DE19849500C2

DE19849500C2 - Verfahren zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse

Info

Publication number: DE19849500C2
Application number: DE1998149500
Authority: DE
Inventors: Waldemar Weinberg; Petra Auchter-Krummel; Michael Zimmer
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: DE19849500A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse unter Anwendung der Elektrophotographie.

Auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse werden im großen Umfang zur Erzielung gewünschter ästhetischer Eindrücke Dekors aufgebracht. Bei bestimmten derartigen Erzeugnissen müssen auch Beschriftungen, Kennzeichnungen oder dergleichen aufgebracht werden, um z. B. dem Benutzer unmittelbar die erforderliche Informationen zu geben. Als typisches Beispiel seien hier die Glaskeramikplatten für Kochfelder genannt, die neben der Marke, z. B. CERAN®, auch andere Bedien- und Zustandshinweise, sowie, je nach Kundenwunsch, auch insbesondere farbige Dekors aufweisen.

Zum Aufbringen derartiger Dekors und/oder Zeichen, zusammengefaßt als "Bilder" bezeichnet, sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden, von denen bisher zwei in der Praxis Bedeutung erlangt haben.

Bei dem ersten typischen Verfahren werden Keramikfarben mittels einschlägiger Druck-Techniken direkt auf die Glas- und Keramikerzeugnisse aufgedruckt, die Farbe zunächst wischfest getrocknet und danach eingebrannt, wobei im Fall der erwähnten Glaskeramikplatten für Kochfelder der Farbeinbrand typischerweise während der Keramisierung stattfindet. In diesem Fall erfolgt das Aufdrucken daher nicht auf die fertige Glaskeramikplatte, sondern bereits auf den zu keramisierenden Grünling.

Bei dem im allgemeinen für das vorgenannte Druckverfahren verwendeten Siebdruckverfahren muß zunächst eine Siebdruckschablone hergestellt werden. Dazu wird das Sieb aus feinmaschigem Textil- oder Drahtgewebe, das über einen Druckrahmen gespannt wird, an den bildfreien Stellen mit einer aus Papier geschnittenen, mit Fettusche gezeichneten oder photographisch hergestellten Schablone abgedeckt. Mittels dieser Siebdruckschablone werden dann die keramischen Farben auf das Glas- bzw. Keramikerzeugnis direkt aufgebracht. Die Herstellung der Siebdruckschablone bei dem bekannten Verfahren ist sehr aufwendig und für Einzelanfertigungen unrentabel. Zudem muß mit Hilfe einer Rakel die Druckfarbe durch die offenen Stellen der Siebdruckschablone manuell oder in Siebdruckmaschinen aufgebracht werden. Das Siebdruckverfahren ist weiterhin ein Naßverfahren, bei dem mit Drucköl angepastete, keramische Farbpigmente als Druckfarbe eingesetzt werden, so daß relativ große und teuere Maschinen mit Trocknern notwendig sind, und weiterhin, insbesondere im Hinblick auf die beim Herstellungsprozeß benötigten Lösungsmittel große Arbeitsschutz- und Umweltprobleme bestehen. Die in dem Drucköl vorhandenen Lösungsmittel verdampfen relativ leicht, so daß aufwendige und teure Arbeitsschutzmaßnahmen getroffen werden müssen, und zum anderen separate Filterungsanlagen erforderlich sind. Überdies sind beim Siebdruckverfahren, wie auch beim Offsetdruckverfahren, mehrere hintereinander geschaltete Druckvorgänge für die verschiedenen Farben (z. B. Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz) erforderlich, was weithin zu sehr groß ausgestalteten Anlagen führt.

Desweiteren besteht bei dem bekannten Druckverfahren das Problem, daß die Reproduzierbarkeit der Farben bei einer größeren Stückzahl nicht mehr gewährleistet werden kann, und zudem bereits nach einer geringen Stückzahl, d. h. in etwa nach 100 Druckvorgängen, die Siebdruckschablone gereinigt werden muß.

