Wie eine vibrierende Reinigungsmethode die Betriebskosten im Etikettendruck senkt

Dr. Burkhard Wolf, Head of Digital Technology bei Gallus Ferd. Rüesch, arbeitet mit seinem Team an der Entwicklung neuer, effizienter Plattformen für Digitaldrucksysteme im Etikettendruck. Bei der Gallus One hat dies zur Konzeption feststehender Druckköpfe geführt, einer grundlegenden und patentierten Neuerung des gesamten Druckwerks sowie des Reinigungssystems.

Relevanz der Tintenkosten im Digitaldruck

Bekanntlich wirken sich Tintenkosten im Digitaldruck, anders als Farbkosten bei analogen Druckverfahren, deutlich auf die Gesamtbetriebskosten aus. Kein Wunder also, dass Tinte als Kostenfaktor im Digitaldruck bei Convertern im Fokus steht und sehr genau analysiert wird, wie sehr sie in die Druckausführung und letztlich in die Gesamtbetriebskosten einfließt.

Wodurch entsteht Tintenverbrauch?

Tintenverbrauch im Digitaldruck entsteht nicht nur beim Farbauftrag, sondern auch während der Reinigung der Druckköpfe, wenn die Druckköpfe mit Tinte durchgespült werden.

Nötig wird dies dadurch, dass sich während des Druckvorgangs mit strahlenhärtenden Farben vereinzelt Tintenpartikel an der Unterseite der Printbars absetzen und damit auch am Rand der Düsen. Sie härten durch Streulicht, das von den Pinning-Modulen abgestrahlt wird, aus und sind dann nur schwer zu entfernen.

Das UV-Pinning ist bei beschichteten Papieren und Kunststofffolien bei schnelllaufenden Digitaldruckmaschinen ein unverzichtbarer Bestandteil der Maschinentechnologie. Es „geliert“ die Druckfarbe durch UV-Energie, bevor ein Tröpfchen der nächsten Druckfarbe dazukommt und verhindert ein Ineinanderlaufen der Farben.

Es trägt aber auch zur Verschmutzung der Druckköpfe bei, wobei selbst minimale Ablagerungen an den Düsen die Druckqualität beeinträchtigen und eine Reinigung erzwingen.

Die Reinigung der Düsen nach Verschmutzung erfolgt dann vielfach, indem Reinigungsmittel angesprüht oder angespült und abgesaugt wird. Bei hartnäckigen Verschmutzungen reicht dies nicht aus und die Druckköpfe müssen von innen gespült werden. Dabei wird Tinte durch die Düsen gepumpt, was einen nicht zu unterschätzenden Tintenverbrauch verursacht. Pro Reinigung sind bis zu mehrere Hundert Milliliter Tinte notwendig.

Ein weiterer Grund, warum Druckköpfe gespült werden müssen, liegt schlicht an der unterschiedlichen Neigung der Farbtöne, diese zu verschmutzen. Die färbenden Partikel von Violett oder Weiß haften gerne an der Siliziumoberfläche der Printbars an und lassen sich durch Anspülen nicht entfernen. Dann ist eine manuelle Reinigung erforderlich, die aber auch das Risiko von Beschädigungen der Druckköpfe birgt.

Reinigungssystem mit Ultraschall

Die Situation, dass eine manuelle, berührende Reinigung durch den Operator bei einem so sensiblen Maschinenteil notwendig ist, bezeichnet Wolf als Ausgangspunkt für die Neuentwicklung eines effizienten und schonenden Reinigungssystems bei der Gallus One.

Entwickelt wurde das System in Zusammenarbeit mit Heidelberg in aufwendigen Versuchsreihen, in denen die Reinigungswirkung einer Anspül-Reinigung ergänzt durch eine Ultraschall-Reinigung ausgelotet wurde. Bei der Ultraschall-Reinigung versetzt ein Generator die Reinigungsflüssigkeit in Schwingung. „So eingesetzt besitzt Ultraschall einen irren Effekt auf die Reinigung der Inkjetköpfe“, fasst Wolf die Versuchsergebnisse zusammen. Nach Abschluss der Dauerversuche wird diese patentierte Reinigungsmethode nun in den Produktionsmaschinen eingesetzt.

