Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bebilderung einer
Druckform für einen Nassoffsetdruck. Insbesondere wird die Erfindung im
Zeitungsoffsetdruck, vorzugsweise Zeitungsoffsetrollendruck, eingesetzt.
Im Zeitungsoffset hat sich infolge der fortschreitenden Entwicklung der
Computertechnologie der Vorstufenbereich stark verändert. Arbeitsgänge, die bislang
manuell durchgeführt wurden, sind durch sogenannte Computer-To-Technologien ersetzt
worden. Die derzeit aktuelle Entwicklungsstufe ist im Zeitungsbereich mit Computer-To-Plate
erreicht worden. Die Weiterentwicklung geht in Richtung Computer-To-Press. d.h.
in Richtung einer Direktbebilderung in der Maschine.
Ein direkt bebilderbarer Druckformzylinder ist aus der US-PS 5 293 817 bekannt. Der
Druckformzylinder weist einen porösen Außenmantel auf. Die Feuchtung erfolgt durch
das Innere des Zylinders durch den porösen Außenmantel hindurch. Die Porösität des
Zylindermantels liegt zwischen 20 und 45%. Der Durchmesser der Poren des
Zylindermantels nimmt zur Außenseite des Zylindermantels hin ab und liegt zwischen 3
und 100 µm. Die Poren des Zylindermantels kommunizieren miteinander. Die Bebilderung
erfolgt über ein Thermotransfer- oder ein Inkjetverfahren mittels einer Bildinformations-Übertragungseinrichtung.
Als Alternative wird die Verwendung einer erhitzten Elektrode
in Pinform erwähnt, um oleophiles Material auf den Zylindermantel aufzutragen.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Bebilderung einer Druckform in
einer Nassoffsetdruckmaschine auf einfache, preiswerte und präzise Weise zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Bebilderung einer Druckform für einen
Nassoffsetdruck aus, bei dem an einer unbebilderten Oberfläche der Druckform ein
Druckbild durch Ausbildung von farbannehmenden und farbabweisenden Stellen erzeugt
wird. Die Oberfläche wird im bebilderten und auch im unbebilderten Zustand wegen ihrer
Funktion der Übertragung von Farbe im Folgenden als farbübertragende Oberfläche
bezeichnet.
Nach der Erfindung erfolgt die Erzeugung des Druckbilds, d.h. die Bebilderung, indem
die noch unbebilderte farbübertragende Oberfläche mit einem Feuchtmittel benetzt wird,
diejenigen Stellen der gefeuchteten Oberfläche, die farbannehmend auszubilden sind,
gezielt, d.h. bildgemäß, getrocknet werden und anschließend Material, das Druckfarbe
annimmt und Feuchtmittel vorzugsweise abweist, auf die farbübertragende Oberfläche mit
den noch trockenen Stellen aufgetragen wird. Das Material wird, wie Druckfarbe auch,
von dem Feuchtmittel abgewiesen, d.h. es wird auf die feuchten Stellen nicht übertragen.
Da eine Feuchmittelzufuhr vorzugsweise gleichmäßig und kontinuierlich auch während der
Bebilderung erfolgt, wird das Material vorzugsweise so rasch wie möglich nach der
bildgemäßen Trocknung der farbübertragenden Oberfläche aufgetragen, so dass die
getrockneten Stellen nicht vor dem Auftragen des farbannehmenden Materials wieder mit
Feuchtmittel benetzt sind.
Ein Feuchtmittelfilm, der die farbübertragende Oberfläche benetzt, sollte, gemittelt über
die Fläche eines Bildpixels, höchstens 1 µm dick sein, um die Verdampfungsenergie
gering zu halten. Vorzugsweise wird die Dicke auf einen Wert zwischen 0.2 bis 0.5 µm
eingestellt.
Ohne die Erfindung zu verlassen, kann das Verfahren so abgewandelt werden, dass zur
Bebilderung zunächst ein fließfähiges Material gleichmäßig auf die farbübertragende
Oberfläche aufgetragen wird, das Druckfarbe annimmt und Feuchtmittel vorzugsweise
abweist, dieses Material dann gezielt an den farbannehmend auszubildenden Stellen
erhärtet bzw. zum Härten gebracht und an den farbabweisend auszubildenden Stellen, wo
es noch fließfähig ist, mittels Feuchtmittel entfernt wird.
Die beiden genannten Verfahrensalternativen weisen den Vorteil auf, dass zunächst die
farbübertragende Oberfläche gleichmäßig benetzt bzw. bedeckt wird, wofür einmal
Feuchtwasser und einmal farbannehmendes und feuchtmittelabweisendes Material verwendet
wird, und dann die gleichmäßig benetzte bzw. bedeckte Oberfläche der Druckform
durch Trocknung des Feuchtmittels oder Härtung, insbesondere Eintrocknen, des
farbannehmenden/feuchtmittelabweisenden Materials gezielt mit dem Druckbild versehen
wird, in dem die getrockneten Stellen oder die Stellen mit dem erhärteten Material die
farbannehmenden Stellen bilden. Eine Auftragseinrichtung, mit der ein farbannehmendes
und feuchtmittelabweisendes Material unmittelbar bildgemäß aufgetragen wird, ist zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich. Indem zur Erzeugung
des Druckbilds in beiden Verfahrensalternativen nur ein gleichmäßiger Materialauftrag
vorgenommen wird, werden die Kosten für die Auftragseinrichtung zur Bebilderung
deutlich reduziert.
Unter einem gleichmäßigen Auftrag im Sinne der Erfindung wird jeglicher Materialauftrag
zur Bebilderung verstanden, der nicht selbst bereits bildgemäß erfolgt. Bevorzugt erfolgt
der Materialauftrag über die gesamte Oberfläche der Druckform oder zumindest in
Oberflächenstreifen gleichmäßig.
Das farbannehmende/feuchtmittelabweisende Material ist vorzugsweise Druckfarbe,
besonders bevorzugt Druckfarbe der laufenden Produktion, in der die bebilderte Druckform
dann verwendet wird.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in beiden Alternativen ist, dass
zum Auftrag des farbannehmenden und vorzugsweise feuchtmittelabweisenden Materials
im Zuge der Bebilderung eine für die laufende Produktion sowieso vorhandene Farbauftragseinrichtung,
beispielsweise eine Farbwalze, verwendet werden kann. Die Verwendung
solch einer Farbauftragseinrichtung, insbesondere eine Farbwalze, entspricht auch
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es könnte jedoch auch
eine gesonderte Auftragswalze oder eine andere geeignete Auftragseinrichtung, beispielsweise
eine Sprüheinrichtung, nur zur Bebilderung oder zur Bebilderung und für den
nachfolgenden Farbauftrag vorgesehen sein. Immerhin müsste auch in solch einer Ausbildung
der Materialauftrag nicht bildgemäß gesteuert erfolgen.
Bildgemäß ist in jedem Falle nur die Trocknung des Feuchtmittels und/oder die Härtung
des farbannehmenden/vorzugsweise feuchtmittelabweisenden Materials. Eine hierfür
bevorzugt verwendete Bildübertragungseinrichtung wird mit Halbleiterlasern, insbesondere
Lasern, vorzugsweise Laserdioden, besonders bevorzugt durch ein Array oder mehrere
Arrays von Infrarot Laserdioden, gebildet.
Die erfindungsgemäß bildgemäße, immaterielle Behandlung eines zuvor gleichmäßig auf
die farbübertragende Oberfläche der Druckform aufgebrachten Materials bzw.
Feuchtmittels erlaubt auch eine präzisere Bilderzeugung als dies durch einen unmittelbaren
bildgemäßen Materialauftrag möglich ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Bebilderung einer Druckform in einer
Rotationsdruckmaschine für den Nassoffsetdruck. Bei der Maschine handelt es sich
vorzugsweise um eine Rollendruckmaschine für den Zeitungsoffset. Die Vorrichtung
umfasst einen Druckformzylinder mit der Druckform, eine Feuchteinrichtung zur Benetzung
einer farbübertragenden Oberfläche der Druckform mit Feuchtmittel und eine
Auftrags- und Bildübertragungseinrichtung, mit der an der farbübertragenden Oberfläche
durch Aufbringung eines Druckfarbe annehmenden und Feuchtmittel abweisenden Materials
ein Druckbild mit farbannehmenden Stellen und feuchtmittelannehmenden Stellen
erzeugt wird.
Erfindungsgemäß weist die Auftrags- und Bildübertragungseinrichtung ein Auftragsmittel
zum gleichmäßigen Auftrag eines fließfähigen Materials, das Druckfarbe annimmt und
Feuchtmittel vorzugsweise abweist, und eine Bestrahlungseinrichtung, vorzugsweise
Belichtungseinrichtung auf. Das Druckbild wird durch eine Kombination aus Materialauftrag
mittels des Auftragsmittels und Bestrahlung derjenigen Stellen der farbübertragenden
Oberfläche mittels der Bestrahlungseinrichtung erzeugt, die farbannehmend auszubilden
sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Auftragsmittel um ein Auftragsmittel, das in
der laufenden Produktion die Druckfarbe auf den Druckformzylinder überträgt.
In einer großen Rotationsdruckmaschine mit einer Mehrzahl von Druckformzylindern ist
vorzugsweise jedem dieser Druckformzylinder solch eine Auftrags- und Bildübertragungseinrichtung
zugeordnet. Mit zunehmender Maschinengröße, d.h. Anzahl der Druckformzylinder,
wachsen mit der erfindungsgemäßen Direktbebilderung die Kostenvorteile vor
allem dann, wenn die Druckproduktionen oft wechseln und Ausfallzeiten minimiert
werden sollen.
Ferner betrifft die Erfindung eine feuchtmitteldurchlässige Druckform und ein Verfahren
zur Herstellung solch einer Druckform. Es handelt sich hierbei um eine Druckform für
eine Nassoffset-Rotationsdruckmaschine. Die Druckform weist eine bebilderbare oder
bebilderte Oberfläche zur Übertragung von Druckfarbe auf.
Zumindest an einer farbübertragenden Oberfläche ist die unbebilderte Druckform feuchtmittelfreundlich
bzw. -annehmend, vorzugsweise hydrophil. Die Druckform kann, wie
bekannte Druckformen auch, beispielsweise eine Druckformplatte oder vorzugsweise eine
Druckformschale sein, die auf einem Trägerzylinder befestigt wird, beispielsweise mittels
einer bekannten Spannvorrichtung. Solche eigenstabilen, bebilderbaren oder bebilderten
Druckformen sind als solche ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Der Trägerzylinder
bildet in diesem Fall zusammen mit der befestigten Druckform den Druckformzylinder.
Grundsätzlich kann die Druckform auch eine Zylinderhülse sein. Nachteil solch einer
Druckformhülse wäre allerdings, dass der Trägerzylinder nur einseitig drehgelagert
werden könnte, um die Druckformhülse auf einfache Weise wechseln zu können. Ebenso
sind Druckformzylinder Gegenstand der Erfindung, die eine bebilderbare oder bereits
bebilderte Druckform an einer Zylindermantelfläche aufweisen, wobei die Druckform
nicht entfernt werden kann; zumindest kann die Druckform in dieser Ausbildung nicht
zerstörungsfrei entfernt werden.
