WO2010084144A1 - Verfahren zur überprüfung der leistung von uv-strahlern in einer druckmaschine mittels uv-reaktiver medien - Google Patents

Verfahren zur überprüfung der leistung von uv-strahlern in einer druckmaschine mittels uv-reaktiver medien Download PDF

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WO2010084144A1
WO2010084144A1 PCT/EP2010/050669 EP2010050669W WO2010084144A1 WO 2010084144 A1 WO2010084144 A1 WO 2010084144A1 EP 2010050669 W EP2010050669 W EP 2010050669W WO 2010084144 A1 WO2010084144 A1 WO 2010084144A1
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printing
coating
radiation
sheet
color change
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PCT/EP2010/050669
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Rainer Gebhardt
Matthias Rapp
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Manroland Ag
Paul, Eva
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    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M7/00—After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock
    • B41M7/0081—After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock using electromagnetic radiation or waves, e.g. ultraviolet radiation, electron beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
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    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M2205/00—Printing methods or features related to printing methods; Location or type of the layers
    • B41M2205/16—Correction processes or materials

Definitions

  • the invention relates to a method for checking the power of UV lamps in the control of a printing press, in particular when using radiation-curing inks.
  • Radiation-curing offset printing inks have become widely used in today's printing industry and are widely known.
  • the advantages of printing with radiation-curable printing inks are the fast, spontaneous crosslinking after irradiation with a UV radiation source, the solvent-free nature of the printing inks and the good printability of non-absorbent substrates.
  • Conventional printing inks are either oil-based or solvent-based.
  • Oil-based inks dry on the one hand by the oxidation of the oil-based binders and the simultaneous so-called knock-off, i. by penetration of color components in the absorbent substrate of the printing substrate. On the other hand, the drying also takes place by evaporation of the volatile oils in the printing ink (heat-set method).
  • radiation-curing printing inks and coatings cure by a photochemical process, which is also referred to as crosslinking.
  • the liquid or uncrosslinked printing ink film is converted into a solid state by the polymerization under the action of UV light.
  • inks components can migrate through the substrate.
  • a migration of printing ink constituents or a print-off of printing inks can lead to a sensory influence on the contents during packaging. If specific migration limits are exceeded, it can not be ruled out that the consumer will be harmed in the case of food packaging. If the specific migration limits are exceeded, packaging must definitely be withdrawn from circulation, which, in addition to the financial consequences, usually also results in a loss of the reputation of the brand manufacturer in the market. The preservation of health safety is paramount.
  • the radiation power must also be adapted to the substrate used, the printing inks and varnishes used and the printing speed.
  • the performance of film hardening is also significantly influenced by the pigmentation of printing inks.
  • a dark ink, such as black, requires more energy than a light ink, as the dark pigment absorbs a high proportion of the UV radiation and consequently this part of the radiation is no longer available for the curing process.
  • the performance data of a UV lamp which are usually given in watts / cm, give no statement about the actual effective UV power and the spectral properties of the radiator. With a modern UV control system, the printer should be able to set up the process immediately after the curing process.
  • the dynamic curing of enamel coatings and pigmented ink layers can be determined by Real Time FTIR (Fourier Transform Infrared) techniques. Application examples for this can be found u. a. in the paper, Bo Jang, "Study of Pigmented UV Curable Systems by Real Time FTIR,” Sartomer Company, Exton, PA (www.sartomer.com/wpapers/5035.pdf).
  • the sample is irradiated by a pulse source with infrared spectra in a fixed, variable pulse length and pulse rate, and the remitted radiation is detected by a sensor and evaluated by evaluating the integration time and readout time. This enables a highly dynamic measurement of the photon pulses.
  • a method for controlling a printing press is known from DE 10 2006 015 277 A1.
  • measures are used to control the machine power, the emitter power and optionally a marking device of a printing press for processing radiation-curing inks and varnishes.
  • the degree of polymerization of the printing inks and / or paints is determined inline, ie during the printing process, or offline, ie outside the printing press after the printing process.
  • Characteristics for the control of the radiator output, the engine power and / or for the actuation of marking devices are derived from the respective measurement. This allows reliable values for drying gain by means of radiation curing layers with increased effort. Also, an evaluation is usually only selectively possible.
  • the object of the invention is therefore to create a method on a printing machine, by means of which a good evaluability of the drying effect can be achieved both locally on the printed sheet and in relation to the radiator output.
  • the invention describes a method for controlling a printing machine, preferably an offset printing machine, wherein the degree of polymerization of the printed dye or lacquer layers is detected directly on the substrate by a color change. On the basis of these values of the color change, it is then possible to influence the controls and controls of the printing machine and of the units connected to the printing press. This achieves high quality and secure production with radiation-curing printing inks.
  • the measurement on the printing substrate with the printed ink or varnish layers can take place "inline" in the printing machine, whereby suitable sensors are arranged above the printing cylinder or in the area of the delivery of a sheet-fed printing press or at any position above the web of a web-fed printing press Often it will be sufficient to carry out measurements only on critical components of the print, for example consisting of high layer thicknesses or dark ink layers, since sufficient curing of such critical areas of the printed matter can be achieved It is safe to assume that even the simpler areas have sufficient polymerization.
  • the inline measuring system can be installed via one or more printing cylinders of a printing press. It makes sense to have at least one measuring device to install over the printing cylinder of a printing unit, preferably after the last printing unit, and a measuring system after the coating unit. Paints are often applied flat and a measurement of the ink layers would then no longer be easily possible if only one measuring system after the coating unit would be installed.
  • the measurement is carried out "offline", wherein the test sample, for example a printed sheet or parts of a printed sheet, for example, is placed in an analyzer or in the simplest way directly taken into consideration "Inline” measurement disadvantageous because it still requires an activity of a machine operator. Consequently, it is up to the machine operator how close the control of the polymerization process is. A 100% control, as with the inline measurement is not possible.
  • both measuring methods are connected directly to the machine control and / or the drive for the UV lamps or UV lasers.
  • the lamp power can then be adjusted immediately in a closed control loop, for example by increasing the energy supply to the UV emitter and / or switching on other UV emitters.
  • the printing press production output is reduced until the polymerization characteristics or measured values determined by the measuring equipment are displayed. be recovered, again reflect adequate polymerization.
  • the maximum speed of the printing press is limited to the printing speed, which ensures just a sufficient polymerization of ink and varnish layers. In this way, it can be avoided that the operator intentionally or unwillingly does not consistently produce polymerized signatures.
  • one or more measures, or one or more characteristic values are displayed to the machine operator on the printing machine control station, which indicates the degree of polymerization.
  • RED - insufficient polymerization
  • YELLOW - critical polymerisation limit
  • borderline borderline
  • GREEN - complete polymerisation.
  • all printed sheets that appear to be insufficiently cured by the measuring device marked by one or more mark on the sheet edge or in the sheet surface, or by a utility-related marking.
  • the marking serves to be able to discharge the marked benefits later in the further processing.
  • the marking of all vouchers is of course conceivable. Markers can be made in a known manner by ink jet printers, by laser printers, by laser, by spray heads or by pens with an invisible or visible mark.
  • UV / LED spotlights are used to cure paint and varnish layers. Due to the irradiation of UV light, the curing takes place by polymerization of a UV or paint system applied from an applied UV ink or varnish system. standing coating instead.
  • the printing process can be done eg in offset, flexo, screen or digital printing units. For the complete curing of the coating the entry of a minimum amount of energy is necessary so that a complete polymerization and thus a sufficient sufficient curing of the paint and varnish layer can be generated.
  • UV lamps experience a decline in performance over their use.
  • the life of UV lamps is e.g. depending on the frequency of restarts, the operation with correct cooling, the pollution of the spotlights, this mainly affects their edge areas, and the maximum for the Trocknungspp. Hardening process used radiator power.
  • Previously used measuring systems for detecting UV radiation can be divided into the following groups, for example:
  • the measuring principle used is: UV sensor measuring cell, quartz tube and UV sensor as a mobile or fixed measuring rod or measuring cell.
  • the measurement process is designed by the application of test strips on the sheet as quite complex - it is only punctual measurement possible, but not the measured value over the entire format length and format width
  • the present invention is based essentially on the nature of the method of a UV emitter power control in the printing machine.
  • a UV-reactive medium in the form of a modified ink or a mo- d pressure varnish, used. This UV-reactive medium undergoes a color change when exposed to UV light
  • a first method according to the invention serves to carry out an online control with a detectability of the drying result.
  • the UV-reactive test medium is applied during the production process while running, inside the printing press, before passing through a workstation with UV irradiation. This process can take place either partially (see FIG. 5: test area outside the print image area) or flatly (see FIGS. 1 to 4: test area over the entire image area). Furthermore, the process is continuously carried out as a follow-up control or it is discontinuously used to generate a slip sheet for the work result.
  • the process of applying the UV-reactive test medium to the printing material can take place here in a direct or indirect way.
  • the UV reactive test medium could e.g. by means of an array of inkjet printheads in a printing station on a sheet selected as a test sheet over its entire printing area or at selected locations are applied.