Zum anderen ist bei dem Siebdruckverfahren das Auflösungsvermögen des aufgebrachten Buntdrucks durch das Raster der Siebdruckschablone begrenzt. Dies führt dazu, daß die bedruckten Keramik- oder Glaserzeugnisse häufig bezüglich der Glätte, der Homogenität und der Auflösung des Farbdrucks nicht zufriedenstellend sind. Weiterhin müssen häufig, um eine gewünschte Güte erzeugen zu können, mehrere Sonderfarben verwendet werden.

Bei dem zweiten typischen Verfahren werden Keramikfarben nicht direkt auf die Glas- und Keramikerzeugnisse aufgebracht, sondern auf ein Transfermittel, wie z. B. ein mit Gummi-Arabikum beschichtetes Papier. Dieses derart vorbereitete Transfermittel wird daraufhin auf das Keramik- oder Glaserzeugnis an gewünschter Position aufgelegt und angefeuchtet, wodurch sich das Papier unter Belassung der Farben auf dem Erzeugnis entfernen läßt. Schließlich wird dann das Erzeugnis in an sich bekannter Weise gebrannt, was zu einer Verschmelzung der keramischen Farben mit dem Erzeugnis führt. Es wird somit ebenfalls ein dauerhafter Druck auf dem Keramik- bzw. Glaserzeugnis erzielt.

Dieses zweite typische Verfahren arbeitet nach dem Prinzip des Abziehbildes. Es ist dabei bekannt, die Keramikfarben mittels einschlägiger Drucktechniken, insbesondere mittels Siebdruck, auf das Transfermittel zu bringen, mit den erläuterten Nachteilen der Siebdrucktechnik.

Es ist daher auch durch die DE 44 13 168 C2 bekannt geworden, anstelle üblicher Keramikdruckfarben einen neuartigen keramischen Toner zu verwenden, d. h. keramische Farbzusammensetzungen, die aus feinen Teilchen aus keramischen Pigmenten, Flußmittel (Glas), Bindemittelharz(en) und üblichen Additiven bestehen und mittels eines elektrophotographischen Reproduktionsverfahrens (Elektrokopierverfahren) auf das Transfermittel aufgetragen werden. Unter Zuhilfenahme dieser Maßnahmen gelingt es, ein Verfahren zu Herstellung von dekorierten Keramik- und Glaserzeugnissen zu schaffen, das die oben genannten Probleme der bekannten Druckverfahren überwindet. Es kann ein dekoriertes Keramik- und Glaserzeugnis hergestellt werden, das hinsichtlich der Feinheit und Auflösung des Dekors (des Drucks) den bekannten Erzeugnissen überlegen ist.

Das bekannte Verfahren erlaubt auch ein vereinfachtes Aufbringen der Bilder auf das Transfermittel. Durch Einlesen der Daten des gewünschten, auf dem Keramik- oder Glaserzeugnis aufzubringenden Bildes z. B. mittels eines digitalen Farbscanners oder durch Verwendung originärer Graphikdaten und Übertragung dieser Daten mittels eines Personal Computers in den Bildspeicher der elektrophotographischen Reproduktionseinrichtung, z. B. eines Laserdruckers, wird vorteilhafterweise dem Benutzer erstmals die Möglichkeit gegeben, auch bei nur sehr geringen herzustellenden Stückzahlen Änderungen ohne zusätzlichen Aufwand, wie z. B. in der Farbabstufung, der Rasterung, vorzunehmen. Auch können alle mittels der heutigen Computertechnologie möglichen Grafiken und/oder Abänderungen direkt auf das Tansfermittel übertragen werden.

