EP2183057B1 - Verfahren und vorrichtung zum auftrag von kunststoffbeschichtungen - Google Patents

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EP2183057B1
EP2183057B1 EP08785039A EP08785039A EP2183057B1 EP 2183057 B1 EP2183057 B1 EP 2183057B1 EP 08785039 A EP08785039 A EP 08785039A EP 08785039 A EP08785039 A EP 08785039A EP 2183057 B1 EP2183057 B1 EP 2183057B1
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gas stream
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film
coating material
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Definitions

  • the invention generally relates to the application of coatings, such as paints.
  • the invention relates to devices and measures for the targeted influencing of the surface structure of the still fluid film such. the smoothing of coated coating films.
  • smoothing is meant in particular the elimination of undesired structures or disturbances of the coating surface, which will be explained in more detail below.
  • applied coating films may have undesirable structures or defects.
  • Such structures or perturbations may include, but are not limited to, roll structures, roll transfer longitudinal structures, longitudinal streaks of uneven application, or transfer coating coating defects.
  • the surface finish of the substrate can cause structures or disturbances on the coating surface. For example, by not wetted wells in the substrate, craters on the Coating surface arise. This may be the case in particular, but not exclusively in the case of contactless application of the coating material, in particular in the case of non-contact application by nozzles.
  • a method for smoothing layers is known in which liquid or dough-like layers applied to a substrate are ultrasonically smoothed.
  • an ultrasonic transducer is provided, which transmits to the layer.
  • the substrate with the layer is brought into contact with the ultrasonic vibrator from the rear for effective transmission of the ultrasonic vibrations, wherein the substrate is curved or bent over the ultrasonic vibrator.
  • a smoothing of a coated film by ultrasound is also in the JP 59225772 A described.
  • the coating is applied with roller application.
  • the substrate passes over a roller, which is arranged opposite the ultrasonic oscillator.
  • the ultrasound is touchless over the air on the layer side
  • WO 2006/069904 A2 For example, a method and apparatus for treating a fibrous web in its manufacture or refinement is known.
  • a liquid to pasty application medium with a commissioned contactless and without excess of application medium is delivered to the fibrous web and then the fresh coating layer is leveled or smoothed.
  • a method for producing a light-emitting device comprises a light emitting element with an organic compound radiator.
  • the organic compound is applied to a surface and by means of a gas jet, the organic compound is smoothed.
  • the object of the invention is to eliminate or smooth surface disturbances occurring during the coating application in order to produce a smooth surface regardless of the applied application method and the substrates used.
  • the invention provides an apparatus and method for applying coatings to surfaces of substrates, wherein a coating unit for applying coating material in fluid form to the substrate surface, and a conveyor is used to move the substrate surface relative to the coating unit along a running direction on the substrate Move coating unit past.
  • the substrate is preferably moved past a stationary coating unit. It is also conceivable to hold the substrate and move the coating unit.
  • a device for selectively influencing the coating surface such as e.g. the smoothing of the still applied to the substrate surface by means of the coating unit, still provided fluid film.
  • This device includes means for generating a gas stream which is directed to the film-coated substrate surface and smoothes the film, at least partially eliminating spurious structures of the film surface such as pits, bumps and craters prior to curing of the coating material. The smoothing is carried out accordingly by the gas flow contactless.
  • the transport of the coating material through the gas stream is preferably kept smaller than 1 mm, more preferably smaller than 0.25 mm along the surface.
  • the contours of the edges of coated areas remain particularly preferably unaffected by the smoothing. This means that the smoothing does not introduce coating material into uncoated areas.
  • the invention is particularly suitable in connection with a non-contact coating application by a nozzle arrangement.
  • a computer-aided control device for controlling the coating nozzles is advantageous, so that laterally patterned by appropriate control of the nozzles Coatings, here in particular to produce a recess of areas of the substrate surface.
  • a drop-on-demand, or demand droplet coating unit with nozzles for dispensing each individual droplets of the coating material in response to control signals used.
  • the nozzles of the coating unit are preferably arranged in at least one row transversely to the direction of travel.
  • the nozzles of the coating unit are arranged in at least one row, which extends transversely to the direction and the processable substrate width spans at least three quarters perpendicular to the direction of rotation, wherein the nozzles are preferably arranged rigidly in the direction transverse to the direction.
  • the nozzles thus cover the entire area of the substrate to be coated only by movement along one direction, namely the direction of travel.
  • the coating unit can therefore also comprise a device for roller application and / or a screen printing device.
  • a coating with roller application is particularly thought of flexographic printing, gravure and simple, full-surface roller painting.
  • the form roller covered with a printing form rolls on the substrate and selectively deposits the coating material on the substrate surface.
  • the wells of a selectively engraved cylinder are filled with coating material or ink.
  • the cylinder is brought into direct contact with the paper, with the coating material or the ink being transferred to the paper.
  • screen printing through a partially permeable fabric with a squeegee, the ink or coating material at the open locations is transferred through the fabric to the paper. All of the above-mentioned methods, except for the full-area roll coating, as well as the drop-on-demand technique, can also be used for the laterally structured coating with the exception of regions of the substrate surface.
  • the device for generating a gas stream comprises at least one row of gas nozzles which extends transversely to the direction of travel.
  • the gas flows may be adjusted by suitable nozzle shapes and nozzle sizes for the purpose of the invention.
  • the nozzles of a smoothing device have a diameter of at least 0.05 millimeters to at most 10 millimeters, more preferably between 0.1 to 5 millimeters, particularly preferably between 0.2 and 2 millimeters or between 0.5 and 1 millimeters.
  • One way to improve the smoothing effect is to provide a nozzle assembly that generates air streams that strike the substrate surface under different spatial directions and / or have gradients in the flow velocity in multiple directions along the surface.
  • turbulators can be provided, for example, in the nozzle or nozzles, which swirl the gas stream.
  • the or the gas streams can be acted upon by ultrasonic waves.
  • the gas streams are preferably also directed at an oblique angle to the substrate surface.
  • the angle of the gas flow is for this purpose between an angle greater than 0 ° and up to 90 °, preferably in the range of 10 ° or 20 ° to 80 °, preferably in the range of 30 ° to 70 °, particularly preferably in the range of 40 ° to 60 ° measured from the solder to the surface.
  • Yet another measure is to pulse the gas stream (s) instead of evenly flowing out of the nozzle (s).
  • crater-like depressions depending on the nature of the substrate, in particular occur at small layer thicknesses.
  • the application of the invention is therefore particularly suitable for thinner coating films.
  • a film with a layer thickness less than 100 microns, preferably less than 50 microns, more preferably less than 30 microns is applied and then smoothed before solidification. Even very thin coatings with layer thicknesses of less than 20 microns, even smaller than 10 microns layer thickness can be smoothed with elimination of wells and / or openings. Even coating surfaces of films with layer thicknesses of less than 5 micrometers can be positively influenced by the method according to the invention.
  • the smoothing of a film of still fluid coating material may apply, in which by means of the gas flow crater-like depressions or structures which are transferred from the substrate or by the coating process are removed or closed.
  • new, desired as desired structures can be generated, for example, to give the cured film a special look and / or haptic appearance.
  • the gas flow in the angle of incidence and flow rate is adjusted so that smaller depressions not only smoothed, but at the same time additional by local displacement and / or redeployment of the coating material Structures are created.
  • Such selectively generated structures can be, among other things, crimping structures, undulations, depressions, ribs or grooves.
  • the film after the targeted influencing of the surface e.g. the smoothing by means of a separate curing or drying device for curing or drying of the coating material in a solid form.
  • This device is arranged downstream in the direction of the device for influencing the surface, so that the substrate surface passes first the coating unit, then the device for influencing the surface and then the curing device.
  • Particularly suitable in this case is the application of UV-curable coatings, in particular UV overprint varnish and curing of the coating material by irradiation of UV light after smoothing.
  • the curing device comprises a light source, preferably a UV light source.
  • a coating material is applied to it, which at the processing temperature has a dynamic viscosity of at least 10 seconds and at most 1000 seconds, preferably at most 500 seconds, more preferably at most 200 seconds, possibly even at most 100 seconds, measured as the flow time of a volume of 100 cm 3 from a DIN cup with a 4 mm diameter outlet nozzle.
  • the adjustment of the viscosity can also be done by adjusting the temperature, so that even highly viscous or low-viscosity coating materials can be applied and smoothed.
  • a device for applying coatings to surfaces of substrates which likewise comprises a coating unit for applying coating material in fluid form, as well as a conveying device, to the substrate surface move relative to the coating unit along a running direction on the coating unit, preferably in turn by moving the substrate to a fixed coating unit.
  • a device for selectively influencing the coating surface, in particular for smoothing the still fluid film applied to the substrate surface by means of the coating unit, wherein the device for selectively influencing the surface of the fluid coating material comprises an array of needles which are used to influence the surface, in particular for smoothing, touch the surface.
  • the needles can pierce into the film. The piercing of the needles causes a localized movement of the liquid coating material which results in the compensation of surface irregularities present in the puncture site or in areas near the puncture site.
  • the device may be designed in the same way as the device described above.
  • a non-contact coating so may alternatively or additionally, for example, a device for roller application, such as for the simple full-surface, flexo or gravure job, or be provided for screen printing.
  • a particularly preferred embodiment of the device for selectively influencing the surface of the fluid coating material provides a needled roller or a needled tape which roll on the film. The rolling avoids that the needle tips move along the film and then in turn insert unwanted structures in the form of grooves in the film.
  • the needles can generally also be controlled with a control so that they selectively touch the film selectively or in a predetermined pattern.
  • an ultrasonic oscillator can be provided, which is coupled to the needles.
  • the needles are subjected to ultrasonic vibrations and transmit them via the needle tips in the film.
  • the needles may be replaced by electromechanical devices such as e.g. Piezo control or a suitable control via compressed air are selectively controlled to z. B. only to touch areas on which coating material has been applied.
  • the piezo or pneumatic control may e.g. also be used to create a vertical or lateral movement of the needles to expand or support the smoothing effect. Furthermore, with partial coating, this movement can at least reduce the smearing of the coating film.
  • a targeted influencing of the surface of the film by means of a targeted, non-contact heating by the means for selectively influencing the surface of the fluid coating material is provided.
