DE102020128178A1

DE102020128178A1 - Verfahren zum Trocknen eines bedruckten Substrats unter Verwendung eines thermodynamischen Modells

Info

Publication number: DE102020128178A1
Application number: DE102020128178.1A
Authority: DE
Inventors: Steffen Neeb; Nicklas Norrick; Andreas Henn; Jens Forche; Christian Hieb; Rolf Müller; Stefan Kurz
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-06-02
Also published as: CN112874197A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Trocknen von bedruckten Substraten in Druckmaschinen beschrieben, bei dem man das Substrat in einzelne Trocknungszonen einteilt, die mit unterschiedlicher Trocknungsleistung beaufschlagt werden können, wobei man den Trocknungsbedarf der einzelnen Trocknungszonen vor dem Trocknungsvorgang durch ein theoretisches Modell ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines bedruckten Substrats und die Verwendung eines theoretischen Modells zur Steuerung der Trocknungsleistung von Trocknungseinheiten in einer Druckmaschine.
In Druckmaschinen müssen bedruckte Substrate, beispielsweise Papier, Karton oder Kunststoff, schnell und effektiv getrocknet werden, um ein Bedrucken mit weiteren Farben, das Veredeln mit einem Lackauftrag oder das Wenden des Substrats zum Bedrucken der Rückseite zu ermöglichen. Aufgrund der relativ kurzen Zeit, in der das Substrat durch die Maschine geführt wird, ist es jedoch nicht einfach, eine geeignete Trocknungsleistung auf dem bedruckten Substrat zu erzeugen, ohne das bedruckte Substrat beispielsweise durch Überhitzung zu beschädigen. Auch ist es bei bekannten Verfahren oftmals nicht möglich, eine gleichmäßige Restfeuchte im fertig getrockneten Substrat zu erreichen.
Die EP 2 067 620 A2 beschreibt ein Verfahren zum Trocknen von bedrucktem Material im Mehrfarbendruck, bei dem Strahlungstrockner eingesetzt werden, die einzeln oder gruppenweise ansteuerbar sind. Die Trocknungsleistung wird in Abhängigkeit von den Bilddaten gesteuert.
Es besteht weiterhin ein Bedarf an Verfahren, mit denen bedruckte Substrate getrocknet werden können. Die Trocknung sollte effektiv durchgeführt werden können, und es sollte eine homogene Restfeuchteverteilung auf dem Substrat erreicht werden.
Es wurde nun gefunden, dass es vorteilhaft möglich ist, bedruckte Substrate zu trocknen, indem man eine Gruppe von Trocknungseinheiten bereitstellt, welche einzelne Trocknungszonen auf dem bedruckten Substrat trocknen können, wobei man den Trocknungsbedarf des bedruckten Substrats in den einzelnen Trocknungszonen anhand eines thermodynamischen Modells ermittelt und die Trocknungseinheiten abhängig vom ermittelten Trocknungsbedarf steuert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die gesamte Trocknerstrecke der Druckmaschine durch ein theoretisches Modell abgebildet, welches eine optimale Trocknung des bedruckten Substrats unter den gegebenen Bedingungen ermöglicht.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Trocknen eines bedruckten Substrats, das mit einem Druckmedium bedruckt wurde, mittels einer Gruppe von Trocknungseinheiten, deren Trocknungsleistung individuell einstellbar ist, wobei das bedruckte Substrat in Trocknungszonen eingeteilt ist und die Trocknungszonen durch die Trocknungseinheiten mit unterschiedlicher Trocknungsleistung beaufschlagt werden können, wobei man den Trocknungsbedarf der einzelnen Trocknungszonen vor dem Trocknen mittels eines theoretischen Modells ermittelt und die Trocknungsleistung der Trocknungseinheiten in Abhängigkeit von dem ermittelten Trocknungsbedarf steuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Trocknungseinheiten ausgewählt unter Strahlungstrocknern und Prallstrahltrocknern. Solche Trocknertypen sind dem Fachmann prinzipiell bekannt. Strahlungstrockner trocknen im Wesentlichen durch Einwirkung von Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung. Ein Beispiel für Strahlungstrockner sind LED-Trockner. Ein jeweiliger Strahlungstrockner kann auch in mehrere Zonen unterteilt sein. Prallstrahltrockner trocknen im Wesentlichen durch heiße Luft, die üblicherweise in Richtung des zu trocknenden Substrats geblasen wird. Ein Beispiel für Prallstrahltrockner ist ein Hot-Air-Knife. Die Trocknungsleistung von Strahlungstrocknern ist in der Regel schneller anpassbar als von Prallstrahltrocknern. Üblicherweise übernimmt die Grundlast der Trocknung der Prallstrahltrockner, welche durch die Trocknungsleistung des Strahlungstrockners ergänzt wird.
Erfindungsgemäß wird das bedruckte Substrat in Trocknungszonen eingeteilt, welche mit unterschiedlicher Trocknungsleistung beaufschlagt werden können. Die Trocknungszonen können gleichmäßig oder ungleichmäßig über das bedruckte Substrat verteilt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das bedruckte Substrat in wenigstens zwei Trocknungszonen, besonders bevorzugt wenigstens vier Trocknungszonen, eingeteilt.
