-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen einer Druckfarbe auf
einem Bedruckstoff in einer Druckmaschine, wobei der Bedruckstoff
an einer ersten Position eines Pfades, entlang welchem der Bedruckstoff
durch die Druckmaschine bewegt wird, mit wenigstens einer Druckfarbe
bedruckt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Druckmaschine
mit wenigstens einem Druckwerk und einer Trocknungseinrichtung an
einer entlang des Pfades eines Bedruckstoffes durch die Druckmaschine
dem Druckwerk nachgeordneten Position zum Zuführen von Energie auf den Bedruckstoff.
-
In
Abhängigkeit
von der Art der Druckfarbe und dem zugrunde liegenden speziellen
Trocknungsprozess sind verschiedene Vorrichtungen an Druckmaschinen,
insbesondere Flachdruckmaschinen, wie lithographischen Druckmaschinen,
Rotationsdruckmaschinen, Offset-Druckmaschinen, Flexo-Druckmaschinen
und dergleichen, bekannt, welche bogenförmige oder bahnförmige Bedruckstoffe,
insbesondere Papier, Pappe, Karton und dergleichen, verarbeiten
und welche eine Haftung der Farbe auf dem Bedruckstoff auslösen oder
unterstützen,
indem Strahlungsenergie, insbesondere in Form von Licht, der auf
dem Bedruckstoff befindlichen Druckfarbe zugeführt wird.
-
Die
sogenannten UV-Farben härten
durch Polymerisation, welche durch Photoinitiation mittels Licht
im Ultraviolett ausgelöst
wird, aus. Dagegen existieren in weiter Verbreitung lösemittelhaltige Druckfarben,
welche sowohl einem physikalischen als auch einem chemischen Trocknungsprozess
unterliegen können.
Die physikalische Trocknung umfasst die Verdunstung von Lösemitteln
und die Diffusion in den Bedruckstoff (Wegschlagen), während unter
chemischer Trocknung bzw. oxidativer Trocknung aufgrund einer Polymerisation
der in den Farbrezepturen enthaltenen Öle, Harze, Bindemittel oder dergleichen
ggf. unter Mitwirkung von Luftsauerstoff verstanden wird. Die Trocknungsprozesse
sind im allgemeinen abhängig
voneinander, da durch das Wegschlagen der Lösemittel eine Separation innerhalb
des Bindemittelsystems zwischen Lösemitteln und Harzen stattfindet,
wodurch die Harzmoleküle sich
annähern
und ggf. leichter polymerisieren können. Der Trocknungsprozess
ist darüber
hinaus von der An des Bedruckstoffs, beispielsweise bei Papier dem
verwendeten Rohmaterial, einem Vorstrich oder einem Deckstrich,
stark abhängig.
-
Auftragsbedingt
sind häufig
die festgelegten Kombinationen von Bedruckstoff und Druckfarbe nicht
hinsichtlich des Trocknungsprozesses aufeinander abgestimmt, so
dass eine Trocknung eines verarbeiteten Bedruckstoffes zeitaufwendig
ist. Zwar kann mit einem verstärkten
Pudern in der Auslage der Gefahr des Ablegens von Druckfarbe in
einer Stapelbildung begegnet werden, jedoch erhöht diese Maßnahme die Umweltbelastung.
Darüber
hinaus sind weiterhin nicht unerheblich lange Wartezeiten nötig, bis
die bedruckten Produkte oder Signaturen weiterverarbeitet werden
können.
-
Beispielsweise
aus der
DE-OS-1 936
467 ist bekannt, dass ein Bedruckstoff oder Druckträger mit einem
die Trocknung begünstigenden
Stoff, einem Katalysator, im Druckträgermaterial oder als Pigmentstrich
versehen werden kann, so dass bei Aufbringung von Druckfarbe auf
dem Bedruckstoff, die Druckfarbe aushärtet oder trocknet. Nachteilig
ist hierbei, dass eine direkte, im wesentlichen unkontrollierte
Reaktion direkt beim Bedrucken stattfindet. So kann beispielsweise
auf unerwünschte
Weise Druckfarbe bereits auf dem Druckzylinder trocknen und das Druckwerk
verschmutzen.
-
Beispielsweise
aus der
EP 0 355 473
A2 ist eine Vorrichtung zum Trocknen von Druckprodukten bekannt,
welche eine Strahlungsenergiequelle in Form eines Lasers umfasst.
Die Strahlungsenergie wird auf die Oberfläche der Bedruckstoffe, die
sich auf einer Bahn mittels einer Transporteinrichtung durch die
Druckmaschine bewegen, an einer Position zwischen einzelnen Druckwerken
oder nach dem letzten Druckwerk vor oder in dem Ausleger geleitet. Die
Strahlungsquelle kann dabei ein Laser im Ultravioletten für UV-Farben
oder eine Laserlichtquelle zur Erwärmung von lösemittelhaltigen Druckfarben
sein. Die Strahlungsenergiequelle ist außerhalb der Druckmaschine angeordnet,
um zu vermeiden, dass aufgrund von unvermeidbarer oder abschirmbarer
Verlustwärme
unerwünscht
Teile der Druckmaschine erwärmt
werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass eine zusätzliche
Systemkomponente für
die Druckmaschine separat zur Verfügung gestellt werden muss.
-
Um
Lösemittel
aus einer lösemittelhaltigen Druckfarbe
und/oder Wasser zu entfernen, ist des Weiteren, z.B. aus der
US 6,026,748 bekannt, dass an
einer Druckmaschine eine Trocknungsvorrichtung mit Infrarotlampen,
welche kurzwelliges Infrarotlicht (nahes Infrarot) oder mittelwelliges
Infrarotlicht emittieren, vorgesehen sein kann. Das Emissionsspektrum
von Lampen-Lichtquellen ist breitbandig und führt folglich zu einem Angebot
einer Vielzahl von Wellenlängen.
