EP1591246A1 - Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie auf einen Bedruckstoff - Google Patents

Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie auf einen Bedruckstoff Download PDF

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EP1591246A1
EP1591246A1 EP05102613A EP05102613A EP1591246A1 EP 1591246 A1 EP1591246 A1 EP 1591246A1 EP 05102613 A EP05102613 A EP 05102613A EP 05102613 A EP05102613 A EP 05102613A EP 1591246 A1 EP1591246 A1 EP 1591246A1
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EP
European Patent Office
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radiant energy
printing
substrate
light
laser
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EP05102613A
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English (en)
French (fr)
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EP1591246B1 (de
Inventor
Dr. Bernard Beier
Uwe Ernst
Dr.Heiner Pitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heidelberger Druckmaschinen AG
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0403—Drying webs
    • B41F23/0406—Drying webs by radiation

Definitions

  • the invention relates to a device for supplying radiant energy to a Substrate according to the preamble of claim 1.
  • Planographic printing machines such as lithographic printing machines, rotary printing presses, Offset printing machines and the like, which arcuate or web-shaped Substrates, especially paper, cardboard, paperboard and the like, process, known, which cause adhesion of the ink on the substrate or support by Radiation energy is supplied to the ink located on the substrate.
  • UV inks cure by polymerization, which by Photoinitiation triggered by light in the ultraviolet, off.
  • solvent-based printing inks which are both a physical and a subject to chemical drying process.
  • the physical drying includes the evaporation of solvents and the diffusion into the substrate (knocking off), while under chemical drying or oxidative drying due to a Polymerization of the oils, resins, binders or oils contained in the color formulations the like is understood, if appropriate with the participation of atmospheric oxygen.
  • the Drying processes are generally dependent on each other, as by the knocking the solvent a separation within the binder system between solvents and Resins takes place, causing the resin molecules to approach and possibly lighter can polymerize.
  • UV inks are considered harmful and can only be disposed of separately become. Furthermore, the UV radiation produces ozone, so that expensive Absauginraumen or inerting measures are provided.
  • the heatset drying machine has a high energy requirement and can excessive drying of the substrate and thus to an undesirable Cause ripple.
  • siccatives drying accelerators, so-called siccatives, in the Printing ink easy to premature drying of the ink and thus to build up the Guide printing ink to the surfaces of the printing-unit rollers and cylinders. Of the Dosage of siccatives are consequently limited.
  • DE 102 34 076 A1 describes, for example, a device for drying Printing ink on printing material sheets, wherein the device is a radiant energy source, In particular, a laser that emits light in the near IR range.
  • the wavelength The IR radiation is chosen so that this non-resonant Absorption wavelengths of water, whereby only a heating of the color, However, not the bow can be achieved.
  • unpublished DE 103 16 471 describes a process for drying a printing ink on a substrate, wherein the substrate with Laser radiation is applied, whose wavelength is between 350 nm and 700 nm and substantially resonant to an absorption wavelength of at least one Color pigments of the ink is. Besides the pigment, there is no further absorber substance necessary for the radiation.
  • From the still unpublished DE 103 16 472 is also for example a Method for drying a printing ink on a printing material, wherein except the ink nor a primer or a coating on the substrate is applied and wherein the primer or the coating is suitable, a Accelerating the drying of the ink by absorbing a radiation to cause.
  • EP 0 355 473 A2 discloses an apparatus for drying Printing products known which a radiation energy source in the form of a laser includes.
  • the radiant energy is applied to the surface of the substrates, which is on a Move web by means of a transport device through the printing press, on a Position between individual printing units or after the last printing unit before or in directed to the boom.
  • the radiation source can be a laser in the ultraviolet for UV colors or a laser light source in the infrared for heating solvent-containing Be printing inks.
  • the radiant energy source is outside the printing press arranged to avoid that due to unavoidable or shieldable Heat loss unwanted parts of the printing press to be heated.
  • an additional system component is separate from the print engine user Must be made available.
  • An energy input to Drying of solvent-based inks is said to have the effect of evaporating the Solvent and / or the effect of Wegfurs in the substrate and / or the effect assist or promote the polymerization, while at the same time undesirable Side effects, such as in particular excessive heating of the solvent-based printing ink, which can lead to decomposition of components or overheating of the solvent, be avoided.
  • the energy input should not only, as in the case of toner fixation, be introduced for melting particles.
  • the problem may arise that the dried product has visible traces of the drying process. These tracks can z. B. be perceived as a longitudinal or transverse stripes in the product and the Affect the quality of the product produced.
  • Object of the present invention is an improved device for the supply of Radiation energy to create a substrate, which allows the Drying process without visible unwanted changes of the printed product perform.
  • the z. B. obtained by the homogenization optics homogeneity of the light of Radiation energy source according to the invention has a value of less than about 15% and most preferably has a value of less than about 10% or 5%, wherein the Percentage on the deviation of a lowest to a highest value in the lateral intensity of light 12 (peak-to-valley homogeneity) refers.
  • An optimized with respect to the accuracy of the irradiation dose embodiment of the Invention provides that the position at which the light is transmitted to the substrate in the path the planographic printing machine meets chosen such that at this position the printing material in Propagation direction of the radiation performs substantially no movement.
  • the power density does not vary more than 15% or the focus dimension no longer varies than 15% change. Preferably not more than 10% or 5%.
  • the position is close to a counter-pressure cylinder or near a beater or near a transfer cylinder.
  • a gripper bridge-free substrate transport device e.g. one (suction) Belt transport device (advantageously in a boom or at least one Downstream printing unit), provide, because due to the lack of gripper bridges the positioning at a small distance to the substrate or to the substrate path is possible and therefore to expect less / no interference from moving gripper bridges are.
  • the radiant energy delivery device of the present invention may further be characterized in that the radiant energy source emits substantially only light whose wavelength is non-resonant to absorption wavelengths of water (H 2 O).
  • the absorption of light energy by water at 20 ° Celsius is not greater than 10.0%, in a preferred embodiment is not greater than 1.0%, especially below 0.1%.
  • the radiant energy source emits only very low intensity of light, preferably no light, which is resonant to absorption wavelengths of water (H 2 O).
  • the radiation energy source is narrowband.
  • the Radiation energy source can in this case, for example, up to ⁇ 50 nm width by one Emit wavelength, it can also be one or more individual spectroscopic act on narrow emission lines.
  • the emission maximum of narrowband radiation energy source or the wavelength of the radiation energy between 700.00 nm and 3000.00 nm, preferably between 700.00 nm and 2500.00 nm, in particular between 800.00 nm and 1300.00 nm, in a sub-region of the so-called Window in paper absorption spectrum.
  • Particularly advantageous is an emission at 870.00 nm ⁇ 50.00 nm and / or 1050.00 ⁇ 50.00 nm and / or 1250.00 nm ⁇ 50.00 nm and / or 1600.00 nm ⁇ 50.00 nm. From the available diode laser wavelengths moreover suitable: 808 nm, 860 nm, 880 nm, 940 nm, 980 nm (each ⁇ 10 nm).
  • the following absorption by water, more precisely by water vapor results: at 808 nm less than 0.5%, at 870 ⁇ 10 nm less than 0.01 %, at 940 ⁇ 10 nm less than 10%, at 980 ⁇ 10 nm less than 0.5%, 1030 ⁇ 30 nm less than 0.01%, 1064 nm less than 0.01 nm, 1100nm less than 0.5 % and 1250 ⁇ 10 nm less than 0.01%.
  • the air contains at an absolute humidity of 1.5% an amount of water of about 12 g.
  • the light source is not more than 1m away from the substrate and the absolute humidity is not significantly above 1.5%, the above-mentioned absorptions are not exceeded by water and / or water vapor.
  • An additional absorption can take place by the moisture content of the printing material, if the light penetrates through the ink layer to the substrate, or by fountain solution, which has been transferred to the sheet by the printing process.
  • the printing ink may have different wavelengths absorb.
  • the inventive device is on the Substrate ink in the planographic printing machine near-infrared light while avoiding water absorption wavelengths, for example by the Irradiation of only a few wavelengths of a light source emitting a line spectrum, offered.
  • the ink may include an infrared absorbing agent.
  • a coupling of the Light in the ink and / or absorption of the radiant energy in the Printing ink is generated, enabled, supported, improved by the infrared absorber or relieved.
  • the energy input which to Formation of heat can lead to an accelerated drying of the Ink.
  • a high temperature in the printing ink in the Color layer
  • the infrared absorber also as infrared absorber, IR absorber, IR absorber substance or the like, on the one hand, a component in the Printing ink having a functional group which is in the near infrared or, on the other hand, may be an additive or additive which is the Add printing ink before printing or added.
  • the printing ink may have been supplemented with an infrared absorbing agent or a component modified to an infrared absorbing agent.
  • the Infrared absorber while doing the property that it has little or no absorption In the visible range of wavelengths, so that the color impression of the ink little or even not influenced or changed.
  • a relatively high energy input directly into the printing ink, in particular supported by an infrared absorber, is possible in an advantageous manner, without an undesirable Energy input into the substrate to get.
  • This is explained, on the one hand, by the fact that the light can not be absorbed directly by the substrate, and that the energy absorbed by the paint layer rises after fractions of a second Color and printing material distributed.
  • the heat capacity and the proportions are distributed so that a short heating of the ink layer is possible before the entire printed sheet experiences a homogeneous moderate temperature increase. This is the result required total energy supply reduced.
  • the selective energy supply can in particular be supported by the fact that a wavelength is irradiated, which resonant or quasi-resonant to absorption lines of a component of the ink or to an absorption line or absorption maximum of an infrared absorbing substance in the printing ink is.
  • the absorption of the radiant energy in the ink is more than 30%, preferably 50%, in particular 75%, may even be more than 90%.
  • the device according to the invention allows a Drying of the solvent-based ink on the substrate, without the Dehydration too strong to influence.
  • the radiation energy source at least one Laser, wherein the laser may be a semiconductor laser or a solid state laser.
  • the radiation energy source is preferably a laser.
  • a broadband light source such as an IR carbon emitter, be used with a suitable filter arrangement, so that a Narrowband radiation energy source in combination arises.
  • a filter can in particular be an interference filter.
  • the laser is a semiconductor laser, (diode laser) or a solid-state laser (Titanium sapphire, erbium glass, NdYAG, Nd glass or the like).
  • a solid-state laser can preferably be optically pumped by diode lasers.
  • the solid-state laser can also be Fiber laser or fiber optic laser, preferably an Ytterbium fiber laser, which 300 provide up to 700 W of light output at the workplace at 1070 nm to 1100 nm can.
  • such lasers can also be used to a limited extent be tunable.
  • the output wavelength of the laser is variable. This allows tuning to a desired wavelength, for example, in resonance or quasi-resonance to an absorption wavelength of Component in the printing ink, in particular to an infrared absorbing material in the Printing ink to be achieved.
  • the device has a plurality of radiation energy sources, which are arranged in a one-dimensional field, a two-dimensional field or a three-dimensional field and the light strikes the substrate at a number of positions, likewise lasers, in particular semiconductor lasers or Solid state lasers can be used.
  • lasers in particular semiconductor lasers or Solid state lasers can be used.
