DE19811029A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Drucks, insb. eines Proofs, mittels laserinduziertem Thermotransfer - Google Patents

Abstract

Um bei der Herstellung von Drucken, insbesondere Mehrfarbdrucken oder Offsetdruckformen, mittels Thermotransfer unter Verwendung eines schmalen Bandes als Transferfolie eine exakt gleiche Geschwindigkeit von Transferfolie und Substratoberfläche zu erreichen, wird über die Transferfolie (8) eine auf das Substrat (1a) wirkende Anpreßkraft ausgeübt, so daß eine Haftreibungskraft erfolgt und der Betrag dieser Haftreibungskraft zur Regelung eines exakten Synchronlaufs zwischen bandförmiger Transferfolie (8) und Substratzylinder genutzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Drucken, insbesondere Mehrfarbdrucken oder Offsetdruckformen, mittels Thermotransfer unter Verwendung eines schmalen Bandes als Transferfolie. Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung der Bebilderungsqualität eines derartigen Thermotransferdrucks dar.

Das Verfahren des Thermotransfers ist im Prinzip seit langem bekannt. Ein Substrat, welches das Endsubstrat oder ein Zwischenträger sein kann, wird mit einer Farbschicht, die auf einen Träger aufgebracht ist, in Kontakt gebracht und diese punktweise bildmäßig mittels Wärmeeinwirkung auf das Substrat übertragen.

Mittels verschieden farbiger Folien können nacheinander auch mehrere Farben aufgebracht und so ein Farbdruck realisiert werden. Ist das Substrat ein Zwischenträger wird dann das fertige mehrfarbige Bild in einem weiteren Schritt auf das Zielsubstrat übertragen. Weiterhin kann mittels eines geeigneten Polymers auch eine Druckform bildmäßig beschichtet werden. Ist beispielsweise die Druckformbasis hydrophil und damit nicht farbannehmend, werden die bildführenden Teile als Positiv auf diese Druckform per Thermotransfer transferiert und sind dann hydrophop, also farbannehmend.

Eine derartige Beschichtung eines Substrats, insbesondere mittels eines Lasers, ist aus der DE 44 30 555 C1 bekannt. Diese Schrift beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit dem eine einfache, in die Druckmaschine integrierbare Druckformherstellung, insbesondere auf einem nahtlosen Druckformzylinder mit einer glatten Oberfläche möglich ist, ohne daß die bei der Laser-Bebilderung entstehenden Gase die Materialübertragung von der Thermotransferfolie, d h. die Bebilderungsqualität erkennbar stören.

Eine bandförmige Transferfolie mit einer Bandbreite, die lediglich einen Bruchteil der Substratbreite beträgt, wird hier mittels des Bandtransportmechanismus zwischen dem Substrat und der Bebilderungseinheit in unmittelbarer Nähe zur Substratoberfläche durchgeführt und der Bandtransportmechanismus ist zusammen mit der Bebilderungseinheit und elektronisch oder mechanisch gekoppelt auf einer Traversiereinheit angebracht, so daß die Transferfolie gleichförmig zur Bewegung der Bebilderungseinheit über die Substratbreite bewegbar ist. Zusammen mit der laserinduzierten, mittels einer Steuerungseinheit in bekannter Weise entsprechend einem zu übertragenden Bild angesteuerten Thermobebilderungseinheit, die bei jedem Bildpunkt Wärme auf die Thermotransferfolie einleitet, und damit eine punktuelle Übertragung der farbannehmenden Beschichtung des Transferbandes vornimmt, kann so das komplette Substrat, insbesondere der komplette nahtlose Druckformzylinder rundum bebildert werden.

Es hat sich herausgestellt, daß der Übertrag des Thermotransfermaterials beim laserinduzierten Thermotransferprozeß durch ein synchrones Abrollen der Transferfolie auf der zylinderförmigen Substratoberfläche besonders gute Bebilderungsergebnisse liefert. Dies ist insbesondere auf den dann minimalen Abstand zwischen Transferband und Substrat zurückzuführen.

Durch diesen geringen Abstand kommt es bei einer kleinen Relativgeschwindigkeit nahe Null zwischen der Transferfolie und der Substratoberfläche zur Haftung des Transferbandes auf dem Substrat. Dies ist erwünscht, bedingt jedoch eine wirklich exakte Synchronisierung, da eine auftretende geringe Relativgeschwindigkeit zum "Verschmieren" des Thermotransfermaterials auf der Substratoberfläche führt. Der laserinduzierte Thermotransferprozeß führt zu einer vorübergehenden Haftung der Transferfolie auf dem Substrat. Ist bei einer positiven Relativgeschwindigkeit, die den Bandvorschub bewirkenden Kraft größer als die Haftung, so reißt die Bindung auf und das Transfermaterial wird nur teilweise und verschmiert übertragen. Durch die innere Elastizität des Transferbandes wechselt Haften mit Gleiten ab, es tritt der sogenannten "Stick-Slip"-Effekt auf: Es ist deshalb essentiell eine exakt gleiche Geschwindigkeit von Transferfolie und Substratoberfläche zu erreichen.

Diese Aufgabe, einen definierten und minimalen Abstand zwischen Transferband und Substrat zu erzielen wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichen des übergeordneten Verfahrensanspruchs und übergeordneten Vorrichtungsanspruchs gelöst.

Der Kern des Verfahrens besteht darin, daß über eine geeignete Art und Weise eine Anpreßkraft erzeugt wird. Diese erzeugt eine Haftreibungskraft, welche zur Regelung eines exakten Synchronlaufs genutzt wird.

Die Anpreßkraft führt weiterhin dazu, den Abstand zwischen Transferfolie und Substrat zu minimieren, insbesondere die durch den Thermotransfer auftretenden Gase und die durch dynamische und Grenzflächeneffekte zwischen Transferband und Substrat eingeschleppte Luft zu komprimieren, bzw. abzuführen.

Diese Regelung ist bevorzugt aktiv ausgeführt, kann jedoch auch passiv ausgeführt werden.