  • a color change of the UV-reactive test medium e.g. here in the form of a modified inkjet ink, in the coating on a sheet coated as a test sheet. This gives a follow-up control to ensure a constant check to ensure UV irradiation to cure the coating with sufficient performance to complete cure.
  • the UV-reactive test medium can also be applied flat in a flexographic printing unit of the printing press, that is, for example, in a coating unit with anilox roller.
  • the test medium can also be applied specifically in certain areas.
  • a second procedure is used to check the lamp power of the UV lamps used for drying.
  • the lamp power of a UV drying system is reduced over the period of use and method of use.
  • the radiated power delivered must be controlled at certain time intervals.
  • the UV-reactive test medium can be applied to test sheets in the form of a modified varnish as a separate test medium or as an admixture to an existing varnish using a conventional varnishing unit.
  • the application can be made over the entire surface over the entire sheet format.
  • the test sheets are exposed to a correspondingly applied paint coating in a sheet delivery of the printing machine, as under normal production conditions, the radiation of the UV lamps installed in the press.
  • a color change of the UV-reactive test medium then takes place in the paint coating. This color reaction is identifiable and allows a review of the lamp performance over the entire format length and format width.
  • the evaluation of the condition of the UV drying unit can be carried out by comparing the color change either visually, densitometrically or colorimetrically.
  • an evaluation mechanism color location / density vs. UV dose / color comparison scale or similar
  • This can be done either manually outside the machine or as an inline measurement, which can give feedback on the machine performance, if necessary to readjust the radiator output.
  • an automatic control sequence for distinguishing the state of individual UV lamps is possible, ie UV lamp lamps or LEDs are activated separately and their power distribution is documented.
  • the resulting maintenance protocol whereby the evaluation can be done manually or automatically as described above, then provides a statement as to where performance deficiencies of the dryer system must be specifically eliminated.
  • a third procedure is the continuous monitoring of print jobs where UV drying is used.
  • UV-reactive pigments can already be applied in a planar or partial manner on a printing sheet / format sheet. These printed sheets can then be processed as a test or slip sheet during ongoing production. Already provided in the stack of printing material on a sheet-fed press such test sheets are inserted at defined intervals and then allow a continuous detection of the radiator power during the edition. By evaluating the color change, this can serve to safeguard the process with regard to the UV lamp output.
  • test sheets can be marked and recognized by means of an evaluation device.
  • the marking may also be applied during inline coating as described above. Even then, the test sheets can easily be sorted out automatically.
  • a drying process in the printing operation can be monitored in each case with the above-described first and third methods and the drying result can be documented.
  • the printing press can be controlled with regard to its setting and general functionality with regard to the drying with UV lamps and optionally readjusted.
  • Figures 1 to 4 possible evaluation examples on the basis of the inventive method Figure 5 shows an embodiment of the method according to the invention for partial test areas and Figure 6 is a flowchart for performing the method.
  • FIG. 1 shows a printing substrate as a printed sheet B with a printed image.
  • the printing process now takes place as a test run for the printing press or as a production process for a series of printed sheets to be coated.
  • the sheets B are moved in a transport direction R by a sheet-fed press. They are coated there and then dried.
  • a layer of UV-reactive pigments is incorporated either in the coating to be applied or in a pre-coating. These UV-reactive pigments can change color with correspondingly intense UV radiation. The color change (color change) leads to a change in the optical effect of the coating of the test sheet.
  • FIG. 2 shows a discoloration of the coating of the printed sheet B that drops from right to left (see black arrow below) and thus transversely to the direction of sheet travel R. This shows that on the right edge of the print sheet, the UV irradiation has led to a sufficient cure, while on the left side of the coating has been too little or not cured.
  • the reason for this may be that the UV lamps are worn out, unevenly soiled, the light output within a UV lamp is irregular or at Interconnection of several UV lamps bring individual UV lamps too little radiant power.
  • the detected non-uniformity of the radiation power can be eliminated by controlling the corresponding UV lamps and in the limit case by cleaning or lamp replacement.
  • FIG. 3 shows a discoloration of the coating of the printed sheet B falling from top to bottom (see black arrow on the right) and thus in the sheet running direction R. This means that in the region of the upper edge of the print sheet B, the UV irradiation has led to a sufficient hardening, while in the region of the lower edge, the coating has been too little or not cured.
  • the reason for this may be that the luminous efficacy inside the UV lamps is uneven for a long time or that the printed sheet flutters in the area of the dryer, so that the distance to the UV radiator is uneven.
  • the UV emitter can be set too far away from the sheet path, so that it does not radiate sufficiently intensively onto the printed sheet B at the beginning of the sheet (lower edge of the printing sheet B).
  • the detected non-uniformity of the radiation power can be eliminated by static or dynamic readjustment of the corresponding UV lamps and by improving the sheet guidance in the drying area.
  • FIG. 4 shows a discoloration of the coating of the printed sheet B that drops from top to bottom (see black arrow on the right) and from left to right (see the black arrow below) and thus in the sheet running direction R and from left to right.
  • a printed sheet B which is uniformly colored by the method according to the invention after UV irradiation, may, however, be incompletely dried, by the way.
  • it must therefore be determined exactly for which pigment density of the UV-reactive pigments which UV irradiation power results and which discoloration occurs in this case.
  • the discoloration of all used or inline-produced test sheets is completely uniform and sufficiently strong in color change.
  • the function of the drying device of the printing press can be detected as satisfactory. If, nevertheless, the coating does not harden sufficiently, another factor which may be considered is insufficient doping of the coating medium with UV-reactive curing constituents. Then, the per se intended polymerization and thus the curing of the coating can not get started.
  • a UV-reactive medium in the form of a modified ink, a modified printing ink or a modified printing ink, is used.
  • This UV-reactive medium undergoes a color change when exposed to UV light. It must be processable and printable for the printing process used, comparable to a conventional ink, printing ink or conventional varnish.
  • the modified printing ink must be measurable densitometrically during processing, ie before irradiation, in order to be able to dose and apply a reproducible ink layer thickness.
  • the UV-reactive medium must continue to remain thermally stable and lightfast both before, during and after irradiation.
  • the UV-reactive medium can be used for an online to a printing process feasible control of the drying effect.
  • the UV-reactive medium is co-applied, inside the printing press, before passing through the drying station of a UV lamp.
  • this process can be partial or planar in its distribution on the printed sheet, and on the other hand, it is carried out for a continuous follow-up control or discontinuously for producing selectively outputable document sheet.
  • the application of the UV-reactive medium can be carried out on each sheet, in which, for example, corresponding drying measurement fields are integrated into an existing print control strip.
  • the UV-reactive medium for forming the drying measuring fields can then be applied via a separate printing unit.
  • the machine configuration can be considered by the order of the UV-reactive medium is carried out according to a respective dryer arrangement or dryer connection. It should be noted that at least the UV lamps to be monitored come to effect only after the application of the UV-reactive medium.
  • the application of the UV-reactive medium to the substrate can be direct or indirect, i. z. B. on an inkjet printing device at decidedly selected points on the sheet or as a test medium on a flexographic printing, such as a paint module of an offset printing press, or in the normal printing process on a conventional printing unit of a printing press.
  • the irradiation of the UV light causes a color change of the UV-reactive medium which has been applied, for example, in the form of a modified inkjet ink or a modified varnish (printing varnish) or a modified printing ink.
  • the proposed method can be used for checking the lamp power of dryers in printing presses.
  • the lamp power of a UV dryer or spotlight system deteriorates during the period of use and also depending on their mode of use.
  • the radiator output In order to be able to ensure sufficient UV output of the dryer system for reliable or at least sufficient curing of printed products, the radiator output must be controlled at certain time intervals.
  • the control of the spotlights can be done at commissioning of the printing press and at different time intervals. This can be done on a specific substrate to ensure comparability.
  • the UV-reactive medium can be applied in the form of a modified lacquer or a modified printing ink as a separate test medium or admixture to an existing lacquer or a paint over a conventional coating unit or printing unit.
  • the application can be made across the entire sheet format.
  • the sheet with the applied paint or the applied paint is exposed in the delivery and after each printing unit, as under normal production conditions, to the UV lamps installed in the system.
  • the irradiation of the UV light causes a color change of the UV-reactive medium. This allows a review of the lamp power over the entire format length and format width. This can be done as the sum of all UV / UV LED emitters installed in the machine, or separately for each individual emitter located in the machine.
  • the evaluation of the condition of the UV emitter can be done by comparing the color change either visually, densitometrically or colorimetrically. This is based on an evaluation algorithm for balancing the drying effect with a measured value, in which, for example
  • the densitomethsche or colohmetric (colorimetric) measurement can be done either manually outside the machine, ie offline, or as an inline measurement, which can give a feedback to the machine performance, if necessary to readjust the radiator output.
  • an automatic control sequence for discriminating the state of individual UV emitters is possible, i. Lamps / LEDs are activated separately and their power distribution is documented. The resulting maintenance report (evaluation manually or automatically, see above) then provides a statement as to where any performance deficits need to be eliminated in a targeted manner.
  • UV-reactive pigments can already be applied to a format sheet (flat or partial). These sheets can also be processed as a test or slip sheet during ongoing production. Already provided in the stack of printing material on a sheet-fed press such test sheets are inserted at defined intervals and then allow a continuous detection of the radiator power during the edition. By evaluating the color change, this can serve to safeguard the process with regard to the UV lamp output.
