Bei Flachdruckverfahren, wie dem
Offsetdruck, weist die Druckform weder Erhöhungen wie beim Hochdruck noch
Vertiefungen wie beim Tiefdruck auf, die jeweils mit der zu bedruckenden
Farbe versehen werden. Vielmehr liegen beim Flachdruck die farbtragenden
druckenden Bereiche sowie die nicht drukkenden, d.h. farbfreien,
Bereiche der Druckplatte in einer Ebene. Dies setzt jedoch voraus, dass
die Druckplatte Bereiche enthält,
auf denen Farbe aufgetragen werden kann sowie solche, die keine Farbe
annehmen bzw. diese abstoßen.
Dies wird in der Praxis üblicherweise
dadurch erreicht, dass die farbtragenden Bildbereiche mit einer
hydrophoben Oberfläche
versehen werden, wohingegen die farbabweisenden nicht-drukkenden
Bildbereiche hydrophil ausgerüstet
werden. Um nun die Trennung zwischen druckenden Bildbereichen und
nichtdruckenden Bereichen zu verstärken, wird die Druckplatte
vor Einfärbung
mit einem hydrophilen Mittel, dem sogenannten Feuchtmittel, präpariert,
so dass die nicht-druckenden Bereiche mit einem die Farbmittelaufnahme
verhindernden hydrophilen Feuchtfilm versehen werden. Erst dann
wird auf die verbleibenden nicht befeuchteten Stellen der Druckplatte
die Drukkerfarbe aufgetragen und das dabei entstandene Farbbild über ein
oder mehrere Zwischenabdrücke auf
das Papier übertragen.
In der modernen Drucktechnik werden
dabei als Druckplatten vorzugsweise hydrophilierte Aluminiumplatten
verwendet, auf die das Druckbild mittels fotolöslichen bzw. fotohärtenden
Schichten aufgebracht wird. Durch Optimierung des Feuchtmittels
ist es möglich
die Trennung zwischen druckenden und nicht-druckenden Bereichen
der Druckplatte weiter zu verbessern und auf diese Weise einen schärferen bzw.
spitzeren Abdruck oder eine Erhöhung
der Druckauflage zu erzielen. Die wachsenden Anforderungen an die
Druckqualität
und die Druckgeschwindigkeit als auch neue Druckmaschinenkonstruktionen
stellen immer höhere
Anforderungen an die Feuchtmittel, so dass diese aus einer komplizierten Zusammensetzung
einer Vielzahl von Additiven bestehen, wie beispielsweise Puffer,
Kolloide, Biozide, Komplexbildner, Korrosionsinhibitoren, Entschäumer etc.
Zusätzlich
dazu wird das Feuchtmittel noch mit Alkoholen, insbesonders Isopropanol,
versetzt, die ebenfalls den Druckprozess beeinflussen.
Beim Gebrauch werden die Feuchtmittel durch
Verdünnung
von speziellen an den jeweiligen Verwendungszweck angepassten Konzentraten
hergestellt, wobei üblicherweise
zusätzlich
Al-kohol zugesetzt
wird. Dabei variiert die Zusammensetzung und Konzentration der Feuchtmittel
bzw. der Konzentrate beträchtlich
und zwar je nach Verwendungszweck, d.h. dem zu bedrukkenden Material,
der verwendeten Druckfarbe und der Druckmaschine. Das Zusammenmischen
derartiger Feuchtmittel aus einem Lösungsmittel, üblicherweise
Wasser, Feuchtmitteladditiven bzw. -zusätzen, sowie Alkohol, insbesondere
Isopropanol, erfolgt in sogenannten Feuchtmittelaufbereitungsanlagen,
die das Feuchtmittel in Filmfeuchtwerken einspeisen. In solchen Filmfeuchtwerken
wird das üblicherweise
gekühlte
Feuchtmittel mittels einer Tauchwalze aus einer Feuchtmittelvorratswanne
geschöpft
und über
weitere Walzen die Schichtdicke des Feuchtmittelfilmes homogenisiert und
anschließend
auf die Druckplatte übertragen. Zwar
enthalten die Feuchtwerke moderner Offsetdruckmaschinen ein Feuchtmittelrückführungssystem,
durch welches überschüssiges von
der Tauchwalze geschöpftes
Feuchtmittel in einem Kreislauf zur Wiederverwendung rückgeführt werden
kann, jedoch verändert
sich dabei durch Verdunstung die Konzentration der Inhalts- bzw.