Die Druckform ist in einer radialen Richtung durchlässig für ein Feuchtmittel. Im Falle
einer Druckplatte, die auf einem Trägerzylinder befestigt wird, ist die Richtungsangabe
auf den montierten Zustand bezogen. Der Druckformzylinder einschließlich Druckform
weist eine Einrichtung auf, mittels der das Feuchtmittel zur Druckform führbar ist. Als
Trägerzylinder wird im Sinne der Erfindung derjenige Zylinderkörper der Druckformzylinders
verstanden, auf dem die Druckform angebracht ist, entweder als eigenständige
Druckplatte oder, wie vorstehend bereits ausgeführt, als fester Bestandteil. In beiden
Ausführungsformen wird das Feuchtmittel, insbesondere Feuchtwasser, von der Rückseite
der Druckform an die farbübertragende Oberfläche der Druckform gebracht. Da aufgrund
der radialen Durchlässigkeit der Druckform an der farbübertragenden Oberfläche Durchlasskanäle
für das Feuchtmittel münden, kann die Feuchtung der Druckform, d.h. der
farbübertragenden Oberfläche, und damit die Farbannahme oder -abweisung durch ein
gezieltes Schließen von Durchlasskanälen an der farbübertragenden Oberfläche bewirkt
werden. Im Bereich von geschlossenen Durchgangskanälen kann kein Feuchtmittel an die
farbübertragende Oberfläche gelangen, so dass in dem den Durchgangskanal einschließendenden
Bereich Farbe angenommen wird.
Obgleich die farbübertragende Oberfläche grundsätzlich durch Perforation einer zunächst
geschlossenen Oberfläche hergestellt werden kann, weist die Druckform vorzugsweise als
Druckschicht eine äußere Materialschicht auf, die porös ist.
Die Druckform ist nach der Erfindung schichtweise aufgebaut und weist eine äußere
Druckschicht mit der bebilderbaren oder bebilderten Oberfläche und eine angrenzend
darunterliegende Unterschicht auf. Vorzugsweise nimmt die Durchströmbarkeit der
Druckform an einer Grenzfläche von der Unterschicht in die Druckschicht abrupt um ein
Mehrfaches ab. Entsprechend nimmt der Strömungswiderstand zu. Vorteilhafterweise
können diese beiden Schichten aus unterschiedlichen Materialien bestehen und auch
dadurch optimal erfindungsgemäß unterschiedlichen Funktionen angepasst sein.
Unter Durchströmbarkeit wird im Sinne der Erfindung das Volumen des verwendeten
Feuchtmittels verstanden, das durch eine Schicht mit einer ausgeführten Dicke bezogen
auf einen über diese Schicht wirkenden Differenzdruck pro Zeit und Fläche hindurchströmt,
wobei als Fläche die äußere Oberfläche der Schicht genommen wird. Die Durchströmbarkeit
wird als Materialkennwert im Folgenden auf den unbebilderten Zustand der
farbübertragenden Oberfläche bezogen.
Unter einer abrupten Abnahme im Sinne der Erfindung wird nicht nur eine plötzliche, für
die praktischen Belange als unstetig anzusehende Änderung der Durchströmbarkeit
verstanden, sondern auch eine stetige Änderung. Im letzteren Falle weist die Durchströmbarkeit
beim Übergang von der Unterschicht in die Druckschicht einen steilen Gradienten
auf. Eine in der Praxis nie gänzlich zu vermeidende Übergangszone von der Unterschicht
in die Druckschicht, in der die erfindungsgemäße Änderung der Durchströmbarkeit
stattfindet, ist jedenfalls dünner als die Druckschicht. Es wird erfindungsgemäß eine
möglichst steile Abnahme der Durchströmbarkeit von der Unterschicht in die Druckschicht
angestrebt.
Nach einem Verfahren zur Herstellung solch eines Zylinders wird zuerst die Unterschicht
gebildet, vorzugsweise durch ein Vlies aus nichtrostenden Metallfasern. Solch ein Vlies
weist vorteilhafterweise eine im Vergleich zu Materialien gleicher Porosität hohe Zug- und
Druckfestigkeit auf. Gesinterte und auf eine definierte Dicke gewalzte Vliese aus nichtrostenden
Metallfasern sind besonders geeignet. Geeignete Vliese sind aus der Filtertechnik
bekannt.
Die Druckschicht wird durch Beschichtung der Unterschicht, vorzugsweise mittels
Plasmaspritzen, erhalten. Sie wird bevorzugt als Keramikschicht gebildet.
Die Unterschicht weist sowohl in radialer Richtung als auch in Axial- und in Umfangrichtung
eine um ein Mehrfaches größere Durchströmbarkeit als die unmittelbar angrenzende
Druckschicht auf. Vorzugsweise ist ihre Durchströmbarkeit um das wenigstens
Hundertfache, besonders bevorzugt um wenigstens das Tausendfache größer als die der
Druckschicht. Die Unterschicht ist an ihren freien Rändern vorzugsweise gegen Feuchtmitteldurchtritt
abgedichtet. Vorzugsweise ist die gesamte Druckform an ihren freien
Rändern abgedichtet.
Durch den erfindungsgemäß schichtweisen Aufbau der Druckform wird der Strömungswiderstand
bzw. die Durchströmbarkeit der Druckform insgesamt in praktischer Näherung
ausschließlich durch die Druckschicht bestimmt. Die Druckschicht weist vorzugsweise ein
einheitliches Materialgefüge auf und kann nicht zuletzt daher der geforderten Druckfeinheit
optimal angepasst hergestellt werden. Ihre Struktur bzw. ihr Gefüge ist derart, dass
sie von Kapillarporen durchzogen wird, die sehr fein sind und an der farbübertragenden
Oberfläche eine hohe Flächendichte aufweisen. Pro Bildpixel mündet an der Oberfläche
wenigstens eine solche Kapillarpore. Gleichzeitig wird die Porosität der Druckschicht
gering gehalten. Vorzugsweise liegt sie unter 20%. Es handelt sich um eine offene
Porosität.
Die Druckform hat den weiteren Vorteil, dass mittels einer einzigen dünnen, in sich
gleichmäßigen Schicht, der Druckschicht, ein besonders gut definierter Druckabfall durch
diese Schicht hindurch einstellbar ist. Die darunterliegende Unterschicht hat in Bezug auf
die Feuchtmittelführung die Aufgabe, das Feuchtmittel gleichmäßig unterhalb der Druckschicht
über die Fläche zu verteilen. In ihr bildet sich der den Überdruck an der Rückseite
der äußeren Druckschicht mitbestimmende Feuchtmittelpegel. Durch die erfindungsgemäße
Ausbildung bildet sich an der Rückseite der äußeren Druckschicht eine Art
Feuchtmittelsee. Das Feuchtmittel drückt so besonders gleichmäßig gegen die Druck_
schicht, so dass sich insgesamt definierte Druckverhältnisse einstellen und damit eine
präzise Feuchtmittelführung möglich ist. Ferner findet in Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen
des Druckformzylinders, beispielsweise beim Hoch- oder Herunterfahren der
Maschine, praktisch eine verzugslose Anpassung des Feuchtmitteldrucks an die jeweils
benötigten Feuchtmittelzufuhrraten zur Oberfläche statt.
Die Druckform wird besonders bevorzugt in Kombination mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren der Bebilderung und/oder in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet.
Sie ist hierauf jedoch nicht beschränkt, sondern auch in Kombination mit herkömmlichen
Verfahren und Vorrichtungen der Bebilderung von innengefeuchteten Druckformen
gewinnbringend verwendbar.
Bevorzugterweise haben die Durchlasskanäle der Druckschicht, die vorzugsweise die
vorgenannten Kapillarporen sind, einen mittleren Durchmesser von 0.1 bis 5 µm, insbesondere
gemessen an den Mündungsstellen an der farbübertragenden Oberfläche. Die
poröse Druckschicht weist an der farbübertragenden Oberfläche vorzugsweise eine
Mittenrauhigkeit Ra im Bereich von 0.2 bis 5 µm und vorzugsweise eine gemittelte
Rauhtiefe Rz im Bereich von 0.2 bis 10 µm auf.
Die Unterschicht wird von Durchgangskanälen, beispielsweise verbundene Poren, durchzogen,
die einen Durchmesser von 10 µm bis 2 mm, vorzugsweise 10-50 µm, haben. Als
Durchmesser wird der Durchmesser eines Kreises verstanden, der die mittlere Querschnittsfläche
der Durchlasskanäle der jeweiligen Schicht besitzt. Wird sie durch ein Vlies
gebildet, ist zur Charakterisierung der Laminardurchmesser, bestimmt analog zu ASTM
F 902, die geeignete Größe. Der Laminardurchmesser sollte dann zwischen 10 und 100
µm betragen.
Die Dicke der Druckschicht in radialer Richtung liegt vorzugsweise zwischen 50 und 500
µm, und die Dicke der Unterschicht liegt vorzugsweise zwischen 500 µm und 3 mm.
Die Druckschicht weist vorzugsweise einen hohen Absorptionskoeffizienten für Infrarotstrahlung
auf. Der Absorptionskoeffizient sollte zumindest 0.9 betragen.
Da in der ersten Verfahrensalternative das Feuchtmittel vorzugsweise durch Infrarotbestrahlung
verdampft wird und es im nahen Infrarot bei Verwendung von Feuchtwasser
als Feuchtmittel nur zu einer geringen Absorption von bevorzugt verwendeter infraroter
Laserstrahlung im Feuchtmittelfilm kommt, findet eine Erwärmung und Verdampfung
eines Feuchtmittels indirekt über die Erwärmung der Druckschicht statt. Um eine starke
lokale Erwärmung der Druckschicht zu erreichen, wird als Material für die Druckschicht
vorzugsweise ein Material mit einer Wärmekapazität gewählt, die geringer ist als die
Wärmekapazität des Feuchtmittels. Besonders bevorzugt ist die Wärmekapazität der
Druckschicht geringer als 1 J/g. Ferner wird die Druckschicht so ausgebildet, dass die
Wärmeleitfähigkeit dieser Schicht deutlich geringer als die Wärmeleitfähigkeit des Feuchtmittels
ist. Vorzugsweise ist die Wärmeleitfähigkeit geringer als 0.2 W/(m*K).
Bevorzugte Materialien für die Druckschicht sind dunkle, keramische Materialien, z. B.
eine Al2O3-TiO2 Mischung.
Eine eigenständige Druckform ist vorzugsweise zumindest dreischichtig aufgebaut mit
einem Druckformträger, der Feuchtmittel durchleitet, der darauf aufgebrachten Unterschicht
und der auf der Unterschicht aufgebrachten Druckschicht. Der Druckformträger
ist vorzugsweise aus metallischem Material hergestellt. Er kann als verwölbbare ebene
Platte oder als vorgeformte Schale, insbesondere als starre zylindrische Halbschale,
ausgebildet sein. Solch einen mehrschichtigen Aufbau kann auch eine am Trägerzylinder
fest angebrachte Druckform aufweisen.