Die aktive Regelung basiert auf dem Effekt, daß im Zustand des exakten Synchronlaufs, d. h. wenn keine Relativgeschwindigkeit zwischen der Durchführgeschwindigkeit der Transferfolie und der Oberflächengeschwindigkeit des Substrats besteht, vom aufwickelnden Antrieb zum Umwickeln des Thermotransferbandes im beschleunigten Zustand eine minimale Zugkraft aufzubringen ist. Diese minimale Zugkraft wird im folgenden Synchronwickelkraft genannt. Die Synchronwickelkraft wird im wesentlichen bestimmt durch die zum Umlenken des geführten Bandes zu überwindende Reibungskraft, die Losreißkraft des Transferbandes von der Substratoberfläche bei einem Thermotransfer (Der Thermotransfer führt zu einem "Ankleben" der Transferfolie am Ort des Lasereinflusses), die durch Anpreßmaßnahmen bedingten Kraftkomponenten in Bewegungsrichtung des Bandes im Synchronlaufzustand, z. B. durch schiefes Anblasen des Bandes und die zur Beaufschlagung einer Bandspannung benötigte Gegenhaltekraft des abwickelnden Antriebes.

Die Regelung kann als alternative Ausprägung auch passiv erfolgen, indem eine definierte Geschwindigkeit, die sich von der Umfangsgeschwindigkeit des Substrates nur sehr wenig unterscheidet, vorgegeben wird und die Differenzgeschwindigkeit über die plastische Dehnung des Transferbandes aufgefangen wird. Dies bedingt allerdings, daß die Haftreibungskraft größer ist als die benötigte Kraft zum plastischen Dehnen des Transferbandes.

Die Anpreßkraft zur Erzeugung der Haftreibungskraft wird bei allen Regelarten zum einen durch die Bandspannung in Verbindung mit einer Umschlingung des Substratzylinders mit dem Thermotransferband, zum anderen durch weitere Kraftkomponenten, die das Band an den Substratzylinder andrücken, erzeugt. Diese Kraftkomponenten werden bevorzugt über Anblasen mit Luft erzeugt. Weiterbildungen verwenden elektrostatische Kräfte über Aufbringung von Ladung auf die Bandrückseite oder einen Unterdruck, der erzeugt wird durch Absaugen der Luft im Einlaufspalt, d. h. am Ort des Zusammenlaufens von Transferband und Substratoberfläche.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen stark schematisiert:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung für den Thermotransfer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer ersten Bandführung,

Fig. 2 die Anordnung aus Fig. 1 aus perspektivischer Sicht mit sichtbaren Antriebsmotoren

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Vorrichtung für den Thermotransfer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer zweiten Bandführung,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Vorrichtung für den Thermotransfer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer dritten Bandführung,

Fig. 5 ein Blockdiagramm für eine erste Regelung des Synchronlaufs,

Fig. 6 ein Blockdiagramm für eine zweite Regelung des Synchronlaufs

Fig. 7 ein Blockdiagramm für eine dritte Regelung des Synchronlaufs mit direkter Bandgeschwindigkeitsmessung,

Fig. 8 ein Blockdiagramm für eine vierte Regelung des Synchronlaufs mit direkter Bandgeschwindigkeitsmessung,

Fig. 9 eine Seitenansicht einer ersten Anordnung zur Verwendung von Luftdüsen zum Anpressen des Transferbandes mittels Luftstrahlen,

Fig. 10 eine Seitenansicht einer Anordnung zur Verwendung von elektrostatischer Ladung zur Erhöhung der Anpreßkraft zwischen Band und Substrat.

Die Ansteuerung, der Aufbau und die Wirkungsweise eines einen oder mehrere Laserstrahlen aussendenden Druckkopfes sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigt einen Substratzylinder 1 auf dessen Oberfläche ein Substrat 1a aufgebracht ist. Ein Bandtransportmechanismus, bestehend aus einer Vorrats- 4 und einer Aufwickelrolle 5 (die Kennzeichnung der Vorrats- 4 und der Aufwickelrolle 5 ist lediglich stellvertretend für eine Laufrichtung der bandförmigen Thermotransferfolie 8, in umgekehrter Richtung müßte es selbstverständlich Vorrats- 5 und Aufwickelrolle 4 heißen) mit den zugehörigen Antrieben 4a, 5a, zwei Anstellungsrollen 6a, 6b und zwei Führungsrollen 7a, 7b führt eine bandförmige Thermotransferfolie 8, im folgenden Transferband genannt, nahe am Substratzylinder 1 bzw. in Kontakt mit dem Substrat 1a. Ein Laserschreibkopf 2 fokussiert einen oder mehrerer Strahlen auf das Transferband 8.

Der Laserschreibkopf 2 und der Bandführungsmechanismus 4, 4a, 5, 5a, 6, 7 sind in der bevorzugten Anordnung gemeinsam auf der Traversiereinheit 3 angeordnet, mittels dieser sie über die Breite B des Substratzylinders 1 bewegt werden können.

Das Transferband 8 wird während der Bebilderung mittels der Anstellungsrollen 6a, 6b an die Oberfläche 1a des Substratzylinders 1 mit einem kleinen, aber für den Aufbau einer Anpreßkraft und damit einer Reibungskraft zwischen Transferband 8 und Substrat 1a ausreichenden, Umschlingungswinkel angestellt. Die Anpreßkraft entsteht über den Umschlingungswinkel in Kombination mit der Spannung F_r unter der das Transferband 8 gehalten wird. Diese Bandspannung F_r wird mittels elektronisch regelbarer Motoren 4a, 5a, welche die Vorrats- 4 und die Aufwickelrolle 5 antreiben, erzeugt. Mögliche Regelalgorithmen sind in den Fig. 5 bis 8 dargestellt. Die Transportrichtung und die Traversierbewegung ist in Fig. 3 mittels Pfeilen verdeutlicht. Es ist selbstverständlich, daß der Transport der Transferfolie 8 auch in die umgekehrte Richtung weisen kann. Die Bandspannung F_r liegt bevorzugt im Bereich von einigen Newton und wird während der Bebilderung konstant gehalten.

