EP3116718A1 - Vorrichtung und verfahren zum trocknen von bedruckten behältern - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum trocknen von bedruckten behältern

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EP3116718A1
EP3116718A1 EP15712547.7A EP15712547A EP3116718A1 EP 3116718 A1 EP3116718 A1 EP 3116718A1 EP 15712547 A EP15712547 A EP 15712547A EP 3116718 A1 EP3116718 A1 EP 3116718A1
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EP
European Patent Office
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container
drying
sensor
curing
printed
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EP15712547.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3116718B1 (de
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Sascha Koers
Katrin Preckel
Werner Van De Wynckel
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KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Publication of EP3116718A1 publication Critical patent/EP3116718A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3116718B1 publication Critical patent/EP3116718B1/de
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J3/00—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed
    • B41J3/407—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed for marking on special material
    • B41J3/4073—Printing on three-dimensional objects not being in sheet or web form, e.g. spherical or cubic objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J11/0015—Devices or arrangements  of selective printing mechanisms, e.g. ink-jet printers or thermal printers, for supporting or handling copy material in sheet or web form for treating before, during or after printing or for uniform coating or laminating the copy material before or after printing
    • B41J11/002—Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating
    • B41J11/0021—Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating using irradiation
    • B41J11/00214—Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating using irradiation using UV radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J3/40733—Printing on cylindrical or rotationally symmetrical objects, e. g. on bottles
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    • B41J11/0015—Devices or arrangements  of selective printing mechanisms, e.g. ink-jet printers or thermal printers, for supporting or handling copy material in sheet or web form for treating before, during or after printing or for uniform coating or laminating the copy material before or after printing
    • B41J11/002—Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating
    • B41J11/0021—Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating using irradiation
    • B41J11/00212—Controlling the irradiation means, e.g. image-based controlling of the irradiation zone or control of the duration or intensity of the irradiation

Definitions

  • the invention relates to a device for drying printed containers according to the preamble of patent claim 1 and to a method for determining the degree of drying of printed containers according to the preamble of patent claim 12.
  • Devices for printing on packaging materials in particular also for applying a color or multicolor printing to packaging means, are known and comprise, for example, a transport path on which the printing of the packaging material takes place, specifically with the corresponding printing units or print heads producing the color sets are provided on the transport route.
  • the printheads are, for example, electrically or electronically controllable printheads or printing units, e.g. printing heads operating according to the principle of ink-jet printing (WO2004 / 00936) or printing heads operating under the name "Tonjet principle.” With these, ink is directly applied to the container wall in order to produce the printed image.
  • printing devices have drying and hardening devices by means of which a drying or hardening reaction on the freshly printed container can be effected.
  • the degree of dryness and thus the degree of curing of the printing ink used during printing can not be determined directly within the process. This is particularly problematic because the drying or hardening of the printing ink or printing ink has a significant influence on their migration ability through the container wall into the container interior.
  • the risk of blurring of the printed image for example, by touching or other contact of the printed container with other machine components such as guides or the like, the risk of migration of the ink or ink or their constituents in the recorded in the container contents.
  • a further disadvantage of not completely cured printing ink or printing ink is that the printed image applied to the container wall blurs into each other after some time by running the print image areas, which leads to an overall deteriorated print image quality.
  • the invention relates first of all to a device for drying printed containers comprising a peripherally drivable transport element with container treatment stations provided thereon, wherein the containers accommodated at the container treatment stations are transported by the transport element on an inward transport container be moved between at least one container task and at least one container decrease.
  • the transport element can be, for example, a rotor driven peripherally about a machine vertical axis, in particular a rotor driven continuously in rotation.
  • the container treatment stations may be, for example, combined pressure-drying stations, in which both the printing and the drying or hardening of the printing ink or printing ink is effected.
  • the container treatment stations additionally have at least one application head (in particular printhead) by means of which the printing or coating, ie the formation of a base or cover layer, takes place.
  • the container treatment stations can also be designed as drying stations where already printed containers are only subjected to drying or curing.
  • the container treatment stations are each assigned at least one drying and curing device for effecting a drying reaction on the printed containers.
  • a sensor is provided, which is designed for detecting the heat energy or radiation or the temperature emitted by the container subjected to the drying or hardening reaction.
  • the sensor determines the temperature of the container in the region of the print image which is applied to the container. This determination of the heat energy is preferably carried out without contact, for example by the IR radiation radiated from the container or the printed image thereon.
  • the heat energy emitted by the printed container is preferably determined during the movement of the container through the transport element.
  • the degree of drying or curing of the printing ink or the printing ink can be determined and in particular in-line, i. during operation of the drying and curing device, as a correlation to the radiated heat energy or thermal radiation (time course).
  • the drying and curing devices are designed to effect an exothermic drying or curing reaction on the printed container and the sensor is designed to detect the heat energy emitted by the container and caused by the exothermic drying or curing reaction.
  • the invention is based on the finding that in particular by UV irradiation of the printed image by corresponding emitters of the drying and curing device, a chemical drying reaction or curing reaction is triggered, the so-called pinning or curing, which is exothermic, ie it is at the expiration of chemical reaction releases heat energy. Based on this knowledge, it can be determined whether the drying reaction has been initiated.
  • the degree or intensity of the initiated drying reaction can be determined and thus draw conclusions on the curing of the printing ink or the printing ink after completion of the drying process. be gene.
  • the drying reaction is merely initiated by the drying and curing device, ie the action of the drying and curing device on the container represents only one activation step of the drying reaction and the drying reaction also takes place after passing through the drying and curing device for a certain Period until the final curing or crosslinking is achieved.
  • the wet ink film consists of color pigments, binders which may be, for example, monomers or oligomers, and photoinitiators which exist in the form of a double bond in the wet ink film.
  • the photoinitiators When this wet dye or ink film is subjected to UV radiation from the drying and curing device, the photoinitiators are activated, with the high-energy UV radiation breaking the double bond of the photoinitiators, so that free radicals are formed.
  • the free radicals resulting from the activation of the photoinitiators crosslink in the following with the binders, ie the monomers and / or the oligomers to macromolecules.
  • the drying process is complete. This process is exothermic, ie it proceeds with the release of thermal energy.
  • the UV radiation emitted by the drying and curing device acts only as a trigger, ie, the crosslinking process continues even after passing through the drying device, so that at least a certain period of time after the irradiation by the UV radiation emitted from the print image thermal energy measurable is.
  • This thermal energy is detected by one or more sensors and used to determine whether a drying reaction has been initiated or to determine the degree of drying reaction or its intensity. This is a capture the drying and curing reaction and thus a detection of Trocknungspp. Curing degree of the ink or printing ink after completion of the Trockungspp. Curing reaction or downstream to the drying and curing device contactless possible. Indirectly, the function and quality of the UV emitter is monitored with the thermo-sensitive sensor.
  • the senor is formed by an infrared sensor.
  • this infrared sensor can be detected by the printed container heat energy emitted by the drying reaction or the crosslinking detected.
  • a detection of a plurality of measured values takes place at different points of the printed image in order to obtain information regarding the curing or crosslinking of the printing ink or of the printing ink in different printed image areas.
  • the sensor preferably has optics for the focused detection of the heat energy radiated by the container.
  • optics for the focused detection of the heat energy radiated by the container.
  • a selective detection of the heat energy radiated from the container can take place, in particular by suppressing thermal energy radiation from further machine elements which heat up during operation, for example the printhead etc.
  • a specially adapted sensor optics has the advantage that heat radiation from other heated surfaces (defect areas), such as, for example, the surfaces of the print head, can be reliably detected and distinguished from the container surface to be inspected and the area of the printed image.
  • a plurality of sensors are provided, wherein in each case one sensor is assigned to a defined printed image area, so that heat energy radiated different pressure ranges can be detected parallelized by different sensors.
  • the device has a multiplicity of container treatment stations, wherein each container treatment station is assigned an independent sensor. This can be done at each container treatment station, a check of the drying or curing degree of the printed container.
  • the sensor is provided in the direction of movement of the container or the printed surface of the container after the drying and curing device.
  • the device may be designed such that the container is rotated at the container treatment station about the container vertical axis and that the sensor is arranged in the direction of rotation after the drying and curing device, in particular immediately after the drying and curing device. Due to the rotation of the container about the container vertical axis, a relative movement of the container with respect to the drying and curing device is achieved. By means of this relative movement can be acted upon by the drying and curing device on all print image areas. When the sensor is provided in the direction of rotation after the drying and curing device, the thermal energy radiated from the container in the region of the printed image can be determined immediately after the activation of the drying or hardening reaction.
  • the senor has an evaluation unit or the sensor is connected to an evaluation unit, by means of which the degree of drying of the printed container ters based on the detected by the sensor heat energy can be determined.
  • the radiated heat energy is detected by the sensor and directed to one or more detectors. In the detector, the heat energy, in particular the energy of the IR radiation is converted into electrical signals, which are then converted into temperature values.
  • the evaluation unit can be designed to determine the degree of curing depending on the determined temperature values or the radiated heat energy, ie from the measured after activation of the drying reaction temperature values can be closed by the evaluation unit to the curing of the printed image after completion of the drying or curing process become.
  • the evaluation unit or a control unit connected thereto can, for example, control the drying and curing devices in such a way that the activation intensity is increased, ie, for example, the UV radiation intensity is increased. Even failures of drying and curing facilities can be detected in this way. Furthermore, it is possible to adequately seed out insufficiently hardened containers in the further course of the transport route.
  • the determination of the degree of dryness takes place taking into account at least one reference measured value.
  • the reference reading is in particular the temperature of the container before the activation of the Drying reaction.
  • This reference value can preferably also be determined by the sensor. On the basis of the reference value, it is thus possible to determine a temperature difference between the temperature before the activation of the drying or hardening reaction and the temperature after the activation of the drying or hardening reaction.
  • a temperature increase in the region of the printed image can be detected. This caused by the activation of temperature increase is at least 25-35 ° C, wherein the temperature jump, depending on the color usually in the range of 30 to 45 ° C. On the basis of this temperature rise can be concluded that the degree of activation of the drying or curing reaction.
  • the drying and curing device may be an integral part of a printing device or its printing stations for printing on the container or this device may be provided downstream of a printing device or printing station.
  • the drying and curing device and the sensor can each be provided in the region of the printing stations of the printing device.
  • the printing device can be provided downstream of a drying and curing device, in which the drying of the printed by the upstream printing device container is carried out.
  • the drying and curing device is a UV lamp.
  • UV radiation is emitted by the UV lamp, by means of which the double bond of photoinitiators in the printing ink or printing ink can be broken.
  • the photoinitiators can initiate a drying or curing reaction, which leads to complete crosslinking of the printing ink.
  • This drying or hardening reaction initiated by the UV radiation proceeds exothermically, ie heat energy is released, the degree (height) and also the time course of the heating, represents a correlation to the degree of drying and curing of the printing ink or coating liquid.