Ein perforierter Druckformträger weist Löcher mit einem Durchmesser vorzugsweise im
Bereich von 0,5 bis 5 mm oder flächengleiche Ausnehmungen auf, die im gesamten
Bereich der Druckform voneinander einen Abstand vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50
mm haben. Die Lochdichte kann jedoch erheblich verringert werden, indem die Flächen
pro Loch vergrößert und/oder an der äußeren Oberfläche des Druckformträgers eine
Kanalstruktur ausgebildet wird.
Die Unterschicht wird auf den Druckformträger aufgebracht, insbesondere als Ganzes
darauf befestigt, vorzugsweise mittels eines temperaturbeständigen Klebstoffs geklebt oder
gebondet.
Vorzugsweise ergeben sich die trockenen Stellen an der farbübertragenden Oberfläche
einer feuchtmitteldurchlässigen Druckform durch gezielten Verschluss der an der farbübertragenden
Oberfläche mündenden Durchlasskanäle.
Die an der farbübertragenden Oberfläche pro Zeiteinheit austretende Feuchtmittelmenge
wird durch Einstellung des Feuchtmitteldrucks geregelt, vorteilhafterweise durch die
Einstellung der Feuchtmittelmenge im Druckformzylinder. Durch Erhöhung der Feuchtmittelmenge
an der Rückseite der Druckform wird aufgrund der Zentrifugalkräfte der
Feuchtmitteldruck erhöht. Ferner wird die Feuchtmittelzufuhrrate zum Druckformzylinder
proportional zur Druckgeschwindigkeit erhöht und erniedrigt.
Die pro Zeiteinheit an der farbübertragenden Oberfläche austretende Feuchtmittelmenge,
d.h. die Durchströmungsrate der Druckform, hängt in einer für die Praxis völlig ausreichenden
Näherung nur von der Durchströmbarkeit der äußeren Druckschicht ab. Die
Druckdifferenz über die äußere Druckschicht wächst bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit
etwa linear mit dem Feuchtmittelpegel, der sich an der Rückseite der Druckschicht
einstellt. Die Durchströmbarkeit der Druckschicht lässt sich allein durch die Dicke der
Druckschicht einstellen, da die Druckschicht überall eine im wesentlichen konstante
Porosität und Kapillarporendichte aufweist. In diesem Sinne homogen ist auch die Unterschicht.
Durch die erfindungsgemäße Zweiteilung der Funktion der gleichmäßigen Verteilung
des Feuchtmittels und der Einstellung der Durchströmbarkeit der Druckform kann
eine besonders genaue Dosierung der an der farbübertragenden Oberfläche austretenden
Feuchtmittelmenge vorgenommen werden. Die Dicke des Feuchtmittelfilms auf der
Oberfläche kann genau, insbesondere sehr klein, eingestellt werden. Bei konstanter
Zylindergeschwindigkeit wird genau soviel Feuchtmittel an die Rückseite der Druckform
geführt, wie an der farbübertragenden Oberfläche austreten soll. Die Gleichgewichtshöhe
des Feuchtmittelpegels in der Unterschicht an der Rückseite der Druckschicht stellt sich
dann in Abhängigkeit von der Drehzahl des Druckformzylinders von alleine ein. Die
Einstellung bei einem Drehzahlwechsel erfolgt ebenfalls wegen des erfindungsgemäßen
Aufbaus der Druckform nahezu verzögerungsfrei.
Der Überdruck an der Rückseite der Druckschicht sollte 100 mbar nicht überschreiten.
Der Feuchtmittelpegel an der Rückseite der Druckschicht sollte zumindest im Gleichgewicht
von Zu- und Abfluss die Dicke der Unterschicht nicht überschreiten. Entsprechend
werden die Dicke der Unterschicht und die Durchströmbarkeit der Druckschicht bevorzugt
aufeinander abgestimmt.
Eine bevorzugte Möglichkeit des Verschließens wird durch wärmeinduziertes, vorzugsweise
laserinduziertes, bildabhängiges Tonen bewirkt. Der Nassoffsetdruck beruht bekanntermaßen
auf der Abstoßung von Farbe durch Feuchtmittel an den befeuchteten Stellen der
Druckform. Wird nicht genügend Feuchtmittel geführt, kommt es zur Annahme von Farbe
auch an den Nichtbildstellen. Dieser Vorgang wird im allgemeinen als Tonen bezeichnet.
In dieser ersten Verfahrensalternative wird die farbübertragende Oberfläche der Druckform
von innen gefeuchtet und dann mittels der Bildübertragungseinrichtung, vorzugsweise
mittels Infrarotlaser, bildabhängig getrocknet. Es werden hierbei die Bildstellen
getrocknet und unmittelbar anschließend eingefärbt. Bei dem Einfärben wird Farbe auf die
getrockneten Bereiche übertragen, während die feuchten Bereiche farbfrei bleiben. In den
getrockneten Bereichen verstopft die Farbe die Durchlasskanäle, so dass in diesen Bereichen
kein Feuchtmittel zur farbübertragenden Oberfläche mehr vordringt.
In der zweiten Verfahrensalternative wird die Druckform mittels der Bildübertragungseinrichtung
nach dem Einfärben bildabhängig erwärmt. Die Farbe trocknet in den erwärmten
Bereichen und damit auch in den Durchlasskanälen bzw. an den Mündungen der Durchgangskanäle
ein. Die in den Durchlasskanälen eingetrocknete Farbe kann bei anschließender
Feuchtmittelzufuhr nicht mehr verdrängt werden, während die fließfähige Farbe durch
das Feuchtmittel verdrängt wird. Bis zum Freilaufen der Druckform kann der Feuchtmitteldruck
gegenüber dem Feuchtmitteldruck in der Produktion leicht erhöht sein.
Die Bebilderung der Druckform, d.h. die in den Durchlasskanälen eingetrocknete Farbe,
kann durch eine konventionelle Druckform-Wascheinrichtung entfernt werden und/oder
durch die Innenfeuchtung mit einem gegenüber der Produktion erhöhten Feuchtmitteldruck.
Alternativ zu dem vorgenannten Verschließen mittels Farbe kann in einer Untervariante
der zweiten Verfahrensalternative auch ein Monomer oder Gemisch von Monomeren auf
die farbübertragende Oberfläche der Druckform aufgetragen werden, insbesondere
aufgesprüht werden. Mittels der Bildübertragungseinrichtung wird eine Polymerisation
ausgelöst. Der dabei gebildete Kunststoff verschließt die Durchlasskanäle, z.B. durch
Bildung von Polystyrol aus Styrol unter Wärmeeinwirkung. Die verschlossenen Poren
können durch erneutes Erwärmen wieder frei gemacht werden, indem das Polymer wieder
zerfällt und durch Zuführung von Feuchtmittel abgeführt wird. Das Feuchtmittel wird bei
dem Löschen des Bilds vorzugsweise von innen zugeführt. Ein Waschen von außen ist
jedoch ebenfalls möglich, insbesondere unterstützend.
In einem Belichtungsverfahren zur Bebilderung der Druckform führen die Druckform und
die Bildübertragungseinrichtung eine nach Richtung und Geschwindigkeit vorgegebene
Relativbewegung aus, bei der die zu bebildernde Oberfläche der Druckform pixelweise
bildgemäß belichtet wird. Wie bei herkömmlichen Druckformen auch sind die Pixel des
zu erzeugenden Druckbilds in Spalten und dazu senkrechten Zeilen auf der farbübertragenden
Oberfläche der Druckform angeordnet. Eine Pixelspalte verläuft demnach in
Spaltenrichtung und eine Pixelzeile in eine dazu senkrechte Zeilenrichtung. Die vorstehend
genannten Relativbewegung findet entweder in Spaltenrichtung oder in Zeilenrichtung
statt. Handelt es sich bei der Druckform um die Druckform eines Druckformzylinders in
einer Rotationsdruckmaschine so ist die Spaltenrichtung die Druckrichtung und die
Zeilenrichtung die Zylinderlängsrichtung. Bei einer Bebilderung in der Maschine ist die
Richtung der Relativbewegung, auf die die Breiten- und Längenangaben der lichtemittierenden
Flächen bezogen sind, die Druckrichtung. Denkbar ist jedoch auch eine Bebilderung
einer Druckform außerhalb einer Maschine, in der eine Bebilderung ebenso in
Zeilenrichtung als maßgebliche Richtung der Relativbewegung vorgenommen werden
kann.
Der streifenförmige Laserspot kann vorteilhafterweise auch dazu genutzt werden, die
Flächendeckung und damit auch die Tonwertstufen besonders fein einzustellen, ohne die
Geometrie einer optischen Abbildungseinrichtung zur Fokusierung des Laserlichts auf der
farbübertragenden Oberfläche zu verändern. Durch Veränderung, insbesondere Verkürzung,
der Einschaltdauer der Halbleiterlaser können Pixel beliebiger Erstreckung in
Richtung der Relativbewegung erzeugt werden. Insbesondere können Pixel erzeugt
werden, die sehr kleine Flächen aufweisen, die dann jedoch nicht quadratisch, sondern
streifenförmig sind. Bekanntermaßen ergibt sich aus Rasterweite und Pixelfläche die Zahl
der Graustufen, die dargestellt werden können. Hierbei gilt, dass die Rasterzellenbreite
gleich dem Kehrwert der Rasterweite ist. Die Fläche der Rasterzelle errechnet sich hieraus
durch Quadrieren. Wird das Ergebnis durch die Pixelfläche dividiert, erhält man die Zahl
der maximal darstellbaren Tonwerte. So hat eine Rasterzelle beispielsweise bei einem 40er
Raster eine Fläche von 250*250 µm2. Bei einer Pixelbreite von 62 µm können im Fall
quadratischer Pixel maximal 16 Graustufen dargestellt werden. Werden rechteckförmige
Pixel von 62 µm * 31 µm erzeugt, so sind es bereits 32 Graustufen. Die Bebilderungszeit
ist in beiden Fällen gleich. Die feinere Abstufung der Tonstufen ermöglicht es, im Druck
auftretende Nichtlinearitäten, wie Tonwertzu- und abnahmen, besser auszugleichen als dies
mit Laserspots möglich ist, die in Richtung der Relativbewegung die erfindungsgemäß
sehr kurze Erstreckung nicht aufweisen. Ist die Druckform an einem Druckformzylinder
angeordnet, so weist für diesen Ausgleich ein Winkelgeber für den Druckformzylinder
oder einen zugeordneten Gummituchzylinder eine entsprechend höhere Auflösung auf,
oder es werden Zwischeninkremente mit einer Elektronik durch Interpolation gebildet.
