausführungsvariante gibt es noch verschiedene alternative Ausführungen. So kann anstelle von Ultraschall auch mit Megaschall gearbeitet werden. Es können auch verschiedene Reinigungsflüssigkeiten verwendet werden; je nachdem welche Eigenschaften die zu reinigenden Druckköpfe 5 aufweisen und wie hoch deren Verschmutzungsgrad ist.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsvorrichtung mit Reinigungswanne 9 kann der Ultraschalltreiber 14 auch schwingungsentkoppelt zur Wanne 9, mit direktem Kontakt zur Flüssigkeit angebracht werden, was einen höheren Wirkungsgrad und besseren Schutz der anliegenden Bauteile bewirkt. Die gesamte Einrichtung 21 stützt sich dann entweder schwingungsentkoppelt am Druckkopf 5 ab oder über eine eigene Führung, z.B. relativ zum Gestell oder der Bahnführung.
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Die Reinigungsvorrichtung 21 kann dabei sowohl als kleine, mobile Reinigungsvorrichtung umgesetzt, als auch fest in der Inkjet-Druckmaschine 7 verbaut werden. Fest verbaute Reinigungsvorrichtungen eignen sich eher für größere Inkjet-Druckmaschinen 7, da solche Reinigungsvorrichtungen einen erhöhten konstruktiven Aufwand bedeuten, der sich auch kostenmäßig niederschlägt. Dafür sind sie natürlich hinsichtlich der Anwendungen wesentlich komfortabler einzusetzen, da das Umsetzen und neu arretieren der mobilen Reinigungsvorrichtung hier entfällt.
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In 4 wird zudem eine alternative, kompaktere Bauweise der Reinigungsvorrichtung 21 dargestellt. Hier wird anstelle einer Wanne 9 ein Blech 19 mit Ultraschalltreiber 14 mit einem geringen Spalt 11 von 0,1 bis 1mm unter den Druckkopf 5 gestellt. Der Spalt 11 wird durch eine Schlitzdüse 20 mit Reinigungsflüssigkeit befüllt. Dies ist besonders bei Inkjet-Druckmaschinen 7 vorteilhaft, wo nur wenig Platz zum Anbringen der Reinigungsvorrichtung 21 besteht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anleger
- 2
- aktuelles Drucksubstrat / aktueller Druckbogen
- 3
- Ausleger
- 4
- Inkjet-Druckwerk
- 5
- Inkjet-Druckkopf
- 6
- Rechner
- 7
- Inkj et-Druckmaschine
- 8
- Nozzle-Plate
- 9
- Reinigungswanne mit Reinigungsflüssigkeit
- 10
- Auffangwanne
- 11
- Spalt
- 12
- Zufluss
- 13
- Abfluss
- 14
- Ultraschall-Treiber
- 15
- Druck-/Füllstandssensor
- 16
- Druckbalken
- 17
- Spalt zwischen einzelnen Druckköpfen im Druckbalken
- 18
- von Reinigungswanne erfasster Druckkopf-Bereich
- 19
- Auftrageblech für Reinigungsflüssigkeit
- 20
- Schlitzdüse im Auftrageblech
- 21
- Reinigungsvorrichtung
- Δh
- Maß der Schräglage des Druckkopfes
- VKöpfe
- Reinigungs-Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 09997290 A1 [0005]
- EP 2955027 A1 [0005]