Die Geschwindigkeit der Transferbandes 8 ist in dieser Anordnung genau gleich der Oberflächengeschwindigkeit des Substrates 1a. Diese exakte Übereinstimmung ist notwendig, da bei im Fall des Synchronlaufes wenn trotzdem minimale Geschwindigkeitsdifferenzen entstehen, der sog. Stick-Slip-Effekt auftritt, d. h. der Kontakt von Transferband und Substrat zwischen den Zuständen der Haft- und Gleitreibung hin- und herpendelt. Ein optimaler Transfer ist jedoch nur im Zustand der Haftung möglich.

Die Regelung nutzt nun genau die Tatsache aus, daß bei einer exakt synchronen Geschwindigkeit das Transferband am Substrat haftet und damit keine weitere Kraft zur Förderung nötig ist als die Synchronwickelkraft. Tritt eine Geschwindigkeitsdifferenz auf, wandelt sich die Haftreibung in Gleitreibung, die von Betrag her kleiner ist, und die notwendige Energie für den Bandtransport weicht von der Synchronwickelkraft ab. Die benötigte Energie kann beispielsweise über den benötigten Strom für die Motoren der Vorrats- und Aufwickelrollen bestimmt werden.

Diese Regelung erfordert eine gewisse Größe der Reibungskräfte, damit eine Differenzierung zwischen Haften und Gleiten möglich ist. Die diese Reibungskräfte werden durch die auf das Transferband wirkende Anpreßkraft, d. h. die Normalkraft auf das Band hervorgerufen. Die Reibungskraft ergibt sich aus dieser Anpreßkraft, dem Reibungskoeffizienten für die Reibung zwischen Band 8 und Substrat 1a und der Fläche auf der die Kraft wirkt.

In einer bevorzugten Anordnung entsteht die Anpreßkraft über die Bandspannung F_r in Zusammenwirken mit einem Umschlingungswinkel w. Die Reibungskraft wird umso größer, je größer der Umschlingungswinkel, und damit die Fläche, je größer die Bandspannung F_r und je größer der Reibungskoeffizient für die Reibung zwischen Band 8 und Substrat 1a ist. Durch das Anpressen entsteht zudem eine Kraft, die das entstehende Gas schnell zur Seite abführt.

In Fig. 5 ist ein erster Regelalogrithmus als Blockdiagramm gezeigt. Die in dieser und den folgenden Fig. 6, 7, 8 dargestellte Steuer- und Regelschema sind nach funktionalen Einheiten gegliedert, die nicht streng separiert, sondern ebenso integriert in einer Soft- oder Hardware realisiert sein können.

Das in Fig. 5 dargestellte Steuer- und Regelschema wird im folgenden Modus betrieben:
Während des Umwickelns des Transferbandes 8 werden der aufwickelnde Antrieb 5a geschwindigkeitsgeregelt mit Momentenbegrenzung und der abwickelnde Antrieb 4a momentengeregelt oder geschwindigkeitsgeregelt in der Momentenbegrenzung betrieben. Das Thermotransferband 8 wird nun mit einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit und einer vorgegebenen Bandspannung um gewickelt. Während der Umwicklung wird bebildert.

Die Sollgeschwindigkeit und die Bandspannung werden virtuell vorgegeben, die eigentlichen Vorgabegrößen sind die Geschwindigkeiten und Momente der Motoren 4a und 5a. Die Geschwindigkeit ergibt sich aus der Motordrehzahl und dem momentanen Wickeldurchmesser, die aufgebrachte Bandspannung ergibt sich aus dem Motormoment und dem momentanen Wickeldurchmesser.

Der Wickeldurchmesser variiert mit der Zeit nach Maßgabe des abgespulten bzw. aufgewickelten Bandes. Diesen momentanen Wickeldurchmesser zu bestimmen ist beispielsweise die Kenntnis des Kerndurchmessers, des Wickeldurchmessers des vollen nicht abgewickelten Abwicklers in der Ausgangsposition und die Thermotransferbanddicke (Träger + Beschichtung) nötig. Einzelne dieser Größen können durch äquivalente ersetzt werden, z. B. die Banddicke bzw. der Anfangsdurchmesser des vollen Wickels durch die Bandlänge oder durch die Kenntnis der Anstiegsgeschwindigkeit des Drehzahlverhältnisses der Umwickelantriebe oder aus von diesen abgeleitete Größen.

Im folgenden werden drei Methoden zur Bestimmung der Bandlänge beschrieben.

• a) Aus dem momentanen Drehzahlverhältnis, der Banddicke und der momentanen Änderung des Drehzahlverhältnisses kann die Bandlänge rechnerisch bestimmt werden. Da das Drehzahlverhältnis stets als verrauschte Meßgröße vorliegt, ist die errechnete Größe mit Unsicherheiten behaftet. Durch Einsatz eines digitalen Filters läßt sich ein Näherungswert ermitteln.
• b) Aus dem momentanen Drehzahlverhältnis zwischen dem aufwickelnden und dem abwickelnden Antrieb und der mit einem zusätzlichen Drehzahlaufnehmer gemessenen Bandgeschwindigkeit und der bekannten Weglänge zwischen den Umwickelspulen läßt sich die Bandlänge errechnen. Da dieser auf Meßwerte beruhende Rechenwert verrauscht ist, läßt sich mit Hilfe eines digitalen Filters ein zeitinvarianter Wert ermitteln.
• c) Wenn sich die gesamte Bandlänge auf dem Abwickler befindet und nur ein Ende des Bandes am Aufwickler befestigt ist, so läßt sich durch wenige Aufwicklerdrehungen aus dem dabei gemessen Drehzahlverhältnis zwischen dem aufwickelnden und dem abwickelnden Antrieb sowie dem bekannten Kerndurchmesser des Aufwicklers die Bandlänge errechnen.