  • the energy introduced by the supply of radiant energy per area is between 100 and 10,000 mJ / cm 2 , preferably between 100 and 1000 mJ / cm 2 , in particular between 200 and 500 mJ / cm 2 .
  • the irradiation of the printing material takes place for a period of time between 0.01 ms and 1 s, preferably between 0.1 ms and 100 ms, in particular between 1 ms and 10 ms.
  • the entry of the radiation energy in the specified time periods can be achieved in a preferred embodiment by a line focus of the radiation, under which the printed sheet or the substrate is passed. Depending on the extension of the line focus in the direction of movement of the substrate and its velocity [m / s], the interaction time results. Further knowledge of the radiation density [W / cm 2 ] results in the irradiation of the substrates [mJ / cm 2 ].
  • the on the printing material at a position incident light in its intensity and Exposure time for each radiant energy source independent of the others Radiation energy sources is controllable.
  • a control unit independent of or integrated into the Machine control of the planographic printing press, be provided.
  • the Radiation energy source parameters it is possible to supply the energy at different To regulate the positions of the printing stock.
  • An energy supply can then cover the area be adapted to the substrate at the present position on the substrate.
  • the inventive device with a Set up a plurality of radiant energy sources such that at a position on the Substrate light from at least two radiant energy sources impinges. It can on the one hand to partly on the other hand to completely overlapping light beam act. The required maximum output power of a single Radiation energy source is then lower, there is redundancy if a failure a radiation energy source occurs.
  • a planographic printing machine according to the invention with at least one printing unit is characterized in that it comprises a device according to the invention for the supply of Radiation energy has.
  • the planographic printing machine according to the invention can be a direct or indirect offset printing machine, a flexographic printing machine or the like.
  • the position at which the light hits the substrate in the path through the Flat printing machine meets, the last printing nip of the last printing unit of the number of Be subordinate to printing units, so all pressure columns.
  • the position also arranged downstream of a first pressure nip and upstream of a second pressure nip, so at least between two printing units, his.
  • FIG. 1 shows a schematic side view for explaining the arrangement of FIG Device according to the invention in a planographic printing machine.
  • a radiation energy source 10 in particular a laser, preferably a diode laser or Solid-state laser is arranged within a planographic printing machine, that of her emitted light 12 on a substrate 14 on the path 16 through the Flat printing machine impinges on a position 116 which a pressure nip 18th is subordinate.
  • the printing material 14 is shown by way of example arcuate, the Substrate also be web-like guided by the planographic printing machine.
  • the orientation of the path 16 of the printing material 14 is indicated by an arrow.
  • the path here is without limitation of a generally curved or non-linear course, in particular on a circular arc, shown linearly.
  • the pressure nip 18 is in the embodiment shown in Figure 1 by the Collaboration of the pressure cylinder 110 and a counter-pressure cylinder 112 defined.
  • the Pressure cylinder 110 may be a plate cylinder or a blanket cylinder.
  • ink 114 On the substrate 14 ink 114 is shown. That of the radiant energy source 10 emitted light 12 falls in a bundle-shaped or carpet-like manner at a position 116 The printing material 14. Printing ink 114 within this position 116 can be energy from the Absorb light 12. By the preferred choice of a wavelength, which is non-resonant to absorption wavelengths of water, an absorption in the printing material 14 reduced.
  • the distance D of the radiation energy source 10 from the surface of the printing material 14 is preferably between about 1 centimeter and about 30 Centimeters, more preferably between about 1 centimeter and about 10 centimeters selected.
  • the radiation energy source 10 can for this purpose a homogenization optics 13 for have the light 12, which ensures that one of individual light spots or Lichtteillinien formed light line (eg., A laser line) of several laterally arranged Radiation energy source 10 in the line direction (lateral to the transport direction of the Stock 14) is substantially homogeneous in intensity.
  • This optics can Be part of the radiation energy source 10 or be provided separately.
  • the light line formed by the homogenization optics 13 preferably has an extension laterally to the transport direction of the printing substrate 14 of full substrate width. However, it can also be designed for a width of about 10 mm in order to realize modules for constructing a side-width lighting beam.
  • Advantageous embodiments produce a focus in the transport direction of the printing substrate of 0.01 mm to 10 mm, depending on the printing speed (0.1 m / s - 30 m / s) the beneficial values of irradiation [W / cm 2 ] or [mJ / cm 2 ].
  • focal distances between 0.1 mm and 10 mm or between 1 mm and 5 mm have proven to be advantageous at printing speeds between 1 m / s and 5 m / s.
  • the homogenizing optics 13 may be light-guiding elements macroscopic or include microscopic dimension. Furthermore, the homogenizing optics 13 can be refractive, diffractive or reflective optical elements and combinations of such elements include.
  • the homogeneity of the light 12 achieved by the homogenizing optics 13 Radiation energy source 10 preferably has a value of less than about 15% and most preferably has a value of less than about 10% or 5%, wherein the Percentage on the deviation of a lowest to a highest value in the lateral intensity of light 12 (peak-to-valley homogeneity) refers.
  • the homogenizing optics 13 it can be achieved by the homogenizing optics 13 that the homogeneity the light in the transport direction of the printing material 14 is as high as possible, so that a short-term overheating of the color can be avoided as possible.
  • the by the Homogenization optics 13 achieved homogeneity of the light 12 of the radiant energy source 10 in the transport direction of the printing material 14 preferably has a value of less than about 30%, and more preferably, less than about 20% or 10%.
  • the percentage refers to the deviation of a lowest to a highest value in the intensity of the light 12 parallel to the transport direction (peak-to-valley homogeneity).
  • an absorption element 118 on the radiation energy source 10th opposite side of the substrate 14 to provide such radiation absorbed, which was not absorbed by the ink 114 or the substrate 14.
  • Figure 2 is a schematic representation of an embodiment in an advantageous Development of the inventive device in a planographic printing machine. It is by way of example, a field 20 of radiant energy sources 10 is sketched, here three times four, that is twelve radiant energy sources 10.
  • a one-dimensional field can also be used or a one-dimensional line, oriented over the width of the printing material 14 is provided be.
  • Such a row may preferably be substantially wider sideways
  • Lighting beam may be formed, for example, having a plurality of modules, the again comprise a number (for example 10) of laser diode bars 11, which in turn a number of laser diodes 11a, 11b, 11c etc.
  • the laser diode bars 11 within the module both in a single Line can be arranged as well as in several staggered lines, so that advantageously a more compact design can be achieved.
  • a laser diode bar 11 preferably has an output power between about 10 watts and about 200 watts, more preferably from about 50 - 100 watts. From the modular Structure of a lighting bar results from this preferably a power density between about 50 and about 500 watts per centimeter.
  • a two-dimensional field, as well as a three-dimensional field whose light is in two-dimensional distribution on the substrate 14 has, among other things, the advantage that a rapid drying by parallel or simultaneous irradiation of a group of Positions in a column of the field 20 is achieved.
  • the speed with which the printing material moves past the radiant energy sources 10, can therefore higher than in the case of a one-dimensional field.
  • the series arrangement of several rows of radiant energy sources 10 is for example, the drying of colors with volatile components (heatset-like Colors) by successive evaporation of the components, for example solvents, effectively possible.
  • preferably one or more Polarization divider can be used.
  • the radiation of several Laser diode bar 11, which emit radiation of different wavelengths, via a Dichroic light guide can be united.
  • Field 20 may also have a different number of radiant energy sources 10. From each of the number of radiant energy sources 10 becomes light 12 on the substrate 14 fed.
  • Individual positions 116 may partially coincide, as shown in FIG. 2 for the leading line of radiant energy sources 10 is shown, or even in substantially completely overlap.
  • the overlap leads to redundancy, whereby even if one fails Laser diode which at least partially drying the ink at the relevant point is guaranteed on the substrate 14.
  • the field 20 of radiant energy sources 10 is a control device 24th associated with the that by means of a connection 22 can exchange control signals.
  • the control device 24 can control the field 20 in such a way be performed that an energy supply according to the amount of ink on the Position 116 is performed on the substrate 14.
  • the laser diodes 11a, 11b, 11c, etc. both individually or jointly switched on or off. Additionally or alternatively, be provided that the laser diodes 11 a, 11 b, 11 c, etc. both individually as also be varied in their performance together. This will allow that the drying at each point of the printing material 14 targeted there for drying necessary energy input is controllable. In this case, preferably information from prepress or pressure monitoring via the structure (color separations, Color distribution, areal coverage, color thickness) of the print image to be dried become.
  • the ink can be dried so accurately on the substrate that too much warming and consequently too much evaporation of the Printing ink, especially with lateral fluctuations, can be avoided.
  • the introduced radiation energy to 10%, more preferably 5% or even set only 1% accuracy.
  • FIG. 3 schematically illustrates a planographic printing machine, in this embodiment a sheet-fed offset printing machine, with various alternative arrangements of Device according to the invention at the printing units or after the last printing unit represents.
  • the planographic printing machine has four printing units 30, a feeder 32 and a Boom 34 on.
  • various cylinders are shown which serve on the one hand for sheet guiding by the machine, on the other hand a planographic printing surface make available, be it directly as a plate cylinder or as a Transfer cylinder, in particular a blanket cylinder.
  • Each printing unit 30 comprises a printing cylinder 110 and a counter-pressure cylinder 112, which has a pressure gap 18 define.
  • a central radiant energy source 36 is shown, starting from the light by means of light-conducting elements 38, for example optical waveguides, Mirrors, imaging optics and the like, associated with the printing units 30 Projection elements 310 is guided.
  • the projection elements 310 send light 12 Positions 116 on the path 16 of the printing material 14 by the planographic printing machine, which the respective printing columns 18 of the associated printing units 30 preferably are subordinate.
  • light-guiding elements 38 it is possible to use the Radiation energy source 36 at a suitable location within the planographic printing machine to arrange at the sufficient space available.
  • radiant energy sources 10 are shown, of which starting light 12 directly in positions 116 the pressure nip 18 of the respective printing unit 30 downstream of the path 16 of the printing material 14 is supplied.
  • devices according to the invention for the supply of radiant energy can also in a web-processing printing press, in particular so-called Web-fed rotary presses, whether for commercial or newspaper printing, in be used advantageously.
  • a radiant energy source 10, z. B. a substantially page widths Laser diode lighting beam, in the printing machine is preferably in one place chosen, at which the printing material 14 only slightly or substantially not at all Propagation direction of the radiation (the light 12) can move, d. H. for example a point at which the printing material 14 is moved substantially flutter-free.
  • mounting locations 10 and 310 are particularly preferred a counter-pressure cylinder 112, but also installation locations 410 opposite one Turning drum 113 or provided in place of the turning drum transfer cylinder.
  • the printing material 14 for example a paper sheet, of which each cylinder or the respective drum out and therefore leads a stable, im Essentially flutter-free movement.
  • an installation location close to or close to a suction belt transport device such as. in a printing unit downstream dryer or Boom.
  • the power density does not vary more than 15% or the focus dimension no longer varies than 15% change. Preferably not more than 10% or 5%.
  • the focus adjustment may be changed and on the other at different printing speeds, d. H. at different transport paths of the substrate z. B. due to centrifugal forces, by the focus setting is kept constant.
  • Infrarotabsorberstoff which by the location of its absorption maximum or his Absorption maxima in the so-called window of the paper absorption spectrum, in particular in the so-called window of the water absorption spectrum, is used.
