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WO2000025182A1 - Vorrichtung zum aufbringen von dekors und/oder zeichen auf glas-, glaskeramik- und keramikerzeugnisse - Google Patents

Vorrichtung zum aufbringen von dekors und/oder zeichen auf glas-, glaskeramik- und keramikerzeugnisse Download PDF

Info

Publication number
WO2000025182A1
WO2000025182A1 PCT/EP1999/007989 EP9907989W WO0025182A1 WO 2000025182 A1 WO2000025182 A1 WO 2000025182A1 EP 9907989 W EP9907989 W EP 9907989W WO 0025182 A1 WO0025182 A1 WO 0025182A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
roller
glass
image
product
corona
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/007989
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Zimmer
Waldemar Weinberg
Petra Auchter-Krummel
Dieter Jung
Original Assignee
Schott Glas
Carl-Zeiss-Stiftung Trading As Schott Glas
Carl-Zeiss-Stiftung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE1998149500 external-priority patent/DE19849500C2/de
Application filed by Schott Glas, Carl-Zeiss-Stiftung Trading As Schott Glas, Carl-Zeiss-Stiftung filed Critical Schott Glas
Priority to HK02101386.8A priority Critical patent/HK1042556B/zh
Priority to DE59907964T priority patent/DE59907964D1/de
Priority to CA002348592A priority patent/CA2348592C/en
Priority to US09/830,278 priority patent/US6487386B1/en
Priority to JP2000578702A priority patent/JP3460084B2/ja
Priority to AT99971106T priority patent/ATE255731T1/de
Priority to BR9915097-2A priority patent/BR9915097A/pt
Priority to EP99971106A priority patent/EP1125171B1/de
Publication of WO2000025182A1 publication Critical patent/WO2000025182A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/14—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base
    • G03G15/16—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer
    • G03G15/1625—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer on a base other than paper

Definitions

  • the invention relates to a device for applying decorations and / or characters to glass, glass ceramic and ceramic products using electrophotography
  • an exposure arrangement for generating an electrostatic charge image corresponding to the decor and / or characters to be applied
  • a storage container for preferably a ceramic toner in a device for developing the electrostatic charge image with this toner
  • an intermediate carrier which is in direct contact with the image roller and is designed such that it inhibits the toner image and which is in direct contact with the glass, glass ceramic or ceramic product,
  • At least two corons the first of which is arranged on the intermediate carrier and the second in the region of the contact zone of the product with the intermediate carrier, and with heating means for stoving the toner image electrostatically transferred on the product by means of the corons.
  • Decorations are applied to a large extent on glass, glass ceramic and ceramic products to achieve the desired aesthetic impressions.
  • inscriptions, markings or the like must also be applied, in order, for example, to give the user the necessary information immediately.
  • the glass ceramic plates for hobs are mentioned here, which in addition to the brand, for example CERAN * , also have other operating and status information and, depending on the customer's request, also in particular colored decorations.
  • a screen printing stencil In the screen printing process generally used for the aforementioned printing process, a screen printing stencil must first be produced.
  • the screen made of fine-mesh textile or wire mesh, which is stretched over a printing frame, is covered in the non-image areas with a stencil cut from paper, drawn with bold ink or photographically produced.
  • the ceramic colors are then applied directly to the glass or ceramic product upset.
  • the production of the screen printing stencil in the known method is very complex and unprofitable for one-off productions.
  • the printing ink must be applied manually or in screen printing machines through the open areas of the screen printing stencil using a doctor blade.
  • the screen printing process is also a wet process in which ceramic color pigments pasted with printing oil are used as printing ink, so that relatively large and expensive machines with dryers are necessary, and furthermore there are major occupational safety and environmental problems, particularly with regard to the solvents required in the production process .
  • the solvents present in the pressure oil evaporate relatively easily, so that complex and expensive work safety measures have to be taken and, on the other hand, separate filter systems are required.
  • the screen printing process, as well as the offset printing process requires several sequential printing processes for the different colors (for example cyan, magenta, yellow and black), which largely leads to very large systems.
  • the resolution of the color print applied is limited by the grid of the screen printing stencil.
  • the printed ceramic or glass products are frequently unsatisfactory in terms of the smoothness, the homogeneity and the resolution of the color print.
  • several spot colors often have to be used.
  • ceramic colors are not applied directly to the glass and ceramic products, but to a transfer medium, such as a paper coated with gum arabic. This transfer agent prepared in this way is then placed on the ceramic or glass product at the desired position and moistened, as a result of which the paper can be removed while leaving the colors on the product.
  • the product is then fired in a manner known per se, which leads to a fusion of the ceramic colors with the product. A permanent pressure on the ceramic or glass product is thus also achieved.
  • the known method also allows the images to be applied to the transfer means in a simplified manner.
  • the user is advantageously given the opportunity for the first time to produce even very few Quantity changes without additional effort, such as in the color gradation, the grid. All graphics and / or modifications possible using today's computer technology can also be transferred directly to the transfer medium.
  • This method has the disadvantage that the colors applied by the ink jet recorder to the glass substrate run during application onto the hydrophobic glass surface, so that no sharp-edged images or decorations can be applied.
  • EP 0 834 784 A1 describes a device for applying decorations and / or characters to glass or ceramic products using electrophotography. This device consists of:
  • an exposure arrangement for generating an electrostatic charge image corresponding to the decor and / or sign to be applied
  • an intermediate carrier in the form of an endless belt or a transfer roller, which is in direct contact with the image roller on the one hand and takes up the toner image, and on the other hand in is in direct contact with the glass or ceramic product in order to transfer the toner image from the intermediate carrier directly to the glass or ceramic product.
  • the transfer of the toner image applied to the intermediate carrier onto the glass or ceramic product takes place in such a way that the intermediate carrier in the contact zone with the glass or ceramic product is heated to a temperature of at least 100.degree. C. and the glass ceramic product on the other hand by appropriate heating devices is preheated to a temperature of at least 80 ° C.
  • the toner is brought into the molten state on the intermediate carrier and the melted toner is then transferred to the glass or ceramic product. Due to this melting process, however, the toner and thus the charge image run somewhat, so that the contour sharpness also leaves something to be desired in this method. Furthermore, it is not readily possible to completely remove the melted toner from the intermediate carrier, so that there is a risk of residual images being carried over.
  • JP 08-146819A has disclosed a method for applying decorations and / or characters to glass, glass ceramic and ceramic products using electrophotography, and an associated device which enables sharp-contoured imaging without the risk of residual images.
  • This known method is carried out by a device with
  • an exposure arrangement for generating an electrostatic charge image corresponding to the decor and / or characters to be applied
  • a storage container for preferably a ceramic toner in a device for developing the electrostatic charge image with this toner
  • an intermediate carrier in the form of an endless belt which is in direct contact with the image roller on the one hand and is designed in this way, that it takes up the toner image and, on the other hand, is in direct contact with the glass, glass ceramic or ceramic product,
  • an endless belt is provided as the intermediate carrier.
  • Such an endless belt has a certain flexibility depending on the type and is therefore subject to deformation due to contact with the image roller and the product, is therefore not stable and is therefore true to shape, as is necessary for applying an undistorted, high-tolerance image, in particular a large-area image, to the product .
  • the second corona is arranged on the product next to the contact zone between the endless belt and the product, as a result of which the electrostatic transfer of the intermediate image on the endless belt to the product leaves something to be desired.
  • the invention is based on the object, starting from the above device known from JP 08-146 819 A and referred to at the outset, to design it in such a way that it is possible to apply an undistorted, in particular large-format image which meets high tolerance requirements to the product.
  • This object is achieved in that the intermediate carrier is formed by a dimensionally stable transfer roller and in that the second corona is arranged directly below the product in the contact zone.
  • the electrostatic transfer of the intermediate image located on the endless belt to the product is significantly improved.
  • the device is expediently designed such that a counter-roller, designed as a hollow roller, is arranged below the product in the contact zone to the transfer roller in direct contact with the product, inside or on its surface in the region of the contact zone the second Corona is arranged, and that the first corona is arranged on the transfer roller in the contact zone to the image roller, and has a potential that is opposite to the charge of the toner image on the image roller, and that another, on the transfer roller in the contact zone to the product third corona is arranged, which has opposite potential to the first and the second corona in the counter roll.
