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Die
Erfindung betrifft elektronische Drucksysteme und insbesondere die
Architektur von Hochgeschwindigkeitsrollendruckpressen für den elektronischen
Druck.
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Unter
den Begriff elektronischer Druck fallen alle Tintenstrahldrucksysteme,
wie zum Beispiel Tintenstrahldrucker mit kontinuierlichem Strahl,
und alle anderen Systeme, bei denen Bilder getrocknet werden, um
das Bild auf dem Substrat zu fixieren, sowie Ionografie, Elektrofotografie
und alle anderen Systeme, bei denen Toner zum Schmelzen gebracht
wird, um das Bild auf dem Substrat zu fixieren. Große elektronische
Druckpressen nach dem Stand der Technik, für welche die von Scitex Digital
Printing, Inc., Dayton, Ohio, hergestellte Scitex 3500/3600-Reihe ein
typisches Beispiel ist, werden mit einem Standard-Schmelz/Fixier-
oder Fixier/Trocknungssystem ausgeführt und können mit hoher Geschwindigkeit und über die
volle Breite trocknen.
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Die
Auslegung eines typischen Fixier/Trocknungssystems entspricht weitgehend
der Auslegung der in der Druckindustrie allgemein verwendeten Fixiereinrichtungen.
Trockner werden in der Regel als Standardausführungen eingekauft, für die es
nur wenige Sonderausstattungen gibt. Sie können für Anwendungen mit niedriger
Geschwindigkeit mit geringerer Leistung betrieben werden, die Standarderzeugnisse
sind jedoch generell nicht modular in dem im Folgenden beschriebenen
Sinne.
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Bei
herkömmlichen
Druckpressen werden alle Einrichtungen für den Druck in einem Tower
angeordnet. Papier wird dem Tower in Blattform oder endlos mit geeigneten
Papiertransporteinrichtungen zugeführt. Für typische Farbdruckpressen
werden mehrere „Tower" eingesetzt. Das
Papier wird sequentiell von einem Tower zum nächsten transportiert, wobei
jeder Tower eine bestimmte Farbe (oder manchmal eine transparente
Beschichtung) druckt. Für
Druckvorgänge,
bei denen die Tinte einer Farbe fixiert werden muss, bevor die nächste Farbe
gedruckt wird, kommt ein Standard-Fixier/Trocknungssystem zwischen
den Towern zur Anwendung.
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Wenn
ein Substrat beidseitig bedruckt werden soll, gibt es dafür mehrere
gängige
Optionen. Bei einer gängigen
Rollendruckpresse wird die erste Seite in einem ersten Tower bedruckt
und die Rückseite in
einem zweiten Tower. Für
diese Ausbildung wird ein Wendebalken zwischen den Towern benötigt. Ein Wendebalken
ist eine Anordnung von Walzen, welche die Papierbahn so umkehren,
dass die nicht bedruckte Seite des Papiers in einem folgenden Tower bedruckt
werden kann. In der Regel werden auf jeder Seite des Papiers mindestens
4 Farben benötigt,
sodass entweder 4 Tower (in Offsetpressen, die das Papier in jedem
Tower beidseitig bedrucken können) oder
8 Tower (wie zum Beispiel in Fällen,
in denen die Druckköpfe
nicht kopfstehend drucken können)
erforderlich sind. Das ergibt natürlich eine lange Druckpresse,
besonders dann, wenn zwischen den einzelnen Druckvorgängen Trockner
erforderlich sind. Lange Druckpressen haben unter anderem den Nachteil, dass
sie zuviel Stellfläche
und für
digitale Drucksysteme zuviel Datenspeicherplatz erfordern.
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Ferner
muss bei einem Mehrfarbendruckverfahren, beispielsweise einem Vierfarbendruckverfahren,
für ein
Bild mit einer Größe von mindestens
17'' × 34'',
Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb auf Papier mit einer Genauigkeit
von mindestens 1 Pixel (1/240stel eines Zolls) gedruckt werden.