  • a required amount of the infrared absorbent material is used as an additive or additive of Add ink. This can, for example, by stirring the ink with the infrared absorber material outside or inside the planographic printing machine happen.
  • An addition is usually only for the so-called bright colors, especially for the Four-color offset printing for the colors yellow, magenta and cyan (Y, M and C) makes sense.
  • the required amount of infrared absorber material is calculated in a first approximation the Lambert-Beer extinction law, the layer thickness of the ink on the Substrate and the extinction coefficient.
  • the on the Lambert-Beerschen Extinction law calculations are based in this presentation on immediate resonance, d. H. the emission wavelength is in the immediate vicinity of the absorption maximum. at slightly different laser wavelengths are obtained just as slightly different Absorption and requires accordingly, preferably proportionally more infrared absorber material. For the sake of completeness it should be mentioned that these considerations are relevant to practice Influence of light scattering and saturation effects not yet considered.
  • the Light is substantially resonant to the absorption maximum of the Infrarotabsorberstoffes.
  • the printing process in the planographic printing machine can in this embodiment without further Measures and performed without deviations from the conventional printing process become.
  • infrared absorber 3-butyl-2 (2 - [- 2- (3-butyl-1,1-dimethyl-1,3-dihydro-benzo [e] indol-2-y -lidene) ethylidene] -2-chloro-cyclohex-1-enyl] -ethenyl) -1,1-dimethyl-1H-benzo [e] indolium perchlorate having the empirical formula C 46 H 52 Cl 2 N 2 O 4 and a molecular weight used of 767.84 g mol -1 .
  • This infrared absorber has an absorption maximum at 819 nm and a max.
  • Extinction of 1.4 percent by weight of the infrared absorber material is required for about 90% laser light absorption as an additive in the colors C, M and Y for a layer thickness of 2 ⁇ m (according to Lambert-Beer extinction law). (For comparison: 0.9 weight percent for about 75%, 0.4 weight percent for about 50% and 0.2 weight percent for about 30%).
  • the radiant energy delivery device includes a laser which emits at 808 nm as the radiant energy source, for example, an InGa (Al) As quantum well laser of the MB series from DILAS can be used.
  • the mentioned laser from DILAS has a maximum optical output power of 24 W.
  • the beam geometry after the collimator is 4 mm x 12 mm.
  • the emission wavelength is thus sufficiently resonant to the absorption maximum of 819 ⁇ 15 nm; the infrared absorber shows an absorption greater than 50%.
  • a beam profile and irradiation time of 2 ms have been chosen for an energy per area of 100 mJ / cm 2 .
  • the absorption of radiation by water vapor in the air is less than 0.5%.
  • This infrared absorber has an absorption maximum at 816 nm and a max. Extinction of Percent by weight of the infrared absorber material are required for about 90% laser light absorption as an additive in the colors C, M and Y for a layer thickness of 2 ⁇ m (according to Lambert-Beer extinction law). (For comparison: 0.5% by weight for about 75%, 0.3% by weight for about 50% and 0.1% by weight for about 30%).
  • the radiant energy delivery device comprises as a source of radiant energy a laser emitting at 808 nm, for example a LIMO 100x 10x12 diode laser from LIMO may be used.
  • the mentioned laser from LIMO has a maximum optical output power of 100 W.
  • the beam geometry after the collimator is 10 mm x 12 mm.
  • the emission wavelength is thus sufficiently resonant to the absorption maximum of 816 ⁇ 15 nm; the infrared absorber shows an absorption greater than 50%.
  • a beam profile and irradiation time of 40 ms have been chosen for an energy per area of 833 mJ / cm 2 .
  • the absorption of radiation by water vapor in the air is less than 0.5%.
  • a third embodiment of the embodiment of the method according to the invention is as an infrared absorber benzenaminium-N, N'-2,5-cyclohexadiene-1,4-diylidenebis [4- (dibutylamino) -N- [4- (dibutylamino) phenyl] diperchlorate with the Molecular formula C 62 H 92 Cl 2 N 6 O 8 and a molecular weight of 1120.37 g mol -1 used.
  • This infrared absorber has an absorption maximum at 1064 nm and a max.
  • Extinction of Percent by weight of the infrared absorber material are required for about 50% laser light absorption as an additive in the colors C, M and Y for a layer thickness of 2 ⁇ m (according to Lambert-Beer extinction law). (For comparison: 15.9% by weight for about 90%, 9.6% by weight for about 75% and 2.5% by weight for about 30%).
  • the radiant energy delivery device includes a laser emitting at 1075 nm as the radiant energy source, for example, an Ytterbium Fiber Laser YLR-100 from IPG Photonics may be used.
  • the mentioned laser from IPG Photonics has a maximum optical output power of 100 W.
  • the beam geometry in focus can be 3 mm x 3 mm.
  • the emission wavelength is thus sufficiently resonant to the absorption maximum of 1064 ⁇ 15 nm; the infrared absorber shows an absorption greater than 50%.
  • a beam profile and irradiation time of 5 ms and an energy per area of 417 mJ / cm 2 were selected.
  • the absorption of radiation by water vapor in the air is below 0.1%.
  • the infrared absorber used is bis (3,4-dimethoxy-2'-chlorodithiobenzil) nickel having the empirical formula C 32 H 26 Cl 2 NiO 4 S 4 and a molecular weight of 732.4 g mol -1 ,
  • This infrared absorber has an absorption maximum at 885 nm and a max.
  • Extinction of Percent by weight of the infrared absorber material are required for about 75% laser light absorption as an additive in the colors C, M and Y for a layer thickness of 2 ⁇ m (according to Lambert-Beer extinction law). (By comparison: 5.3% by weight for about 90%, 1.6% by weight for about 50% and 0.8% by weight for about 30%).
  • the radiant energy delivery device includes as a radiant energy source a laser emitting at 870 nm, for example, a laser coupled laser diode system DLDFC-50 from Laser 2000 may be used.
  • the mentioned Laser2000 laser has a maximum optical output power of 50 W and can be used in cw mode or pulsed mode.
  • the emission wavelength is thus sufficiently resonant to the absorption maximum of 885 ⁇ 15 nm; the infrared absorber shows an absorption greater than 50%.
  • a beam profile and irradiation time of 5 ms have been chosen for an energy per area of 152 mJ / cm 2 .
  • the absorption of radiation by water vapor in the air is below 0.1%.

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Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie auf einen Bedruckstoff (14) mit wenigstens einer Strahlungsenergiequelle (10), deren Licht (12) auf den Bedruckstoff (14) auf dem Pfad (16) des Bedruckstoffes (14) durch eine Druckmaschine an einer Position (116) trifft, welche wenigstens einem Druckspalt (18) in einem Druckwerk nachgeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsenergiequelle (10) Licht (12) emittiert, welches in Querrichtung zur Richtung des Pfades (16) des Bedruckstoffes (14) eine peak-to-valley-Homogenität von weniger als etwa 15% aufweist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie auf einen Bedruckstoff gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In Abhängigkeit von der Art der Druckfarbe und dem zugrundeliegenden speziellen Trocknungsprozess sind verschiedene Vorrichtungen an Druckmaschinen, insbesondere Flachdruckmaschinen, wie lithographischen Druckmaschinen, Rotationsdruckmaschinen, Offsetdruckmaschinen und dergleichen, welche bogenförmige oder bahnförmige Bedruckstoffe, insbesondere Papier, Pappe, Karton und dergleichen, verarbeiten, bekannt, welche eine Haftung der Farbe auf dem Bedruckstoff auslösen oder unterstützen, indem Strahlungsenergie der auf dem Bedruckstoff befindlichen Druckfarbe zugeführt wird.
Die sogenannten UV-Farben härten durch Polymerisation, welche durch Photoinitiation mittels Licht im Ultraviolett ausgelöst wird, aus. Dagegen existieren in weiter Verbreitung lösemittelhaltige Druckfarben, welche sowohl einem physikalischen als auch einem chemischen Trocknungsprozess unterliegen können. Die physikalische Trocknung umfasst die Verdunstung von Lösemitteln und die Diffusion in den Bedruckstoff (Wegschlagen), während unter chemischer Trocknung bzw. oxidativer Trocknung aufgrund einer Polymerisation der in den Farbrezepturen enthaltenen Öle, Harze, Bindemittel oder dergleichen gegebenenfalls unter Mitwirkung von Luftsauerstoff verstanden wird. Die Trocknungsprozesse sind im allgemeinen abhängig voneinander, da durch das Wegschlagen der Lösemittel eine Separation innerhalb des Bindemittelsystems zwischen Lösemitteln und Harzen stattfindet, wodurch die Harzmoleküle sich annähern und gegebenenfalls leichter polymerisieren können.
Es ist bereits bekannt, Druckprodukte nach dem Druckprozess einem Trocknungsprozess zu unterziehen, um eine Weiterverarbeitung der Druckprodukte ohne Wartezeit zu ermöglichen. An dieser Stelle seien zum Beispiel UV-Farben in Verbindung mit UV-Trocknern, Heatset-Farben in Verbindung mit Heißluft-Trocknern oder IR-Trockner genannt.
UV-Farben gelten jedoch als gesundheitsbedenklich und können nur gesondert entsorgt werden. Ferner entsteht durch die UV-Strahlung Ozon, so dass aufwändige Absaugeinrichtungen oder Inertisierungsmaßnahmen vorzusehen sind.
Die Heatset-Trocknung weist dem gegenüber einen hohen Energiebedarf auf und kann zu einer übermäßigen Austrocknung des Bedruckstoffs und somit zu einer ungewünschten Welligkeit führen.
Beim Einsatz von spektral breitbandigen IR-Trocknern kann es ebenfalls zu einer übermäßigen Austrocknung und somit zu einer ungewünschten Welligkeit des Bedruckstoffs kommen, denn der größere Anteil der Energie wird von dem Bedruckstoff absorbiert und nur ein geringerer Anteil von der zu trocknenden Druckfarbe selbst.
Überdies kann der Einsatz von Trocknungsbeschleunigern, sogenannten Sikkativen, in der Druckfarbe leicht zum vorzeitigen Trocknen der Druckfarbe und somit zum Aufbauen der Druckfarbe auf den Oberflächen der Druckwerkswalzen und -zylindern führen. Der Dosierung von Sikkativen sind hierdurch folglich Grenzen gesetzt.
Die DE 102 34 076 A1 beschreibt zum Beispiel eine Vorrichtung zur Trocknung von Druckfarbe auf Bedruckstoffbogen, wobei die Vorrichtung eine Strahlungsenergiequelle, insbesondere einen Laser umfasst, die Licht im nahen IR-Bereich emittiert. Die Wellenlänge der IR-Strahlung wird dabei so gewählt, dass diese nicht-resonant zu Absorptionswellenlängen von Wasser ist, wodurch ausschließlich eine Erhitzung der Farbe, nicht jedoch des Bogens erzielt werden kann.
Ferner beschreibt zum Beispiel die noch unveröffentlichte DE 103 16 471 ein Verfahren zum Trocknen einer Druckfarbe auf einem Bedruckstoff, wobei der Bedruckstoff mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, deren Wellenlänge zwischen 350 nm und 700 nm liegt und im Wesentlichen resonant zu einer Absorptionswellenlänge wenigstens eines Farbpigments der Druckfarbe ist. Dabei ist neben dem Pigment kein weiterer Absorberstoff für die Strahlung notwendig.