  • FIG. 5 shows the variant of an arrangement of test areas for the inline process.
  • strip-shaped test areas T are provided at the start of the sheet and at the edges. These test areas can be found everywhere in so called pressure-free zones are arranged.
  • the UV-reactive medium is applied by means of a printing plate.
  • the action of the UV emitters will then lead to a color reaction in the test areas T, which can be measured inline or in-line by means of the quality control devices.
  • the drying effect can be detected both over the width of the printed sheet B and over its length in the transport direction R.
  • test surfaces integrated in the print sheet By means of the test surfaces integrated in the print sheet, a continuous monitoring of the drying effect of the UV lamps within the scope of the recorded machine parameters is readily possible.
  • FIG. 6 shows a protocol process in the manner of a flowchart. From the executed sequence representation, the following variants of the method according to the invention can be taken by way of example by way of various process sequences for the drying control process and of associated evaluation possibilities:

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Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung einer Druckmaschine, die insbesondere zum Drucken von UV-reaktiven Druckfarben genutzt wird, soll die Strahlerleistung einer Trocknungseinrichtung kontrolliert werden, um die Verarbeitung von durch Strahlung härtenden Druckfarben und Lacken zu sichern. Die Strahlungsleistung wird mittels in der Beschichtung eingebrachten UV-reaktiven Pigmenten kontrolliert, die auf UV-Einstrahlung mit einem Farbumschlag reagieren. Der Polymerisationsgrad der Druckfarben und / oder Lacke wird dabei inline, d.h.während des Druckprozesses,oder offline, d.h. außerhalb der Druckmaschinenach dem Druckprozess, bestimmt. Aus der jeweils erfolgten Erfassung des Farbumschlages der Pigmente werden Kenngrößen für die Strahlerleistung abgeleitet. Durch Einsatz von dotierten Druckbogen in regelmäßigen Abständen in Bogenstapeln kann die Qualität der Trocknung in einem Druckauftrag kontinuierlich dokumentiert werden.

Description

manroland AG
Verfahren zur Überprüfung der Leistung von UV-Strahlern in einer Druckmaschine mittels UV-reaktiver Medien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Leistung von UV- Strahlern bei der Steuerung einer Druckmaschine, insbesondere bei dem Einsatz strahlungshärtender Druckfarben.
Der Druck mit Strahlungshärtenden Offsetdruckfarben hat in der heutigen Druckindustrie eine weite Verbreitung gefunden und ist weitläufig bekannt. Vorteile des Drucks mit den Strahlungshärtenden Druckfarben liegen in der schnellen, spontanen Vernetzung nach der Bestrahlung mit einer UV-Strahlungsquelle, der Lösungsmittelfreiheit der Druckfarben und der guten Bedruckbarkeit von nicht sau- genden Substraten.
Konventionelle Druckfarben sind entweder ölbasierend oder lösemittelhaltig aufgebaut. Ölbasierende Druckfarben trocknen einerseits durch die Oxidation der Bindemittel auf Ölbasis und gleichzeitiges so genanntes Wegschlagen, d.h. durch Eindringen von Farbkomponenten in den saugfähigen Untergrund des Bedruckstoffes. Andererseits erfolgt die Trocknung auch durch Verdampfen der in der Druckfarbe befindlichen leichtflüchtigen Öle (Heat-Set-Verfahren). Strahlenhärtende Druckfarben und Lacke härten dagegen durch einen fotochemischen Prozess, der auch als Vernetzung bezeichnet wird. Der flüssige oder unvernetzte Druckfar- benfilm wird durch die Polymerisation unter Einwirkung von UV-Licht in einen festen Zustand übergeführt.
Es sind aber Fehlerfälle bekannt geworden, bei denen unvernetzte Druckfarbenbestandteile durch Abklatsch im Auslegerstapel einer Bogendruckmaschine oder durch Abklatsch in einer Rolle nach dem Druck auf die Rückseite des darüber befindlichen Substrats übertragen wurden. Auch können Druckfarbenbestandteile durch den Bedruckstoff hindurch migrieren. Eine Migration von Druckfarbenbestandteilen oder ein Abklatsch von Druckfarben kann bei Verpackung zu einer sensorischen Beeinflussung des Füllgutes führen. Bei dem Überschreiten von spezifischen Migrationlimits kann im Falle einer Verpackung für Lebensmittel eine gesundheitliche Beeinträchtigung des Konsumenten nicht ausgeschlossen werden. Bei Überschreiten der spezifischen Migrationlimits müssen Verpackungen auf jeden Fall aus dem Verkehr gezogen werden, was neben dem finanziellen Folgen meist auch ein Verlust der Reputation des Markenherstellers im Markt zur Folge hat. Die Wahrung der gesundheitlichen Unbedenklichkeit ist vorrangig. Laut §30 LMBG ist es verboten Bedarfsgegenstände so herzustellen, dass sie bei bestimmungsgemäßen Gebrauch geeignet sind, die Gesundheit durch ihre stoffliche Zusammensetzung, insbesondere durch toxikologisch wirksame Stoffe oder Verunreinigungen zu schädigen. Zudem gilt nach deutschem und europäischem Recht und ebenso in den USA das „No-Migration-Prinzip", d.h. ein Übergang von Stoffen auf das verpackte Lebensmittel ist zu vermeiden. Deswegen ist es besonders wichtig auf jeden Fall die Vernetzung der Strahlungshärtenden Druckfarbe auf dem Bedruckstoff sicher zu stellen.
Eine andere Problematik ergibt sich aus der Bedienung der Druckmaschine. Sind Strahlungshärtende Druckfarben- oder Lackschichten auf dem Bedruckstoff nicht ausreichend durchgehärtet und der Maschinenbediener zieht, zum Beispiel zur Kontrolle der Druckqualität, Probeexemplare, so können migrationsfähige Bestandteile der Strahlungshärtenden Druckfarben über die Haut aufgenommen werden. Neben den gesundheitlichen Gefährdungen können auch Reizungen und al- lergische Reaktionen der Haut entstehen.
Eine weitere Problematik im Druckereibetrieb entsteht dadurch, dass Druckbögen mit unvernetzten Druckfarben- oder Lackbestandteilen in der Regel als Sonderabfall behandeln werden. Dies erfordert einen logistischen Mehraufwand und erzeugt in der Regel Mehrkosten für die Entsorgung. Druckmaschinen weisen schon heute Vorrichtungen und Verfahren auf, der die Menge der Makulaturen vermeiden. So sind schon heute die UV-Trockner an den Maschinen bekannter Hersteller mit der Druckmaschinensteuerung verbunden. Erst wenn der von dem Bediener angewählte UV-Trockner seine Betriebsbereit- schaft an die Druckmaschinensteuerung rückmeldet, kann mit dem Druck begonnen werden. Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass Druckbögen mit un- vernetzten Druckfarben oder Lacken erzeugt werden. Sollte aus irgendwelchen Gründen ein Strahler ausfallen, so wird auch der Anleger der Maschine, und damit die Bogenzufuhr, gesperrt und der Druck unterbrochen.
Diese Lösungen betrachten aber nur den Fall, das der Strahler einen Totalausfall hat. Strahlerleistungen und Intensität müssen jedoch für jeden Druckjob individuell angepasst und eingestellt werden, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Die nahe liegende Lösung immer mit maximaler Strahlerleistung zu produzieren um eine sichere Vernetzung des Druckfarben- oder Lackfilms sicher zu stellen, verbietet sich meistens, da neben der Nutzstrahlung auch Wärmestrahlung auf das Drucksubstrat übertragen wird. Dies kann gerade bei wärmesensitiven Bedruckstoffen, zum Beispiel dünnen Folien, zu einer Veränderung von Bedruckstoffdimensionen und Verwerfungen führen, die als Folge meistens auch Passerprobleme des Drucks haben. Die Qualität des UV-Drucks ist von der Betriebszeit der Strahler, der Verschmutzung der Reflektoren und von der Veränderung der spektralen Charakteristik der Strahlungsverteilung abhängig. Auch muss die Strahlungsleistung an den verwendeten Bedruckstoff, die verwendeten Druckfarben- und Lacke und der Druckgeschwindigkeit angepasst werden. Die Performance der Filmhärtung wird von Druckfarben unter anderem auch wesentlich von der Pigmentierung mitbestimmt. Eine dunkle Druckfarbe, wie Zum Beispiel Schwarz, benötigt eine höhere Energiebestrahlung als eine helle Druckfarbe, da das dunkle Pigment einen hohen Anteil der eingestrahlten UV-Strahlung absorbiert und dieser Teil der Strahlung folglich nicht mehr für den Härtungsprozess zur Verfügung steht. Die Leistungsdaten eines UV-Strahler, die in der Regel in Watt/cm angegeben werden, geben keine Aussage über die tatsächlich wirksame UV-Leistung und die spektralen Eigenschaften des Strahlers. Der Drucker sollte mit einem modernen UV-Kontrollsystem in der Lage sein den Prozess direkt nach der Härtungsperfor- mance einzurichten.