Der entscheidende Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß ein Transfermittel benötigt wird in Verbindung mit weiteren Verfahrensschritten, uni das Bild von diesem Transfermittel auf das Glas- bzw. Keramikerzeugnis zu bringen. Abgesehen von dem Mehraufwand für die Herstellung der Bilder auf dem Erzeugnis besteht auch die Gefahr, daß die Bilder des angefeuchteten Transfermittels beim Aufbringen und Abziehen des Trägers verrutschen, wie das von Abziehbildern her hinlänglich bekannt ist, so daß die Bilder verzerrt aufgebracht werden, was dann nicht den Toleranzanforderungen an das farbige Produkt entspricht.

Ein vergleichbares elektrophotographisches Reproduktionsverfahren zum Aufbringen von Bildern auf Kacheln unter Verwendung eines Transfermittels ist durch die WO 96/34319 bekannt geworden, für das die geschilderten Nachteile im gleichen Maß gelten.

Ferner beschreibt die EP 0 834 784 A1 eine Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas- oder Keramikerzeugnisse unter Anwendung der Elektrophotographie. Diese Vorrichtung besteht aus:

- einer Bildwalze, die eine elektrostatisch aufladbare photoleitfähige Schicht aufweist,
- einer Belichtungsanordnung zur Erzeugung eines dem aufzubringenden Dekors und/oder Zeichen entsprechenden elektrostatischen Ladungsbildes,
- einem Vorratsbehälter für einen keramischen Toner und Einrichtungen zum Entwickeln des elektrostatischen Ladungsbildes mit diesem Toner,
- einem Zwischenträger in Form eines Endlosbandes oder einer Übertragungswalze, der einerseits im direkten Kontakt mit der Bildwalze steht und das Tonerbild aufnimmt, und der andererseits im direkten Kontakt mit dem Glas- oder Keramikerzeugnis steht, um das Tonerbild vom Zwischenträger direkt auf das Glas- oder Keramikerzeugnis zu übertragen.

Die Übertragung des auf dem Zwischenträger aufgebrachten Tonerbildes auf das Glas- oder Keramikerzeugnis erfolgt in der Weise, daß durch entsprechende Heizvorrichtungen einmal der Zwischenträger in der Kontaktzone zum Glas- oder Keramikerzeugnis auf eine Temperatur von mindestens 100°C aufgeheizt und zum anderen das Glas-Keramikerzeugnis auf eine Temperatur von mindestens 80° C vorgeheizt wird.

Bei dieser Wärmeübertragungs-Methode wird der Toner auf dem Zwischenträger in den geschmolzenen Zustand gebracht und der aufgeschmolzene Toner wird dann auf das Glas- oder Keramikerzeugnis übertragen. Durch diesen Aufschmelzvorgang verläuft jedoch der Toner und damit das Ladungsbild etwas, so daß auch bei diesem Verfahren die Konturenschärfe zu wünschen übrig läßt.

Ferner ist es nicht ohne weiteres möglich, den aufgeschmolzenen Toner von dem Zwischenträger vollständig zu entfernen, so daß die Gefahr des Verschleppens von Restbildern besteht.

Durch die JP 08-146819 A ist eine Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse unter Anwendung der Elektrophotographie bekannt geworden, die eine konturenscharfe Abbildung ohne die Gefahr von Restbildern ermöglicht.

Diese bekannte Vorrichtung erzeugt die Dekors und/oder Zeichen auf den Erzeugnissen mit

- einer Bildwalze, die eine elektrostatisch aufladbare photoleitfähige Schicht aufweist,
- einer Belichtungsanordnung zur Erzeugung eines den aufzubringenden Dekors und/oder Zeichen entsprechenden elektrostatischen Ladungsbildes,
- einer Einrichtung zum Entwickeln des elektrostatischen Ladungsbildes mit keramischem Toner,
- einem Zwischenträger, der einerseits im direkten Kontakt mit der Bildwalze steht und auf den das Tonerbild von der Bildwalze übertragen wird,
- mit einer Vorrichtung zum Fördern des Glas-, Glaskeramik- oder Keramiksubstrats zu einer Kontaktzone, in der das Substrat in Kontakt mit der Übertragungswalze tritt,
- Korona-Ladeeinrichtungen, von denen eine am Zwischenträger und die andere im Bereich der Kontaktzone angeordnet ist, und mit
- Heizmitteln zum Einbrennen des auf das Erzeugnis übertragenen Tonerbildes.

