Druckverfahren zum Bedrucken eines Trägermaterials

Die Erfindung betrifft ein Druckverfahren zum Erzeugen eines Druckbildes auf einem Trägermaterial, bei dem auf einer Oberfläche eines Druckträgers hydrophobe und hydrophile Bereiche entsprechend der Struktur des zu druckenden Druck¬ bildes erzeugt werden, die Oberfläche mit einem dünnen Feuch- tigkeitsfilm überzogen wird, der die hydrophilen Bereiche benetzt, anschließend auf die Oberfläche Farbe aufgetragen wird, die an den nicht benetzten Bereichen anhaftet und die von den benetzten Bereichen nicht angenommen wird, und bei dem die Farbe von dort auf das Trägermaterial gedruckt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein weiteres Druckverfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.

Bei bekannten Druckverfahren, wie dem Offset-Druckverfahren, sind auf der Oberfläche eines Druckträgers, beispielsweise einer Druckplatte, einem Druckband oder einer Druckvorlage, partiell druckende, dem zu druckenden Druckbild entsprechende Bereiche ausgebildet, die während des Druckvorganges mit Farbe eingefärbt werden und anschließend das Trägermaterial mit der Farbe bedrucken. Zur Ausbildung dieser partiell druckenden Bereiche sind verschiedene Verfahren bekannt. Beispielsweise das DΪRECT-IMAGING-Verfahren von der Firma Heidelberger Druckmaschinen, bei dem auf einer silikonbe¬ schichteten Folie durch partielles Wegbrennen der Silikon¬ schicht eine Druckvorlage erstellt wird, deren silikonfreie Stellen die Farbe während des Druckvorganges aufnehmen und das Trägermaterial bedrucken. Bei einem anderen bekannten Verfahren werden auf dem Druckträger hydrophobe und hydro¬ phile Bereiche entsprechend der Struktur des zu druckenden Druckbildes erzeugt. Vor dem Auftragen von Farbe auf dem Druckträger wird durch Verwendung von Auftragswalzen bzw. Sprühvorrichtungen zunächst ein dünner Feuchtigkeitsfilm auf den Druckträger aufgebracht, der die hydrophilen Bereiche des

Druckträgers benetzt. Anschließend wird mit Hilfe einer Farbwalze Farbe auf die Oberfläche des Druckträgers aufge¬ bracht, die jedoch ausschließlich die nicht mit einem Feuch¬ tigkeitsfilm bedeckten Bereiche benutzt. Nach dem Einfärben des Druckträgers wird schließlich das eingefärbte Druckbild auf das Trägermaterial übertragen.

Bei der Verwendung von Auftragswalzen oder Sprühvorrichtungen zum Aufbringen von Wasser auf die hydrophilen Bereiche des Druckträgers besteht jedoch das Problem, daß aufgrund der hohen Oberflächenspannung des Wassers die Filmschicht auf den hydrophilen Bereichen Schwankungen unterliegt. Um dennoch eine gleichmäßige, dünne Filmschicht zu erreichen, müssen die bekannten Verfahren chemische Zusätze, wie Alkohol oder ähnliches, verwenden, die die Oberflächenspannung des Wassers reduzieren. Ferner müssen zusätzliche Feuchtmittel dem Wasser beigemengt werden, die den pH-Wert sowie die Wasserhärte einstellen und gleichzeitig das Wachstum von Mikroorganismen, wie Schimmel oder ähnliches, verhindern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein für den Druckträger der Druckmaschine schonendes Druckverfahren bereitzustellen, das mit hoher Druckqualität arbeitet.