Nachteilig bei derartigen Trockungsvorrichtungen im Infraroten ist,
dass ein relativer Anteil der Energieabsorption im Papier stattfindet,
wobei die Farbe nur indirekt erwärmt
wird. Eine schnelle Trocknung ist nur durch einen entsprechend hohen Energieeintrag
möglich.
Dabei besteht aber unter anderem die Gefahr, dass der Bedruckstoff
ungleichmäßig austrocknet
und wellig werden kann.
-
In
der elektrophotographischen Drucktechnik ist z.B. aus der
DE 44 37 077 A1 bekannt,
eine Fixierung von Toner auf einem Aufzeichnungsträger durch von
Diodenlaser emittierter Strahlungsenergie im nahen Infrarot vorzunehmen.
Durch den Einsatz einer schmalbandigen Lichtquelle wird eine Erhitzung
der Tonerpartikel erreicht, um diese zu schmelzen, zu einer farbigen
Schicht zu formen und auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers zu
verankern. Da in diesem Spektralbereich eine große Anzahl von gängigen Papiersorten
breite Absorptionsminima aufweisen, ist es möglich, dass ein überwiegender
Teil der Energie in den Tonerpartikeln direkt absorbiert werden
kann.
-
Darüber hinaus
ist aus der
DE 101
07 682 A1 bekannt, dass eine elektrophotographische Druckmaschine
oder Kopiermaschine eine Mehrzahl von Fixiereinrichtungen für Toner
aufweisen kann, wobei jede der Fixiereinrichtungen einen Wellenlängenbereich
elektromagnetischer Strahlung emittiert, welcher einer maximalen
Absorptionswellenlänge
der dieser Fixiereinrichtung zugeordneten Tonerart entspricht, aber
keine oder nur geringe Absorption bei Absorptionswellenlängen der
anderen Tonerarten aufweist.
-
Die
einfache Kenntnis des Fensters im Papierabsorptionsspektrum lässt sich
allerdings nicht unmittelbar in der Drucktechnik mit lösemittelhaltigen Druckfarben
ausnutzen, da wie oben beschrieben andere chemische bzw. physikalische
Trocknungsprozesse zugrunde liegen. Im Zusammenhang mit der Erfindung
sind mit dem Begriff der lösemittelhaltigen
Druckfarbe insbesondere Farben gemeint, deren Lösungsmittelanteile wässriger
oder organischer Natur sein können,
die auf Bindemittelsystemen aufbauen, die sich oxidativ, ionisch
oder radikalisch polymerisieren lassen. Ein Energieeintrag zum Trocknen von
lösemittelhaltigen
Druckfarben soll den Effekt der Verdampfung des Lösemittels
und/oder den Effekt des Wegschlagens in den Bedruckstoff und/oder
den Effekt der Polymerisation unterstützen oder fördern, wobei gleichzeitig unerwünschte Nebeneffekte,
wie insbesondere eine zu starke Erhitzung der lösemittelhaltigen Druckfarbe,
welche zu Zersetzungen von Komponenten oder Überhitzung des Lösemittels
führen
kann, vermieden werden. Der Energieeintrag soll nicht nur, wie für den Fall
der Tonerfixierung, zum Schmelzen von Partikeln eingebracht werden.
-
Im
vorangemeldeten Dokument
DE
102 34 076.5 ist offenbart, dass einer in einem Druckwerk
zu verdruckenden Druckfarbe ein Infrarotabsorber – ein Stoff,
welcher im nahen infraroten Spektralbereich absorbiert – beigemengt
wird. Mittels einer dem Druckspalt nachgeordneten schmalbandigen
Strahlungsenergiequelle, vorzugsweise eine Laserlichtquelle, wird
die Druckfarbe auf dem Bedruckstoff beleuchtet. Die Zuführung von
Licht einer Wellenlänge, die
im wesentlichen resonant zu einer Absorptionswellenlänge des
Infrarotabsorbers ist, bewirkt, ermöglicht oder unterstützt einen
Energieeintrag in die Druckfarbe derart, dass die Druckfarbe getrocknet wird.
Die Wellenlänge
der Strahlungsenergiequelle und die Absorptionswellenlänge des
Infrarotabsorbers sind derart gewählt, dass gleichzeitig die
benutzte Wellenlänge
nicht-resonant zu Wasser ist, so dass der Energieeintrag in den
Bedruckstoff verringert oder vermieden wird.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Trocknen einer
Druckfarbe auf einem Bedruckstoff in einer Druckmaschine und eine Druckmaschine
zu schaffen, welche es ermöglichen, die
Trocknung von in der Druckmaschine verdruckter Druckfarbe auf dem
Bedruckstoff zu erleichtern.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 und durch eine Druckmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch
9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
-
Erfindungsgemäß umfasst
das Verfahren zum Trocknen einer Druckfarbe auf einem Bedruckstoff
in einer Druckmaschine wenigstens die folgenden Schritte: Der Bedruckstoff
wird entlang eines Pfades durch die Druckmaschine bewegt. An einer ersten
Position des Pfades wird der Bedruckstoff mit wenigstens einer Druckfarbe
bedruckt. An einer zweiten Position wird auf dem Bedruckstoff ein
Behandlungsmittel aufgebracht, welches eine Beschleunigung der Trocknung
der Druckfarbe auf dem Bedruckstoff bewirkt.
-
Durch
die Verwendung eines Behandlungsmittels ist es in vorteilhafter
Weise nicht notwendig, die Rezepturen der verwendeten Druckfarben
zur Beschleunigung der Trocknung abzuwandeln. Es können daher
Standarddruckfarben eingesetzt werden. Die Dosierung und Zusammensetzung
des Behandlungsmittels ist in Funktion des Materials des Bedruckstoffes,
der zu verdruckenden Druckfarbe und der Verarbeitungsparameter,
Auftragungsparameter oder Prozessparameter zu wählen. Das zu optimierende Ziel
ist eine möglichst
maximale Trocknung der Druckfarbe auf dem Bedruckstoff bereits bei Verlassen
der Druckmaschine, also in der Auslage von bogenförmigen Bedruckstoffen
oder bei Eintritt in den Falzapparat bei bahnförmigen Bedruckstoffen. In vorteilhafter
Weise ist eine Anpassung des verwendeten Behandlungsmittels an den
eingesetzten Bedruckstoff möglich:
Eine verarbeitungsparameterspezifische Abstimmung der Wirkungsgeschwindigkeit des
Behandlungsmittels auf die Eigenschaften des Bedruckstoffs, der
Druckmaschine und der verwendeten Druckfarben ist erreichbar.