Im Fall der vorgenannten JP 08-146 819 A ist als Zwischenträger ein Endlosband vorgesehen. Ein derartiges Endlosband hat typbedingt eine gewisse Flexibilität und unterliegt daher Verformungen durch den Kontakt mit der Bildwalze und dem Erzeugnis, ist daher nicht stabil und damit formtreu, wie es für das Aufbringen eines unverzerrten, hohen Toleranzanforderungen genügenden, insbesondere großflächigen Bildes auf das Erzeugnis notwendig ist.

Ferner ist im bekannten Fall die zweite Korona-Ladeeinrichtung am Erzeugnis neben der Kontaktzone zwischen Endlosband und Erzeugnis angeordnet, wodurch die elektrostatische Übertragung des auf dem Endlosband befindlichen Zwischenbildes auf das Erzeugnis zu wünschen übrig läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- oder Keramikerzeugnissen anzugeben, die das Aufbringen eines unverzerrten, hohen Qualitätsanforderungen genügenden, insbesondere großformatigen Bildes auf das Erzeugnis ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebene Vorrichtung gelöst.

Um ein entsprechend unverzerrtes, hohen Qualitätsanforderungen genügendes Bild auf das Erzeugnis, insbesondere auf großformatige Erzeugnisse (0,25 m²) zu übertragen, kommt es darauf an, eine möglichst formtreue/stabile Ausbildung des Zwischenträgermediums zu erreichen. Das gelingt erfindungsgemäß am besten durch die Verwendung eines rotationssymmetrischen steifen Körpers, der Übertragungswalze. Dieser unterliegt nicht den Verformungen wie das Endlosband.

Dadurch, daß zwei Korona-Ladeeinrichtungen unterhalb des Erzeugnisses direkt in der Kontaktzone zwischen Übertragungswalze und Erzeugnis angeordnet sind, wird die elektrostatische Übertragung des auf der Übertragungswalze befindlichen Zwischenbildes auf das Erzeugnis signifikant verbessert.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungs beispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Erfindung näher beschrieben.

Auf einem Förderband 1 befinden sich Glas-, Glaskeramik- oder Keramikerzeugnisse 2, z. B. Kacheln oder Glaskeramikplatten für Kochfelder, auf die ein Dekor und/oder Beschriftungen und/oder Kennzeichnungen aufgebracht werden sollen. Das Bild des aufzubringenden Dekors bzw. der Text für die Beschriftung oder der Kennzeichnung wird mittels eines Personal-Computers 3 einer Elektrokopier-Einrichtung 4 zugeführt, deren prinzipieller Aufbau noch näher erläutert werden wird.

Die entsprechenden Bilder können vom Computer originär im Rahmen von entsprechenden graphischen oder Textprogrammen vorgegeben werden. Es ist jedoch auch möglich, die aufzubringenden Dekors bzw. Beschriftung/Kennzeichnungen aus einer Vorlage über einen Scanner in den Computer einzulesen; sie können dort ggf. noch modifiziert werden.