  • This measure improves the transfer of the electrostatic toner image on the image roller via the transfer to the product.
  • the formation of the transfer roller is of crucial importance, firstly because it is in direct contact with the hard glassy products and secondly because the one used for them Material affects the electrostatic fields that are decisive for the transfer of the charged toner image.
  • the transfer roller is a hollow roller, inside which at least one corona is attached.
  • the device is such that the transfer roller designed as a hollow roller has an electrically insulating core made of plastic, preferably a glass fiber or carbon fiber reinforced plastic, and on the core a relatively soft layer made of electrically conductive silicone, EPDM or other suitable plastics or rubber mixtures is applied, and that the first, upper corona with the opposite potential is arranged inside the transfer roller once in the contact zone to the image roller and on the other hand in the contact zone to the product.
  • the transfer roller designed as a hollow roller has an electrically insulating core made of plastic, preferably a glass fiber or carbon fiber reinforced plastic, and on the core a relatively soft layer made of electrically conductive silicone, EPDM or other suitable plastics or rubber mixtures is applied, and that the first, upper corona with the opposite potential is arranged inside the transfer roller once in the contact zone to the image roller and on the other hand in the contact zone to the product.
  • a transfer roller constructed in this way enables the corons to be arranged inside the transfer roller.
  • the electrostatic transmission processes take place only in the outer, conductive layer, which is relatively soft and therefore ensures good contact with the solid, in particular glassy products.
  • the device is designed such that the transfer roller designed as a hollow roller has a core made of metallic material, preferably aluminum, on which a first layer of insulating silicone is applied, and that a relatively soft layer is made of this basic structure electrically conductive silicone, EPDM or other suitable plastics or rubber mixtures is applied, and that in each case outside the transfer roller in the contact zone to the image roller, the first, upper corona and in the contact zone to the product, the third, lower corona with opposite potential is arranged.
  • the transfer roller designed as a hollow roller has a core made of metallic material, preferably aluminum, on which a first layer of insulating silicone is applied, and that a relatively soft layer is made of this basic structure electrically conductive silicone, EPDM or other suitable plastics or rubber mixtures is applied, and that in each case outside the transfer roller in the contact zone to the image roller, the first, upper corona and in the contact zone to the product, the third, lower corona with opposite potential is arranged.
  • the corons are arranged outside of the transfer roller in the contact areas because of the shielding effect of the metallic core, and in this embodiment as well the electrically active processes take place in the conductive, soft layer, starting from the metallic core through the first layer insulating material is electrically insulated, so that the electrostatic charge image is formed only in the outer soft layer.
  • the layer of electrically conductive material has a hardness in the range of 50 Shore A with a specific internal resistance in the range of 10 kOhm / cm and has a thickness in the range of 5 mm. Other values are also conceivable in principle.
  • the layer of electrically conductive material such as silicone is covered with a very thin, conductive Teflon layer or another suitable coating. This layer increases that Sliding ability without noticeably changing the electrostatic conditions.
  • the first layer of insulating material applied to this core in the second embodiment of the transfer roller with a metallic core preferably has a thickness which is in the range of 2 mm. This layer thickness is sufficient for the electrical insulation of the outer, conductive layer and is not too bulky. However, the invention is not limited to this value.
  • the device is designed such that the counter-roller has a metallic core, preferably made of aluminum, on which a relatively soft layer of insulating material such as silicone is applied, this layer too, like the comparable layer of the transfer roller , has a hardness in the range of 50 Shore A and a thickness in the range of 5 mm.
  • a metallic core preferably made of aluminum
  • a relatively soft layer of insulating material such as silicone
  • FIG. 1 shows the basic principle of the device according to the invention in a schematic illustration
  • Embodiment of the device according to the invention with two variants with regard to the transfer roller of the corona arrangement According to the basic illustration in FIG. 1, glass, glass ceramic or ceramic products 2, for example tiles or glass ceramic plates for cooktops, are located on a conveyor belt 1, to which decor and / or inscriptions and / or markings, ie "pictures", are to be applied.
  • the shape of the decor to be applied or the text for the inscription or marking is fed to an electro-copying device 4 by means of a personal computer 3, the basic structure of which will be explained in more detail below.
  • the corresponding images can originally be specified by the computer in the context of corresponding graphic or text programs. However, it is also possible to read the decorations or inscriptions / markings to be applied from a template into the computer using a scanner; they can be modified there if necessary.
  • the electro-copying device 4 typically consists of an image roller 5, which is provided with a photoconductive layer, which is exposed via a corresponding exposure arrangement 6, for example by a controlled laser beam, in accordance with the decor or the lettering to be applied.
  • This creates a "latent" electrostatic charge image in a known manner.
  • the latent electrostatic charge image located on the image roller 5 is developed into a visible toner image by means of a ceramic toner supplied from a storage container 8, as has become known, for example, from the cited DE 44 13 168 C2, and which is said to belong to the disclosure content of this application which is then transferred to a transfer roller 7 with a flexible surface. Thereafter, the toner image of the transfer roller 7 is directly on the glass. Ceramic product 2 transferred.
  • This transfer takes place with the aid of an electrostatic field, which is generated by applying a voltage to two so-called corons 9, 10, one of which is corona 9 within the transfer roller 7 and the other corona 10 below the substrate 2 is arranged directly in the contact zone.
  • the corons can be formed by a wire.
  • the electrostatically transferred toner image is then burned onto the product using customary methods.
  • the toner image on the transfer roller 7 is transferred very precisely to the substrate 2. Experiments have shown that this takes place without residues, so that the preparation of the transfer roller 7 for the transfer of the next charge image from the image roller 5 is simplified and there is no danger of the formation of residual images which are carried over into the following figure.
  • the transfer roller 7 can, for example, be made of glass fiber reinforced plastic (GRP), polyethylene or similar suitable materials.
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • This transfer roller is advantageously hollow on the inside, so that corons can be attached on the inside, which carry out the transfer of the toner to the substrate.
  • silicone rubber as the coating material has proven to be advantageous here. However, other materials with corresponding physical properties can also be used.
  • This coating also gives the surface of the transfer roller a certain elasticity which does not distort the transfer, which also has a favorable effect on contact formation.
  • the measures according to the invention have for the first time succeeded, surprisingly and advantageously, in using glass and ceramic products directly, i.e. using electrophotography. without transfer means in the sense of the decal technique, especially with large decorations and / or characters undistorted.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the invention which is structurally more detailed than the basic illustration in FIG. 1. Parts which correspond to or have the same effect as in FIG. 1 are provided with the same reference number.
  • the glass, glass ceramic or ceramic products 2 e.g. Tiles or glass ceramic plates for hobs to which decor and / or inscriptions and / or markings are to be applied.
  • the electro-copying device shown in FIG. 2 for applying these decorations etc. also consists of two main assemblies, the electrophotographic system 4a and the transfer system 4b.
  • the electrophotographic system 4a contains, as a central component, an image drum 5, an OPC photoconductor drum, which is provided with a photoconductive layer, which is provided by a corresponding, preferably digitally designed exposure arrangement 6, for example by a controlled laser beam, or more simply by an LED write head a resolution of, for example, 400 dpi with a writing width of 36 "is exposed in accordance with the decor or the lettering to be applied. This results in a" latent "electrostatic charge image in a known manner.
  • the electrophotographic system 4a also contains a developer unit 8a with a preferably ceramic, in particular two-component, toner system, as has become known, for example, from the cited DE 44 13 168 C2, by means of which the latent electrostatic charge image on the image drum 5 becomes a visible one Toner image is developed. Other suitable special toners / pigments can also be used.
  • This developer unit 8a contains, as is customary in the electrophotographic process, a storage container 8 for the toner in connection with the usual means for applying the toner to the image drum 5.
  • the electrophotographic system 4a has a customary cleaning and erasing unit 8b for the non-transferred one Remove toner from the image drum 5.
  • the toner image formed on the image drum 5 corresponding to the image to be applied is then transferred to the product 2 by means of the transfer system 4.