-
Darüber hinaus
kann zeitlich nachgeordnet an wenigstens einer dritten Position
des Pfades der Bedruckstoff durch Einwirkung von Strahlungsenergie
getrocknet werden. Insbesondere bewirkt das Behandlungsmittel eine
Beschleunigung der Trocknung der Druckfarbe an dieser dritten Position.
-
In
einer ersten Ausführungsform
des Verfahrens kann die erste Position zeitlich vor der zweiten Position
vom Bedruckstoff passiert werden, und das Behandlungsmittel wird
in Form einer Beschichtung, beispielsweise als beigegebene Komponente
in einen handelsüblichen
Schutzlack, aufgetragen. In einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens kann die
erste Position zeitlich nach der zweiten Position vom Bedruckstoff
passiert werden, und das Behandlungsmittel wird in Form einer Grundierung,
beispielsweise als beigegebene Komponente einer handelsüblichen
Grundierpaste, aufgetragen.
-
Das
Behandlungsmittel kann auch ein Katalysator oder ein Reaktionsauslösemittel
sein. In anderen Worten, das Behandlungsmittel kann einerseits derart
auf den Bedruckstoff vor Aufbringung der Druckfarbe einwirken, dass
eine anschließende Trocknung
erleichtert, beschleunigt oder vereinfacht wird. Andererseits kann
das Behandlungsmittel alternativ dazu oder ergänzend derart auf die aufgebrachte
beziehungsweise aufzubringende Druckfarbe einwirken, dass deren
Trocknung erleichtert, beschleunigt oder vereinfacht wird. Das Behandlungsmittel kann
eine Schaltfunktion oder Triggerfunktion haben: Es kann derart wirken,
dass der Effekt auf die Trocknung erst nach Wechselwirkung des Behandlungsmittels
mit der eingebrachten Energie ausgelöst wird.
-
Das
Behandlungsmittel kann insbesondere ein Sikkativ oder eine basische
Lösung,
insbesondere ein Metallhydroxid in wässriger Lösung, beispielsweise Natronlauge
oder Kalilauge, oder ein Bindemittel sein.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird an wenigstens der dritten Position des Pfades der Bedruckstoff
mit Licht einer schmalbandigen Strahlungsenergiequelle beleuchtet.
Das Behandlungsmittel umfasst dann einen Infrarotabsorber, welcher
eine Absorptionswellenlänge
aufweist, die im wesentlichen resonant zur Wellenlänge des
von der schmalbandigen Strahlungsenergiequelle emittierten Lichtes
ist. Beispiele von Infrarotabsorbern sind im bereits oben angesprochenen
vorangemeldeten Dokument
DE
102 34 076.5 offenbart. Diese Dokument
DE 102 34 076.5 wird durch Bezugnahme
in die Offenbarung dieser Darstellung eingeschlossen. Ein anderes
Beispiel für einen
Infrarotabsorber ist Indium-Zink-Oxid, ein Stoff, der in Lacksystemen
Verwendung findet. Weitere Infrarotabsorber sind in den folgenden
Dokumenten beschrieben:
DE
100 22 037 A1 , WO 00/140127,
JP-A-070278795 und
JP 63319192 , sowie in der
Dissertation "Monomere
und polymere Rylenfarbstoffe als funktionelle Materialien" von S. Becker, Fachbereich
Chemie und Pharmazie, Johannes Gutenberg Universität Mainz,
2000.
-
In
erfinderischer Weise kann das Behandlungsmittel einen Infrarotabsorber
(auch als Infrarotabsorberstoff bezeichnet) aufweisen. Eine Einkopplung
des Lichtes in die Druckfarbe und/oder eine Absorption der Strahlungsenergie
in der Druckfarbe wird durch den als Grundierung oder Beschichtung mit
der Druckfarbe auf dem verarbeiteten Bedruckstoff in Kontakt stehenden
Infrarotabsorber erzeugt, ermöglicht,
unterstützt,
verbessert oder erleichtert. Im Zusammenhang dieser Darstellung
der Erfindung wird sprachlich vereinfachend nur vom Unterstützen gesprochen,
und es sollen damit alle Abstufungen der Wirkung des Infrarotabsorbers
gemeint sein. Der Energieeintrag an der dritten Position, welcher
zur Entstehung von Wärme
führen
kann, führt
zu einer beschleunigten Trocknung der Druckfarbe. Einerseits kann
kurzfristig eine hohe Temperatur in der Druckfarbe (in der Farbschicht)
auf dem Bedruckstoff erzeugt werden, andererseits können gegebenenfalls in
Abhängigkeit
der Zusammensetzung der Druckfarbe chemische Reaktionen angeregt
oder initiiert werden. Der Infrarotabsorber kann auch als Infrarotabsorberstoff,
IR-Absorber, IR-Absorbersubstanz oder dergleichen bezeichnet werden.
Bevorzugt hat der Infrarotabsorberstoff dabei die Eigenschaft, dass
er nur geringe oder sogar keine Absorption im sichtbaren Bereich
von Wellenlängen
aufweist, damit der Farbeindruck der Druckfarbe nur wenig oder sogar gar
nicht beeinflusst oder geändert
wird.
-
Ein
flächendeckender
Auftrag auf einem Bedruckstoff eines Infrarotabsorbers erfordert
eine sehr gute Transparenz des Infrarotabsorbers im sichtbaren Spektralbereich.
Eine Korrektur eines durch einen Infrarotabsorber verschobenen Farbortes
an Nichtbildstellen durch Druckfarbe ist selbstverständlich nicht
möglich.