Die Bildübertragungseinrichtung umfasst vorzugsweise ein Array oder mehrere Arrays
von gepulsten bzw. stromgepumpten Halbleiterlasern, insbesondere gepulsten Infrarotlasern,
besonders bevorzugt Laserdioden. Mittels der Halbleiterlaser werden schmale,
streifenförmige, vorzugsweise rechteckförmige Laserspots an der zu bebildernden Oberfläche
erzeugt, die auf der zu bebildernden Oberfläche je eine in Richtung der Relativbewegung
gemessene Laserspotbreite aufweisen, die mehrfach kleiner ist als eine in die
gleiche Richtung gemessene Breite eines Bildpixels der zu bebildernden Oberfläche und
auch mehrfach kleiner ist als eine quer zu der Laserspotbreite gemessene Laserspotlänge.
Eine Pulsdauer pro Laserspot ist dann mehrfach länger als eine Zeitdauer, in der bei der
Relativbewegung zwischen der Druckform und dem Laserarray eine Wegstrecke zurückgelegt
wird, die der Laserspotbreite entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bebilderung in der Maschine direkt am
Druckformzylinder. In diesem Fall wird die Relativbewegung zwischen der Druckform
und dem Laserarray durch eine Vertikalbewegung durch Rotation des Druckformzylinders
und eine hierzu senkrechte Horizontalbewegung durch Verschiebung des Laserdiodenarrays
bewirkt. Bei der Rotation des Druckformzylinders wird die Bildinformation
spaltenweise auf die Druckform übertragen. Durch Horizontalverschieben des Laserarrays
werden nacheinander nebeneinanderliegende Spalten bebildert, bis das ganze Bild aufgezeichnet
ist. Die mittels der Laser auf der farbübertragenden Oberfläche der Druckform
erzeugten Laserspots weisen dann eine in vertikaler Richtung gemessene Breite und eine
in horizontaler Richtung gemessene Länge auf. Bei der Bebilderung erfolgt die Horizontalbewegung
des Laserarrays bei rotierendem Druckformzylinder vorzugsweise kontinuierlich.
Auf diese Weise können optimal kurze Bebilderungszeiten erhalten werden.
Die Auflösung der Bildübertragungseinrichtung ist abhängig von der Wegstrecke, um die
das Laserarray während einer Zylinderumdrehung verschoben wird. Diese Wegstrecke
beträgt vorzugsweise zwischen 84 und 28 µm. Dies entspricht einer bevorzugten Auflösung
von 300 bis 900 dpi. Die Laserspotlänge beträgt vorzugsweise 30 bis 90 µm, und die
Laserspotbreite beträgt vorzugsweise 1 bis 10 µm. Die Laserpulsdauer beträgt zwischen
1 und 50 µs, abhängig von der Auflösung der Vorrichtung, der Leistung der Laser und
der Bebilderungsgeschwindigkeit. Die Bebilderung erfolgt durch axiale Verschiebung des
wenigstens einen Arrays entlang des bei der Bebilderung rotierenden Druckformzylinders.
Das Lasergesamtarray kann durch austauschbare Module mit beispielsweise 64 Dioden pro
Druckzone gebildet werden.
Das Verhältnis von Laserspotlänge zu Laserspotbreite beträgt vorzugsweise wenigstens
10:1 und besonders bevorzugt wenigstens 20:1.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Bildübertragungseinrichtung ist, dass eine mechanisch
genaue Justierung nicht erforderlich ist. Es wird vorzugsweise eine Software-Justierung
vorgenommen.
Die Bildübertragungseinrichtung umfasst vorzugsweise ein Array oder mehrere Arrays
von beispielsweise 256 Halbleiterlasern in 4 Arrays mit je 64 Lasern für eine Druckzone.
Zur Erzeugung eines schmalen, streifenförmigen Laserspots werden Halbleiterlaser mit
schmalen, streifenförmigen, vorzugsweise rechteckförmigen, lichtemittierenden Flächen
verwendet, wie Infrarot Laserdioden sie insbesondere aufweisen. Das emittierte Laserlicht
wird über eine optische Abbildungseinrichtung auf die farbübertragende Oberfläche
fokussiert. Durch die bevorzugte langgestreckte Streifenform des Laserspots, der hierdurch
ermöglichten Verwendung einer einfachen Optik in Verbindung mit der entsprechend
schmalen Streifenform der lichtemittierenden Flächen und der langen Pulsdauer pro
Bildpixel kann die Laserleistung gering gehalten werden. Der Energieverbrauch ist trotz
der längeren Pulsdauer ebenfalls niedriger als bei Ausbildung des Laserspots unmittelbar
in oder angenähert in der Form des Bildpixels des auf der farbübertragenden Oberfläche
zu erzeugenden Druckbilds.
Dementsprechend umfasst die Bildübertragungseinrichtung gepulste bzw. stromgepumpte
Halbleiterlaser, insbesondere Infrarotlaser, besonders bevorzugt Infrarot Laserdioden, mit
lichtemittierenden, streifenförmigen Flächen, die eine in Richtung der Relativbewegung
gemessene Breite aufweisen, die mehrfach kleiner ist als eine in die gleiche Richtung
gemessene Breite eines Bildpixels auf der zu bebildernden Oberfläche und auch mehrfach
kleiner ist als eine Länge der lichtemittierenden Fläche.
Die Laser emittieren vorzugsweise im infraroten oder sichtbaren Bereich, insbesondere im
Wellenlängenbereich von 700-1400 nm.
Für die lichtemittierenden Flächen ist eine optische Abbildungseinrichtung, vorzugsweise
mit wenigstens einer Linse pro lichtemittierender Fläche vorgesehen. Bevorzugt sind
Linsen der Abbildungseinrichtung in Form eines oder mehrerer Arrays angeordnet,
vorteilhafterweise als ein oder mehrere Linsenarrays aus Kunststoff, die preiswert in
Massenherstellung gefertigt und einfach montiert werden können. Die Laser sind in oder
an einem Gehäuse in solch einer Ausrichtung zueinander befestigt, dass ihre lichtemittierenden
Flächen parallele Längsrichtungen aufweisen. Schließlich umfasst die
Bildübertragungseinrichtung eine Ansteuerelektronik, mit der die Laser so angesteuert
werden, dass eine Laserpulsdauer mehrfach länger ist als eine Zeitdauer, in der bei der
Relativbewegung eine Wegstrecke zurückgelegt wird, die der Breite der lichtemittierenden
Fläche entspricht.
Einen Faserausgang benötigt die Bildübertragungseinrichtung nicht. Auch dies macht die
Vorrichtung preiswert und erhöht ihren Wirkungsgrad. Ein Laserträger der Bildüber
tragungseinrichtung wird vorzugsweise wassergekühlt.
Eine Ansteuerelektronik für die Bildübertragungseinrichtung umfasst vorzugsweise
ausreichend Speicherkapazität für zwei Bitmaps, nämlich ein Bitmap für ein aktuelles Bild
und das wenigstens zweite Bitmap für ein folgendes Bild. Ferner umfasst die Ansteuerelektronik
eine Leistungselektronik für jeden der Laser. Die Ansteuerelektronik ist an
einen Positionsgeber des Druckformzylinders gekoppelt, von dem sie die Drehwinkelposition
des Druckformzylinders und die Position des Arrays, vorzugsweise von jedem Array-Modul,
empfängt, um die Laserimpulse mit der Bewegung des Druckformzylinders zu
synchronisieren. Zur Datenübernahme ist die Ansteuerelektronik an einen Server-PC
gekoppelt.
Während das aktuelle Bild gedruckt wird, kann das neue Bild in den Speicher der Ansteuerelektronik
geladen werden. Das neue Bild steht somit bereits während der laufenden
Produktion für die nächste Produktion innerhalb der Ansteuerelektronik zur Verfügung.
Nach dem Bebildern der Druckform, spätestens jedoch nach Beendigung der laufenden
Produktion, wird der Speicher des alten Bilds freigemacht und kann die Daten für die
übernächste Produktion übernehmen. Der Speicher des neuen Bilds wird für die nächste
Produktion zum Speicher des aktuellen Bilds und der Speicher des zuvor aktuellen Bilds
zum Speicher für das neue Bild. Die Ansteuerelektronik ist vorzugsweise integrierter
Bestandteil der Bildübertragungseinrichtung unmittelbar am Ort des Laserarrays; sie wird
vorzugsweise mitbewegt.
Auf Maschinenebene erhält ein oder erhalten mehrere Server-Computer die separierten
und gerasterten Bilddaten in Form von Bitmaps. Jedem Server sind ein oder mehrere
Druckwerke der Maschine zugeordnet. Die Datenübertragung an die Ansteuerelektronik
erfolgt über ein schnelles lokales Netz.
Die Bildübertragungseinrichtung, insbesondere deren Anordnung in der Druckmaschine,
die Ausbildung eines oder mehrerer Laserarrays, die Zuordnung und Funktionsweise der
Ansteuerelektronik und auch die Aufgabenteilung zwischen Server und Ansteuerelektronik
können mit Vorteil universell eingesetzt werden und sind nicht an die in den Ansprüchen
spezifizierte Verfahrensführung der Bebilderung oder die hierfür verwendete Vorrichtung
gebunden, obgleich die Bildübertragungseinrichtung bevorzugt in dieser Bebilderung und
besonders bevorzugt in Kombination mit dieser Bebilderung und der vorstehend beschriebenen
Druckform verwendet wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Zylinder- und Walzenanordnung mit einem Druckformzylinder nach
einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 2
- eine Zylinder- und Walzenanordnung mit einem Druckformzylinder nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 3
- den Druckformzylinder nach Fig. 2,
- Fig. 4
- die Druckform des Druckformzylinders nach Fig. 3,
- Fig. 5
- eine Belichtungseinrichtung einer Bildübertragungseinrichtung in einem
ersten Schnitt,
- Fig. 6
- die Belichtungseinrichtung in einem zweiten Schnitt,
- Fig. 7
- eine Belichtungseinrichtung einer weiteren Bildübertragungseinrichtung und
- Fig. 8
- eine Software-Justierung der Bildübertragungseinrichtungen der Fig. 5 bis
7.
In Fig. 1 wird eine Bedruckstoffbahn B zwischen zwei Gummituchzylindern 1
hindurchgeführt und in dem zwischen den beiden Gummituchzylindern 1 gebildeten
Druckspalt beidseitig bedruckt. Den beiden Gummituchzylindern 1 ist je ein Druckformzylinder
2 in der für den linken Gummituchzylinder 1 dargestellten Art und Weise
zugeordnet. Ebenso ist eine Farbwalze 3 für den linken Gummituchzylinder 1 dargestellt.
Die Anordnung von Zylindern und Walzen ist beidseits der Bahn B spiegelsymmetrisch.
Vorzugsweise wiederholt sich die in Fig. 1 dargestellte Anordnung für jeden der vielen
Gummituchzylinder der Druckmaschine.
Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Zeitungsoffset-Rollenrotationsdruckmaschine
mit Gummi-Gummi-Produktion, beispielsweise eine WIFAG OF 370. Ebenso
kann es sich bei der Maschine jedoch auch um eine Maschine für eine Gummi-Stahl-Produktion
handeln, beispielsweise mit einem oder zwei zentralen Stahlzylindern und
damit Druckspalte bildenden Gummituchzylindern pro Druckeinheit, beispielsweise eine
WIFAG OF 470 oder OF 790.
