DE4010191C2 - Strahlereinrichtung zur Trocknung und/oder Härtung von Farb- und/oder Lackschichten auf Druckträgern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlereinrichtung zur Trocknung und/oder Härtung von Farb- und/oder Lackschichten auf Druckträgern in einer Druckmaschine mit einem Hochleistungsstrahler, vorzugsweise einem Excimerstrahler, mit einem gasgefüllten Entladungsraum, wobei der Entladungsraum von Wänden begrenzt wird, von denen zumindest eine aus einem dielektrischen Material gefertigt und für die im Entladungsraum erzeugte Strahlung durchlässig ist und mit einem Elektrodenpaar, das an eine Wechselspannung angeschlossen ist.

Bei den hohen Laufgeschwindigkeiten der Rollen- und Bogendruckmaschinen besteht die Gefahr, daß die auf die Bahn bzw. den Bogen aufgebrachten Druckfarben noch nicht getrocknet sind, wenn die Bahn bzw. der Bogen beim Weitertransport in Kontakt mit Maschinenteilen oder anderen Druckprodukten kommt. Die Folge hiervon ist ein Abschmieren oder Verschmieren der Druckfarbe. Beides stellt eine erhebliche und keineswegs tolerierbare Qualitätsminderung für die Druckprodukte dar.

In bogenverarbeitenden Druckmaschinen wird diese Problematik größtenteils dadurch in Grenzen gehalten, daß die bogentragenden Zylindermantelflächen der Umführzylinder zwischen den einzelnen Druckwerken und insbesondere die Zylindermantelfläche eines Druckzylinders, der einer Bogenwendeeinrichtung nachgeordnet ist, aus einem farbabstoßenden Material gefertigt ist. Auch ist es bei Bogendruckmaschinen durchaus üblich, eine Strahlereinrichtung im Auslegerbereich zu positionieren, die die Druckfarbe auf den Bogen vor deren Stapelablage trocknet. In Rollendruckmaschinen durchläuft die frisch bedruckte Bahn vor der Weiterverarbeitung einen in die Druckmaschine integrierten Trockner.

Ein üblicher Strahlertyp wird in dem Buch "Photopolymerization of Surface Coatings", C. G. Roffey, Verlag: Wiley & Sons, 1982, Kapitel 2 vorgestellt. Der dort beschriebene Hg-Mitteldruckstrahler zeigt jedoch Nachteile, die seinen Einsatz in Druckmaschinen zur Trocknung von Druckprodukten nur begrenzt möglich machen. So hat dieser Strahlertyp einen relativ niedrigen Wirkungsgrad bezüglich der Erzeugung von UV-Strahlung. Der Großteil der Energie wird in Form von IR-Strahlung abgegeben. Da die Temperatur insbesondere beim Offsetdruck einen großen Einfluß auf die rheologischen Eigenschaften der Druckfarbe hat, ist es für eine konstant gute Druckqualität von größter Wichtigkeit, daß während des Druckens einer Auflage Temperaturschwankungen weitgehend vermieden werden. Unbedingt erforderlich ist es daher, den Strahler zu kühlen, was einen erheblichen Mehraufwand darstellt.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus dem Umstand, daß der Hg-Mitteldruckstrahler erst ca. 15 Minuten nach dem Ein- bzw. Wiedereinschalten betriebsbereit ist - ein Nachteil, der mit dem Streben nach bestmöglicher Ausnutzung einer Druckmaschine nicht vereinbar ist.

Ein UV- bzw. ein VUV-Hochleistungsstrahler mit hohem Wirkungsgrad wird in dem Zeitschriftenartikel "UV-Excimer Radiation from Dielectric-Barrier Discharges" von B. Eliasson und U. Kogelschatz in Appl. Phys. B 46, 299-303 (1988) beschrieben. Bei diesem Excimerstrahler wird die UV-Strahlung über eine sogenannte stille Entladung erzeugt. Hierzu wird in einen Entladungsraum ein Füllgas eingebracht, das vorzugsweise ein Edelgas, eine Edelgasmischung oder eine Edelgashalogenmischung ist. Zumindest eine der Wände des Strahlers, die parallel zur Ebene des zu behandelnden Produktes liegt, besteht aus einem dielektrischen Material, z. B. Quarzglas, das für die im Entladungsraum erzeugte UV-Strahlung durchlässig ist. Die Excimerstrahlung wird durch eine Hochspannung angeregt, wobei die Hochspannung an zwei Elektroden außerhalb des Entladungsraumes angelegt wird. Zumindest eine der Elektroden ist als Drahtnetz ausgebildet, so daß die UV-Strahlung in den sogenannten Behandlungsraum gelangen kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung mit einem UV- bzw. VUV-Strahler derart in einer Druckmaschine einzusetzen, daß die Trocknungs- bzw. Härtungszeiten für die Farb- und/oder Lackschichten minimiert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die als Gitterelektrode vorgesehene Elektrode von der dielektrischen Wand derart beabstandet ist, daß die Ankopplung der elektrischen Energie von dieser Gitterelektrode in den Entladungsraum kapazitiv erfolgt, wodurch zusätzliche Entladungen außerhalb des Entladungsraumes auftreten und daß die Gitterelektrode bezüglich des auf Massepotential liegenden Zylinders derart angeordnet ist, daß die durch die Außenentladungen entstandenen Reaktionsprodukte zum Zylinder abfließen und auf den Trocknungs- bzw. Härtungsprozeß katalytisch wirken.