Zusatzstoffe im Feuchtmittel. Darüber hinaus werden die Lösungsmittel,
Alkohol sowie die Feuchtmittelzusätze während des Druckvorganges vom
Papier zum Teil unterschiedlich absorbiert, so dass die Konzentration
der einzelnen Feuchtmittelkomponenten permanent kontrolliert und
ggf. in unterschiedlichen Mengen nachdosiert werden müssen.
Diese Aufgabe wird üblicherweise
von automatischen Dosiervorrichtungen übernommen, die ein integriertes
Messsystem enthalten, welches den Anteil der Feuchtmittelkomponenten
bestimmt.
So ist es z.B. üblich den Gehalt an Isopropanol
mittels einer Dichtemessung durchzuführen, was üblicherweise mittels der Eintauchtiefe
einer Spindel geschieht. Eine weitere Methode zur Bestimmung des
Gehaltes an Alkoholen sowie Glykolen und Glykolethern in Feuchtmitteln
wird in der
DE-A-196
07 681 beschrieben. Danach wird zur Kontrolle der Konzentration
die Schallgeschwindigkeit in einer Feuchtmittellösung gemessen und daraus ein
Regelsignal gebildet, welches zur Steuerung der Zusammensetzung
verwendet wird.
In der
DE-A-198 06 205 , wird der
Alkoholgehalt in einer zu bestimmenden Probe dadurch bestimmt, dass
diese sehr schnell weit unter ihren Gefrierpunkt abgekühlt wird
bis die Probe erstarrt und sich durch die Kristallisationswärme genau
bis zu ihrem Gefrierpunkt erwärmt
und die Temperatur der Probe unmittelbar nach diesem Temperatursprung gemessen
und als Maß für den Gehalt
an Alkohol herangezogen wird.
In der
DE-A-197 39 371 wird eine
Vorrichtung zur Messung und Einstellung des Alkoholgehaltes in Feuchtmitteln
für den
Offsetdruck beschrieben, die einen Transduktor zur Ermittlung von
Wasser und Alkohol in der Gasphase einer Messkammer sowie eine damit
verbundene Steuereinheit aufweist.
Die
DE-O-298 13 705 beschreibt eine Einrichtung
zur Messung des Isopropanolgehaltes in Feuchtmitteln, bei der ein
in das Feuchtmittel eintauchender Tauchbehälter einen Gassensor zur Messung
des Alkoholgehaltes aufweist.
Die Bestimmung der Konzentration
der Feuchtmittelzusätze
wird üblicherweise
durch Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit der Feuchtmittellösung bestimmt.
Diese Vorgehensweise erweist sich jedoch in der Praxis häufig als
unzureichend, da die elektrische Leitfähigkeit der Lösung durch
eine Vielzahl von Parametern beeinflusst wird, welche das Messergebnis
verfälschen.
So hat sich beispielsweise gezeigt, dass sich im Laufe der Zeit
beim Bedrucken aus dem bedruckten Papier Salze, Fasern sowie andere
Anteile ablösen
und über
den Kontakt der Druckwalze mit den Feuchtmittelauftragswalzen zusammen
mit Farbresten sowie leitfähigkeitsverändernden
Farbbestandteilen in den Feuchtmittelkreislauf eingeschleust werden.
Diese eingetragenen Verschmutzungen erhöhen jedoch die Leitfähigkeit
beträchtlich,
so dass schon nach einer relativ kurzen Gebrauchszeit die Messwerte
der Leitfähigkeit
auf über
die Hälfte
ansteigen können.
Dabei wird der Messwert noch dadurch verfälscht, dass durch die Verdunstung
des zugesetzten Alkohols die Leitfähigkeit noch weiter ansteigen
kann.
Es ist daher bereits intensiv nach
Alternativen gesucht worden, die Konzentration der Feuchtmittelzusätze möglichst
exakt zu bestimmen. So wird z.B. in der
DE-A-197 38 916 vorgeschlagen,
die Konzentration an Feuchtmittelzusätzen durch Titrieren des pH-Wertes
zu bestimmen. Diese Methode beruht darauf, dass alle Feuchtmittelkonzentrate
ein Puffersystem enthalten, um den pH-Wert im Feuchtmittelkreislauf
konstant zu halten. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Kapazität des Puffersystems
annähernd
proportional zur Konzentration des Puffers im Feuchtmittelkreislauf
ist und dass das Verhältnis
des Puffersystems zu den anderen Zusatzstoffen des Feuchtmittels
ebenfalls konstant ist. Nur unter diesen Voraussetzungen kann annäherungsweise
aus der Kapazität
des Puffers auf die Konzentration der Feuchtmittelzusätze rückgeschlossen
werden.