Die Farbe wird von der Farbwalze 3 auf den Druckformzylinder 2 und von dem
Druckformzylinder 2 auf den Gummituchzylinder 1 übertragen, der im Druckspalt die
Bahn B mit dem vom Druckformzylinder 2 erhaltenen Bild bedruckt.
Der Druckformzylinder 2 weist einen hohlzylindrischen Trägerzylinder 10 mit einem
zentralen, axialen Hohlraum 4 auf, der in Fluidverbindung zu einer Feuchtmittelzufuhreinrichtung
steht. Die Fluidverbindung wird durch eine Drehverbindung an einem oder
beiden Wellenzapfen des Druckformzylinders 2 gebildet. Die Feuchtmittelzufuhr erfolgt
durch diesen Wellenzapfen hindurch in den Hohlraum 4. Das Feuchtmittel wird zuvor
gefiltert, um störende Ablagerungen innerhalb einer Druckform 12 zu vermeiden. Der
Trägerzylinder 10 weist Durchgangskanäle 5 in radialer Richtung auf. Die Durchgangskanäle
5 sind als gerade, exakt radiale Bohrungen 5 ausgeführt. Im Ausführungsbeispiel
weist jede der Bohrungen 5 einen Durchmesser von 6 mm auf. Die Bohrungen 5 münden
an einem Außenmantel des Trägerzylinders 10 in einem Abstand von 20 mm voneinander,
gemessen zwischen den Zentren der Bohrungen.
Der Außenmantel des Trägerzylinders 10 wird von schalenartig übereinandergeschichteten,
perforierten Stahlblechen umgeben. Die Stahlbleche bilden einen perforierten
Druckformträger 13 der mit dem Trägerzylinder 10 ständig verbundenen Druckform 12.
Im Ausführungsbeispiel sind vier perforierte Stahlbleche zu solch einem Druckformträger
13 übereinandergeschichtet. Die Unterschicht 14 könnte aber auch unmittelbar am Trägerzylinder
befestigt sein.
Zur Bildung der Druckform 12 ist auf den Druckformträger 13 eine Unterschicht 14
gebondet, die ihrerseits als Träger für eine Druckschicht 15 dient. Die Druckschicht 15
bildet an ihrer freien äußeren Oberfläche die farbübertragende Oberfläche des Druckformzylinders
2. Die Druckschicht 15 und die Unterschicht 14 sind porös.
In den Hohlraum 4 des Druckformzylinders 2 wird Feuchtmittel eingespritzt. Aufgrund
der Fliehkraft wird das Feuchtmittel durch die Bohrungen 5 des Trägerzylinders 10 und
den als Verteiler wirkenden, perforierten Druckformträger 13 an die Rückseite der
Unterschicht 14 geführt. Durch die Unterschicht 14 und die Druckschicht 15 gelangt das
Feuchtmittel an die farbübertragende Oberfläche und bewirkt, dass an den benetzten
Stellen keine Druckfarbe angenommen wird.
Als Feuchtmittel wird Wasser verwendet, das mit den im Offsetdruck üblichen Zusätzen
versehen ist.
Dem Druckformzylinder 2 ist eine Bildübertragungseinrichtung 20 zugeordnet. Die
Bildübertragungseinrichtung 20 umfasst Infrarot-Laserdioden, die auf die Oberfläche des
Druckformzylinders 2 gerichtet sind. Die Bildübertragungseinrichtung ist so angeordnet,
dass der Druckformzylinder 2 bei seiner Rotation kurz wie möglich vor Erreichen der
Kontaktstelle mit der Farbwalze 3 die Bildübertragungseinrichtung 20 überstreicht.
Ferner ist dem Druckformzylinder 2 eine Wascheinrichtung 30 zugeordnet, die im
Ausführungsbeispiel in Rotationsrichtung gesehen hinter dem Gummituchzylinder 1 und
vor der Bildübertragungseinrichtung 20 angeordnet ist. Mittels der Wascheinrichtung 30
kann Farbe von der Oberfläche des Druckformzylinders 2 abgewaschen werden.
Fig. 2 zeigt den Druckformzylinder 2 im Querschnitt mit zwei Druckformen 12, die
eigenständig ausgebildet und mit einem Trägerzylinder 10 des Druckformzylinders 2
mittels einer herkömmlichen Spannvorrichtung 6 lösbar befestigt sind.
Der Trägerzylinder 10 entspricht im wesentlichen dem Trägerzylinder 10 des ersten
Ausführungsbeispiels. Allerdings ist der zentrale axiale Zuführkanal bzw. Hohlraum 4 mit
einem wesentlich geringeren Durchmesser ausgestattet. Dementsprechend sind die radial
abzweigenden Kanäle 5 länger als diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Die
radialen Verteilerkanäle 5 münden in axiale Verteilerkanäle, die an der äußeren Mantelfläche
des Trägerzylinders 10 ausgenommen sind, um die Verteilung des Feuchtmittels
möglichst früh zu vergleichmäßigen.
Die Anordnung des Druckformzylinders 2 der Fig. 2 in einer Druckmaschine entspricht
derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass in Bezug auf die Bebilderung und alle
weiteren Details und Merkmale der Erfindung stets auf beide Ausführungsbeispiele
verwiesen wird.
Eine der beiden Druckformen 12 des zweiten Ausführungsbeispiels ist in Figur 3 einzeln
dargestellt. Die Druckform 12 wird in der bereits zum ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen
Art durch einen perforierten Druckformträger 13, eine darauf aufgebrachte
poröse Unterschicht 14 und eine darüber geschichtete, poröse Druckschicht 15 gebildet.
Der Druckformträger 13 wird durch eine einzige halbzylindrische Stahlplatte mit gleichmäßiger
Perforierung gebildet.
Die poröse Unterschicht 14 wird durch ein Stahlfaservlies gebildet, dessen Fasern zu
sogenannten Wirrfasern vervliest sind. Nach dem Vervliesen ist das Vlies im Verbund mit
einem Drahtgewebe im Vakuum gesintert und auf eine definierte Dicke, nämlich die
Schichtdicke in der Druckform 12, gewalzt worden. Aufgrund der sehr hohen Porosität
des Stahlfaservlieses von vorzugsweise mehr als 60%, ergibt sich im Vergleich zum
Materialanteil eine extrem große Summe von Porenquerschnitten. Im Vergleich zum
Teilchengrößenspektrum von Pulvern, ist der Durchmesserbereich der Fasern sehr
einheitlich, so dass auch die Porengrößenverteilung sehr eng ist. Auf diese Weise ergeben
sich die gewünschten Eigenschaften der hohen Durchströmbarkeit und des geringen
Druckabfalls durch die Unterschicht 14. Ferner ist das Vlies porenformstabil durch den
Sinterprozess.
Das Stahlfaservlies ist mittels eines temperaturbeständigen Klebstoffs auf den Druckformträger
13 gebondet. Mittels Plasmaspritzgießen, vorzugsweise im Vakuum, ist die Unterschicht
14 mit der Druckschicht 14 beschichtet worden. In den Ausführungsbeispielen ist
die Druckschicht 14 eine keramische Schicht.
Bevorzugte Materialangaben und Kennwerte für erfindungsgemäße Druckformen, insbesondere
für die Druckformen 12 der Ausführungsbeispiele, sind in den nachstehenden
Tabellen zusammengestellt. Ein dreischichtiger Aufbau wird zwar bevorzugt, ein Aufbau
mit mehr als drei Schichten und auch ein nur zweischichtiger Aufbau sind jedoch ebenfalls
Gegenstand der Erfindung. Besonders bevorzugte Kennwerte bzw. Kennwertbereiche sind
jeweils in den zweiten Spalten angegeben. Dabei muss die jeweilige Schicht nicht allen
Angaben gleichzeitig entsprechen, obgleich dies bevorzugt ist.
Druckschicht 15 |
Material | hydrophil z.B. TiO2-Al2O3 Mischungen wie sie in der Plasmabeschichtung verwendet werden |
Dicke | 50 - 500 µm | 100 - 200 µm |
Kapillarporendurchmesser | 0.1 - 5 µm | 0.1 - 3 µm |
offene Porosität | 3 - 30% | < 20% |
Rz | 0.2 - 10 µm | 1 - 5 µm |
Ra | 0.2 - 5 µm |
Durchströmbarkeit | 2 - 20 l/(hm2mbar) |
Unterschicht 14 |
Material | Vlies aus nichtrostenden Metallfasern, mit Drahtgewebe gesintert und anschließend gewalzt |
Dicke | 0.5 - 3 mm | 0.5 - 2 mm |
Laminardurchmesser | 10-100 µm | 10 - 60 µm |
Porosität | 50 - 80% | > 60% |
Durchströmbarkeit | 1,000 - 40,000 l/(hm2mbar) |
Druckformträger 13 |
Material | nicht rostender Stahl, einstückig oder geschichtete Stahlbleche |
Dicke | 1 - 5 mm |
Lochdurchmesser | 0.5 - 5 mmm |
Lochabstand | 2 - 50 mm | 5 - 50 mm |
Durchströmbarkeit | ≥ 200 l/(hm2 mbar) | 200 - 20,000 l/(hm2mbar) |
Die Feuchtmitteldurchströmbarkeit der Druckform 12, bezogen auf den unbebilderten
Zustand, weist einen Wert auf, der in dem Bereich von 2-20 l/(hm2mbar) liegt. Sie
entspricht in einer für die Praxis ausreichenden Näherung auch dem Wert der Durchströmbarkeit
der Druckschicht 15.
Durch die hohe, isotrope Durchströmbarkeit der Unterschicht 14 wird die homogene
Verteilung des Feuchtmittels in der Unterschicht 14 und somit an der Rückseite der
Druckschicht 15 erreicht.
Die vorstehend und auch in den Tabellen angegebenen Werte und Wertebereiche für die
Durchströmbarkeit sind auf Feuchtwasser als Feuchtmittel bezogen. Sie gelten jedoch für
andere geeignete Feuchtmittel mit gleichen oder ähnlichen Strömungseigenschaften ebenso.
Ferner sind die Werteangaben zu den Durchströmbarkeiten auf den unbebilderten Zustand
der Druckform bezogen.
Um eine Durchströmung zu erreichen, muss das Feuchtmittel mit einem Druck zugeführt
werden, der den Strömungswiderstand der einzelnen Schichten überwindet, insbesondere
den Kapillardruck der feinporigen Druckschicht 15. Dieser Druck entsteht durch die
Fliehkräfte, die bei der Rotation des Druckformzylinders 2 auf das Feuchtmittel wirken.
Die Druckdifferenz wächst in etwa linear mit dem Wasserpegel, der sich an der Rückseite
der Druckform, d.h. in guter praktischer Näherung an der Rückseite der Druckschicht 15
einstellt.