Es ist deshalb vorteilhaft, einen Infrarotabsorber zu verwenden,
welcher zwar beim Auftragen noch eine leichte Eigenfärbung im
sichtbaren Spektralbereich hat, diese jedoch spätestens bei der Trocknung,
das heißt
bei Wechselwirkung mit der einwirkenden Strahlungsenergie verliert.
Ein Beispiel für
eine Klasse von Infrarotabsorbern und individuelle Beispiele derartiger
Infrarotabsorber sind in der US2002/0148386A1, deren Offenbarung
durch Bezugnahme in diese Darstellung aufgenommen wird, beschrieben.
-
Ein
relativ hoher Energieeintrag direkt in die Druckfarbe, insbesondere
unterstützt
durch einen Infrarotabsorber im Bedruckstoff in einer Grundierungsschicht
oder in einer Beschichtung, ist in vorteilhafter Weise möglich, ohne
einen unerwünschten Energieeintrag
in den Bedruckstoff zu erhalten. Dies erklärt sich zum einen dadurch,
dass das Licht nicht direkt vom Bedruckstoff absorbiert werden kann,
und zum anderen dadurch, dass sich die durch die Farbschicht absorbierte
Energie nach Bruchteilen von Sekunden auf Farbe und Bedruckstoff
verteilt. Die Wärmekapazität und die
Mengenverhältnisse
sind hierbei so verteilt, dass eine kurze Erhitzung der Farbschicht möglich ist,
bevor der gesamte bedruckte Bogen eine homogene moderate Temperaturerhöhung erfährt. Dadurch
ist die erforderliche Gesamtenergiezufuhr verringert. Die selektive
Energiezufuhr kann insbesondere dadurch unterstützt werden, dass eine Wellenlänge eingestrahlt
wird, welche resonant oder quasi-resonant zu Absorptionslinien einer
Komponente der Druckfarbe oder zu einer Absorptionslinie oder einem
Absorptionsmaximum eines Infrarotabsorberstoffes in der Druckfarbe
ist. Die Absorption der Strahlungsenergie in der Druckfarbe beträgt mehr
als 30%, bevorzugt 50%, insbesondere 75%, kann sogar mehr als 90%
betragen.
-
Darüber hinaus
reduziert eine Vermeidung der Energieabsorption in Wasser die Austrocknung des
Bedruckstoffes. Dieses ist vorteilhaft, da unter anderem eine Austrocknung
des Bedruckstoffes zu einer Veränderung
seines Formates führt:
Aufgrund des sogenannten Quellprozesses weist in Abhängigkeit
seines Trocknungszustandes beziehungsweise seines Feuchtigkeitsgehaltes
der Bedruckstoff unterschiedliche Formate auf. Der Quellvorgang
zwischen einzelnen Druckwerken führt
zu der Erfordernis unterschiedlicher Druckformformate in den einzelnen Druckwerken.
Eine Veränderung
des Feuchtigkeitsgehaltes zwischen den Druckwerken aufgrund des Einflusses
einer durch Strahlung induzierten Austrocknung, welche zu nur mit
großem
Aufwand im voraus bestimmbaren und korrigierbaren Abweichungen führt, wird
durch die Druckfarbentrocknung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
vermieden.
-
In
anderen Worten ausgedrückt,
ermöglicht das
erfindungsgemäße Verfahren
eine Trocknung der Druckfarbe, insbesondere lösemittelhaltigen Druckfarbe,
auf dem Bedruckstoff, ohne dessen Austrocknung zu stark zu beeinflussen.
-
An
dieser Stelle sei auch angemerkt, dass bei einer großflächigen Auftragung
eines Behandlungsmittels, insbesondere eines Infrarotabsorbers, eine
homogene Erwärmung
oder Temperierung des Bedruckstoffes unabhängig vom Druckbild oder Sujet erreicht
werden kann, so dass ein Verzug oder eine Welligkeit des Bedruckstoffes
vermieden werden kann.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Trocknen kann in vorteilhafter Weise in einem Druckwerk mit
einer Trocknungseinrichtung, wie es in diesem Dokument beschrieben
ist, durchgeführt
werden. Insbesondere werden in erfinderischer Weise die Emission
einer Strahlungsenergiequelle der Trocknungseinrichtung und die
Absorption des Infrarotabsorbers zueinander passend festgelegt oder eingestellt
oder vorgesehen. In anderen Worten, die Strahlungsenergiequelle
soll eine der Absorption des Infrarotabsorbers entsprechende Wellenlänge emittieren.
Das von der Strahlungsenergiequelle emittierte Licht ist also besonders
bevorzugt quasi-resonant, im wesentlichen resonant, insbesondere
resonant zu einem Absorptionsmaxium des Infrarotabsorbers, so dass
eine möglichst
gute Übereinstimmung
des Absorptionsmaximums des Infrarotabsorbers mit dem Emissionsmaximum
der Strahlungsenergiequelle erzielt wird. Das Absorptionsspektrum
des verwendeten Infrarotabsorbers weist im Bereich der Emission der
Strahlungsenergiequelle wenigstens 50% des Absorptionsmaximums des
Infrarotabsorbers auf, bevorzugt wenigstens 75%, insbesondere wenigstens
90%. Ein Infrarotabsorber kann ein oder mehrere lokale Absorptionsmaxima
aufweisen.
-
Alternativ
dazu oder darüber
hinaus kann die Wellenlänge
des Lichtes nicht-resonant zu Absorptionswellenlängen von Wasser (H2O)
sein. Unter nicht-resonant zu Absorptionswellenlängen von Wasser ist im Zusammenhang
der Erfindung zu verstehen, dass die Absorption der Lichtenergie
durch Wasser bei 20° Celsius
nicht stärker
als 10,0 % ist, in bevorzugter Ausführung nicht stärker als
1,0 % ist, insbesondere unter 0,1 % liegt. Im Zusammenhang des erfinderischen
Gedankens emittiert die Strahlungsenergiequelle nur sehr geringe
Intensität
von Licht, bevorzugt gar kein Licht, welches resonant zu Absorptionswellenlängen von
Wasser (H2O) ist.