Beim Nachfüllen bzw. Nachdosieren des
verbrauchten Feuchtmittels, insbesondere des Lösungsmittels Wasser bzw. des
Alkohols Isopropanol wurde gemäß dem Stand
der Technik bislang so vorgegangen, dass der nachdosierten Wassermenge
eine dem jeweils ermittelten Konzentrationswert entsprechende Menge
an Feuchtmittelkonzentrat zugemischt wurde um die jeweilige gewünschte Arbeitskonzentration
im Feuchtmittelkreislauf aufrechtzuerhalten. Diese Vorgehensweise
setzt jedoch voraus, dass die in den Feuchtmittelaufbereitungsanlagen eingesetzten
Dosieranlagen exakt arbeiten, was in der Praxis nicht immer sichergestellt
ist.
Aus dem Stand der Technik ist bislang
außer der
zuvor geschilderten Methode der Leitfähigkeitsmessung kein Analyseverfahren
bekannt, das es ermöglicht
die Konzentration der Feuchtmittelzusatzstoffe online an einem beliebigen
Feuchtmittel zu bestimmen und die dabei erhaltenen Ergebnisse direkt zur
online-Steuerung des Feuchtmittelkonzentrates einzusetzen. Dies
liegt insbesondere auch darin, dass die jeweiligen Feuchtmittelzubereitungen
der verschiedensten Hersteller in ihrer Zusammensetzung eine große Bandbreite
und Variabilität
zeigen, welche bisher einer einheitlichen Bestimmungsmethode entgegen
standen.
Die Erfindung hat daher zum Ziel
ein Verfahren bereitzustellen, mit dem in Feuchtmitteln eines beliebigen
Herstellers der Gehalt an Feuchtmittelzusatzstoffen bestimmt bzw.
kontrolliert werden kann und mit dem anhand der damit erhaltenen
Messwerte eine entsprechende Menge an Lösungsmittel sowie Zusatzstoffen,
insbesondere in Form von Konzentraten, insbesonders online automatisch
nachdosiert werden kann.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch
die in den Ansprüchen
definierten Merkmale erreicht.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen,
den Gehalt der Feuchtmittelzusätze
mittels einem Osmometer zu bestimmen. Dabei werden mittels einer
derartigen Vorrichtung die osmotischen Eigenschaften einer Feuchtmittelprobe
bestimmt, und zwar insbesonders eine Änderung der Siedepunktserhöhung, der
Dampfdruckerniedrigung, der Gefrierpunktserniedrigung und/ oder
des osmotischen Druckes. Der Aufbau und die Wirkungsweise von Osmometern
ist generell bekannt und derartige Vorrichtungen sind kommerziell
von verschiedenen Herstellern erhältlich.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
wird mittels des Osmometers die Osmolalität bzw. Osmolarität einer
Lösung
bestimmt, und zwar insbesondere dadurch, dass die Differenz physikalischer Parameter,
wie Temperatur bzw. Druck einer Probelösung des reinen Lösungsmittels
ermittelt und aus der Differenz bzw. Änderung der Parameter die Konzentration
der in der Probe gelösten
Teilchen bestimmt wird. Da sich diese physikalischen Parameter mittels
einfachen Thermofühlern
und Drucksensoren bestimmen lassen, die ein elektrisches Signal generieren,
ist auf diese Weise eine einfache, ggf. Rechnergesteuerte Kontrolle
und Nachdosierung von Feuchtmittelbestandteilen online möglich.
Dabei wird erfindungsgemäß derart
vorgegangen, dass der physikalische bzw. osmotische Parameter des
reinen Lösungsmittels
sowie der entsprechende Parameter einer Feuchtmittelprobe, d.h. Lösungsmittel
inklusive der darin gelösten
Feuchtmittelzusatzstoffe, ggf. zusammen mit dem Alkohol bestimmt
wird. Anhand einer Eichkurve läßt sich
dann die Konzentration bzw. der Verdünnungsgrad des Mittels feststellen
und bei Abweichungen von der gewünschten
Arbeitskonzentration (Sollkonzentration) Lösungsmittel (üblicherweise
Wasser) und/oder die Zusatzstoffe (vorzugsweise als konzentrierte
Lösung)
dosieren. Wird das erfindungsgemäße Verfahren
online und automatisch durchgeführt,
dann wird die Differenz bzw. Abweichung des mit der untersuchten
Probe erzeugten Signals (Ist-Wert) von einem Sollwert bestimmt und
entsprechend der Abweichung die benötigte Menge an Lösungsmittel
bzw. Zusatzstoffen zudosiert, so dass der Ist-Wert dem Sollwert
angeglichen wird bzw. mit diesem ggf. innerhalb vorgegebener Abweichungen übereinstimmt.