Obwohl durch herkömmliche
Druckverfahren die Feuchtigkeit nur minimal erhöht wird, verursachen bestimmte
Tintenstrahlverfahren einen merklichen Feuchtigkeitsgehalt, insbesondere,
wenn zum Drucken mehrere Farben verwendet werden. Außerdem wirkt
sich das maßliche
Verhalten des Papiers nachteilig auf die Bildqualität aus. Der
Feuchtigkeitsgehalt bewirkt im Papier eine nicht isotrope Expansion
und Kontraktion mit ausgeprägter
Hysterese. Durch die Verwendung von Trocknern zwischen den einzelnen
gedruckten Farben kann zwar Feuchtigkeit entfernt werden, die dabei
möglicherweise
auftretenden großen
maßlichen
Veränderungen
des Papiers bzw. „Dehnung" oder „Schrumpfung" des Substrats hat
jedoch wiederum eine nachteilige Wirkung auf die Bildqualität. Da Papier
auf die Zugabe oder Entfernung von Wasser nahezu unverzögert reagiert,
stehen für
einen „guten" Mehrfarbendruck
nur wenige Sekunden zur Verfügung.
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US-A-5
546 116 offenbart eine verschiebbare Transporteinrichtung für einen
Mehrfarbenthermodrucker mit einmaligem Durchgang. Die verschiebbare
Transporteinrichtung umfasst eine Vielzahl von mit Abstand zueinander
montierten Schreibwalzen, eine um die Schreibwalzen geschlungene
Gebermediumbahn, eine Vielzahl von Druckköpfen, die jeweils in entsprechender
Beziehung zu einer der Schreibwalzen angeordnet sind, und zwei Antriebsrollen.
Die Schreibwalzen und die Antriebsrollen sind in einem Rahmen der
Transporteinrichtung montiert, sodass sie bei deren Bewegung mitgeführt werden.
Das Transportsystem ist zwischen einer Druckstellung, in der sich
die Schreibwalzen für
den Druckvorgang unter den Druckköpfen befinden, und einer zurückgezogenen
Stellung, in welche die Schreibwalzen zum Laden des Empfängermediums
aus ihrer Stellung unter den Druckköpfen geschoben werden, verschiebbar.
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GB-A-2
142 579 offenbart eine Aufzeichnungsvorrichtung mit Bilderzeugungsmitteln,
beispielsweise Tintenstrahlen, zum Erzeugen von Bildern mit Tinte
auf einem Aufzeichnungselement mit einer Tintenempfangsschicht.
Eine Energiequelle, beispielsweise ein Ultraviolettstrahler härtet die
Tintenempfangsschicht, nachdem das Bild darauf ausgebildet worden
ist.
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Es
besteht somit Bedarf für
eine verbesserte elektronische Druckarchitektur, welche die mit
elektronischen Drucksystemarchitekturen nach dem Stand der Technik
verbundenen Probleme überwindet
und insbesondere für
ein digitales Farbdrucksystem geeignet ist.
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Diesen
Bedarf deckt die vorliegende Erfindung, die ein System mit einer
kurzen Papierbahn zwischen der ersten und der letzten Farbe schafft. Dabei
werden alle Farben gedruckt, bevor eine Trocknung erforderlich ist.
Ferner berührt
die Papierbahn die Walzen unter jedem Druckkopf, um den richtigen
Abstand zwischen dem Substrat und den Strahlen aufrechtzuerhalten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Architektur eines elektronischen
Druckers so zu verbessern, dass ein Mehrfarbendruck mit ausgezeichneter
Bildqualität
erzielt werden kann. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass ein
solches System einen direkten Zugang zu den Druckköpfen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird von der in den folgenden Ansprüchen definierten Erfindung
gelöst.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 das
unerwünschte
Phänomen
der Papierkräuselung;
und
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2 eine
Ausbildung der Papierbahn und der Druckköpfe für die zur Vermeidung von Bildqualitätsproblemen,
wie zum Beispiel die in 1 dargestellte Papierkräuselung,
erfindungsgemäß vorgesehene
Druckerarchitektur.
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Die
Erfindung wird hier anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben.
Modifikationen und Variationen können
jedoch verwirklicht werden, ohne von der Wesensart der Erfindung
abzuweichen und ihren Umfang zu überschreiten.
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Da
Papier wasserbasierte Tinten absorbiert, versucht es, sich in Querrichtung
auszudehnen. Wenn das Papier um eine Walze geschlungen wird, haften
die äußeren (nicht
bedruckten) Ränder
an der Walze, während
der Rest der Bahn sich nach außen ausdehnt.
Dies führt
zu einer „Verwerfung" des Papiers zwischen
den fest haftenden Rändern,
sodass in Längsrichtung
Wellen oder Kräuselungen
entstehen, wie in 1 dargestellt. Kräuselung
tritt auf, wenn eine Papierbahn sich in Querrichtung ausdehnen will,
daran aber durch Haftung an den Rändern, beispielsweise auf einer
Walze, gehindert wird. Im Betrieb eines Mehrfarbendrucksystems ist
dieses Problem noch gravierender als „Offset" oder eine unerwünschte Übertragung der Tinte an die
Walzen.