Unter Trocknungszonen werden festgelegte Flächenbereiche der Oberfläche des Substrats verstanden. Die einzelnen Trocknungszonen können auch teilweise überlappen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Gruppe von Trocknungseinheiten eingesetzt. Bevorzugt ist jeder Trocknungszone wenigstens eine Trocknungseinheit zugeordnet, besonders bevorzugt wenigstens ein Strahlungstrockner und wenigstens ein Prallstrahltrockner. Es ist auch möglich, eine Trocknungseinheit mehreren Trocknungszonen zuzuordnen, beispielsweise durch Aufteilung des Heißluftstromes aus einer einzigen Heißluftquelle.
Als Druckmedium für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich prinzipiell alle zum Bedrucken von Substraten, insbesondere in Druckmaschinen, geeigneten Zusammensetzungen, die durch Verdampfen des Lösungsmittels, in der Regel Wasser, getrocknet werden. Bevorzugte Druckmedien sind ausgewählt unter Inkj ettinten, insbesondere wasserbasierten Inkjettinten.
Als Substrate sind für das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell alle bedruckbaren Materialien geeignet, insbesondere solche, die in Druckmaschinen verarbeitet werden können. Bevorzugte Substrate sind ausgewählt unter Papier, Karton und Kunststoff. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat bogenförmig, beispielsweise in Form von einzelnen Papierbögen, oder bahnförmig, beispielsweise in Form einer Kunststoffbahn, ausgestaltet.
Das erfindungsgemäße theoretische Modell berücksichtigt bevorzugt wenigstens die Eigenschaften des Substrats, des Druckmediums, der Trocknungszonen und der Trocknungseinheiten.
Das erfindungsgemäße theoretische Modell basiert bevorzugt auf thermodynamischen Parametern, die vor dem Beginn der Trocknung ermittelt wurden. Auf Grundlage dieser thermodynamischen Parameter kann man den Trocknungsbedarfs der einzelnen Trocknungszonen ermitteln und die Trocknungsleistung der einzelnen Trocknungseinheiten einstellen. Die thermodynamischen Parameter werden vor dem Trocknen bevorzugt experimentell und/oder theoretisch ermittelt, zum Beispiel in Labormessungen und/oder Maschinenmessungen, auf Grundlage theoretischer Überlegungen und/oder aus bekanntem Datenmaterial, beispielsweise aus der Fachliteratur.
Die thermodynamischen Parameter sind in der Regel abhängig von der Sorte, Dicke und Temperaturleitfähigkeit des Substrats, der Zusammensetzung des Druckmediums, beispielsweise einer wasserbasierten Inkjettinte, der Menge des aufgedruckten Druckmediums, der Einstellung der Trocknungseinheiten, der Größe der Trocknungszonen und den Temperaturen, insbesondere der kontaktierenden Oberflächen.
In einer bevorzugten Ausführungsform simuliert man im Vorfeld experimentell verschiedene mögliche Fallkonstellationen. Diese verschiedenen Fallkonstellationen werden dann hinsichtlich ihres Trocknungserfolges ausgewertet und finden Eingang in das erfindungsgemäße theroretische Modell. Dabei variiert man beispielsweise die oben genannten Eigenschaften von Substrat, Druckmedium und Trocknungseinheiten und wertet das getrocknete bedruckte Substrat hinsichtlich dessen Temperaturverteilung und Restwassergehalt mittels prinzipiell bekannter Methoden, beispielsweise einer Wärmebildkamera, aus. Die experimentell gewonnenen Daten können, falls erforderlich, durch theoretisch ermittelte Daten, beispielsweise mittels prinzipiell bekannter physikalischer oder physikalisch-chemischer Modelle, oder durch experimentelle Daten aus der Fachliteratur ergänzt werden und Eingang in das theoretische Modell finden.
In der Regel wird man vor Beginn des Druckvorgangs in der Druckmaschine die noch erforderlichen Parameter für das theoretische Modell bestimmen, bevorzugt aus den Druckbilddaten und aus physikalischen Messungen in der Druckmaschine, beispielsweise der Temperaturen, und dann mit Hilfe des theoretischen Modells, das im Vorfeld mit weiteren Daten angepasst wurde, die benötigten Trocknungsleistungen der einzelnen Trocknungszonen ermitteln und die einzelnen Trocknungseinheiten entsprechend einstellen, so dass man eine bestmögliche Trocknung des bedruckten Substrats erzielt.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines theoretischen Modells, das auf thermodynamischen Parametern, insbesondere den oben als bevorzugt genannten, basiert, zur Steuerung der Trocknungsleistung von einer Gruppe von Trocknungseinheiten in einer Druckmaschine, insbesondere in einer Inkjetdruckmaschine.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem man die Trocknungseinstellungen des Trocknungssystems mit Hilfe eines theoretischen Modells ermittelt, ist es möglich, auf einfache Weise den Trocknungsbedarf des bedruckten Substrats zu bestimmen und eine gleichmäßige Restfeuchte im getrockneten bedruckten Substrat zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2067620 A2 [0003]