Es wurde verschiedentlich vorgeschlagen, die abgegebene Strahlungsleistung und Strahlungsverteilung der UV-Strahler inline zu überwachen. Systeme für die Inline- Prozeßkontrolle bieten zum Beispiel die möglich zum Beispiel zu Beginn der Pro- duktion die für das optimale Härtungsergebnis erforderliche Lampenleistung einzu- lesen. Mit modernen Überwachungssystemen kann die Überwachung von Intensität und Leistung unter Nutzung eines Spektrometers zu überwachen. Verschiebungen im Spektrum oder Lampenleistung können dann durch einen geschlossenen Regelkreis jederzeit wieder hergestellt werden.
Ein derartiges Regelverfahren wird in der US 4,032,817 beschrieben. Als Möglichkeiten der Anpassung an die aktuellen Betriebsbedingungen der Verarbeitungsanlage ist die Anpassung der Lampenleistung, aber auch die Anpassung der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Produktionsanlage erwähnt.
Der Nachteil solcher Qualitätsmesssysteme liegt darin, dass von der Lampenleistung indirekt auf das Härtungsergebnis geschlossen wird. So könnten eventuell auch Veränderungen der Produktionsbedingungen, zum Beispiel temporäre Schwankungen der applizierten Schichtdicke und der Produktionsgeschwindigkeit das Härtungsergebnis beeinflussen, ohne das die Lampenleistung sich in ihrer spektralen Charakteristik oder in ihrer Leistung sich ändert. Aktuell wird aber von vielen Einkäufern von Drucksachen gefordert, eine Statistik oder gar eine 100% Qualitätsaussage über auftragsgemäß gedruckte Produkte zu bekommen. Der Hintergrund eines solchen Wunsches ist durchaus verständlich, da der Hersteller der Produkte am stärksten unter dem Imageverlust, und damit unzweifelhaften verbunden Verlust an Umsatz, betroffen ist. Ein indirekter Nach- weis über die spektrale Messung der Lampenleistung ist jedoch nur ein Indiz für die Durchpolymerisierung der Druckfarben- oder Lackschichten, bietet aber keine Gewähr dafür.
Viel besser wäre es auf dem Druckprodukt inline oder offline die Härtung der Druckfarben- oder Lackschichten zu bestimmen. Die dynamische Härtung von Lackschichten und pigmentierten Druckfarbenschichten kann zum Beispiel durch die Verfahren der Real Time FTIR (Fourier Transform infrared) bestimmt werden. Anwendungsbeispiele hierfür finden sich u. a. in der Abhandlung Bo Jang, „Stu- dies of Pigmented UV Curable Systems by real time FTIR", Sartomer Company, Exton, PA (www.sartomer.com/wpapers/5035.pdf ).
Hierzu ist ebenso eine geeignete Infrarot-Messtechnik bekannt. In einer ersten Anwendung wird die Probe von einer Pulsquelle mit Infrarotspektren in bestimm- ter, variabler Pulslänge und Pulsrate bestrahlt, und die remittierte Strahlung mit einem Sensor erfasst und über die Auswertung von Integrationszeit und Auslesezeit ausgewertet. Damit ist eine hoch-dynamische Messung der Photonen Pulse möglich.
Weiterhin ist aus der DE 10 2006 015 277 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Druckmaschine bekannt. In der Druckmaschine, die insbesondere zum Drucken von UV-reaktiven Druckfarben genutzt wird, werden Maßnahmen zur Steuerung von Maschinenleistung, von Strahlerleistung und gegebenenfalls einer Markierungseinrichtung einer Druckmaschine zur Verarbeitung von durch Strahlung här- tenden Druckfarben und Lacken eingesetzt. Der Polymerisationsgrad der Druckfarben und / oder Lacke wird dabei inline, d.h. während des Druckprozesses, oder offline, d.h. außerhalb der Druckmaschine nach dem Druckprozess, bestimmt. Aus der jeweils erfolgten Messung werden Kenngrößen für die Steuerung der Strahlerleistung, der Maschinenleistung und / oder für die Ansteuerung von Markierungs- einrichtungen abgeleitet. Damit lassen sich zuverlässige Werte für die Trocknung von mittels Strahlung härtender Schichten mit erhöhtem Aufwand gewinnen. Auch ist eine Auswertung in der Regel nur punktuell möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Verfahren an einer Druckmaschine zu- schaffen, mittels derer eine gute Auswertbarkeit der Trocknungswirkung sowohl örtlich am Druckbogen als auch in Bezug auf die Strahlerleistung erzielbar ist.
Die Lösung der Aufgabe gestaltet sich nach den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Druckmaschine, vorzugsweise einer Offsetdruckmaschine, wobei der Polymerisationsgrad der gedruckten Färb- oder Lackschichten direkt auf dem Bedruckstoff durch einen Farbumschlag erfasst wird. Anhand dieser Werte des Farbumschlages kann dann eine Beeinflussung von Steuerungen und Regelungen der Druckmaschine und der mit der Druckmaschine verbundenen Aggregate erfolgen. Damit wird eine hohe Qualität und Sicherung der Produktion mit Strahlungshärtenden Druckfarben erreicht.
Die Messung am Bedruckstoff mit den aufgedruckten Druckfarben- oder Lackschichten kann „Inline" in der Druckmaschine erfolgen, wobei geeignete Sensoren über dem Druckzylinder oder im Bereich der Auslage einer Bogendruckmaschine oder an beliebiger Stelle über der Bahn einer Rollendruckmaschine angeordnet sind. Die Sensoren können über die gesamte Breite des Bedruckstoffs messen oder nur auf einige kritische Drucksujetbestandteile ausgerichtet sein. Oftmals wird es ausreichen, Messungen nur an kritischen Drucksujetbestandteilen, beste- hend zum Beispiel aus hohen Schichtdicken oder dunklen Druckfarbenschichten, durchzuführen, da bei einer ausreichenden Durchhärtung solcher kritischer Bereiche des Drucksujets mit Sicherheit davon auszugehen ist, dass auch die einfacheren Bereiche eine ausreichende Polymerisation aufweisen.
Die Inline-Messanlage kann über einen oder mehrere Druckzylinder einer Druckmaschine installiert sein. Sinnvoll erscheint es mindestens eine Messvorrichtung über dem Druckzylinder eines Druckwerkes, vorzugsweise nach dem letzten Druckwerk, und eine Messanlage nach dem Lackwerk zu installieren. Lacke werden oft flächig aufgetragen und eine Messung der Druckfarbenschichten wäre dann nicht mehr einfach möglich, wenn nur eine Messanlage nach dem Lackwerk installiert wäre.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Messung „Offline", wobei die Messprobe, zum Beispiel ein Druckbogen oder Teile eines Druckbogens, zum Beispiel in ein Analysegerät eingelegt oder in einfachster Weise direkt in Augen- schein genommen wird. Diese Lösung ist jedoch gegenüber der „Inline" Messung nachteilig, da es immer noch einer Aktivität eines Maschinenbedieners bedarf. Es unterliegt folglich dem Maschinenbediener, wie engmaschig die Kontrolle des Polymerisationsprozesses ist. Eine 100% Kontrolle, wie bei der Inline-Messung ist nicht möglich.
Erfindungsgemäß sind aber beide Messverfahren, „Inline" oder „Offline", die in Kombination oder alternativ angewandt werden können, direkt mit der Maschinensteuerung und / oder der Ansteuerung für die UV-Strahler oder UV-Laser verbunden.
Im Falle einer nicht ausreichenden Durchhärtung der Druckfarben- oder Lackschichten kann dann unverzüglich die Lampenleistung in einem geschlossenen Regelkreis angepasst werden, indem zum Beispiel die Energiezufuhr zum UV - Strahler gesteigert und/oder andere UV-Strahler zugeschaltet werden.
Es besteht aber nicht immer die Möglichkeit die Bestrahlungsstärke zu steigern, zum Beispiel, weil keine Leitungsreserven mehr vorhanden sind, oder weil das Substrat keinen zusätzlichen Wärmeintrag, der mit einer Leistungssteigerung, zu mindestens bei Einsatz konventioneller HG-Mitteldruckstrahler, verbunden ist nicht mehr verträgt. In diesem Fall wird die Fortdruckleistung der Druckmaschine soweit reduziert bis die Polymerisationskenn- oder messwerte die durch die Messeinrich- tungen gewonnen werden, wieder eine ausreichende Polymerisation widerspiegeln. In einer besonderen Ausführung wird die maximale Drehzahl der Druckmaschine auf die Druckgeschwindigkeit begrenzt, die gerade noch eine ausreichende Polymerisation der Druckfarben- und Lackschichten gewährleistet. So kann ver- meiden werden, dass der Maschinenbediener willentlich oder unwillentlich nicht ausreichend durchgängig polymerisierte Druckbögen produziert.
In einer einfachen Ausführung der Erfindung werden dem Maschinenbediener eine oder mehrere Maßzahlen, oder ein oder mehrere Kennwerte auf dem Druckma- schinenleitstand angezeigt, der den Grad der Polymerisation anzeigt.