  • This transfer system 4 has three main components, the transfer roller 7, a plurality of corones 9, 10, by means of which an electrostatic field can be generated by applying a voltage for the purpose of transferring the toner image, and finally a counter roller 11.
  • a core 7a made of electrically insulating glass fiber or carbon fiber reinforced plastic (GFK / CFK) is provided.
  • a relatively soft, approx. 5 mm thick layer 7b of electrically conductive silicone, EPDM or other suitable plastics or rubber mixtures is applied to this core 7a, with a hardness of approx. 50 Shore A and a resistance of approx. 10 kOhm / cm .
  • These values are exemplary, but the invention is not restricted to them.
  • the surface is teflonized with a very thin and conductive layer or provided with another suitable coating.
  • a positive transfer corona 9 al is arranged opposite the contact line with the image drum 5, and a negative transfer corona 9 bl is arranged opposite the contact line with the counter roller 11.
  • the coating applied to the core carries the toner on one side, but allows residue-free transfer of the toner on the other side during corona discharge.
  • the core 9 a consists of a metallic material, preferably aluminum.
  • An approximately 2 mm thick layer 7 c of insulating silicone or similar materials is applied to the core.
  • a relatively soft, approx. 5 mm thick layer 7 b of electrically conductive silicone or similar materials, as in the first embodiment, is applied to this basic structure, with a hardness of approx. 50 ° shore and a resistance of approx. 10 kOHM / cm.
  • the surface is also teflon-coated with a very thin and conductive layer or provided with another coating.
  • a positive transfer corona 9 a2 is arranged near the contact line with the image drum 5 and a negative transfer corona 10 b is arranged near the contact line with the counter roller.
  • the counter roll 11 has a core 11 a made of a metallic material, preferably aluminum. There is an approx. 5 mm thick on this core Layer 11b made of insulating silicone or a similar material, with a hardness of approx. 60 Shore A. These values are also only examples.
  • a positive transfer corona 10 a is arranged inside the counter roller 11 opposite the contact line with the transfer roller 7.
  • the toner image on the image drum 5, consisting of negatively charged toner particles, is taken over in the contact zone by the transfer roller 7, which is positively charged at this point by means of the transfer corona 9 al.
  • the positive surface charge changes into a negative surface charge due to the influence of the negative transfer corona 9 bl.
  • the transfer roller 7 is coated with an electrically conductive material, different voltage potentials can also be achieved at different points on the surface.
  • the resistance value between the two transfer areas is, for example, in the range of approx.
  • the toner particles are transferred to the continuous glass or ceramic body 2 on contact between the transfer roller 7 because the surface of the negative transfer corona 10 a located in the counter roller 11 is positively charged.
  • the type of construction of the transfer roller 7 allows the setting of the necessary and different voltage potentials at the two transfer areas.
  • the surface of the transfer roller 7 is designed to be very smooth for cleaning residual toner particles by means of a corresponding device 12. As a result, the preparation of the transfer roller 7 for the transfer of the next charge image from the image drum 5 is simplified and there is no danger of the formation of residual images which would be carried over into the following figure.
  • the electrostatically transferred toner image is burned onto the product 2 using customary methods.
  • the ceramic products decorated with the device according to the invention relate in particular to the products formed and fired from clay or mixtures containing clay minerals.
  • Other preferred ceramic products also include products made from special ceramic materials, such as a wide variety of powdery materials (eg metal oxides), which are also silicate in nature.
  • the ceramic products can represent goods made of porcelain, earthenware, but also made of special ceramic materials such as stearin, rutile, cordierite and cermets.
  • the ceramic product can also be glazed before decorating, or the glaze can be applied after decorating.
  • glass / glass ceramic products include all products made from a glass mass or products with a glass surface. In particular, here
  • Glass / glass ceramic products consist of simple and composite silicates of sodium, potassium, calcium, magnesium, aluminum, barium, zinc and lead. These glasses were created by fiery flames, and the cooled melts consist essentially of silicon dioxide. Calcium oxide and sodium oxide, whereby special glasses can also contain larger amounts of boron trioxide, phosphorus pentoxide, barium oxide, potassium oxide, lithium oxide, zirconium oxide or lead oxide. Silicon dioxide, boron oxide and phosphorus pentoxide are the actual glass formers, which also form the basis of the enamel. Accordingly, the term "glass product” should also be understood to mean enamel products.

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Abstract

Auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse werden in großem Umfang zur Erzielung gewünschter ästhetischer Eindrücke Dekors und auch Beschriftungen sowie Symbole aufgebracht. Gemäß dem Stand der Technik erfolg dies entweder durch direktes Bedrucken mittels der Siebdrucktechnik oder mittelbar durch Aufbringen eines 'Abziehbildes', das zuvor mittels Siebdruck oder durch elektrophotographische Kopierverfahren mit den Dekors bzw. Beschriftungen und Symbolen versehen worden ist, oder direkt durch elektrophotographische Kopierverfahren mit Übertragung des elektrophotographisch erzeugten Tonerbildes auf die Erzeugnisse durch Druck/Wärme oder unter Anwendung eines von Koronen (9, 10) erzeugten elektrostatischen Feldes. Anstelle eines Endlosbandes wie beim Stand der Technik sieht die Erfindung eine formstabile Übertragungswalze für eine verzerrungsfreie elektrostatische Übertragung des elektrostatischen Ladungsbildes sowie eine spezielle Anordnung der Koronen (9, 10) für eine verbesserte elektrostatische Übertragung vor.

Description

Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse unter Anwendung der Elektrophotographie mit
einer Bildwalze, die eine elektrostatisch aufladbare photoleitfähige Schicht aufweist,
einer Belichtungsanordnung zur Erzeugung eines den aufzubringenden Dekors und/oder Zeichen entsprechenden elektrostatischen Ladungsbildes,
einem Vorratsbehälter für vorzugsweise einen keramischen Toner in einer Einrichtung zum Entwickeln des elektrostatischen Ladungsbildes mit diesem Toner,
einem Zwischenträger, der einerseits im direkten Kontakt mit der Bildwalze steht und dabei so ausgebildet ist, daß er das Tonerbild aufhirnmt, und der andererseits im direkten Kontakt mit dem Glas-, Glaskeramik- oder Keramikerkzeugnis steht,
mindestens zwei Koronen, von denen die erste am Zwischenträger und die zweite im Bereich der Kontaktzone des Erzeugnisses zum Zwischenträger angeordnet ist, und mit Heizmitteln zum Einbrennen des mittels der Koronen elektrostatisch übertragenen Tonerbildes auf dem Erzeugnis.
Auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse werden im großen Umfang zur Erzielung gewünschter ästhetischer Eindrücke Dekors aufgebracht. Bei bestimmten derartigen Erzeugnissen müssen auch Beschriftungen, Kennzeichnungen oder dergleichen aufgebracht werden, um z.B. dem Benutzer unmittelbar die erforderliche Informationen zu geben. Als typisches Beispiel seien hier die Glaskeramikplatten für Kochfelder genannt, die neben der Marke, z.B. CERAN* , auch andere Bedien- und Zustandshinweise, sowie, je nach Kundenwunsch, auch insbesondere farbige Dekors aufweisen.
Zum Aufbringen derartiger Dekors und/oder Zeichen, zusammengefaßt als "Bilder" bezeichnet, sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden, von denen bisher zwei in der Praxis Bedeutung erlangt haben.
Bei dem ersten typischen Verfahren werden Keramikferben mittels einschlägiger Druck-Techniken direkt auf die Glas- und Keramikerzeugnisse aufgedruckt, die Farbe zunächst wischfest getrocknet und danach eingebrannt, wobei im Fall der erwähnten Glaskeramikplatten für Kochfelder der Farbeinbrand typischerweise während der Keramisierung stattfindet. In diesem Fall erfolgt das Aufdrucken daher nicht auf die fertige Glaskeramikplatte, sondern bereits auf den zu keramisierenden Grünling.
