DE4342303C2 - Schablonen- bzw. Siebdruckanlage mit rahmenlosem Schablonen- bzw. Siebspannsystem und geschlossenem Rakelkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schablonen- bzw. Siebdruckanlage.

Das Verfahren des Schablonendruckes ist in vielen Industriezweigen eine bekannte Technik zum Auftragen von Lacken, Pasten und anderen höherviskosen Medien auf zumeist ebenen Oberflächen. Die dabei verwendeten Schablonen lassen sich in zwei Gruppen unter­ teilen: umrahmte Schablonen, bei denen die Schablone fest in einen Rahmen eingespannt und verklebt wird, sowie rahmenlose Schab­ lonen, bei denen die Schablonenspannung erst nach dem Einbau in der Druckmaschine erfolgt. Letztere sind aufgrund ihres einfachen Auf­ baues kostengünstiger und finden daher zunehmend Verwendung. Zur Befestigung bzw. Fixierung rahmenloser Schablonen in der Druckmaschine sind verschiedene Verfahren bekannt: so werden die quer zur Druckrichtung liegenden Schablonenränder mit Fang- bzw. Indexbohrungen versehen, die dann in der Druckmaschine mittels Fangstiften eine Positionierung und Spannung der Schablone ermög­ lichen. Andere Verfahren sehen vor, daß statt der Indexbohrungen Versteifungsleisten (z. B. US-PS 3,303,777 bzw. EP 0 270 485) oder Ausbuchtungen (z. B. DE 91 08 120 U1) angebracht werden, die dann beim Einspannen in die Maschine eine Ansatzfläche zur Einleitung der Spannkraft bieten.

Allen o.g. Schablonenspannsystemen ist gemeinsam, daß kein absatz­ loser Übergang von der Oberfläche der eingespannten Schablone zur Oberfläche eines Parkfeldes realisiert werden kann. Der Rakelkopf muß deshalb im Falle des Schablonenwechsels in vertikaler Richtung von der Schablone abgehoben werden, wodurch Druckpaste auf der Schablone zurückbleibt.

Das Verfahren, bei dem ein Rakelkopf absatzlos zwischen den Ober­ flächen zweier Körper hin- und herbewegt werden kann, ist im Be­ reich des Tampondruckes bekannt. So wird in der Druckschrift DE 33 35 230 C2 eine Tampondruckmaschine vorgestellt, bei der der Rakelkopf von einer Klischeeoberfläche auf die Oberfläche einer plan anliegenden Metallplatte bewegt wird, ohne daß dabei der Rakelkopf vom Klischee abgehoben werden muß.

Die derzeit bekannten Druckrakel lassen sich ebenfalls in zwei Gruppen einteilen: offene und geschlossene Rakelsysteme. Bei offenen Systemen wird die Druckpaste meist manuell auf die Schab­ lone zwischen den Rakellippen aufgetragen. Die Druckpaste ist wäh­ rend den Druckprozessen den Umgebungseinflüssen (z. B. Temperatur, Luftfeuchte, Oxidation) ausgesetzt. Bei Änderung des Druckbildes (Schablonenwechsel) muß das verbleibende Pastendepot von der Schablone entfernt werden.

Geschlossene Rakelsysteme umschließen die auf der Schablone be­ findliche Druckpaste vollständig, so daß kein direkter Kontakt zur Außenluft auftritt. Die Druckpaste wird bei geschlossenen Systemen meist über ein Füllrohr in den von Rakellippen, Schablone und Füll­ rohr (Druckkammer) begrenzten Raum gepreßt.

Bei Ausführungen dieser Gattung sind z. B. die Rakellippen in der vertikalen Richtung im Rakelkopf frei beweglich und werden mit Hilfe des Fülldruckes dichtend an die Schablone gepreßt (DE-AS 24 37 708).

Bei einer anderen Realisierung (DE 42 28 177 A) kann die Druck­ breite durch stufenlos verschiebbare Kolben, die beide Enden des Füllrohres begrenzen, variiert werden. Hierbei können die beiden Kolben mittels Gewindespindeln zusammenge­ schoben werden, so daß sich die Druckbreite um ca. 50% reduzieren läßt.

Eine weitere Ausführung (AT-PS 338 209) sieht vor, daß das Füll­ rohr einen Kolben enthält, mit dem die im Füllrohr befindliche Druckpaste wieder ausgepreßt werden kann. Der Kolben kann zu­ sätzlich Sprühdüsen enthalten, mit denen das Füllrohr und die darun­ terliegenden Druckkammern ausgespült werden können. Der Kolben erreicht bei dieser Ausführung jedoch nicht die gesamte im Rakelkopf befindliche Druckpaste, sondern nur die innerhalb des Füllrohres. Der Füllraum unterhalb des Füllrohres wird vom Kolben nicht er­ reicht.