Im einfachsten Fall könnte dies eine „Ampel" mit drei Anzeigefeldern sein: ROT: - unzureichende Polymerisation, GELB: - kritischer Polymerisationsgrand, an der Grenze und GRÜN: - vollständige Polymerisation). Der Maschinenbediener muss in diesem Fall selbsttätig reagieren und entweder die Maschinenleistung reduzieren oder die Bestrahlungsenergie auf dem Druckbogen erhöhen.
In einer weiteren Ausprägung der Erfindung werden alle Druckbögen, die von der Messeinrichtung als nicht ausreichend ausgehärtet erscheinen, durch eine oder mehrere Markierung am Bogenrand oder in der Bogenfläche, oder durch eine Nutzenbezogene Markierung markiert. Bei einer nutzenbezogenen Markierung dient die Markierung dazu die markierten Nutzen später in der Weiterverarbeitung ausschleusen zu können. Auch der umgekehrte Fall, die Markierung aller Gutbogen ist natürlich denkbar. Markierungen können in bekannter Weise durch Tintenstrahldrucker, durch Laserdrucker, durch Laser, durch Sprühköpfe oder durch Stifte mit einer unsichtbaren oder sichtbaren Markierung erfolgen.
Im UV-Druckprozess werden zur Härtung von Färb- und Lackschichten UV-/ LED- Strahler eingesetzt. Durch die Einstrahlung von UV-Licht findet die Aushärtung durch Polymerisation einer aus einem applizierten UV-Farb- bzw. Lacksystem be- stehenden Beschichtung statt. Der Druckprozess kann z.B. in Offset-, Flexo-, Sieb- oder Digital-Druckwerken erfolgen. Für die vollständige Aushärtung der Beschichtung ist der Eintrag einer Mindestenergiemenge notwendig, damit eine vollständige Polymerisation und damit eine genügend ausreichende Durchhärtung der Färb- und Lackschicht erzeugt werden kann.
UV-Strahler erfahren über ihren Einsatz hinweg einen Leistungsabfall. Die Lebensdauer von UV-Strahlern ist z.B. abhängig von der Häufigkeit der Neustarts, dem Betrieb mit korrekter Kühlung, der Verschmutzung der Strahler, hierbei sind vor allem deren Randbereiche betroffen, sowie der maximal für den Trocknungsbzw. Härtungsprozess eingesetzten Strahlerleistung.
Durch die Reduzierung der Lampenleistung ist es notwendig diese in bestimmten Zeitintervallen zu kontrollieren, um genügend UV-Leistung für eine ausreichende Härtung zu garantieren. Insbesondere Im Bereich von Verpackungen, die in direk- tem Kontakt zum Inhalt stehen, ist sonst eine potenzielle Gesundheitsgefährdung gegeben. Zunehmend müssen die an der Prozesskette beteiligten nachweisen, dass Qualitätsvorgaben bzgl. Herstellung eingehalten wurden.
Bisher eingesetzte Messsysteme zur Erfassung von UV-Strahlung können etwa in folgende Gruppen unterteilt werden:
1. Labormessung auf einem Prüfstand; als Messprinzip wird verwendet: UV-Sensor / Temperaturfühler
2. Überwachen der UV-Leistung in Maschine; als Messprinzip wird verwendet: UV-Sensormesszelle, Quarzrohr und UV-Sensor als mobil oder fest installierter Messstab bzw. Messzelle.
3. Inline Messung in der Druckmaschine auf Bedruckstoffhöhe als Messprinzip wird verwendet: Fotometrische Durchlichtmessung von UV- empfindlichen Folienstreifen / Farbumschlag des Messstreifens in Abhängigkeit der UV-Leistung Es ergeben sich Probleme bzw. Defizite, wenn die unter der Verwendung der o- ben aufgeführten Varianten zur Überprüfung der UV-Strahlerintensität durchgeführt werden. Diese stellen sich wie folgt dar:
Zu 1. Labormessung (Prüfstand)
- es ist keine Inlinemessung in der Maschine möglich
- nach Durchführung einer System-Kalibrierung sind vorher erfasste Werte nicht mehr als Vergleichswerte brauchbar
- Verfahren mit der geringsten Messrate
zu 2. Inline Überwachung der UV-Leistung
- Je UV-Spektrum ist eine eigene Messzelle notwendig
- die Dosis der UV-Einstrahlung kann nicht bestimmt werden
- Messsysteme, die in der Druckmaschine eingesetzt sind, können leicht durch Puder oder Papierstaub verschmutzen
- eine hohe Messgenauigkeit ist ständig durch mögliche Fehlbedienungen des Personals in Frage gestellt
Zu 3. Inline Messung in der Druckmaschine auf Bedruckstoffhöhe - die Teststreifen sind licht- und temperaturempfindlich
- es ergeben sich große Messabweichungen
- Messungenauigkeiten können durch den Bediener hervorgerufen werden
- der Messvorgang gestaltet sich durch die Anbringung von Teststreifen auf den Druckbogen als ziemlich aufwändig - es sind nur punktuelle Messung möglich, nicht jedoch die Messwerterfassung über die gesamte Formatlänge und Formatbreite
- es sind keine Messungen für UV-A-Strahlung möglich
Die vorliegende Erfindung beruht im Wesentlichen auf der Art des Verfahrens ei- ner UV-Strahlerleistungskontrolle in der Druckmaschine. Für zwei Anwendungen kommt ein UV-reaktives Medium, in Form einer modifizierten Tinte oder eines mo- difizierten Drucklackes, zum Einsatz. Dieses UV-reaktive Medium erfährt bei Einstrahlung von UV-Licht einen Farbumschlag
Eine erste erfindungsgemäße Verfahrensweise dient der Ausführung einer Online- Kontrolle mit Nachweisfähigkeit des Trocknungsergebnisses.
Das UV-reaktive Prüfmedium wird während des Produktionsprozesses mitlaufend, innerhalb der Druckmaschine, vor dem Durchlaufen einer Arbeitsstation mit UV- Bestrahlung aufgetragen. Dieser Vorgang kann entweder partiell (siehe Figur 5: Prüfbereich außerhalb des Druckbildbereiches) oder flächig (siehe Figur 1 bis 4: Prüfbereich über den gesamten Bildbereich erstreckt) erfolgen. Weiterhin ist der Vorgang kontinuierlich als mitlaufende Kontrolle durchführbar oder er wird diskontinuierlich zur Erzeugung eines Belegbogens für das Arbeitsergebnis eingesetzt. Der Vorgang des Aufbringens des UV-reaktiven Prüfmediums auf den Bedruck- stoff kann hierbei auf direktem oder auf indirektem Weg erfolgen. Das UV-reaktive Prüfmedium könnte z.B. mittels einer Anordnung von Inkjet-Druckköpfen in einer Druckstation auf einen als Prüfbogen ausgewählten Druckbogen über dessen ganze Druckfläche oder an ausgewählten Stellen aufgetragen werden.
Durch die Einstrahlung von UV-Licht an einer entsprechenden Trocknungsstation wird ein Farbumschlag des UV-reaktiven Prüfmediums, z.B. hier in Form einer modifizierten Inkjet-Tinte, in der Beschichtung auf einem als Prüfbogen beschichteten Druckbogens. Dadurch erhält man eine mitlaufende Kontrolle zur Sicherstellung einer konstanten Überprüfung zur Gewährleistung einer UV-Einstrahlung zur Härtung der Beschichtung mit ausreichender Leistung zur vollständigen Härtung.
Alternativ kann das UV-reaktive Prüfmedium auch in einem Flexo-Druckwerk der Druckmaschine, also z.B. in einem Lackwerk mit Rasterwalze flächig aufgetragen werden. Durch Benutzung einer bebilderten Hochdruckplatte kann das Prüfmedi- um auch dort gezielt in bestimmten Bereichen aufgetragen werden. Eine zweite Verfahrensweise dient der Überprüfung der Lampenleistung der für die Trocknung verwendeten UV-Strahler.
Die Lampenleistung einer UV-Trocknungsanlage reduziert sich über die Einsatz- dauer und Einsatzweise. Um eine genügende Strahlungsleistung der UV-Strahler zur ausreichenden Härtung gewährleisten zu können, muss die abgelieferte Strahlungsleistung in bestimmten Zeitintervallen kontrolliert werden. Das UV-reaktive Prüfmedium kann in Form eines modifizierten Lackes als separates Testmedium oder Beimischung zu einem bestehend Lack über ein konventio- nelles Lackwerk auf Prüfbogen aufgetragen werden. Die Applikation kann vollflächig über das gesamte Bogenformat erfolgen. Die Prüfbogen werden mit einer entsprechend aufgetragenen Lackbeschichtung in einem Bogenausleger der Druckmaschine, wie unter normalen Produktionsbedingungen, der Strahlung der in der Druckmaschine installierten UV-Strahler ausgesetzt. Durch die Einstrahlung des UV-Lichts erfolgt dann in der Lackbeschichtung ein Farbumschlag des UV- reaktiven Prüfmediums. Diese Farbreaktion ist identifizierbar und lässt eine Überprüfung der Lampenleistung über die komplette Formatlänge und Formatbreite zu.