Da der Differenzdruck hauptsächlich an der Druckschicht 15 auftritt, weil der Strömungswiderstand
hier am größten ist, kommt es zu einer Zugbelastung der Unterschicht 14. Aus
Festigkeitsgründen sollte diese Belastung gering sein. Aus bekannten Zusammenhängen
zwischen Fliehkraft, Zylinderradius, Zylinderumfang, Rotationsgeschwindigkeit und
Oberflächengeschwindigkeit ist zu erkennen, dass die Zugbelastung der Unterschicht bei
konstanter Oberflächengeschwindigkeit mit steigendem Radius kleiner wird. Daher ist die
Erfindung besonders vorteilhaft, wenn Zylinder mit großem Radius verwendet werden,
wie dies beispielsweise in Zeitungsdruckmaschinen mit doppeltem Umfang der Fall ist.
Das Eigengewicht der Druckschicht 15 sollte ebenfalls nicht vernachlässigt werden.
Verglichen mit dem in der Unterschicht 14 vorhandenen Feuchtmittelsee, der z.B. 1 mm
tief ist, ist jedoch die Masse der Druckschicht 15 wegen ihrer geringeren Dicke, von
beispielsweise 100 µm, klein. Aus den gleichen Überlegungen erkennt man, dass die
Verwendung einer dicken Druckschicht weniger vorteilhaft wäre. Es müsste in solch
einem Fall entweder sehr poröses Material bzw. ein Material mit großen Poren verwendet
werden, was sich ungünstig auf die Festigkeit der Druckschicht und auch auf die Druckqualität
auswirken würde. Oder es müsste ein hoher Überdruck an der Rückseite einer
dicken Druckschicht erzeugt werden, was bei konstanter Zylindergeschwindigkeit Zylinder
mit sehr kleinen Radien und damit einhergehende hohe Fliehkräfte voraussetzt oder eine
Feuchtmittelzufuhr unter Druck, was jedoch Dichtungsprobleme bei der Einführung des
Feuchtmittels in den rotierenden Zylinder hervorrufen würde.
Bei einem Pegel von 0.1 mm ergibt sich bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 36.000
Umdrehungen/h und einem Zylinderradius von 200 mm durch die Fliehkräfte ein Feuchtmitteldruck
von etwa 0.55 mbar an der Rückseite der Druckschicht 15. Der maximale
Differenzdruck über die Druckform 12 sollte 100 mbar nicht übersteigen. Da bei verminderter
Maschinengeschwindigkeit entsprechend weniger Feuchtmittel an der farbübertragenden
Oberfläche vorhanden sein muss und sollte, kann der Druck bei Verminderung
der Zylindergeschwindigkeit, insbesondere linear, mit der Geschwindigkeit abnehmen.
Der Feuchtmittelpegel an der Rückseite der Druckschicht 15 darf die Dicke der darunterliegenden
Schichten nicht übersteigen. Er sollte bei der beispielhaft dreischichtigen
Druckform 12 höchstens so hoch wie die Dicke der Unterschicht 14 sein. Bei einem
Feuchtmittelpegel von 3 mm ergibt sich für den angenommenen Zylinderradius von 200
mm bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 5.000 Umdrehungen/h ein Differenzdruck von
etwa 0.45 mbar an der Rückseite der Druckschicht 15. Dieser Überdruck, der durch die
Druckschicht 15 abgebaut wird, sollte über der Druckdifferenz liegen, die für eine
ausreichende Durchströmung der Druckschicht 15 erforderlich ist. Die Druckschicht 15
sollte dementsprechend eine Materialstruktur aufweisen, die zumindest bei dem sich aus
der Dicke der Unterschicht 14 ergebenden maximalen Differenzdruck zur ausreichenden
Versorgung der farbübertragenden Oberfläche mit Feuchtmittel ausreicht, so dass auch bei
niedriger Rotationsgeschwindigkeit ein Drucken möglich ist.
In der nachstehenden Tabelle sind Rechenbeispiele zur Darstellung der Abhängigkeit des
Feuchtmitteldrucks von der Zylindergeschwindigkeit und dem Feuchtmittelpegel an der
Rückseite der Druckschicht 15 zusammengefasst:
Rotationsgeschw. [U/h] | Feuchtmittelpegel [mm] | Hydrostat. Druck [mbar] |
36,000 | 1 | 5.53 |
36,000 | 0.5 | 2.76 |
36,000 | 0.1 | 0.55 |
20,000 | 1 | 1.71 |
20,000 | 0.5 | 0.85 |
20,000 | 0.1 | 0.17 |
5,000 | 2 | 0.21 |
5,000 | 1 | 0.11 |
5,000 | 0.5 | 0.05 |
- Berechnungsgrundlage:
- Zylinderradius 200 mm, Porosität Unterschicht 70%,
Feuchtwasser
Mit abnehmender Rotationsgeschwindigkeit wird der Einfluss der Schwerkraft größer und
muss daher berücksichtigt werden. Die Fliehkraft erzeugt bei einem Feuchtmittelpegel von
2 mm für den angenommenen Zylinderradius von 200 mm bei einer Rotationsgeschwindigkeit
von 5,000 U/h einen Differenzdruck von etwa 0.2 mbar an der Rückseite der
Druckschicht 15. Damit überwiegt die Fliehkraft die Gravitationskraft noch um etwa 30%.
Durch die Kapillarwirkung der kleinen Poren in der Druckschicht 15 kommt es vorteilhafterweise
zu einem Ausgleich der Schwankungen des Feuchtmitteldrucks. Daher wird auch
bei geringen Geschwindigkeiten eine gleichmäßige Benetzung der Außenseite der Druckschicht
15 erreicht. Der mittlere, auf die Rückseite der Druckschicht 15 wirkende hydrostatische
Druck aufgrund der Gravitation beträgt 1 mbar pro 10 mm Feuchtmittelpegel*Porosität
der Unterschicht 14. Bei einer Zylindergeschwindigkeit von etwa 4.500 U/h
oder darunter wird an der Rückseite der Druckschicht 15 der Gravitationsdruck größer als
der durch die Fliehkräfte erzeugte Druck. Das Feuchtmittel fließt daher nach unten und
bewirkt einen Anstieg des Feuchtmittelpegels im untenliegenden Bereich der Unterschicht
14. Feuchtmittel wird dort in den Druckformträger 13 zurückgedrängt. Es steigt damit
nicht nur der Gravitationsdruck, sondern auch die Fliehkraft im unteren Bereich des
Druckformzylinders 2. Daher sollte auch bei geringen Geschwindigkeiten eine Feuchtung
zumindest des unteren Zylinderbereichs möglich sein.
Aufgrund der vorstehend erläutenden Zusammenhänge wird die Bildübertragungseinrichtung
20 bevorzugterweise dem unteren Bereich des Druckformzylinders 2 zugewandt
angeordnet. Hierdurch ist eine präzise Bebilderung der Druckform 12 bis in den unteren
Drehzahlbereich des Zylinders hinein möglich. Eine Untergrenze für die Zylinderdrehzahl
bei der Bebilderung liegt im Zeitungsoffset mit zwei Druckformen 12 pro Druckformzylinder
2 in etwa bei 3.000 U/h.
Betrachtet man die Fliehkräfte, die an der Druckform 12 auftreten, so wirkt die größte
Kraft auf die Halterungen der Druckform 12, mit denen die Druckform 12 in der Spannvorrichtung
6 des Druckformzylinders 2 befestigt ist. Weiterhin wirkt eine Kraft auf die
geklebte oder gebondete Verbindung zwischen der Unterschicht 14 und dem Druckformträger
13. Eine geringere Kraft wirkt auf die Verbindungsfläche zwischen der Druckschicht
15 und der Unterschicht 14. Bei einem Druckformzylinder 2 mit einem Radius von
200 mm, bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 36,000 U/h und einer Druckform 12 mit
einer Oberfläche von 400 mm * 600 mm ergibt sich pro Druckform 12:
| Masse | Fliehkraft |
Druckformträger 13: |
5 mm dicke Halbschale aus Stahl | 9.6 kg | 7.6 kN |
Unterschicht 14: |
2 mm Vlies, 70% Porosität | 1.2 kg | 947 N |
Feuchtmittelsee in der Unterschicht 14: |
1 mm tief | 170 g | 134 N |
Druckschicht 15: |
100 µm dick, Keramik | 50 g | 40 N |
In diesem Berechnungsbeispiel ergibt sich eine Gesamtkraft von etwa 8.7 kN die von den
Halterungen der Druckform 12 aufgenommen werden muss. Auf die geklebte oder
gebondete Verbindung zwischen dem Druckformträger 13 und der Unterschicht 14 wirkt
eine Kraft von 1,121 N. Diese entspricht einer Zugbelastung von 5 mN/mm2. Die Fasern
der Unterschicht 14 werden an der Verbindung zur Druckschicht 15 mit etwa 1 mN/mm2
belastet. Diese entspricht einem Druck von 10 mbar. Größere Drücke entstehen mit
zunehmender Tief des Feuchtmittelsees oder bei schnellerer Rotation.
In einer ersten Verfahrensalternative der Bebilderung verdampft die Bildübertragungseinrichtung
20 das Feuchtmittel an der Oberfläche. Zur Bebilderung einer noch "jungfräulichen"
Druckform wird das die Oberflächen benetzende Feuchtmittel entsprechend
des auf den Gummituchzylinder 1 zu übertragenden Bilds mittels der Bildübertragungseinrichtung
20 verdampft. Bevor eine Stelle, von der mittels der Bildübertragungseinrichtung
20 gerade Oberflächenfeuchtmittel verdampft wurde, aufgrund von nachdrängendem
Feuchtmittel erneut angefeuchtet ist, passiert die getrocknete Stelle die Farbauftragswalze
3 und nimmt Farbe an. Eine Pore, die in die gerade getrocknete Oberflächenstelle mündet,
wird durch die in diesem Bereich angenommene Farbe geschlossen, so dass kein
Feuchtmittel mehr an den nunmehr druckenden Mündungsbereich gelangt.
Die Bildübertragungseinrichtung 20 kann, anstatt Feuchtmittel zu verdampfen, auch dazu
verwendet werden, bereits mit der Farbauftragswalze 3 aufgetragene Farbe an der farbübertragenden
Oberfläche des Druckformzylinders 2 bildgemäß gezielt zu trocknen, um
die unter den getrockneten Farbstellen liegenden Poren der Druckschicht 15 auf diese
Weise zu verschließen. In dieser Verfahrensalternative wird mittels der Farbauftragswalze
3 Farbe gleichmäßig auf die noch trockene Oberfläche des Druckformzylinders 2 aufgebracht.
Die Feuchtmittelzufuhr zum Druckfomrzylinder 2 wird vorzugsweise erst aufgenommen,
wenn die Farbe gleichmäßig aufgebracht worden ist. Nach dem gleichmäßigen
Auftrag der Farbe wird die noch fließfähige Farbe an den Bildstellen der farbübertragenden
Oberfläche mittels der Bildübertragungseinrichtung 20 getrocknet. In den Bildstellen
findet hierbei ein Porenverschluss durch eingetrocknete Farbe statt. Die Bildstellen der
farbübertragenden Oberfläche laufen somit im Zuge der einsetzenden oder fortschreitenden
Feuchtung von innen nicht frei. Mit fortschreitender Feuchtung läuft die Druckform 12
allerdings an den Nichtbildstellen frei.
