DE102006038750A1

DE102006038750A1 - Vorrichtung zum Bedrucken von starren Werkstücken

Info

Publication number: DE102006038750A1
Application number: DE102006038750A
Authority: DE
Inventors: Norbert Damm; Michael Poitinger; Sascha Lämmle
Original assignee: Robert Buerkle GmbH
Current assignee: Robert Buerkle GmbH
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Vorrichtung zum Bedrucken von starren Werkstücken, insbesondere zum Drucken von Holzmaserungs-Dekoren und dergleichen auf Holzwerkstoffplatten, umfassend eine Druckstation, in welcher das Werkstück beim Druckvorgang fixiert ist, eine relativ zur Druckstation bewegbare Druckeinrichtung mit einer Vielzahl von einzeln digital ansteuerbaren Farbauftragselementen und eine Steuereinheit zum Ansteuern der Farbauftragselemente und der Relativbewegung zwischen der Druckeinrichtung und der Druckstation. Die Farbauftragselemente sind in mindestens einer Reihe über eine gesamte Arbeitsbreite hinweg verteilt, die das Werkstück im Wesentlichen quer zu einer Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen der Druckeinrichtung und der Druckstation verlaufend überspannt. Die Reihe aus Farbauftragselementen für einen zweiten oder weiteren Druckvorgang ist quer zur Bewegungsrichtung der Relativbewegung versetzbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bedrucken von starren Werkstücken, insbesondere zum Drucken von Holzmaserungs-Dekoren und dergleichen auf Holzwerkstoffplatten, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Vorrichtung der vorliegenden Art umfasst demnach eine Druckstation, in welcher das Werkstück für den Druckvorgang fixiert wird, und eine relativ zur Druckstation bewegbare Druckeinrichtung mit einer Vielzahl von einzeln digital ansteuerbaren Farbauftragselementen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit zum Ansteuern der Farbauftragselemente und der Relativbewegung zwischen der Druckstation und der Druckeinrichtung.
Um insbesondere Holzwerkstoffplatten das Aussehen von Echtholz zu geben, werden aufgrund der Kostenvorteile gegenüber einem Echtholzfurnier oder Folienbeschichtungen zunehmend Druckbilder von Dekoren und Maserungen direkt auf die Holzwerkstoffplatten aufgedruckt. Daneben können auch andere Werkstoffe durch einen Oberflächendruck qualitativ verbessert werden, wie beispielsweise Stein- oder Kunstlederoberflächen.
Um bei Holzwerkstoffplatten eine mit herkömmlicher Folienbeschichtung vergleichbare optische Qualität der bedruckten Oberfläche erzielen zu können, sollte die Auflösung des Druckbildes nicht unter 200 × 200 dpi (dots per inch – Druckpunkte je inch) liegen. Dies reicht erfahrungsgemäß für Werkstoffe mit saugfähigem Untergrund, wie Naturholz und Karton, für die meisten Anwendungen aus, bei denen der Betrachter der bedruckten Oberfläche nicht zu nahe kommt. Um Drucke in Fotoqualität zu erstellen, wird allerdings eine Auflösung von bis zu 1.200 × 1.200 dpi benötigt.
In der EP 0 761 438 A2 ist eine Druckvorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, in welcher ein Tintenstrahl-Mehrfarbendruckkopf als Druckeinrichtung verschieblich an einem Portal angebracht ist, unter dem hindurch die zu bedruckenden Werkstücke auf einem durch einen Schrittmotor angetriebenen Schlitten geführt werden. Der Druckkopf bewegt sich während des Druckvorgangs in einer Linearführung entlang des Portals quer über das Werkstück, um eine Druckzeile zu erzeugen. Danach wird das Werkstück einen Schritt weiter transportiert, um die nächste Zeile zu drucken. Die Druckleistung in gedruckter Fläche pro Zeiteinheit ist systembedingt relativ gering und liegt üblicherweise bei etwa 150 m²/h. Es kann jedoch eine sehr hohe Auflösung bis über 1.000 × 1.000 dpi erzielt werden.