-
In
vorteilhafter Ausführungsform
ist die Strahlungsenergiequelle schmalbandig: Die Strahlungsenergiequelle
kann hierbei zum Beispiel von bis zu ±50 nm Breite, bevorzugt unter ±50 nm
Breite um eine Wellenlänge
emittieren, es kann sich auch um eine oder mehrere einzelne spektroskopisch
schmale Emissionslinien handeln. Des weiteren liegt in vorteilhafter
Ausführungsform
das Emissionsmaximum der schmalbandigen Strahlungsenergiequelle
bzw. die Wellenlänge
der Strahlungsenergie zwischen 700,00 nm und 3000,00 nm, bevorzugt
zwischen 700,00 nm und 2500,00 nm, insbesondere zwischen 800,00
nm und 1300,00 nm, in einem Teilgebiet des sogenannten Fensters
im Papierabsorptionsspektrum. Besonders vorteilhaft ist eine Emission
bei 870,00 nm ± 50,00
nm und/oder 1050,00 nm ± 50,00 nm
und/oder 1250,00 nm ± 50,00
nm und/oder 1600,00 nm ± 50,00
nm.
-
Der
Erfindung liegt auch die Erkenntnis zugrunde, dass Absorptionsbanden
von Wasser zum Papierabsorptionsspektrum beitragen. Schon der typische
Wassergehalt von Bedruckstoffen im wasserlosen (feuchtmittelfreien)
Flachdruck führt
zu unerwünschter,
manchmal auch unakzeptabel starker Energieabsorption im Bedruckstoff.
Diese Absorption ist entsprechend noch stärker im Flachdruck mit Feuchtmittel
ausgeprägt.
Ein zu großer
Energieeintrag in den Bedruckstoff kann konsequenterweise durch
die Einstrahlung einer Wellenlänge
vermieden werden, welche nicht-resonant zu einer Absorptionslinie
oder Absorptionsbande (Absorptionswellenlänge) von Wasser ist. Nach der
Heitran Datenbank bei einer Temperatur von 296K, in 1m Absorptionsstrecke, 15000
ppm Wasser, ergibt sich die folgende Absorption durch Wasser, genauer
durch Wasserdampf: Bei 808 nm kleiner als 0,5%, bei 870 ± 10 nm
kleiner als 0,01%, bei 940 ± 10
nm kleiner als 10%, bei 980 ± 10 nm
kleiner als 0,5%, 1030 ± 30
nm kleiner als 0,01%, 1064 nm kleiner als 0,01%, 1100nm kleiner
als 0,5% und 1250 ± 10
nm kleiner als 0,01%. Betrachtet man eine Fläche des Bedruckstoffes, insbesondere
des Papiers, von 1m2 und eine Luftstrecke
von 1m oberhalb, so enthält
die Luft bei einer absoluten Feuchte von 1,5% eine Wassermenge von
etwa 12 g. Solange in einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Lichtquelle nicht weiter als 1m vom Bedruckstoff entfernt ist
und die absolute Feuchte nicht deutlich über 1,5% liegt, werden die
oben angegebenen Absorptionen durch Wasser und/oder Wasserdampf
nicht überschritten
werden. Eine zusätzliche
Absorption kann durch den Feuchtgehalt des Bedruckstoffes stattfinden,
falls das Licht durch die Farbschicht hindurch bis in den Bedruckstoff
eindringt, oder durch Feuchtmittel, welches durch den Druckprozess
auf den Bogen übertragen
wurde.
-
In
Abhängigkeit
von funktionellen Gruppen der einzelnen Komponenten des Behandlungsmittels kann
dieses verschiedene Wellenlängen
absorbieren. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dem sich
auf dem Bedruckstoff befindlichen Behandlungsmittel in der Flachdruckmaschine
Licht, bevorzugt im nahen Infrarot, unter Vermeidung von Wasserabsorptionswellenlängen, beispielsweise
durch die Einstrahlung nur weniger Wellenlängen einer ein Linienspektrum
emittierenden Lichtquelle, angeboten.
-
Erfindungsgemäß ist eine
Druckmaschine mit wenigstens einem Druckwerk an einer ersten Position
eines Pfades eines Bedruckstoffes durch die Druckmaschine und einer
Trocknungseinrichtung an einer entlang des Pfades dem Druckwerk
nachgeordneten dritten Position zum Zuführen von Energie auf den Bedruckstoff
geeignet zur Durchführung
eines Verfahrens zum Trocknen gemäß dieser Darstellung: Eine
erfindungsgemäße Druckmaschine
umfasst an einer weiteren, der Trocknungseinrichtung vorgeordneten
zweiten Position ein Konditionierwerk zur Aufbringung eines Behandlungsmittels,
welches eine Beschleunigung der Trocknung des Bedruckstoffs an der
dritten Position bewirkt. Das Konditionierwerk kann je nach Anordnung
auch als Behandlungsmittelgrundierwerk oder Behandlungsmittelbeschichtungswerk
bezeichnet werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das Konditionierwerk derart ausgeprägt, dass eine Aufbringung des
Behandlungsmittels von beiden Seiten auf den Bedruckstoff möglich ist.
In einer ersten Variante kann das Konditionierwerk als eine separate Verarbeitungseinheit
einer Druckmaschine ausgeführt
sein. In einer alternativen zweiten Variante ist das Konditionierwerk
modular als ein Einschub für ein
Druckwerk ausgeführt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Trocknungseinrichtung eine schmalbandige Strahlungsenergiequelle,
welche Licht einer Wellenlänge
im nahen Infrarot emittiert. Um eine möglichst schmalbandige Emission
bei gleichzeitig hoher spektraler Leistungsdichte zu erreichen,
ist bevorzugt die Strahlungsenergiequelle ein Laser. Alternativ
dazu kann auch eine breitbandige Lichtquelle, beispielsweise ein
IR-Carbonstrahler,
mit einer geeigneten Filteranordnung eingesetzt werden, so dass
eine schmalbandige Strahlungsenergiequelle in Kombination entsteht.