  • the invention further relates to a method for determining the degree of drying of printed containers comprising a peripherally drivable transport element with container treatment stations, wherein the container received at the container treatment stations by the transport element on a self-contained path of movement between at least one container task and at least one container removal are moved, and wherein the Be Daveerbe- treatment stations each associated with at least one drying and curing device, by means of which a drying reaction is effected on the printed container.
  • the thermal energy which is emitted by the container subjected to the drying or hardening reaction is detected by means of a sensor.
  • the heat radiation of the container surface or parts thereof is detected as a reference value.
  • the drying and curing devices cause an exothermic drying or curing reaction on the printed container and the sensor detects the heat energy emitted by the container caused by the exothermic drying reaction.
  • the degree of drying of the printed container after completion of the drying reaction is determined on the basis of the heat energy detected by the sensor during the course of an exothermic drying reaction effected by the drying and curing device.
  • the degree of drying or curing of the printed container is determined taking into account the temperature of the printed container before initiating the drying or curing reaction.
  • Containers according to the invention are for example bottles, cans, tubes, pouches, each made of metal, glass and / or plastic, so for example PET bottles, but also other packaging, especially those suitable for filling liquid or viscous products are.
  • one or more sensors are stationary, that is not moved with the respective container or the treatment station circumferentially or in the direction of the transport path, and fixedly arranged next to or above the transport path of the container. This is done in particular downstream of the angular range or the transport path on which the printing takes place in one of the printing modules or at the outlet, for example, the outlet star of the printing modules. Furthermore, it is particularly advantageous in this embodiment to provide one or more sensors directly upstream or downstream of the outlet, for example, the outlet element of that module, which is designed as a drying and curing module.
  • the fixed, non-moving arrangement downstream of the final drying or curing of the containers is a suitable location for the sensors and data acquisition esp. In slow moving systems.
  • the container surface to be detected by the sensor is moved counter to the transport direction when the container moves past it by its rotation about the vertical axis in order to extend the detection time.
  • the sensors can also be provided as part of a downstream inspection module or unit, in which case the heat radiation may already have decreased sharply depending on the climatic boundary conditions and consequently the signal could have already weakened and / or the temperature characteristic could have leveled out ,
  • FIG. 1 shows by way of example a device for printing on containers in a schematic plan view
  • FIG. 2 shows by way of example a further apparatus for printing on containers in a schematic perspective view
  • 3a, b are exemplary treatment stations of a drying apparatus in a schematic plan view
  • FIG. 5 shows by way of example a representation of the temperature-time profile (example 1)
  • FIG. 6 a, b by way of example representations of temperature-time profiles (example 2)
  • the reference numeral 10 shows an apparatus for printing on containers 2, in particular multicolored, on their outer container surface using digital printheads operating on the ink-jet or ink-jet principle.
  • the containers 2 are uprighted to the printing apparatus 10 via a feed dog schematically indicated by 1 1 in the figures, i. oriented with its container vertical axis in the vertical direction and supplied in a single-lane container stream, in the direction indicated by the arrow transport direction TR.
  • the containers then pass through a container task 5, which is formed for example by a transport star.
  • a transport element 3 is shown in FIG Embodiment designed as a machine vertical axis MHA circumferentially driven rotor, in particular continuously circulating driven rotor.
  • container treatment stations 4 formed as printing stations 12 are provided at equal angular intervals around this machine vertical axis MHA, each consisting essentially of a container carrier, at least one print head 9 and a drying and curing device 7 for drying and / or Bonding of printing ink or ink exist.
  • Each printing station can also have a plurality of print heads 9, for example one for dispensing one color, to produce a multi-color print.
  • the container carrier can be designed in particular for hanging support of the container 2 in the region of its container mouth or container opening.
  • the containers 2 are printed on the transport path between the container task 5 and the container removal 6 during their movement by the transport element 3.
  • the respective container 2 is further rotated about the container vertical axis relative to the print head 9 and thereby printed circumferentially.
  • a drying or hardening reaction is initiated or effected on the freshly printed containers, so that the container 2 which has been discharged at the container removal 6 without damaging or impairing it Print image can be removed.
  • the drying or curing of the printing ink or printing ink takes place in particular such that the drying and curing device 7 is arranged in the direction of rotation of the container 2 after the print head 9, so that upon rotation of the container 2 about the container vertical axis of the print image 9 applied by the print head is then moved past the drying and curing device 7 and thereby a drying process or activation of a drying reaction can be subjected.
  • the sensors 8, as well as the other elements are connected via data links 14.1 with an evaluation unit 13.
  • a fixed sensor 8.1 is additionally provided as an acquisition unit and as an optional variant.
  • the container 2 of the device 10 are fed via an outer conveyor upright in a transport direction TR and then move within the device 1 on a multiple arcuately deflected transport path. After printing, the containers 2 continue to be fed upright via an external conveyor for further use.
  • the device 10 consists of several in the transport direction A directly adjoining modules 10.1 - 10.n, and indeed in the illustrated embodiment of a total of eight modules 10.1 - 10.8.
  • all modules 10.1-10.8 are each formed by an identical basic unit, which is equipped with the functional elements necessary for the specific task of the respective module 10.1-10.8.
  • Each basic unit includes, inter alia, about a vertical machine axis of the respective module 10.1 - 10.8 circumferentially drivable transport element 3 in the form of a transport or process star with a plurality of shots, which are provided at the periphery of the transport element 3 distributed at equal angular intervals and of which each receptacle for secured receiving each of a container 2 is used.
  • the transport elements 3 of the individual modules 10.1 - 10.8 are arranged directly adjacent to each other and counter-rotating, but synchronously driven so that these transport elements 3 in their entirety form a transport device with which the container 2 within the device 1 on a multiply deflected transport path with the Container task 5 at one end of the device 10 and the container removal 6 at the other end of the device 10 are moved.
  • the individual containers 2 are preferably forwarded in each case directly from the transport element 3 of a module 10.1 - 10.7 to the transport element 3 of the module 10.2 - 10.8 following in the direction of transport A.
  • the function of the individual modules 10.1-10.8 is, for example, the following:
  • the module 10.1 forms u.a. the inlet module or the container task 5 of the device 10. In the module 10.1 is carried out but also a pretreatment of the container 2 can take place.
  • modules 10.2 - 10.5 form the actual printing modules in which the multiple printing is done, preferably as color printing in the form that each module 10.2 - 10.5 a color set of color printing is printed, for example in yellow, magenta , Cyan and Black.
  • the module 10.6 then following in the transport direction TR is designed as a drying and curing module, in which the respective previously generated multiple printing can be effected in a suitable manner, for example by energy input, e.g. is dried by heat and / or by UV radiation.
  • the module 10.7 can be designed as an inspection module to which each container 2 passes after drying of the multiple printing and in which the respective multiple print is checked for any errors, so incorrectly printed container 2 are discharged to the module 10.7 or later on the further transport can.
  • the module 10.8 forms the outlet module or the container removal of the device 10, on which the finished printed containers 2 leave the device 10.
  • the module 10.8 can preferably also be designed as a drying and curing module.
  • the containers 2 are rotated around the container vertical axis during their treatment at the individual modules 10. 1 - 10.
  • the respective container 2 is rotated about its container vertical axis relative to a print head 9 and thereby printed on the circumference.
  • the drying and curing module 10.6 the printing ink or printing ink newly applied by the printing modules 10.2-10.6 is dried or cured by the drying and curing devices 7 provided on the receivers of the transport module, again under Rotation of the container 2 about its container vertical axis relative to the respective drying and curing device. 7
  • FIGS. 1 and 2 have in common that following the drying and hardening device 7 in the direction of movement of the container, a sensor 8 is provided by means of which information regarding the effecting of a drying reaction on the printed container can be detected.
  • the sensor 8 may in this case be arranged following the drying and curing device 7 in the transport direction TR.
  • the sensor 8 is in each case associated with a container treatment station 4, for example a printing station 12 or a drying station of a drying and curing module 10.6, on which the respective drying and curing devices 7 are provided.
  • a container treatment station 4 is shown by way of example.
  • the container treatment station 4 can be a printing station 12 according to the printing apparatus 10 of FIG. 1 (print head 9 is not shown) or, ideally, a drying station (module 10.6) according to the exemplary embodiment according to FIG.
  • the container 2 provided at the container treatment station 4 is fixed by suitable holding means and can be rotated about its container vertical axis in the direction of rotation DR indicated by the arrow.
  • the holding means may in particular cause a clamping of the container 2, for example between a container bottom and a container top, or a hanging support in the region of the container mouth.
  • the drying and curing device 7 may in particular be a UV light source. As a result of the action of the drying and curing device 7 on the printed image, this printed image is subjected to a drying or hardening reaction or such a drying reaction is triggered.
  • the sensor 8 may in particular be a heat-detecting sensor 8, for example an infrared sensor.
  • the sensor 8 is designed, in particular, to determine the heat energy which is emitted by the container 2 subjected to the drying reaction. In particular, the sensor is designed to determine the absolute temperature of printed image areas.
  • At least one heat-detecting sensor 8 is ideally arranged in the region of the treatment stations 4 of the container 2 on a drying and curing module 10.6 and is moved along with them in the transport direction TR. Such an arrangement is also shown in FIG. 3b.
  • Two are provided as UV light sources as drying and curing devices 7 and the thermal sensor 8 is arranged between these UV light sources.
  • an IR sensor and UV light sources gem. Examples 1 or 2 are used.
  • the invention is based on the finding that heat energy is released in the drying reaction of the printing ink or printing ink, by chemical reactions during the drying reaction.
  • This reaction takes place as a kind of chain reaction, which continues even after the action of radiation, in particular UV radiation, so that the quality of the drying and curing processes can be reliably recorded and evaluated even downstream.
  • the senor 8 has a focusing or a very narrow detection range, so that the heat radiated from the container 2 heat can be detected accurately. This ensures that almost exclusively heat energy or infrared radiation emitted by the container 2 is detected by the sensor 8 and that infrared radiation emitted outside the reception range does not cause a falsification of the measurement signal.
  • the sensor for detecting the radiated heat energy in the millisecond range for example in the range between 50ms and 1 ms, preferably in a range less than 10ms, esp. From 2ms to 6ms formed, so at the passing of the print image on the sensor 8, a plurality of measured values can be recorded at different points of the print image, and thus different degrees of drying in different print image areas are tangible.
  • the detection of the effect of a drying reaction in different image areas is therefore particularly necessary because it has been shown that the curing at different points in the print image can have different degrees of cure.
  • the uniform action of the drying and curing device 7 on the entire printed image in the case of printed image areas with white printing ink leads to less hardening than with the remaining colors, since the UV light emitted by the drying and curing device 7 is reflected more strongly by the white printing ink or printing ink than in the other colors.
  • the sensor 8 is coupled to an evaluation unit 13.
  • measured values detected by the sensor 8 can be forwarded to the evaluation unit 13 and analyzed or evaluated there.