Aus der ebenfalls noch unveröffentlichten DE 103 16 472 ist ferner zum Beispiel ein Verfahren zum Trocknen einer Druckfarbe auf einem Bedruckstoff bekannt, wobei außer der Druckfarbe noch eine Grundierung oder eine Beschichtung auf den Bedruckstoff aufgebracht wird und wobei die Grundierung oder die Beschichtung geeignet ist, eine Beschleunigung der Trocknung der Druckfarbe durch Absorption einer Strahlung zu bewirken.
Beispielsweise aus der EP 0 355 473 A2 ist eine Vorrichtung zum Trocknen von Druckprodukten bekannt, welche eine Strahlungsenergiequelle in Form eines Lasers umfasst. Die Strahlungsenergie wird auf die Oberfläche der Bedruckstoffe, die sich auf einer Bahn mittels einer Transporteinrichtung durch die Druckmaschine bewegen, an einer Position zwischen einzelnen Druckwerken oder nach dem letzten Druckwerk vor oder in dem Ausleger geleitet. Die Strahlungsquelle kann dabei ein Laser im Ultravioletten für UV-Farben oder eine Laserlichtquelle im Infraroten zur Erwärmung von lösemittelhaltigen Druckfarben sein. Die Strahlungsenergiequelle ist außerhalb der Druckmaschine angeordnet, um zu vermeiden, dass aufgrund von unvermeidbarer oder abschirmbarer Verlustwärme unerwünscht Teile der Druckmaschine erwärmt werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass eine zusätzliche Systemkomponente dem Druckmaschinenbenutzer separat zur Verfügung gestellt werden muss.
Des Weiteren ist zum Beispiel aus dem Dokument US 6,026,748 bekannt, dass an einer Druckmaschine eine Trocknungsvorrichtung mit Infrarotlampen, welche kurzwelliges Infrarotlicht (nahes Infrarot) oder mittelwelliges Infrarotlicht emittieren, vorgesehen sein kann. Das Emissionsspektrum von Lampenlichtquellen ist breitbandig und führt folglich zu einem Angebot einer Vielzahl von Wellenlängen. Nachteilig bei derartigen Trocknungsvorrichtungen im Infraroten ist, dass ein relevanter Anteil der Energieabsorption im Papier stattfmdet, wobei die Farbe nur indirekt erwärmt wird. Eine schnelle Trocknung ist nur durch einen entsprechend hohen Energieeintrag möglich. Dabei besteht aber unter anderem die Gefahr, dass der Bedruckstoff ungleichmäßig austrocknet und wellig werden kann.
In der elektrophotographischen Drucktechnik ist zum Beispiel aus der DE 44 35 077 A1 bekannt, eine Fixierung von Toner auf einem Aufzeichnungsträger durch von Diodenlasern emittierter Strahlungsenergie im nahen Infrarot vorzunehmen. Durch den Einsatz einer schmalbandigen Lichtquelle wird eine Erhitzung der Tonerpartikel erreicht, um diese zu schmelzen, zu einer farbigen Schicht zu formen und auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers zu verankern. Da in diesem Spektralbereich eine große Anzahl von gängigen Papiersorten breite Absorptionsminima aufweisen, ist es möglich, dass ein überwiegender Teil der Energie in den Tonerpartikeln direkt absorbiert werden kann.
Die einfache Kenntnis des Fensters im Papierabsorptionsspektrum lässt sich allerdings nicht unmittelbar in der Drucktechnik mit lösemittelhaltigen Druckfarben ausnutzen, da wie oben beschrieben andere chemische beziehungsweise physikalische Trocknungsprozesse zugrunde liegen. Im Zusammenhang mit der Erfindung sind mit dem Begriff der lösemittelhaltigen Druckfarbe insbesondere Farben gemeint, deren Lösungsmittelanteile wässriger oder organischer Natur sein können, die auf Bindemittelsystemen aufbauen, die sich oxidativ, ionische oder radikalisch polymerisieren lassen. Ein Energieeintrag zur Trocknung von lösemittelhaltigen Druckfarben soll den Effekt der Verdampfung des Lösemittels und/oder den Effekt des Wegschlagens in den Bedruckstoff und/oder den Effekt der Polymerisation unterstützen oder fördern, wobei gleichzeitig unerwünschte Nebeneffekte, wie insbesondere eine zu starke Erhitzung der lösemittelhaltigen Druckfarbe, welche zu Zersetzungen von Komponenten oder Überhitzung des Lösemittels führen kann, vermieden werden. Der Energieeintrag soll nicht nur, wie für den Fall der Tonerfixierung, zum Schmelzen von Partikeln eingebracht werden.
Bei Vorrichtungen des Standes der Technik kann das Problem auftreten, dass das getrocknete Produkt sichtbare Spuren des Trocknungsprozesses aufweist. Diese Spuren können z. B. als Längs- oder als Quer-Streifen in dem Produkt wahrnehmbar sein und die Qualität des erzeugten Produktes beeinträchtigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie auf einen Bedruckstoff zu schaffen, welche es ermöglicht, den Trocknungsprozess ohne sichtbare ungewünschte Veränderungen des Druckprodukt auszuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie auf einen Bedruckstoff mit wenigstens einer Strahlungsenergiequelle, deren Licht auf den Bedruckstoff auf dem Pfad des Bedruckstoffes durch eine Druckmaschine an einer Position trifft, welche wenigstens einem Druckspalt in einem Druckwerk nachgeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsenergiequelle Licht emittiert, welches in Querrichtung zur Richtung des Pfades des Bedruckstoffes eine peak-to-valley-Homogenität von weniger als etwa 15% aufweist.
Die z. B. durch die Homogenisierungsoptik erzielte Homogenität des Lichts der Strahlungsenergiequelle weist erfindungsgemäß einen Wert von weniger als etwa 15% und besonders bevorzugt einen Wert von weniger als etwa 10% oder 5% auf, wobei sich die Prozentangabe auf die Abweichung eines niedrigsten zu einem höchsten Wert in der lateralen Intensität des Lichts 12 (peak-to-valley-Homogenität) bezieht.
Im Zusammenhang mit der Erfmdung wurde gefunden, dass durch das Vorsehen einer Homogenität der Strahlung in Querrichtung mit einer peak-to-valley-Abweichung von weniger als etwa 15% eine Längs-Streifenbildung effektiv verhindert werden kann.
Eine hinsichtlich der Genauigkeit der Bestrahlungsdosis optimierte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Position, an der das Licht auf den Bedruckstoff im Pfad durch die Flachdruckmaschine trifft derart gewählt ist, dass an dieser Position der Bedruckstoff in Ausbreitungsrichtung der Strahlung im Wesentlichen keine Bewegung ausführt.
Innerhalb einer Tiefenschärfe der Optik von ca. 3 mm (mindestens jedoch von 1 mm) sollte die Leistungsdichte nicht mehr als 15 % variieren bzw. die Fokusdimension sich nicht mehr als 15 % ändern. Bevorzugt nicht mehr als 10% bzw. 5 %.
Im Zusammenhang mit der Erfmdung wurde gefunden, dass die besondere Wahl der Positionierung der Strahlungsenergiequelle und somit des Auftreffpunkts des Lichts an einer Stelle, an der der Bedruckstoff stabil und flatterfrei geführt wird, Quer-Streifenbildung im Produkt effektiv verhindern kann.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Position nahe bei einem Gegendruckzylinders oder nahe bei einer Wendetrommel oder nahe bei einem Transferzylinder gewählt ist.
Es kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, die Position der Strahlungsenergiequelle im Bereich einer Greiferbrücken-freien Bedruckstofftransportvorrichtung, z.B. einer (Saug-) Band-Transportvorrichtung (vorteilhaft in einem Ausleger bzw. wenigstens einem Druckwerk nachgeordnet), vorzusehen, da aufgrund der nicht vorhandenen Greiferbrücken die Positionierung in geringem Abstand zum Bedruckstoff bzw. zum Bedruckstoffpfad möglich ist und daher weniger / keine Störungen durch bewegte Greiferbrücken zu erwarten sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie kann sich ferner dadurch auszeichnen, dass die Strahlungsenergiequelle im wesentlichen nur Licht emittiert, dessen Wellenlänge nicht-resonant zu Absorptionswellenlängen von Wasser (H2O) ist.
Unter nicht-resonant zu Absorptionswellenlängen von Wasser ist im Zusammenhang der Erfindung zu verstehen, dass die Absorption der Lichtenergie durch Wasser bei 20° Celsius nicht stärker als 10,0 % ist, in bevorzugter Ausführung nicht stärker als 1,0 % ist, insbesondere unter 0,1 % liegt. In diesem Zusammenhang emittiert die Strahlungsenergiequelle nur sehr geringe Intensität von Licht, bevorzugt gar kein Licht, welches resonant zu Absorptionswellenlängen von Wasser (H2O) ist.
In vorteilhafter Ausführungsform ist die Strahlungsenergiequelle schmalbandig. Die Strahlungsenergiequelle kann hierbei zum Beispiel von bis zu ±50 nm Breite um eine Wellenlänge emittieren, es kann sich auch um eine oder mehrere einzelne spektroskopisch schmale Emissionslinien handeln.
Des weiteren liegt in vorteilhafter Ausführungsform das Emissionsmaximum der schmalbandigen Strahlungsenergiequelle bzw. die Wellenlänge der Strahlungsenergie zwischen 700,00 nm und 3000,00 nm, bevorzugt zwischen 700,00 nm und 2500,00 nm, insbesondere zwischen 800,00 nm und 1300,00 nm, in einem Teilgebiet des sogenannten Fensters im Papierabsorptionsspektrum. Besonders vorteilhaft ist eine Emission bei 870,00 nm ± 50,00 nm und/oder 1050,00 um ± 50,00 nm und/oder 1250,00 nm ± 50,00 nm und/oder 1600,00 nm ± 50,00 nm. Aus den verfügbaren Diodelaserwellenlängen sind darüber hinaus geeignet: 808 nm, 860 nm, 880 nm, 940 nm, 980 nm (jeweils ± 10 nm).
Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Absorptionsbanden von Wasser zum Papierabsorptionsspektrum beitragen. Schon der typische Wassergehalt von Bedruckstoffen im wasserlosen (feuchtmittelfreien) Flachdruck führt zu unerwünschter, manchmal auch unakzeptabel starker Energieabsorption im Bedruckstoff. Diese Absorption ist entsprechend noch stärker im Flachdruck mit Feuchtmittel ausgeprägt. Ein zu großer Energieeintrag in den Bedruckstoff kann konsequenterweise durch die Einstrahlung einer Wellenlänge vermieden werden, welche nicht-resonant zu einer Absorptionslinie oder Absorptionsbande (Absorptionswellenlänge) von Wasser ist. Nach der Hiltran Datenbank bei einer Temperatur von 296K, in 1m Absorptionsstrecke, 15000 ppm Wasser, ergibt sich die folgende Absorption durch Wasser, genauer durch Wasserdampf: Bei 808 nm kleiner als 0,5%, bei 870±10 nm kleiner als 0,01%, bei 940±10 nm kleiner als 10%, bei 980±10 nm kleiner als 0,5%, 1030±30 nm kleiner als 0,01%, 1064 nm kleiner als 0,01 nm, 1100nm kleiner als 0,5% und 1250±10 nm kleiner als 0,01%. Betrachtet man eine Fläche des Bedruckstoffes, insbesondere des Papiers, von 1m2 und eine Luftstrecke von 1m oberhalb, so enthält die Luft bei einer absoluten Feuchte von 1,5% eine Wassermenge von etwa 12 g. Solange in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Lichtquelle nicht weiter als 1m vom Bedruckstoff entfernt ist und die absolute Feuchte nicht deutlich über 1,5% liegt, werden die oben angegebenen Absorptionen durch Wasser und/oder Wasserdampf nicht überschritten werden. Eine zusätzliche Absorption kann durch den Feuchtgehalt des Bedruckstoffes stattfinden, falls das Licht durch die Farbschicht hindurch bis in den Bedruckstoff eindringt, oder durch Feuchtmittel, welches durch den Druckprozess auf den Bogen übertragen wurde.