Diese Aufgabe wird für ein Druckverfahren zum Erzeugen eines Druckbildes auf einem Trägermaterial durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Erfindung wird die Oberfläche des Druckträgers, die entsprechend den Strukturen des zu druckenden Druckbildes in hydrophobe und hydrophile Bereiche untergliedert ist, mit Wasserdampf beaufschlagt, der sich an den hydrophilen Berei- ^' chen als dünner Wasserfilm niederschlägt. Bei dieser berüh¬ rungslosen, für den Druckträger schonenden Methode kann durch gezielte Beeinflussung der Wasserdampfmenge die Schichtdicke

des Films auf einfache Weise reguliert werden, wobei aufgrund der geringen Schichtdicke eine sehr exakte Benetzung der hydrophilen Bereiche ermöglicht wird, die eine hohe Druckqua¬ lität mit sich bringt. Ferner kann, da bei der Kondensation von Wasser nur geringe Oberflächenspannungen entstehen, auf Zusätze verzichtet werden, die dem Wasser zur Verringerung der Oberflächenspannung beigemengt werden müßten. Durch das Verdampfen und die nachfolgende Kondensation, die einer Destillation des Wassers gleichkommt, ist außerdem ein Ein- stellen der Wasserhärte und des pH-Wertes sowie das Beimengen antimikrobiell wirkender Mittel unnötig.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Bedrucken des Trägermaterials über einen zwischen dem Trägermaterial und dem Druckträger angeordneten Zwischenträger, auf den die Farbe vor dem Bedrucken des Trägermaterials von der Ober¬ fläche des Druckträgers zunächst übertragen wird. Durch die Verwendung des Zwischenträgers kommt der Druckträger nicht unmittelbar mit dem Trägermaterial in Berührung, so daß dessen Oberfläche an eine optimale Benetzung mit Wasser und Farbe angepaßt werden kann. Als Zwischenträger wird ein elastischer Zwischenträger, wie ein Gummituch oder eine Walze mit gummierter Oberfläche, vorgeschlagen, der sich einerseits an die Oberfläche des Druckträgers und andererseits an unter- schiedliche Trägermaterialien, wie Zeitungspapier oder Hoch¬ glanzpapier, anpassen kann.

Um die Schichtdicke des die hydrophilen Bereiche benetzenden Feuchtigkeitsfilms verändern zu können, wird in einer weite- ren Ausführungsform der Erfindung die Verwendung mehrerer längs der Oberfläche des Druckträgers verteilter Blenden vorgeschlagen. Je nach Betriebsstellung dieser Blenden wird Wasserdampf der Oberfläche des Druckträgers zugeleitet oder von dieser abgehalten, so daß auf einfache Weise die auf die Oberfläche des Druckträgers auftreffende Wasserdampfmenge variiert werden kann.

Der Wasserdampf selbst kann durch verschiedene Vorrichtungen erzeugt werden. Bei einer Ausführungsform wird ein nahe der Oberfläche des Druckträgers angeordnetes, angefeuchtetes Gewebeband an der Oberfläche des Druckträgers vorbeigeführt, während eine unterhalb des Gewebebandes angeordnete Strah- lungs- oder Wärmequelle das Gewebeband erhitzt, wodurch Wasserdampf entsteht, der sich auf der Oberfläche des Druck¬ trägers niederschlägt. Als Strahlungsquelle wird beispiels¬ weise ein Laser mit Ablenkungs- und Fokussierungsoptik, Hochtemperaturlampen oder Laserdiodenarrays vorgeschlagen, als Wärmequelle eignen sich unter anderem Heizelemente, Thermokämme oder Mikrowellenelemente. In einer anderen Aus¬ führungsform wird der Wasserdampf mittels einer nahe der Oberfläche des Druckträgers angeordneten Bedampfungseinrich- tung auf die Oberfläche übertragen. Diese Bedampfungseinrich- tung ist beispielsweise ein längs der Oberfläche des Druck¬ trägers angeordnetes Rohrsystem mit der Oberfläche des Druck¬ trägers zugewandten, als Düsen dienenden Öffnungen kleinen Durchmessers, denen über ein Leitungssystem Wasserdampf zugeführt wird. Der Wasserdampf wird vorzugsweise in einem Dampferzeuger erzeugt, wobei mittels zwischen der Bedamp- fungseinrichtung und dem Dampferzeuger angeordneten Ventilen die Wasserdampfmenge variiert werden kann.