  • the evaluation unit 13 it is possible by the evaluation unit 13 to determine the degree of activation of the drying reaction or curing reaction, which was caused by the drying and curing device 7.
  • the evaluation unit 13 may also be coupled to the drying and curing device 7, so that the performance of the drying and curing device 7, in particular the energy of the radiated UV radiation depending on the detected degree of activation of the curing reaction can be controlled.
  • an increase in performance of the drying and curing device 7 is effected.
  • FIG 4 An alternative embodiment is shown in Figure 4, in which the container 2 are printed on one or more printing modules, with only one module 10.5 is shown. Downstream of the module 10.5, a module 10.6 is provided as an independent drying and curing module on which the containers 2 during transport in the transport direction TR in the angular range B by means not shown radiators, ideally one or more UV lamps, a final drying and / or curing process be subjected to curing of the printing ink.
  • one or two fixed, non-rotating sensors 8.1 and 8.2 are provided in the present example, for example. IR sensors.
  • these are arranged at different vertical altitudes, for the use of two inspection windows (measuring spots) via which the container surface is detected thermosensory.
  • the sensors 8.1 and 8.2 are connected to the evaluation unit 13, wherein the data connections in this embodiment as well as for each of the other embodiments may be formed as any suitable wired or wireless transmission system, which is a sufficiently fast and secure Data transmission allows.
  • a module 10.7 Downstream of the drying and curing module (module 10.6), a module 10.7 is provided for inspection of the container 2, followed by a discharge device 15 for defective containers 2 in the transport direction TR, so that they via discharge line 16 from the main stream of the container 2 in a known manner and Way separates and can be derived.
  • the module 10.7 and the discharge device 15 are also connected via data links 14.4 and 14.5 with the evaluation device 13 and / or another central control unit.
  • another fixed, ie non-rotating, sensor 8.3 is provided in the exemplary embodiment according to FIG.
  • the sensor 8.3 is also connected to the evaluation unit 13 via a data connections 14.3.
  • This optional sensor 8.3 could already detect and monitor the heat radiation of the container surface or the printed image, which results from a pre-drying and / or partial drying or the so-called pinning process, which is carried out immediately after printing on the module 10.5.
  • the measured values of the sensors 8.1, 8.2 and those of the upstream sensor 8.3 can be evaluated jointly.
  • a reference measured value in particular a reference temperature measured value, which corresponds to the temperature of the container 2 before the activation of the drying and curing device 7, is preferably determined.
  • a temperature difference between the temperature of the printed image, which has passed through the drying and curing device 7 and the temperature of the container before the activation of the drying reaction or the evaluation of the printed image can be determined. This temperature difference gives an immediate indication of the degree of activation of the drying reaction or the curing reaction and thus the drying or curing of the printed image after the drying or curing reaction has ended.
  • FIGS. 5 and 6a, 6b show the measured values, as measured with two different IR sensors, in a design which corresponds to that in FIG. 3b with only one sensor 8.
  • an IR sensor Type 1 was used which has the following performance data.
  • a single-color printed image was applied in a single-pass process and the UV-curable ink was subjected to a max. 800ms (in the present 792ms) subjected to continuous drying and curing.
  • the detection with the IR sensor type 1 was carried out in parallel for at least 3.3 ms per degree angle with active UV lamps. In doing so, 360 ° of the container surface to be inspected were transported to the stationary IR sensor Tpy1.
  • the temperature curve C illustrated in FIG. 5 essentially shows two significant curve sections 100 and 200, which can be discreetly distinguished from one another by the choice of the type 1 sensor with a very fast and scalable analog output and real-time data processing.
  • the curve section 200 is the detection area of the print image on the container surface, ie the curve and measuring area of interest.
  • the curve section 100 is the course of the heat radiation of print heads of adjacent modules, which reach the detection area of the highly sensitive sensor.
  • each surface has its own characteristic curve for the 360 °, in this case esp.
  • time duration of sections of individual temperature levels and Peek characteristic that can be uniquely determined and assigned in real time via the evaluation unit 13.
  • the particular advantage of the device and the method is that the temperature and thus the drying and curing quality can be reliably determined and evaluated in real time for each angular degree of the container surface, without any restrictions on the transport speed and thus the performance of the entire system.
  • the starting temperature of the surface was recorded before the drying and curing treatment and the data was adjusted accordingly.
  • FIGS. 6a and 6b show temperature profiles in accordance with Example 2, wherein an IR sensor Type 2, which has the following performance data and is distinguished from the IR sensor Type 1, in particular by a faster detection speed, was used:
  • FIG. 6a shows, analogously to FIG. 5, the temperature profile over time on the container surface during the detection by the IR sensor according to type 2.
  • FIGS. 6a and 6b the angle positions from 0 ° to 360 ° of the container, which appears as a zigzag curve (curve D) due to the fixed rotational speed of the containers, are additionally plotted on the Y axis.
  • the Type 2 sensor is even more responsive compared to the Type 1 sensor and reaches 90% of the output signal after just 6ms.
  • curve C of FIG. 6a With a substantially identical test setup for example 1, a still discrete temperature profile of the printed image and a much more exact determination of the temperature level can now be achieved.
  • a type 1 sensor is particularly suitable for detecting the fundamental presence of the printed image and also the basically successful sequence of the drying and curing process. If, in addition, a quantifiable statement about the quality of the drying and curing process is to be made, it is advisable to provide a Type 2 sensor with a very short settling time of less than 10ms to establish 90% of the output signal.
  • thermographic detection of the container surface can take place in a single pass by rotating the surface of the container in one of the sensors 8 360 ° in front of this sensor 8 and in the use of two UV lamps acc.
  • Figure 3b by 360 ° plus the angular distance between the two emitters so that both UV emitters and the respective radiation effect are detected.
  • thermographic values only at discrete angle values or ranges of the container surface. This can be particularly advantageous when containers are printed only in narrow angular ranges.
  • the invention has been described above by embodiments for rotating transport and treatment devices. It is understood that the sensors and the monitoring process can also be used advantageously in linear transport and treatment devices, even in systems that operate in stepping mode.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Behältern (2) umfassend ein antreibbares Transportelement (3) mit Behälterbehandlungsstationen (4), wobei die an den Behälterbehandlungsstationen (4) aufgenommenen Behälter (2) durch das Transportelement (3) auf einer Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe (5) und wenigstens einer Behälterabnahme (6) bewegt werden, mit den Behälterbehandlungsstationen (4) zugeordneten Trocknungs- und Härtungseinrichtungen (7) zum Bewirken einer Trocknungsreaktion an den bedruckten Behältern (2). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Sensor (8) vorgesehen ist, der zur Ermittlung der Wärmeenergie ausgebildet ist, die von dem der Trocknungsreaktion unterzogenen Behälter (2) abgestrahlt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von bedruckten Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Er- mittlung des Trocknungsgrads von bedruckten Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
Vorrichtungen zum Bedrucken von Packmitteln, insbesondere auch zum Aufbringen eines Färb- oder Mehrfarbendrucks auf Packmittel sind bekannt und umfassen bei- spielsweise eine Transportstrecke, auf der das Bedrucken der Packmittel erfolgt, und zwar mit die entsprechenden die Farbsätze erzeugenden Druckwerken oder Druckköpfen, die an oder auf der Transportstrecke vorgesehen sind. Die Druckköpfe sind beispielsweise elektrisch oder elektronisch ansteuerbare Druckköpfe oder Druckwerke, z.B. nach dem Tintenstrahldruckprinzip arbeitende Druckköpfe (WO2004/00936) oder aber unter der Bezeichnung„Tonjet-Prinzip" arbeitende Druckköpfe. Mit diesen wird im Direktdruck unmittelbar auf die Behälterwandung Tinte zur Erzeugung des Druckbildes aufgetragen.
Weiterhin ist es bekannt, dass derartige Druckvorrichtungen Trocknungs- und Här- tungseinrichtungen aufweisen, mittels denen eine Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion am frisch bedruckten Behälter bewirkt werden kann. Bei den bekannten Druckvorrichtungen kann jedoch der Trocknungsgrad und damit der Grad der Aushärtung der beim Drucken verwendeten Druckfarbe bzw. Drucktinte nicht direkt innerhalb des Prozesses bestimmt werden. Dies ist insbesondere deshalb problematisch, da die Trocknung bzw. Härtung der Druckfarbe bzw. Drucktinte maßgeblichen Einfluss auf deren Migrationsfähigkeit durch die Behälterwandung in den Behälterinnenraum hat. Damit besteht neben der Gefahr des Verwischens des Druckbildes beispielsweise durch Berühren oder sonstigen Kontakt des bedruckten Behälters mit weiteren Maschinenbestandteilen beispielsweise Führungen oder dergleichen die Gefahr der Migration der Druckfarbe bzw. Drucktinte oder deren Bestandteile in das in dem Behälter aufgenommene Füllgut. Ein weiterer Nachteil nicht völlig ausgehärteter Druckfarbe bzw. Drucktinte besteht darin, dass das auf die Behälterwandung aufgebrachte Druckbild nach einiger Zeit durch Verlaufen der Druckbildbereiche ineinander verschwimmt, was zu einer insgesamt verschlechterten Druckbildqualität führt.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mittels der eine Überwachung der Trocknungsreaktion des bedruckten Behälters, insbesondere eine Inline-Überwachung, d.h. eine Überwachung des Trocknungszustands der Druckfarbe bzw. Drucktinte während der Bewegung des Behälters möglich ist. Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Ein Verfahren zur Ermittlung des Trocknungsgrads von bedruckten Behältern ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 12. Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Behältern umfassend ein umlaufend antreibbares Transportelement mit daran vorgesehenen Behälterbehandlungsstationen, wobei die an den Behälterbehandlungsstationen aufgenommenen Behälter durch das Transportelement auf einer in sich geschlossenen Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe und we- nigstens einer Behälterabnahme bewegt werden.
Das Transportelement kann beispielsweise ein um eine Maschinenhochachse umlaufend angetriebener Rotor, insbesondere ein kontinuierlich umlaufend angetriebener Rotor sein. Selbstverständlich sind auch andere Arten von Transportelementen möglich, beispielsweise im Schrittbetrieb oder kontinuierlich arbeitende Transportbänder oder Transportketten. Die Behälterbehandlungsstationen können beispielsweise kombinierte Druck-Trocknungsstationen sein, in denen sowohl die Bedruckung als auch die Trocknung bzw. Aushärtung der Druckfarbe bzw. Drucktinte bewirkt wird. In diesem Fall weisen die Behälterbehandlungsstationen neben einer Trock- nungs- und Härtungseinrichtung zusätzlich zumindest einen Applikationskopf (insb. Druckkopf) auf, mittels dem die Bedruckung oder ein Coating, d.h. die Bildung einer Grund- oder Deckschicht, erfolgt. Die Behälterbehandlungsstationen können aber auch als Trocknungsstationen ausgebildet sein, an denen bereits bedruckte Behälter lediglich einer Trocknung bzw. Aushärtung unterzogen werden.