In beiden Verfahrensalternativen - dem induzierten Tonen und dem Farbtrocknen - kann
die gleiche, in den Figuren gezeigte Anordnung verwendet werden. In der zweiten
Vefahrensalternative, der Trocknung der Druckfarbe, kann eine Anordnung der Bildübertragungseinrichtung
hinter der Farbwalze ebenfalls vorteilhaft sein.
Durch Abwaschen der Farbschicht mittels der Wascheinrichtung 30 kann die Bebilderung
in beiden Verfahrensalternativen gelöscht werden.
Mit der gleichen Bildübertragungseinrichtung 20 ist es auch möglich, ein auf der farbübertragenden
Oberfläche des Druckformzylinders 2 aufgesprühtes Monomer zu polymerisieren
und dadurch die Poren an der farbübertragenden Oberfläche zu verschließen. Durch
erneutes Erwärmen nach Beendigung einer Druckproduktion mittels der gleichen Bildübertragungseinrichtung
20 und Abführen des durch die Erwärmung zerfallenen Polymers mit
dem Feuchtmittel kann die Bebilderung wieder gelöscht werden. Das Monomer kann auf
der farbübertragenden Oberfläche der Druckform bereits aufgetragen sein. Vorzugsweise
ist jedoch am Einbauort des Druckformzylinders 2 eine Auftragseinrichtung, insbesondere
Sprühvorrichtung zum Aufsprühen des Monomers, vor Ort angeordnet, womit insbesondere
auch in dieser Variante zur zweiten Verfahrensalternative wiederholt bebildert werden
kann, ohne die Druckform 12 oder den Druckformzylinder 2 ausbauen zu müssen.
Fig. 5 zeigt eine Belichtungseinrichtung der Bildübertragungseinrichtung 20 in einem
Querschnitt. Fig. 6 zeigt die Belichtungseinrichtung in einem Längsschnitt. Stellvertretend
für die gesamte Bildübertragungseinrichtung wird die Belichtungseinrichtung ebenfalls mit
den Bezugszeichen 20 bezeichnet.
Die Belichtungseinrichtung 20 wird durch linienförmig nebeneinander aufgereiht angeordnete
Infrarot Laserdioden gebildet, die in einem Gehäuse 21 je mit einem Befestigungsmittel
22 befestigt sind. Jede der Laserdioden wird durch einen Laserchip 23
gebildet mit einer lichtemittierenden Fläche 24. Den lichtemittierenden Flächen 24
gegenüberliegend ist das Gehäuse 21 mit einer überlappenden Lochreihe versehen. In den
überlappenden Löchern der Lochreihe sind optische Linsen 25 angeordnet. Jeder Laserchip
23 weist einen elektrischen Anschluss 26 zu einer Ansteuerelektronik auf.
Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, wird ein von der lichtemittierenden Fläche 24 eines der
Laserchips 23 ausgestrahltes Strahlenbündel 27 von der gegenüberliegenden Linse 25 auf
die farbübertragende Oberfläche des Druckforms 12 des Druckformzylinders 2 gebündelt,
so dass es dort als schmaler Rechtecklaserspot 28 auftrifft. Die lichtemittierende Fläche
24 entspricht in ihrer Form dem von ihr erzeugten Laserspot 28. Vorzugsweise weist sie
auch die gleiche Größe auf. Eine Vergrößerung oder Verkleinerung bis zu einem gewissen
Ausmaß kann in der Praxis jedoch auch einmal vorteilhaft sein.
Links neben der Belichtungseinrichtung 20 ist ein einzelnes Pixel des zu erzeugenden
Druckbilds stark vergrößert dargestellt. Ebenfalls dargestellt ist der Laserspot 28 im
Druckbildpixel. Die in Zylinderlängsrichtung gemessene Länge Ls des Laserspots 28
entspricht der in die gleiche Richtung gemessenen Länge des einzelnen Druckbildpixels.
Die in Druckrichtung gemessene Breite Bs des Laserspots 28 ist um ein Mehrfaches
kleiner als die in die gleiche Richtung gemessene Breite des Druckbildpixels. Im Ausführungsbeispiel
ist das Druckbildpixel quadratisch mit einer Länge und Breite von je 50
µm. Die Laserspotlänge Ls beträgt ebenfalls 50 µm. Die Laserspotbreite Bs hingegen
beträgt 3 µm. Entsprechend lang ist zur Belichtung des Druckbildpixels die Belichtungszeit
bzw. Pulsdauer der gepulsten Laserdioden 24. Die Einschaltdauer für die Belichtung
eines quadratischen Pixels, das eine Kantenlänge aufweist, die der Laserspotlänge Ls
entspricht, ergibt sich aus dem Quotienten der Laserspotlänge Ls und der Oberflächengeschwindigkeit
der Druckform 12.
In dem Gehäuse 21 sind 64 Laserdioden 23 in einer Linie angeordnet. Pro Seitenbreite ist
solch ein Array mit 64 Laserdioden vorgesehen die gleichmäßig verteilt über knapp eine
Seitenbreite nebeneinander angeordnet sind. Bei einer 1.8 m breiten Druckeinheit sind vier
solche Arrays entlang einer Linie nebeneinander angeordnet.
Die Bebilderung findet bei einer Drehzahl des Druckformzylinders 2 von vorzugsweise
etwa 10,000 U/h statt, wobei jedes der Arrays in seinem Seitenbereich während der
Zylinderdrehung in Zylinderlängsrichtung kontinuierlich verschoben wird. Eine schrittweise
Verschiebung um eine Pixelspalte nach jeder vollen Umdrehung wäre ebenfalls
möglich, jedoch zeitaufwendiger. Der Weg, um den das Laserarray, im Falle von mehreren
Laserarrays sämtliche dieser Arrays, pro Zylinderumdrehung horizontal verschoben
wird, entspricht dem Kehrwert der Bildauflösung. Bei einer Bildauflösung von beispielsweise
500 dpi wird das Laserarray pro Zylinderumdrehung um 51 µm quer zur Druckrichtung
verschoben. Die Laserspotlänge Ls darf nicht kleiner sein als der auflösungsbedingte
Vorschub des Laserarrays, um Vollflächen belichten zu können. Die maximale
Auflösung ist durch einen Drehwinkelgeber und den Umfang des Druckformzylinders 2
gegeben. Bei dem Drehwinkelgeber handelt es sich um einen Inkrementalgeber, der
entweder am Druckfomrzylinder 2 oder dem zugeordneten Gummituchzylinder 1 angeordnet
ist und die Drehwinkellage des Zylinders misst. Bei einer Auflösung von 40,000
Schritten pro Zylinderumdrehung und einem Umfang des Druckformzylinders von 1,257
mm ergibt sich eine Auflösung von 798 dpi. Der für die Bebilderung einzusetzende
Laserspot 28 muss für diese Auflösung eine Länge Ls von wenigstens 32 µm besitzen.
Die erforderliche Laserleistung zur Verdampfung der Feuchtmittelschicht an der farbübertragenden
Oberfläche ist abhängig von der Schichtdicke, der Oberflächengeschwindigkeit
des Druckformzylinders 2 und der Geometrie des Laserspots 28. Bei einer Feuchtmittelschichtdicke
von 1 µm und einer Oberflächengeschwindigkeit von 3.5 m/s (Radius 200
mm, Rotation mit 10.000 U/h) und einem Laserspot 28 mit einer Länge Ls von 50 µm
und einer Breite Bs 3 µm überstreicht der Laserspot 28 bei Vernachlässigung der Verschiebung
des Laserarrays in Zylinderlängsrichtung innerhalb von etwa 14 µs ein Fläche
von 50 * 50 µm2. Auf einer solchen Fläche befindet sich mit Feuchtwasser als Feuchtmittel
eine Wassermasse von 2.5 * 10-12 kg. Um Wasser zu verdampfen, wird eine
Energie von 2.3 * 106 J/kg benötigt, d.h. 5.8 * 10-6 J pro Pixel. Soll die Verdampfung in
einer Zeit von 14 µs geschehen, so ist eine Leistung von 0.41 W notwendig. Die Erwärmung
des Feuchtmittels erfolgt dadurch, dass die Druckschicht 15 aufgeheizt wird. Der
Wirkungsgrad für die Laserleistung ist vom Absorptionskoeffizienten, der Wärmekapazität
und dem Wärmeleitwiderstand der Druckschicht 15 abhängig. Der Anteil der Laserleistung,
der eine Verdunstung von Feuchtmittel von der Druckschicht 15 bewirkt, sollte
möglichst hoch sein, vorzugsweise sollte er wenigstens 0.6 oder größer sein. Die Laserleistung
pro Diode beträgt wenigstens etwa 0.7 W. Bevorzugt werden 1 W Dioden verwendet.
Da nach der Trocknung an der farbübertragenden Oberfläche die Druckschicht 15 an den
getrockneten Stellen eine hohe Temperatur aufweist, kann auch eine Anfeuchtung dieser
Stellen nicht unmittelbar erfolgen, weil das nur mit einer geringen Rate nachströmende
Feuchtmittel bei Kontakt mit der aufgeheizten Stelle der Druckschicht 15 sofort verdampft.
Damit eine Feuchtung der getrockneten Stelle vor Kontakt mit der Farbauftragswalze
3 besonders sicher verhindert wird, ist die Farbauftragswalze 3 unmittelbar nach
der Belichtungseinrichtung 20 angeordnet. Auch sollte der Feuchtmitteldruck an der
Rückseite der Druckschicht 15 so eingestellt werden, dass die Feuchtmittelschicht an der
farbübertragenden Oberfläche nur langsam gebildet wird. Liegt im vorstehenden Beispiel
die Farbauftragswalze 3 in Drehrichtung des Druckformzylinders 2 gesehen 200 mm
hinter der Belichtungseinrichtung 20, so beträgt die Zeitspanne von der Trocknung bis
zum Porenverschluss 0.06 s. Die Feuchtmittelzufuhr an der Rückseite der Druckform 12
wird so eingestellt, dass nicht mehr als 0.5g Feuchtmittel pro m2 der farbübertragenden
Oberfläche und Umdrehung zugeführt werden. Da sich der Feuchtmittelfilm bei jeder
Umdrehung an der Farbauftragswalze 3 spaltet und zur Hälfte abgeführt wird, stellt sich
dann eine konstante Filmschichtdicke von 1 µm vor der Farbauftragswalze 3 und von 0.5
µm hinter der Farbauftragswalze 3 ein. Mit zunehmender Bebilderungszeit wird die
Feuchtmittelzufuhr entsprechend der bereits erreichten Flächendeckung vermindert.
Ausgehend von Wasser als Feuchtmittel und einer Feuchtmittelschichtdicke von 1 µm, die
zu verdampfen ist, ist eine Bebilderung des Druckformzylinders 2, d.h. von zwei
Druckformen 12, in etwa einer Minute möglich. Der Leistungsbedarf der Belichtungseinrichtung
20 ist in der Verfahrensalternative, in der zum Verschließen der Poren zuvor
Feuchtmittel verdampft wird, aufgrund der nur sehr dünnen Feuchtmittelschicht sehr
gering.