Bei Osmometern, die den Dampfdruck
bestimmen, werden in einer mit Lösungsmitteldampf gesättigten
Messzelle Temperaturfühler, üblicherweise
Thermistoren, angeordnet. Auf die Temperaturfühler wird ein Lösungsmitteltropfen
aufgetragen, und zwar vorzugsweise so, dass er den Fühler umhüllt. Nach
einer Äquilibrierungszeit
nehmen beide Temperaturfühler
die Temperatur der Messzelle an, so dass zwischen ihnen kein Temperaturunterschied
besteht. Anschließend
wird ein Lösungsmitteltropfen
gegen eine zu bestimmende Probelösung
gleicher Temperatur ausgetauscht, wodurch es aufgrund des geringeren
Lösungsmitteldampfdruckes
der Probelösung zur
Kondensation von Lösungsmitteldampf
aus der Messzelle kommt. Die durch den Kondensa tionsvorgang frei
werdende Entalpie erhöht
die Temperatur des Lösungsmitteltropfens,
was gleichzeitig eine Dampfdruckerhöhung bewirkt. Nach Einstellung
eines neuen Dampfdruckgleichgewichtes an dem Tropfen der Probelösung ergibt
sich dabei eine relativ stabile erhöhte Temperatur, welche mit
dem Temperaturfühler
bestimmt werden kann. Anhand einer Eichkurve kann mit der so gemessenen
Temperaturerhöhung
die Konzentration von in der Probelösung enthaltenen Stoffen bestimmt
werden.
Ein weiteres erfindungsgemäß alternativ
verwendbares Osmometer bestimmt die Erniedrigung des Gefrierpunktes.
Auch die Gefrierpunktserniedrigung ist proportional der Zahl der
in einem Lösungsmittel
gelösten
Teilchen. Nach einer an sich bekannten Methode wird dabei eine zu
untersuchende Probe auf eine Temperatur abgekühlt, die geringfügig unter dem
Gefrierpunkt liegt. Dabei wird jedoch darauf geachtet, dass die
unterkühlte
Probe nicht kristallisiert, d.h. nicht gefriert. Anschließend wird
der Gefriervorgang durch ein Vibrieren des Probenträgers, häufig ein
vibrierender Metalldraht, ausgelöst,
wodurch Kristallisationswärme
frei wird, welche zu einem in einem Plateau mündenden messbaren Temperaturanstieg
führt.
Auch hier ist es mit einer Eichung möglich anhand einer Eichkurve
von der Gefrierpunktserniedrigung auf die Osmolalität einer
Probelösung
zu schließen.
Bei der Bestimmung des osmotischen
Druckes wird eine osmotische Zelle durch eine semipermeable Membran
in zwei Hälften
geteilt. Dabei wird in eine der beiden nach außen abgeschlossenen Messzellenhälften eine
Druckmessvorrichtung angeordnet und mit dem reinen Lösungsmittel
gefüllt.
In die andere Hälfte
der Messzelle, die mit einem Probeneinlass und Probenauslass versehen
ist, wird dann die zu messende Probe eingeführt. Durch den zwischen Lösungsmittel
und Lösung
entstehender osmotischen Differenzdruck stellt sich in derjenigen Zel le,
die mit reinem Lösungsmittel
gefüllt
ist, ein Unterdruck ein, der mit der Druckmesseinrichtung gemessen
werden kann. Anhand einer Eichkurve oder mittels thermodynamischen
Berechnungen läßt sich daraus
dann die Osmolalität
bestimmen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
hat es sich überraschenderweise
gezeigt, dass bei der Bestimmung der osmotischen Eigenschaften,
wie der Änderung
des Dampfdruckes, des Gefrierpunktes bzw. des osmotischen Druckes,
das Messergebnis durch den im Feuchtmittel enthaltenen Alkohol, insbesondere
dem üblicherweise
verwendeten Isopropanol, nicht oder nur unwesentlich beeinflusst
wird. Dies trifft auch auf die erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsform
zu, in der die Konzentration durch Bestimmung der Dampfdruckänderung
durchgeführt wird.