Den Behälterbehandlungsstationen sind dabei jeweils zumindest eine Trocknungs- und Härtungseinrichtung zum Bewirken einer Trocknungsreaktion an den bedruckten Behältern zugeordnet. Ferner ist ein Sensor vorgesehen, der zur Erfassung der Wärmeenergie oder -Strahlung bzw. der Temperatur ausgebildet ist, die von dem der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion unterzogenen Behälter abgestrahlt wird. Insbesondere wird durch den Sensor die Temperatur des Behälters im Bereich des Druck- bildes ermittelt, das auf den Behälter aufgebracht ist. Diese Ermittlung der Wärmeenergie erfolgt vorzugsweise berührungslos, beispielsweise durch die von dem Behälter bzw. dem darauf befindlichen Druckbild abgestrahlte IR-Strahlung. Weiterhin vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der vom bedruckten Behälter abgestrahlten Wärmeenergie während der Bewegung des Behälters durch das Transportelement. In einer zugehörigen Auswerteeinheit, kann somit der Grad der Trocknung bzw. Aushärtung der Druckfarbe bzw. der Drucktinte (Curinggrad) bestimmt werden und zwar insbesondere In-Line, d.h. im laufenden Betrieb der Trocknungs- und Härtungseinrichtung, als Korrelation zu der abgestrahlten Wärmeenergie oder Wärmestrahlung (zeitlicher Verlauf).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Trocknungs- und Härtungseinrichtungen zur Bewirkung einer exothermen Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion am bedruckten Behälter ausgebildet und der Sensor zur Ermittlung der vom Behälter abgestrahlten, durch die exotherme Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion hervorgeru- fenen Wärmeenergie ausgebildet. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere durch UV-Bestrahlung des Druckbildes durch entsprechende Emitter der Trocknungs- und Härtungseinrichtung, eine chemische Trocknungsreaktion bzw. Härtungsreaktion ausgelöst wird, das so genannte Pinning oder Curing, die exotherm abläuft, d.h. es wird beim Ablauf der chemischen Reaktion Wärmeenergie freige- setzt. Fußend auf dieser Erkenntnis kann bestimmt werden, ob die Trocknungsreaktion eingeleitet wurde. Ferner können auch der Grad bzw. die Intensität der eingeleiteten Trocknungsreaktion bestimmt und damit Rückschlüsse auf die Aushärtung der Druckfarbe bzw. der Drucktinte nach Beendigung des Trocknungsprozesses gezo- gen werden. Bevorzugt wird die Trocknungsreaktion durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung lediglich eingeleitet, d.h. die Einwirkung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung auf den Behälter stellt lediglich einen Aktivierungsschritt der Trocknungsreaktion dar und die Trocknungsreaktion vollzieht sich auch im Nachgang nach dem Durchlaufen der Trocknungs- und Härtungseinrichtung für einen gewissen Zeitraum, bis die endgültige Aushärtung bzw. Vernetzung erreicht ist.
Die chemischen Reaktionen bei der Trocknungs- und Aushärtreaktion des feuchten Färb- bzw. Tintenfilms stellt insbesondere eine UV-Polymerisation da. Der nasse bzw. feuchte Färb- bzw. Tintenfilms besteht aus Farbpigmenten, Bindemittel, die beispielsweise Monomere oder Oligomere sein können und Fotoinitiatoren, die in Form einer Doppelbindung in dem nassen Färb- bzw. Tintenfilm vorkommen.
Wird dieser nasse Färb- oder Tintenfilm von einer UV-Strahlung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung bestahlt, werden die Fotoinitiatoren aktiviert, wobei durch die energiereiche UV-Strahlung die Doppelbindung der Fotoinitiatoren aufgebrochen werden, sodass sich freie Radikale bilden.
Die durch die Aktivierung der Fotoinitiatoren entstehenden freien Radikale vernetzen sich im Folgenden mit den Bindemitteln, d.h. den Monomeren und/oder den Oligome- ren zu Makromolekülen. Nach Abschluss des Aushärtungsprozesses, wobei die Farbpigmente durch die vernetzten Monomere und Oligomere eingeschlossen sind, ist der Trocknungsvorgang insgesamt abgeschlossen. Dieser Prozess ist verläuft exotherm, d.h. er läuft unter Freisetzung von thermischer Energie ab. Die von der Trocknungs- und Härtungseinrichtung abgegebene UV- Strahlung wirkt dabei lediglich als Auslöser, d.h. der Vernetzungsprozess läuft auch nach dem Durchlaufen der Trocknungsvorrichtung weiterhin ab, sodass zumindest eine gewisse Zeitdauer nach der Bestrahlung durch die UV-Strahlung von dem Druckbild abgegebene thermische Energie messbar ist. Diese thermische Energie wird durch einen oder mehrere Sensoren erfasst und zur Feststellung, ob eine Trocknungsreaktion initiiert wurde, bzw. zur Feststellung des Grades der bewirkten Trocknungsreaktion bzw. deren Intensität herangezogen. Dadurch ist eine Erfassung der Trocknungs- und Härtungsreaktion und damit eine Erfassung des Trocknungsbzw. Aushärtegrads der Druckfarbe bzw. Drucktinte nach Abschluss der Trocknungsbzw. Aushärtungsreaktion bzw. stromabwärts zu der Trocknungs- und Härtungseinrichtung berührungslos möglich. Mittelbar wird damit auch die Funktion und Qualität des UV-Strahlers mit dem thermosensiblen Sensor überwacht.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Sensor durch einen Infrarotsensor gebildet. Mittels dieses Infrarotsensors kann vom bedruckten Behälter abgestrahlte Wärmeenergie, die durch die Trocknungsreaktion bzw. die Vernetzung entsteht, erfasst werden. Vorzugsweise erfolgt eine Erfassung von mehreren Mess- werten an unterschiedlichen Stellen des Druckbildes, um Informationen hinsichtlich der Aushärtung bzw. Vernetzung der Druckfarbe bzw. der Drucktinte in unterschiedlichen Druckbildbereichen zu erhalten.
Bevorzugt weist der Sensor eine Optik zur fokussierten Erfassung der vom Behälter abgestrahlten Wärmeenergie auf. Mittels der Optik kann eine selektive Erfassung der vom Behälter abgestrahlten Wärmeenergie erfolgen, insbesondere unter Ausblendung von Wärmeenergieabstrahlung von weiteren Maschinenelementen, die sich im Betrieb erwärmen, beispielsweise dem Druckkopf etc. Ferner ist durch die Optik eine Erfassung der von einem Druckbildbereich abgestrahlten Wärmeenergie möglich, so dass unterschiedliche Druckbildbereiche getrennt und unabhängig voneinander analysiert werden können.
Dabei ermöglicht die Option mit ggf. einer oder mehreren geeigneten Linsen, die eindeutige Festlegung des Erfassungsfensters bzw. des Messflecks hinsichtlich der Größe in Bezug auf einen definierten Abstand der Behälteroberfläche vom Sensor. Eine speziell angepasste Sensoroptik hat den Vorteil, dass Wärmeabstrahlungen von sonstigen erwärmten Oberflächen (Fehlflächen), wie bspw. den Oberflächen des Druckkopfes, sicher erkannt und unterschieden werden können von der zu inspizierenden Behälteroberfläche und der Fläche des Druckbildes.
Ebenfalls ist es möglich, dass mehrere Sensoren vorgesehen sind, wobei jeweils ein Sensor einem definierten Druckbildbereich zugeordnet ist, so dass die von unter- schiedlichen Druckbereichen abgestrahlte Wärmeenergie durch unterschiedliche Sensoren parallelisiert erfasst werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Vielzahl von Behäl- terbehandlungsstationen auf, wobei jeder Behälterbehandlungsstation ein eigenständiger Sensor zugeordnet ist. Damit kann an jeder Behälterbehandlungsstation eine Überprüfung des Trocknungs- bzw. Aushärtegrads des bedruckten Behälters erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor in Bewegungsrichtung des Behälters bzw. der bedruckten Oberfläche des Behälters nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung vorgesehen. Damit kann nach dem Einleiten der Trocknungsreaktion durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung die vom bedruckten Behälter, insbesondere vom auf dem Behälter befindlichen Druckbild abgestrahlte Wärme- energie erfasst und ausgewertet werden. Durch die abgestrahlte Wärmeenergie kann vorzugsweise bereits bei noch ablaufender Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion auf die Trocknung bzw. Aushärtung am Ende des Trocknungs- bzw. Aushärteprozesses rückgeschlossen werden. Weiterhin bevorzugt kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass der Behälter an der Behälterbehandlungsstation um dessen Behälterhochachse gedreht wird und dass der Sensor in Drehrichtung nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung, insbesondere unmittelbar nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung angeordnet ist. Durch die Drehung des Behälters um dessen Behälterhochachse wird eine Rela- tivbewegung des Behälters gegenüber der Trocknungs- und Härtungseinrichtung erreicht. Mittels dieser Relativbewegung kann durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung auf sämtliche Druckbildbereiche eingewirkt werden. Bei Vorsehen des Sensors in Drehrichtung nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung kann die vom Behälter im Bereich des Druckbildes abgestrahlte Wärmeenergie unmittelbar nach der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion ermittelt werden.