Die Auswertung des Zustandes der UV-Trocknungsanlage kann über den Ver- gleich des Farbumschlags entweder visuell, densitometrisch oder colorimethsch erfolgen. Hierfür muss ein Auswertemechanismus (Farbort/ Dichte vs. UV-Dosis/ Farbvergleichsskala o. ä.) zugrunde gelegt werden. Dies kann entweder manuell außerhalb der Maschine oder als Inlinemessung erfolgen, die eine Rückmeldung an den Maschinenleistung geben kann, um ggf. die Strahlerleistung nachzuregeln. Als weitere Ausführung ist eine automatische Kontrollsequenz zur Unterscheidung des Zustandes einzelner UV-Strahler möglich, d.h. UV-Strahlerlampen bzw. LEDs werden separat aktiviert und deren Leistungsverteilung wird dokumentiert. Das daraus resultierende Wartungsprotokoll, wobei die Auswertung manuell oder automatisch wie oben beschrieben erfolgen kann, liefert dann eine Aussage, wo Leistungsdefizite der Trockneranlage gezielt beseitigt werden müssen. Eine dritte Verfahrensweise dient der kontinuierlichen Überwachung von Druckaufträgen, bei denen die UV-Trocknung eingesetzt wird.
Alternativ zum gesteuerten und inline erfolgenden Einbringen von UV-reaktivem, flüssigem Prüfmedium können UV-reaktive Pigmente bereits auf einem Druckbogen / Formatbogen flächig oder partiell aufgebracht sein. Diese Druckbogen können dann als Test- bzw. Belegbogen auch in der laufenden Produktion verarbeitet werden. Bereits im bereitgestellten Bedruckstoffstapel an einer Bogendruckmaschine sind in definierten Abständen derartige Prüfbögen eingelegt und erlauben dann einen kontinuierlichen Nachweis der Strahlerleistung während der Auflage. Durch Auswertung des Farbumschlag kann dies zur Prozessabsicherung hinsichtlich der UV-Strahlerleistung dienen.
Die Prüfbogen können markiert sein und mittels einer Auswerteeinrichtung erkannt werden. Die Markierung kann ebenfalls beim Inlinebeschichten, wie oben beschrieben, mit aufgebracht werden. Auch dann können die Prüfbogen leicht automatisch aussortiert werden.
Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, dass in Bogendruckmaschinen mittels so genannter Bogenweichen die Möglichkeit besteht, derartige Prüfbogen gezielt auszusondern und abzulegen.
Grundsätzlich kann also mit der oben beschriebenen ersten und der dritten Verfahrensweisen jeweils ein Trocknungsprozess im Druckbetrieb überwacht und das Trocknungsergebnis dokumentiert werden. Weiterhin kann mit der zweiten Verfahrensweise die Druckmaschine hinsichtlich ihrer Einstellung und generellen Funktionsfähigkeit im Hinblick auf die Trocknung mit UV-Strahlern kontrolliert und gegebenenfalls neu eingestellt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit zeichne- rischen Darstellungen erläutert. Darin zeigen
Figuren 1 bis 4 mögliche Auswertungsbeispiele auf der Basis der erfin- dungsgemäßen Verfahrensweise, Figur 5 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für partielle Prüfbereiche und Figur 6 ein Flussdiagramm zur Verfahrensdurchführung.
In Figur 1 ist ein Drucksubstrat als Druckbogen B mit einem Druckbild dargestellt. Der Druckprozess erfolgt nun als Testlauf für die Druckmaschine oder als Produk- tionsprozess für eine Serie zu beschichtender Druckbogen.
Die Druckbogen B werden dabei in einer Transportrichtung R durch eine Bogendruckmaschine bewegt. Sie werden dort beschichtet und anschließend getrocknet. Auf den Druckbogen, die als Prüfbogen vorgesehen werden, ist entweder in der aufzutragenden Beschichtung oder in einer Vorbeschichtung eine Schicht UV- reaktiver Pigmente eingebracht. Diese UV-reaktiven Pigmente können sich bei entsprechend intensiver UV-Einstrahlung farblich verändern. Die farbliche Veränderung (Farbumschlag) führt zu einer Veränderung in der optischen Wirkung der Beschichtung des Prüfbogens.
Dieses Ergebnis des Farbumschlages ist in Figur 2 bis 4 beispielhaft dargestellt.
In Figur 2 ist eine von rechts nach links (siehe schwarzer Pfeil unten) und damit quer zu Bogenlaufrichtung R abfallende Verfärbung der Beschichtung des Druckbogens B gezeigt. Dies stellt dar, dass am rechten Rand des Druckbogens die UV-Einstrahlung zu einer ausreichenden Härtung geführt hat, während auf der linken Seite die Beschichtung zu wenig oder gar nicht gehärtet wurde.
Ursache hierfür kann sein, dass die UV-Lampen abgenutzt, ungleichmäßig verschmutzt, die Lichtausbeute innerhalb einer UV-Lampe ungleichmäßig oder bei Zusammenschaltung mehrerer UV-Lampen einzelne UV-Lampen zu wenig Strahlungsleistung bringen.
Die erfasste Ungleichmäßigkeit der Strahlungsleistung kann durch Nachsteuern der entsprechenden UV-Lampen und im Grenzfall durch Reinigung oder Lampenaustausch beseitigt werden.
In Figur 3 ist eine von oben nach unten (siehe schwarzer Pfeil rechts) und damit in Bogenlaufrichtung R abfallende Verfärbung der Beschichtung des Druckbogens B gezeigt. Dies bedeutet, dass im Bereich der oberen Kante des Druckbogens B die UV-Einstrahlung zu einer ausreichenden Härtung geführt hat, während im Bereich der unteren Kante die Beschichtung zu wenig oder gar nicht gehärtet wurde.
Ursache hierfür kann sein, dass die Lichtausbeute innerhalb der UV-Lampen zeit- lieh ungleichmäßig ist oder dass der Druckbogen im Bereich des Trockners flattert, so dass der Abstand zum UV-Strahler ungleichmäßig ist. Ebenso kann der UV- Strahler zu weit von der Bogenbahn weg eingestellt sein, so dass er am Bogenan- fang (untere Kante des Druckbogens B) nicht ausreichend intensiv auf den Druckbogen B einstrahlt.
Die erfasste Ungleichmäßigkeit der Strahlungsleistung kann durch statisches oder dynamisches Nachsteuern der entsprechenden UV-Lampen und durch Verbesserung der Bogenführung im Bereich der Trocknung beseitigt werden.
In Figur 4 ist eine von oben nach unten (siehe schwarzer Pfeil rechts) und von links nach rechts (siehe schwarzer Pfeil unten) und damit in Bogenlaufrichtung R und von links nach rechts abfallende Verfärbung der Beschichtung des Druckbogens B gezeigt. Dies bedeutet, dass im Bereich der oberen, linken Ecke des Druckbogens B die UV-Einstrahlung zu einer ausreichenden Härtung geführt hat, während im Bereich der unteren, rechten Ecke die Beschichtung zu wenig oder gar nicht gehärtet wurde. Die möglichen Ursachen hierfür wurden zuvor bereits beschrieben und überlagern sich in diesem Fall.
Ein Druckbogen B, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach UV- Bestrahlung gleichmäßig eingefärbt ist, kann im Übrigen gleichwohl unvollständig getrocknet sein. Je nach Beimischung des UV-reaktiven Prüfmediums ist daher genau zu ermitteln für welche Pigmentdichte der UV-reaktiven Pigmente sich welche UV-Einstrahlungsleistung ergibt und welche Verfärbung hierbei auftritt.
In idealer Weise ist die Verfärbung bei allen eingesetzten oder inline produzierten Prüfbogen vollkommen gleichmäßig und ausreichend stark im Farbumschlag. Damit kann die Funktion der Trocknungseinrichtung der Druckmaschine als zufriedenstellend nachgewiesen werden. Sollte trotzdem die Beschichtung nicht aus- reichend gehärtet sein, kommt als weitere Ursache noch eine nicht ausreichende Dotierung des Beschichtungsmediums mit UV-reaktiven Härtungsbestandteilen in Frage. Dann können ebenfalls die an sich beabsichtigte Polymerisation und damit die Härtung der Beschichtung nicht in Gang kommen.
Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass die Erfindung im Wesentlichen auf der Art des Verfahrens einer UV-Strahlerleistungskontrolle in der Druckmaschine beruht. Für zwei Anwendungsbeispiele kommt ein UV-reaktives Medium, in Form einer modifizierten Tinte, eines modifizierten Drucklackes oder einer modifizierten Druckfarbe, zum Einsatz. Dieses UV-reaktive Medium erfährt bei Einstrah- lung von UV-Licht einen Farbumschlag. Es muss für das verwendete Druckverfahren vergleichbar mit einer konventionellen Tinte, Druckfarbe oder einem konventionellem Lack, verarbeitbar und verdruckbar sein. Die modifizierte Druckfarbe muss während der Verarbeitung, d. h. vor der Bestrahlung, densitometrisch messbar sein, um eine reproduzierbare Farbschichtdicke dosieren und aufbringen zu können. Das UV-reaktive Medium muss weiterhin thermisch stabil bleiben und sowohl vor, während und auch nach der Bestrahlung lichtecht sein.