Eine solch hohe Auflösung ist nicht für alle Druckanwendungen erforderlich. Aus Kostengründen ist es vielmehr oftmals wünschenswert, die Flächendruckleistung, also die bedruckte Fläche pro Zeiteinheit, zu erhöhen. Hierfür sind einfacher ausgestaltete Düsenstrahl-Druckvorrichtungen bekannt, bei denen die Werkstücke mittels eines sich kontinuierlich bewegenden Transportsystems unter einer Druckeinrichtung hindurchgeführt werden. Die Tintenstrahldüsen sind hierbei in einer Reihe angeordnet und über die gesamte Arbeitsbreite der Druckeinrichtung verteilt, so dass sie einen Portaldrucker bilden. Üblicherweise sind mehrere Reihen an Tintenstrahldüsen vorhanden, die jeweils eine Farbe des aufzudruckenden Dekorbildes drucken. Die hier erreichbare Auflösung liegt in Querrichtung fest und hängt von der Anzahl der Tintenstrahldüsen im Portal ab. In Durchlaufrichtung hängt die maximale Auflösung von der Transportgeschwindigkeit des Transportsystems ab. Dementsprechend erzielen solche Portaldrucker Auflösungen von üblicherweise 200 × 200 dpi, oder bei einer entsprechenden Reduzierung der Transportgeschwindigkeit auch asymmetrisch erhöhte Auflösungen von zum Beispiel 200 × 800 dpi, was jedoch zu Verzerrungen führt und dementsprechend nicht sinnvoll ist. Bei 200 × 200 dpi liegt die Flächendruckleistung solcher bekannten Portaldrucker bei etwa 900 bis 1.000 m²/h.
Die letztgenannten Portaldrucker weisen im Vergleich mit der aus der EP 0 761 438 A2 bekannten Druckvorrichtung eine wesentlich höhere Flächendruckleistung auf, wohingegen jedoch die relativ niedrige Auflösung für viele Anwendungen zu gering ist. Des weiteren wird die benötigte Anzahl von Tintenstrahldüsen auch bei niedriger Auflösung bei höheren Arbeitsbreiten der Druckvorrichtung, wie sie beispielsweise für Möbelplatten notwendig ist, sehr hoch, was die Kosten der Vorrichtung in die Höhe treibt.
Die beiden oben beschriebenen bekannten Systeme für Druckvorrichtungen zum Bedrucken von starren Werkstücken mit insbesondere Tintenstrahldüsen weisen also jeweils systembedingte Vorteile und systembedingte Nachteile auf, wobei dann, wenn zumindest ab und an hohe Auflösungen beim Druck verlangt werden, das aus der EP 0 761 438 A2 bekannte, eingangs genannte und auch bei der vorliegenden Erfindung verwirklichte Prinzip nicht durch Portaldrucker mit höherer Flächendruckleistung ersetzt werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Druckvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass bedarfsweise höhere Flächendruckleistungen erzielt werden können.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst also die eingangs genannten Merkmale, wobei die Farbauftragselemente der Druckeinrichtung in mindestens einer Reihe über eine gesamte Arbeitsbreite hinweg verteilt sind. Die Arbeitsbreite überspannt das Werkstück im Wesentlichen quer zu einer Bewegungsrichtung der Druckeinrichtung. Insofern ist also das Prinzip des entlang einer Linearführung am Portal hin und her zu bewegenden Druckkopfs verlassen, und für die Druckeinrichtung wird im Wesentlichen ein Portaldrucker der oben genannten Art mit in einer Reihe bzw. in mehreren Reihen fest angeordneten Farbauftragselementen eingesetzt. Um nun jedoch in Querrichtung nicht auf die durch die Anzahl der Farbauftragselemente gebildete Obergrenze der Punktauflösung festgelegt zu sein, ist die Reihe aus Farbauftragselementen erfindungsgemäß quer zur Bewegungsrichtung der Druckeinrichtung bzw. der Druckstation für einen zweiten oder weiteren Druckvorgang versetzbar. Wenn also nach einem ersten Druckvorgang die Farbauftragselementenreihe um einen halben Punktabstand quer zur Bewegungsrichtung der Druckeinrichtung versetzt und danach ein zweiter Druckvorgang durchgeführt wird, erhöht sich die Anzahl der gedruckten Punkte über die Breite des Werkstücks um einen Faktor 2. Wenn nun der Druckanfang in Längsrichtung ebenfalls um beispielsweise eine Länge verschoben wird, die dem Abstand zweier Bildpunkte entspricht, ergibt sich dann nach diesem zweiten Druckvorgang eine gegenüber dem ersten Druckvorgang verdoppelte Bildpunktdichte und dementsprechend eine symmetrisch erhöhte Auflösung. Eine entsprechend noch höhere Auflösung ergibt sich durch das Versetzen der Farbauftragselementreihe bzw. des Bildanfangs um andere Werte und eine entsprechende Zahl an Wiederholungen des Druckvorgangs.