Bevorzugt weist der Sensor eine Auswerteeinheit auf oder der Sensor ist mit einer Auswerteeinheit verbunden, mittels der der Trocknungsgrad des bedruckten Behäl- ters auf Grundlage der durch den Sensor erfassten Wärmeenergie ermittelbar ist. Bevorzugt wird durch den Sensor die abgestrahlte Wärmeenergie erfasst und auf einen oder mehrere Detektoren gelenkt. Im Detektor wird die Wärmeenergie, insbesondere die Energie der IR-Strahlung in elektrische Signale umgewandelt, die dann in Temperaturwerte umgerechnet werden. Ausgehend von den ermittelten Temperaturwerten können unter Berücksichtigung der Zeitdauer zwischen Aktivierung des Trocknungs- bzw. Aushärteprozesses und der Erfassung der vom Behälter abgestrahlten Wärmeenergie durch den Sensor Rückschlüsse auf den Grad der Trocknung bzw. Aushärtung der Druckfarbe oder Drucktinte nach Abschluss des Trock- nungs- bzw. Aushärteprozesses gezogen werden, da die vom Behälter abgestrahlte Wärmeenergie unmittelbar vom Grad bzw. der Intensität der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion der Druckfarbe bzw. Drucktinte abhängt. Für den Fall einer geringen Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion wird lediglich eine geringe Wärmeenergie vom Behälter im Bereich des Druckbildes abgestrahlt, wohin- gegen bei einer starken Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion eine erheblich größere Wärmeenergie vom Behälter im Bereich des Druckbildes abgestrahlt wird. Die Auswerteeinheit kann zur Ermittlung des Aushärtegrads abhängig von den ermittelten Temperaturwerten bzw. der abgestrahlten Wärmeenergie ausgebildet sein, d.h. aus den nach der Aktivierung der Trocknungsreaktion gemessenen Tem- peraturwerten kann mittels der Auswerteeinheit auf die Aushärtung des Druckbildes nach Beendigung des Trocknungs- bzw. Aushärtevorgangs geschlossen werden. Bei Feststellung einer unzureichenden Aktivierung des Trocknungs- bzw. Aushärtevorgangs kann durch die Auswerteeinheit oder eine damit verbundene Steuereinheit beispielsweise eine Ansteuerung der Trocknungs- und Härtungseinrichtungen derart erfolgen, dass die Aktivierungsintensität vergrößert wird, d.h. beispielsweise die UV- Strahlungsintensität vergrößert wird. Auch Ausfälle von Trocknungs- und Härtungseinrichtungen können auf diese Weise erfasst werden. Ferner ist es möglich, nicht ausreichend ausgehärtete Behälter im weiteren Verlauf der Transportstrecke geeignet auszusondern.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Ermittlung des Trocknungsgrads unter Berücksichtigung zumindest eines Referenzmesswerts. Der Referenzmesswert ist insbesondere die Temperatur des Behälters vor der Aktivierung der Trocknungsreaktion. Dieser Referenzwert kann vorzugsweise ebenfalls durch den Sensor ermittelt werden. Anhand des Referenzwertes kann damit eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur vor der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion und der Temperatur nach der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushär- tereaktion bestimmt werden. Insbesondere ist mittels des Sensors ein Temperaturanstieg im Bereich des Druckbildes erfassbar. Dieser durch die Aktivierung bewirkte Temperaturanstieg beträgt wenigstens 25-35°C, wobei der Temperatursprung je nach Farbe üblicherweise im Bereich von 30 bis 45°C liegt. Anhand dieses Temperaturanstiegs kann auf den Grad der Aktivierung der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion geschlossen werden.
Als besonderer Nebeneffekt kann aus dem Temperaturverlauf auch ersehen werden, ob überhaupt ein Aufdruck erfolgt ist, weil beim Fehlen eines Aufdruckes kein oder ein nur unmerklicher Temperaturanstieg erfolgt.
Die Trocknungs- und Härtungseinrichtung kann integraler Bestandteil einer Druckvorrichtung bzw. deren Druckstationen zum Bedrucken der Behälter sein oder diese Vorrichtung kann einer Druckvorrichtung oder Druckstation nachgelagert vorgesehen sein. Insbesondere können die Trocknungs- und Härtungseinrichtung und der Sensor jeweils im Bereich der Druckstationen der Druckvorrichtung vorgesehen sein. Alternativ kann der Druckvorrichtung nachgelagert eine Trocknungs- und Härtungseinrichtung vorgesehen sein, in der die Trocknung der von der stromaufwärts angeordneten Druckvorrichtung bedruckten Behälter erfolgt.
Bevorzugt ist die Trocknungs- und Härtungseinrichtung eine UV-Lampe. Durch die UV-Lampe wird UV-Strahlung emittiert, mittels der die Doppelbindung von in der Druckfarbe bzw. Drucktinte befindlichen Fotoinitiatoren aufgebrochen werden kann. Nach Aufbrechen der Doppelbindung können die Fotoinitiatoren eine Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion in Gang setzen, die zu einer vollständigen Vernetzung der Druckfarbe bzw. Drucktinte führt. Diese von der UV-Strahlung in Gang gesetzte Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion läuft exotherm ab, d.h. es wird Wärmeenergie freigesetzt, wobei der Grad (Höhe) und auch der zeitlicher Verlauf der Erwärmung, eine Korrelation zum Grad der Trocknung- und Aushärtung der Druckfarbe oder Coatingflüssigkeit darstellt.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zur Ermittlung des Trock- nungsgrads von bedruckten Behältern umfassend ein umlaufend antreibbares Transportelement mit Behälterbehandlungsstationen, wobei die an den Behälterbehandlungsstationen aufgenommenen Behälter durch das Transportelement auf einer in sich geschlossenen Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe und wenigstens einer Behälterabnahme bewegt werden, und wobei den Behälterbe- handlungsstationen jeweils zumindest eine Trocknungs- und Härtungseinrichtung zugeordnet ist, mittels der eine Trocknungsreaktion an dem bedruckten Behälter bewirkt wird. Zur Ermittlung des Trocknungsgrads wird mittels eines Sensors die Wärmeenergie erfasst, die von dem der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion unterzogenen Behälter abgestrahlt wird. Vorteilhafterweise wird bei diesem Verfahren vor dem Trockungs- und Curingschritt die Wärmeabstrahlung der Behälteroberfläche oder Teilen hiervon als Reverenzwert erfasst. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Vorerwärmungen der Behälteroberfläche oder der Tinteaufträge erfasst und mit ausgewertet werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bewirken die Trocknungs- und Härtungseinrichtungen eine exotherme Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion am bedruckten Behälter und der Sensor ermittelt die vom Behälter abgestrahlte, durch die exotherme Trocknungsreaktion hervorgerufene Wärmeenergie. Weiterhin bevorzugt wird der Trocknungsgrad des bedruckten Behälters nach Ab- schluss der Trocknungsreaktion auf Grundlage der durch den Sensor erfassten Wärmeenergie während des Ablaufs einer durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung bewirkten exothermen Trocknungsreaktion ermittelt. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Trocknungs- bzw. Aushärtegrad des bedruckten Behälters unter Berücksichtigung der Temperatur des bedruckten Behälters vor dem Einleiten der Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion ermittelt. Behälter im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Flaschen, Dosen, Tuben, Pouches, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, also zum Beispiel auch PET- Flaschen, aber auch andere Packmittel, insbesondere solche, die zum Abfüllen von flüssigen oder viskosen Produkten geeignet sind.
Der Ausdruck„im Wesentlichen" bzw.„etwa" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Bei einer alternativen Ausführungsform sind ein oder mehrere Sensoren feststehend, also nicht mit dem jeweiligen Behälter bzw. der Behandlungsstation umlaufend oder in Richtung des Transportweges bewegt, und neben oder oberhalb des Transportweges der Behälter feststehend angeordnet. Dabei erfolgt dies insbesondere stromabwärts des Winkelbereiches oder der Transportstrecke, auf welcher die Bedruckung in einem der Druckmodulen stattfindet oder am Auslauf bspw. dem Auslaufstern eines der Druckmodule. Weiterhin ist es bei dieser Ausführungsform insbesondere vorteilhaft, einen oder mehrere Sensoren direkt stromaufwärts oder stromabwärts am Auslauf bspw. dem Auslaufelement desjenigen Moduls vorzusehen, welches als Trocknungs- und Curingmodul ausgebildet ist.
Die feste, nicht bewegte Anordnung im Bereich stromabwärts zur finalen Trocknungs- bzw. Curingbehandlung der Behälter, ist ein geeigneter Aufstellungsort für die Sensoren und Datenermittlung insb. bei langsamer bewegten Systemen. Dabei ist er vorteilhaft, wenn die vom Sensor zu erfassende Behälteroberfläche beim Vorbeibewegen des Behälters durch dessen Rotation um die Hochachse entgegen der Transportrichtung bewegt wird, um die Erfassungszeit zu verlängern.
Die Sensoren können allerdings auch als Teil eines stromabwärts angeordneten In- spektionsmoduls oder -einheit vorgesehen werden, wobei hier abhängig von den klimatischen Randbedingungen die Wärmeabstrahlung ggf. schon stark abgenommen haben kann und sich das Signal folglich schon abgeschwächt und/oder die Temperaturcharakteristik nivelliert haben könnte. Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft eine Vorrichtung zum Bedrucken von Behältern in einer schematischen Draufsichtdarstellung;
Fig. 2 beispielhaft eine weitere Vorrichtung zum Bedrucken von Behältern in ei- ner schematischen Perspektivdarstellung;
Fig. 3a, b beispielhaft Behandlungsstationen einer Trocknungsvorrichtung in einer schematischen Draufsichtdarstellung;
Fig. 4 beispielhaft eine feststehende Sensoranordnung am Ende des Trockungs- und Curingmoduls;
Fig. 5 beispielhaft eine Darstellung des Temperatur-Zeit-Verlaufes (Beispiel 1 ) Fig. 6a, b beispielhaft Darstellungen von Temperatur-Zeit-Verläufen (Beispiel 2)
In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Vorrichtung zum Bedrucken von Behältern 2, insbesondere mehrfarbig, an ihrer Behälteraußenfläche unter Verwendung von nach dem Tintenstrahl- oder Ink-Jet-Prinzip arbeitenden digitalen Druckköpfen gezeigt. Die Behälter 2 werden der Druckvorrichtung 10 über einen in den Figuren schematisch mit 1 1 bezeichneten Transporteur aufrechtstehend, d.h. mit ihrer Behälterhochachse in vertikaler Richtung orientiert und in einem einspurigen Behälterstrom zugeführt, und zwar in der mit dem Pfeil angegebenen Transportrichtung TR.
Die Behälter durchlaufen anschließend eine Behälteraufgabe 5, die beispielsweise durch einen Transportstern gebildet wird. Über die Behälteraufgabe gelangen die Behälter 2 an ein Transportelement 3. Dieses Transportelement 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als um eine Maschinenhochachse MHA umlaufend angetriebener Rotor, insbesondere kontinuierlich umlaufend angetriebener Rotor ausgebildet. Am Umfang des Transportelements, sind in gleichmäßigen Winkelabständen um diese Maschinenhochachse MHA versetzt als Druckstationen 12 ausgebildete Behälter- behandlungsstationen 4 vorgesehen, die jeweils im Wesentlichen aus einem Behälterträger, aus zumindest einem Druckkopf 9 sowie aus einer Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 zum Trocknen und/oder Abbinden von Druckfarbe oder -tinte bestehen. Jede Druckstation kann zur Erzeugung eines Mehrfarbendrucks auch mehrere Druckköpfe 9 aufweisen, beispielsweise je einen zum Ausbringen einer Farbe. Die Behälterträger können dabei insbesondere zur hängenden Halterung der Behälter 2 im Bereich ihrer Behältermündung bzw. Behälteröffnung ausgebildet sein.
Die Behälter 2 werden auf der Transportstrecke zwischen der Behälteraufgabe 5 und der Behälterabnahme 6 während deren Bewegung durch das Transportelement 3 bedruckt. Neben der Transportbewegung durch das Transportelement 3 wird der jeweilige Behälter 2 weiterhin um dessen Behälterhochachse gegenüber dem Druckkopf 9 gedreht und dabei umfangsseitig bedruckt. Durch die an der jeweiligen Druckstationen 12 angeordnete Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 wird an den frisch bedruckten Behältern eine Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion eingeleitet bzw. be- wirkt, so dass der an der Behälterabnahme 6 ausgeleitete Behälter 2 ohne Beschädigung bzw. Beeinträchtigung des darauf angebrachten Druckbildes abgeführt werden kann.