Pro Druckformzylinder 2, d.h. pro Belichtungseinrichtung 20, ist eine Ansteuerelektronik
vorgesehen zur Erzeugung von Konstantstromimpulsen, deren Dauer der Belichtungszeit
für ein Pixel entspricht für jede der 265 Dioden. Die Stromstärke liegt je nach verwendeter
Laserdiode zwischen 1 und 4 A. Die Ansteuerelektronik umfasst ferner einen eigenen
Bitmapspeicher mit jeder Diode zugeordnetem eigenen Speicherbereich. Ferner umfasst
die Ansteuerelektronik ein Adressierungsystem zur Übertragung der Bits aus dem Bitmapspeicher
zu den Dioden. Die Adresse für den Speicher wird aus Signalen von einem
Drehwinkelgeber des Druckformzylinders 2 oder des Gummituchzylinders 1 und eines
Weggebers ermittelt, der die Horizontalverschiebung des Laserarrays, in dem die betreffende
Diode angeordnet ist, misst oder dem Motor zur Erzeugung der Horizontalbewegung
vorgibt.
Schließlich umfasst die Ansteuerelektronik eine Schnittstelle zu einer Steuer- und Puffereinheit.
In der Steuer- und Puffereinheit werden die Daten von zugeordneten Druckformzylindern
2, vorzugsweise von solchen Druckformzylindern 2, die auf die gleiche Seite
der Bahn arbeiten, gesammelt. Je nach Übertragungs- und Speicherkapazität können einer
Steuer- und Puffereinheit mehrere Druckeinheiten mit je mehreren Druckformzylindern 2
zugeordnet werden.
Die Bebilderung erfolgt wie vorstehend bereits beschrieben durch axiale Verschiebung des
Laserarrays entlang dem rotierenden Druckformzylinder 2. Die Geschwindigkeit der
Horizontalverschiebung ist erheblich geringer als die Zylindergeschwindigkeit bei der
Bebilderung. Falls mehrere der Laserarrays in Zylinderlängsrichtung nebeneinander
angeordnet sind, werden sämtliche Laserarrays gleichzeitig, vorzugsweise durch den
gleichen Motor, axial verschoben. Bei jeder Umdrehung des Druckzylinders 2 erfolgt ein
axialer Vorschub der Belichtungseinrichtung 20, der etwas geringer ist als die Breite Bs
der Laserspots 28. Axial benachbarte Pixel überlagern sich daher geringfügig. Dadurch
werden nacheinander die nebeneinanderliegenden Spalten des Druckbilds bebildert, ohne
dass zwischen den Spalten unbebilderte Bereiche verbleiben. Die Breite der Überlappung
von benachbarten Pixel hängt von der Schärfe der Abbildung des einzelnen Pixels ab.
Unschärfe in der optischen Abbildung und Wärmediffusion in der Umgebung des Pixels
führen zu einer Belichtungsunschärfe, die durch die Überlagerung bei der Bebilderung
ausgeglichen wird.
Die Laserdioden 23 werden mechanisch grobjustiert als Diodenzeile in dem Gehäuse 21
befestigt. Durch das Array der Linsen 25 werden die lichtimittierenden Flächen 24 der
Laserdioden 23 auf die Druckform 12 abgebildet. Durch die mechanische Grobjustierung
der Laserdioden 23 wird sichergestellt, dass die geometrische Abweichung der Laserspots
28 auf der farbübertragenden Oberfläche der Druckform 12 eine bestimmte Maximalabweichung
von Sollpositionen nicht überschreitet. Eine Feinjustierung erfolgt im Wege
einer Software-Justierung.
Figur 7 zeigt eine Belichtungseinrichtung, die der Belichtungseinrichtung der Figuren 5
und 6 mit Ausnahme der optischen Abbildungseinrichtung vollkommen gleicht. Die
optische Abbildungseinrichtung der Belichtungseinrichtung der Figur 7 wird für jede der
lichtemittierenden Flächen 24 durch je zwei Plan-Konvex-Linsen 25a und 25b gebildet.
Die gewölbten Flächen der Linsen 25a und 25b stehen sich jeweils gegenüber, so dass die
planen Flächen der Linsen 25a und 25b diejenigen Flächen sind, durch die das Laserlicht
von den lichtemittierenden Flächen 24 eintritt und durch die es in Richtung auf die
farbübertragende Oberfläche der Druchschicht 15 hin aus der optischen Abbildungseinrichtung
austritt.
Die Brennweiten der Linsen 25 bzw. 25a und 25b der optischen Abbildungseinrichtungen
der Figuren 5 bis 7 sind vorzugsweise für beide Richtungen gleich. Dies wird durch die
schmale Streifenform der lichtemittierenden Flächen 24 ermöglicht. Im Ausführungsbeispiel
der Figur 7 werden durch die Verwendung gleicher Linsen 25a und 25b die Fertigungskosten
niedrig gehalten. Insbesondere sind Plan-Konvex-Linsen preiswerter als
Linsen, die auf beiden Seiten geschliffen werden müssen. Die Linsen 25a und 25b können
vorteilhafterweise durch zwei Kunststofflinsenarrays erhalten werden, die wie in Figur 7
gezeigt zueinander in Linsenhaltern 29a und 29b angeordnet sind.
In Figur 8 ist die Software-Justierung für mehrere auf einer Linie nebeneinander angeordnete
Laserdioden 23 eines Laserarrays dargestellt.
Die eingetragenen Linien im oberen Teil der Figur 8 verlaufen in Zylinderlängsrichtung.
Entlang der obersten Linie sind die Sollpositionen P der Laserspots 28 zusammen mit den
sich nach der mechanischen Grobjustierung ergebenden Istpositionen S der gleichen
Laserspots 28 eingezeichnet.
Unmittelbar darunter ist die gleiche Linie nochmals eingezeichnet. Entlang dieser Linie ist
der Fehlervektor V für jede der Laserdioden 23 eingetragen. Jeder der Fehlervektoren V
ergibt sich als gerade Verbindungslinie zwischen der Sollposition P und der ausgemessenen
Istposition S für jede der Laserdioden 23. Aus den Fehlervektoren V wird je ein von
der zugehörigen Sollposition P ausgehender Korrekturvektor C gleicher Länge und
entgegengesetzter Richtung gebildet. Eingezeichnet ist in Figur 8 lediglich der Korrekturvektor
C für die in Figur 8 äußere linke Laserdiode 23 des Laserarrays. Die Bildung der
Korrekturvektoren C für die weiteren der Laserdioden 23 erfolgt entsprechend. Als dritter
Linienzug ist pro Laserdiode 23 der Verschiebeweg X eingetragen, um den das Laserarray
bei der Bebilderung des Druckformzylinders 2 in Zylinderlängsrichtung insgesamt verschoben
wird. Diese Verschiebung kann schrittweise jeweils nach Vollendung einer
Zylinderumdrehung erfolgen oder aber, was bevorzugt wird, kontinuierlich während der
gesamten Bebilderungszeit des Druckformzylinders 2. Der Verschiebeweg X ist geringfügig
länger als der in Zylinderlängsrichtung gemessene Abstand zwischen den Istpositionen
P von benachbarten Laserdioden 23.
Jeder der Laserdioden 23 ist ein Bildbereich Ac zugeordnet, der einem sich in Umfangsrichtung
des Druckformzylinders 2 erstreckenden Bildstreifen entspricht. Die in Längsrichtung
des Druckformzylinders 2 gemessene Länge dieses zugeordneten Bildbereichs Ac
entspricht dem Sollabstand zwischen zwei benachbarten Laserdioden 23. Jeder der
Laserdioden 23 ist ein Datenspeicher in der Ansteuerelektronik zugeordnet. Dieser
Speicher ist größer als der zu übertragende Bildbereich Ac. Er umfasst den sogenannten
Bebilderungsbereich A, der in Längs- und Umfangsrichtung des Druckformzylinders 2 je
um die maximale Fehlertoleranz für die mechanische Grobjustierung größer ist als der
Bildbereich Ac. Weist eine Laserdiode 23 eine exakte Übereinstimmung der Istposition S
des von ihr erzeugten Laserspots 28 auf, so werden die Bilddaten des Speichers für diese
Laserdiode 23 in den Datenspeicher für die Bebilderung übertragen. Dies ist in Figur 8
für die vierte Laserdiode 23 von links der Fall. Die Positionierung ihres Bildbereichs Ac
im zugeordneten Belichtungsbereich A ist im Vergleich zu der äußeren linken Laserdiode
23 in Figur 8 dargestellt. Der Fehlervektor C der äußeren linken Laserdiode 23 weist in
Zylinderlängsrichtung eine sich aus der Grobjustierung ergebende maximal zulässige
Abweichung auf. Dementsprechend ist ihr Bildbereich Ac in Zylinderslängsrichtung an
den linken Rand des zugeordneten Belichtungsbereichs A verschoben. Diese Verschiebung
erfolgt durch entsprechende softwaremäßige Addressierung des Datenspeichers, der dieser
Laserdiode 23 zugeordnet ist. Durch diese Software-Justierung wird der Bildbereich Ac,
in dem gelasert wird, für jede Laserdiode 23 individuell im jeweils zugeordneten Belichtungsbereich
A positioniert.
Die in Zylinderlängsrichtung gemessene Länge jedes der Belichtungsbereiche A entspricht
dem Verschiebeweg X der Längsverschiebung des Laserarrays. Die in Zylinderumfangsrichtung
gemessene Breite entspricht dem Zylinderumfang plus der maximal zulässigen
Abweichung durch die mechanische Grobjustierung. Indem die Bildbereiche Ac mittels
der Software-Justierung um die jeweiligen Korrekturvektoren C durch entsprechende
Verschiebung des Addressbereichs innerhalb des jeweils zugeordneten Belichtungsbereichs
A softwaremäßig verschoben werden, wird die exakte Positionierung jedes der Laserspots
28 auf der farbübertragenden Oberfläche durch mechanische Grobjustierung und softwaremäßige
Feinjustierung präzise erhalten.
Bezugszeichenliste
- 1
- Gummituchzylinder
- 2
- Druckformzylinder
- 3
- Farbwalze
- 4
- axialer Hohlraum
- 5
- radiale Kanäle, Bohrungen
- 6
- Spannvorrichtung
- 7 - 9
- ----
- 10
- Trägerzylinder
- 11
- ----
- 12
- Druckform
- 13
- Druckformträger
- 14
- Unterschicht
- 15
- Druckschicht
- 16 - 19
- ---
- 20
- Bildübertragungseinrichtung
- 21
- Gehäuse
- 22
- Befestigungsmittel
- 23
- Laserchip
- 24
- lichtemittierende Fläche
- 25
- Linse
- 26
- elektrischer Anschluss
- 27
- Strahlenbündel
- 28
- Laserspot
- 29
- Linsenhalter
- 30
- Wascheinrichtung
- B
- Bahn
- P
- Sollposition
- S
- Istposition
- V
- Fehlervektor
- C
- Korrekturvektor
- X
- Verschiebeweg
- A
- Belichtungsbereich
- Ac
- Bildbereich