Das UV-reaktive Medium ist für eine online zu einem Druckprozess durchführbare Kontrolle der Trocknungswirkung einsetzbar.
Das UV-reaktive Medium wird während des Produktionsprozesses mitlaufend, innerhalb der Druckmaschine, vor dem Durchlaufen der Trocknungsstation eines UV-Strahlers aufgebracht. Dieser Vorgang kann zum einen in seiner Vertreilung auf dem Druckbogen partiell oder flächig erfolgen, und wird zum anderen für eine kontinuierliche mitlaufende Kontrolle oder diskontinuierlich zum Erzeugen von gezielt ausgebbaren Belegbogen ausgeführt.
Bei der kontinuierlichen Kontrolle kann die Applikation des UV-reaktiven Mediums auf jedem Bogen erfolgen, in dem beispielsweise entsprechende Trocknungs- messfelder in einen bestehen Druckkontrollstreifen integriert werden. Das UV- reaktive Medium zur Ausbildung der Trocknungsmessfelder kann dann über ein separates Druckwerk aufgetragen werden. Hierbei kann auch die Maschinenkonfiguration in Betracht gezogen werden, indem der Auftrag des UV-reaktiven Mediums entsprechend einer jeweiligen Trockneranordnung oder Trocknerzuschaltung erfolgt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass wenigstens die zu überwachenden UV- Strahler erst nach dem Auftrag des UV-reaktiven Mediums zu Wirkung kommen.
Das Auftragen des UV-reaktiven Mediums auf den Bedruckstoff kann direkt oder indirekt erfolgen, d.h. z. B. über eine Inkjet-Druckeinrichtung an dezidiert ausge- wählten Stellen auf den Druckbogen oder als Prüfmedium über ein Flexodruck- werk, wie einem Lackmodul einer Offsetdruckmaschine, oder im normalen Druckprozess über ein konventionelles Druckwerk einer Druckmaschine.
Durch die Einstrahlung des UV-Lichts erfolgt ein Farbumschlag des UV-reaktiven Mediums, das z.B. in Form einer modifizierten Inkjet-Tinte oder eines modifizierten Lacks (Drucklack) oder einer modifizierten Druckfarbe aufgetragen wurde. Da- durch erhält man kontinuierlich Messobjekte und Messwerte für eine mitlaufende Kontrolle zur Sicherstellung einer vollständigen Überprüfung der Druckprodukte und zur Gewährleitung einer in genügender Intensität zur Verfügung gestellten UV-Leistung zur ausreichenden Härtung.
Weiterhin kann das vorgeschlagene Verfahren für die Überprüfung der Lampenleistung von Trocknern in Druckmaschinen genutzt werden. Die Lampenleistung einer UV-Trockner- bzw. Strahleranlage verschlechtert sich während der Einsatzdauer und auch in Abhängigkeit von ihrer Einsatzweise. Um eine genügende UV-Leistung der Trockneranlage zur sicheren bzw. wenigstens ausreichenden Härtung von Druckprodukten gewährleisten zu können, muss die Strahlerleistung in bestimmten Zeitintervallen kontrolliert werden. Die Kontrolle der Strahler kann bei Inbetriebnahme der Druckmaschine und nach unterschiedlichen Zeitintervallen erfolgen. Dies kann zur Sicherstellung der Vergleichbarkeit auch auf einem spezifischen Bedruckstoff erfolgen.
Das UV-reaktive Medium kann in Form eines modifizierten Lackes oder einer modifizierten Druckfarbe als separates Testmedium oder Beimischung zu einem bestehend Lack oder einer Farbe über ein konventionelles Lackwerk oder Druckwerk aufgetragen werden. Die Applikation kann vollflächig über das gesamte Bogen- format erfolgen. Der Bogen mit dem applizierten Lack oder der applizierten Farbe wird in der Auslage und nach jeder Druckeinheit, wie unter normalen Produktionsbedingungen, den in der Anlage installierten UV-Strahlern ausgesetzt. Durch die Einstrahlung des UV-Lichts erfolgt ein Farbumschlag des UV-reaktiven Mediums. Dies lässt eine Überprüfung der Lampenleistung über die komplette Formatlänge und Formatbreite zu. Dies kann als Summe aller UV-/UV-LED-Strahler, die in der Maschine installiert sind, erfolgen oder separat für jeden einzelnen Strahler, der sich in der Maschine befindet.
Die Auswertung des Zustandes der UV-Strahleranlage kann über den Vergleich des Farbumschlags entweder visuell, densitometrisch oder colorimetrisch erfol- gen. Hierfür wird ein Auswertealgorithmus zum Abgleichen der Trocknungswirkung mit einem Messwert zu Grunde gelegt, in dem zum Beispiel
- ein Farbort und/oder eine Farbdichte am MessfleckAort und - eine zugehörige UV-Dosis und
- eine Farbvergleichsskala
zueinander in Beziehung gesetzt werden.
Die densitomethsche oder colohmetrische (farbmetrische) Messung kann entwe- der manuell außerhalb der Maschine, also offline, oder als Inline-Messung erfolgen, die eine Rückmeldung an den Maschinenleistung geben kann, um ggf. die Strahlerleistung nachzuregeln.
Als weitere Ausführung ist eine automatische Kontrollsequenz zur Unterscheidung des Zustandes einzelner UV-Strahler möglich, d.h. Lampen/ LEDs werden separat aktiviert und deren Leistungsverteilung dokumentiert. Das daraus resultierende Wartungsprotokoll (Auswertung manuell oder automatisch, s.o.) liefert dann eine Aussage, wo evtl. Leistungsdefizite gezielt beseitigt werden müssen.
Alternativ zum UV-reaktiven, flüssigem Medium können UV-reaktive Pigmente bereits auf einem Formatbogen (flächig oder partiell) aufgebracht sein. Diese Bogen können als Test- bzw. Belegbogen auch in der laufenden Produktion verarbeitet werden. Bereits im bereitgestellten Bedruckstoffstapel an einer Bogendruckmaschine sind in definierten Abständen derartige Prüfbögen eingelegt und erlauben dann einen kontinuierlichen Nachweis der Strahlerleistung während der Auflage. Durch Auswertung des Farbumschlags kann dies zur Prozessabsicherung hinsichtlich der UV-Strahlerleistung dienen.
In Figur 5 ist die Variante einer Anordnung von Testflächen für den Inlineprozess dargestellt. Hierbei sind streifenförmige Testbereiche T am Bogenanfang und an den Rändern vorgesehen. Diese Testbereiche können überall in so genannten druckfreien Zonen angeordnet werden. Dort wird das UV-reaktive Medium mittels einer Druckplatte aufgetragen.
Die Einwirkung der UV-Strahler wird dann in den Testflächen T jeweils zu einer Farbreaktion führen, die mittels der Qualitätskontrolleinrichtungen inline oder offli- ne ausgemessen werden können. Damit kann die Trocknungswirkung sowohl über die Breite des Druckbogens B als auch über dessen Länge in Transportrichtung R erfasst werden.
Mittels der in den Druckbogen integrierten Testflächen ist ohne weiteres eine kontinuierliche Überwachung der Trocknungswirkung der UV-Strahler im Rahmen der erfassten Maschinenparameter möglich.
In Figur 6 ist nun schließlich in der Art eines Flussdiagramms ein Protokollprozess dargestellt. Aus der ausgeführten Ablaufdarstellung können mittels verschiedener Verfahrensabläufe für den Trocknungskontrollprozess und von dazu gehörigen Auswertemöglichkeiten beispielesweise die folgenden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens entnommen werden:
A) Einzelne Testbogen / Protokollbogen oder auch einen Referenzbogen für die Auflage inline erzeugen
1. Auswertung mit vorbeschichteten Testbogen (UV-reaktive Pigmente sind in den Bogen eingelagert oder dünne Schicht aufgetragen) werden im Stapel des Anlegers gezielt eingelegt oder mittels eines Hilfsaniegers sequentiell zugeführt. 2. Beschichten im Produktionsprozess
3. Trocknung/Härtung mit Erfassung der Betriebsparameter an der Druckmaschine und den UV-Strahlern
4. Messen des Farbumschlags am Test-/Produktionsbogen
5. Bewerten des Farbumschlags bzgl. Durchhärtung 6. Rückmeldung + / - an Maschinen- und Trocknersteuerung B) Testbogen / Protokollbogen kontinuierlich inline erzeugen