Die Trocknung bzw. Aushärtung der Druckfarbe bzw. Drucktinte erfolgt insbesondere derart, dass die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 in Drehrichtung des Behälters 2 nach dem Druckkopf 9 angeordnet ist, so dass bei Drehung des Behälters 2 um dessen Behälterhochachse das durch den Druckkopf 9 aufgebrachte Druckbild anschließend an der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 vorbeibewegt wird und dabei einem Trocknungsvorgang bzw. einer Aktivierung einer Trocknungsreaktion unterzogen werden kann. Die Sensoren 8, wie auch die anderen Elemente sind über Datenverbindungen 14.1 mit einer Auswerteeinheit 13 verbunden. Weiterhin ist in Figur 1 im Transportbereich des Auslaufsterns 30 ergänzend und als optionale Variante ein feststehender Sensor 8.1 als Erfassungseinheit vorgesehen.
Die Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Druckvorrichtung 10. Zum Bedrucken werden die Behälter 2 der Vorrichtung 10 über einen äußeren Transporteur aufrecht stehend in einer Transportrichtung TR zugeführt und bewegen sich dann innerhalb der Vorrichtung 1 auf einer mehrfach bogenförmig umgelenkten Transportstrecke. Nach dem Bedrucken werden die Behälter 2 weiterhin aufrecht stehend über einen äußeren Transporteur einer weiteren Verwendung zugeführt.
Im Einzelnen besteht die Vorrichtung 10 aus mehreren in Transportrichtung A unmittelbar aneinander anschließenden Modulen 10.1 - 10.n, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform aus insgesamt acht Modulen 10.1 - 10.8. Vorzugsweise sind sämtliche Module 10.1 - 10.8 jeweils von einer identischen Grundeinheit gebildet, die mit den für die spezielle Aufgabe des jeweiligen Moduls 10.1 - 10.8 notwendigen Funktionselementen ausgestattet ist.
Jede Grundeinheit umfasst u.a. ein um eine vertikale Maschinenachse des jeweiligen Moduls 10.1 - 10.8 umlaufend antreibbares Transportelement 3 in Form eines Transport- oder Prozesssterns mit einer Vielzahl von Aufnahmen, die am Umfang des Transportelementes 3 in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt vorgesehen sind und von denen jede Aufnahme zum gesicherten Aufnehmen jeweils eines Behälters 2 dient. Die Transportelemente 3 der einzelnen Module 10.1 - 10.8 sind unmittelbar an einander anschließend angeordnet und gegenläufig, aber synchron derart angetrieben, dass diese Transportelemente 3 in ihrer Gesamtheit eine Transporteinrichtung bilden, mit der die Behälter 2 innerhalb der Vorrichtung 1 auf einem mehrfach umgelenkten Transportweg mit der Behälteraufgabe 5 an einem Ende der Vorrichtung 10 und dem Behälterabnahme 6 am anderen Ende der Vorrichtung 10 bewegt werden. Die einzelnen Behälter 2 werden hierbei vorzugsweise jeweils direkt von dem Transportelement 3 eines Moduls 10.1 - 10.7 an das Transportelement 3 des in Transportrichtung A folgenden Moduls 10.2 - 10.8 weitergeleitet. Die Funktion der einzelnen Module 10.1 - 10.8 ist beispielsweise folgende:
Das Modul 10.1 bildet u.a. das Einlaufmodul bzw. die Behälteraufgabe 5 der Vorrichtung 10. Im Modul 10.1 erfolgt kann aber auch eine Vorbehandlung der Behälter 2 erfolgen.
Die an das Modul 10.1 anschließenden Module 10.2 - 10.5 bilden die eigentlichen Druckmodule, in denen der Mehrfachdruck erfolgt, und zwar vorzugsweise als Farbdruck in der Form, dass an jedem Modul 10.2 - 10.5 jeweils ein Farbsatz des Farbdrucks gedruckt wird, beispielsweise in Gelb, Magenta, Zy- an und Schwarz.
Das in Transportrichtung TR dann anschließende Modul 10.6 ist als Trocknungs- und Curingmodul ausgebildet, in welchem der jeweilige zuvor erzeugte Mehrfachdruck in geeigneter Weise, beispielsweise durch Energieeintrag z.B. durch Wärme und/oder durch UV-Strahlung getrocknet wird.
Das Modul 10.7 kann als Inspektionsmodul ausgebildet sein, an welches jeder Behälter 2 nach dem Trocknen des Mehrfachdrucks gelangt und in welchem der jeweilige Mehrfachdruck auf eventuelle Fehler überprüft wird, sodass fehlerhaft bedruckte Behälter 2 an dem Modul 10.7 oder aber später auf dem weiteren Transportweg ausgeschleust werden können.
Das Modul 10.8 bildet schließlich das Auslaufmodul bzw. die Behälterabnahme der Vorrichtung 10, an dem die fertig bedruckten Behälter 2 die Vorrichtung 10 verlassen. Das Modul 10.8 kann vorzugsweise zusätzlich auch noch als Trocknungs- und Curingmodul ausgeführt sein. Auch im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 werden die Behälter 2 während ihrer Behandlung an den einzelnen Modulen 10.1 - 10.8 um die Behälterhochachse gedreht. Beispielsweise wird in den Druckmodulen 10.2 - 10.5 der jeweilige Behälter 2 um dessen Behälterhochachse gegenüber einem Druckkopf 9 gedreht und dabei umfangsseitig bedruckt. Ebenso wird an dem Trocknungs- und Curingmodul 10.6 die durch die Druckmodule 10.2 - 10.6 frisch aufgebrachte Druckfarbe bzw. Drucktinte durch die an den Aufnahmen des Transportmoduls vorgesehenen Trocknungs- und Härtungseinrichtungen 7 getrocknet bzw. ausgehärtet, und zwar wiederum unter Drehung des Behälters 2 um dessen Behälterhochachse gegenüber der jeweiligen Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7.
Den Ausführungsbeispielen aus Figur 1 und 2 ist gemeinsam, dass auf die Trock- nungs- und Härtungseinrichtung 7 in Bewegungsrichtung des Behälters folgend ist ein Sensor 8 vorgesehen, mittels dem Informationen hinsichtlich des Bewirkens einer Trocknungsreaktion an dem bedruckten Behälter erfassbar sind. Der Sensor 8 kann hierbei in Transportrichtung TR auf die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 folgend angeordnet sein. Alternativ ist es möglich, dass der Sensor 8 jeweils einer Be- hälterbehandlungsstation 4, beispielsweise einer Druckstation 12 oder einer Trocknungsstation eines Trocknungs- und Curingmoduls 10.6, an dem auch die jeweiligen Trocknungs- und Härtungseinrichtungen 7 vorgesehen sind, zugeordnet ist.
In Figur 3a ist beispielhaft eine Behälterbehandlungsstation 4 gezeigt. Die Behälter- behandlungsstation 4 kann dabei eine Druckstation 12 gemäß der Druckvorrichtung 10 aus Figur 1 (Druckkopf 9 ist nicht dargestellt) bzw. idealerweise eine Trocknungsstation (Modul 10.6) gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sein. Der an der Behälterbehandlungsstation 4 vorgesehene Behälter 2 wird durch geeignete Haltemittel fixiert und kann in der mit dem Pfeil angegebenen Drehrichtung DR um seine Behälterhochachse gedreht werden. Die Haltemittel können insbesondere ein Einspannen des Behälters 2, beispielsweise zwischen einer Behälterunterseite und einer Behälteroberseite, oder eine hängende Halterung im Bereich der Behältermündung bewirken. Durch die Drehung der Behälter 2 in Drehrichtung DR werden frisch bedruckte Druckbereiche, d.h. Druckbereiche, in denen die aufgebrachte Druckfarbe bzw. Drucktinte noch nicht getrocknet bzw. ausgehärtet ist, an der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 vorbeibewegt. Die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 kann insbesondere eine UV-Lichtquelle sein. Durch das Einwirken der Trocknungsund Härtungseinrichtung 7 auf das Druckbild wird dieses Druckbild einer Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion unterzogen bzw. eine derartige Trocknungsreaktion ausgelöst.
Nach dem Vorbeibewegen des Druckbildes an der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 wird das Druckbild durch die Drehung des Behälters 2 um dessen Behälter- hochachse ebenfalls am Sensor 8 vorbeibewegt. Der Sensor 8 kann insbesondere ein wärmeerfassender Sensor 8 sein, beispielsweise ein Infrarotsensor. Der Sensor 8 ist insbesondere dazu ausgebildet, die Wärmeenergie zu ermitteln, die von dem der Trocknungsreaktion unterzogenen Behälter 2 abgestrahlt wird. Insbesondere ist der Sensor zur Ermittlung der Absoluttemperatur von Druckbildbereichen ausgebildet.
Wie o.g. ist mindestens je ein wärmeerfassender Sensor 8 idealerweise im Bereich der Behandlungsstationen 4 der Behälter 2 auf einem Trocknungs- und Curingmodul 10.6 angeordnet und wird mit diesen in Transportsichtung TR mitbewegt. Eine solche Anordnung wird auch in der Figur 3b dargestellt. Dabei sind zwei als UV-Lichtquellen als Trocknungs- und Härtungseinrichtungen 7 vorgesehen und der thermische Sensor 8 ist zwischen diesen UV-Lichtquellen angeordnet. Dabei kann vorteilhafterweise ein IR-Sensor und UV-Lichtquellen gem. einem Beispiele 1 oder 2 eingesetzt wer- den.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Trocknungsreaktion der Druckfarbe bzw. Drucktinte Wärmeenergie freigesetzt wird, und zwar durch chemische Reaktionen während der Trocknungsreaktion. Diese Reaktion läuft dabei als eine Art Kettenreaktion ab, die sich auch nach der Einwirkung von Strahlung, insb. UV-Strahlung noch fortsetzt, so dass die Qualität der Trockungs- und Curingvorgän- ge auch noch stromabwärts sicher erfasst und ausgewertet werden können.
Bevorzugt weist der Sensor 8 eine Fokussierung bzw. einen sehr engen Erfassungs- bereich auf, sodass die vom Behälter 2 abgestrahlte Wärme zielgenau erfassbar ist. Dadurch wird erreicht, dass nahezu ausschließlich Wärmeenergie bzw. Infrarotstrahlung, die vom Behälter 2 abgestrahlt wird, durch den Sensor 8 erfasst wird und Infrarotstrahlung, die außerhalb des Empfangsbereichs abgestrahlt wird, keine Verfälschung des Messsignals hervorruft.