Bei dem im allgemeinen für das vorgenannte Druckverfahren verwendeten Siebdruckverfahren muß zunächst eine Siebdruckschablone hergestellt werden. Dazu wird das Sieb aus feinmaschigem Textil- oder Drahtgewebe, das über einen Druckrahmen gespannt wird, an den bildfreien Stellen mit einer aus Papier geschnittenen, mit Fettusche gezeichneten oder photographisch hergestellten Schablone abgedeckt. Mittels dieser Siebdruckschablone werden dann die keramischen Farben auf das Glas- bzw. Keramikerzeugnis direkt aufgebracht. Die Herstellung der Siebdruckschablone bei dem bekannten Verfahren ist sehr aufwendig und für Einzelanfertigungen unrentabel. Zudem muß mit Hilfe einer Rakel die Druckfarbe durch die offenen Stellen der Siebdruckschablone manuell oder in Siebdruckmaschinen aufgebracht werden. Das Siebdruckverfahren ist weiterhin ein Naßverfahren, bei dem mit Drucköl angepastete, keramische Farbpigmente als Druckfarbe eingesetzt werden, so daß relativ große und teuere Maschinen mit Trocknern notwendig sind, und weiterhin, insbesondere im Hinblick auf die beim Herstellungsprozeß benötigten Lösungsmittel große Arbeitsschutz- und Umweltprobleme bestehen. Die in dem Drucköl vorhandenen Lösungsmittel verdampfen relativ leicht, so daß aufwendige und teure Arbei-sschutzmaßnahmen getroffen werden müssen, und zum anderen separate Filterungsanlagen erforderlich sind. Überdies sind beim Siebdruckverfahren, wie auch beim Offsetdruckverfahren, mehrere hintereinander geschaltete Druckvorgänge für die verschiedenen Farben (z.B. Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz) erforderlich, was weithin zu sehr groß ausgestalteten Anlagen führt.
Desweiteren besteht bei dem bekannten Druckverfahren das Problem, daß die Reproduzierbarkeit der Farben bei einer größeren Stückzahl nicht mehr gewährleistet werden kann, und zudem bereits nach einer geringen Stückzahl, d.h. in etwa nach 100 Druckvorgängen, die Siebdruckschablone gereinigt werden muß.
Zum anderen ist bei dem Siebdruckverfahren das Auflösungsvermögen des aufgebrachten Buntdrucks durch das Raster der Siebdruckschablone begrenzt. Dies führt dazu, daß die bedruckten Keramik- oder Glaserzeugnisse häufig bezüglich der Glätte, der Homogenität und der Auflösung des Farbdrucks nicht zufriedenstellend sind. Weiterhin müssen häufig, um eine gewünschte Güte erzeugen zu können, mehrere Sonderfarben verwendet werden. Bei dem zweiten typischen Verfahren werden Keramikfarben nicht direkt auf die Glas- und Keramikerzeugnisse aufgebracht, sondern auf ein Transfermittel, wie z.B. ein mit Gummi-Arabikum beschichtetes Papier. Dieses derart vorbereitete Transfermittel wird daraufhin auf das Keramik- oder Glaserzeugnis an gewünschter Position aufgelegt und angefeuchtet, wodurch sich das Papier unter Belassung der Farben auf dem Erzeugnis entfernen läßt. Schließlich wird dann das Erzeugnis in an sich bekannter Weise gebrannt, was zu einer Verschmelzung der keramischen Farben mit dem Erzeugnis führt. Es wird somit ebenfalls ein dauerhafter Druck auf dem Keramik- bzw. Glaserzeugnis erzielt.
Dieses zweite typische Verfahren arbeitet nach dem Prinzip des Abziehbildes. Es ist dabei bekannt, die Keramikferben mittels einschlägiger Dracktechniken, insbesondere mittels Siebdruck, auf das Transfermittel zu bringen, mit den erläuterten Nachteilen der Siebdrucktechnik.
Es ist daher auch durch die DE 44 13 168 C2 bekannt geworden, anstelle üblicher Keramikdruckfarben einen neuartigen keramischen Toner zu verwenden, d.h. keramische Farbzusammensetzungen, die aus feinen Teilchen aus keramischen Pigmenten, Flußmittel (Glas), Bindemittelharz(en) und üblichen Additiven bestehen und mittels eines elektrophotographischen Reproduktionsverfahrens (Elektrokopierverfahren) auf das Transfermittel aufgetragen werden. Unter Zuhilfenahme dieser Maßnahmen gelingt es, ein Verfahren zu Herstellung von dekorierten Keramik- und Glaserzeugnissen zu schaffen, das die oben genannten Probleme der bekannten Druckverfahren überwindet. Es kann ein dekoriertes Keramik- und Glaserzeugnis hergestellt werden, das hinsichtlich der Feinheit und Auflösung des Dekors (des Drucks) den bekannten Erzeugnissen überlegen ist.
Das bekannte Verfahren erlaubt auch ein vereinfachtes Aufbringen der Bilder auf das Transfermittel. Durch Einlesen der Daten des gewünschten, auf dem Keramik- oder Glaserzeugnis aufzubringenden Bildes z.B. mittels eines digitalen Farbscanners oder durch Verwendung originärer Graphikdaten und Übertragung dieser Daten mittels eines Personal Computers in den Bildspeicher der elektrophotographischen Reproduktionseinrichtung, z.B. eines Laserdruckers, wird vorteilhafterweise dem Benutzer erstmals die Möglichkeit gegeben, auch bei nur sehr geringen herzustellenden Stückzahlen Änderungen ohne zusätzlichen Aufwand, wie z.B. in der Farbabstufung, der Rasterung, vorzunehmen. Auch können alle mittels der heutigen Computertechnologie möglichen Grafiken und/oder Abänderungen direkt auf das Tansfermittel übertragen werden.
Der entscheidende Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß ein Transfermittel benötigt wird in Verbindung mit weiteren Verfahrensschritten, um das Bild von diesem Transfermittel auf das Glas- bzw. Keramikerzeugnis zu bringen. Abgesehen von dem Mehraufwand für die Herstellung der Bilder auf dem Erzeugnis besteht auch die Gefahr, daß die Bilder des angefeuchteten Transfermittels beim Aufbringen und Abziehen des Trägers verrutschen, wie das von Abziehbildern her hinlänglich bekannt ist, so daß die Bilder verzerrt aufgebracht werden, was dann nicht den Toleranzanforderungen an das farbige Produkt entspricht.
Ein vergleichbares elektrophotographisches Reproduktionsverfahren zum Aufbringen von Bildern auf Kacheln unter Verwendung eines Transfermittels ist durch die WO 96/34319 bekannt geworden, für das die geschilderten Nachteile im gleichen Maß gelten.
Es sind auch aus der Patentliteratur Verfahren zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik und Keramikerzeugnisse (Substrate) bekannt geworden, bei denen kein Transfermittel wie im Fall der Abziehbildmethode eingesetzt wird, d.h. bei denen die Dekors und/oder Zeichen direkt auf das Substrat aufgebracht werden. So beschreibt die DE 197 18 303 Cl ein Verfahren zum Herstellen einer mit einem farbigen Bild oder Dekor versehenen Glasscheibe, bei der auf einer Malunterlage eine Vorlage des mehrfarbigen Bildes oder Dekors aufgebracht wird, die mit Hilfe einer aus einem Farbscanner, Bildverarbeitungs-Software und einem Farbplotter in Form eines Tintenstrahlschreibers bestehenden Reproduktionseinrichtung unter Verwendung von Einbrennfarben im Tintenstrahlschreiber auf die Glasscheibe übertragen wird. Die aufgebrachten Farben werden dann anschließend bei erhöhter Temperatur eingebrannt.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die vom Tintenstrahlschreiber auf das Glassubstrat aufgebrachten Farben bereits während des Aufbringens auf der hydrophoben Glasoberfläche verlaufen, so daß keine konturenscharfe Bilder oder Dekors aufbringbar sind.