Ein Filter kann insbesondere ein Interferenzfilter sein. Bevorzugt
für die
räumliche
Integration innerhalb der Flachdruckmaschine ist der Laser ein Halbleiterlaser,
(Diodenlaser) oder ein Festkörperlaser
(Titan-Saphir, Erbium-Glas, Nd:YAG, Nd-Glas oder dergleichen). Ein
Festkörperlaser
kann bevorzugt durch Diodenlaser optisch gepumpt sein. Der Festkörperlaser
kann auch ein Fiberlaser oder Lichtwellenleiterlaser sein, bevorzugt
ein Ytterbium Fiberlaser, welche 300 bis 700 W Lichtleistung am Arbeitsplatz
bei 1070 nm bis 1100 nm zur Verfügung stellen
können.
In vorteilhafter Weise können
derartige Laser in begrenztem Umfang auch abstimmbar sein. In anderen
Worten ausgedrückt,
die Ausgangswellenlänge
der Laser ist veränderbar.
Dadurch kann eine Abstimmung auf eine gewünschte Wellenlänge, beispielsweise
in Resonanz oder Quasi-Resonanz zu einer Absorptionswellenlänge einer
Komponente in der Druckfarbe, insbesondere zu einem Infrarotabsorberstoff
in der Druckfarbe, erreicht werden.
-
Diodenlaser
oder Halbleiterlaser sind im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders
vorteilhaft, da sie bereits ohne besondere Strahlformungsoptik für den Zweck
der Strahlungsenergiezufuhr auf einen Bedruckstoff eingesetzt werden
können.
Das den Resonator eines Halbleiterlasers verlassene Licht ist stark
divergent, so dass ein sich mit zunehmendem Abstand vom Auskoppelspiegel
ausweitendes Lichtbündel
erzeugt wird. Es kann aber auch eine Abbildungsoptik, insbesondere
geeignet zur Fokussierung des emittierten Lichtes auf den Bedruckstoff
vorgesehen sein.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung weist das erfindungsgemäße Druckwerk
eine Anzahl von Laserlichtquellen auf, die in einem eindimensionalen,
in einem zweidimensionalen Feld (lokal gekrümmt, global gekrümmt oder
flach) oder in einem dreidimensionalen Feld angeordnet sind, und
deren Licht an einer Anzahl von Positionen auf den Bedruckstoff
trifft. Durch die Verwendung einer Anzahl von einzelnen Laserlichtquellen
für einzelne
Bereiche auf dem Bedruckstoff wird die maximal erforderliche Ausgangsleistung
der Laserlichtquellen abgesenkt. Laserlichtquellen mit geringerer
Ausgangsleistung sind in der Regel kostengünstiger und haben eine längere Lebenserwartung.
Darüber
hinaus wird eine unnötig hohe
Verlustwärmeentwicklung
vermieden. Die durch die Zuführung
von Licht eingebrachte Strahlungsenergie pro Fläche liegt zwischen 100 und 10.000
mJ pro cm2, bevorzugt zwischen 100 und 1.000
mJ pro cm2, insbesondere zwischen 200 und 500
mJ pro cm2. Die Bestrahlung des Bedruckstoffs findet
für eine
Zeitdauer einer Länge
zwischen 0,01 ms und 1 s, bevorzugt zwischen 0,1 ms und 100 ms, insbesondere
zwischen 1 ms und 10 ms statt.
-
Es
ist besonders vorteilhaft, wenn das auf den Bedruckstoff an einer
Position auftreffende Licht in seiner Intensität und Belichtungsdauer für jede Laserlichtquelle
unabhängig
von den anderen Laserlichtquellen steuerbar ist. Für diesen
Zweck kann eine Steuerungseinheit, unabhängig von oder integriert in
die Maschinensteuerung der Druckmaschine, vorgesehen sein. Durch
eine Steuerung der Laserlichtquellenparameter ist es möglich, die
Energiezufuhr an unterschiedlichen Positionen des Bedruckstoffes
zu regulieren. Eine Energiezufuhr kann dann der Bedeckung des Bedruckstoffs
an den vorliegenden Positionen auf dem Bedruckstoff angepasst werden.
Es ist darüber
hinaus auch vorteilhaft, das erfindungsgemäße Druckwerk mit einer Anzahl
von Laserlichtquellen derart einzurichten, dass an einer Position
auf dem Bedruckstoff Licht von wenigstens zwei Strahlungsenergiequellen
auftrifft. Dabei kann es sich einerseits um teilweise, andererseits
um vollständig überlappende
Lichtstrahlbündel
handeln. Die erforderliche maximale Ausgangsleistung einer einzelnen
Laserlichtquelle ist dann geringer, darüber hinaus existiert eine Redundanz,
falls ein Ausfall einer Laserlichtquelle auftritt.
-
Die
erfindungsgemäße Druckmaschine
kann eine direkt oder indirekte Flachdruckmaschine, lithographische
Druckmaschine, Offset-Druckmaschine, Flexo-Druckmaschine oder dergleichen sein.
Einerseits kann die Position, an der das Licht auf den Bedruckstoff
im Pfad durch die Druckmaschine trifft, dem letzten Druckspalt des
letzten Druckwerks der Anzahl von Druckwerken, also allen Druckspalten, nachgeordnet
sein. Andererseits kann die Position auch einem ersten Druckspalt
nachgeordnet und einem zweiten Druckspalt vorgeordnet, also wenigstens
zwischen zwei Druckwerken sein. Die Druckmaschine kann eine bogenverarbeitende
oder eine bahnverarbeitende Druckmaschine sein. Eine bogenverarbeitende
Druckmaschine kann einen Anleger, wenigstens ein Druckwerk, ggf.
ein Veredelungswerk (Stanzwerk, Lackwerk oder dergleichen) und einen
Ausleger aufweisen. Eine bahnverarbeitende Druckmaschine kann einen
Rollenwechsler, eine Anzahl von beidseitig die Bedruckstoffbahn
bedruckenden Druckeinheiten, einen Trockner und einen Falzapparat
umfassen.