In Abhängigkeit von funktionellen Gruppen der einzelnen Komponenten in der Druckfarbe, insbesondere des Pigmentes, des Farbstoffes oder des Farbmittels, des Bindemittels (Firnis), des Lösemittels, des Öles oder des Harzes, des Füllstoffes, des Hilfsmittels, der Additive oder der Zusatzstoffe, oder dergleichen, kann die Druckfarbe verschiedene Wellenlängen absorbieren. Mittels der erfmdungsgemäßen Vorrichtung wird der sich auf dem Bedruckstoff befindlichen Druckfarbe in der Flachdruckmaschine Licht im nahen Infrarot unter Vermeidung von Wasserabsorptionswellenlängen, beispielsweise durch die Einstrahlung nur weniger Wellenlängen einer ein Linienspektrum emittierenden Lichtquelle, angeboten.
Ferner kann die Druckfarbe einen Infrarotabsorberstoff aufweisen. Eine Einkopplung des Lichtes in die Druckfarbe und/oder eine Absorption der Strahlungsenergie in der Druckfarbe wird durch den Infrarotabsorberstoff erzeugt, ermöglicht, unterstützt, verbessert oder erleichtert. Im Zusammenhang dieser Darstellung der Erfmdung wird sprachlich vereinfachend nur vom Unterstützen gesprochen, und es sollen damit alle Abstufungen der Wirkung des Infrarotabsorberstoffes gemeint sein. Der Energieeintrag, welcher zur Entstehung von Wärme führen kann, führt zu einer beschleunigten Trocknung der Druckfarbe. Einerseits kann kurzfristig eine hohe Temperatur in der Druckfarbe (in der Farbschicht) auf dem Bedruckstoff erzeugt werden, andererseits können gegebenenfalls in Abhängigkeit der Zusammensetzung der Druckfarbe chemische Reaktionen angeregt oder initiiert werden. Der Infrarotabsorberstoff, auch als Infrarotabsorber, IR-Absorber, IR-Absorbersubstanz oder dergleichen bezeichnet, kann einerseits eine Komponente in der Druckfarbe sein, welche eine funktionelle Gruppe aufweist, welche im nahen Infrarot absorbiert, oder kann andererseits ein Additiv oder ein Zusatzstoff sein, welcher der Druckfarbe vor dem Verdrucken beigegeben oder zugesetzt wird. In anderen Worten ausgedrückt, die Druckfarbe kann mit einem Infrarotabsorberstoff ergänzt worden sein oder eine zu einem Infrarotabsorberstoff modifizierte Komponente umfassen. Bevorzugt hat der Infrarotabsorberstoff dabei die Eigenschaft, dass er nur geringe oder sogar keine Absorption im sichtbaren Bereich von Wellenlängen aufweist, damit der Farbeindruck der Druckfarbe nur wenig oder sogar gar nicht beeinflusst oder geändert wird.
Ein relativ hoher Energieeintrag direkt in die Druckfarbe, insbesondere unterstützt durch einen Infrarotabsorberstoff, ist in vorteilhafter Weise möglich, ohne einen unerwünschten Energieeintrag in den Bedruckstoff zu erhalten. Dies erklärt sich zum einen dadurch, dass das Licht nicht direkt vom Bedruckstoff absorbiert werden kann, und zum anderen dadurch, dass sich die durch die Farbschicht absorbierte Energie nach Bruchteilen von Sekunden auf Farbe und Bedruckstoff verteilt. Die Wärmekapazität und die Mengenverhältnisse sind hierbei so verteilt, dass eine kurze Erhitzung der Farbschicht möglich ist, bevor der gesamte bedruckte Bogen eine homogene moderate Temperaturerhöhung erfährt. Dadurch ist die erforderliche Gesamtenergiezufuhr verringert. Die selektive Energiezufuhr kann insbesondere dadurch unterstützt werden, dass eine Wellenlänge eingestrahlt wird, welche resonant oder quasi-resonant zu Absorptionslinien einer Komponente der Druckfarbe oder zu einer Absorptionslinie oder einem Absorptionsmaximum eines Infrarotabsorberstoffes in der Druckfarbe ist. Die Absorption der Strahlungsenergie in der Druckfarbe beträgt mehr als 30%, bevorzugt 50%, insbesondere 75%, kann sogar mehr als 90% betragen.
Darüber hinaus reduziert eine Vermeidung der Energieabsorption in Wasser die Austrocknung des Bedruckstoffes. Dieses ist vorteilhaft, da unter anderem eine Austrocknung des Bedruckstoffes zu einer Veränderung seines Formates führt: Aufgrund des sogenannten Quellprozesses weist in Abhängigkeit seines Trocknungszustandes beziehungsweise seines Feuchtigkeitsgehaltes der Bedruckstoff unterschiedliche Formate auf. Der Quellvorgang zwischen einzelnen Druckwerken führt zu der Erfordernis unterschiedlicher Druckformformate in den einzelnen Druckwerken. Eine Veränderung des Feuchtigkeitsgehaltes zwischen den Druckwerken aufgrund des Einflusses einer durch Strahlung induzierten Austrocknung, welche zu nur mit großem Aufwand im voraus bestimmbaren und korrigierbaren Abweichungen führt, wird durch die Druckfarbentrocknung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden.
In anderen Worten ausgedrückt, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Trocknung der lösemittelhaltigen Druckfarbe auf dem Bedruckstoff, ohne dessen Austrocknung zu stark zu beeinflussen.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Strahlungsenergiequelle wenigstens einen Laser aufweist, wobei der Laser ein Halbleiterlaser oder ein Festkörperlaser sein kann.
Um eine möglichst schmalbandige Emission bei gleichzeitig hoher spektraler Leistungsdichte zu erreichen, ist bevorzugt die Strahlungsenergiequelle ein Laser. Alternativ dazu kann auch eine breitbandige Lichtquelle, beispielsweise ein IR-Carbonstrahler, mit einer geeigneten Filteranordnung eingesetzt werden, so dass eine schmalbandige Strahlungsenergiequelle in Kombination entsteht. Ein Filter kann insbesondere ein Interferenzfilter sein. Bevorzugt für die räumliche Integration innerhalb der Flachdruckmaschine ist der Laser ein Halbleiterlaser, (Diodenlaser) oder ein Festkörperlaser (Titan-Saphir, Erbium-Glas, NdYAG, Nd-Glas oder dergleichen). Ein Festkörperlaser kann bevorzugt durch Diodenlaser optisch gepumpt sein. Der Festkörperlaser kann auch ein Fiberlaser oder Lichtwellenleiterlaser sein, bevorzugt ein Ytterbium Fiberlaser, welche 300 bis 700 W Lichtleistung am Arbeitsplatz bei 1070 nm bis 1100 nm zur Verfügung stellen können. In vorteilhafter Weise können derartige Laser in begrenztem Umfang auch abstimmbar sein. In anderen Worten ausgedrückt, die Ausgangswellenlänge der Laser ist veränderbar. Dadurch kann eine Abstimmung auf eine gewünschte Wellenlänge, beispielsweise in Resonanz oder Quasi-Resonanz zu einer Absorptionswellenlänge einer Komponente in der Druckfarbe, insbesondere zu einem Infrarotabsorberstoff in der Druckfarbe, erreicht werden.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl von Strahlungsenergiequellen aufweist, die in einem eindimensionalen Feld, einem zweidimensionalen Feld oder einem dreidimensionalen Feld angeordnet sind und deren Licht an einer Anzahl von Positionen auf den Bedruckstoff trifft, wobei ebenfalls Laser, insbesondere Halbleiterlaser oder Festkörperlaser zum Einsatz kommen können. Durch die Verwendung einer Anzahl von einzelnen Strahlungsenergiequellen für einzelne Bereiche auf dem Bedruckstoff wird die maximal erforderliche Ausgangsleistung der Strahlungsenergiequellen abgesenkt. Lichtquellen mit geringerer Ausgangsleistung sind in der Regel kostengünstiger und haben eine längere Lebenserwartung. Darüber hinaus wird eine unnötig hohe Verlustwärmeentwicklung vermieden. Die durch die Zuführung von Strahlungsenergie eingetragene Energie pro Fläche liegt zwischen 100 und 10.000 mJ/cm2, bevorzugt zwischen 100 und 1000 mJ/cm2, insbesondere zwischen 200 und 500 mJ/cm2. Die Bestrahlung des Bedruckstoffes findet für eine Zeitdauer einer Länge zwischen 0,01 ms und 1 s, bevorzugt zwischen 0,1 ms und 100 ms, insbesondere zwischen 1 ms und 10 ms statt. Der Eintrag der Strahlungsenergie in den angegebenen Zeitdauern kann in bevorzugter Ausführung durch einen Linienfokus der Strahlung erzielt werden, unter welchem der bedruckte Bogen bzw. das Substrat vorbeigeführt wird. In Abhängigkeit der Ausdehnung des Linienfokus in Bewegungsrichtung des Substrates und dessen Geschwindigkeit [m/s] ergibt sich die Wechselwirkungszeit. Aus der weiteren Kenntnis der Strahlungsdichte [W/cm2] ergibt sich die Bestrahlung der Substrate [mJ/cm2].
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfmdung kann vorgesehen sein, dass das auf den Bedruckstoff an einer Position auftreffende Licht in seiner Intensität und Belichtungsdauer für jede Strahlungsenergiequelle unabhängig von den anderen Strahlungsenergiequellen steuerbar ist.
Für diesen Zweck kann eine Steuerungseinheit, unabhängig von oder integriert in die Maschinensteuerung der Flachdruckmaschine, vorgesehen sein. Durch eine Steuerung der Strahlungsenergiequellenparameter ist es möglich, die Energiezufuhr an unterschiedlichen Positionen des Bedruckstoffes zu regulieren. Eine Energiezufuhr kann dann der Bedeckung des Bedruckstoffes an der vorliegenden Position auf dem Bedruckstoffes angepasst werden. Es ist darüber hinaus auch vorteilhaft, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Strahlungsenergiequellen derart einzurichten, dass an einer Position auf dem Bedruckstoff Licht von wenigstens zwei Strahlungsenergiequellen auftrifft. Dabei kann es sich einerseits um teilweise andererseits um vollständig überlappende Lichtstrahlbündel handeln. Die erforderliche maximale Ausgangsleistung einer einzelnen Strahlungsenergiequelle ist dann geringer, darüber existiert eine Redundanz falls ein Ausfall einer Strahlungsenergiequelle auftritt.