Die Nachteile o.g. Schablonendruckanlagen sind in den hohen Um­ rüstzeiten, schlechter Automatisierbarkeit sowie geringer Prozeß­ sicherheit zu sehen: so muß beim Schablonenwechsel der Rakelkopf von der Schablone abgehoben werden, wobei Druckpaste auf der Schablone zurückbleibt. Diese Pastenreste müssen manuell abge­ spachtelt werden und können meist nur unter Qualitätsverlust wie­ derverwendet werden. Automatische Schablonendruckanlagen (In-Line-Anlagen) verlangen darüber hinaus Schablonen-Reinigungs­ systeme, die eine vollständige Reinigung der Schablone innerhalb der Druckmaschine zwischen den einzelnen Druckzyklen und vor dem automatischen Schablonenwechsel gewährleisten. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die Schablone im eingespannten Zustand ober- und unterseitig über deren gesamten Fläche für Reinigungssysteme (Bürsten- Sprüh- und Trocknungseinheiten) zugänglich ist.

Da bei derzeitig bekannten Schablonendrucksystemen der Rakelkopf während dem Serienbetrieb auf der Schablone verbleiben muß, weil er beim Abheben größere Mengen Druckpaste auf der Schablone zurück­ gelassen würde, ist diese Voraussetzung für ein effektives Reinigen nicht gegeben. Darüber hinaus können die bekannten geschlossenen Rakelköpfe nicht vollständig entleert werden, da die automatische Entleerung bzw. Reinigung nur auf Teile des Füllraumes (Füllrohr) beschränkt ist. Es fallen damit erhöhte Wartungskosten an, wenn die im Rakelkopf befindliche Druckpaste vollständig und rückstandslos auszutauschen ist.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Schablonendrucksystem zu schaffen, das den heutigen Anforderungen in bezug auf Rüst- und Reinigungskosten, Automatisierbarkeit und Prozeßsicherheit gerecht wird.

Dies wird realisiert, indem die rahmenlose Schablone so einge­ spannt wird, daß der darauf befindliche Rakelkopf von der Ober­ fläche der Schablone zur Oberfläche eines Parkfeldes bewegt werden kann, ohne daß der Rakelkopf von der Schablone bzw. vom Parkfeld abgehoben werden muß und somit die unterseitige Abdichtung des ge­ schlossenen Rakelkopfes erhalten bleibt. Das heißt, ein geschlossener Rakelkopf kann von der Schablone entfernt und anschließend wieder zugekoppelt werden, ohne daß dabei Druckpaste auf der Schablone bzw. auf dem Parkfeld zurückbleibt.

Der auf das Schablonenspannsystem abgestimmte geschlossene Rakel­ kopf ist so ausgeführt, daß die darin befindliche Druckpaste lediglich von einem langgezogenen rechtwinkligen Füllraum umschlossen wird, dessen untere Begrenzung die Schablone bzw. das Parkfeld bildet. Ein darin eingebrachter formelastischer Kolben, der in Längsrichtung des Füllraumes bewegt wird, kann damit die gesamte im Rakelkopf befindliche Druckpaste erreichen und diese z. B. in die Vorratskar­ tusche zurückpressen. Da Druckpaste beliebig oft vom Rakelkopf in die Vorratskartusche bzw. von der Vorratskartusche in der Rakelkopf gepreßt werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, zum Absetzen neigende Druckpaste durch Umfüllen zu homogenisieren bzw. auszu­ tauschen und somit die Prozeßsicherheit der Druckpaste zu erhöhen. Der einfache Aufbau des Füllraumes läßt eine leichte Reinigung des Rakelkopfes zu und erlaubt eine effektive Temperierung der Druck­ paste durch flächig angebrachte Temperierelemente an der Rakel­ kopfoberseite sowie in Parkposition durch unterseitig im Parkfeld eingelassene Temperierelemente.

Im folgendem werden mögliche Realisierungen eines Drucksystems vorgestellt, dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Rakelkopf,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Rakelkopf,

Fig. 3 eine Gesamtansicht von Rakelkopf und Pastenkartusche,

Fig. 4 die Seitenansicht des Schablonenspannsystems,

Fig. 5 die Draufsicht des Schablonenspannsystems.