-
Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Figuren sowie deren Beschreibungen dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
-
1 eine schematische Darstellung
zur Erläuterung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Trocknen,
-
2 eine schematische Darstellung
einer vorteilhaften Weiterbildung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
3 eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Druckmaschine
mit einem den Druckwerken nachgeordneten Konditionierwerk und einer
Trocknungseinrichtung, und
-
4 eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Druckmaschine
mit einem den Druckwerken vorgeordneten Konditionierwerk und einer
Trocknungseinrichtung.
-
Die 1 zeigt eine schematische
Darstellung zur Erläuterung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Trocknen. Eine Strahlungsenergiequelle 10, insbesondere
ein Laser, bevorzugt ein Diodenlaser oder Festkörperlaser ist innerhalb einer
Flachdruckmaschine derart angeordnet, dass das von ihr emittierte
Licht 12 auf einen Bedruckstoff 14 auf dessen
Pfad 16 durch die Flachdruckmaschine an einer dritten Position 116 auftrifft, welche
einer ersten Position 18, hier einem Druckspalt, nachgeordnet
ist. Während
in der 1 der Bedruckstoff 14 beispielhaft
bogenförmig
gezeigt ist, kann der Bedruckstoff auch bahnförmig durch die Flachdruckmaschine
geführt
sein. Die Orientierung des Pfades 16 des Bedruckstoffes 14 ist
durch einen Pfeil gekennzeichnet. Der Pfad ist hier ohne Einschränkung eines
im allgemeinen kurvenförmigen oder
nichtlinearen Verlaufs, insbesondere auf einem Kreisbogen liegend,
linear gezeigt. Die erste Position 18, hier der Druckspalt
ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform
durch die Zusammenwirkung des Druckzylinders 110 und eines
Gegendruckzylinders 112 definiert. In Abhängigkeit
des speziellen Druckverfahrens in der Flachdruckmaschine kann der Druckzylinder 110 ein
Druckformzylinder oder ein Gummituchzylinder sein. An einer zweiten
Position 124, welcher der ersten Position 18 entlang
des Pfades 16 vorgeordnet ist, wird ein Behandlungsmittel 118 auf
einen Bedruckstoff 14 aufgetragen, wenn der Bedruckstoff 14 die
dritte Position passiert. Die zweite Position 124 ist durch
die Zusammenwirkung eines Rasterzylinders 120, welcher
das Behandlungsmittel 118 zum Bedruckstoff 14 herantransportiert,
und eines Führungszylinders 122 definiert.
In der Situation gemäß der 1 ist auf dem Bedruckstoff 14 Druckfarbe 114 gezeigt.
Das von der Strahlungsquelle 10 ausgesendete Licht 12 fällt bündelförmig oder
teppichförmig
an der zweiten Position 116 auf den Bedruckstoff 14.
Behandlungsmittel 118 innerhalb dieser dritten Position 116 kann
Energie aus dem Licht 12 absorbieren, so dass die Druckfarbe 114 getrocknet
werden kann. Durch die vorteilhafte Wahl einer Wellenlänge, welche
nicht-resonant zu
Absorptionswellenlängen
von Wasser ist, in einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Absorption
im Bedruckstoff 14 reduziert.
-
Die 2 ist eine schematische
Darstellung einer vorteilhaften Weiterbildung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es ist beispielhaft ein Feld 20 von Strahlungsenergiequellen 10 skizziert,
hier drei mal vier, also zwölf Strahlungsenergiequellen 10.
Neben dem hier gezeigten zweidimensionalen Feld 20 kann
auch ein eindimensionales Feld oder eine eindimensionale Zeile,
orientiert über
die Breite des Bedruckstoffes 14 vorgesehen sein. Ein zweidimensionales
Feld, wie auch ein dreidimensionales Feld, dessen Licht in zweidimensionaler
Verteilung auf den Bedruckstoff 14 trifft, hat unter anderem
den Vorteil, dass eine schnelle Trocknung durch parallele oder simultane
Bestrahlung einer Gruppe von Positionen in einer Spalte des Feldes 20 erzielt
wird. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Bedruckstoff an
den Strahlungsenergiequellen 10 vorbeibewegt, kann folglich
höher sein,
als im Fall eines nur eindimensionalen Feldes. Das Feld 20 kann
auch eine andere Anzahl von Strahlungsenergiequellen 10 aufweisen.
Von jeder der Anzahl von Strahlungsenergiequellen 10 wird
Licht 12 auf den Bedruckstoff 14 zugeführt. Die
dritten Positionen 116, an denen das Licht 12 auf
den Bedruckstoff 14, welcher einem Pfad 16 durch
die Flachdruckmaschine folgt, trifft, sind einem Druckspalt 118,
definiert durch einen Druckzylinder 110 und einen Gegendruckzylinder 112,
nachgeordnet. Einzelne dritte Positionen 116 können dabei
teilweise zusammenfallen, wie es in der 2 für
die vorne liegende Zeile von Strahlungsenergiequellen 10 gezeigt
ist, oder sich sogar im wesentlichen vollständig überlappen. Dem Feld 20 von
Strahlungsenergiequellen 10 ist eine Steuerungseinrichtung 24 zugeordnet,
mit der jenes mittels einer Verbindung 22 Steuersignale
austauschen kann. Durch die Steuerungseinrichtung 24 kann
eine Ansteuerung des Feldes 20 derart durchgeführt werden,
dass eine Energiezufuhr entsprechend der Druckfarbmenge an der dritten
Position 116 auf dem Bedruckstoff 14 durchgeführt wird.
-
Die 3 bezieht sich schematisch
auf eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Druckmaschine 30 (Schön- und Widerdruckmaschine)
mit einem den Druckwerken 32 nachgeordneten Konditionierwerk 34 und
einer Trocknungseinrichtung, hier Strahlungsenergiequellen 10.