Eine erfindungsgemäße Flachdruckmaschine mit wenigstens einem Druckwerk zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie aufweist. Die erfindungsgemäße Flachdruckmaschine kann eine direkte oder indirekten Offsetdruckmaschine, eine Flexodruckmaschine oder dergleichen sein. Einerseits kann die Position, an der das Licht auf den Bedruckstoff im Pfad durch die Flachdruckmaschine trifft, dem letzten Druckspalt des letzten Druckwerkes der Anzahl von Druckwerken, also allen Druckspalten, nachgeordnet sein. Anderseits kann die Position auch einem ersten Druckspalt nachgeordnet und einem zweiten Druckspalt vorgeordnet, also wenigstens zwischen zwei Druckwerken, sein.
Weitere Vorteile sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungen dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
Figur 1
eine schematische Seitendarstellung zur Erläuterung der Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2
eine schematische, perspektivische Darstellung einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
Figur 3
eine schematische Seitendarstellung einer Flachdruckmaschine mit diversen alternativen Anordnungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung an den Druckwerken bzw. nach dem letzten Druckwerk.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Seitendarstellung zur Erläuterung der Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Flachdruckmaschine.
Eine Strahlungsenergiequelle 10, insbesondere ein Laser, bevorzugt ein Diodenlaser oder Festkörperlaser ist innerhalb einer Flachdruckmaschine derart angeordnet, dass das von ihr emittierte Licht 12 auf einen Bedruckstoff 14 auf dessen Pfad 16 durch die Flachdruckmaschine an einer Position 116 auftrifft, welche einem Druckspalt 18 nachgeordnet ist.
Während in der Figur 1 der Bedruckstoff 14 beispielhaft bogenförmig gezeigt ist, kann der Bedruckstoff auch bahnförmig durch die Flachdruckmaschine geführt sein. Die Orientierung des Pfades 16 des Bedruckstoffes 14 ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Der Pfad ist hier ohne Einschränkung eines im allgemeinen kurvenförmigen oder nichtlinearen Verlaufs, insbesondere auf einem Kreisbogen, linear gezeigt.
Der Druckspalt 18 ist in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform durch die Zusammenwirkung des Druckzylinders 110 und eines Gegendruckzylinders 112 definiert. In Abhängigkeit des speziellen Druckverfahrens in der Flachdruckmaschine kann der Druckzylinder 110 ein Druckformzylinder oder ein Gummituchzylinder sein.
Auf dem Bedruckstoff 14 ist Druckfarbe 114 gezeigt. Das von der Strahlungsenergiequelle 10 ausgesendete Licht 12 fällt bündelförmig oder teppichförmig an einer Position 116 auf den Bedruckstoff 14. Druckfarbe 114 innerhalb dieser Position 116 kann Energie aus dem Licht 12 absorbieren. Durch die bevorzugte Wahl einer Wellenlänge, welche nicht-resonant zu Absorptionswellenlängen von Wasser ist, wird eine Absorption im Bedruckstoff 14 reduziert.
Der Abstand D der Strahlungsenergiequelle 10 von der Oberfläche des Bedruckstoffs 14 (exakt: von der Druckfarbe 114) wird bevorzugt zwischen etwa 1 Zentimeter und etwa 30 Zentimetern, besonders bevorzugt zwischen etwa 1 Zentimeter und etwa 10 Zentimetern gewählt.
Da - wie im Zusammenhang mit der Erfmdung gefunden wurde - eine unzureichende Homogenität des Lichts lateral zur Transportrichtung (d. h. in Querrichtung zur Richtung des Pfads) des Bedruckstoffs 14 zu Streifenbildung im getrockneten Druckprodukt führen kann, ist es von Vorteil, Mittel vorzusehen, die eine ausreichenden Homogenität des Lichts gewährleisten.
Die Strahlungsenergiequelle 10 kann zu diesem Zweck eine Homogenisierungsoptik 13 für das Licht 12 aufweisen, die dafür sorgt, dass eine aus einzelnen Lichtflecken oder Lichtteillinien gebildete Lichtlinie (z. B. eine Laserlinie) mehrerer lateral angeordneter Strahlungsenergiequelle 10 in Linienrichtung (lateral zur Transportrichtung des Bedruckstoffs 14) bezüglich der Intensität im Wesentlichen homogen ist. Diese Optik kann Teil der Strahlungsenergiequelle 10 sein oder auch separat vorgesehen sein.
Die durch die Homogenisierungsoptik 13 geformte Lichtlinie weist bevorzugt eine Ausdehnung lateral zur Transportrichtung des Bedruckstoffs 14 von voller Substratbreite auf. Sie kann aber auch auf etwa 10 mm Breite ausgelegt sein, um Module zum Aufbau eines Seitenbreiten-Beleuchtungsbalkens zu realisieren. Vorteilhafte Ausführungen erzeugen einen Fokus in Transportrichtung des Bedruckstoffes von 0,01 mm bis 10 mm, um in Abhängigkeit von der Druckgeschwindigkeit (0,1 m/s - 30 m/s) die vorteilhaften Werte der Bestrahlung [W/cm2] bzw. [mJ/cm2] zu erzielen. Insbesondere Fokusausdehnungen zwischen 0,1 mm und 10 mm bzw. zwischen 1 mm und 5 mm haben sich bei Druckgeschwindigkeiten zwischen 1 m/s und 5 m/s als vorteilhaft erweisen.
Die Homogenisierungsoptik 13 kann Lichtleitelemente makroskopischer oder mikroskopischer Dimension umfassen. Ferner kann die Homogenisierungsoptik 13 refraktiv, diffraktiv oder reflektiv wirkende optische Elemente sowie Kombinationen solcher Elemente umfassen.
Die durch die Homogenisierungsoptik 13 erzielte Homogenität des Lichts 12 der Strahlungsenergiequelle 10 weist bevorzugt einen Wert von weniger als etwa 15% und besonders bevorzugt einen Wert von weniger als etwa 10% oder 5% auf, wobei sich die Prozentangabe auf die Abweichung eines niedrigsten zu einem höchsten Wert in der lateralen Intensität des Lichts 12 (peak-to-valley-Homogenität) bezieht.
Weiterhin kann durch die Homogenisierungsoptik 13 erreicht werden, dass die Homogenität des Lichts auch in Transportrichtung des Bedruckstoffs 14 möglichst hoch ist, so dass eine kurzzeitige Überhitzung der Farbe möglichst vermieden werden kann. Die durch die Homogenisierungsoptik 13 erzielte Homogenität des Lichts 12 der Strahlungsenergiequelle 10 in Transportrichtung des Bedruckstoffs 14 weist bevorzugt einen Wert von weniger als etwa 30% und besonders bevorzugt einen Wert von weniger als etwa 20% oder 10% auf. Auch hierbei bezieht sich die Prozentangabe auf die Abweichung eines niedrigsten zu einem höchsten Wert in der Intensität des Lichts 12 parallel zur Transportrichtung (peak-to-valley-Homogenität).
Es ist ferner von Vorteil ein Absorptionselement 118 auf der der Strahlungsenergiequelle 10 gegenüberliegenden Seite des Bedruckstoffs 14 vorzusehen, welches solche Strahlung absorbiert, die nicht von der Druckfarbe 114 oder dem Bedruckstoff 14 absorbiert wurde.
Die Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform in vorteilhafter Weiterbildung der erfmdungsgemäßen Vorrichtung in einer Flachdruckmaschine. Es ist beispielhaft ein Feld 20 von Strahlungsenergiequellen 10 skizziert, hier drei mal vier, also zwölf Strahlungsenergiequellen 10.
Neben dem hier gezeigten zweidimensionalen Feld 20 kann auch ein eindimensionales Feld oder eine eindimensionale Zeile, orientiert über die Breite des Bedruckstoffes 14 vorgesehen sein. Eine solche Zeile kann vorzugsweise als ein im Wesentlichen seitenbreiter Beleuchtungsbalken ausgebildet sein, der zum Beispiel eine Vielzahl Module aufweist, die wiederum eine Anzahl (zum Beispiel 10) Laserdioden-Barren 11 aufweisen, die wiederum eine Anzahl von Laserdioden 11a, 11b, 11c etc. aufweisen.
Dabei können die Laserdioden-Barren 11 innerhalb des Moduls sowohl in einer einzigen Linie als auch in mehreren, versetzten Linien angeordnet sein, so dass vorteilhaft eine kompaktere Bauweise erreicht werden kann.
Sowohl der modulare Aufbau als auch die Anordnung in versetzten Linien erleichtern überdies dem Bediener oder dem Servicepersonal durchzuführende Wartungsarbeiten.
Ein Laserdioden-Barren 11 weist bevorzugt eine Ausgangsleistung zwischen etwa 10 Watt und etwa 200 Watt, besonders bevorzugt von etwa 50 - 100 Watt auf. Aus dem modularen Aufbau eines Beleuchtungsbalkens ergibt sich daraus bevorzugt eine Leistungsdichte zwischen etwa 50 und etwa 500 Watt pro Zentimeter.
Ein zweidimensionales Feld, wie auch ein dreidimensionales Feld, dessen Licht in zweidimensionaler Verteilung auf den Bedruckstoff 14 trifft, hat unter anderem den Vorteil, dass eine schnelle Trocknung durch parallele oder simultane Bestrahlung einer Gruppe von Positionen in einer Spalte des Feldes 20 erzielt wird. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Bedruckstoff an den Strahlungsenergiequellen 10 vorbeibewegt, kann folglich höher sein, als im Fall eines nur eindimensionalen Feldes.
Durch die Hintereinanderanordnung mehrere Zeilen von Strahlungsenergiequellen 10 ist zum Beispiel auch die Trocknung von Farben mit flüchtigen Komponenten (heatset-artige Farben) durch sukzessives Verdunsten der Komponenten, zum Beispiel Lösungsmittel, effektiv möglich.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Strahlung von mehreren Laserdiodenbarren 11, welche zum Beispiel in Richtung des Bedruckstoffpfads benachbart angeordnet sind, zu einem Strahlenbündel vereint werden. Hierzu kann vorzugsweise ein oder mehrere Polarisationsteiler eingesetzt werden.
Weiterhin oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Strahlung von mehreren Laserdiodenbarren 11, welche Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen aussenden, über ein dichroitisches Lichtleitelement vereint werden.
Das Feld 20 kann auch eine andere Anzahl von Strahlungsenergiequellen 10 aufweisen. Von jeder der Anzahl von Strahlungsenergiequellen 10 wird Licht 12 auf den Bedruckstoff 14 zugeführt. Die Positionen 116, an denen das Licht 12 auf den Bedruckstoff 14, welcher einem Pfad 16 durch die Flachdruckmaschine folgt, trifft, sind einem Druckspalt 118, definiert durch einen Druckzylinder 110 und einen Gegendruckzylinder 112, nachgeordnet.
Einzelne Positionen 116 können dabei teilweise zusammenfallen, wie es in der Figur 2 für die vorne liegende Zeile von Strahlungsenergiequellen 10 gezeigt ist, oder sich sogar im wesentlichen vollständig überlappen.