Die erste Variante des Rakelkopfes ist so ausgeführt, daß beide Rakellippen (1) sowie beide seitlichen Dichtlippen (2) in der verti­ kalen Richtung im Rakelkopfkörper (bestehend aus Deckplatte (11), Führungsplatten (10), Abstandshalter (9) und Adaptierungen (12)) beweglich gelagert sind und mittels Federdruckelementen (4) nach unten gedrückt werden und somit ein unterseitiges Abdichten des Rakelkopfes zur Schablone (13) bewirken. Ein Abdichten ist aufgrund des Federweges auch dann noch gesichert, falls der Abstand zwischen Schablone (13) und Rakelkopfkörper im Bereich von ca. 1 mm schwankt. Durch Verwendung mehrerer über die Rakellippe (1) ver­ teilten Federdruckelementen (4) kann die Rakellippe auch der Ober­ fläche einer leicht welligen Schablone (13) angeschmiegt werden. Die Rakellippen (1) sowie die seitlichen Dichtlippen (2) werden durch Spannstäbe (7) gegen Herausfallen gesichert. Die Spannstäbe (7) pressen darüber hinaus die Rakellippen (1) gegen die Deckplatte (11) sowie gegen die seitlichen Dichtlippen (2) und lassen dadurch einen abgedichteten Füllraum innerhalb des Rakelkopfes entstehen , der unterseitig durch die Schablone begrenzt wird. Die Anpreßkraft kann z. B. durch wellig ausgeführte Spannstäbe (7), die unter Vorspannung in den vormontierten Rakelkopf eingeschoben werden, erzielt werden. Durch einfaches Herausziehen der Spannstäbe (7) können die Rakellippen (1) und die seitlichen Dichtlippen (2) zur Reinigung aus dem Rakelkopf entfernt werden.

Eine zweite Variante des Rakelkopfes sieht vor, daß beide Rakel­ lippen (1), seitliche Dichtlippen (2), Deckplatte (11) sowie oberseitige Temperierelemente (8) starr und abdichtend miteinander verschraubt sind und damit ein starres Rakelkopfinnenteil bilden, das in der vertikalen Richtung im Rakelkopfkörper (bestehend aus Führungs­ platten (10), Abstandshalter (9) und Adaptierungen (12)) beweglich gelagert ist und durch Federdruckelemente (4) nach unten gedrückt wird. Es entsteht hierdurch ebenfalls ein abgedichteter Füllraum innerhalb des Rakelkopfes, der unterseitig von der Schablone be­ grenzt wird. In dieser Ausführung dienen die Spannstäbe (7) lediglich zur Sicherung des Rakelkopfinnenteiles gegen Herausfallen.

In beiden Ausführungen enthält der im Rakelkopf befindliche Füll­ raum einen in horizontaler Richtung frei beweglichen Ausgleichs­ kolben (5), der den Füllraum in einen pastenseitigen Füllraum (23) und einen luftseitigen Füllraum (24) teilt. In vertikaler Richtung ist der Ausgleichskolben (5) formelastisch ausgeführt, wodurch mögliche Abstandsschwankungen zwischen Schablone (13) und Deckplatte (11) ausgeglichen werden und damit eine dichtende Trennung von pasten- und luftseitigem Füllraum sichergestellt wird.

Druckpaste wird eingefüllt, indem der luftseitige Füllraum (24) des Rakelkopfes über ein Ventil an Anschluß <B< auf Entlüftung ge­ schaltet und gleichzeitig der luftseitige Füllraum der Pastenkar­ tusche (21) über Anschluß <A< mit Überdruck beaufschlagt wird. Der Überdruck treibt die in der Kartusche befindliche Paste über den Füllschlauch (20) in den pastenseitigen Füllraum (23) des Rakelkopfes und schiebt den Ausgleichskolben (5) nach links, wodurch der Rakel­ kopf befüllt wird. Der Füllvorgang ist dann beendet, wenn der Aus­ gleichskolben die linke seitliche Dichtlippe (2) erreicht hat.