In einer weiteren Betriebsvariante wird das Thermotransferband mit einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit und einer vorgegebenen Zugspannung des abwickelnden Antriebes aus der Kenntnis geometrischer Größen der Bandstation sowie des Drehzahlverhältnisses der Antriebe, ohne Zuhilfenahme einer Bandgeschwindigkeitsmeßeinrichtung, um gewickelt. Die Sollbandgeschwindigkeit wird gleich der berechneten, gemessenen oder vorgegebenen Oberflächengeschwindigkeit des Substrats 1a gesetzt. Die Differenz von Soll-Synchronwickelkraft und gemessener Ist-Umwickelkraft kann über einen Regelalgorithmus (Synchronregler) zum Nachstellen der Sollbandgeschwindigkeit oder auch der Solldrehzahl des Aufwickelantriebes genutzt werden, um in den Synchronlauf zu fahren und die Durchführgeschwindigkeit des Transferbandes bei der Synchrongeschwindigkeit zu halten. Um den Stick-Slip-Effekt zu vermeiden, muß die durch die Antriebe und weitere Maßnahmen aufgebrachte Zugkraft auf das Transferband kleiner sein als die Summe von Synchronwickelkraft und Haftkraft des Transferbandes auf der Druckformoberfläche. Weiterhin wird hierdurch die Einschwingdauer des Regelkreises reduziert.

In Fig. 6 ist ein zweiter Regelalogrithmus als Blockdiagramm gezeigt. Während des Umwickelns des Transferbandes werden sowohl der aufwickelnde Antrieb als auch der abwickelnde Antrieb momentengeregelt oder geschwindigkeitsgeregelt in der Momentenbegrenzung betrieben. Beide genannten Regelungsformen der Antriebe können gemischt verwendet werden. Wie oben beschrieben können die Antriebe auf das Thermotransferband 8 in diesem Betriebsmodus eine vorgebbare Zugkraft ausüben. Die Zugkraft des aufwickelnden Antriebes 5a kann gleich oder geringfügig größer der Synchronwickelkraft gewählt werden. Die Bandgeschwindigkeit wird durch das Abrollen des Transferbandes auf dem Substratzylinder bestimmt und ist gleich der Substratoberflächengeschwindigkeit. Um den Stick-Slip-Effekt zu vermeiden, muß die durch die Antriebe und weitere Maßnahmen aufgebrachte Zugkraft auf das Transferband kleiner sein als die Summe von Synchronwickelkraft und Haftkraft des Transferbandes auf der Druckformoberfläche. Durch eine geeignete Wahl der Regelparameter der Umwickelantriebe kann ihnen ein nachgiebiges Verhalten eingeprägt werden, so daß diese Forderung leichter erfüllt wird.

In Fig. 7 ist ein dritter Regelalogrithmus als Blockdiagramm gezeigt. Mit einer separaten Meßeinrichtung 10, z. B. mittels einer mitlaufenden Rolle, wird die Bandgeschwindigkeit direkt gemessen und die Antriebe 4a, 5a in ihrer Drehzahl und ihrem Drehmoment so nachgeführt, daß die Bandgeschwindigkeit ungefähr gleich der berechneten, gemessenen oder vorgegebenen Oberflächengeschwindigkeit des Substratzylinders 1 ist. Da die Messung der Bandgeschwindigkeit mit Ungenauigkeiten und Rauschen behaftet ist, kann die Differenz von Soll-Synchronwickelkraft und gemessener Ist-Wickelkraft über einen Regelalgorithmus zum Nachstellen der Sollbandgeschwindigkeit oder der Solldrehzahl des Aufwickelantriebes genutzt werden, um in den Synchronlauf zu fahren. Für den Synchronlaufzustand muß die Regelung hinreichend genau arbeiten, so daß vorhandene Relativgeschwindigkeiten durch die Dehnung des Transferbandes ausgeglichen werden. Um den Stick-Slip-Effekt zu vermeiden, muß die durch die Antriebe und weitere Maßnahmen aufgebrachte Zugkraft auf das Transferband kleiner sein als die Summe von Synchronwickelkraft und Haftkraft des Transferbandes auf der Druckformoberfläche.

In Fig. 8 ist ein vierter Regelalogrithmus als Blockdiagramm gezeigt. Mit einer separaten Meßeinrichtung (4), z. B. mittels einer mitlaufenden Rolle, wird die Bandgeschwindigkeit direkt gemessen und die Antriebe (1, 2) in ihrer Drehzahl und ihrem Drehmoment so nachgeführt, daß die Bandgeschwindigkeit ungefähr gleich der berechneten, gemessenen oder vorgegebenen Oberflächengeschwindigkeit der Druckform (3) ist.

Vorhandene Relativgeschwindigkeiten zwischen der Durchführgeschwindigkeit des Thermotransferbandes und der Oberflächengeschwindigkeit des Druckformzylinders müssen so klein sein, daß sie durch die Dehnung des Transferbandes ausgeglichen werden. Die durch die Antriebe und weitere Maßnahmen aufgebrachte Zugkraft auf das Transferband muß kleiner sein als die Summe von Synchronwickelkraft und Haftkraft des Transferbandes auf der Druckformoberfläche, um den Stick-Slip-Effekt zu vermeiden.

In allen Umwickelmodi können die Funktionen der Antriebe gegeneinander getauscht werden, so daß ein Bandtransport und somit auch eine Synchronlauf in beide Richtungen möglich ist. Dabei übernimmt der Aufwickelantrieb die Funktion des Abwicklers und der Abwickelantrieb die Funktion des Aufwicklers.

Die zum Einsatz kommenden Regelstrukturen können umlernende Systeme erweitert werden, welche anhand des beobachteten Systemverhaltens eine Adaption der Regelparameter oder -struktur vornehmen, um die Regelgüte und somit den Synchronlauf zu optimieren.

Die Bestimmung der Drehzahlen der Antriebe kann auch ohne Drehzahlaufnehmer erfolgen. Die Drehzahlen können auch aus den zur Verfügung stehenden Antriebsgrößen, z. B. Winkelencoderimpuls pro Zeiteinheit, berechnet werden.

In allen Fällen führt ein Steueralgorithmus die Sollwerte für die Antriebsregelung so nach daß die vorgegebenen Sollwerte eingehalten werden.