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In
Hochgeschwindigkeitsrollendruckpressen für den elektronischen Druck
schrumpft ein Substrat mit einem gedruckten Bild beim Durchlaufen
eines Trockners in der Querrichtung. Weitere Farben oder Bilder
werden dann auf einem Bild ausgedruckt, das schmaler ist als das
ursprünglich
(auf dem nicht geschrumpften Substrat) ausgedruckte Bild, sodass
es zu einem Versatz kommt. Da der Fehler typischerweise in der Querrichtung
auftritt, ist es unglücklicherweise
nahezu unmöglich,
den Bildversatz durch irgendeine Kombination von Software und/oder
elektronischen Eingriffen zu korrigieren.
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Ein
weiteres Problem, das beim Drucken, insbesondere beim Mehrfarbendruck,
auftritt, ist das Ausbluten einer Farbe in eine andere. Ausbluten
tritt auf, wenn die zweite, dritte oder vierte Farbe auf nasse Bereiche
der vorhergehenden Tinte trifft und dann Sprenkelung oder Austreiben
verursacht. Um das Papier zu entkräuseln und Ausbluten zu vermeiden, wird
das Papier nach dem Stand der Technik zwischen aufeinander folgenden
Stationen getrocknet. Dadurch kann zwar Feuchtigkeit entfernt werden,
die Verwendung von Trocknern zwischen aufeinander folgenden Farbdrucken
kann jedoch große
maßliche Veränderungen
des Papiers oder Substrats zur Folge haben und die Bildqualität beeinträchtigen.
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Erfindungsgemäß kann Kräuselung
vermieden werden, wenn der Druckvorgang schnell abläuft und
die Papierbahn keine engen Umschlingungen auf Walzen mit kleinem
Durchmesser aufweist. Die Trocknung erfolgt dann nach Abschluss
aller Druckvorgänge,
vorzugsweise über
einer Walze mit großem
Durchmesser. Ausbluten kann ohne Trockner zwischen aufeinander folgenden
Stationen auch dadurch vermieden werden, das sorgfältig darauf
geachtet wird, jeweils nur soviel Tinte aufzubringen, wie zur Erzielung
der richtigen Farbe benötigt
wird.
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Da
sich Papier bei hoher Raumfeuchtigkeit sehr schnell ausdehnt, können messbare
Veränderungen
in weniger als einer Minute auftreten. Dieses Phänomen weist für verschiedene
Papierarten eine bemerkenswerte Konstanz auf. Wenn flüssige Tinte (häufig mit
einem Wassergehalt von 97%) auf Papier gebracht wird, wie dies bei
einem Tintenstrahlverfahren der Fall ist, treten die Veränderungen
noch schneller auf. Nicht zulässige
Veränderungen
können
in einem 17'' breiten Bild schon
innerhalb von 3 Sekunden auftreten.
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2 zeigt
eine Papierbahn für
eine vorgesehene Druckerarchitektur 10. Die Papierbahn
des sich in Richtung des Pfeils 13 bewegenden Substrats 12 und
die Anordnung der Druckköpfe 14 sind
bogenförmig
ausgebildet, wobei sämtlichen
Druckköpfen 14 nur
eine Trocknungsstation 16 nachgeschaltet ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung
gewährleistet auch
bei Verwendung mehrerer Farben eine einwandfreie Farbdeckung des
gedruckten Bildes und druckt aufeinander folgende Farben aus, bevor
das Substrat nachteilig auf den Feuchtigkeitsgehalt der Tinte reagieren
kann. Ein Encoder 18 liefert die Tachofunktion für alle Druckköpfe 14.
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Jedem
Druckkopf 14 ist eine Walze 20 zugeordnet, um
in der Papierbahn eine ausreichende Spannung aufrechtzuerhalten.
Die den mittleren Druckköpfen,
d.h. allen Druckköpfen
zwischen dem ersten Druckkopf 14a und dem letzten Druckkopf 14n,
zugeordneten Walzen weisen einen für die notwendige Reaktion auf
Reibung in der Walze 20 ausreichenden Umschlingungswinkel 22 auf.
Mit anderen Worten, der Winkel 22 reicht aus, die Reibung
an der Walze zu brechen, sodass das Papier nicht über die
Walze gleiten kann und die Walze sich ständig mit dem Papier bewegt.