Durch gezielte Überlappung der Positionen 116 in senkrechter Richtung (lateral) zur Transportrichtung des Bedruckstoffs 14 kann ferner die oben beschriebene bevorzugte Homogenität des Lichts 12 in lateraler Richtung erreicht werden.
Überdies führt die Überlappung zu einer Redundanz, wodurch selbst bei Ausfall einer Laserdiode die zumindest teilweise Trocknung der Druckfarbe an der betreffenden Stelle auf dem Bedruckstoff 14 gewährleistet ist.
Dem Feld 20 von Strahlungsenergiequellen 10 ist eine Steuerungseinrichtung 24 zugeordnet, mit der jenes mittels einer Verbindung 22 Steuersignale austauschen kann. Durch die Steuerungseinrichtung 24 kann eine Ansteuerung des Feldes 20 derart durchgeführt werden, dass eine Energiezufuhr entsprechend der Druckfarbmenge an der Position 116 auf dem Bedruckstoff 14 durchgeführt wird.
So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Laserdioden 11a, 11b, 11c, etc. sowohl einzeln als auch gemeinsam an- oder ausgeschaltet werden. Weiterhin oder alternativ kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Laserdioden 11a, 11 b, 11c, etc. sowohl einzeln als auch gemeinsam in ihrer Leistung variiert werden. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die Trocknung an jeder Stelle des Bedruckstoffs 14 gezielt der dort zur Trocknung notwendigen Energieeinbringung steuerbar ist. Dabei können vorzugsweise Informationen aus der Druckvorstufe oder der Drucküberwachung über den Aufbau (Farbauszüge, Farbverteilung, Flächendeckung, Farbdicke) des zu trocknenden Druckbildes genutzt werden.
Auf diese Weise kann die Druckfarbe auf dem Bedruckstoff derart genau getrocknet werden, dass eine zu hohe Erwärmung und folglich ein zu starkes Verdampfen der Druckfarbe, insbesondere mit lateralen Schwankungen, vermieden werden kann. Vorzugsweise wird die eingebrachte Strahlungsenergie auf 10%, weiter bevorzugt 5% oder sogar nur 1% Genauigkeit eingestellt.
Die Figur 3 stellt schematisch eine Flachdruckmaschine, in dieser Ausführungsform eine bogenverarbeitende Offset-Druckmaschine, mit diversen alternativen Anordnungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung an den Druckwerken bzw. nach dem letzten Druckwerk dar.
Beispielhaft weist die Flachdruckmaschine vier Druckwerke 30, einen Anleger 32 und einen Ausleger 34 auf. Innerhalb der Flachdruckmaschine sind diverse Zylinder gezeigt, welche einerseits zur Bogenführung durch die Maschine dienen, andererseits eine Flachdruckfläche zur Verfügung stellen, sei es direkt als Druckformzylinder oder als ein Übertragungszylinder, insbesondere ein Gummituchzylinder.
Nicht näher im Detail gezeigt, weisen typische Druckwerke 30 in Flachdruckmaschinen des weiteren ein Farbwerk und gegebenenfalls ein Feuchtwerk auf. Jedes Druckwerk 30 umfasst einen Druckzylinder 110 und einen Gegendruckzylinder 112, welche einen Druckspalt 18 definieren.
Am ersten und zweiten Druckwerk 30 ist eine zentrale Strahlungsenergiequelle 36 gezeigt, von der ausgehend Licht mittels Lichtleitelementen 38, beispielsweise Lichtwellenleitern, Spiegeln, Abbildungsoptiken und dergleichen, zu den Druckwerken 30 zugeordneten Projektionselementen 310 geführt wird. Die Projektionselemente 310 senden Licht 12 an Positionen 116 auf den Pfad 16 des Bedruckstoffes 14 durch die Flachdruckmaschine aus, welche den jeweiligen Druckspalten 18 der zugeordneten Druckwerke 30 vorzugsweise nachgeordnet sind. Durch die Verwendung von Lichtleitelementen 38 ist es möglich, die Strahlungsenergiequelle 36 an einer geeigneten Stelle innerhalb der Flachdruckmaschine anzuordnen, an der ausreichend Bauraum zur Verfügung steht.
Am dritten und vierten Druckwerk 30 sind Strahlungsenergiequellen 10 gezeigt, von denen ausgehend Licht 12 direkt in Positionen 116 dem Druckspalt 18 des jeweiligen Druckwerks 30 nachgeordnet auf den Pfad 16 des Bedruckstoffes 14 zugeführt wird.
Des Weiteren sind innerhalb des Auslegers 34 eine alternative Strahlungsenergiequelle 312 und eine weitere alternative Strahlungsenergiequelle 314 gezeigt.
Den anhand einer bogenverarbeitenden Druckmaschine in Figur 3 gezeigten Anordnungen analog können erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Zuführung von Strahlungsenergie auch in einer bahnverarbeitenden Druckmaschine, insbesondere sogenannten Rollenrotationsdruckmaschinen, sei es für den Akzidenz- oder den Zeitungsdruck, in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.
Der Einbauort einer Strahlungsenergiequelle 10, z. B. eines im Wesentlichen seitenbreiten Laserdioden-Beleuchtungsbalkens, in der Druckmaschine wird vorzugsweise an einer Stelle gewählt, an der sich der Bedruckstoff 14 nur wenig oder im Wesentlichen gar nicht in Ausbreitungsrichtung der Strahlung (des Lichts 12) bewegen kann, d. h. zum Beispiel an einer Stelle an der der Bedruckstoff 14 im Wesentlichen flatterfrei bewegt wird.
Auf diese Weise kann eine hohe Genauigkeit bezüglich der Bestrahlungsdosis gewährt werden, denn es kann sichergestellt werden, dass sich der Bedruckstoff 14 stets im Fokus, d. h. im Fokusabstand der Strahlungsenergiequelle 10 befindet. Schwankungen im Trocknungsprozess, welche im getrockneten Produkt sichtbar werden, können auf diese Weise effektiv verhindert werden.
Besonders bevorzugt sind aus diesem Grund Einbauorte 10 bzw. 310 gegenüberliegend eines Gegendruckzylinders 112, aber auch Einbauorte 410 gegenüberliegend einer Wendetrommel 113 oder eines anstelle der Wendetrommel vorgesehenen Transferzylinders. In diesen Fällen wird der Bedruckstoff 14, zum Beispiel ein Papierbogen, von dem jeweiligen Zylinder oder der jeweiligen Trommel geführt und führt deshalb eine stabile, im Wesentlichen flatterfreien Bewegung aus.
Weiterhin bevorzugt ist ein Einbauort nahe bei bzw. dicht benachbart zu einer Saugband-Transportvorrichtung, wie z.B. in einem einem Druckwerk nachgeordneten Trockner oder Ausleger.
Es ist ferner von Vorteil, den Fokus der Strahlungsenergiequelle 10 so zu wählen, dass dieser eine ausgedehnte Tiefe (Schärfentiefe oder "depth of focus") aufweist, derart, dass geringfügige Bewegungen des Bedruckstoffs 14 senkrecht zur Transportrichtung des Bedruckstoffs 14 noch innerhalb des Schärfentiefen-Bereichs stattfinden und deshalb unproblematisch sind.
Innerhalb einer Tiefenschärfe der Optik von ca. 3 mm (mindestens jedoch von 1 mm) sollte die Leistungsdichte nicht mehr als 15 % variieren bzw. die Fokusdimension sich nicht mehr als 15 % ändern. Bevorzugt nicht mehr als 10% bzw. 5 %.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, den Fokus in senkrechter Richtung zur Transportrichtung des Bedruckstoffs 14 verstellbar zu wählen. Auf diese Weise kann die Bestrahlungsdosis zum einen, falls gewünscht oder vorteilhaft, durch die Fokuseinstellung verändert werden und zum anderen bei unterschiedlichen Druckgeschwindigkeiten, d. h. bei unterschiedlichen Transportpfaden des Bedruckstoffs z. B. aufgrund von Fliehkräften, durch die Fokuseinstellung konstant gehalten werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zuführen von Strahlungsenergie einer Wellenlänge im nahen Infrarot auf einen Bedruckstoff wird ein Infrarotabsorberstoff, welcher durch die Lage seines Absorptionsmaximums oder seiner Absorptionsmaxima im sogenannten Fenster des Papierabsorptionsspektrum, insbesondere im sogenannten Fenster des Wasserabsorptionsspektrums, geeignet ist, eingesetzt.
Eine benötigte Menge des Infrarotabsorberstoffes wird als Additiv oder Zusatzstoff der Druckfarbe beigegeben. Dieses kann beispielsweise durch Verrühren der Druckfarbe mit dem Infrarotabsorberstoff außerhalb oder innerhalb der Flachdruckmaschine geschehen. Eine Zugabe ist in der Regel nur für die sogenannten Buntfarben, insbesondere für den Vierfarben-Offsetdruck für die Farben Yellow, Magenta und Cyan (Y,M und C), sinnvoll.
Eine Zugabe für die Kontrastfarbe, im Vierfarben-Offsetdruck für die Farbe Black (K), ist in der Regel nicht notwendig, da schwarze Druckfarbe in der Regel im gesamten relevanten und angesprochenen Wellenlängenbereich zwischen 700 nm und 2500 nm ausreichend gut absorbiert. Eine Zugabe kann aber dennoch vorgenommen werden.
Die benötigte Menge des Infrarotabsorberstoffes berechnet sich in erster Näherung nach dem Lambert-Beerschen Extinktionsgesetz, der Schichtdicke der Druckfarbe auf dem Bedruckstoff und dem Extinktionskoeffizienten. Die auf dem Lambert-Beerschen Extinktionsgesetz Berechnungen basieren in dieser Darstellung auf unmittelbarer Resonanz, d. h. die Emissionswellenlänge liegt in unmittelbarer Nähe des Absorptionsmaximums. Bei leicht abweichenden Laserwellenlängen erhält man eine ebenso leicht abweichende Absorption und benötigt entsprechend, bevorzugt proportional mehr Infrarotabsorberstoff. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass diese Betrachtungen den praxisrelevanten Einfluss von Lichtstreuung und Sättigungseffekten noch nicht berücksichtigen.
Zur Beleuchtung des Bedruckstoffes wird eine Strahlungsenergiequelle verwendet, deren Licht im wesentlichen resonant zum Absorptionsmaximum des Infrarotabsorberstoffes ist. Der Druckprozess in der Flachdruckmaschine kann in dieser Ausführungsform ohne weitere Maßnahmen und ohne Abweichungen vom herkömmlichen Druckverfahren durchgeführt werden.
Es kann vorteilhaft sein, nicht im rechten Winkel auf den bedruckten Bogen zu strahlen, sondern in einem kleineren Winkel (zur Oberfläche gemessen). Vorteilhaft ist hierbei auf jeden Fall eine verlängerte Absorptionsstrecke. U.U. kann auch ein bestimmter Winkel vorteilhaft sein, um den Reflexionsgrad zu minimieren.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Infrarotabsorberstoff 3-Butyl-2(2-[-2-(3-butyl-1,1-dimethyl-1,3-dihydro-benzo [e] indol-2-y-lidene)ethylidene]-2-chloro-cyclohex-1-enyl]-ethenyl)-1,1-dimethyl-1H-benzo[e]indolium Perchlorat mit der Summenformel C46H52Cl2N2O4 und einem Molekulargewicht von 767,84 g mol-1 verwendet. Dieser Infrarotabsorberstoff hat ein Absorptionsmaximum bei 819 nm und eine max. Extinktion von
Figure 00220001
1,4 Gewichtsprozent des Infrarotabsorberstoffes werden für circa 90% Laserlichtabsorption als Additiv in den Farben C, M und Y für eine Schichtdicke von 2 µm benötigt (nach Lambert-Beer-Extinktionsgesetz). (Zum Vergleich: 0,9 Gewichtsprozent für circa 75%, 0,4 Gewichtsprozent für circa 50% und 0,2 Gewichtsprozent für circa 30%).