In einer weiterbildenden Anordnung kann, insbesondere im Fall einer nahtlosen Substrathülse, zur Erhöhung der Gesamtreibungskraft der Umschlingungswinkel des Transferbandes 8 erhöht werden bis hin zu einer fast vollständigen Umschlingung des Substratzylinders 1, wie in Fig. 4 dargestellt.

Eine andere Variante ist in Fig. 3 beschrieben. Mindestens eine der Anstellrollen 6a wird mit definiertem Druck gegen den Substratzylinder gepreßt. Vorzugsweise ist diese Rolle mit weicher, d. h. komprimierbarer Oberfläche ausgestattet. Dadurch kann über den Anpreßdruck eine Zwangsreibungskraft erzeugt werden.

In bevorzugten weiterbildenden Anordnungen der Fig. 1 und 2 wird die Anpreßkraft insbesondere auch im Bereich der Bebilderung erhöht und damit zusätzlich der Abstand von Band und Substratoberfläche verringert. Dies kann im Rahmen der Fig. 1 und 2 durch eine Erhöhung der Zugspannung der Transferfolie 8, die durch die Motoren in Längsrichtung der Transferfolie aufgebracht wird, indem der Aufwickelmotor 5a ein erhöhtes Zugmoment und der Vorratswickelmotor 4a ein dazu entgegengerichtetes Bremsmoment aufbringt. Das Bremsmoment kann durch passive Bremseinrichtungen unterstützt werden. Die Erhöhung der Bandspannung ist jedoch durch die Bruchspannung des Transferbandes und die Leistung des Aufwickelmotors 5a begrenzt.

Eine damit problemlos zusammenwirkende und unterstützende Weiterbildung ist in Fig. 9 dargestellt. Die Anpreßkraft zwischen Transferfolie und Druckzylinder wird durch Anblasen der Transferfolie auf der dem Druckzylinder abgewandten Seite mit Druckluft erhöht.

Die bevorzugte Anordnung verwendet eine Kombination von einer punktuell auf die Lasereinwirkstelle wirkende Düse, die direkt auf die Plasmazone, d. h. die Stelle, an der Gas entsteht, einwirkt, und einer oder mehreren Düsen, welche die Transferfolie über ihre gesamte Breite andrücken.

Für die Anwendung der flächig wirkenden Düsen, welche die Transferfolie in ihrer gesamten Breite andrücken, darf die Wirkzone der Druckluft nicht über die Kante des Transferbandes hinaus reichen, da die Transferfolie ansonsten in ihrem Randbereich von der auf die Druckzylinderoberfläche auftreffende, strömende Luft abgehoben werden würde.

Wird eine Bandanordnung verwendet, bei der mehrere Bebilderungsspuren nebeneinander geschrieben werden können, muß die Düse für das punktförmige Anblasen stationär zum Laserbebilderungskopf gehalten werden, d. h. immer auf den Auftreffpunkt des oder der Laserstrahlen auf des Transferband wirken, während die flächig wirkenden Düsen sich stationär zum Band verhalten müssen, d. h. der seitlichen Verstellung des Bandes zum Bebilderungskopf folgen müssen.

Die zum flächigen Anblasen verwendeten Düsen können in verschiedenen Formen ausgeführt sein: Düsen mit einer oder mehreren punktuellen Öffnungen, flächige Düsen vergleichbar der Ausführung von Luftlagern, schlitzförmige Düsen.

Bei schlitzförmigen Düsen oder Düsen die aus mehreren kleinen Öffnungen in Reihe bestehen, die die Transferfolie auf ihrer gesamten Breite andrücken wird zwischen Düsen, die parallel zur Druckzylinderachse ausgerichtet sind und Düsen die gegenüber der Druckzylinderachse um einen bestimmten Winkel geneigt sind, wodurch auf die aus dem Spalt zwischen Transferfolie und Druckzylinder ausströmende Luft eine Vorzugsrichtung aufgeprägt wird, sowie das Ausströmen begünstigt wird, unterschieden.

Alternativ dazu kann eine flächige Düse verwendet werden, die sich über der Lasereinwirkzone befindet, wobei diese Düse am der Strahldurchtrittsfläche einem Material bestehen muß, das für die verwendete Laserwellenlänge transparent ist. Düsen die im Bereich zwischen dem ersten Kontaktpunkt zwischen Transferfolie und Druckzylinder und der Lasereinwirkstelle auf die Transferfolie einwirken führen zu einer gleichmäßigen Anlage der Transferfolie und einer Verringerung der Luftmenge zwischen Transferfolie und dem Druckzylinder durch ein verstärktes Abströmen der Luft in die Umgebung, insbesondere dann wenn Düsen verwendet werden, die auf die gesamte Breite des Bandes einwirken.

Alle Arten von Düsen, die im Bereich der Lasereinwirkzone wirken führen in erster Linie durch Komprimieren der verbleibenden Luft und der entstehenden Gase durch den Transferprozeß zu einer Verringerung des Abstandes zwischen der Transferfolie und dem Druckzylinder.

Selbstverständlich können für beide Bereiche, flächig und punktuell die Düsen in geeigneter aber beliebiger Kombination verwendet werden, insbesondere auch nur ein Typ von Düsen und nur punktuell bzw. flächig wirkende Düsen.

Eine weitere Weiterbildung der Fig. 1 und 2 ist in Fig. 10 dargestellt. Die Erhöhung des Anpreßdrucks wird hier durch elektrostatische Aufladung erzeugt. Eine Bürste 10 bringt Ladung 13 auf die Bandträgerseite, d. h. der dem Substrat 1a abgewandten Seite auf. Der Substratzylinder 1 ist hierbei leitfähig und geerdet. Über Induktion lagern sich Ladungen der entgegengesetzten Polarität unter der Substratoberfläche 1a an und bilden eine Art Plattenzylinder mit einer resultierenden elektrostatischen Kraft. Die aufgebrachte Ladung wird dann nach dem Durchlaufen der Bebilderungs- und Kontaktzone mittels einer geerdeten Bürste 11 wieder abgenommen, bevor das Transferband 8 wieder aufgewickelt wird.