Bei der Trocknung und/oder Härtung von Farben bzw. Lacken hat es sich gezeigt, daß unter Einwirkung von UV-Strahlung in normaler Umgebungsluft sogenannte Außenentladungen, also Entladungen außerhalb des eigentlichen Entladungsraumes auftreten. Die Reaktionsprodukte dieser Außenentladungen - hauptsächlich Ozon und Stickstoff - üben einen in keinster Weise vorhersehbaren Einfluß auf den Trocknungs- bzw. Härtungsprozeß der Farb- bzw. Lackschicht auf der Bahn oder dem Bogen aus. Für die optimale Wirkungsweise ist es erforderlich, daß die aus dem Entladungsraum austretende Strahlung nicht von den Reaktionsprodukten absorbiert wird. Da durch entsprechende Wahl des Füllgases der Wellenlängenbereich der Excimerstrahlung in weitem Rahmen frei wählbar ist, stellt diese Forderung kein großes Problem dar.

Erfindungsgemäß liegt ein Zylinder der Druckmaschine, auf dem das zu trocknende Druckprodukt geführt wird, auf Massepotential. Der Zylinder bildet eine Potentialsenke, die sicherstellt, daß alle geladenen Reaktionsprodukte, die im Luftspalt zwischen der dielektrischen Wand und der der Zylindermantelfläche zugewandten Elektrode zum Zylinder hin abfließen und die zu härtende Farb- bzw. Lackschicht auch erreichen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Strahlereinrichtung wird vorgeschlagen, den Excimerstrahler als Flachstrahler auszubilden und die auf Hochspannung liegende Gitterelektrode in unmittelbarer Nähe zur zu härtenden Farb- bzw. Lackschicht anzuordnen.

Die weiteren vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung betreffen die Anordnung der Strahlereinrichtungen in der Druckmaschine, wobei eine Integration in die Druckwerke durch die äußerst effiziente Arbeitsweise des Excimerstrahlers erstmals überhaupt möglich ist.

Die erfindungsgemäße Strahlereinrichtung wird anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Strahlereinrichtung, die als einseitig abstrahlender Flachstrahler ausgebildet ist, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Druckmaschine mit integrierten Strahlereinrichtungen.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Strahlereinrichtung 1 als einseitig abstrahlender Flachstrahler im Querschnitt dargestellt. Die Strahlereinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus den Elektroden 2, 3, die an eine Wechselspannungsquelle 4 angeschlossen sind. Die Wechselspannungsquelle 4 entspricht grundsätzlich jenen, wie sie zur Anspeisung von Ozonerzeugern verwendet werden. Die einstellbare Wechselspannung liegt in der Größenordnung von mehreren kV. Die übliche Frequenz liegt im 100 KHz-Bereich und hängt von der Elektrodengeometrie, dem Druck im Entladungsraum und der Zusammensetzung des Füllgases ab.

Die Elektrode 3 und eine parallel zu ihr angeordnete dielektrische Wand 5 begrenzen den Entladungsraum 6. Bei der dielektrischen Wand 5 handelt es sich beispielsweise um eine Quarzplatte. Die Strahlereinrichtung 1 wird nach außen hin von der Begrenzungswand 7 abgeschlossen. Die Gitterelektrode 2 der Strahlereinrichtung 1 ist in unmittelbarer Nähe des Zylinders 8 und damit in unmittelbarer Nähe des mit einer Farb- bzw. Lackschicht 9 bedruckten Trägermaterials 10 angeordnet. Die zu härtende Farb- bzw. Lackschicht 9 enthält UV-härtende Substanzen mit Fotoinitiatoren. Da der den Bogen (Trägermaterial 10) tragende Zylinder 8 auf Massepotential liegt - also eine Potentialsenke darstellt -, wird gewährleistet, daß alle geladenen Reaktionsprodukte, die im Luftspalt zwischen der dielektrischen Wand 5 und der der Zylindermantelfläche zugewandten Elektrode 2 zum Zylinder hin abfließen und die zu härtende Farb- bzw. Lackschicht 9 auch erreichen.

Der Entladungsraum 6 zwischen der Elektrode 3 und der dielektrischen Wand 5 ist mit einem unter Entladungsbedingungen UV-Strahlung aussendenden Füllgas gefüllt, z. B. mit Quecksilber, mit einem Edelgas, mit einem Edelgas-Metalldampfgemisch oder einem Edelgas-Halogengemisch, wobei gegebenenfalls ein zusätzliches Edelgas Argon, Helium, Neon oder Xenon als Puffergas verwendet wird. Das Füllgas läßt sich je nach gewünschter spektraler Zusammensetzung der Strahlung variieren.