Und so funktioniert der Reinigungsprozess der Druckköpfe der Gallus One: Während die Printbars fixiert sind, senkt sich der Drucktisch für den Reinigungsvorgang automatisch ab. Danach gleitet die Reinigungseinheit heraus, bestehend aus einem Schubladenbogen, auf dem sich die Reinigungsboxen für jede fest fixierte Printbar befinden.

Bei der Basisreinigung, die beim An- und Abfahren der Gallus One sowie in regelmäßigen Abständen stattfindet, wird in den Reinigungsboxen Reinigungsflüssigkeit an die Printbars gespült und wieder abgesaugt.

Bei der erweiterten Reinigung mit Ultraschall reinigt die in Schwingung versetzte Reinigungsflüssigkeit die Düsenplatte schonend und gründlich von Tintenbestandteilen einschließlich der polymerisierten Tintenreste an den Düsen. Die Reinigung erfolgt ausschließlich von der Außenseite der Druckköpfe, ohne Tinte durch Spülen der Düsen zu verbrauchen. Somit muss durch dieses patentierte Reinigungsverfahren auch keine Tinte nach dem Reinigen entsorgt werden.

Dynamische Reinigungsintervalle

Da die Stärke der Verschmutzung der Printbars vom Streulicht der Pinning-Module abhängig ist, werden die Reinigungsintervalle der Printbars nach deren Leistung gesteuert. Die Reinigungsintervalle beruhen dadurch nicht wie so oft auf vermuteten Zyklen mit einem Sicherheitspuffer, sondern der korrelativ herangezogenen Leistung der Pinning-Module.
Die Reinigung wird dabei intelligent erzwungen. So werden auch die Rest-Laufmeter einer eingehängten Rolle berücksichtigt. Das System führt Reinigungen nur so oft wie nötig durch und maximiert dadurch Effizienz und Produktivität des gesamten Systems. Ganz im Sinne des Operators, der eine anstehende Reinigung mit einem Auftrags- oder Rollenwechsel verbindet.

Die im Markt befindlichen Digitaldrucksysteme bieten die Option, dass sie den Tintenbedarf für die Kalkulation eines zu druckenden Auftrags berechnen. Das mag für die Auftragskalkulation hilfreich sein, für die tatsächliche Ermittlung der Gesamtbetriebskosten einer Digitaldruckmaschine reicht dies nicht aus. In der Kalkulation der Gesamtbetriebskosten kommt auf der Farbseite zusätzlich zur Farbdeckung noch der Tintenverbrauch für das Durchspülen der Düsen hinzu. Auswertungen zeigen, dass auf den errechneten Tintenverbrauch für Aufträge noch etwa 20 % an Tinte für das Durchspülen der Düsen addiert werden müssen.

Auswirkung auf die Gesamtbetriebskosten

„Durch ihr innovatives Reinigungskonzept hat die Gallus One einen bis zu 20 % geringeren Tintenverbrauch gegenüber vergleichbaren Inkjet-Drucksystemen im Markt“, fasst Uwe Alexander, Product Manager Digital bei Gallus Ferd. Rüesch, die Vorzüge des neuen Systems zusammen. Das wirkt sich verständlicherweise auch auf die Gesamtbetriebskosten eines Digitaldrucksystems aus: Geht man von einem monatlichen Tintenbedarf von 200 l eines Digitaldrucksystems aus, ergibt sich daraus – linear auf ein Jahr gerechnet – ein Tintenbedarf von 2.400 l. Bei einem Literpreis von 60 Euro im Markt sind dies für ein UV-Druckfarbensystem Kosten von 144.000 Euro pro Jahr.

Können diese um 20 % reduziert werden, liegen die Tintenbedarfs-Kosten nur noch bei 115.200 Euro pro Jahr. Dies entspricht einer Einsparung von 28.800 Euro pro Jahr an Betriebskosten. Auf fünf Jahre gerechnet, sind es 144.000 Euro – erreicht wird eine Größenordnung, die bei einer Investition in ein Digitaldrucksystem zu einem investitionsrelevanten Kriterium wird.

Drupa 2024: Halle 1, Stand B30-2