  • the heating may be by an oven, a radiation source (e.g., an IR emitter), preferably a laser, and / or by means for generating electromagnetic radiation of other wavelengths, preferably microwaves.
  • a radiation source e.g., an IR emitter
  • a laser e.g., a laser
  • means for generating electromagnetic radiation of other wavelengths, preferably microwaves e.g., microwaves.
  • a heating device for heating the at least one gas stream can be provided, so that a smoothing takes place with a heated gas stream.
  • Suitable for this purpose are temperatures of the gas stream in the range from 0 to 500 ° C., preferably in the range from 100 to 400 ° C., particularly preferably in the range from 150 to 300 ° C.
  • a separate heating for example by means of a suitable radiation source or by microwaves.
  • means may be provided for scanning the beam (s) over the substrate surface, or at least a portion thereof. In this way, an energetic, localized beam or multiple such beams can sweep the entire surface to be smoothed.
  • coated surfaces of any material and any geometry can target the targeted Influencing the still liquid coating surface preferably be smoothing by the inventive device.
  • the device can be designed in particular for coating paper, cardboard or plastic films. Thought is particularly to the coating of printed products, preferably for their refinement. Especially with substrates such as paper or cardboard, which have a certain porosity, otherwise often the problem of occurring in the coating crater-like depressions, especially here in conjunction with a contract of the coating material in the drop-on-demand method or another non-contact coating process.
  • the device according to the invention in general, it is also intended to use the device according to the invention in a printing machine, such as an offset, flexo, gravure or screen printing machine. In this way, printed products in a single system can then be printed and finished. It is also intended to retrofit a coating device, such as a printing machine with coating unit, or a coating device, with a device for selectively influencing the surface of the fluid coating material, so that a coating device according to the invention is obtained. Likewise, a printing press-regardless of the printing process used-can be retrofitted with a coating unit which contains a device according to the invention for selectively influencing the coating surface.
  • Fig. 1 an embodiment of a device 1 for refining printed products is shown.
  • a lacquer coating is applied to the surface 21 of a preferably printed paper or cardboard substrate 2 by means of the device 1.
  • a conveying device is provided, which in the illustrated example comprises rollers 11, on which the substrate 2 with the side 22 resting on a coating unit 5 in the form of a coating unit is moved along a running direction 13.
  • the coating unit 5 carries a film 7 initially still fluid coating material in the form of a UV-curable coating controlled by a computer 15.
  • the coating unit 5 operates on the drop-on-demand principle, the nozzles 51 of the coating unit 5, in response to control signals from the computer 15, hurling individual drops onto the substrate surface 21 to be coated, the drops forming a preferably closed film.
  • the nozzles 51 are arranged in a row transversely to the running direction, wherein the row spans at least 3/4 of the width, preferably the entire width of the substrate 2. To high To be able to achieve coating speeds, it is preferable to use an arrangement of nozzles 51 which, during the coating, are held rigidly in the direction transverse to the running direction.
  • a plurality of nozzle rows arranged one behind the other in the running direction can also be provided.
  • a device for selectively influencing the coating surface e.g. provided for smoothing the surface 9.
  • This comprises a series of nozzles 91 directed towards the substrate surface.
  • the row of nozzles 91, as well as the at least one row of coating nozzles 51, likewise runs transversely to the direction of rotation 13.
  • the nozzles 91 of this device 9 are connected to at least one source of compressed air, so that escape from the nozzles 91 air flows 93, which hit the substrate surface 21, and the film applied thereto.
  • a slight horizontal shift in the film 7 is effected, so that crater-like recesses 71 are formed which are formed during the drop-on-demand coating of the porous paper or cardboard substrate 2.
  • the smoothing effect of the air currents is also improved by the axes of the nozzles, and accordingly the exiting air currents obliquely below directed at an angle 92 to the solder on the side 21 of the substrate 2.
  • the angle 92 is between 0 ° and 90 °, preferably between 20 ° to 80 °, in particular between 30 ° to 70 °, particularly preferably between 40 ° to 60 °.
  • An improvement of the smoothing effect is already achieved by having a plurality of discrete gas streams through the plurality of nozzles and / or gradients in the flow velocity in several directions along the surface instead of a single gas stream, such as can be generated with a slot nozzle.
  • a curing device for curing the coating material is provided, which is arranged downstream in the running direction of the device 9.
  • the curing device comprises in the illustrated example, a UV light source 10. This light source emits UV light with a spectrum which is suitable in combination with the photoinitiator used for curing reaction.
  • UV light of the UV light source 10 a radical polymerization of the hitherto still fluid UV lacquer is set in motion.
  • Suitable examples are UV-curing coatings based on acrylate.
  • the device 1 can not only be a device for finishing printed products.
  • the printed products can also be produced with the device, with the nozzles 51 of the coating unit 5 printing inks as a coating be applied, the surface of which is then smoothed with the device 9.
  • UV curing inks can be used, which are then solidified by the UV light of the UV light source 10.
  • Fig. 2 shows a further embodiment in which a device 1 according to the invention is integrated in an offset printing press 30.
  • the offset printing machine 30 is formed in the illustrated example as a sheet-fed offset printing machine for printing substrates 2 in the form of individual paper or cardboard sheets. Likewise, however, a web offset printing press can also be used.
  • the printing press 30 comprises an inking unit 31, with which ink 32 is applied to the plate cylinder 38 via a series of rollers 33. On the plate cylinder 38, the pressure plate is attached.
  • a dampening unit 34 applies water 35 via a further arrangement of rollers 36 on the printing plate on the plate cylinder 38, wherein the ink is displaced by the non-illustrated points of the printing plate.
  • the printed image is transferred to the printing cylinder 39 provided with a blanket.
  • the latter then applies the printing ink or the printed image to the substrates 2 which are pressed against the printing cylinder by a counter-pressure cylinder 37 and are conveyed along the direction of rotation 13 by the printing press 30.
  • a coating device is arranged, as for example in Fig. 1 is shown.
  • the coating device 1 accordingly comprises a coating unit 5 for the structured application of coating material, a unit 9, with which the applied paint film is smoothed, and a UV light source 10 for curing the of the Coating unit 5 optionally structured coated film of a UV-curing paint.
  • the printing machine 30 itself serves.
  • suitable, especially with the device 1 cooperating, or belonging to this conveyor may be provided.
  • a belt 110 running over rollers 11 is provided, on which the substrates 2 rest.
  • the printing press 30 can in particular also be retrofitted with a device 1.
  • a device 9 according to the invention can also be retrofitted.
  • the device 9 may again comprise an arrangement of nozzles for generating gas streams, with which the paint film is smoothed.
  • the device 1 or the device 9 can also be correspondingly in other printing machines, such as digital printing (inkjet, toner method), screen printing, flexographic or gravure printing and tampon printing machines for printing and / or print finishing, or a machine for roller or spray application of paints are installed.
  • digital printing inkjet, toner method
  • screen printing screen printing
  • flexographic or gravure printing and tampon printing machines for printing and / or print finishing
  • a machine for roller or spray application of paints are installed.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a coating device 1.
  • the coating can be carried out with a paint film for producing structured paint films by means of a coating unit 5, which laterally structured films produced by the drop-on-demand method.
  • a continuous band is shown in the example shown here.
  • the device 9 here comprises a needled roller 94 instead of a nozzle arrangement. As the roller rolls off, the needles contact the film of the still fluid coating material. With suitable process parameters, this leads to an efficient smoothing of the film surface.
  • Fig. 4 shows a schematic view of an embodiment of a device 9, which the still fluid paint film according to the in the Fig. 1 and 2 shown embodiments smoothed by directed to the substrate surface gas streams.
  • Fig. 4 shows a view along the direction of the substrate 2.
  • the device 9 comprises as in the direction of the Fig. 1 and 2 shown a number of nozzles 91, which extends transversely to the direction.
  • the nozzles are also arranged at different angles to the normal of the substrate, so that gas streams are generated by the individual nozzles, which have different angles to the substrate 2.
  • the device is, as indicated by the double arrow, moved back and forth transversely to the direction of the substrate 2, so that successively impinge the gas streams at different angles to a respective point of the film and the gas streams are rastered over the substrate surface.
  • a particularly effective smoothing is achieved.
  • one after the other at different angles to a location of the substrate surface incident gas streams can be achieved with a different arrangement.
  • rotary axes precessing nozzles can be used, for example, also rotary axes precessing nozzles. It is therefore understood that the in Fig. 4 illustrated embodiment is merely exemplary.
  • the gas streams may also be pulsed and / or heated and / or acted upon by ultrasonic waves.
  • nozzles 91 With the nozzles 91, not only a smoothing of the paint film by elimination of crater-shaped depressions can be produced. Depending on the strength and / or turbulence of the gas stream and the viscosity of the coating material, it is also possible to additionally introduce specific structures into the film. Such an example is in the Figs. 5A and 5B shown.
  • Fig. 5A shows in a grid representation of a paint film before smoothing, as it is often obtained in particular on paper or cardboard substrates by drop-on-demand coating.
  • the crater-like depressions 71 are distributed over the surface of the film 7 and have a diameter dependent on the layer thickness.
  • Fig. 5B As based on Fig. 5B can be seen, these wells are closed by blowing the film with gas streams. Instead, by appropriate adjustment of the viscosity and the flow rate of the gas flow in the film 7, a relief-like structuring with ribs or corrugations 72 has been produced. Such a targeted structuring can be used to achieve a specific desired haptic and / or visual appearance.
  • Fig. 6 shows yet another example of a device 9.
  • the principle of the device shown here is based on a smoothing by a targeted, non-contact To achieve warming.
  • one or more radiation sources for example, as in the example shown, several lasers 95 are provided which emit radiation which is at least partially absorbed by the applied coating material or the substrate and thus heat the film.
  • the lasers 95 are pivotably arranged so that they can be scanned over the substrate surface 21 or respectively regions of the substrate surface 21.
  • the pivoting preferably also the intensity of the laser, is controlled by means of a computer 15.
  • the surface 21 can be scanned with the lasers 95 by pivoting.
  • a camera 96 is provided, which is connected to the computer 15. With the camera, any existing defects are recorded and their position determined by the computer. The computer then controls one or more lasers so that they heat the coating material in the area of the defect and thereby compensate for the defect.