Die Druckmaschine 30 weist einen Anleger 36, mehrere
Druckwerke 32, hier zwei gezeigt, ein Konditionierwerk 34 und
einen Ausleger 38 auf. Bogenförmiger Bedruckstoff wird entlang
des Pfades 16 durch die Druckmaschine 30 bewegt.
Jedes Druckwerk 32 umfasst, hier nicht näher erläutert, ein
Farbwerk und ein Feuchtwerk und trägt Druckfarbe im vom zugeordneten
Druckzylinder 110 und Gegendruckzylinder 112 gebildeten
Druckspalt, durch welchen der Pfad 16 verläuft, auf
den Bedruckstoff auf. Zwischen den in der 3 gezeigten Druckwerken 32 ist
eine Wendeeinrichtung vorgesehen, so dass ein Bedruckstoff beidseitig
in der Druckmaschine 30 verarbeitet werden kann. Der Bedruckstoff
gelangt schließlich
auf seinem Pfad 16 in das Konditionierwerk 34.
In der gezeigten Ausführungsform
weist das Konditionierwerk zwei Rasterzylinder 120 auf, welche
den Bedruckstoff von jeweils einer Seite kontaktieren, so dass beidseitig
Behandlungsmittel aufgetragen wird. Das Behandlungsmittel wird mittels
einer Tauchwalze 310 einem Reservoir entnommen und großflächig auf
den Bedruckstoff übertragen.
In der hier in 3 gezeigten
Ausführungsform
ist die Trocknereinrichtung im Ausleger 38 angeordnet: Beidseitig
wird der Bedruckstoff durch Beleuchtung mit Licht von Strahlungsenergiequellen 10 getrocknet,
indem das Behandlungsmittel die Trocknung, insbesondere die Energieabsorption
unterstützt.
-
In
der 4 ist eine schematische
Darstellung einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Druckmaschine 30 (Schön- und Widerdruckmaschine)
mit einem den Druckwerken 32 vorgeordneten Konditionierwerk 34 und
einer Trocknungseinrichtung, hier Strahlungsenergiequellen 10,
welche an verschiedenen Positionen in der Druckmaschine 30 angeordnet
sein können.
Die Druckmaschine 30 weist einen Anleger 36, ein
Konditionierwerk 34, mehrere Druckwerke 32, hier
zwei gezeigt, und einen Ausleger 38 auf. Bogenförmiger Bedruckstoff
wird entlang des Pfades 16 durch die Druckmaschine 30 bewegt.
Der Bedruckstoff gelangt zunächst
vom Anleger 36 auf seinem Pfad 16 durch die Druckmaschine 30 in
das Konditionierwerk 34. In der gezeigten Ausführungsform
weist das Konditionierwerk 34 zwei Rasterzylinder 120 auf,
welche den Bedruckstoff von jeweils einer Seite kontaktieren, so
dass beidseitig Behandlungsmittel aufgetragen wird. Das Behandlungsmittel
wird mittels einer Tauchwalze 310 einem Reservoir entnommen
und großflächig auf
den Bedruckstoff übertragen.
Jedes Druckwerk 32 umfasst, hier nicht näher erläutert, ein
Farbwerk und ein Feuchtwerk und trägt Druckfarbe im vom zugeordneten
Druckzylinder 110 und Gegendruckzylinder 112 gebildeten
Druckspalt, durch welchen der Pfad 16 verläuft, auf
den Bedruckstoff auf. Zwischen den in der 4 gezeigten Druckwerken 32 ist
eine Wendeeinrichtung vorgesehen, so dass ein Bedruckstoff beidseitig
in der Druckmaschine 30 verarbeitet werden kann.
-
In
der hier in 4 gezeigten
Ausführungsform
sind drei Varianten der Anordnung der Strahlungsenergiequellen zum
Trocknen dargestellt: In einer ersten Variante können Strahlungsenergiequellen 10 direkt
den von Druckzylinder 110 und Gegendruckzylinder 112 gebildeten
Druckspalten in einem Druckwerk 32 nachgeordnet sein. Die
Strahlungsenergiequellen 10 beleuchten den Bedruckstoff
bereits auf den Gegendruckzylindern 112, nachdem Druckfarbe
auf den Bedruckstoff übertragen
wurde. In einer zweiten Variante können Strahlungsenergiequellen 10 im
letzten Druckwerk 32 derart angeordnet sein, dass wenigstens
eine erste Strahlungsenergiequelle 10 eine erste Seite
des Bedruckstoffs und wenigstens eine zweite Strahlungsenergiequelle 10 eine zweite
Seite des Bedruckstoffs beleuchten. Diese Konfiguration kann beispielsweise
dadurch realisiert sein, dass eine Strahlungsenergiequelle 10 den
Bedruckstoff auf dem Gegendruckzylinder 112 und eine weitere
Strahlungsenergiequelle 10 den Bedruckstoff auf dem direkt
dem Gegendruckzylinder 112 nachgeordneten Zylinder beleuchtet
(siehe 4). In einer dritten
Variante sind Strahlungsenergiequellen 10 derart im Ausleger 38 angeordnet,
dass der Bedruckstoff beidseitig mit Licht von Strahlungsenergiequellen 10 beleuchtet
wird. Die Trocknung des Bedruckstoffs wird beschleunigt, indem das
Behandlungsmittel die Energieabsorption unterstützt.
-
- 10
- Strahlungsenergiequelle
- 12
- Licht
- 16
- Pfad
- 14
- Bedruckstoff
- 18
- erste
Position
- 110
- Druckzylinder
- 112
- Gegendruckzylinder
- 114
- Druckfarbe
- 116
- dritte
Position
- 118
- Behandlungsmittel
- 120
- Rasterzylinder
- 122
- Führungszylinder
- 124
- zweite
Position
- 20
- Feld
von Strahlungsenergiequellen
- 22
- Verbindung
zur Übertragung
von Steuersignalen
- 24
- Steuerungseinheit
- 30
- Druckmaschine
- 32
- Druckwerk
- 34
- Konditionierwerk
- 36
- Anleger
- 38
- Ausleger
- 310
- Tauchwalze