Dabei wird die Dampfdruckerniedrigungs- bzw. Siedepunktserhöhung einer
dem Kreislauf entnommenen Feuchtmittelprobe mit dem Dampfdruck bzw. Siedepunkt
des reinen Lösungsmittels,
d.h. üblicherweise
reinem Wassers, verglichen und die dadurch erhaltene Differenz mittels
einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Zeigt dabei die Messung
eine zu geringe Dampfdruckerniedrigung, so wird so viel Feuchtmittelzusatz,
vorzugsweise als Konzentrat, zugesetzt, bis der gewünschte Sollwert
an Dampfdruckerniedrigung erreicht wird. Ist dagegen die Dampfdruckerniedrigung
zu groß,
so wird eine entsprechende Menge Wasser zugegeben bis auch hier der
Wert der Dampfdruckerniedrigung den Sollwert erreicht hat. Auf diese
Weise ist eine exakte Bestimmung der Konzentration über die
osmotischen Eigenschaften der Lösung
möglich.
Die Feuchtmittelzusätze umfassen
Puffersysteme, insbesonders Mono-, Di-, Tri- und Polykarbonsäuren, Hydroxypolykarbonsäuren sowie
andere übliche
bekannte Puffer, und zwar sowohl einzeln als auch Mischungen davon,
inklusive deren Salze und Lösungen
zur pH-Einstellung, anorganische Salze, Substanzen zur Härtebindung,
wie Komplexbildner, beispielsweise Poly phosphate, Biozide zur antimikrobiellen
Ausstattung, wie beispielsweise O- und N-formale heterozyklische
und aliphatische Verbindungen, korrosionsschützende Mittel, wie Phosphate etc.
sowie weitere ggf. spezifische Additive, wie Entschäumer, Antipilingmittel,
Trocknungsmittel, Emulgierhilfen, Glanzverstärker etc.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise eignet sich
insbesonders zur online-Kontrolle und Steuerung bzw. zur Aufrechterhaltung
der Konzentration von Feuchtmittelzusätzen.
Die Erfindung betrifft auch eine
Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dabei umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Messstation, die als Messeinheit ein Osmometer enthält mit dem
die Konzentration der Feuchtmittelzusätze bestimmt wird. Diese Messstation
ist mit dem Feuchtmittelkreislauf verbunden und weist eine Einrichtung
zur Aufnahme der dem Kreislauf entnommenen und zu bestimmenden Feuchtmittelproben
auf. Die Messeinheit enthält
Elemente mit denen die osmotischen Eigenschaften einer dem Kreislauf
entnommenen Feuchtmittelprobe bestimmbar sind. Derartige Elemente
umfassen Temperaturfühler wie
Thermoelemente, Thermistoren, sowie Drucksensoren. Mittels den Temperaturfühlern ist
es möglich
Temperaturunterschiede bei der Verdunstung bzw. beim Gefrieren oder
Auftauen einer Probe genau zu ermitteln und dabei elektrische Signale
zu erzeugen, die zur Steuerung der Nachdosierung, insbesonders online
verwendet werden können.
Die dabei erhaltenen elektrischen Signale bzw. Daten werden zu einer
Messwertanzeige geleitet, die eine äußere visuelle Kontrolle ermöglicht.
Des weiteren ist es möglich
die dabei erhaltenen elektrischen Signale bzw. Daten über eine
Messdatenausgabestelle zu einer Steuereinrichtung zu leiten, welche
die erhaltenen Messdaten mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht
(wie beispielsweise einem Komparator) und je nach Messwert eine
entsprechende Menge an Lösungsmit tel
und/oder Feuchtmittelzusätzen
bzw. Feuchtmittelzusatzkonzentraten zudosiert, um so die Messdaten
dem vorgegebenen Sollwert anzugleichen.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie
des Verfahrens ist es möglich
eine Vielzahl von Materialien mit hoher Druckqualität bzw. Auflösung, geringem
Verbrauch an Druckmitteln bei gleichzeitig hoher Geschwindigkeit
und verlängernden
Standzeiten der Druckplatte herzustellen. Für das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die Vorrichtung eignen sich sämtliche bedruckbare Materialien,
wie Papier, inklusive Papierbögen
und Zeitungspapier, Kunststoffe, textile Flächenerzeugnisse, sowie Metalle,
insbesondere Metallbleche und Verbundmaterialien aus den zuvor genannten
Stoffen. Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie der Vorrichtung zur Herstellung solcher bedruckten Erzeugnisse.