  • a device for selectively influencing the coating surface is also provided in general, which has a detection device for detecting the position of defects in the film, preferably with a camera.
  • the defects detected by the detection device are targeted by movement or direction of the Gas stream and / or the radiation source for non-contact heating and / or at least one needle balanced.
  • crater-like depressions which can be eliminated with the invention are characterized in more detail on the basis of measurement results.
  • Fig. 7 shows an electron micrograph of such a recess 71. As can be seen from the image, the measured depression in the coating shown in this example has a diameter of about 10 micrometers.
  • Fig. 8 a two-dimensional surface profile of another section of a paint film is shown.
  • the surface profile was obtained by white light interferometry.
  • the section shown has a dimension of 1.24 x 0.94 millimeters.
  • two crater-like depressions can be seen.
  • Fig. 9 further shows a line profile through the larger of the two wells (in the angle of the Fig. 8 this is the back of the two recesses 71).
  • the line profile shows that the recess has an outer dimension of about 0.3 millimeters. This dimension results in an approximation of the shape of the recess as a cone or truncated cone.
  • the pinholes 71 are very deep, with a cross-section tapering towards the substrate.
  • the true depth could not be determined with white light interferometry, since the possible measuring range is exceeded.
  • the values indicated indicate that the wells reach down to the substrate, which also suggests the appearance of the wells. In general, it is precisely those depressions which can be closed by the method according to the invention.
  • the crater diameter is generally dependent on the layer thickness and can also be greater than in the Fig. 8 shown example. It is believed that these crater-like pits emanate from small chemical and / or topographic perturbations on the substrate.
  • the depression then runs up funnel-shaped.
  • the curvature of the funnel wall is a function of the surface tension. This results in that a greater layer thickness does not lead to an improvement in the appearance of the coating, but on the contrary the recesses with increasing layer thickness emerge more clearly, since the diameter of the coating surface is larger.
  • the targeted influencing of the film surface according to the invention is accordingly suitable, in particular, for sealing depressions from about 2 micrometers in diameter on the surface, preferably 5 micrometers in diameter. Recesses from such a diameter interfere with the appearance of the paint or the coating.
  • the diameter of the crater-like depressions can, as the example shown above illustrates, extend to the surface even down to the millimeter range. Even such major disturbances can be at least partially eliminated by means of the invention.
  • a movement of the coating material over larger However, stretching is not carried out.
  • the coating material is laterally moved by the smoothing device by less than one millimeter, more preferably by less than 0.25 millimeters.
  • the edges to uncoated areas are preferably not affected, so that sharp contours remain at the edges.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen von Beschichtungen auf Oberflächen von Substraten in Form von Papier, Karton oder Kunststoffolien, vorzugsweise zur Veredelung von Druckerzeugnissen. Die Vorrichtung umfasst eine Beschichtungseinheit zum Auftragen von Beschichtungsmaterial in fluider Form auf die Substratoberfläche, sowie eine Einrichtung zur Glättung des auf die Substratoberfläche mittels der Beschichtungseinheit aufgetragenen, noch fluiden Films, wobei die Einrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstroms umfasst, welcher auf die mit dem Film beschichtete Substratoberfläche gerichtet ist und den Film unter zumindest teilweiser Beseitigung von unerwünschten Strukturen der Filmoberfläche, wie Vertiefungen, Erhöhungen und Kratern vor der Aushärtung des Beschichtungsmaterials glättet.

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein das Auftragen von Beschichtungen, wie etwa von Lacken. Insbesondere betrifft die Erfindung dabei Einrichtungen und Maßnahmen zur gezielten Beeinflussung der Oberflächenstruktur des noch fluiden Films wie z.B. der Glättung aufgetragener Beschichtungsfilme. Mit Glättung ist hier insbesondere die Beseitigung von unerwünschten Strukturen oder Störungen der Beschichtungsoberfläche gemeint, was im folgenden genauer ausgeführt wird.
  • Bedingt durch das Applikationsverfahren für Lacke oder das mit einem Lack oder Beschichtungsmaterial zu beschichtende Substrat können aufgebrachte Beschichtungsfilme unerwünschte Strukturen oder Störungen aufweisen. Solche Strukturen oder Störungen können unter anderem Walzenstrukturen, Längsstrukturen von der Walzenübertragung, Längsstreifen von ungleichmässigem Auftrag oder Übertragungsfehler beim Beschichtungsauftrag sein.
  • Eine weitere Ursache für störende Oberflächenstrukturen kann das Substrat sein. Die Oberflächenbeschaffenheit des Substrats kann Strukturen oder Störungen auf der Beschichtungsoberfläche hervorrufen. Z.B. können durch nicht benetzte Vertiefungen im Substrat, Krater auf der Beschichtungsoberfläche entstehen. Dies kann insbesondere, aber nicht ausschliesslich beim berührungslosen Auftrag des Beschichtungsmaterials, hierbei insbesondere beim berührungslosen Auftrag durch Düsen der Fall sein.
  • Aus dem Stand der Technik ist das Glätten von Beschichtungen durch Rakel, Luftmesser oder Luftrakel oder glatte Walzen allgemein bekannt. Hier besteht allerdings das Problem, daß sich solche Verfahren nicht auf lateral strukturierte Lackschichten anwenden lassen, bei denen etwa Teile der Oberflächenbeschichtung ausgespart werden sollen (partielle Beschichtung). Die Behandlung mit einem Rakel oder einer Walze führt neben einer Glättung der Oberfläche dazu, daß sich die noch flüssige Lackschicht auch auf der Oberfläche verteilt und auch auf Bereiche gelangt, die an sich von der Beschichtung ausgespart werden sollen.
  • Aus der DE 44 43 261 A1 ist weiterhin ein Verfahren zum Glätten von Schichten bekannt, bei welchem auf einer Unterlage aufgebrachte flüssige oder teigartige Schichten mittels Ultraschall geglättet werden. Dazu ist ein Ultraschallschwinger vorgesehen, welcher auf die Schicht überträgt. Das Substrat mit der Schicht wird für eine effektive Übertragung der Ultraschallschwingungen mit dem Ultraschallschwinger von der Rückseite in Kontakt gebracht, wobei das Substrat über den Ultraschallschwinger gekrümmt oder gebogen wird.
  • Eine Glättung eines aufgetragenen Films durch Ultraschall wird auch in der JP 59225772 A beschrieben. Hier wird die Beschichtung mit Walzenauftrag aufgebracht. Das Substrat läuft über eine Walze, welche gegenüber dem Ultraschallschwinger angeordnet ist. Der Ultraschall wird berührungslos über die Luft auf die Schichtseite
  • Auch hier wird, ähnlich wie bei der DE 44 43 261 A1 eine Verkrümmung des Substrats am Ort der Ultraschall-Applikation durchgeführt.
  • Dies kann jedoch abhängig vom Substrat unerwünscht oder impraktikabel sein, etwa wenn das Substrat zu steif ist oder Beschädigungen zu befürchten sind. Da in beiden oben beschriebenen Fällen außerdem die Bewegungsrichtung des Substrats in der jeweiligen Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Oberfläche des fluiden Beschichtungsmaterials geändert wird, kann eine derartige Konstruktion nur schwer in bereits vorhandene Anlagen, wie etwa Druckmaschinen oder Druckveredelungsanlagen, integriert werden.
  • Aus der WO 2006/069904 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln einer Faserstoffbahn bei deren Herstellung oder Veredelung bekannt. Hierbei wird ein flüssiges bis pastöses Auftragsmedium mit einem Auftragswerk kontaktlos und ohne Überschuss an Auftragsmedium an die Faserstoffbahn abgegeben und im Anschluss daran wird die frische Auftragsschicht egalisiert bzw. geglättet.
  • Aus der US 2003/0010283 A1 ist ein Verfahren für die Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein lichtemittierendes Element mit einem aus einer organischen Verbindung bestehenden Strahler. Mittels einer Druckervorrichtung wird die organische Verbindung auf eine Oberfläche aufgetragen und mittels eines Gasstrahls wird die organische Verbindung geglättet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Beschichtungsauftrag auftretende Störungen der Oberfläche zu eliminieren bzw. zu glätten, um eine unabhängig vom angewendeten Applikationsverfahren und der verwendeten Substrate störungsfreie Oberfläche zu erzeugen.
  • Auch sollen mittels der Erfindung die Verlaufsstrecken von Beschichtungsanlagen reduziert werden können.
  • Demgemäß sieht die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auftragen von Beschichtungen auf Oberflächen von Substraten vor, wobei eine Beschichtungseinheit zum Auftragen von Beschichtungsmaterial in fluider Form auf die Substratoberfläche, sowie eine Fördereinrichtung verwendet wird, um die Substratoberfläche relativ zur Beschichtungseinheit entlang einer Laufrichtung an der Beschichtungseinheit vorbeizubewegen. Vorzugsweise wird dazu das Substrat an einer feststehenden Beschichtungseinheit vorbeibewegt. Es ist aber auch denkbar, das Substrat festzuhalten und die Beschichtungseinheit zu bewegen.
  • Weiterhin ist eine Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Beschichtungsoberfläche wie z.B. der Glättung des auf die Substratoberfläche mittels der Beschichtungseinheit aufgetragenen, noch fluiden Films vorgesehen. Diese Einrichtung umfasst dazu eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstroms, welcher auf die mit dem Film beschichtete Substratoberfläche gerichtet ist und den Film unter zumindest teilweiser Beseitigung störender Strukturen der Filmoberfläche, wie Vertiefungen, Erhöhungen und Kratern vor der Aushärtung des Beschichtungsmaterials glättet. Die Glättung erfolgt demgemäß durch den Gasstrom berührungslos.
  • Überraschend ist hier, daß es möglich ist, eine sehr effektive Beseitigung von störenden Strukturen in der Filmoberfläche mit dem Gasstrom zu erzielen, ohne daß das Beschichtungsmaterial etwa über größere Strecken entlang der Oberfläche transportiert wird. Der Transport des Beschichtungsmaterials durch den Gasstrom wird dabei vorzugsweise kleiner als 1 mm, besonders bevorzugt kleiner als 0,25 mm entlang der Oberfläche gehalten. Die Konturen der Ränder beschichteter Bereichen bleiben besonders bevorzugt durch die Glättung gänzlich unbeeinflusst. Dies bedeutet, dass Beschichtungsmaterial durch die Glättung nicht in unbeschichtete Bereiche eingetragen wird.