1. Auswertung mit Test- oder Produktionsbogen, die Testbereiche T an den Rändern aufweisen.
2. Beschichten im Produktionsprozess 3. Trocknung/Härtung mit Erfassung der Betriebsparameter an der Druckmaschine und den UV-Strahlern
4. Inline oder offline Messen des Farbumschlags am Test-/Produktionsbogen
5. Bewerten des Farbumschlags bzgl. Durchhärtung
6. Rückmeldung + / - an Maschinen- und Trocknersteuerung
C) Referenzbogen / Testbogen offline mittels Spezialbogen erzeugen
1. Auswertung mit vorbeschichteten Testbogen (UV-reaktive Pigmente sind in den Bogen eingelagert oder dünne Schicht aufgetragen), Bogenzufuhr kann von separatem Anleger oder aus einem Hilfsstapel des Anlegers erfolgen. 2. Beschichten im Testprozess
3. Trocknung/Härtung mit Erfassung der Betriebsparameter an der Druckmaschine und den UV-Strahlern
4. Messen des Farbumschlags am Testbogen
5. Bewerten des Farbumschlags bzgl. Durchhärtung 6. Rückmeldung + / - an Maschinen- und Trocknersteuerung
D) Referenzbogen / Testbogen offline mittels Normal bogen erzeugen
1. Auswertung mit voll zu beschichtenden Testbogen aus normalem unbeschichtetem Bedruckstoff. 2. Beschichten im Testprozess mit UV-reaktivem Medium
3. Trocknung/Härtung mit Erfassung der Betriebsparameter an der Druckmaschine und den UV-Strahlern
4. Messen des Farbumschlags an den Testbogen
5. Bewerten des Farbumschlags bzgl. Durchhärtung 6. Rückmeldung + / - an Maschinen- und Trocknersteuerung

Claims

Patentansprüche
1. Kontrollverfahren für die Funktion und/oder Trocknungswirkung einer Einrich- tung zum Trocknen von in einer Druckmaschine aufgebrachten Beschichtun- gen aus einer Druckfarbe und/oder einem Lack, die bzw. der mittels Strahlung härtbar ist, wobei die Druckmaschine wenigstens eine UV- oder Elektronenstrahl-Strahlungsquelle zur Durchhärtung der mittels Strahlung härtbaren Schichten aufweist, gekennzeichnet dadurch, - dass einer durch Strahlung härtenden Druckfarbe und/oder einem durch
Strahlung härtenden Lack eine auf Strahlung, wenigstens auf UV-Strahlung reaktive Beimischung zugefügt wird, wobei die Beimischung bei Bestrahlung einen Farbumschlag in der Beimischung hervorruft,
- dass eine aus dieser Druckfarbe und/oder diesem Lack bestehende Be- Schichtung in der Druckmaschine zumindest zeitweise auf Drucksubstrate zur
Herstellung von Prüfbogen aufgebracht wird, oder dass zumindest zeitweise mit der Beimischung dotierte rohe Druckbogen als Prüfbogen der Druckmaschine zugeführt und mit Lack oder Druckfarbe beschichtet werden,
- dass die Prüfbogen mit Beschichtung einer Bestrahlung unterzogen werden, - dass während des Druckprozesses inline in der Druckmaschine oder offline außerhalb der Druckmaschine auf einem ganzen oder einem Teil eines Prüf- bogens eine Auswertung des Farbumschlages in der Beschichtung erfolgt,
- derart, dass eine Verteilung des Farbumschlages der Beschichtung über die Fläche des Drucksubstrates erfasst und hinsichtlich ihrer flächigen Gleichmä- ßigkeit bewertet wird, und
- dass aus den gewonnen Daten eine Bewertung für die Qualität der Strahlerwirkung in Bezug auf die Strahlerleistung gewonnen wird, wobei ein stärkerer Farbumschlag in der Beschichtung oder in Teilbereichen der Beschichtung eine stärkere UV-Einstrahlung bedeuten.
2. Kontroll verfahren für die Funktion und/oder Trocknungswirkung einer Einrichtung zum Trocknen von in einer Druckmaschine aufgebrachten Beschichtun- gen aus einer Druckfarbe und/oder einem Lack, die bzw. der mittels Strahlung härtbar ist, wobei die Druckmaschine wenigstens eine UV- oder Elektronen- strahl-Strahlungsquelle zur Durchhärtung der mittels Strahlung härtbaren
Schichten aufweist, gekennzeichnet dadurch,
- dass einer durch Strahlung härtenden Druckfarbe und/oder einem durch Strahlung härtenden Lack eine auf Strahlung, wenigstens auf UV-Strahlung reaktive Beimischung zugefügt wird, wobei die Beimischung bei Bestrahlung einen Farbumschlag in der Beimischung hervorruft,
- dass eine aus dieser Druckfarbe und/oder diesem Lack bestehende Be- schichtung in der Druckmaschine zumindest zeitweise zur Herstellung von Prüfbogen auf Drucksubstrate aufgebracht wird,
- oder dass zumindest zeitweise mit der Beimischung dotierte rohe Druckbo- gen als Prüfbogen der Druckmaschine zugeführt und mit Lack oder Druckfarbe beschichtet werden,
- dass die Prüfbogen mit Beschichtung einer Bestrahlung unterzogen werden,
- dass eine Bestimmung eines Polymerisationsgrades und/oder eines Härtungsgrades der Beschichtung auf dem Drucksubstrat erfolgt, - dass während des Druckprozesses inline in der Druckmaschine oder offline außerhalb der Druckmaschine auf einem ganzen oder einem Teil eines Prüf- bogens eine Auswertung des Farbumschlages in der Beschichtung erfolgt,
- derart, dass eine Verteilung des Farbumschlages der Beschichtung über die Fläche des Prüfbogens erfasst und hinsichtlich ihrer flächigen Gleichmäßigkeit bewertet wird, und
- dass aus den gewonnen Daten eine Bewertung für die Qualität der Strahlerwirkung in Bezug auf die Strahlerleistung und/oder in Bezug auf die Härtung und/oder Polymerisation der Beschichtung gewonnen wird, wobei ein stärkerer Farbumschlag in der Beschichtung oder in Teilbereichen der Beschichtung ei- ne stärkere UV-Einstrahlung bedeuten.
3. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass eine Bestimmung des Polymerisationsgrades der Beschichtung auf dem
Drucksubstrat oder die Erfassung von Daten zu einem aus der Intensität der Bestrahlung resultierenden Farbumschlag in der Beschichtung mit einer geeigneten Messeinrichtung erfolgt, wobei die Messung während des Druckprozesses inline in der Druckmaschine oder offline außerhalb der Druckmaschine auf einem ganzen oder einem Teil eines Prüfbogens erfolgt.
4. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass eine Bestimmung des Polymerisationsgrades der Beschichtung auf dem
Drucksubstrat oder die Erfassung von Daten zu einem aus der Intensität der Bestrahlung resultierenden Farbumschlag in der Beschichtung mittels in Au- genscheinnahme erfolgt, wobei die Bewertung außerhalb der Druckmaschine auf einem ganzen oder einem Teil eines Prüfbogens erfolgt.
5. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Auswertung der Daten zum Farbumschlag in der Beschichtung auf dem Prüfbogen in einer Ausrichtung in Bogenlaufrichtung hinsichtlich des Ansteuerverhaltens der Strahlungsquelle beim Anfahren oder im Dauerbetrieb oder in Abhängigkeit von der Maschinengeschwindigkeit oder in Abhängigkeit des Abstands der Strahlungsquelle vom Druckbogen erfolgt.
6. Kontroll verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Auswertung der Daten zum Farbumschlag in der Beschichtung auf dem Prüfbogen in einer Ausrichtung quer zur Bogenlaufrichtung im Hinblick auf ein Alterungsverhalten oder eine Verschmutzung der Strahlungsquelle erfolgt.
7. Kontrollverfahren nach Anspruch 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass eine Anpassung der Strahlerleistung und/oder der Maschinenleistung über die Steuerung der Strahlungseinrichtung ergänzend erfolgen.
8. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass als Prüfbogen hergestellte oder aus der Druckauflage entnommene
Druckbogen oder mittels der Messeinrichtung gemessene Werte und daraus abgeleitete Kenngrößen als Qualitätsprotokoll über die Druckauflage dienen.
9. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass ein Referenzbogen mit wenigstens einem einen Farbumschlag ausweisenden Beschichtungsbereich aus der Druckauflage entnommen wird, dass bei dem Referenzbogen die ausreichende Aushärtung der Beschichtung / der Beschichtungen mittels eines angemessenen Messverfahrens oder / und dar- aus abgeleiteten Kenngrößen nachgewiesen wird, und dass der Referenzbogen an Hand des Farbumschlags zum Vergleich der Aushärtung von Beschichtungen an Druckbogen aus der Druckauflage herangezogen wird, die ebenfalls wenigstens einen einen gleichartigen Farbumschlag aufweisenden Beschichtungsbereich aufweisen.
10. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass die Druckbögen mit Druckfarbe- oder Lackschichten, die eine ausreichende Polymerisation der Druckfarben- oder Lackschichten durch eine ge- eignet Markierungseinrichtung, wie ein oder mehrere Sprühköpfe, ein oder mehrere Tintenstrahlköpfe, durch ein oder mehrere Laserdrucker, oder durch ein oder mehrere Lasermarkierungssysteme, oder durch Farbstifte als Gutbogen markiert oder beschriftet werden.
11. Qualitätskontrollsystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren in Zusammenhang mit einer Bogenoffsetmaschine mit mindestens einem Offsetdruckwerk, die gegebenenfalls eine oder mehrere Lackwerke aufweist, oder mit einer Bogenlackiermaschine oder Bogenfle- xodruckmaschine, die gegebenenfalls ein oder mehrere Lackwerke oder FIe- xodruckwerke aufweist, angewandt wird.
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