Selbstverständlich können statt der gezeichneten positiven auch negative Ladungen aufgebracht werden und selbstverständlich können Ladungen auch über andere Vorrichtungen als Bürsten, z. B. über eine Koronaentladung, aufgebracht werden. Weiterhin können auch und eleganterweise die Umlenkrollen 6a und 6b als Lade­ respektive Entladeelektroden dienen oder andere weiter entfernt liegend angebrachte Rollen, wie die Rollen 7a und 7b in Fig. 1. In letzterem Fall muß auf eine ausreichende elektrische Isolierung der Rollen 6a und 6b geachtet werden.

Weiterhin können Andrückrollen, wie in Fig. 3 oder Andrückbürsten zur Erhöhung der Anpreßkraft, wobei diese Vorrichtungen nur im Bereich zwischen der ersten Kontaktstelle von Transferfolie und Druckzylinder und der Einwirkzone des Laserstrahls verwendet werden können, da der Laserstrahl durch diese Elemente nicht nachteilig beeinträchtigt werden darf. Diese Vorrichtungen bewirken in erster Linie ein verstärktes Abströmen der Luft aus dem Spalt zwischen Transferfolie und dem Druckzylinder hin zur Umgebung, eine Abstandsverringerung durch Komprimierung der Luft spielt hier eine untergeordnete Rolle.

Neben der Möglichkeit die eingeschleppte Luft zwischen Transferfolie und Druckzylinder zu komprimieren und zum seitlichen Ausströmen zu zwingen und auf diese Weise den Abstand zwischen Transferfolie und Druckzylinder zu verringern, kann auch die Menge der Luft, die zwischen das Transferband und den Druckzylinder eingeschleppt wird verringert werden.

Dies wird zum einen schon durch den Synchronlauf erreicht. Ist dies der Fall wird vor dem ersten Berührpunkt zwischen Band und Druckzylinder ein Großteil der an den Oberflächen von Transferfolie und Druckzylinder anhaftenden Luftschichten zur Seite verdrängt.

Eine weitere Möglichkeit die Menge der in den Spalt zwischen Transferfolie und Druckzylinder eingeschleppten Luftmenge zu reduzieren besteht darin, die an der Oberfläche des Transferbandes bzw. an der Oberfläche des Druckzylinders anhaftende mitbewegte Luftschicht zu entfernen. Dies kann einerseits durch eine mechanische Einrichtung wie beispielsweise Bürsten erreicht werden, die kurz bevor die Transferfolie und der Druckzylinder in Kontakt kommen die anhaftende Luftschicht abstreifen. Zum anderen kann die Luft an der Stelle, an der die Transferfolie mit dem Druckzylinder in Kontakt kommt, abgesaugt werden, wodurch auch die an der Oberfläche des Transferbandes und an der Oberfläche des Druckzylinders anhaftende Luftschicht weitgehend mit abgesaugt wird. Dadurch wird das Luftvolumen, das in den Spalt zwischen Transferband und Druckzylinder mit eingeschleppt wird deutlich reduziert und dynamisch ein Unterdruck erzeugt werden, der dann in Zusammenwirken mit dem statischen Luftdruck eine Anpreßkraft erzeugt.

Abschließend sind nochmals die Methoden zur Optimierung des Thermotransferprozesses zusammengefaßt:
Bei der Herstellung einer Offsetdruckform mittels laserinduziertem Thermotransfer wird eine dünne bandförmige Transferfolie mit der Oberfläche des Druckzylinders am Ort der Lasereinwirkung in Kontakt gebracht und die Transferfolie während der Bebilderung kontinuierlich an dem Druckzylinder vorbeibewegt, wobei die beschichtete Seite des Thermotransferbandes dem Druckzylinder zugewandt ist.

An der Einwirkstelle des Lasers wird die Bildinformation punktweise vom Band auf die Druckoberfläche übertragen, wobei das abgelöste Material die Distanz zwischen der Transferfolie und der Druckoberfläche überwinden muß.

Es hat sich gezeigt, daß der Übertrag des Thermotransfermaterials von der Trägerfolie auf die Druckoberfläche um so besser ist je geringer der Abstand zwischen der Trägerfolie und dem Druckzylinder ist, zudem nimmt die Qualität des Übertrages auch durch einen über die gesamte Bebilderung gleichmäßigen Abstand zwischen Transferfolie und der Druckoberfläche zu. Bei einem zu großen Abstand der Transferfolie vom Druckzylinder findet ein nur unvollständiger und sehr unscharfer Übertrag des Materials vom Transferband zum Druckzylinder statt.

Verursacht wird der Abstand zwischen Transferband und Druckzylinder durch Luft die an der Oberfläche des Druckzylinders und an der Oberfläche des Transferbandes in den Spalt zwischen Transferband und Druckzylinder im Bereich der Einwirkzone des Lasers eingeschleppt wird. An der Lasereinwirkstelle wird der Abstand zwischen der Transferfolie und dem Druckzylinder durch die laserinduzierte kurzzeitige starke lokale Erhitzung noch vergrößert, da sich die Luft, die sich im Spalt zwischen Transferfolie und Druckzylinder befindet aufgrund des Temperaturanstieges ausdehnt und in der kurzen Zeit, in der die Erhitzung stattfindet, nicht vollständig seitlich durch den Spalt zwischen Transferfolie und Druckzylinder in die Umgebung abströmen kann und somit das Band von der Druckformoberfläche noch weiter abhebt, zudem wird an der Lasereinwirkzone das Thermotransfermaterial, das sich auf der Transferfolie befindet nicht nur aufgeschmolzen, sondern ein Teil des Materials wird auch in gasförmige Bestandteile umgesetzt, die wie bereits beschrieben ebenfalls zu einer Vergrößerung des Abstandes führen.

Im Folgenden werden Maßnahmen beschrieben, die zur Verringerung des Abstandes zwischen Transferfolie und Druckzylinder führen und somit zu einer Qualitätssteigerung des Transferprozesses beitragen.