  • Die Erfindung ist insbesondere in Verbindung mit einem berührungslosen Beschichtungsauftrag durch eine Düsenanordnung geeignet. Diesbezüglich ist weiterhin eine rechnergestützte Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Beschichtungsdüsen von Vorteil, so daß sich durch entsprechende Steuerung der Düsen auch lateral gemusterte Beschichtungen, hier insbesondere unter Aussparung von Bereichen der Substratoberfläche erzeugen lassen. Besonders bevorzugt kommt eine Drop-on-Demand-, beziehungsweise Bedarfstropfen-Beschichtungseinheit mit Düsen zur Abgabe von jeweils einzelnen Tropfen des Beschichtungsmaterials unter Ansprechen auf Steuersignale zum Einsatz. Die Düsen der Beschichtungseinheit sind vorzugsweise in zumindest einer Reihe quer zur Laufrichtung angeordnet.
  • Gerade bei einem berührungslosen Verfahren, wie etwa bei einer Beschichtung mittels einer Drop-on-Demand- oder Tintenstrahl-Druckeinheit kommt es auf vielen, besonders auf porösen Substraten wie Papier oder Karton vor, daß die Beschichtung einen Film bildet, in welchem über die Oberfläche verteilt kleine Krater oder Gruben, beziehungsweise Pinholes vorhanden sind, welche das gewünschte Erscheinungsbild stören. So sind diese Krater oder Pinholes sowohl auf glänzenden, als auch matten Beschichtungen auf Druckerzeugnissen gut zu sehen. Selbst bei gestrichenem Papier oder Karton können diese Vertiefungen auftreten. Mittels der Erfindung können diese Krater durch Beaufschlagung des noch nicht verfestigten Lack- oder Beschichtungsfilms in sehr einfacher Weise in ihrer Anzahl zumindest deutlich reduziert werden.
  • Um mittels einer berührungslosen Beschichtung, insbesondere mittels Drop-on-Demand-Technik einen schnellen Auftrag des Beschichtungsmaterials zu erzielen, ist es weiterhin besonders bevorzugt, daß die Düsen der Beschichtungseinheit in zumindest einer Reihe angeordnet sind, welche quer zur Laufrichtung verläuft und die verarbeitbare Substratbreite senkrecht zur Laufrichtung zumindest zu drei Vierteln überspannt, wobei die Düsen in Richtung quer zur Laufrichtung vorzugsweise starr angeordnet sind. Die Düsen überstreichen damit den gesamten zu beschichtenden Bereich des Substrats nur durch Bewegung entlang einer Richtung, nämlich der Laufrichtung.
  • Auch bei anderen Beschichtungsverfahren, wie etwa Walzenauftrag oder beim Siebdruck kann es aber ebenfalls zu unerwünschten Strukturen der Oberfläche kommen, die unter anderem durch die Materialspaltung entstehen, wenn sich die Walze oder das Sieb von der Substratoberfläche trennt. In Weiterbildung der Erfindung kann die Beschichtungseinheit daher auch eine Einrichtung zum Walzenauftrag und/oder eine Siebdruck-Einrichtung umfassen. Im Falle einer Beschichtung mit Walzenauftrag ist insbesondere auch an Flexodruck, Tiefdruck und einfache, vollflächige Walzenlackierung gedacht. Beim Flexodruck-Verfahren rollt die mit einer Druckform bespannte Formwalze auf dem Substrat ab und trägt das Beschichtungmaterial selektiv auf die Substratoberfläche auf.
  • Beim Tiefdruck werden die Vertiefungen eines selektiv gravierten Zylinders mit Beschichtungsmaterial oder Druckfarbe gefüllt. Der Zylinder wird direkt mit dem Papier in Kontakt gebracht, wobei sich das Beschichtungsmaterial oder die Druckfarbe auf das Papier überträgt. Beim Siebdruck wird durch ein partiell durchlässiges Gewebe mit einem Rakel die Farbe oder das Beschichtungsmaterial an den geöffneten Stellen durch das Gewebe auf das Papier übertragen. Alle genannten Verfahren bis auf die vollflächige Walzenbeschichtung können ebenso wie die Drop-on-Demand-Technik auch zur lateral strukturierten Beschichtung unter Aussparung von Bereichen der Substratoberfläche eingesetzt werden.
  • Es zeigt sich, daß ein gleichmäßiger Gasstrom hinsichtlich der Glättungswirkung nachteilig ist. So konnte mit einer Schlitzdüse, welche die Oberfläche mit einem gleichmäßigen Gasstrom überstreicht, nur eine vergleichsweise schlechte Glättungswirkung erzeugt werden. Vielmehr ist es günstig, einen Gasstrom über die Oberfläche zu führen, der hinsichtlich der Richtung und/oder Strömungsgeschwindigkeit für die jeweiligen Punkte der zu glättenden Oberfläche variiert. Maßnahmen, um einen solchen Gasstrom zu erzeugen, werden im Folgenden umrissen.
  • Im einfachsten Fall werden einzelne Düsen in Reihen- bzw. Gitternetzanordnung verwendet. Günstig ist es dabei, wenn die Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstroms zumindest eine Reihe von Gasdüsen umfasst, welche quer zur Laufrichtung verläuft.
  • Um Gasströme mit geeigneter Geschwindigkeit zu erzeugen, haben sich Vordrücke an der oder den Düsen im Bereich ab zumindest 1 Bar, vorzugsweise zumindest 0,5 Bar bzw. zumindest 0,1 Bar als geeignet erwiesen. Bei grösseren Düsendurchmessern können auch höhere Drücke, beispielsweise bis 2 Bar, 4 Bar, 6 Bar oder 12 Bar ggf. sogar 20 Bar eingesetzt werden.
  • Ebenfalls können die Gasströme durch geeignete Düsenformen und Düsengrössen für den Zweck der Erfindung angepasst werden. Vorzugsweise weisen die Düsen einer Glättungseinrichtung einen Durchmesser von zumindest 0,05 Millimetern bis höchstens 10 Millimetern, besonders bevorzugt zwischen 0,1 bis 5 Millimeter, insbesondere bevorzugt zwischen 0,2 und 2 Millimetern oder zwischen 0,5 und 1 Millimetern.
  • Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Glättungswirkung ist, eine Düsenanordnung vorzusehen, welche Luftströme erzeugt, die unter verschiedenen Raumrichtungen auf die Substratoberfläche treffen und/oder Gradienten in der Strömungsgeschwindigkeit in mehreren Richtungen entlang der Oberfläche aufweisen.
  • Eine weitere Maßnahme ist die Verwendung von Düsen, die einen turbulenten Gasstrom erzeugen. Dazu können Turbulatoren, beispielsweise in der oder den Düsen vorgesehen werden, die den Gasstrom verwirbeln.
  • Auch können der oder die Gasströme mit Ultraschall-Wellen beaufschlagt werden.
  • Weiterhin kann es günstig sein, wenn bei der Umlenkung des Gasstroms durch das Substrat entlang von dessen Oberfläche eine Vorzugsrichtung vorhanden ist. Dazu können neben senkrecht auftreffenden Gasströmen der oder die Gasströme vorzugsweise auch unter schrägem Winkel auf die Substratoberfläche gerichtet werden. Der Winkel des Gasstroms liegt dazu zwischen einem Winkel größer 0° und bis 90°, vorzugsweise im Bereich von 10° oder 20° bis 80°, bevorzugt dabei im Bereich von 30° bis 70°, besonders bevorzugt im Bereich von 40° bis 60° gemessen vom Lot auf die Oberfläche.
  • Noch eine weitere Maßnahme liegt darin, anstelle eines gleichmäßigen Ausströmens aus der oder den Düsen den oder die Gasströme zu pulsen.
  • Weiterhin kann auch eine Einrichtung zur Rasterung des oder der Gasströme über jeweils zumindest einen Teilbereich der Substratoberfläche vorgesehen werden. Auf diese Weise kann mit einem oder mehreren Gasströmen, die jeweils Strömungsgradienten in mehrere Richtungen entlang der Oberfläche aufweisen, dennoch die gesamte zu glättende Oberfläche überstrichen werden.
  • Es hat sich gezeigt, daß kraterähnliche Vertiefungen abhängig von der Art des Substrats insbesondere bei kleinen Schichtdicken auftreten. Die Anwendung der Erfindung ist daher besonders geeignet für dünnere Beschichtungsfilme. In Weiterbildung der Erfindung ist dazu vorgesehen, daß ein Film mit einer Schichtdicke kleiner 100 Mikrometer, vorzugsweise kleiner 50 Mikrometer, besonders bevorzugt kleiner 30 Mikrometer aufgetragen und anschließend vor dessen Verfestigung geglättet wird. Auch sehr dünne Beschichtungen mit Schichtdicken kleiner 20 Mikrometer, sogar kleiner 10 Mikrometer Schichtdicke lassen sich unter Beseitigung von Vertiefungen und/oder Öffnungen glätten. Selbst Beschichtungsoberflächen von Filmen mit Schichtdicken von kleiner 5 Mikrometern können mit dem erfindungsgemässen Verfahren positiv beeinflusst werden.
  • Als gezielte Beeinflussung der Oberflächenstruktur kann die Glättung eines Films von noch fluidem Beschichtungsmaterial gelten, bei der mittels des Gasstroms kraterartige Vertiefungen oder Strukturen, die sich vom Substrat oder durch das Beschichtungsverfahren übertragen, entfernt, beziehungsweise geschlossen werden. Gleichzeitig können auch neue, nach Bedarf erwünschte Strukturen erzeugt werden, etwa um dem ausgehärteten Film eine spezielle Optik und/oder haptische Erscheinung zu verleihen. Dazu wird der Gasstrom in Auftreffwinkel und Strömungsgeschwindigkeit so angepasst, daß kleinere Vertiefungen nicht nur geglättet, sondern gleichzeitig auch durch lokale Verdrängung und/oder Umschichtung des Beschichtungsmaterials zusätzliche Strukturen geschaffen werden. Solche gezielt erzeugten Strukturen können unter anderem Kräuselstrukturen, Wellen, Vertiefungen, Rippen oder Rillen sein.