Die Vorrichtung zum Zuführen von Strahlungsenergie umfasst als Strahlungsenergiequelle einen Laser, welcher bei 808 nm emittiert, beispielsweise kann ein InGa(Al)As Quantum Well Laser der MB Serie von DILAS verwendet werden. Der genannte Laser von DILAS hat eine maximale optische Ausgangsleistung von 24 W. Die Strahlgeometrie nach dem Kollimator ist 4 mm x 12 mm. Die Emissionswellenlänge ist damit hinreichend resonant zum Absorptionsmaximum von 819±15 nm; der Infrarotabsorberstoff zeigt eine Absorption größer als 50%. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist bei einer Druckgeschwindigkeit von 2 m/s (entspricht 14400 Druck pro Stunde bei 50 cm Bogenlänge) ein Strahlprofil und eine Bestrahlungszeit von 2 ms für eine Energie pro Fläche von 100 mJ/cm2 gewählt worden. Die Absorption von Strahlung durch Wasserdampf in der Luft liegt unter 0,5%.
In einem zweite Ausführungsbeispiel der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Infrarotabsorberstoff 2[2-[2Chloro-3-[2-(3-ethyl-1,3-dihydro-1,1-dimethyl-2H-benzo[e]indol-2ylidene)-ethylidene]-1-cyclohexen-1-yl]-ethenyl]3-ethyl-1,1dimethyl-1H-benzo[e]indolium Tetraflouroborat mit der Summenformel C42H44BClF4N2 und einem Molekulargewicht von 699,084 g mol-1 verwendet. Dieser Infrarotabsorberstoff hat ein Absorptionsmaximum bei 816 nm und eine max. Extinktion von
Figure 00230001
Gewichtsprozent des Infrarotabsorberstoffes werden für circa 90% Laserlichtabsorption als Additiv in den Farben C, M und Y für eine Schichtdicke von 2 µm benötigt (nach Lambert-Beer-Extinktionsgesetz). (Zum Vergleich: 0,5 Gewichtsprozent für circa 75%, 0,3 Gewichtsprozent für circa 50% und 0,1 Gewichtsprozent für circa 30%).
Die Vorrichtung zum Zuführen von Strahlungsenergie umfasst als Strahlungsenergiequelle einen Laser, welcher bei 808 nm emittiert, beispielsweise kann ein Diodenlaser HLU 100c 10x12 von LIMO verwendet werden. Der genannte Laser von LIMO hat eine maximale optische Ausgangsleistung von 100 W. Die Strahlgeometrie nach dem Kollimator ist 10 mm x 12 mm. Die Emissionswellenlänge ist damit hinreichend resonant zum Absorptionsmaximum von 816±15 nm; der Infrarotabsorberstoff zeigt eine Absorption größer als 50%. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist bei einer Druckgeschwindigkeit von 0,5 m/s (entspricht 3600 Druck pro Stunde bei 50 cm Bogenlänge) ein Strahlprofil und eine Bestrahlungszeit von 40 ms für eine Energie pro Fläche von 833 mJ/cm2 gewählt worden. Die Absorption von Strahlung durch Wasserdampf in der Luft liegt unter 0,5%.
In einem dritten Ausführungsbeispiel der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Infrarotabsorberstoff Benzenaminium-N,N'-2,5-cyclohexadiene-1,4-diylidenebis[4-(dibutylamino)-N-[4-(dibutylamino)phenyl] Diperchlorat mit der Summenformel C62H92Cl2N6O8 und einem Molekulargewicht von 1120,37 g mol-1 verwendet. Dieser Infrarotabsorberstoff hat ein Absorptionsmaximum bei 1064 nm und eine max. Extinktion von
Figure 00230002
Gewichtsprozent des Infrarotabsorberstoffes werden für circa 50% Laserlichtabsorption als Additiv in den Farben C, M und Y für eine Schichtdicke von 2 µm benötigt (nach Lambert-Beer-Extinktionsgesetz). (Zum Vergleich: 15,9 Gewichtsprozent für circa 90%, 9,6 Gewichtsprozent für circa 75% und 2,5 Gewichtsprozent für circa 30%).
Die Vorrichtung zum Zuführen von Strahlungsenergie umfasst als Strahlungsenergiequelle einen Laser, welcher bei 1075 nm emittiert, beispielsweise kann ein Ytterbium Fiber Laser YLR-100 von IPG Photonics verwendet werden. Der genannte Laser von IPG Photonics hat eine maximale optische Ausgangsleistung von 100 W. Die Strahlgeometrie im Fokus kann 3 mm x 3 mm betragen. Die Emissionswellenlänge ist damit hinreichend resonant zum Absorptionsmaximum von 1064±15 nm; der Infrarotabsorberstoff zeigt eine Absorption größer als 50%. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist bei einer Druckgeschwindigkeit von 2 m/s (entspricht 14400 Druck pro Stunde bei 50 cm Bogenlänge) ein Strahlprofil und eine Bestrahlungszeit von 5 ms und eine Energie pro Fläche von 417 mJ/cm2 gewählt worden. Die Absorption von Strahlung durch Wasserdampf in der Luft liegt unter 0,1 %.
In einem vierten Ausführungsbeispiel der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Infrarotabsorberstoff Bis(3,4-dimethoxy-2'chlorodithiobenzil)Nickel mit der Summenformel C32H26Cl2NiO4S4 und einem Molekulargewicht von 732,4 g mol-1 verwendet. Dieser Infrarotabsorberstoff hat ein Absorptionsmaximum bei 885 nm und eine max. Extinktion von
Figure 00240001
Gewichtsprozent des Infrarotabsorberstoffes werden für circa 75% Laserlichtabsorption als Additiv in den Farben C, M und Y für eine Schichtdicke von 2 µm benötigt (nach Lambert-Beer-Extinktionsgesetz). (Zum Vergleich: 5,3 Gewichtsprozent für circa 90%, 1,6 Gewichtsprozent für circa 50% und 0,8 Gewichtsprozent für circa 30%).
Die Vorrichtung zum Zuführen von Strahlungsenergie umfasst als Strahlungsenergiequelle einen Laser, welcher bei 870 nm emittiert, beispielsweise kann ein fasergekoppeltes Laserdiodensystem DLDFC-50 von Laser2000 verwendet werden. Der genannte Laser von Laser2000 hat eine maximale optische Ausgangsleistung von 50 W und kann im cw-Betrieb oder Pulsbetrieb eingesetzt werden. Die Emissionswellenlänge ist damit hinreichend resonant zum Absorptionsmaximum von 885±15 nm; der Infrarotabsorberstoff zeigt eine Absorption größer als 50%. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist bei einer Druckgeschwindigkeit von 2 m/s (entspricht 14400 Druck pro Stunde bei 50 cm Bogenlänge) ein Strahlprofil und eine Bestrahlungszeit von 5 ms für eine Energie pro Fläche von 152 mJ/cm2 gewählt worden. Die Absorption von Strahlung durch Wasserdampf in der Luft liegt unter 0,1%.
BEZUGSZEICHENLISTE
10
Strahlungsenergiequelle/Einbauort der Strahlungsenergiequelle
11
Laserdiodenbarren
11 a
Laserdiode
11b
Laserdiode
11c
Laserdiode
12
Licht
13
Homogenisierungsoptik
14
Bedruckstoff
16
Pfad des Bedruckstoffes
18
Druckspalt
110
Druckzylinder
112
Gegendruckzylinder
113
Wendetrommel
114
Druckfarbe
116
Position auf dem Bedruckstoff
118
Absorptionselement
20
Feld von Strahlungsenergiequellen
22
Verbindung zur Übertragung von Steuersignalen
24
Steuerungseinheit
30
Druckwerk
32
Anleger
34
Ausleger
36
zentrale Strahlungsenergiequelle
38
Lichtleitelement
310
Projektionselement/Einbauort des Projektionselements
312
alternative Strahlungsenergiequelle
314
weitere alternative Strahlungsenergiequelle
410
Strahlungsenergiequelle/Einbauort der Strahlungsenergiequelle
D
Abstand

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie auf einen Bedruckstoff (14) mit wenigstens einer Strahlungsenergiequelle (10), deren Licht (12) auf den Bedruckstoff (14) auf dem Pfad (16) des Bedruckstoffes (14) durch eine Druckmaschine an einer Position (116) trifft, welche wenigstens einem Druckspalt (18) in einem Druckwerk nachgeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsenergiequelle (10) Licht (12) emittiert, welches in Querrichtung zur Richtung des Pfades (16) des Bedruckstoffes eine peak-to-valley-Homogenität von weniger als etwa 15% aufweist.
  2. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    die peak-to-valley-Homogenität weniger als etwa 10% oder weniger als etwa 5% beträgt.
  3. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsenergiequelle (10) wenigstens einen Laser aufweist.
  4. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein Halbleiterlaser oder ein Festkörperlaser ist.
  5. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl von Strahlungsenergiequellen (10) aufweist, die in einem eindimensionalen Feld, einem zweidimensionalen Feld (20) oder einem dreidimensionalen Feld angeordnet sind und deren Licht an einer Anzahl von Positionen (116) auf den Bedruckstoff (14) trifft.
  6. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welcher zusätzlich eine Steuerungseinheit (24) zugeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Bedruckstoff (14) an einer Position (116) auftreffende Licht (12) in seiner Intensität und Belichtungsdauer für jede Strahlungsenergiequelle (10) unabhängig von den anderen Strahlungsenergiequellen (10) steuerbar ist.
  7. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position (116), an der das Licht auf den Bedruckstoff (14) im Pfad (16) durch die Flachdruckmaschine trifft derart gewählt ist, dass an dieser Position (116) der Bedruckstoff (14) in Ausbreitungsrichtung der Strahlung im Wesentlichen keine Bewegung ausführt.
  8. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Position (116) nahe bei einem Gegendruckzylinders (112) oder nahe bei einer Wendetrommel (113), nahe bei einem Transferzylinder oder nahe bei einer Saugband-Transportvorrichtung gewählt ist.
  9. Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Tiefenschärfe von etwa 1 bis 3 mm einer der Strahlungsenergiequelle (10) zugeordneten Optik die Leistungsdichte nicht mehr als etwa 15 % variiert, insbesondere nicht mehr als etwa 10 % oder 5 %, oder dass die Fokusdimension nicht mehr als etwa 15 % variiert, insbesondere nicht mehr als etwa 10 % oder 5 %.
  10. Flachdruckmaschine mit wenigstens einem Druckwerk (30),
    gekennzeichnet durch
    eine Vorrichtung zur Zuführung von Strahlungsenergie gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
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