Ferner beschreibt die EP 0 834 784 A 1 eine Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas- oder Keramikerzeugnisse unter Anwendung der Elektrophotographie. Diese Vorrichtung besteht aus:
einer Bildwalze, die eine elektrostatisch aufladbare photoleitfähige Schicht aufweist,
einer Belichtungsanordnung zur Erzeugung eines dem aufzubringenden Dekors und/oder Zeichen entsprechenden elektrostatischen Ladungsbildes,
einem Vörratsbehälter für einen keramischen Toner und Einrichtungen zum Entwickeln des elektrostatischen Ladungsbildes mit diesem Toner,
einem Zwischenträger in Form eines Endlosbandes oder einer Übertragungswalze, der einerseits im direkten Kontakt mit der Bildwalze steht und das Tonerbild aufnimmt, und der andererseits im direkten Kontakt mit dem Glas- oder Keramikerzeugnis steht, um das Tonerbild vom Zwischenträger direkt auf das Glas- oder Keramikerzeugnis zu übertragen.
Die Übertragung des auf dem Zwischenträger aufgebrachten Tonerbildes auf das Glas- oder Keramikerzeugnis erfolgt in der Weise, daß durch entsprechende Heizvorrichtungen einmal der Zwischenträger in der Kontaktzone zum Glas- oder Keramikerzeugnis auf eine Temperatur von mindestens 100° C aufgeheizt und zum anderen das Glas-Keramikerzeugnis auf eine Temperatur von mindestens 80° C vorgeheizt wird.
Bei dieser Wärmeübertragungs-Methode wird der Toner auf dem Zwischenträger in den geschmolzenen Zustand gebracht und der aufgeschmolzene Toner wird dann auf das Glas- oder Keramikerzeugnis übertragen. Durch diesen Aufschmelzvorgang verläuft jedoch der Toner und damit das Ladungsbild etwas, so daß auch bei diesem Verfahren die Konturenschärfe zu wünschen übrig läßt. Ferner ist es nicht ohne weiteres möglich, den aufgeschmolzenen Toner von dem Zwischenträger vollständig zu entfernen, so daß die Gefahr des Verschleppens von Restbildern besteht.
Durch die JP 08-146819A ist ein Verfahren zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse unter Anwendung der Elektrophotographie sowie eine zugehörige Vorrichtung bekannt geworden, die eine konturenscharfe Abbildung ohne die Gefahr von Restbildern möglich ist.
Dieses bekannte Verfahren arbeitet mit den Schritten:
Belichten eines mit einer photoleitfähigen Schicht versehenen steifen Trägers entsprechend den aufzubringenden Dekors und/oder Zeichen unter Erzeugung eines entsprechenden latenten elektrostatischen Ladungsbildes,
Entwickeln dieses elektrostatischen Ladungsbildes mit einem Toner, der aus keramischen Pigmenten, umhüllt von einem Bindemittel besteht, zu einem korrespondierenden Tonerbild,
Übertragen des Tonerbildes auf einen Zwischenträger,
Übertragen des auf den Zwischenträger befindlichen Tonerbildes auf das Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnis mittels eines elektrostatischen Feldes, und
Einbrennen des elekrostatisch übertragenen Tonerbildes.
Durchgeführt wird dieses bekannte Verfahren durch eine Vorrichtung, mit
einer Bildwalze, die eine elektrostatisch aufladbare photoleitfähige Schicht aufweist,
einer Belichtungsanordnung zur Erzeugung eines den aufzubringenden Dekors und/oder Zeichen entsprechenden elektrostatischen Ladungsbildes,
einem Vörratsbehälter für vorzugsweise einen keramischen Toner in einer Einrichtung zum Entwickeln des elektrostatischen Ladungsbildes mit diesem Toner,
einem Zwischenträger in Form eines Endlosbandes, das einerseits im direkten Kontakt mit der Bildwalze steht und dabei so ausgebildet ist, daß es das Tonerbild aufnimmt, und das andererseits im direkten Kontakt mit dem Glas-, Glaskeramik- oder Keramikerzeugnis steht,
mindestens zwei Koronen, von denen die erste am Endlosband und die zweite im Bereich der Kontaktzone des Erzeugnisses zum Endlosband angeordnet ist, und mit
Heizmitteln zum Einbrennen des mittels der Koronen elektrostatisch übertragenen Tonerbildes auf dem Erzeugnis.
Im Fall der vorgenannten JP 08-146 819 A ist als Zwischenträger ein Endlosband vorgesehen. Ein derartiges Endlosband hat typbedingt eine gewisse Flexibilität und unterliegt daher Verformungen durch den Kontakt mit der Bildwalze und dem Erzeugnis, ist daher nicht stabil und damit formtreu, wie es für das Aufbringen eines unverzerrten, hohen Toleranzanforderungen genügenden, insbesondere großflächigen Bildes auf das Erzeugnis notwendig ist.
Ferner ist im bekannten Fall die zweite Korona am Erzeugnis neben der Kontaktzone zwischen Endlosband und Erzeugnis angeordnet, wodurch die elektrostatische Übertragung des auf dem Endlosband befindlichen Zwischenbildes auf das Erzeugnis zu wünschen übrig läßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der vorstehenden, aus der JP 08-146 819 A bekannten, und eingangs bezeichneten Vorrichtung, diese so auszubilden, daß das Aufbringen eines unverzerrten, hohen Toleranzanforderungen genügenden, insbesondere großformatigen Bildes auf das Erzeugnis möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zwischenträger durch eine formstabile Übertragungswalze gebildet ist, und daß die zweite Korona unterhalb des Erzeugnisses direkt in der Kontaktzone angeordnet ist.
Um ein entsprechend unverzerrtes, hohen Toleranzanforderungen genügendes Bild auf das Erzeugnis, insbesondere auf großformatige Erzeugnisse (0,25 m2) zu übertragen, kommt es darauf an, eine möglichst formtreue/stabile Ausbildung des Zwischenträgermediums zu erreichen. Das gelingt erfindungsgemäß am besten durch die Verwendung eines rotationssymmetrischen steifen Körpers, der Übertragungswalze. Dieser unterliegt nicht den Verformungen wie das Endlosband.
Dadurch, daß die zweite Korona unterhalb des Erzeugnisses direkt in der Kontaktzone zwischen Übertragungswalze und Erzeugnis angeordnet ist, wird die elektrostatische Übertragung des auf dem Endlosband befindlichen Zwischenbildes auf das Erzeugnis signifikant verbessert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zweckmäßig so ausgebildet, daß unterhalb des Erzeugnisses in der Kontaktzone zur Übertragungswalze im direkten Kontakt mit dem Erzeugnis eine Gegenwalze, ausgebildet als Hohlwalze, angeordnet ist, in deren Inneren oder an deren Oberfläche im Bereich der Kontaktzone die zweite Korona angeordnet ist, und daß die erste Korona an der Übertragungswalze in der Kontaktzone zur Bildwalze angeordnet ist, und ein Potential aufweist, das entgegengesetzt zu der Ladung des Tonerbildes auf der Bildwalze ist, und daß an der Übertragungswalze in der Kontaktzone zum Erzeugnis eine weitere, dritte Korona angeordnet ist, die entgegengesetztes Potential zu der ersten und der zweiten Korona in der Gegenwalze hat. Durch diese Maßnahme ist eine verbesserte Übertragung des elektrostatischen Tonerbildes auf der Bildwalze über die Übertragung auf das Erzeugnis gegeben.
Für eine optimierte Übertragung des Tonerbildes auf das Erzeugnis kommt, neben einer optimalen Anordnung der Koronen, auch der Ausbildung der Übertragungswalze eine entscheidende Bedeutung bei, einmal, weil sie im direkten Kontakt mit den harten glasigen Erzeugnissen steht und zum anderen, weil der für sie verwendete Werkstoff die elektrostatischen Felder, die für die Übertragung des geladenen Tonerbildes maßgebend sind, beeinflußt.
Zur Erfüllung dieser Bedingungen ist es förderlich, wenn die Übertragungswalze eine Hohlwalze ist, in deren Innern mindestens eine Korone angebracht ist.
Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist dabei die Vorrichtung so getroffen, daß die als Hohlwalze ausgebildete Übertragungswalze einen elektrisch isolierenden Kern aus Kunststoff, vorzugsweise einem glasfeser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff aufweist, und auf dem Kern eine relativ weiche Schicht aus elektrisch leitfähigem Silikon, EPDM oder anderen geeigneten Kunststoffen bzw. Gummimischungen aufgebracht ist, und daß im Innern der Übertragungswalze einmal in der Kontaktzone zur Bildwalze die erste, obere Korona und zum anderen in der Kontaktzone zum Erzeugnis die dritte, untere Korona mit entgegengesetztem Potential angeordnet ist.
Eine derartig aufgebaute Übertragungswalze ermöglicht wegen ihres elektrisch isolierenden Kernes, daß die Koronen im Innern der Übertragungswalze angeordnet sind. Die elektrostatischen Übertragungsvorgänge spielen sich dabei allein in der äußeren, leitfähigen Schicht ab, die relativ weich ist und daher einen guten Kontakt zu den festen, insbesondere glasigen Erzeugnissen gewährleistet. Gemäß einer zweiten Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die als Hohlwalze ausgebildete Übertragungswalze einen Kern aus metallischem Werkstoff, vorzugsweise Aluminium, aufweist, auf dem eine erste Schicht aus isolierendem Silikon aufgebracht ist, und daß auf diesen Grundaufbau eine relativ weiche Schicht aus elektrisch leitfähigem Silikon, EPDM oder anderen geeigneten Kunststoffen bzw. Gummimischungen aufgebracht ist, und daß jeweils außerhalb der Übertragungswalze in der Kontaktzone zur Bildwalze die erste, obere Korona und in der Kontaktzone zum Erzeugnis die dritte, untere Korona mit entgegengesetztem Potential angeordnet ist.
Bei einer derartigen Ausbildung sind die Koronen wegen des abschirmenden Effektes des metallischen Kernes außerhalb der Übertragungswalze in den Kontaktbereichen angeordnet, wobei auch bei dieser Ausführungsform sich die elektrisch wirksamen Vorgänge in der leitfähigen, weichen Schicht abspielen, die von dem metallischen Kern durch die erste Schicht aus isolierendem Material elektrisch isoliert ist, so daß sich das elektrostatische Ladungsbild allein in der äußeren weichen Schicht ausbildet.
Gute Ergebnisse sowohl hinsichtlich der Elektrostatik als auch hinsichtlich des Kontaktes mit den harten glasigen Erzeugnissen werden erzielt, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material eine Härte im Bereich von 50 Shore A mit einem spezifischen Innenwiderstand im Bereich von 10 kOhm/cm sowie eine Stärke im Bereich von 5 mm aufweist. Auch andere Werte sind grundsätzlich denkbar.
Um den Abrieb der Übertragungswalze zu minimieren, ist dabei gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material, wie Silikon, mit einer sehr dünnen, leitfähigen Teflonschicht oder einer anderen geeigneten Beschichtung abgedeckt. Diese Schicht erhöht das Gleitvermögen, ohne daß sie die elektrostatischen Verhältnisse merklich ändern würde.
Die bei der zweiten Ausführungsform der Übertragungswalze mit einem metallischen Kern auf diesem Kern aufgebrachte erste Schicht aus isolierendem Material besitzt vorzugsweise eine Dicke, die im Bereich von 2 mm liegt. Diese Schichtdicke reicht für die elektrische Isolierung der äußeren, leitfähigen Schicht aus und trägt nicht zu sehr auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wert begrenzt.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die Gegenwalze einen metallischen Kern, vorzugsweise aus Aluminium, aufweist, auf dem eine relativ weiche Schicht aus isolierendem Material wie Silikon aufgebracht ist, wobei auch diese Schicht, wie die vergleichbare Schicht der Übertragungswalze, eine Härte im Bereich von 50 Shore A sowie eine Stärke im Bereich von 5 mm aufweist. Eine derartige Ausbildung trägt sowohl den elektrostatischen als auch den mechanischen Bedingungen Rechnung, wobei die Erfindung nicht auf diese Werte beschränkt ist.
Anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 in einer schematischen Darstellung das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 in einer schematisierten Schnittdarstellung eine konkrete
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Varianten hinsichtlich der Übertragungswalze der Koronaanordnung . Gemäß der prinzipiellen Darstellung in Figur 1 befinden sich auf einem Förderband 1 Glas-, Glaskeramik- oder Keramikerzeugnisse 2, z.B. Kacheln oder Glaskeramikplatten für Kochfelder, auf die ein Dekor und/oder Beschriftungen und/oder Kennzeichnungen, d.h. "Bilder" aufgebracht werden sollen. Die Gestalt des aufzubringenden Dekors bzw. der Text für die Beschriftung oder der Kennzeichnung wird mittels eines Personal-Computers 3 einer Elektrokopier-Einrichtung 4 zugeführt, deren prinzipieller Aufbau noch näher erläutert werden wird.
Die entsprechenden Bilder können vom Computer originär im Rahmen von entsprechenden graphischen oder Textprogrammen vorgegeben werden. Es ist jedoch auch möglich, die aufzubringenden Dekors bzw. Beschriftung/Kennzeichnungen aus einer Vorlage über einen Scanner in den Computer einzulesen; sie können dort ggf. noch modifiziert werden.
Die Elektrokopier-Einrichtung 4 besteht typischerweise aus einer Bildwalze 5, die mit einer photoleitfähigen Schicht versehen ist, die über eine entsprechende Belichtungsanordnung 6, beispielsweise durch einen gesteuerten Laserstrahl, entsprechend dem aufzubringenden Dekor bzw. der Beschriftung belichtet wird. Es entsteht dadurch in bekannter Weise ein "latentes" elektrostatisches Ladungsbild. Mittels eines aus einem Vörratsbehälter 8 zugeführten keramischen Toners, wie er beispielsweise aus der zitierten DE 44 13 168 C2 bekannt geworden ist, und die insoweit zum Offenbarungsinhalt dieser Anmeldung gehören soll, wird das auf der Bildwalze 5 befindliche latente elektrostatische Ladungsbild zu einem sichtbaren Tonerbild entwickelt, das anschließend auf eine Übertragungswalze 7 mit flexibler Oberfläche übertragen wird. Danach wird das Tonerbild der Übertragungswalze 7 direkt auf das Glasbzw. Keramikerzeugnis 2 übertragen. Diese Übertragung erfolgt unter Zuhilfenahme eines elektrostatischen Feldes, das durch Anlegen einer Spannung an zwei sogenannten Koronen 9, 10 erzeugt wird, von denen eine Korona 9 innerhalb der Übertragungswalze 7 und die andere Korona 10 unter dem Substrat 2 direkt in der Kontaktzone angeordnet ist. Die Koronen können im einfachsten Fall durch einen Draht gebildet werden.
Danach wird das elektrostatisch übertragene Tonerbild mit üblichen Methoden auf dem Erzeugnis eingebrannt.
Durch das erzeugte elektrostatische Feld wird das auf der Übertragungswalze 7 befindliche Tonerbild sehr exakt auf das Substrat 2 übertragen. Versuche haben dabei gezeigt, daß dies rückstandslos erfolgt, so daß die Aufbereitung der Übertragungswalze 7 für das Übertragen des nächsten Ladungsbildes von der Bildwalze 5 vereinfacht ist und keine Gefahr für das Entstehen von Restbildern, die in die folgende Abbildung verschleppt werden, gegeben ist.
Die Übertragungswalze 7, kann beispielhaft aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), Polyethylen oder ähnlichen geeigneten Materialien ausgeführt sein. Diese Übertragungswalze ist vorteilhaft innen hohl ausgeführt, damit innenliegend Koronen angebracht werden können, die den Übertrag des Toners auf das Substrat bewerkstelligen. Auf der Oberfläche der Übertragungswalze 7 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, auf an sich bekanntem Weg eine Schicht aus einem Material aufzubringen, das den Toner trägt, aber bei der Koronenentladung eine rückstandslose Übertragung des Toners zuläßt. Hier hat sich vorteilhaft die Verwendung eines Silikongummis als Beschichtungsmaterial erwiesen. Es können aber auch andere Materialien mit entsprechenden physikalischen Eigenschaften eingesetzt werden. Durch diese Beschichtung erhält die Oberfläche der Übertragungswalze auch eine gewisse, jedoch keine Verzerrung der Übertragung bewirkende Elastizität, was sich auch günstig hinsichtlich der Kontaktbildung auswirkt.