  • In besonders bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird der Film nach der gezielten Beeinflussung der Oberfläche, z.B. der Glättung mittels einer separaten Aushärte- oder Trocknungseinrichtung zur Härtung oder Trocknung des Beschichtungsmaterials in eine feste Form gebracht. Diese Einrichtung ist dazu in Laufrichtung der Einrichtung zur Beeinflussung der Oberfläche nachgeordnet, so daß die Substratoberfläche erst die Beschichtungseinheit, dann die Einrichtung zur Beeinflussung der Oberfläche und danach die Aushärteeinrichtung passiert. Besonders geeignet ist dabei der Auftrag von mit UV-Licht härtbaren Beschichtungen, wie insbesondere UV-Überdrucklack und eine Härtung des Beschichtungsmaterials durch Einstrahlung von UV-Licht nach der Glättung. Demgemäß umfasst bei dieser Weiterbildung der Erfindung die Härtungseinrichtung eine Lichtquelle, vorzugsweise eine UV-Lichtquelle.
  • Andere alternative oder zusätzliche Möglichkeiten der Härtung nach der gezielten Beeinflussung bestehen in der Erwärmung in einem Ofen und/oder mit einem Heizstrahler und/oder mittels einer Mikrowellenquelle. Für eine Härtung unter Erwärmung können beispielsweise bekannte thermisch vernetzbare oder härtbare Systeme verwendet werden. Thermisch vernetzbare Beschichtungen können beispielsweise ebenso wie UV-vernetzbare Systeme auf Acrylaten basieren.
  • Um eine effektive Beeinflussung der Oberfläche wie z.B. eine Glättung bewerkstelligen zu können, ist es weiterhin günstig, einen gewissen Bereich in der dynamischen Viskosität einzuhalten. Ist die Viskosität des aufgetragenen Beschichtungsmaterials zu klein, so kann es durch den Gasstrom schnell zu einem Verblasen und unerwünschten Umschichtung und Verlaufen des Films an dessen Rändern kommen. Ist die dynamische Viskosität andererseits zu hoch, so können unerwünschte Strukturen des Films, wie insbesondere kraterartige Vertiefungen unter Umständen nicht in wünschenswerter Geschwindigkeit geglättet werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird dazu ein Beschichtungsmaterial aufgetragen, welches bei der Verarbeitungstemperatur eine dynamische Viskosität von mindestens 10 Sekunden und höchstens 1000 Sekunden, vorzugsweise höchstens 500 Sekunden, besonders bevorzugt höchstens 200 Sekunden ggf. sogar höchstens 100 Sekunden aufweist, gemessen als Auslaufzeit eines Volumens von 100 cm3 aus einem DIN-Becher mit einer Auslaufdüse mit 4 Millimetern Durchmesser. Die Einstellung der Viskosität kann auch über die Einstellung der Temperatur erfolgen, so daß auch hochviskose oder niederviskose Beschichtungsmaterialien aufgetragen und geglättet werden können.
  • Die gezielte Beeinflussung der Oberfläche mit einem Gasstrom, wie insbesondere einem Luftstrom stellt die besonders bevorzugte, weil sehr effektive und einfache Art und Weise der Beeinflussung der Oberfläche dar. Darüber hinaus wurden jedoch auch noch weitere Verfahren gefunden, die ebenfalls eine einfache und effektive Beeinflussung der Oberfläche ermöglichen. So ist gemäß einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung eine Vorrichtung zum Auftragen von Beschichtungen auf Oberflächen von Substraten vorgesehen, die ebenfalls eine Beschichtungseinheit zum Auftragen von Beschichtungsmaterial in fluider Form, sowie eine Fördereinrichtung umfasst, um die Substratoberfläche relativ zur Beschichtungseinheit entlang einer Laufrichtung an der Beschichtungseinheit vorbeizubewegen, vorzugsweise wiederum durch Bewegung des Substrats an einer feststehenden Beschichtungseinheit.
  • Es ist eine Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Beschichtungsoberfläche insbesondere zur Glättung des auf die Substratoberfläche mittels der Beschichtungseinheit aufgetragenen, noch fluiden Films vorgesehen, wobei die Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Oberfläche des fluiden Beschichtungsmaterials eine Anordnung von Nadeln umfasst, welche zur Beeinflussung der Oberfläche, insbesondere zur Glättung die Oberfläche berühren. Insbesondere können dazu die Nadeln in den Film einstechen. Durch das Einstechen der Nadeln wird eine lokale Bewegung des flüssigen Beschichtungsmaterials verursacht, welche dazu führt, daß sich an der Einstichstelle oder in Bereichen nahe der Einstichstelle vorhandene Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche ausgeglichen werden.
  • Dabei macht man sich die Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeit und der Nadel zunutze, die zu einer Adhäsion des flüssigen Beschichtungsmaterials an den Nadeln führt. Beim Herausziehen der Nadel aus dem Material verläuft das auf diese Weise an der Nadel angesammelte Material wieder. Insbesondere können auch wiederum kraterartige Vertiefungen, wie sie bei bestimmten Substratmaterialen und berührungsloser Beschichtung auftreten, geschlossen werden. Da mit den Nadeln nur eine punktuelle Berührung mit dem Film erfolgt, wird allenfalls wenig Beschichtungsmaterial durch das wiederholte Einstechen und Berührung von Nadeln mit unbeschichteten Bereichen der Substratoberfläche verteilt. Die Probleme, die bei einer Glättung mit einer Walze oder einem Rakel entstehen, werden demgemäß ebenso wie bei einer Glättung mit einem Gasstrom vermieden.
  • Hinsichtlich der Ausbildung der Beschichtungseinheit und der Härtungseinheit kann die Vorrichtung ebenso wie die weiter oben beschriebene Vorrichtung ausgebildet sein. Neben einer berührungslosen Beschichtung kann also alternativ oder zusätzlich beispielsweise auch eine Einrichtung zum Walzenauftrag, etwa für den einfachen vollflächigen, Flexo- oder Tiefdruckauftrag, oder für den Siebdruck vorgesehen sein.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Oberfläche des fluiden Beschichtungsmaterials sieht eine mit Nadeln versehene Walze oder ein mit Nadeln versehenes Band vor, welche auf dem Film abrollen. Durch das Abrollen wird vermieden, daß sich die Nadelspitzen entlang des Films bewegen und dann ihrerseits unerwünschte Strukturen in Form von Riefen in den Film einfügen.
  • Die Nadeln können allgemein auch mit einer Ansteuerung gesteuert werden, so daß sie gezielt punktuell oder in einem vorgegebenen Muster den Film berühren.
  • Um die Wirkung der Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Oberfläche des fluiden Beschichtungsmaterials weiter zu verbessern, kann gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ein Ultraschallschwinger vorgesehen werden, welcher an die Nadeln angekoppelt ist. Auf diese Weise werden die Nadeln mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt und übertragen diese über die Nadelspitzen in den Film.
  • Auch können die Nadeln durch elektromechanische Einrichtungen wie z.B. Piezosteuerung oder einer geeigneten Ansteuerung über Pressluft selektiv angesteuert werden, um z. B. nur Bereiche zu berühren, auf denen Beschichtungsmaterial aufgetragen wurde. Die Piezo- oder Druckluftsteuerung kann z.B. auch dazu verwendet werden, eine vertikale oder laterale Bewegung der Nadeln zu erzeugen um den Glättungseffekt auszudehnen bzw. zu unterstützen. Weiter kann diese Bewegung bei partieller Beschichtung auch das Verschmieren des Lackfilms zumindest vermindern.
  • Gemäß noch einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung ist eine gezielte Beeinflussung der Oberfläche des Films mittels einer gezielten, berührungslosen Erwärmung durch die Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Oberfläche des fluiden Beschichtungsmaterials vorgesehen.
  • Allgemein wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Auftragen von Beschichtungen auf Oberflächen von Substraten demgemäß,
    • mit einer Beschichtungseinheit Beschichtungsmaterial in fluider Form aufgetragen, während
    • mit einer Fördereinrichtung die Substratoberfläche relativ zur Beschichtungseinheit entlang einer Laufrichtung an der Beschichtungseinheit vorbeibewegt wird, vorzugsweise durch Bewegung des Substrats an einer feststehenden Beschichtungseinheit,
    • wobei der auf die Substratoberfläche mittels der Beschichtungseinheit aufgetragene, noch fluide Film vor dessen Verfestigung gezielt beeinflusst wird, wobei
    • zur Beeinflussung der Beschichtungsoberfläche zumindest eine der Maßnahmen durchgeführt wird:
    • es wird ein Gasstrom erzeugt und auf die mit dem Film beschichtete Substratoberfläche gerichtet,
    • die Filmoberfläche wird mittels einer Anordnung von Nadeln berührt,
    • der Film wird berührungslos erwärmt.
  • Die Erwärmung kann durch einen Ofen, eine Strahlungsquelle (z.B. einen IR-Strahler), vorzugsweise einen Laser und/oder durch eine Einrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung anderer Wellenlänge, vorzugsweise von Mikrowellen erfolgen.
  • Auch können die einzelnen Glättungsverfahren miteinander kombiniert werden. So kann unter anderem auch eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des zumindest einen Gasstroms vorgesehen werden, so daß eine Glättung mit einem erwärmten Gasstrom erfolgt. Geeignet sind dazu Temperaturen des Gasstroms im Bereich von 0 bis 500°C, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 400°C, besonders bevorzugt im Bereich von 150 bis 300°C. Auch kann zusätzlich zum Anblasen der Oberfläche mit einem oder mehreren Gasströmen eine separate Erwärmung, etwa mittels einer geeigneten Strahlungsquelle oder auch durch Mikrowellen erfolgen.
  • Wird eine Quelle zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung zur lokalen Erwärmung verwendet, kann eine Einrichtung zum Rastern des oder der Strahlen über die Substratoberfläche, oder zumindest einen Teilbereich derselben vorgesehen sein. Auf diese Weise können ein energetischer, lokal begrenzter Strahl oder mehrere solcher Strahlen die gesamte zu glättende Oberfläche überstreichen.