• 1) Durch Erhöhung der Normalkraft, mit der das Band senkrecht zur Druckzylinderoberfläche angedrückt wird kann der Abstand zwischen Band und Zylinder verringert werden, da sich die Luft unter der erhöhten Kraftwirkung stärker komprimiert und dadurch ein geringeres Volumen einnimmt, zudem wird das Abströmen der Luft aus dem Spalt zwischen Transferfolie und der Druckzylinderoberfläche aufgrund eines Druckgefälles, das sich vom Spalt hin zur Umgebung ergibt begünstigt. Dadurch verringert sich die Luftmenge die sich im Spalt zwischen der Transferfolie und dem Druckzylinder befindet, wodurch sich der Abstand zwischen den beiden genannten Elementen verringert.
• 1.1 Durch eine Erhöhung der Zugspannung der Transferfolie, die in Längsrichtung der Transferfolie aufgebracht wird, erhöht sich die auf das Flächenelement bezogene Normalkraft zwischen Transferfolie und Druckzylinder im Kontaktbereich von Transferfolie und Druckzylinder, der Kontaktbereich kann sich von kleinen Umschlingungen von ca. 5° bis hin zur vollständigen Umschlingung erstrecken.

Eine Erhöhung der Bandspannung wird erreicht durch:

• - Erhöhung des Gegenhaltemomentes des abwickelnden Motors
• - zusätzliche Vorrichtungen die den abwickelnden Motor bremsen: Bremsvorrichtungen die auf Reibung basieren (Scheiben-, Klotz-, Fluid-, Trommelbremsen), oder auch berührungslose Bremsen wie beispielsweise elektromagnetische Bremsen
• - Vorrichtungen, die das Transferband bremsen: Klemmvorrichtungen, gebremste Andrückrollen, Halterollen
• 1.2 Durch elektrostatische Aufladung der Transferfolie wird die Normalkraft zwischen der Transferfolie und dem Druckzylinder ebenfalls erhöht, wodurch der oben beschriebene Effekt bewirkt wird, wobei die Aufladung der Transferfolie noch vor der Kontaktstelle zwischen Transferfolie und Druckzylinder erfolgt und die Ladung auf die der Druckoberfläche abgewandte Seite der Transferfolie aufgebracht wird. Der Druckzylinder kann um die Kraftwirkung noch zu Erhöhen gegengleich zur Transferfolie aufgeladen.
• 1.3 Die Verwendung von Andrückrollen oder Andrückbürsten führt ebenfalls zur Erhöhung der Normalkraft, wobei diese Vorrichtungen nur im Bereich zwischen der ersten Kontaktstelle von Transferfolie und Druckzylinder und der Einwirkzone des Laserstrahls verwendet werden können, da der Laserstrahl durch diese Elemente nicht nachteilig beeinträchtigt werden darf. Diese Vorrichtungen bewirken in erster Linie ein verstärktes Abströmen der Luft aus dem Spalt zwischen Transferfolie und dem Druckzylinder hin zur Umgebung, eine Abstandsverringerung durch Komprimierung der Luft spielt hier eine untergeordnete Rolle.
• 1.4 Erhöhung der Normalkraft zwischen Transferfolie und Druckzylinder durch Anblasen der Transferfolie auf der dem Druckzylinder abgewandten Seite mit Druckluft. Die zum Anblasen verwendeten Düsen können in verschiedenen Formen ausgeführt sein ( Düsen mit einer oder mehreren punktuellen Öffnungen, flächige Düsen vergleichbar der Ausführung von Luftlagern, schlitzförmige Düsen).

Desweiteren ist zwischen Düsen zu unterscheiden, die die Transferfolie in ihrer gesamten Breite an den Druckzylinder andrücken und Düsen die die Transferfolie nur punktuell an den Druckzylinder andrücken.

Bei schlitzförmigen Düsen oder Düsen die aus mehreren kleinen Öffnungen in Reihe bestehen, die die Transferfolie auf ihrer gesamten Breite andrücken wird zwischen Düsen die parallel zur Druckzylinderachse ausgerichtet sind und Düsen die gegenüber der Druckzylinderachse um einen bestimmten Winkel geneigt sind, wodurch auf die aus dem Spalt zwischen Transferfolie und Druckzylinder ausströmende Luft eine Vorzugsrichtung aufgeprägt wird, sowie das Ausströmen begünstigt wird, unterschieden.

Werden Düsen verwendet, die die Transferfolie in ihrer gesamten Breite andrücken, darf die Wirkzone der Druckluft nicht über die Kante des Transferbandes hinaus reichen, da die Transferfolie ansonsten in ihrem Randbereich von der auf die Druckzylinderoberfläche auftreffende, strömende Luft abgehoben werden würde.

Punktuell wirkende Düsen werden insbesondere zur Beaufschlagung der Lasereinwirkzone verwendet, da an dieser Stelle wie oben beschrieben aufgrund des Transferprozesses verbunden mit der Plasmabildung an der Lasereinwirkstelle der Abstand noch vergrößert wird.

Als besonders günstig erweist es sich an der Lasereinwirkstelle sowohl eine punktförmige Düse, die direkt auf die Plasmazone einwirkt, als auch eine Düse zu verwenden, die die Transferfolie über ihre gesamte Breite andrückt. Alternativ dazu kann eine flächige Düse verwendet werden, die sich über der Lasereinwirkzone befindet, wobei diese Düse aus einem Material bestehen muß, das den Laserstrahl hindurchläßt und diesen nicht nachteilig beeinflußt.

Zusammenfassend läßt sich folgender Schluß ziehen:
Düsen die im Bereich zwischen dem ersten Kontaktpunkt zwischen Transferfolie und Druckzylinder und der Lasereinwirkstelle auf die Transferfolie einwirken führen zu einer gleichmäßigen Anlage der Transferfolie und einer Verringerung der Luftmenge zwischen Transferfolie und dem Druckzylinder durch ein verstärktes Abströmen der Luft in die Umgebung, insbesondere dann wenn Düsen verwendet werden, die auf die gesamte Breite des Bandes einwirken.