Vorzugsweise ist der Sensor zur Erfassung der abgestrahlten Wärmeenergie im Millisekundenbereich, beispielsweise im Bereich zwischen 50ms und 1 ms, vorzugsweise in einem Bereich kleiner als 10ms, insb. von 2ms bis 6ms ausgebildet, sodass bei dem Vorbeibewegen des Druckbildes an dem Sensor 8 eine Vielzahl von Messwerte an unterschiedlichen Stellen des Druckbildes aufgenommen werden können, und somit auch unterschiedliche Trocknungsgrade in unterschiedlichen Druckbildbereichen fassbar sind. Die Erfassung der Bewirkung einer Trocknungsreaktion in unter- schiedlichen Bildbereichen ist nämlich insbesondere deshalb von Nöten, da es sich gezeigt hat, dass die Aushärtung an unterschiedlichen Stellen im Druckbild unterschiedliche Aushärtungsgrade aufweisen kann. Beispielsweise führt die gleichmäßige Einwirkung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 auf das gesamte Druckbild bei Druckbildbereichen mit weißer Druckfarbe bzw. Drucktinte zu einer geringe- ren Aushärtung als bei den übrigen Farben, da das UV-Licht, das von der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 abgegeben wird, von der weißen Druckfarbe bzw. Drucktinte stärker reflektiert wird als bei den übrigen Farben.
Diese Reflexionen bei weißer Druckfarbe bewirken eine geringere Aktivierung der Fotoinitiatoren in der weißen Druckfarbe bzw. Drucktinte und damit eine schlechtere Trocknung bzw. Aushärtung. Durch die getrennte Erfassung der von unterschiedlichen Druckbildbereichen abgestrahlten Wärmeenergie wird es somit möglich, den Grad der Aktivierung der Trocknungsreaktion für unterschiedliche Druckbildbereiche zu bestimmen bzw. damit Aussagen über den Grad der Aushärtung insgesamt zu treffen.
Wie in Figur 3 beispielhaft gezeigt, ist der Sensor 8 mit einer Auswerteeinheit 13 gekoppelt. Dadurch können durch den Sensor 8 erfasste Messwerte an die Auswerteeinheit 13 weitergeleitet und dort analysiert bzw. ausgewertet werden. Insbesonde- re ist durch die Auswerteinheit 13 möglich, den Grad der Aktivierung der Trocknungsreaktion bzw. Aushärtungsreaktion, der durch die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 hervorgerufen wurde, zu bestimmen. Bevorzugt kann die Auswerteinheit 13 auch mit der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 gekoppelt sein, sodass die Leistung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7, insbesondere die Energie der abgestrahlten UV-Strahlung in Abhängigkeit vom festgestellten Grad der Aktivierung der Aushärtereaktion geregelt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass beim Feststellen einer zu geringen Aushärtereaktion durch die Auswerteinheit 13 eine Leistungserhöhung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 bewirkt wird. In gleicher Weise ist selbstverständlich auch eine Reduzierung der Leistung der Trock- nungs- und Härtungseinrichtung 7 bei der Feststellung, dass ein überhöhter Grad der Aktivierung der Auswertreaktion erreicht ist, möglich. Eine alternative Ausführungsform ist in der Figur 4 dargestellt, bei der die Behälter 2 auf einem oder mehreren Bedruckungsmodulen bedruckt werden, wobei nur ein Modul 10.5 dargestellt ist. Stromabwärts des Moduls 10.5 ist ein Modul 10.6 als eigenständiges Trockungs- und Curingmodul vorgesehen, auf welchem die Behälter 2 beim Transport in Transportrichtung TR im Winkelbereich B mittels nicht darstellten Strahlern, idealerweise einem oder mehreren UV-Strahlern, einem abschließenden Trocknungs- und/oder Curingprozess zum Aushärten der Druckfarbe unterzogen werden.
Im Bereich des Auslaufes des Moduls 10.6, insbesondere nach dem Winkelabschnitt B, sind im vorliegenden Beispiel ein oder zwei feststehende, nicht umlaufende Sensoren 8.1 und 8.2 vorgesehen, bspw. IR-Sensoren. Bei der gezeigten Variante mit zwei Sensoren 8.1 und 8.2 sind diese in unterschiedlichen vertikalen Höhenlagen angeordnet, zur Nutzung von zwei Inspektionsfenstern (Messflecken) über welche die Behälteroberfläche thermosensorisch erfasst wird. Über die Datenverbindungen 14.1 und 14.2 stehen die Sensoren 8.1 und 8.2 mit der Auswerteeinheit 13 in Verbindung, wobei die Datenverbindungen in diesem Ausführungsbeispiel wie auch für jedes der andere Ausführungsbeispiele als ein beliebiges geeignetes kabelgebundenes oder kabelloses Übertragungssystem ausgebildet sein kann, welches eine hinreichend schnelle und sichere Datenübermittlung ermöglicht.
Stromabwärts des Trocknungs- und Curingmoduls (Modul 10.6) ist ein Modul 10.7 zur Inspektion der Behälter 2 vorgesehen, woran sich in Transportrichtung TR eine Ausschleusungseinrichtung 15 für mängelbehaftete Behälter 2 anschließt, so dass diese via Ausschleusungsstrecke 16 vom Hauptstrom der Behälter 2 in bekannter Art und Weise trennt und abgeleitet werden können. Das Modul 10.7 und die Ausschleusungseinrichtung 15 sind ebenfalls über Datenverbindungen 14.4 und 14.5 mit der Auswerteeinrichtung 13 und/oder einer anderen zentralen Steuereinheit verbunden. Als optionale Variante ist in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ein weiterer feststehender, d.h. nicht umlaufender Sensor 8.3 vorgesehen, der im Auslaufbereich des Moduls 10.5 (Druckmodul) angeordnet ist und zwar stromabwärts des Winkelbereiches A des Moduls 10.5, in welchem der Bedruckungsvorgang der Behälter 2 erfolgt. Der Sensor 8.3 ist ebenfalls mit der Auswerteeinheit 13 über eine Datenverbindungen 14.3 verbunden.
Dieser optional anzuordnende Sensor 8.3 könnte schon die Wärmeabstrahlung der Behälteroberfläche bzw. des Druckbildes erfassen und überwachen, die aus einer Vor- und/oder Teiltrocknung bzw. dem so genannte Pinningprozess resultiert, welche unmittelbar nach dem Bedrucken auf dem Modul 10.5 durchgeführt wird.
Damit können zur Erreichung einer erhöhten Inspektionssicherheit die Messwerte der Sensoren 8.1 , 8.2 und denen vom stromaufwärts befindlichen Sensor 8.3 gemein- sam ausgewertet werden.
Vorzugsweise wird zur Ermittlung des Trocknungsgrads bzw. des Aushärtungsgrads durch den Sensor 8 ein Referenzmesswert, insbesondere ein Referenztemperatur- messwert ermittelt, der der Temperatur des Behälters 2 vor der Aktivierung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 entspricht. Anhand des Temperaturmesswertes kann eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Druckbildes, die die Trocknungs- und Härtungseinrichtung 7 durchlaufen hat und der Temperatur des Behälters vor der Aktivierung der Trocknungsreaktion bzw. der Auswertreaktion des Druckbildes ermittelt werden. Diese Temperaturdifferenz gibt unmittelbar Aufschluss über den Grad der Aktivierung der Trocknungsreaktion bzw. der Aushärtereaktion und damit die nach Ablauf dieser Trocknungs- bzw. Aushärtereaktion bedingte Trocknung bzw. Aushärtung des Druckbildes.
Die Figur 5 und 6a, 6b zeigen die Messwerte, wie sie mit zwei unterschiedlichen IR- Sensoren gemessen wurden, bei einem Aufbau, der dem in Figur 3b mit nur einem Sensor 8 entspricht. Bei dem Beispiel 1 gemäß der Figur 5 wurde ein IR-Sensor Typ1 eingesetzt, der die folgenden Leistungsdaten aufweist.
Spektrale Empfindlichkeit 8 - 14 μιτι
Optische Auflösung 15:1
CF-Optik (Linse) 0,8 mm Messfleckdurchmesser bei 10 mm Abstand Temperaturauslösung 0,1 K
Einstellzeit 30ms bei 90% des Signals
Auf den Behältern wurde im Single-Pass-Verfahren ein einfarbiges Druckbild aufgetragen und die UV-härtbare Druckfarbe einem max. 800ms (vorliegend 792ms) dauernden Trocknungs- und Curingverfahren unterzogen. Die Erfassung mit dem IR Sensor Typ1 erfolgte parallel für mind. 3,3ms pro Winkelgrad bei aktiven UV-Lampen Dabei wurden 360° der zu inspizierende Behälteroberfläche im Vorbeitransport an dem feststehenden IR Sensor Tpy1 .
Der in Figur 5 darstellte Temperaturverlauf C zeigt im Wesentlichen zwei markante Kurvenabschnitte 100 und 200, die durch die Wahl des Sensors Typ 1 mit einem sehr schnellen und skalierbarer Analogausgang und Echtzeitdatenverarbeitung diskret voneinander unterschieden werden können.
Der Kurvenabschnitt 200 ist der Erfassungsbereich des Druckbildes auf der Behälteroberfläche, also der interessierende Kurven- und Messbereich. Der Kurvenab- schnitt 100 hingegen, ist der Verlauf der Wärmeabstrahlung von Druckköpfen benachbarter Module, welche in den Erfassungsbereich des hochsensiblen Sensors gelangen. Dabei weist jede Oberfläche eine eigene Verlaufscharakteristik für die 360° auf, hier insb. bezüglich der absoluten Temperatur, Zeitdauer von Teilabschnitten einzelner Temperaturhöhen sowie Peek-Charakteristik, die über die Auswer- teeinheit 13 in Echtzeit eindeutig bestimmt und zugeordnet werden können.
Da die Einstellzeit beim Sensor Typ 1 im Bereich von 30ms bei 90% des Signals liegt, erfolgt eine gewisse Signalverschleppung, was zu dem plateauartigen gezeig- ten Temperaturverlauf im Kurvenbereich 200 führt. Die Verlaufscharakteristiken vom Kurvenverlauf 100 und Kurvenverlauf 200 sind aber derart spezifisch, dass die vollständigen thermischen SOLL-Daten für den Trocknungs- und Curingprozess sicher erkannt und unterschieden werden können.
Der besondere Vorteil der Vorrichtung und des Verfahrens besteht darin, dass die Temperatur und damit die Trocknungs- und Curingqualität in Echtzeit für jeden Winkelgrad der Behälteroberfläche sicher bestimmt und ausgewertet werden kann, ohne Einschränkungen hinsichtlich der Transportgeschwindigkeit und damit der Leistung der Gesamtanlage. Vorliegend wurde die Ausgangstemperatur der Oberfläche vor der Trocknungs- und Curingbehandlung erfasst und die Daten entsprechend bereinigt.