Überschüssiger Wasserdampf, der sich nicht auf der Oberfläche des Druckträgers niederschlägt, kann beispielsweise mittels einer nahe des Druckträgers angeordneten Kondensationsvor¬ richtung kondensiert und erneut dem Dampferzeuger zugeführt werden, wodurch eine exaktere Dosierung der Wasserdampfmengen ermöglicht wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Druckverfahren, bei dem die Oberfläche des Druckträgers selektiv und partiell derart mit Wasserdampf beaufschlagt wird, daß sich auf der Oberfläche ein partieller, das Druckbild ergebender Wasser¬ film ausbildet. Bei Einsatz dieses Druckverfahrens kann, zusätzlich zu den bereits erwähnten Vorteilen des zuvor

beschriebenen Druckverfahrens, auf die Verwendung eines Druckträgers, auf dessen Oberfläche hydrophile und hydrophobe Bereiche ausgebildet sind, verzichtet werden, so daß zusätz¬ liche Arbeitsschritte entfallen. Anstelle der chemisch vorbe- handelten Druckträger verwendet das Druckverfahren mit selek¬ tiver Wasserbenutzung einen Druckträger mit gleichmäßiger Oberfläche, auf die der das Druckbild ergebende Wasserfilm aufgebracht wird. Dadurch ist es möglich, innerhalb eines Druckvorganges die Druckvorlage zu ändern, so daß das Druck- verfahren mit sehr hoher Flexibilität arbeitet.

Bei einer weiteren Ausführungsform dieses Druckverfahrens wird ferner die Verwendung eines Zwischenträgers, beispiels¬ weise eines Gummituches oder einer Walze mit gummierter Oberfläche, vorgeschlagen, der sich an die verschiedenen verwendeten Trägermaterialien anpaßt.

Zum selektiven und partiellen Beaufschlagen der Oberfläche des Druckträgers mit Wasserdampf wird bei einer Weiterbildung des Verfahrens ein mit Wasser angefeuchtetes Gewebeband der Oberfläche des Druckträgers gegenüberliegend angeordnet, das mit Hilfe einer Strahlungsquelle, beispielsweise einem Laser mit Ablenkung- und Fokussierungsoptik, Hochtemperaturlampen oder Laserdioden-Arrays, und/oder einer Wärmequelle, wie Heizelementen, Thermokämmen oder Mikrowellenelementen, an Stellen entsprechend dem Druckbild selektiv erhitzt wird. Auf diese Weise wird an der der Oberfläche des Druckträgers zugewandten Seite des Gewebebandes an den entsprechend er¬ hitzten Stellen Wasser als Dampf austreten, der an der Ober- fläche des Druckträgers kondensiert. Um das Gewebeband mit Wasser zu befeuchten, wird es in einer kontinuierlichen Bewegung, beispielsweise durch ein Walzensystem und/oder einer Sprühvorrichtung geführt. Selbstverständlich ist es auch denkbar, das Gewebeband durch ein Wasserbad hindurch- zubewegen, wobei das Gewebeband aufgrund Kapillarwirkung Wasser aufnimmt.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird an¬ stelle eines angefeuchteten Gewebebandes gegenüber der Ober¬ fläche des Druckträges eine Bedampfungseinrichtung mit einem Wasservorrat angeordnet. Die Bedampfungseinrichtung hat eine Vielzahl mit Wasser gefüllte Vertiefungen, in denen jeweils mindestens ein Heizelement vorgesehen ist, das unabhängig von den anderen Heizelementen betätigt werden kann. Durch Anlegen von Impulsen werden die Heizelemente selektiv aktiviert, so daß das in der Vertiefung befindliche Wasser verdampft wird und auf dem darüberliegenden Druckträger kondensiert. Durch Variation der Höhe der zugeführten Energie kann die Dampf¬ menge definiert geändert werden. Ferner besteht die Möglich¬ keit, den entstehenden Wasserfilm punktuell in seiner Stärke zu gestalten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Oberfläche des Druck¬ trägers rasterartig und zeilenweise mit Dampf beaufschlagt wird, wodurch ein kontinuierliches Abarbeiten der die Druck¬ maschine ansteuernden Druckdaten ermöglicht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Bedampfungseinrichtung zum Bedampfen eines Druckträgers mit hydrophoben und hydrophilen Be¬ reichen,