Alternativ oder zusätzlich zum Versetzen des Bildanfangs in Längsrichtung kann auch die von herkömmlichen Portaldruckern bekannte Verlangsamung der Relativgeschwindigkeit zwischen der Druckstation und der Druckeinrichtung zu einer höheren Bildpunktdichte und dementsprechend zu einer höheren Auflösung in Längsrichtung führen.
Bei einer Druckvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gelingt es also, eine Anzahl an Farbauftragselementen über die Breite der portalartigen Druckeinrichtung hinweg zu verwenden, die der geringsten auf der Vorrichtung zu druckenden Auflösung in Querrichtung entspricht. Dekore mit dieser geringsten Auflösung können dann mit einer sehr hohen Flächendruckleistung gedruckt werden. Eine Verlangsamung der Relativgeschwindigkeit zwischen der Druckeinrichtung und der Druckstation ergibt bedarfsweise eine asymmetrisch höhere Auflösung bei gleichzeitig sinkender Flächendruckleistung. Soll die Auflösung auch in Querrichtung erhöht werden, oder ist eine symmetrische Auflösungsverbesserung gefordert, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei entsprechend verringerter Flächendruckleistung, mit höherer Auflösung betrieben werden, indem zwei oder mehr Druckvorgänge am selben Werkstück mit jeweils versetzten Farbauftragselementen durchgeführt werden.
Die Druckvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung vereint also die Vorteile beider eingangs beschriebenen Druckersysteme. Dennoch ist sie kostengünstiger zu realisieren als die bekannten Druckersysteme mit einem quer entlang des Portals zu bewegenden Druckkopf.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Werkstückfixierung und die deutlich verbesserte Längsführung der Farbauftragselemente, die nicht beweglich, sondern ortsfest am Portal befestigt sind, führen außerdem dazu, dass die Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und den Farbauftragselementen sehr präzise ausgeführt werden, so dass der Rauschfaktor im Druck deutlich verringert ist. Bei gleicher Auflösung ergibt sich daher eine höhere Bildqualität, so dass eine kleinere Auflösung als bei herkömmlichen Druckvorrichtungen gewählt werden kann, während die Qualitätsanmutung des fertigen Drucks dennoch gleich hoch bleibt.
Die erfindungsgemäße Relativbewegung zwischen der Druckstation und der Druckeinrichtung kann dadurch erzeugt werden, dass die Druckstation beim Druckvorgang ortsfest gehalten wird, während die Druckeinrichtung den Bewegungsvorgang für die Relativbewegung durchführt und so die Farbauftragselement-Reihe über das Werkstück führt.
Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Druckeinrichtung ortsfest bleibt, während die Druckstation, beispielsweise ein präzise geführter Schlitten, beim Druckvorgang unter dem Portal hindurchbewegt wird. Auch die seitliche Versetzung der Reihe aus Farbauftragselementen kann durch seitliches Versetzen der Druckstation bewirkt werden, so dass dann das Portal und die Farbauftragselemente vollkommen starr montiert sein können.
Als dritte Alternative kann eine Bewegung der Druckstation mit einer Bewegung der Druckeinrichtung kombiniert werden, um eine Relativbewegung dieser beiden Elemente zueinander zu erzeugen.
Da die Farbauftragselemente sich erfindungsgemäß über die gesamte Arbeitsbreite erstrecken, muss kein zeilenweiser Druck des Druckbildes erfolgen, so dass die Relativbewegung zwischen der Druckeinrichtung und der Druckstation zweckmäßigerweise beim Druckvorgang kontinuierlich abläuft. Auch dies erhöht wiederum die Störsicherheit der Vorrichtung und die Präzision des Farbauftrags, was in einer verbesserten Bildqualität resultiert.