Bei Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 2 und 3 finden im Entladungsraum 6 eine Vielzahl sogenannter stiller Entladungen statt. Bei diesen Entladungen wird UV-Licht emittiert, das von der dielektrischen Wand 5 durchgelassen wird. Zusätzlich treten durch die spezielle Anordnung der Elektroden im Außenraum zwischen dielektrischer Wand 5 und Gitterelektrode 2 sogenannte Außenentladungen auf. Diese Außenentladungen erzeugen je nach Umgebungsatmosphäre Reaktionsprodukte aber auch Ionen - in Luft vornehmlich Ozon und Stickoxide -, die zusammen mit der UV-Strahlung aus dem Entladungsraum 6 die Härtung der Farb- bzw. Lackschicht 9 auf dem Trägermaterial 10 maßgeblich beschleunigen - quasi als Katalysatoren wirken.

Durch Änderung von Entladungsspannung und/oder -frequenz und/oder Abstand und/oder Verteilung der Elektroden können entweder viele Nebenprodukte (starke Außenentladung bei hoher Spannung) oder nur vernachläßigbar wenig bis gar keine Nebenprodukte erzeugt werden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Bogenrotationsdruckmaschine 11 mit zwei Druckwerken 12, einem Lackierwerk 13, einem Anleger 14 und einem Ausleger 15. Die Bogen 10 werden vom Anlegetisch 22 vom Greifersystem der Registeranlegetrommel 16 übernommen und über die Umführtrommeln 20 und die Wendetrommeln 21 von Druckwerk 12 zu Druckwerk 12 transportiert. Von der eingefärbten, auf dem Plattenzylinder 17 befestigten Druckform wird das Sujet auf den Gummituchzylinder 18 und von dort auf den zu bedruckenden Bogen 10 aufgebracht. Bei hohen Maschinengeschwindigkeiten besteht nun die Gefahr, daß die Farb- bzw. Lackschicht 9 noch nicht getrocknet bzw. gehärtet ist, wenn sie mit der Zylindermantelfläche des Umführzylinders 20 bzw. bei Schön- und Widerdruck mit der Zylindermantelfläche der Wendetrommel 21 und des Druckzylinders 19 in Kontakt kommt. Gleiches gilt für die im Lackierwerk 13 aufgebrachte Lackschicht (im Lackierwerk wird der Lack direkt vom Gummituchzylinder 18 auf den bedruckten Bogen 10 aufgebracht). Um ein Abschmieren der Farb- bzw. Lackschicht 9 zu verhindern, werden die erfindungsgemäßen, in den Fig. 1 oder 2 beschriebenen Strahlereinrichtungen 1 dem Druckzylinder 19 zugeordnet. Die noch feuchte Bogenseite wird sofort gehärtet bzw. getrocknet. Da die in die Strahlereinrichtung 1 integrierten Excimerstrahler sofort nach Ein- bzw. Wiedereinschalten betriebsbereit sind, können zusätzliche, beispielsweise den Wendetrommeln 21 oder dem Auslegerbereich zugeordnete Strahlereinrichtungen 1 vorgesehen sein, die im Bedarfsfall den Trocknungs- bzw. Härtungsprozeß unterstützen.

Claims (5)

1. Strahlereinrichtung zur Trocknung und/oder Härtung von Farb- und/oder Lackschichten auf Druckträgern in einer Druckmaschine mit einem Hochleistungsstrahler, vorzugsweise einem Excimerstrahler, mit einem gasgefüllten Entladungsraum, wobei der Entladungsraum von Wänden begrenzt wird, von denen zumindest eine aus einem dielektrischen Material gefertigt und für die im Entladungsraum erzeugte Strahlung durchlässig ist und mit einem Elektrodenpaar, das an eine Wechselspannung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die als Gitterelektrode (2) vorgesehene Elektrode von der dielektrischen Wand (5) derart beabstandet ist, daß die Ankopplung der elektrischen Energie von dieser Git­ terelektrode (2) in den Entladungsraum (6) kapazitiv er­ folgt, wodurch zusätzliche Entladungen außerhalb des Ent­ ladungsraumes auftreten und daß die Gitterelektrode (2) bezüglich des auf Massepotential liegenden Zylinders der­ art angeordnet ist, daß die durch die Außenentladungen entstandenen Reaktionsprodukte zum Zylinder abfließen und auf den Trocknungs- bzw. Härtungsprozeß katalytisch wir­ ken.

2. Strahlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als Flachstrahler ausgebildet ist
und daß die auf Hochspannung liegende Gitterelektrode (2) in unmittelbarer Nähe der zu härtenden Farb- bzw. Lackschicht (9) angeordnet ist.

3. Strahlereinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Strahlereinrichtung (1) jedem Druckzylinder (19) eines Druckwerks (12) in einer Druckmaschine (11) zugeordnet ist.

4. Strahlereinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Strahlereinrichtung (1) den Wendetrommeln (21) und dem Auslegerbereich einer Druckmaschine zugeordnet ist.

5. Strahlereinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie wahlweise zu- oder abschaltbar ausgebildet ist.