Das Entleeren des Rakelkopfes findet unter umgekehrten Druckver­ hältnissen an den Anschlüssen <A< und <B< statt: der Überdruck im luftseitigen Füllraum (24) des Rakelkopfes schiebt den Ausgleichs­ kolben nach rechts und preßt die Druckpaste in die Pastenkartusche (21) zurück. Der Rakelkopf kann hiermit automatisch gefüllt und entleert werden, ohne daß dabei Druckpastenreste im Rakelkopf zu­ rückbleiben oder Druckpaste mit der Außenluft in Berührung kommt. Zum Absetzen neigende Druckpaste wird durch Umfüllen der Druck­ paste vom Rakelkopf zur Pastenkartusche (21) und umgekehrt homo­ genisiert, durch ein im Füllschlauch (20) eingebrachtes Aufmischele­ ment kann ggf. der Homogenisierungsprozeß verbessert werden. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, daß der Weg des Ausgleichs­ kolbens (5) beim Befüllen des Rakelkopfes durch einen variablen An­ schlag oder durch eine Anschlagbuchse vorzeitig begrenzt wird - mit der Position des Anschlages kann demnach die Druckbreite des Rakelkopfes auf die jeweiligen Bedürfnisse eingestellt werden. Das Schablonenspannsystem ist so ausgeführt, daß die Oberfläche der eingespannten Schablone (13) absatzlos von der Oberfläche eines Parkfeldes (15) fortgeführt wird. Es wird hierzu eine Schablone vor­ geschlagen, die an der vorderen und hinteren Stirnseite über die ge­ samte Breite mit einer steifen Vierkantleiste (14) unterseitig ver­ schweißt oder verklebt wird. Schablone (13) und Vierkantleiste (14) müssen dabei bündig abschließen und nach dem Verschweißen bzw. Verkleben am oberen Ende eine möglichst scharfe Kante bilden (siehe Fig. 4, Einzelheit X), so daß sich zwischen Parkfeld und einge­ spannter Schablone keine Druckpaste ablagern kann. Die Spannung der Schablone erfolgt erst in der Druckmaschine, wobei die Spann­ kraft F_S vom Schablonenspannsystem über die unterseitig ange­ schweißten Vierkantleisten (14) zur Schablone (13) geführt wird. Unterseitige Federdruckfixierungen (17) pressen die Schablone gegen die oberseitigen Spannschieber (18), die mittels Spannhebel (19) auf das Parkfeld geklemmt sind. Damit wird sichergestellt, daß die Oberfläche der Schablone und die Oberfläche des Parkfeldes bündig abschließen und ein absatzloser Übergang von der Schablone ( 13) zum Parkfeld (15) vorliegt. Der Rakelkopf kann so ohne Druckpastenver­ lust von der Schablone auf das Parkfeld bewegt werden. In diesem Zustand ist die ganze Schablone ober- und unterseitig frei zugänglich und frei von Druckpaste, automatische Schablonenreinigungsvor­ richtungen können dadurch auf der ganzen Schablone optimale Reinigungsergebnisse erzielen und beim Umrüsten der Maschine kann die Schablone ohne vorherigen Pastenabstrich bzw. Reinigung ausgetauscht werden.

Es besteht die Möglichkeit, daß in das Parkfeld (15) ein geregeltes Temperierfeld (16) eingelassen wird, um die Druckpaste auch unter­ seitig auf die optimale Prozeßtemperatur zu bringen. Es wird damit genau diejenige Paste zwischen den Druckzyklen nachtemperiert, die beim Rakeln direkten Kontakt zur Schablone hat und damit das Druckergebnis wesentlich beeinflußt. Bei Bedarf kann das Schablo­ nenspannsystem auch mit zwei temperierten Parkfeldern realisiert werden, so daß die unterseitige Temperierung der Lotpaste sowie der Schablonenaustausch in der vorderen und hinteren Endstellung des Rakelkopfes durchgeführt werden kann.

Die oberseitige Temperierung erfolgt durch das auf dem Rakelkopf aufmontierte Temperierfeld. Fig. 4 und Fig. 5 zeigen als Beispiel ein solches System, das mit Peltierelementen realisiert wurde. Die Tat­ sache, daß Druckpaste ober- und unterseitig temperiert und zugleich seitlich von Rakellippen mit großem Wärmeleitwiderstand um­ schlossen wird, gewährleistet eine homogene, frei wählbare Prozeß­ temperatur innerhalb des gesamten Rakelkopfes. Eine weitere Vor­ aussetzung für einen reproduzierbaren Schablonendruck ist ein kon­ stanter Rakelkopfinnendruck, also der Druck, der auf die Paste wirkt und diese in die Öffnungen der Schablone treibt. Hierzu wird der Innendruck mittels Drucksensor gemessen und ggf. über den Druck­ anschluß <A< nachgeregelt. Bei höherviskosen Druckpasten ist nach diesem Verfahren jedoch ein starker Druckabfall entlang der Längs­ achse des pastenseitigen Füllraumes (23) zu erwarten. Beim Rakel­ kopf nach Variante 1 kann in diesem Fall eine Druckregelung dadurch realisiert werden, indem der Innendruck an der linken und rechten Seite des Rakelkopfes gemessen und darauf hin bei abgesperrtem Füllschlauch die über die Rakelkopfadaptierung (12) auf den Rakel­ kopfkörper wirkenden Kräfte (F₁ und F₂) angepaßt werden.