  • Prinzipiell können beschichtete Oberflächen aus jedem Material und jeglicher Geometrie Ziel der gezielten Beeinflussung der noch flüssigen Beschichtungsoberfläche vorzugsweise der Glättung durch die erfindungsgemässe Vorrichtung sein.
  • Die Vorrichtung kann insbesondere zur Beschichtung von Papier, Karton oder Kunststofffolien ausgebildet sein. Gedacht ist dabei besonders an die Beschichtung von Druckerzeugnissen, vorzugsweise zu deren Veredelung. Gerade bei Substraten wie Papier oder Karton, die eine gewisse Porosität aufweisen, zeigt sich ansonsten oft das Problem von in der Beschichtung auftretenden kraterartigen Vertiefungen, hier insbesondere auch in Verbindung mit einem Auftrag des Beschichtungsmaterials im Drop-on-Demand-Verfahren oder einem anderen berührungslosen Beschichtungsverfahren.
  • Allgemein ist auch daran gedacht, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Druckmaschine, wie etwa einer Offset-, Flexo-, Tief oder einer Siebdruckmaschine einzusetzen. Auf diese Weise können Druckerzeugnisse in einer einzigen Anlage dann bedruckt und veredelt werden. Auch ist daran gedacht, eine Beschichtungsvorrichtung, wie etwa eine Druckmaschine mit Lackierwerk, beziehungsweise einer Beschichtungsvorrichtung, mit einer Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Oberfläche des fluiden Beschichtungsmaterials nachzurüsten, so daß eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung erhalten wird. Ebenso kann auch eine Druckmaschine -unabhängig vom verwendeten Druckverfahren- mit einem Lackierwerk nachgerüstet werden, welches eine erfindungsgemäße Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Beschichtungsoberfläche enthält.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Veredelung von Druckerzeugnissen mit Beschichtungsfilmen,
    Fig. 2
    eine Ansicht einer Bogen-Offsetdruckmaschine mit einer Beschichtungseinheit zum Auftragen und Glätten von Lack,
    Fig. 3
    eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Beschichtungseinrichtung,
    Fig. 4
    Teile einer Einrichtung zur gezielten Beeinflussung von Oberflächen flüssiger Beschichtungsfilme,
    Fig. 5A und 5B
    Gitternetz-Darstellungen eines Lackfilms vor und nach der gezielten Beeinflussung der Oberfläche,
    Fig. 6
    eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur gezielten Beeinflussung von Beschichtungsoberflächen, mit welcher eine Glättung durch lokale Erwärmung des Beschichtungsmaterials erfolgt,
    Fig. 7
    eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer kraterähnlichen Vertiefung in einem aufgetragenen Lackfilm vor der gezielten Beeinflussung mit dem erfindungsgemässen Verfahren,
    Fig. 8
    Aufnahme von kraterähnlichen Vertiefungen wie in Fig. 7 abgebildet mit Weisslicht-Mikroskopie,
    Fig. 9
    Schnitt durch eine der beiden kraterähnlichen Vertiefungen aus Fig. 8.
  • In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Veredelung von Druckerzeugnissen dargestellt.
  • Dazu wird mittels der Vorrichtung 1 eine Lackbeschichtung auf die Oberfläche 21 eines vorzugsweise bedruckten Papier- oder Karton-Substrats 2 aufgetragen. Dazu ist eine Fördereinrichtung vorgesehen, welche bei dem dargestellten Beispiel Walzen 11 umfasst, auf welchen das Substrat 2 mit der Seite 22 aufliegend an einer Beschichtungseinheit 5 in Gestalt eines Lackierwerks entlang einer Laufrichtung 13 vorbeibewegt wird. Die Beschichtungseinheit 5 trägt einen Film 7 zunächst noch fluiden Beschichtungsmaterials in Form einer UV-härtbaren Beschichtung gesteuert durch einen Rechner 15 auf.
  • Die Beschichtungseinheit 5 arbeitet nach dem Drop-on-Demand-Prinzip, wobei die Düsen 51 der Beschichtungseinheit 5 unter Ansprechen von Steuersignalen des Rechners 15 einzelne Tropfen auf die zu beschichtende Substratoberfläche 21 schleudern, wobei die Tropfen einen vorzugsweise geschlossenen Film bilden. Die Düsen 51 sind in einer Reihe quer zur Laufrichtung angeordnet, wobei die Reihe zumindest 3/4 der Breite, vorzugsweise die gesamte Breite des Substrats 2 überspannt. Um hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten erzielen zu können, wird vorzugsweise eine Anordnung von Düsen 51 verwendet, die bei der Beschichtung starr in Richtung quer zur Laufrichtung gehaltert wird.
  • Anders als in Fig. 1 dargestellt, können auch mehrere in Laufrichtung hintereinander angeordnete Düsenreihen vorgesehen werden.
  • In Laufrichtung der Beschichtungseinheit nachgeordnet, ist außerdem eine Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Beschichtungsoberfläche z.B. zur Glättung der Oberfläche 9 vorgesehen. Diese umfasst eine Reihe von auf die Substratoberfläche gerichteten Düsen 91. Die Reihe der Düsen 91 verläuft ebenso wie die zumindest eine Reihe der Beschichtungsdüsen 51 ebenfalls quer zur Laufrichtung 13.
  • Die Düsen 91 dieser Einrichtung 9 sind an zumindest eine Druckluftquelle angeschlossen, so daß aus den Düsen 91 Luftströme 93 entweichen, die auf die Substratoberfläche 21, beziehungsweise den darauf aufgebrachten Film treffen. Durch die vorzugsweise turbulenten Luftströme wird eine geringfügige horizontale Umschichtung im Film 7 bewirkt, so daß kraterartige Vertiefungen 71 geschlossen werden, die bei der Drop-on-Demand-Beschichtung des porösen Papier- oder Kartonsubstrats 2 entstehen. Um die Glättungswirkung weiter zu verbessern, kann es sinnvoll sein, die Luftströme zu pulsen, und/oder zu erwärmen, und/oder in der Gasversorgung der Düsen 91 einen oder mehrere Ultraschallschwinger vorzusehen, um die Luftströme 93 mit Ultraschallwellen zu beaufschlagen.
  • Die glättende Wirkung der Luftströme wird außerdem dadurch verbessert, indem die Achsen der Düsen, beziehungsweise dementsprechend die austretenden Luftströme schräg unter einem Winkel 92 zum Lot auf die Seite 21 des Substrats 2 gerichtet werden. Der Winkel 92 beträgt zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 20° bis 80°, insbesondere dabei zwischen 30° bis 70°, besonders bevorzugt zwischen 40° bis 60°.
  • Eine Verbesserung der Glättungswirkung wird bereits dadurch erzielt, daß anstelle eines einzelnen Gasstroms, wie er beispielsweise mit einer Schlitzdüse erzeugt werden kann, mehrere diskrete Gasströme durch die Mehrzahl von Düsen und/oder Gradienten in der Strömungsgeschwindigkeit in mehreren Richtungen entlang der Oberfläche aufweisen.
  • Nachdem der Film 7 mittels der Luftströme 91 der Einrichtung 9 geglättet worden ist, wird der Film ausgehärtet. Dazu ist eine Aushärteeinrichtung zur Härtung des Beschichtungsmaterials vorgesehen, welche in Laufrichtung der Einrichtung 9 nachgeordnet ist. Die Aushärteeinrichtung umfasst dazu bei dem dargestellten Beispiel eine UV-Lichtquelle 10. Diese Lichtquelle gibt UV-Licht mit einem Spektrum ab, welches in Kombination mit dem verwendeten Photoinitiator zur Härtungsreaktion geeignet ist.
  • Durch das UV-Licht der UV-Lichtquelle 10 wird eine radikalische Polymerisation des bis dahin noch fluiden UV-Lacks in Gang gesetzt. Geeignet sind beispielsweise UV-härtende Beschichtungen auf Acrylat-Basis.
  • Die Vorrichtung 1 kann nicht nur eine Vorrichtung zur Veredelung von Druckerzeugnissen sein. Gemäß einer Variante können die Druckerzeugnisse auch mit der Vorrichtung erzeugt werden, wobei mit den Düsen 51 der Beschichtungseinheit 5 Druckfarben als Beschichtung aufgetragen werden, deren Oberfläche dann anschließend mit der Einrichtung 9 geglättet wird. Auch in diesem Fall können UV-härtende Druckfarben eingesetzt werden, welche dann durch das UV-Licht der UV-Lichtquelle 10 verfestigt werden.
  • Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in eine Offset-Druckmaschine 30 integriert ist. Die Offset-Druckmaschine 30 ist bei dem dargestellten Beispiel als Bogenoffset-Druckmaschine zum Bedrucken von Substraten 2 in Form einzelner Papier- oder Kartonbögen ausgebildet. Ebenso kann aber auch eine Rollenoffset-Druckmaschine verwendet werden. Die Druckmaschine 30 umfasst ein Farbwerk 31, mit welchem Farbe 32 über eine Reihe von Walzen 33 auf den Plattenzylinder 38 aufgetragen wird. Auf dem Plattenzylinder 38 ist die Druckplatte befestigt. Ein Feuchtwerk 34 trägt Wasser 35 über eine weitere Anordnung von Walzen 36 auf die Druckplatte auf dem Plattenzylinder 38 auf, wobei die Farbe von den nicht bebilderten Stellen der Druckplatte verdrängt wird. Vom Plattenzylinder 38 wird das Druckbild auf den mit einem Gummituch versehenen Druckzylinder 39 übertragen. Dieser trägt dann die Druckfarbe, beziehungsweise das Druckbild auf die mit einem Gegendruckzylinder 37 gegen den Druckzylinder gepressten Substrate 2 auf, die entlang der Laufrichtung 13 durch die Druckmaschine 30 gefördert werden. In Laufrichtung 13 dem Druckzylinder 39 nachgeordnet ist eine Beschichtungsvorrichtung angeordnet, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Die Beschichtungsvorrichtung 1 umfasst demgemäß eine Beschichtungseinheit 5 zum strukturierten Auftragen von Beschichtungsmaterial, eine Einheit 9, mit welcher der aufgetragene Lackfilm geglättet wird, sowie eine UV-Lichtquelle 10 zur Härtung des von der Beschichtungseinheit 5 gegebenenfalls strukturiert aufgetragenen Films eines UV-härtenden Lacks. Als Fördereinrichtung dient die Druckmaschine 30 selber. Zusätzlich können geeignete, speziell mit der Vorrichtung 1 zusammenwirkende, oder zu dieser gehörende Fördereinrichtungen vorgesehen sein. Bei dem dargestellten Beispiel ist dazu ein über Walzen 11 laufendes Band 110 vorgesehen, auf welchem die Substrate 2 aufliegen.