Alle Arten von Düsen, die im Bereich der Lasereinwirkzone wirken führen in erster Linie durch Komprimieren der verbleibenden Luft und der entstehenden Gase durch den Transferprozeß zu einer Verringerung des Abstandes zwischen der Transferfolie und dem Druckzylinder. Für beide Bereiche können die Düsen in beliebiger Kombination verwendet werden.

• 2) Neben der Möglichkeit die eingeschleppte Luft zwischen Transferfolie und Druckzylinder zu komprimieren und zum seitlichen Ausströmen zu zwingen und auf diese Weise den Abstand zwischen Transferfolie und Druckzylinder zu verringern, kann auch die Menge der Luft, die zwischen das Transferband und den Druckzylinder eingeschleppt wird verringert werden.
• 2.1 Dies wird dadurch erreicht indem die Transferfolie mit einer nur geringen im Idealfall ohne Relativgeschwindigkeit synchron zum Druckzylinder d. h. identische Oberflächen­ geschwindigkeiten bewegt wird. Ist dies der Fall wird vor dem ersten Berührpunkt zwischen Band und Druckzylinder ein Großteil der an den Oberflächen von Transferfolie und Druckzylinder anhaftenden Luftschichten zur Seite verdrängt.
  Bei höheren Relativgeschwindigkeiten bildet sich zwischen den beiden Oberflächen eine fluidische Trennschicht (aerodynamischer Effekt) aus, vergleichbar den Effekten bei hydrodynamischen Gleitlagern bei denen sich mit steigender Relativgeschwindigkeit eine fluidische Trennschicht zwischen den beiden relativ zueinander bewegten Elementen ausbildet.
• 2.2 Eine weitere Möglichkeit die Menge der in den Spalt zwischen Transferfolie und Druckzylinder eingeschleppten Luftmenge zu reduzieren besteht darin die an der Oberfläche des Transferbandes bzw. an der Oberfläche des Druckzylinders anhaftende mitbewegte Luftschicht zu entfernen.
• - Dies kann einerseits durch eine mechanische Einrichtung wie beispielsweise Bürsten erreicht werden, die kurz bevor die Transferfolie und der Druckzylinder in Kontakt kommen die anhaftende Luftschicht abstreifen.
• - Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Luft an der Stelle, an der die Transferfolie mit dem Druckzylinder in Kontakt kommt, abzusaugen, wodurch auch die an der Oberfläche des Transferbandes und an der Oberfläche des Druckzylinders anhaftende Luftschicht weitgehend mit abgesaugt wird. Dadurch wird das Luftvolumen, das in den Spalt zwischen Transferband und Druckzylinder mit eingeschleppt wird deutlich reduziert.

Maßnahmen um die genannten Methoden auch bei einer seitlich in Axialrichtung des Zylinders relativ zum Laserdruckkopf verschiebbaren Bandstation anzuwenden.

Die seitliche Verschiebung der Transferfolie ermöglicht es die Transferfolie besser auszunutzen und die Häufigkeit des Wechsels der Transferfolie zu reduzieren. Ziel ist es unabhängig von der Position der Transferfolie relativ zur Lasereinwirkstelle, wobei sich die Einwirkstelle des Lasers immer auf der Transferfolie befindet (d. h. die Transferfolie wird maximal um die Breite der Transferfolie in Axialrichtung des Zylinders relativ zur Lasereinwirkstelle verschoben), eine gleich gute Qualität des Transfers zu erhalten.

Um dies zu erreichen müssen alle Vorrichtungen die zur Verringerung des Abstandes zwischen der Transferfolie und dem Druckzylinder beitragen und auf die gesamte Breite des Bandes wirken in gleicher Weise wie das Transferband in Axialrichtung des Druckzylinders mit verschoben werden, dies gilt insbesondere für alle Düsenvorrichtungen, die auf die gesamte Breite der Transferfolie einwirken (vgl. Beschreibung oben). Zusammenfassend bedeutet das, daß sich all diese Vorrichtungen nicht relativ zur Transferfolie, wenn diese in Axialrichtung des Zylinders verschoben wird, bewegen dürfen.

Punktdüsen hingegen, die nur auf die Lasereinwirkstelle d. h. auf die Plasmazone einwirken dürfen sich nicht relativ zum Laserstrahl verschieben, damit immer sichergestellt ist, daß die Punktdüse auf die Lasereinwirkzone einwirkt.

Wird nicht das Transferband sondern der Laserdruckkopf relativ zum Band in Axialrichtung des Druckzylinders verschoben, gilt ebenfalls, daß sich die Punktdüse nicht relativ zum Laserstrahl verschieben darf und sich alle auf die gesamte Transferfolienbreite wirkenden Vorrichtungen nicht relativ zum Transferband verschieben dürfen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Thermotransferdrucks auf einen Substratzylinder, insbesondere Mehrfarbdruck, insbesondere Offsetdruckformen, mittels bandförmiger Transferfolien, dadurch gekennzeichnet, daß über die Transferfolie (8) eine auf das Substrat (1a) wirkende Anpreßkraft ausgeübt wird, durch die eine Haftreibungskraft erfolgt, und der Betrag dieser Haftreibungskraft zur Regelung eines exakten Synchronlaufs zwischen bandförmiger Transferfolie (8) und Substratzylinder genutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft durch Bandspannung in Verbindung mit einer zumindest teilweisen Umschlingung des Substratzylinders (1) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aktive Regelung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine passive Regelung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft durch eine Kraftkomponente in Form von Anblasen der Thermotransferfolie (8) unterstützt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft durch eine Kraftkomponente in Form elektrostatischer Kräfte über Aufbringung von Ladung auf die Bandrückseite unterstützt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft durch Unterdruck, der durch Absaugen der Luft im Einlaufspalt unterstützt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Vorrichtung nach der DE 44 30 555 C1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine auf die Lasereinwirkstellen wirkende Düse (9a, 9b) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Vorrichtung nach der DE 44 30 555 C1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bürste (10), die Ladung (13) auf die dem Substrat (1a) abgewandte Seite der Transferfolie (8) bringt, vorgesehen ist.