Fig. 2 eine Druckeinrichtung, bei der die Bedampfungs¬ einrichtung nach Figur 1 eingesetzt wird,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum selektiven und partiellen Bedampfen der Oberflä¬ che eines Druckträgers,

^* Fig. 4 eine Druckeinrichtung, bei der die Vorrichtung nach Figur 3 eingesetzt wird, und

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum selektiven und partiellen Bedampfen der Oberfläche des in Figur 4 gezeigten Druckträgers verwendbar ist.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Bedampfen der Oberflä¬ che einer als Druckträger dienenden Druckerwalze 12. Die Vorrichtung 10 hat eine nahe der Mantelfläche der Drucker¬ walze 12 angeordnete Bedampfungseinrichtung 14, die sich zumindest annähernd über die gesamte Breite der Druckerwalze 12 erstreckt. Auf der der Druckerwalze 12 zugewandten Seiten¬ fläche der Bedampfungseinrichtung 14 sind mehrere als Düsen dienende Öffnungen 16 kleineren Durchmessers vorgesehen, durch die unter Druck stehender Wasserdampf auf die Ober- fläche der Druckerwalze 12 geleitet wird. Um ein Kondensieren des Wasserdampfes in der Bedampfungseinrichtung 14 zu verhin¬ dern, ist an der Bedampfungseinrichtung 14 ferner eine elek¬ trisch beheizbare Heizwendel 18 vorgesehen, die den Wasser¬ dampf in der Bedampfungseinrichtung 14 zusätzlich erhitzt.

Das in Figur 1 links dargestellte erste Ende der Bedampfungs¬ einrichtung 14 ist über eine Vorlaufleitung 20, in der ein Vorlaufventil 22 angeordnet ist, mit einem Dampferzeuger 24 verbunden. Der Dampferzeuger 24 ist mit Wasser gefüllt, das über ein am Dampferzeuger 24 befestigte, elektrisch betrie¬ bene Heizeinrichtung 26 erwärmt wird. Das in Figur 1 rechts dargestellte andere Ende der Bedampfungseinrichtung 14 steht über einen Leitungsabschnitt 28, in dem ein Regulierungsven¬ til 30 angeordnet ist, mit einer als Kondensationsvorrichtung dienenden, wendeiförmig gebogenen Kondensationsleitung 32 in Verbindung, die in einem Sammelbehälter 34 endet. Der Sammel¬ behälter 34 ist wiederum über eine Rücklaufleitung 36, in der ein Rücklaufventil 38 vorgesehen ist, mit dem Dampferzeuger 24 verbunden, so daß ein geschlossener Kreislauf entsteht. Ferner ist am Dampferzeuger 24 eine externe Wasserversorgung (nicht dargestellt) angeschlossen, mit der bedarfsweise dem Kreislauf Frischwasser zugeführt werden kann.

Figur 2 zeigt eine Druckeinrichtung 40, bei der die in Figur 1 beschriebene Bedampfungseinrichtung 14 eingesetzt wird. Zentrales Element der Druckeinrichtung 40 ist die sich im Uhrzeigersinn drehende Druckerwalze 12, auf deren Oberfläche durch Atzen hydrophile und hydrophobe Bereiche, die der Struktur des zu druckenden Druckbildes entsprechen, ausgebil¬ det sind. In Drehrichtung der Druckerwalze 12 gesehen nach der Bedampfungseinrichtung 14 ist eine Färbestation 42 ange- ordnet. Die Färbestation 42 hat eine sich an der Druckerwalze 12 abrollende Farbwalze 44, der über eine Zwischenwalze 46 von einer Versorgungswalze 48 Farbe zugefördert wird. Die Versorgungswalze 48 taucht wiederum in den Farbvorrat eines Farboehälters 50 ein, in dem die für den Druckvorgang ge- wünschte Farbe eingefüllt ist. In Drehrichtung der Drucker¬ walze 12 gesehen nach der Färbestation 42 ist eine Umdruck¬ station 52 angeordnet. Diese Umdruckstation 52 hat eine mit einer gummierten Mantelfläche ausgestattete Zwischenträger¬ walze 54, die sich zumindest annähernd über die gesamte Breite der Druckerwalze 12 parallel zu dieser verlaufend erstreckt und unter geringer Vorspannung an dieser anliegt. Oberhalb der Zwischenträgerwalze 54 ist ferner eine Gegen¬ druckwalze 56 angeordnet, die unter Vorspannung an der Man¬ telfläche der Zwischenträgerwalze 54 anliegt und mit dieser einen Transportspalt 58 bildet, durch den das zu bedruckende Trägermaterial 60 in Pfeilrichtung gefördert wird.