Claims (15)

1. Schablonen- bzw. Siebdruckanlage mit einem rahmenlosen Scha­ blonen- bzw. Siebspannsystem, bei dem die Oberfläche der einge­ spannten Schablone bzw. des Siebes (13) absatzlos von der je­ weiligen Oberfläche mindestens eines Parkfeldes (15) fortgesetzt wird, wodurch der Rakelkopf ohne Vertikalbewegung von der Oberfläche der Schablone bzw. des Siebes (13) zur Oberfläche des Parkfeldes (15) bewegt werden kann und mit einem Rakelkopf, der in geschlossener Bauform ausgeführt ist und mindestens einen in horizontaler Richtung frei beweglichen Ausgleichskolben (5) ent­ hält, wobei dieser Ausgleichskolben (5) in vertikaler Richtung formelastisch ausgeführt ist und wobei dieser Ausgleichskolben (5) das gesamte Pastenvolumen im Rakelkopf erreicht.

2. Druckmaschine nach Anspruch 1, wobei die Druckbreite durch einen variablen Anschlag, der den Füllweg des Ausgleichkolbens (5) beschränkt, eingestellt werden kann.

3. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-2, wobei der pasten­ seitige Füllraum (23) des Rakelkopfes einen Einfüllstutzen auf­ weist, der über einen Füllschlauch (20) mit einer Pastenkartusche (21) verbunden ist.

4. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-3, wobei der luftseitige Füllraum (24) des Rakelkopfes einen Be- und Entlüftungsstutzen aufweist, der mit einem Ventil verbunden ist, das in einer Schalt­ stellung ein Druckmedium in den luftseitigen Füllraum leitet, in der zweiten Schaltstellung den luftseitigen Füllraum auf Entlüftung schaltet.

5. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-4, wobei der luftseitige Füllraum der Pastenkartusche (21) zum einen mit einstellbarem Überdruck beaufschlagt und zum anderen auf Entlüftung ge­ schaltet werden kann.

6. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-5, wobei im Füllschlauch (20) zwischen Pastenkartusche und Rakelkopf ein Aufmischelement eingebracht werden kann, das die Druckpaste beim Befüllen und Entleeren des Rakelkopfes homogenisiert.

7. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-6, wobei beide Rakel­ lippen (1) sowie beide seitlichen Dichtlippen (2) in der vertikalen Richtung im Rakelkopfkörper beweglich gelagert sind und mittels Federdruckelementen (4) nach unten gedrückt werden und somit ein unterseitiges Abdichten des Rakelkopfes zur Schablone bzw. zum Sieb (13) hin bewirken.

8. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-7, wobei die Rakellippen (1) sowie die seitlichen Dichtlippen (2) durch Spannstäbe (7) gegen Herausfallen gesichert werden.

9. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-8, wobei der Druck im pastenseitigen Füllraum (23) des Rakelkopfes von mindestens ei­ nem Drucksensor (6) erfaßt und als Istwert eines Druckregel­ kreises herangezogen wird.

10. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-9, wobei der Druck im pastenseitigen Füllraum des Rakelkopfes entweder durch den auf die Pastenkartusche wirkenden Fülldruck oder bei abgesperrtem Füllschlauch (20) durch die Anpreßkraft, mit der die Adap­ tierungen (12) den Rakelkopfkörper gegen die Schablone bzw. Sieb (13) pressen, eingestellt werden kann.

11. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-10, wobei die Tempe­ rierung der im Rakelkopf befindlichen Paste durch oberseitig auf­ gebrachte Temperierelemente (8) erfolgt.

12. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-11, wobei eine rahmen­ lose Schablone bzw. ein rahmenloses Sieb (13) verwendet wird, welches unterseitig am vorderen und hinteren Ende über die ge­ samte Breite mit einer Vierkantleiste (14) bündig verschweißt wird.

13. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-12, wobei die Schablone bzw. das Sieb (13) unterseitig lediglich an den Vierkantleisten (14) sowie oberseitig im Randbereich geklemmt wird.

14. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-13, wobei die Längs­ spannung der rahmenlosen Schablone bzw. Siebes (13) erst im Schablonenspannsystem erfolgt.

15. Druckmaschine nach den Ansprüchen 1-14, wobei in das Park­ feld (15) ein Temperierfeld (16) eingelassen werden kann, mit dem die im Rakelkopf befindliche Druckpaste auch unterseitig tempe­ riert wird.