Figuren 6a und 6b zeigen Temperaturverläufe gemäß Beispiel 2, wobei ein IR- Sensor Typ2, der die nachstehenden Leistungsdaten aufweist und sich vom IR- Sensor Typ1 insb. durch eine schnellere Erfassungsgeschwindigkeit ausweist, verwendet wurde:
Spektrale Empfindlichkeit 8 - 14 μιτι
Optische Auflösung 15:1 )
CF-Optik (Linse) 0,8 mm Messfleckdurchmesser bei 10 mm Abstand Temperaturauslösung 0,2 K
Einstellzeit 3ms bei 50% und 6ms bei 90% des Signals Der Versuchsaufbau und die Prozesszeiten entsprechen denen aus dem Beispiel 1 . Dabei zeigt Figur 6a analog der Figur 5 den Temperaturverlauf über der Zeit auf Behälteroberfläche, bei der Erfassung durch den IR-Sensor gemäß Typ2. In den Figuren 6a und 6b sind auf der Y-Achse zusätzlich noch die Winkelpositionen von 0° bis 360° der Behälter aufgetragen, die aufgrund der festen Rotationsgeschwindigkeit der Behälter als Zickzack-Kurve (Kurvenverlauf D) erscheint.
Der Sensor Typ2 ist noch reaktionsschneller, verglichen zum Sensor Typ1 , und erreicht schon nach 6ms 90% des Ausgangsignals. Wie im Kurvenverlauf C der Figur 6a zu erkennen, ist bei im Wesentlichen identischem Versuchsaufbau zum Beispiel 1 , jetzt ein noch diskreter Temperaturverlauf des Druckbildes und eine deutlich exaktere Bestimmung der Temperaturhöhe er- reichbar.
Somit ist ein Sensor Typ 1 insbesondere geeignet, die grundsätzliche Anwesenheit des Druckbildes und auch den grundsätzlich erfolgreichen Ablauf des Trocknungsund Curingprozesses zu erfassen. Soll zusätzlich eine quantifizierbare Aussage zur Qualität des Trocknungs- und Curingprozesses gemacht werden, empfiehlt es sich, einen Sensor Typ 2, mit einer sehr hohen Einstellzeit von kleiner 10ms zur Errichtung von 90% des Ausgangsignals vorzusehen.
Bei einer geeigneten Lage und Ausrichtung des Sensors sowie Fokussierung über die Linse, kann neben der Oberflächeninspektion des Behälters bzw. des Druckbildes auch die Überwachung sonstiger, benachbarter Oberflächen erfolgen, wobei hier vorrangig die Druckköpfe von Interesse sind, nämlich ob eine erwartete Betriebstemperatur vorliegt. Schlussendlich ist in Figur 6b noch ein Kurvenverlauf gem. Beispiel 2 gezeigt, wenn auf den Behälter kein Druckbild aufgebracht wurde und somit kein Trocknungs- und Curingprozess mit der einhergehenden Wärmeabstrahlung vorliegt. Wäre durch die Druckköpfe zwar Tinte aufgetragen worden, aber bspw. wegen eines Defektes des Trocknungs- und Curingstrahlers der Trocknungs- und Curingprozess nicht gestartet worden, wäre dies über einen sehr gleichmäßigen, plateauartigen mittleren Temperaturverlauf ebenfalls erkennbar und als Störungsart auch unterscheidbar aufgrund der vorgenannten spezifischen Charakteristik des Kurvenverlaufes C.
Aus den Figuren 5 und 6a wird weiterhin deutlich, dass die thermographische Erfas- sung der Behälteroberfläche in einem einzigen Durchgang erfolgen kann, indem die Oberfläche des Behälters bei einem der Sensor 8 um 360° vor diesem Sensor 8 rotiert wird und bei der Verwendung von zwei UV-Strahlern gem. der Figur 3b um 360° plus dem Winkelabstand zwischen den beiden Strahlern, damit beide UV-Strahler un die jeweilige Strahlungseinwirkung erfasst wird.
Es ist ganz allgemein bei allen genannten Ausführungsvarianten möglich, eine per- manente Datenerfassung durch den Sensor 8 vorzusehen oder nur zu diskreten Winkelwerten oder -bereichen der Behälteroberfläche thermographische Werte aufzunehmen. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn Behälter nur in engen Winkelbereichen bedruckt sind. Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen für rotierende Transport- und Behandlungsvorrichtungen beschrieben. Es versteht sich, dass die Sensoren und der Überwachungsprozess auch bei linearen Transport- und Behandlungsvorrichtungen vorteilhafterweise eingesetzt werden können, auch bei Systemen, die im Schrittbetrieb arbeiten.
Bezugszeichenliste
1 Trocknungsvorrichtung
2 Behälter
3 Transportelement
4 Behälterbehandlungsstation
5 Behälteraufgabe
6 Behälterabnahme
7 Trocknungs- und Härtungseinrichtung
8 Sensor (auch 8.1 , 8.2, 8.3)
9 Druckkopf
10 Druckvorrichtung
10.1 -10.8 Module
1 1 Transporteur
12 Druckstationen
13 Auswerteeinheit
14.1 -14.4 Datenverbindung
15 Ausschleusungseinrichtung
16 Aufgeschleuster Behälterstrom 20 Einlaufstern
30 Auslaufstern
100 Kurvenabschnitt der Abstrahlung des Druckbildes von Behälteroberfläche
200 Kurvenabschnitt der Abstrahlung des Druckkopfes
A Winkelbereich für Bedruckungsvorgang auf Modul 10.5
B Winkelbereich für Bestrahlungsprozess auf Modul 10.6
C Temperaturverlauf
D Drehwinkel der vor dem Sensor rotierenden Flasche
DR Drehrichtung
MHA Maschinenhochachse
TR Transportrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Behältern (2) umfassend ein antreibbares Transportelement (3) mit Behälterbehandlungsstationen (4), wobei die an den Behälterbehandlungsstationen (4) aufgenommenen Behälter (2) durch das Transportelement (3) auf einer Bewegungsbahn zwischen wenigstens einer Behälteraufgabe (5) und wenigstens einer Behälterabnahme (6) bewegt werden, mit den Behälterbehandlungsstationen (4) zugeordneten Trocknungs- und Härtungseinrichtungen (7) zum Bewirken einer Härtungs- und Trocknungsreaktion an den bedruckten Behältern (2), und umfassend eine oder verbindbar mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Sensor (8) vorgesehen ist, der zur Ermittlung der Wärmeenergie oder Wärmestrahlung ausgebildet ist, die von dem der Trocknungsreaktion unterzogenen Behälter (2) abgestrahlt wird., wobei die Trocknungs- und Här- tungseinrichtungen (7) zur Bewirkung einer exothermen Trocknungsreaktion am bedruckten Behälter (2) ausgebildet sind und dass der Sensor (8) zur Ermittlung der vom Behälter (2) abgestrahlten, durch die exotherme Trocknungsreaktion hervorgerufenen Wärmeenergie ausgebildet ist, wobei der Sensor (8) zur Erfassung von abgestrahlter Wärmeenergie im Millisekundenbereich zwischen 50ms und 1 ms pro Winkelgrad der Behälteroberfläche ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) im Bereich eines Moduls (10.6), das als Trockungs- und Curingmodul ausgebildet ist, vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) ein Infrarotsensor (IR-Sensor) ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass der Sensor (8) in Bewegungsrichtung des Behälters (2) und/oder der
Bewegungsrichtung der Oberfläche des Behälters (2) nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) vorgesehen ist.
5. Vornchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) eine Optik zur fokussierten Erfassung der vom Behälter abgestrahlten Wärmeenergie aufweist, wobei die Optik eine oder mehrer Linsen umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Vielzahl von Behälterbehandlungsstationen (4) aufweist und dass jeder Behälterbehandlungsstation (4) ein eigenständiger Sensor (8) zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch deren Ausbildung derart, dass der Behälter (2) an der Behälterbehandlungsstation (4) um dessen Hochachse gedreht wird und dass der Sensor (8) in Drehrichtung (DR) nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7), insbesondere un- mittelbar nach der Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) eine Auswerteeinheit aufweist oder der Sensor (8) mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, mittels der der Trocknungsgrad des be- druckten Behälters (2) auf Grundlage der durch den Sensor (8) erfassten Wärmeenergie ermittelbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Trocknungsgrads unter Berücksichtigung zumindest eines Referenzmesswerts erfolgt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung integraler Bestandteil einer Druckvorrichtung (10) zum Bedrucken der Behälter ist oder dass die Vorrichtung einer Druckvorrichtung (10) zum Bedrucken der Behälter nachgelagert ist.
1 1 .Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) eine UV-Lampe ist.
12. Verfahren zur Ermittlung des Trocknungsgrads von bedruckten Behältern (2) umfassend ein antreibbares Transportelement (3) mit Behälterbehandlungsstationen (4), wobei die an den Behälterbehandlungsstationen (4) aufgenommenen Behälter (2) durch das Transportelement (3) auf einer Bewegungsbahn zwischen we- nigstens einer Behälteraufgabe (5) und wenigstens einer Behälterabnahme (6) bewegt werden, und wobei mindestens eine Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) vorgesehen ist, mittels der eine Trocknungsreaktion an den bedruckten Behältern (2) bewirkt wird, wobei mittels eines Sensors (8) die Wärmeenergie ermittelt wird, die von dem der Trocknungsreaktion unterzogenen Behälter (2) abgestrahlt wird und mittels einer Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) eine exotherme Trocknungsreaktion am bedruckten Behälter (2) bewirkt und der Sensor (8) die vom Behälter (2) abgestrahlte, durch die exotherme Trocknungsreaktion hervor- gerufene Wärmeenergie Erfassung mittels des Sensors (8) der abgestrahlten Wärmeenergie innerhalb von maximal 50ms pro Winkelgrad der Behälteroberfläche erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung mit- tels des Sensors (8) innerhalb von 1 ms bis 10ms pro Winkelgrad erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) die vom Behälter (2) abgestrahlte Wärmeenergie nach dem Einwirken der mindestens einen Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) ermittelt.
15. Verfahren nach einem Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsgrad des bedruckten Behälters (2) nach Abschluss der Einwirkung der Trocknungs- und Härtungseinrichtung (7) auf Grundlage der durch den Sensor (8) erfassten Wärmeenergie während des Ablaufs einer durch die Trock- nungs- und Härtungseinrichtung (7) bewirkten exothermen Trocknungsreaktion ermittelt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsgrad des bedruckten Behälters (2) unter Berücksichtigung der Temperatur des bedruckten Behälters (2) vor Einleiten der Trocknungsreaktion ermittelt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensor (8) auch die Wärmeabstrahlung mindestens einer anderen Oberfläche erfasst und deren korrekte Funktion bewertet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine andere Oberfläche am Druckkopf angeordnet ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die von Sensor (8) ermittelten Daten zur Ausschleusung und/oder Nachbehandlung von Behältern (2) mit nicht ausreichender Trocknung- oder Aushärtung ihrer Bedruckungen verwendet werden.
20. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekenn- zeichnet, dass von Sensor (8) ermittelten Daten zur Steuerung der Trocknungsund Härtungseinrichtung (7) der Vorrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 1 1 genutzt werden.
21 .Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dass vor dem Beginn der Trock- nungsreaktion die Temperatur der Behälteroberfläche und/oder der Druckfarbe mindestens in Teilbereichen erfasst wird.
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