Sobald die Druckeinrichtung 40 aktiviert wird, beginnt sich die Druckerwalze 12 zu drehen und wird von der Bedampfungs- einrichtung 14 mit Wasserdampf beaufschlagt, der sich auf die hydrophilen Bereiche der Oberfläche der Druckerwalze 12 als gleichmäßiger, dünner Wasserfilm niederlegt, während auf den hydrophoben Bereichen kein Wasserfilm ausgebildet wird. Der so befeuchtete Abschnitt der Druckerwalze 12 gelangt an- schließend in die Färbestation 42, in der die unter Druck an der Druckerwalze 12 anliegende Farbwalze 44 Farbe auf der Oberfläche der Druckerwalze 12 abrollt. Da sich Wasser und

Farbe abstoßen, haftet die Farbe beim Einfärben in der Färbe- ,t ,-ιt Ion 4? ausschließlich auf den nicht mit Wasser benetzten, hydrophoben Bereichen an. Anschließend kommt der so einge¬ färbte Abschnitt der Druckerwalze 12 mit der Zwischenträger¬ walze 54 in Berührung, auf die das eingefärbte Druckbild der Druckerwalze 12 übertragen wird, das anschließend durch die Wirkung der Gegendruckwalze 56 von der Zwischenträgerwalze 54 auf das im Transportspalt 58 geförderte Trägermaterial 60 gedruckt wird.

Figur 3 beschreibt eine erste Ausführungsform einer Bedamp¬ fungseinrichtung 70 zum selektiven Bedampfen des Druckbandes 72 einer Druckeinrichtung 74. Die Bedampfungseinrichtung 70 hat ein in Bewegungsrichtung des Druckbandes 72 angetriebe- nes, parallel mit geringem Abstand zum Druckband 72 angeord¬ netes Gewebeband 76, das durch ein Walzensystem (nicht darge¬ stellt) kontinuierlich mit Wasser befeuchtet wird. Auf der dem Druckband 72 abgewandten Seite des Gewebebandes 76 ist eine sich annähernd über die gesamte Breite des Druckbandes 72, quer zu dessen Bewegungsrichtung erstreckende Heizein¬ richtung (nicht dargestellt) vorgesehen. Diese Heizeinrich¬ tung hat eine Vielzahl, in dessen Längsrichtung nebeneinander in einer Zeile angeordnete Strahlenquellen 78, die selektiv und unabhängig voneinander aktiviert werden können.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der Druckeinrich¬ tung 74, bei der die in Figur 3 beschriebene erste Ausfüh¬ rungsform der Bedampfungseinrichtung 70 eingesetzt wird. Die Druckeinrichtung 74 hat eine angetriebene, sich im Uhrzeiger- sinn drehende Förderwalze 80, die in Figur 4 links darge¬ stellt ist, sowie eine etwa auf gleicher Höhe angeordnete, in Figur 4 rechts dargestellte Druckerwalze 82, deren Achse parallel zur Achse der Förderwalze 80 verläuft. Etwa mittig zu der Förderwalze 80 und der Druckwalze 82 ist unterhalb von diesen eine parallel verlaufende Umlenkwalze 84 vorgesehen. Das Druckband 72 ist über die Förderwalze 80, die Druckwalze 82 und die Umlenkwalze 84 herumgeführt.