Die Elektrokopier-Einrichtung 4 besteht typischerweise aus einer Bildwalze 5, die mit einer photoleitfähigen Schicht versehen ist, die über eine entsprechende Belichtungsanordnung 6, beispielsweise durch einen gesteuerten Laserstrahl, entsprechend dem aufzubringenden Dekor bzw. der Beschriftung belichtet wird. Es entsteht dadurch in bekannter Weise ein "latentes" elektrostatisches Ladungsbild. Mittels eines aus einem Vorratsbehälter 8 zugeführten keramischen Toners, wie er beispielsweise aus der zitierten DE 44 13 168 C2 bekannt geworden ist, die insoweit zum Offenbarungsinhalt dieser Anmeldung gehören soll, wird das auf der Bildwalze befindliche latente elektrostatische Ladungsbild zu einem sichtbaren Tonerbild entwickelt, das anschließend auf eine Übertragungswalze 7 mit flexibler Oberfläche übertragen wird. Danach wird das Tonerbild der Übertragungswalze 7 direkt auf das Glas- bzw. Keramikerzeugnis 2 übertragen. Diese Übertragung erfolgt unter Zuhilfenahme eines elektrostatischen Feldes, das durch Anlegen einer Spannung an zwei Korona-Ladeeinrichtungen 9, 10 erzeugt wird, von denen eine 9 innerhalb der Übertragungswalze 7 und die andere 10 unter dem Substrat 2 in der Kontaktzone angeordnet ist. Die Korona- Ladeeinrichtungen können im einfachsten Fall durch einen Draht gebildet werden.

Danach wird das elektrostatisch übertragene Tonerbild mit üblichen Methoden auf dem Erzeugnis eingebrannt.

Durch das erzeugte elektrostische Feld wird das auf dem Zwischenträger 7 befindliche Tonerbild sehr exakt auf das Substrat 2 übertragen. Versuche haben dabei gezeigt, daß dies rückstandslos erfolgt, so daß die Aufbereitung der Übertragungswalze für das Übertragen des nächsten Ladungsbildes von der Bildwalze 5 vereinfacht ist und keine Gefahr für das Entstehen von Restbildern, die in die folgende Abbildung verschleppt werden, gegeben ist.

Prinzipiell kann die Übertragungswalze zwar auch durch ein Endlosband als Zwischenträger ersetzt werden.