  • Die Druckmaschine 30 kann insbesondere auch mit einer Vorrichtung 1 nachgerüstet sein. Für den Fall, daß die Druckmaschine selber bereits alternativ oder zusätzlich zum Bedrucken für den Lackauftrag ausgebildet ist, kann auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 9 nachgerüstet werden.
  • Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel kann die Vorrichtung 9 insbesondere wieder eine Anordnung von Düsen zur Erzeugung von Gasströmen umfassen, mit welchem der Lackfilm geglättet wird.
  • Anstelle einer Offset-Druckmaschine kann die Vorrichtung 1 oder die Einrichtung 9 auch in entsprechender Weise in andere Druckmaschinen, wie etwa Digitaldruck- (Inkjet, Tonerverfahren), Siebdruck-, Flexodruck-, oder Tiefdrucksowie Tampondruckmaschinen zum Bedrucken und/oder zur Druckveredelung, oder auch einer Maschine für Walzen- oder Sprühauftrag von Lacken eingebaut werden.
  • Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Beschichtungsvorrichtung 1.
  • Auch bei diesem Beispiel kann die Beschichtung mit einem Lackfilm zur Erzeugung strukturierter Lackfilme mittels einer Beschichtungseinheit 5 durchgeführt werden, welche lateral strukturierte Filme im Drop-on-Demand-Verfahren erzeugt. Als Substrat 2 ist bei dem hier dargestellten Beispiel ein kontinuierliches Band dargestellt.
  • Im Unterschied zu den vorhergehenden Beispielen umfasst die Einrichtung 9 hier anstelle einer Düsenanordnung eine mit Nadeln besetzte Walze 94. Die Nadeln berühren beim Abrollen der Walze den Film des noch fluiden Beschichtungsmaterials. Dies führt bei geeigneten Verfahrensparametern zu einer effizienten Glättung der Filmoberfläche.
  • Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung 9, welche den noch fluiden Lackfilm entsprechend der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen durch auf die Substratoberfläche gerichtete Gasströme glättet. Fig. 4 zeigt dazu eine Ansicht entlang der Laufrichtung des Substrats 2. Die Einrichtung 9 umfasst wie bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Beispielen eine Reihe von Düsen 91, die quer zur Laufrichtung verläuft. Die Düsen sind außerdem in unterschiedlichen Winkeln zur Normalen des Substrats angeordnet, so daß durch die einzelnen Düsen Gasströme erzeugt werden, welche verschiedene Winkel zum Substrat 2 aufweisen. Zusätzlich wird die Einrichtung, wie anhand des Doppelpfeiles angedeutet ist, quer zur Laufrichtung des Substrats 2 hin und her bewegt, so daß nacheinander die Gasströme unter unterschiedlichen Winkeln auf eine jeweilige Stelle des Films auftreffen und die Gasströme über die Substratoberfläche gerastert werden. Auf diese Weise wird eine besonders effektive Glättung erreicht. Selbstverständlich können nacheinander unter unterschiedlichen Winkeln auf eine Stelle der Substratoberfläche treffende Gasströme auch mit einer anderen Anordnung erzielt werden. Um nur ein Beispiel zu nennen, können beispielsweise auch um Drehachsen präzessierende Düsen eingesetzt werden. Es versteht sich daher, daß die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform lediglich beispielhaft ist. Um die Glättungswirkung weiter zu verbessern, können die Gasströme auch gepulst und/oder erwärmt und/oder mit Ultraschallwellen beaufschlagt werden.
  • Mit den Düsen 91 läßt sich nicht nur eine Glättung des Lackfilms durch Beseitigung von kraterförmigen Vertiefungen erzeugen. Je nach Stärke und/oder Turbulenz des Gasstroms und Viskosität des Beschichtungsmaterials können auch gezielt Strukturen zusätzlich in den Film eingebracht werden. Ein solches Beispiel ist in den Fig. 5A und 5B dargestellt. Fig. 5A zeigt in einer Gitternetzdarstellung einen Lackfilm vor der Glättung, so, wie er vielfach insbesondere auf Papier- oder Kartonsubstraten durch Drop-on-Demand-Beschichtung erhalten wird. Die kraterähnlichen Vertiefungen 71 sind über die Oberfläche des Films 7 verteilt und haben einen von der Schichtdicke abhängigen Durchmesser.
  • Wie anhand von Fig. 5B zu erkennen ist, sind diese Vertiefungen durch das Anblasen des Films mit Gasströmen geschlossen. Anstelle dessen ist durch geeignete Einstellung der Viskosität und der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms im Film 7 eine reliefartige Strukturierung mit Rippen oder Wellen 72 erzeugt worden. Eine solche gezielte Strukturierung kann eingesetzt werden, um eine bestimmte gewünschte haptische und/oder optische Erscheinung zu erzielen.
  • Fig. 6 zeigt noch ein weiteres Beispiel einer Einrichtung 9. Das Prinzip der hier gezeigten Einrichtung basiert darauf, eine Glättung durch eine gezielte, berührungslose Erwärmung zu erzielen. Dazu sind ein oder mehrere Strahlungsquellen, beispielsweise wie im gezeigten Beispiel mehrere Laser 95 vorgesehen, welche Strahlung abgeben, die vom aufgetragenen Beschichtungsmaterial oder dem Substrat zumindest teilweise absorbiert werden und so den Film erwärmen. Die Laser 95 sind schwenkbar angeordnet, so daß sie über die Substratoberfläche 21, beziehungsweise jeweils Bereichen der Substratoberfläche 21 gerastert werden können. Die Schwenkung, vorzugsweise auch die Intensität der Laser wird mittels eines Rechners 15 gesteuert. Im einfachsten Fall kann die Oberfläche 21 mit den Lasern 95 durch Schwenkung abgerastert werden.
  • Es ist aber auch möglich, Fehlstellen, wie insbesondere kraterartige Vertiefungen 71 im Film 7 zu erfassen und gezielt zu glätten, indem einer oder mehrere Laser 95 auf die Fehlstelle gerichtet werden. Dazu ist bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel eine Kamera 96 vorgesehen, die an den Rechner 15 angeschlossen ist. Mit der Kamera werden eventuell vorhandene Fehlstellen aufgenommen und deren Position durch den Rechner ermittelt. Der Rechner steuert dann einen oder mehrere Laser so, daß diese das Beschichtungsmaterial im Bereich der Fehlstelle erwärmen und die Fehlstelle dadurch ausgleichen.
  • Dieses Prinzip ist auch auf die anderen, beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 4 dargestellten Verfahren anwendbar. Daher ist in Weiterbildung der Erfindung auch allgemein eine Einrichtung zur gezielten Beeinflussung der Beschichtungsoberfläche vorgesehen, welche eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Position von Fehlstellen im Film aufweist, vorzugsweise mit einer Kamera. Die durch die Erfassungseinrichtung detektierten Fehlstellen werden gezielt durch Bewegung oder Richtung des Gasstroms und/oder der Strahlungsquelle zur berührungslosen Erwärmung und/oder zumindest einer Nadel ausgeglichen.
  • Im folgenden werden beispielhaft die kraterähnlichen Vertiefungen, die mit der Erfindung beseitigbar sind, näher anhand von Meßergebnissen charakterisiert. Fig. 7 zeigt eine elektronenmiktroskopische Aufnahme einer solchen Vertiefung 71. Wie anhand der Aufnahme zu erkennen ist, hat die vermessene Vertiefung bei der in diesem Beispiel gezeigten Beschichtung einen Durchmesser von etwa 10 Mikrometern.
  • In Fig. 8 ist ein zweidimensionales Oberflächenprofil eines anderen Ausschnitts eines Lackfilms dargestellt. Das Oberflächenprofil wurde mittels Weisslicht-Interferometrie gewonnen. Der dargestellte Ausschnitt hat eine Abmessung von 1,24 x 0,94 Millimetern. Im gezeigten Ausschnitt sind zwei kraterähnliche Vertiefungen zu erkennen. Fig. 9 zeigt dazu weiterhin ein Linienprofil durch die größere der beiden Vertiefungen (im Blickwinkel der Fig. 8 ist dies die hintere der beiden Vertiefungen 71). Das Linienprofil zeigt, daß die Vertiefung eine äußere Abmessung von etwa 0,3 Millimetern aufweist. Diese Abmessung ergibt sich bei einer Annäherung der Form der Vertiefung als kegel- oder kegelstumpförmig. Offensichtlich sind die Pinholes 71 sehr tief, mit sich zum Substrat hin verjüngendem Querschnitt. Insbesondere konnte die wirkliche Tiefe mit Weisslicht-Interferometrie nicht ermittelt werden, da der mögliche Meßbereich überschritten wird. Allerdings deuten die ermittelten Werte darauf hin, daß die Vertiefungen bis auf das Substrat reichen, was auch die Erscheinung der Vertiefungen vermuten lässt. Allgemein sind es gerade solche Vertiefungen, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschlossen werden können.
  • Der Kraterdurchmesser ist im allgemeinen abhängig von der Schichtdicke und kann auch größer sein, als bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel. Es wird davon ausgegangen, daß diese kraterartigen Vertiefungen von kleinen chemischen und/oder topographischen Störungen auf dem Substrat ausgehen. Die Vertiefung läuft dann nach oben trichterförmig auseinander. Dabei ist die Krümmung der Trichterwand eine Funktion der Oberflächenspannung. Dies führt dazu, daß eine größere Schichtdicke nicht etwa zu einer Verbesserung des Erscheinungsbildes der Beschichtung führen, sondern im Gegenteil die Vertiefungen mit steigender Schichtdicke immer deutlicher hervortreten, da deren Durchmesser an der Beschichtungsoberfläche größer wird.