Wie an sich bekannt, kann die Druckeinrichtung in ihrem Abstand zur Druckstation beweglich ausgestaltet sein, um Höhenunterschiede in der zu bedruckenden Oberfläche des Werkstücks ausgleichen zu können.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden im Folgenden zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels;
2 eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;
3 ein Druckbild mit Standardauflösung;
4 ein Druckbild mit doppelter Standardauflösung;
5 ein Druckbild mit vervierfachter Standardauflösung.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung zum Bedrucken von starren Werkstücken umfasst eine Druckstation 1, auf welche ein Werkstück 2, also beispielsweise eine Faserplatte, mittels eines Transportbandes 3 gefördert wird. In der dargestellten Position wird das Werkstück 2 an der Druckstation 1 mittels einer (nicht dargestellten) Vakuumvorrichtung an Ansaugöffnungen festgehalten und somit ortsfest fixiert. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Druckeinrichtung 4, die durch ein Portal mit einer Querleiste 5 und zwei Stützen 6 sowie vier hintereinander angeordneten Druckerleisten 7 gebildet ist. Jede der vier Druckerleisten 7 enthält eine Reihe an (nicht direkt sichtbaren) Tintenstrahldüsen 8, wobei jede Reihe eine andere Farbe druckt, so dass die Druckeinrichtung 4 des vorliegenden Ausführungsbeispiels für einen digitalen Vierfarbendruck vorgesehen ist.
Die beiden Stützen 6 des Portals sind in seitlichen Schienen 9, wie durch Pfeile 10 angedeutet, längs verschieblich geführt, welche Längsbewegung durch einen angesteuerten Schrittantrieb erfolgt. Dieser Schrittantrieb ist durch eine Zahnstange 11 symbolisiert. Zur Anpassung an unterschiedliche Dicken bzw. eine Höhentopographie des Werkstücks 2 ist die Querleiste 5, wie durch Pfeile 12 angedeutet, höhenverstellbar in den Stützen 6 befestigt.
Eine Steuereinheit 13, die mit einem Bilddatenspeicher 14 zusammenwirkt, steuert sowohl die Tintenstrahldüsen 8 als auch die mit der Zahnstange 11 symbolisierte Antriebseinrichtung für die Längsverschiebung der Druckeinrichtung 4 in erfindungsgemäßer Art und Weise, wobei beispielsweise eine Wiederholung eines Druckvorgangs mit seitlich versetzten Tintenstrahldüsen 8 in einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung erfolgen kann. Die Mechanik zum seitlichen Versatz der Druckerleisten 7 bzw. der Tintenstrahldüsen 8 an der Querleiste 5 ist nicht direkt sichtbar.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei dem im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 die Relativbewegung zwischen der Druckeinrichtung 4 und der Druckstation 1 durch die Druckstation 1 bewirkt wird, während die Druckeinrichtung 4 ortsfest montiert ist. Die Druckstation 1 wird hier durch einen präzise in Richtung der Pfeile 10 hin und her verfahrbaren Schlitten gebildet, auf dem das Werkstück 2 ortsfest fixiert ist. Die Längsbewegung des Schlittens 1 wird wiederum durch einen ansteuerbaren Schrittmotor bewirkt, welcher Antrieb wiederum mit einer Zahnstange 11 symbolisiert ist. Der Querversatz der Druckerleisten 7 gegenüber der Druckstation 1 bzw. dem Schlitten kann hier beispielsweise auch durch einen Querversatz des Schlittens 1 erfolgen, so dass eine Beweglichkeit der Druckerleisten 7 verzichtbar ist.
Die übrigen Elemente des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels entsprechen den bereits anhand der 1 beschriebenen Elementen, wie zum Beispiel die Steuereinheit 13, die sowohl die Druckerleiste 7 bzw. die Tintenstrahldüsen 8 als auch den Schrittantrieb 11 für die Druckstation 1 ansteuert. Auch eine Höhenverstellbarkeit der Querleiste 5 an den Stützen 6 ist, wie durch die Pfeile 12 angedeutet, hier gegeben.
Die 3 bis 5 zeigen Beispiele für Druckpunktauflösungen, die mit den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 je nach Betriebsart wahlweise gewählt werden können.