Um ein entsprechend unverzerrtes, hohen Toleranzanforderungen genügendes Bild auf das Substrat insbesondere auf großformatige Substrate (0,25 m²) zu übertragen, kommt es jedoch darauf an, eine möglichst formtreue/stabile Ausbildung des Zwischenträgermediums zu erreichen. Das gelingt am besten durch die Verwendung eines rotationssymmetrischen steifen Körpers, einer Übertragungswalze. Dieser unterliegt nicht den Verformungen etwa wie das Endlosband. Der rotationsymmetrische Körper, die Übertragungswalze, kann beispielhaft aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), Polyethylen oder ähnlichen geeigneten Materialien ausgeführt sein. Diese Walze ist innen hohl ausgeführt, damit innenliegend Korona-Ladeeinrichtungen angebracht werden können, die den Übertrag des Toners auf das Substrat bewerkstelligen. Es ist vorteilhaft, auf der Oberfläche der Walze 7 eine Schicht aus einem Material aufzubringen, das den Toner trägt, aber bei der Koronenentladung eine rückstandslose Übertragung des Toners zuläßt. Hier hat sich als vorteilhaft die Verwendung eines Silikongummis als Beschichtungsmaterial erwiesen. Es können aber auch andere Materialien mit entsprechenden physikalischen Eigenschaften eingesetzt werden. Durch diese Beschichtung erhält die Oberfläche der Übertragungswalze auch eine gewisse Elastizität, was sich auch günstig hinsichtlich der Kontaktbildung auswirkt.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der Bildwalze 5 und der Tonerzufuhr 8, die die wesentlichen Komponenten der Elektrophotographie bzw. der Xeroxgraphie darstellen, sind grundsätzlich bekannt und brauchen daher hier im einzelnen nicht näher erläutert zu werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es erstmals in überraschender und vorteilhafter Weise gelungen, mit Mitteln der Elektrophotographie Glas- und Keramikerzeugnisse direkt, d. h. ohne Transfermittel im Sinne der Abziehbildtechnik, mit insbesondere auch großflächigen Dekors und/oder Zeichen unverzerrt zu versehen.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dekorierten Keramikerzeugnisse betreffen insbesondere die aus Ton oder tonmineralhaltigen Mischungen geformten und gebrannten Erzeugnisse. Weitere bevorzugte Keramikerzeugnisse beinhalten auch Produkte aus sonderkeramischen Werkstoffen, wie z. B. verschiedenste pulverförmige Materialien (z. B. Metalloxide), die auch silikatischer Natur sind. Beispielhaft können die Keramikerzeugnisse Waren aus Porzellan, Steingut, aber auch aus sonderkeramischen Stoffen, wie Stearin, Rutil, Cordierit und Cermets darstellen. Das Keramikerzeugnis kann weiterhin vor dem Dekorieren mit einer Glasur versehen werden, oder die Glasur kann nach dem Dekorieren aufgebracht werden. Glas-/Glaskeramikerzeugnisse umfassen im Rahmen der Erfindung alle aus einer Glasmasse hergestellten Erzeugnisse oder Erzeugnisse mit einer Glasoberfläche. Insbesondere sollen hierbei Glas-/Glaskeramikerzeugnisse erwähnt werden, die aus einfachen und zusammengesetzten Silikaten von Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Aluminium, Barium, Zink und Blei bestehen. Diese Gläser sind auf feurig flammenden Wege entstanden, und die abgekühlten Schmelzen bestehen im wesentlichen aus Siliciumdioxid. Calciumoxid und Natriumoxid, wobei Spezialgläser daneben auch größere Mengen von Bortrioxid, Phosphorpentoxid, Bariumoxid, Kaliumoxid, Lithiumoxid, Zirconoxid oder Bleioxid enthalten können. Siliciumdioxid, Boroxid und Phosphorpentoxid sind die eigentlichen Glasbildner, die auch die Grundlage des Emailles bilden. Dementsprechend sollen unter dem Begriff "Glaserzeugnis" auch Emailleerzeugnisse verstanden werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- und Keramiksubstrate unter Anwendung der Elektrophotographie, mit:

- einer Bildwalze (5), die eine elektrostatisch aufladbare photoleitfähige Schicht aufweist,
- einer Belichtungsanordnung (6) zur Erzeugung eines dem aufzubringenden Dekor und/oder Zeichen entsprechenden elektrostatischen Ladungsbildes auf der Bildwalze (5),
- einer Einrichtung zum Entwickeln des elektrostatischen Ladungsbildes mit keramischem Toner,
- eine Übertragungswalze (7), die im direkten Kontakt mit der Bildwalze (5) steht und auf die das Tonerbild von der Bildwalze (5) übertragen wird,
- einer Vorrichtung (1) zum Fördern des Glas-, Glaskeramik- oder Keramiksubstrats (2) zu einer Kontaktzone, in der das Substrat in Kontakt mit der Übertragungswalze (7) tritt,
- einer ersten, im Inneren der Übertragungswalze (7) oberhalb der Kontaktzone angeordneten Korona-Ladeeinrichtung (9), und einer zweiten, unterhalb des Substrats (2) in der Kontaktzone angeordneten Korona-Ladeeinrichtung (10), wobei die beiden Korona-Ladeeinrichtungen (9, 10) so mit Spannung beaufschlagbar sind, daß das Tonerbild elektrostatisch von der Übertragungswalze (7) auf das Substrat (2) übertragen wird, und mit
- Heizmitteln zum Einbrennen des auf das Substrat übertragenen Tonerbildes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Übertragungswalze (7) eine Hohlwalze ist, in deren Inneren die Korona-Ladeeinrichtung (9) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Übertragungswalze (7) aus Kunststoff, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder Polyethylen besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der auf die Oberfläche der Übertragungswalze (7) eine elastische Schicht, vorzugsweise aus Silikongummi, aufgebracht ist.