  • Krater, wie bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel werden schon oberhalb von 2µm Schichtdicke für das menschliche Auge auflösbar und stören das Erscheinungsbild einer geschlossenen Lackoberfläche. Bei steigender Schichtdicke nimmt zwar deren Dichte ab, dafür steigt jedoch wie gesagt deren Durchmesser an der Oberfläche an.
  • Die erfindungsgemäße gezielte Beeinflussung der Filmoberfläche eignet sich demgemäß insbesondere für das Verschließen von Vertiefungen ab etwa 2 Mikrometern Durchmesser an der Oberfläche, vorzugsweise 5 Mikrometern Durchmesser. Vertiefungen ab einem solchen Durchmesser stören das Erscheinungsbild des Lackes oder der Beschichtung. Der Durchmesser der kraterähnlichen Vertiefungen kann, wie das oben gezeigte Beispiel verdeutlicht, an der Oberfläche auch bis in den MillimeterBereich reichen. Auch solche großen Störungen können mittels der Erfindung zumindest teilweise beseitigt werden. Eine Bewegung des Beschichtungsmaterials über größere Strecken hinweg wird jedoch nicht durchgeführt. Vorzugsweise wird das Beschichtungsmaterial durch die Glättungseinrichtung um weniger als einen Millimeter, besonders vorzugsweise um weniger als 0,25 Millimeter lateral bewegt. Insbesondere die Ränder zu unbeschichteten Bereichen werden vorzugsweise nicht beeinflusst, so dass scharfe Konturen an den Rändern erhalten bleiben.
  • Es ist dem Fachmann ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Auftragen von Beschichtungen auf Oberflächen von Substraten in Form von Papier, Karton oder Kunststofffolien, insbesondere von Druckerzeugnissen, vorzugsweise zur Veredelung von Druckerzeugnisse, mit
    - einer Beschichtungseinheit zum Auftragen von Beschichtungsmaterial in fluider Form auf die Substratoberfläche und zur lateral strukturierten Beschichtung unter Aussparung von Bereichen der Substratoberfläche, sowie
    - einer Fördereinrichtung, um die Substratoberfläche relativ zur Beschichtungseinheit entlang einer Laufrichtung an der Beschichtungseinheit vorbeizubewegen, vorzugsweise durch Bewegung des Substrats an einer feststehenden Beschichtungseinheit, sowie
    - einer Einrichtung zur Glättung des auf die Substratoberfläche mittels der Beschichtungseinheit aufgetragenen, noch fluiden Films, wobei die Einrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstroms umfasst, welcher auf die mit dem Film beschichtete Substratoberfläche gerichtet ist und den Film unter zumindest teilweiser Beseitigung von unerwünschten Strukturen der Filmoberfläche, wie Vertiefungen, Erhöhungen und Kratern vor der Aushärtung des Beschichtungsmaterials glättet und dabei das Beschichtungsmaterial durch den Gasstrom um weniger als 1 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,25 mm entlang der Oberfläche transportiert.
  2. Vorrichtung gemäß vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinheit als Drop-on-Demand-Beschichtungseinheit mit Düsen zur Abgabe von jeweils einzelnen Tropfen des Beschichtungsmaterials unter Ansprechen auf Steuersignale,
    - wobei die Düsenanordnung das Beschichtungsmaterial berührungslos auf die Substratoberfläche aufträgt, und
    - wobei die Düsen der Beschichtungseinheit in zumindest einer Reihe angeordnet sind, welche quer zur Laufrichtung verläuft und die verarbeitbare Substratbreite senkrecht zur Laufrichtung zumindest zu drei Vierteln überspannt, und
    - wobei die Düsen in Richtung quer zur Laufrichtung vorzugsweise starr angeordnet sind, sowie eine rechnergestützte Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Düsen.
  3. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinheit eine der folgenden Einrichtungen umfasst:
    - eine Einrichtung zum Walzenauftrag,
    - eine Tiefdruck-Einrichtung,
    - eine Flexodruck-Einrichtung,
    - eine Siebdruck- Einrichtung,
    - eine Digitaldruck- Einrichtung,
    - eine Tampondruck-Einrichtung.
  4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättungseinrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstroms mit zumindest einer Reihe von Gasdüsen umfasst, welche quer zur Laufrichtung verläuft.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstroms zumindest eine der folgenden Einrichtungen umfasst:
    - eine Einrichtung zur Erzeugung eines gepulsten Gasstroms,
    - eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des zumindest einen Gasstroms,
    - eine Einrichtung zur Rasterung des Gasstroms über zumindest einen Teilbereich der Substratoberfläche,
    - eine Einrichtung zur Beaufschlagung des Gasstroms mit Ultraschall-Wellen,
    - zumindest eine Düse zur Erzeugung eines turbulenten Gasstroms,
    - eine Düsenanordnung, welche Gasströme erzeugt, die unter verschiedenen Raumrichtungen auf die Substratoberfläche treffen und/oder Gradienten in der Strömungsgeschwindigkeit in mehreren Richtungen entlang der Oberfläche aufweisen,
    - eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstroms, welcher unter schrägem Winkel auf die Substratoberfläche trifft, insbesondere unter einem Winkel im Bereich von größer 0° bis 90°, vorzugsweise im Bereich von 20° bis 80°, bevorzugt dabei im Bereich von 30° bis 70°, besonders bevorzugt im Bereich von 40° bis 60° gemessen vom Lot auf die Oberfläche.
  6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch eine Aushärteeinrichtung zur Härtung des Beschichtungsmaterials, welche in Laufrichtung der Glättungseinrichtung nachgeordnet ist, wobei die Aushärteeinrichtung eine UV-Lichtquelle und/oder einen Ofen und/oder einen Heizstrahler und/oder eine Mikrowellenquelle umfasst.
  7. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ausgebildet als Offsetdruck-, Tiefdruck-, Flexodruck-, Siebdruck-, Digitaldruck- oder Tampondruckmaschine.
  8. Verfahren zum Auftragen von Beschichtungen auf Oberflächen von Substraten, bei welchem
    - mit einer Beschichtungseinheit Beschichtungsmaterial in fluider Form aufgetragen und unter Aussparung von Bereichen der Substratoberfläche lateral strukturiert beschichtet wird, während
    - mit einer Fördereinrichtung die Substratoberfläche relativ zur Beschichtungseinheit entlang einer Laufrichtung an der Beschichtungseinheit vorbeibewegt wird, vorzugsweise durch Bewegung des Substrats an einer feststehenden Beschichtungseinheit, und
    - wobei der auf die Substratoberfläche mittels der Beschichtungseinheit aufgetragene, noch fluide Film vor dessen Verfestigung geglättet wird,
    - wobei zur Glättung ein Gasstrom erzeugt und auf die mit dem Film beschichtete Substratoberfläche gerichtet wird, und das Beschichtungsmaterial durch den Gasstrom um weniger als 1 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,25 mm entlang der Oberfläche transportiert wird,
    - wobei das Beschichtungsmaterial berührungslos mittels einer Düsenanordnung auf die Substratoberfläche aufgetragen wird,
    - wobei die Düsen mittels einer rechnergestützten Steuereinrichtung angesteuert werden und der Film im Drop-on-Demand-Verfahren aufgetragen wird, indem die Düsen jeweils einzelne Tropfen des Beschichtungsmaterials unter Ansprechen auf Steuersignale abgeben.
  9. Verfahren gemäß vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial mit Düsen aufgetragen wird, die in zumindest einer Reihe angeordnet sind, welche quer zur Laufrichtung verläuft und die verarbeitbare Substratbreite senkrecht zur Laufrichtung zumindest zu drei Vierteln überspannt, und wobei die Düsen in Richtung quer zur Laufrichtung vorzugsweise starr angeordnet sind.
  10. Verfahren gemäß einem der zwei vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial durch Walzenauftrag, Sieb-, Digital- oder Tampondruck aufgebracht wird.
  11. Verfahren gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom mittels einer Düsenreihe auf das Substrat gerichtet wird, die quer zur Laufrichtung angeordnet ist.
  12. Verfahren gemäß einem der vier vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Film
    - mit einem turbulenten oder gepulsten oder einem mit Ultraschall-Wellen beaufschlagten Gasstrom oder
    - mit zumindest einem erwärmten Gasstrom, wobei der zumindest eine Gasstrom auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 500°C, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 400°C, besonders bevorzugt im Bereich von 150 bis 300°C aufgeheizt wird, oder
    - mit einem Gasstrom, welcher unter schrägem Winkel auf die Substratoberfläche trifft, insbesondere unter einem Winkel im Bereich von größer 0° bis 90°, vorzugsweise im Bereich von 20° bis 80°, bevorzugt dabei im Bereich von 30° bis 70°, besonders bevorzugt im Bereich von 40° bis 60° gemessen vom Lot auf die Oberfläche, oder
    - mit Gasströmen, die unter verschiedenen Raumrichtungen auf die Substratoberfläche treffen und/oder Gradienten in der Strömungsgeschwindigkeit in mehreren Richtungen entlang der Oberfläche aufweisen, oder
    - mit zumindest einem Gasstrom, der über zumindest einen Teilbereich der Substratoberfläche gerastert wird, geglättet wird.
  13. Verfahren gemäß einem der fünf vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Film mit einer Schichtdicke kleiner 100 Mikrometer, vorzugsweise kleiner 50 Mikrometer, besonders bevorzugt kleiner 30 Mikrometer, oder kleiner 20 Mikrometer, insbesondere kleiner 10 Mikrometer aufgetragen wird, wobei durch das Glätten Vertiefungen, insbesondere kraterähnliche Vertiefungen, weiterhin insbesondere Vertiefungen, welche bis auf das Substrat reichen, geschlossen werden.
  14. Verfahren gemäß einem der sechs vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Film nach der Glättung mittels einer Aushärteeinrichtung gehärtet wird, wobei ein UV-härtbares Beschichtungsmaterial oder eine Druckfarbe aufgetragen und diese durch Einstrahlung von UV-Licht und/oder durch Erwärmung in einem ofen und/oder mit einem Heizstrahler und/oder mittels einer Mikrowellenquelle nach der Glättung gehärtet wird.
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