3 symbolisiert die minimale Standardauflösung der vorliegenden Ausführungsbeispiele von 200 × 200 dpi, wobei die x-Achse die zur Bewegungsrichtung 10 senkrecht stehende Querrichtung und die y-Achse die in Bewegungsrichtung 10 verlaufende Längsrichtung des Druckbildes ist. Der Abstand der dargestellten Bildpunkte 15 in x-Richtung entspricht dementsprechend der Lage der einzelnen Tintenstrahldüsen 8 in den Druckerleisten 7, während der Bildpunktabstand in y-Richtung eine Funktion der Geschwindigkeit v der Relativbewegung zwischen der Druckeinrichtung 4 und dem Werkstück 2 ist.
4 verdeutlicht, wie durch einen Versatz der Druckerleisten 7 quer zur Bewegungsrichtung 10 ein Offset der Bildpunktlage in x-Richtung erzeugt werden kann, hier im Betrag eines halben Standard-Bildpunktabstandes. Gleichzeitig wurde durch die Steuereinheit 13 ein Offset um denselben Betrag in Druckrichtung 10 erzeugt, was einen y-Lage-Offset im Druckbild ergibt. Dementsprechend sind die heller eingefärbten Bildpunkte 16 in einem zweiten Druckvorgang, beispielsweise bei der Rückwärtsbewegung der Druckeinrichtung 4 bzw. der Druckstation 1 gedruckt worden, mit dem Ergebnis, dass sich eine um einen Faktor 2 erhöhte Auflösung von etwa 283 × 283 dpi ergibt.
In 5 ist ein nochmals verbessertes Druckbild gezeigt, das dadurch entstanden ist, dass zunächst ein Druckbild in Standardauflösung gemäß 3 erzeugt wurde, dann dasselbe Druckbild mit einem x-Lage-Offset gedruckt wurde, und dann in einem dritten und einem vierten Druckvorgang mit einem y-Lage-Offset nochmals ein Druckbild ohne und ein Druckbild mit x-Lage-Offset gedruckt wurden. Dies resultiert in der auf 400 × 400 dpi erhöhten Bildpunktauflösung mit einem dargestellten Auflösungsfaktor 4.

Claims

Vorrichtung zum Bedrucken von starren Werkstücken, insbesondere zum Drucken von Holzmaserungs-Dekoren und dergleichen auf Holzwerkstoffplatten, umfassend: eine Druckstation (1), in welcher das Werkstück (2) beim Druckvorgang fixiert ist, eine relativ zur Druckstation (1) bewegbare Druckeinrichtung (4) mit einer Vielzahl von einzeln digital ansteuerbaren Farbauftragselementen (8), und eine Steuereinheit (13) zum Ansteuern der Farbauftragselemente (8) und der Relativbewegung zwischen der Druckeinrichtung (4) und der Druckstation (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Farbauftragselemente (8) in mindestens einer Reihe (7) über eine gesamte Arbeitsbreite hinweg verteilt sind, die das Werkstück (2) im Wesentlichen quer zu einer Bewegungsrichtung (10) der Relativbewegung zwischen der Druckeinrichtung (4) und der Druckstation (1) verlaufend überspannt, und dass die Reihe aus Farbauftragselementen (8) für einen zweiten oder weiteren Druckvorgang quer zur Bewegungsrichtung (10) der Relativbewegung versetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) derart ausgestaltet und programmiert ist, dass zur Erhöhung der Druckauflösung zwei oder mehr Druckvorgänge mit jeweils quer zur Bewegungsrichtung (10) der Relativbewegung versetzter Reihe (7) aus Farbauftragselementen (8) und/oder mit jeweils im oder gegen die Bewegungsrichtung (10) verschobenem Druckanfang und/oder verlangsamter Relativbewegung durchgeführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbauftragselemente Tintenstrahldüsen (8) sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstation (1) beim Druckvorgang ortsfest gehalten ist, während die Druckeinrichtung (4) den Bewegungsvorgang für die Relativbewegung (10) durchführt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (4) beim Druckvorgang ortsfest gehalten ist, während die Druckstation (1) den Bewegungsvorgang für die Relativbewegung (10) durchführt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung (10) zwischen der Druckeinrichtung (4) und der Druckstation (1) beim Druckvorgang kontinuierlich abläuft.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (4) in ihrem Abstand zur Druckstation (1) beweglich ist, um Höhenunterschiede in der zu bedruckenden Oberfläche des Werkstücks (2) auszugleichen.