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Ein
großer
Umschlingungswinkel hat mehrere Nachteile. Zum einen müssen die
Köpfe 14 mit großen Winkeln
zur Vertikalen arbeiten, insbesondere, wenn die Anzahl der Druckköpfe 14 zunimmt. Zum
anderen führt
ein großer
Winkel an den mittleren Druckköpfen 14 zu
einer Vergrößerung der
bogenförmigen
Ausbildung, was die Wartung der Köpfe 14 und der Papierbahnen
der Einheit 10 kompliziert. Schließlich besteht ein besonders
unerwünschter
Effekt eines zu großen
Umschlingungswinkels darin, dass dieser zur Kräuselung des Substrats 12 beiträgt.
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Umgekehrt
ist ein kleiner Winkel ebenfalls nicht wünschenswert. Bei einem zu kleinen
Winkel wird das Substrat 12 nicht richtig an der Walze 20 gehalten.
Dies führt
zu einer schlechten Druckqualität, möglicherweise
Reiben des Papiers am Fänger
und Versatz der bedruckten Breite durch „Wellenbildung" des Papiers, wobei
die Wellenbildung in Querrichtung der Bahn auftritt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Umschlingungswinkel 22 daher weniger als 45°, liegt genauer
gesagt im Bereich von 2 bis 15 Grad und hat vorzugsweise eine Größe von etwa
4°. Der
Mindestwinkel 22 ist daher der Winkel, der mindestens erforderlich
ist, damit sich die Walze 20 weiterhin dreht, während der
größte Winkel 22 der Winkel
ist, der maximal ohne Papierkräuselung
erreicht werden kann.
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Der
in 2 gezeigte Umschlingungswinkel 24 am
letzten Druckkopf 14n, wo das Substrat 12 in den
Trocknerbereich 16 einläuft,
beträgt
vorzugsweise weniger als 90°.
Der optimale Umschlingungswinkel 24 kann auf verschiedene
Weise bestimmt werden, beispielsweise durch Berücksichtigung der mechanischen
Konstruktionsanforderungen einschließlich der Bahneinlaufanforderungen
des Trockners, des Wunsches, die Gesamthöhe der Maschine möglichst
niedrig zu halten, und an der letzten Druckwalze in der Reihe den
Umschlingungswinkel 22 auf etwa 4° zu begrenzen. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Umschlingungswinkel 24 daher etwa 12°.
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Ein
Merkmal der Erfindung besteht darin, den Abstand zwischen dem ersten
Druckkopf 14a und dem letzten Druckkopf 14n so
zu konfigurieren, dass die Zeit zwischen der ersten zu druckenden
Farbe und der letzten zu druckenden Farbe minimiert. wird. Für eine gedruckte
Breite von etwa 18'' und ein gedrucktes
Bild mit vier Farben, d.h. vier Druckköpfe und eine Bahngeschwindigkeit
von 200 Fuß/Minute beispielsweise,
sollte die Zeit vom Druck der ersten Farbe bis zum Druck der letzten
Farbe nicht mehr als drei Sekunden betragen.
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Es
wird daher angestrebt, die Druckköpfe möglichst eng zu beabstanden,
wobei der Fachmann jedoch unschwer erkennen wird, dass der Verringerung
des Abstands zwischen den Druckköpfen
durch die Größe der Druckköpfe, die
Anzahl der Druckköpfe
und die Vermeidung des Ausblutens einer Farbe in eine andere (d.h.
die Absorption des gedruckten Bildes auf der Beschichtung) deutliche
Grenzen gesetzt sind. Der Fachmann wird ferner auch nachvollziehen können, dass
aufeinander folgende Druckköpfe
nicht immer den gleichen Abstand aufweisen müssen, weil nur der Abstand
zwischen dem ersten und dem letzten Druckkopf kritisch ist. Dieser
Abstand basiert erfindungsgemäß auf der
Bahngeschwindigkeit, die erforderlich ist, um ein Qualitätsbild zu
erhalten. Die Erfindung kann sinnvoll im Tintenstrahldruck eingesetzt werden
und hat den Vorteil, dass sie die Architektur eines elektronischen
Drucksystems verbessert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass sie einen Mehrfarbendruck mit ausgezeichneter Bildqualität ermöglicht.
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Die
Erfindung wurde hier anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen
ausführlich
beschrieben. Modifikationen und Variationen können jedoch verwirklicht werden,
ohne von der Wesensart der Erfindung abzuweichen und ihren Umfang
zu überschreiten.