Der Aufbau und die Wirkungsweise der Bildwalze 5 und der Tonerzufuhr 8, die die wesentlichen Komponenten der Elektrophotographie bzw. der Xeroxgraphie darstellen, sind grundsätzlich bekannt und brauchen daher hier im einzelnen nicht näher erläutert zu werden.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es erstmals in überraschender und vorteilhafter Weise gelungen, mit Mitteln der Elektrophotographie Glas- und Keramikerzeugnisse direkt, d.h. ohne Transfermittel im Sinne der Abziehbildtechnik, mit insbesondere auch großflächigen Dekors und/oder Zeichen unverzerrt zu versehen.
In der Figur 2 ist eine gegenüber der Prinzipdarstellung in Figur 1 konstruktiv näher ausgestaltete Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei sind mit der Figur 1 übereinstimmende oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugsziffer versehen.
Auf dem Förderband 1 , angetrieben durch Förderwalzen 1 a, befinden sich die Glas-, Glaskeramik- oder Keramikerzeugnisse 2, z.B. Kacheln oder Glaskeramikplatten für Kochfelder, auf die ein Dekor und/oder Beschriftungen und/oder Kennzeichnungen aufgebracht werden sollen.
Die in Figur 2 dargestellte Elektrokopier-Einrichtung zum Aufbringen dieser Dekors etc. besteht ebenfalls aus zwei Hauptbaugruppen, dem elektrophotographischen System 4a und dem Transfersystem 4b.
Das elektrophotographische System 4a enthält als zentralen Bestandteil eine Bildtrommel 5, eine OPC-Fotoleitertrommel, die mit einer photoleitfähigen Schicht versehen ist, die über eine entsprechende, vorzugsweise digital ausgelegten Belichtungsanordnung 6, beispielsweise durch einen gesteuerten Laserstrahl, oder einfacher durch einen LED-Schreibkopf mit einer Auflösung von beispielsweise 400 dpi bei einer Schreibbreite von 36" entsprechend dem aufzubringenden Dekor bzw. der Beschriftung, belichtet wird. Es entsteht dadurch in bekannter Weise ein "latentes" elektrostatisches Ladungsbild. Das elektrophotographische System 4a enthält weiterhin eine Entwicklereinheit 8a mit einem vorzugsweise keramischen, insbesondere 2-Komponenten- Tonersystem, wie es beispielsweise aus der zitierten DE 44 13 168 C2 bekannt geworden ist, mittels der das auf der Bildtrommel 5 befindliche latente elektrostatische Ladungsbild zu einem sichtbaren Tonerbild entwickelt wird. Auch andere geeignete spezielle Toner/Pigmente können Anwendung finden. Diese Entwicklereinheit 8a enthält, wie bei dem elektrophotographischen Verfahren üblich, einen Vörratsbehälter 8 für den Toner in Verbindung mit den üblichen Mitteln zum Aufbringen des Toners auf die Bildtrommel 5. Ferner weist das elektrophotographische System 4a eine übliche Reinigungsund Löscheinheit 8b auf, um den nicht übertragenen Toner von der Bildtrommel 5 zu entfernen.
Das auf der Bildtrommel 5 entsprechend dem aufzubringenden Bild entstandene Tonerbild wird anschließend mittels des Transfersystems 4 auf das Erzeugnis 2 übertragen. Dieses Transfersystem 4 weist drei Hauptkomponenten auf, die Übertragungswalze 7, mehrere Koronen 9,10, mittels derer durch Anlegen einer Spannung ein elektrostatisches Feld zwecks Übertragen des Tonerbildes erzeugbar ist, und letztlich eine Gegenwalze 11.
Für die Ausbildung der Übertragungswalze 7 haben sich zwei alternative Aufbauarten als vorteilhaft ergeben.
Bei der ersten Aufbauart ist ein Kern 7a aus elektrisch isolierendem glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff (GFK/CFK) vorgesehen. Auf diesem Kern 7a ist eine relativ weiche, ca. 5 mm starke Schicht 7b aus elektrisch leitfähigem Silicon, EPDM oder anderen geeigneten Kunststoffen bzw. Gummimischungen aufgebracht, mit einer Härte von ca. 50 Shore A und einem Widerstand von ca. 10 kOhm/cm. Diese Werte sind beispielhaft, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt wäre. Die Oberfläche ist mit einer sehr dünnen und leitfähigen Schicht teflonisiert, oder mit einer anderen geeigneten Beschichtung versehen.
Innerhalb der Übertragungswalze 7 ist gegenüber der Kontaktlinie mit der Bildtrommel 5 eine positive Transferkorona 9 al, gegenüber der Kontaktlinie mit der Gegenwalze 11 eine negative Transferkorona 9 bl angeordnet.
Die auf den Kern aufgebrachte Beschichtung trägt auf der einen Seite den Toner, läßt aber auf der anderen Seite bei der Koronenentladung eine rückstandslose Übertragung des Toners zu. Hier hat sich vorteilhaft die bereits erwähnte Verwendung eines leitfähigen Silikongummis als Beschichtungsmaterial erwiesen.
Bei der zweiten Ausführungsart besteht der Kern 9 a aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Aluminium.
Auf dem Kern ist eine ca. 2 mm starke Schicht 7 c aus isolierendem Silicon oder gleichartigen Materialien aufgebracht. Auf diesem Grundaufbau ist eine relativ weiche, ca. 5 mm starke Schicht 7 b aus elektrisch leitfähigem Silicon oder gleichartigen Materialien, wie bei der ersten Ausführungsart, aufgebracht, mit einer Härte von ca. 50° Shore und einem Widerstand von ca. 10 kOHM/cm. Auch diese Zahlenwerte sind nur beispielhaft ohne einschränkenden Charakter.
Die Oberfläche ist ebenfalls mit einer sehr dünnen und leitfähigen Schicht teflonisiert oder mit einer anderen Beschichtung versehen. Jeweils außerhalb der Übertragungswalze 7 ist nahe der Kontaktlinie mit der Bildtrommel 5 eine positive Transferkorona 9 a2 und nahe der Kontaktlinie mit der Gegenwalze eine negative Transfer korona 10 b angeordnet.
Die Gegenwalze 11 besitzt einen Kern 11 a aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Aluminium. Auf diesem Kern ist eine ca. 5 mm starke Schicht 11 b aus isolierendem Silicon oder einem gleichartigen Material aufgebracht, mit einer Härte von ca. 60 Shore A. Auch diese Werte sind nur beispielhaft. Innerhalb der Gegenwalze 11 ist gegenüber der Kontaktlinie mit der Übertragungswalze 7 eine positive Transferkorona 10 a angeordnet.
Das Übertragen des Tonerbildes von der Bildtrommel 5 auf das glasige Erzeugnis 2 mittels des durch die Koronen 9,10 erzeugten elektrostatischen Feldes geschieht wie folgt:
Das auf der Bildtrommel 5 befindliche Tonerbild, bestehend aus negativ geladenen Tonerteilchen, wird in der Kontaktzone von der an dieser Stelle mittels der Transferkorona 9 al positiv aufgeladenen Übertragungswalze 7 übernommen.
Innerhalb einer halben Übertragungswalzendrehung verändert sich die positive Oberflächenladung durch den Einfluß der negativen Transferkorona 9 bl in eine negative Oberflächenladung.
Da die Übertragungswalze 7 mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist, können an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche auch unterschiedliche Spannungspotentiale erreicht werden. Der Widerstandswert zwischen den beiden Transferbereichen liegt bei einem typischen Durchmesser der Übertragungswalze 7 beispielsweise im Bereich von ca. 150 kOhm.
Die Tonerteilchen werden beim Kontakt zwischen der Übertragungswalze 7 mit dem durchlaufenden Glas- oder Keramikkörper 2 auf diesen übertragen, da dessen Oberfläche über die in der Gegenwalze 11 befindliche negative Transferkorona 10 a positiv aufgeladen ist. Die Aufbauart der Übertragungswalze 7 läßt die Einstellung der notwendigen und unterschiedlichen Spannungspotentiale an den beiden Transferbereichen zu.