Oberhalb der Förderwalze 80 und der Druckwalze 82 ist etwa mittig zwischen diesen beiden die in Figur 3 beschriebene Bedampfungseinrichtung 70 angeordnet. In Transportrichtung des Druckbandes 72 gesehen nach der Bedampfungseinrichtung 70 ist im Bereich der Druckwalze 82 eine Färbestation 86 vorge¬ sehen. Diese Färbestation 86 hat eine am Druckband 72 anlie¬ gende Farbwalze 88, die gegen die Druckwalze 82 vorgespannt ist. Eine unter Vorspannung an der Farbwalze 88 anliegende Versorgungswalze 90, die in einem mit Farbe gefüllten Farbbe¬ hälter 92 eintaucht, versorgt die Farbwalze 88 mit Farbe. Unmittelbar nach der Färbestation 86 ist die Umdruckstelle 94 vorgesehen, an der eine Gegendruckwalze 96 unter Vorspannung am Druckband 72 anliegend gegen die Druckwalze 82 vorgespannt ist. Die Gegendruckwalze 96 und das auf der Druckwalze 82 anliegende Druckband 72 bilden einen Transportspalt 98, durch den das Trägermaterial 100 hindurchbewegt wird.

In Transportrichtung des Druckbandes 72 gesehen nach der Umdruckstelle 94 ist schließlich im Bereich der Umlenkwalze 84 eine Reinigungsvorrichtung 102 angeordnet. Die Reinigungs¬ einrichtung 102 hat eine unter Vorspannung am Druckband 72 anliegende Abstreiflippe 104 und eine nachfolgend angeordnete Reinigungsbürste 106, die zum Entfernen von Wasser und Farb- resten auf der Druckseite des Druckbandes 72 dienen.

Sobald die Druckeinrichtung 74 aktiviert wird, beginnen die Strahlungsquellen 78 der Heizeinrichtung das mit Wasser angefeuchtete Gewebeband 76 selektiv und partiell zu erhit- zen, wodurch das im Gewebeband 76 gespeicherte Wasser ver¬ dampft und sich auf der dem Gewebeband 76 zugewandten Seite des Druckbandes 72 niederschlägt. Auf diese Weise wird auf der Oberfläche des Druckbandes 72 ein partieller, das Druck¬ bild wiedergebender Wasserfilm ausgebildet. Das so befeuch- tete Druckband 72 wird der Färbestation 86 zugeführt, in der die Farbwalze 88 Farbe auf die Oberfläche des Druckbandes 72 aufträgt. Dabei werden die nicht mit Wasser benetzten Berei-

ehe eingefärbt, während das Wasser auf den mit Wasser benetz¬ ten Bereichen ein Einfärben dieser Bereiche verhindert. Nach dem Einfärben des Druckbandes 72 bewegt sich der eingefärbte Abschnitt des Druckbandes 72 in die Umdruckstelle 94, in der durch die Wirkung der Gegendruckwalze 96 das eingefärbte Druckbild direkt auf das Trägermaterial 100 gedruckt wird.

Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Bedampfungs¬ einrichtung 120, die anstelle der Bedampfungseinrichtung 70 bei der in Figur 4 dargestellten Druckeinrichtung 74 verwen¬ det werden kann. Die Bedampfungseinrichtung 120 hat eine sich quer zur Transportrichtung des Druckbandes 72 über dessen gesamte Breite erstreckende Heizleiste 122. Die Heizleiste 122 hat in ihrer Längsrichtung eine Vielzahl nebeneinander in einer Zeile angeordnete zylinderförmige Vertiefungen 124, die jeweils an ihrer geschlossenen Stirnseite ein Heizelement 126 haben und deren jeweilige offene Stirnfläche dem Druckband 72 zugewandt ist. Durch selektives Aktivieren der Heizelemente 126 wird das in der jeweiligen Vertiefung 124 befindliche Wasser so stark erhitzt, daß es verdampft und sich auf der der Heizleiste 122 zugewandten Seite des Druckbandes 72 niederschlägt, so daß ein partieller, das Druckbild wiederge¬ bender Wasserfilm ausgebildet wird. Anschließend wird das so benetzte Band 72, wie oben bereits beschrieben, in gleicher Weise durch die Färbestation 86 und die Umdruckstelle 94 gefördert, um das Trägermaterial 100 zu bedrucken.