Claims

Verfahren zum Trocknen eines bedruckten Substrats, das mit einem Druckmedium bedruckt wurde, mittels einer Gruppe von Trocknungseinheiten, deren Trocknungsleistung individuell einstellbar ist, wobei das bedruckte Substrat in Trocknungszonen eingeteilt ist und die Trocknungszonen durch die Trocknungseinheiten mit unterschiedlicher Trocknungsleistung beaufschlagt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass man den Trocknungsbedarf der einzelnen Trocknungszonen vor dem Trocknen mittels eines theoretischen Modells ermittelt und die Trocknungsleistung der Trocknungseinheiten in Abhängigkeit von dem ermittelten Trocknungsbedarf steuert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trocknungseinheiten ausgewählt sind unter Strahlungstrocknern und Prallstrahltrocknern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trocknungseinheiten wenigstens einen Strahlungstrockner und wenigstens einen Prallstrahltrockner umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Druckmedium um wasserbasierte Inkjettinte handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat bogenförmig oder bahnförmig ausgestaltet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das theoretische Modell wenigstens die Eigenschaften des Substrats, des Druckmediums, der Trocknungszonen und der Trocknungseinheiten berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das theoretische Modell auf thermodynamischen Parametern basiert, die vor dem Beginn der Trocknung ermittelt wurden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die thermodynamischen Parametern experimentell und/oder theoretisch ermittelt wurden.
Verwendung eines theoretischen Modells, das auf thermodynamischen Parametern basiert, zur Steuerung der Trocknungsleistung von einer Gruppe von Trocknungseinheiten in einer Druckmaschine.