Bedingt durch die relativ weichen Beschichtungen beider Walzen 7 und 11 ist der Kontakt auch bei leichten Unebenheiten der zu bedruckenden Materialien 2 noch vorhanden.
Dies führt zu einem gleichmäßigen und optimalen Transfer des Tonerbildes auf die Glas- oder Keramikkörper 2.
Die Oberfläche der Übertragungswalze 7 ist zur Reinigung von restlichen Tonerpartikeln mittels einer entsprechenden Einrichtung 12 sehr glatt ausgestaltet. Dadurch ist die Aufbereitung der Übertragungswalze 7 für das Übertragen des nächsten Ladungsbildes von der Bildtrommel 5 vereinfacht und es ist keine Gefahr für das Entstehen von Restbildern, die in die folgende Abbildung verschleppt würden, gegeben.
Im letzten Schritt wird das elektrostatisch übertragene Tonerbild mit üblichen Methoden auf dem Erzeugnis 2 eingebrannt.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dekorierten Keramikerzeugnisse betreffen, wie bereits auch im Hauptpatent erwähnt, insbesondere die aus Ton oder tonmineralhaltigen Mischungen geformte und gebrannte Erzeugnisse. Weitere bevorzugte Keramikerzeugnisse beinhalten auch Produkte aus sonderkeramischen Werkstoffen, wie z.B. verschiedenste pulverförmige Materialien (z.B. Metalloxide), die auch silikatischer Natur sind. Beispielhaft können die Keramikerzeugnisse Waren aus Porzellan, Steingut, aber auch aus sonderkeramischen Stoffen, wie Stearin, Rutil, Cordierit und Cermets darstellen. Das Keramikerzeugnis kann weiterhin vor dem Dekorieren mit einer Glasur versehen werden, oder die Glasur kann nach dem Dekorieren aufgebracht werden. Glas-/Glaskeramikerzeugnisse umfassen im Rahmen der Erfindung alle aus einer Glasmasse hergestellten Erzeugnisse oder Erzeugnisse mit einer Glasoberfläche. Insbesondere sollen hierbei
Glas-/Glaskeramikerzeugnisse erwähnt werden, die aus einfachen und zusammengesetzten Silikaten von Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Aluminium, Barium, Zink und Blei bestehen. Diese Gläser sind auf feurig- flammenden Wege entstanden, und die abgekühlten Schmelzen bestehen im wesentlichen aus Siliciumdioxid. Calciumoxid und Natriumoxid, wobei Spezialgläser daneben auch größere Mengen von Bortrioxid, Phosphorpentoxid, Bariumoxid, Kaliumoxid, Lithiumoxid, Zirconoxid oder Bleioxid enthalten können. Siliciumdioxid, Boroxid und Phosphorpentoxid sind die eigentlichen Glasbildner, die auch die Grundlage des Emailles bilden. Dementsprechend sollen unter dem Begriff "Glaserzeugnis" auch Emailleerzeugnisse verstanden werden.
Generell können mit entsprechenden Spezialtonem diese auf ebene, flächige Substrate aus beliebigen Materialien, wie Kunststoff, Gummi etc. übertragen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Aufbringen von Dekors und/oder Zeichen auf Glas-, Glaskeramik- und Keramikerzeugnisse (2) unter Anwendung der Elektrophotographie, mit:
einer Bildwalze (5), die eine elektrostatisch aufladbare photoleitfähige Schicht aufweist,
einer Belichtungsanordnung (6) zur Erzeugung eines den aufzubringenden Dekors und/oder Zeichen entsprechenden elektrostatischen Ladungsbildes,
einem Vörratsbehälter (8) für vorzugsweise einen keramischen Toner und Einrichtungen (8a) zum Entwickeln des elektrostatischen Ladungsbildes mit diesem Toner,
einem Zwischenträger, der einerseits im direkten Kontakt mit dem Glas-, Glaskeramik- oder Keramikerzeugnis (2) steht,
mindestens zwei Koronen (9, 10), von denen die erste (9) am Zwischenträger und die zweite (10) im Bereich der Kontaktzone des Erzeugnisses (2) zum Zwischenträger angeordnet ist, und mit
Heizmitteln zum Einbrennen des mittels der Koronen elektrostatisch übertragenen Tonerbildes auf dem Erzeugnis, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenträger durch eine formstabile Übertragungswalze (7) gebildet ist, und daß die zweite Korona (10) unterhalb des Erzeugnisses (2) direkt in der Kontaktzone angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Erzeugnisses (2) in der Kontaktzone zur Übertragungswalze (7) im direkten Kontakt mit dem Erzeugnis (2) eine Gegenwalze (11), ausgebildet als Hohlwalze, angeordnet ist, in deren Inneren oder an deren Oberfläche im Bereich der Kontaktzone die zweite Korona (10 a) angeordnet ist, und daß die erste Korona (9 al, 9 a2) an der Übertragungswalze (7) in der Kontaktzone zur Bildwalze (5) angeordnet ist, und ein Potential aufweist, das entgegengesetzt zu der Ladung des Tonerbildes auf der Bildwalze (5) ist, und daß an der Übertragungswalze (7) in der Kontaktzone zum Erzeugnis (2) eine weitere, dritte Korona (9 bl, 10 b) angeordnet ist, die entgegengesetztes Potential zu der ersten (9 al, 9 a2) und der zweiten Korona (10 a) in der Gegenwalze (11) hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungswalze (7) eine Hohlwalze ist, in deren Innern mindestens eine Korone (9 al, 9 bl) angebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Hohlwalze ausgebildete Übertragungswalze (7) einen elektrisch isolierenden Kern aus Kunststoff, vorzugsweise einem glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff aufweist und, daß auf dem Kern (7a a) eine relativ weiche Schicht (7b) aus elektrisch leitfähigem Silicon, EPDM oder anderen geeigneten Kunststoffen bzw. Gummimischungen aufgebracht ist, und daß im Innern der Übertragungswalze (7) einmal in der Kontaktzone zur Bildwalze (5) die erste, obere Korona (9 al) und zum anderen in der Kontaktzone zum Erzeugnis (2) die dritte, untere Korona (9 bl) mit entgegengesetztem Potential angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Hohlwalze ausgebildete Übertragungswalze (7) einen Kern (7a) aus metallischem Werkstoff, vorzugsweise Aluminium, aufweist, auf den eine erste Schicht (7c) aus isolierendem Silicon oder gleichartigen Materialien aufgebracht ist, und daß auf diesem Grundaufbau eine relativ weiche Schicht (7 b) aus elektrisch leitfähigem Silicon oder einem gleichartigen Material aufgebracht ist, und daß jeweils außerhalb der Übertragungswalze (7) in der Kontaktzone zur Bildwalze (5) die erste, obere Korona (9 a2) und in der Kontaktzone zum Erzeugnis (2) die dritte, untere Korona (10 b) mit entgegengesetztem Potential angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7b) aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise Silicon, eine Härte im Bereich von 50 Shore A mit einem spezifischen Innenwiderstand im Bereich von 10 kOhm/cm sowie eine Stärke im Bereich von 5 mm aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7b) aus elektrisch leitfähigem Material mit einer sehr dünnen, leitfähigen Teflonschicht oder einer anderen geeigneten Beschichtung abgedeckt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, auf dem metallischen Kern (7a) aufgebrachte Schicht (7c) aus isolierendem Material, vorzugsweise Silicon eine Dicke besitzt, die im Bereich von 2 mm liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwalze (11) einen metallischen Kern (11a), vorzugsweise aus Aluminium, aufweist, auf dem eine relativ weiche Schicht (11b) aus isolierendem Material, vorzugsweise Silicon, aufgebracht ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht (11b) aus isolierendem Material eine Härte im Bereich von 50 Shore A sowie eine Stärke im Bereich von 5 mm aufweist.
PCT/EP1999/007989 1998-10-27 1999-10-21 Vorrichtung zum aufbringen von dekors und/oder zeichen auf glas-, glaskeramik- und keramikerzeugnisse WO2000025182A1 (de)

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