Der Übergang von konventionellen Quecksilberdampflampen zur LED-UV-Technologie hat die Dynamik im Flexodruck grundlegend verändert. Besonders im Etikettendruck und bei Narrow-Web-Anwendungen (Schmalbahndruck) ermöglicht diese Technik enorme Effizienzsteigerungen. Doch die Hardware allein garantiert kein perfektes Ergebnis. Die entscheidende Stellschraube für eine fehlerfreie Produktion ist das präzise Zusammenspiel zwischen der LED-Ausgangsleistung und der Bahngeschwindigkeit.
In diesem Tutorial analysieren wir die technischen Abhängigkeiten und liefern eine praxisnahe Anleitung zur Prozessoptimierung.
Die physikalische Basis: Bestrahlungsstärke vs. Energiedosis
Bevor Parameter an der Druckmaschine eingestellt werden, müssen zwei physikalische Größen klar unterschieden werden:
- Bestrahlungsstärke (Irradiance): Gemessen in W/cm². Dies ist die Intensität, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf die Farbschicht trifft. Sie hängt primär von der Leistungseinstellung des LED-Systems und dem Abstand zum Substrat ab.
- Energiedosis (Energy Density): Gemessen in mJ/cm². Dies ist die kumulierte Energie, die während der Passage unter der Lampe aufgenommen wird.
Die Formel ist simpel: Dosis = Bestrahlungsstärke / Geschwindigkeit.
Wenn Sie die Druckgeschwindigkeit erhöhen, sinkt die Zeit, in der die Farbe unter der LED-Quelle verweilt. Folglich sinkt die Energiedosis. Ein häufiger Fehler in der Praxis ist die Annahme, dass eine Verdopplung der Leistung bei Verdopplung der Geschwindigkeit immer zu identischen Ergebnissen führt. Chemische Reaktionen in der UV-Tinte folgen jedoch nicht immer einer rein linearen Logik.
Faktoren, die die Abstimmung beeinflussen
1. Farbpigmentierung und Schichtdicke
Im Flexodruck variiert der Farbauftrag je nach Schöpfvolumen der Rasterwalze. Eine hohe Pigmentdichte (z. B. bei deckendem Weiß oder tiefem Schwarz) absorbiert einen Großteil der UV-Strahlung bereits an der Oberfläche. Um eine vollständige Durchhärtung bis zum Substrat zu erreichen, muss die Leistung bei hohen Geschwindigkeiten oft überproportional gesteigert werden.
2. Substrateigenschaften
Etikettenmaterialien wie PE, PP oder gestrichene Papiere reagieren unterschiedlich auf Wärme. Obwohl LED-UV deutlich kühler ist als herkömmliches UV, erzeugt die Strahlungsenergie bei 100 % Leistung dennoch Wärme im Material. Bei hitzeempfindlichen Folien und sehr niedrigen Geschwindigkeiten kann eine zu hohe LED-Leistung das Material verformen. Hier ist die Balance zwischen “genug Energie für die Haftung” und “wenig Energie für die Materialschonung” entscheidend.
3. Chemie der Photoinitiatoren
Moderne LED-UV-Farben sind auf ein schmales Wellenlängenspektrum (meist 385 nm oder 395 nm) optimiert. Im Gegensatz zu Quecksilberlampen, die ein breites Spektrum abdecken, liefern LEDs punktgenaue Energie. Die Abstimmung muss sicherstellen, dass die Radikalbildung schnell genug erfolgt, um die Sauerstoffinhibierung an der Oberfläche zu überwinden.
Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Prozessoptimierung
Schritt 1: Ermittlung der Basishärtung (Low-Speed-Test)
Beginnen Sie bei einer moderaten Geschwindigkeit, beispielsweise 30 m/min. Stellen Sie die LED-Leistung auf einen Wert ein, von dem Sie wissen, dass er die Farbe sicher härtet (z. B. 50 %). Führen Sie einen manuellen Test durch:
- Gitterschnitt-Test: Prüfen Sie die Haftung auf dem Substrat.
- Wischtest: Verwenden Sie ein weißes Tuch, um zu sehen, ob Farbrückstände abreiben.
- Daumentest: Drücken und drehen Sie den Daumen auf der Oberfläche. Es darf keine Verschiebung der Farbschicht stattfinden.
Schritt 2: Skalierung der Geschwindigkeit
Erhöhen Sie die Bahngeschwindigkeit in 20-Meter-Schritten. Behalten Sie die LED-Leistung zunächst bei. Sobald die Härtung nachlässt (erkennbar an leichtem Schmieren oder Glanzverlust), erhöhen Sie die Leistung der LED-Module in 5-%-Schritten.
Schritt 3: Erstellung einer Leistungskurve
Moderne Narrow-Web-Druckmaschinen erlauben die Hinterlegung von “Curing Curves”. Das bedeutet, die Software passt die Lampenleistung automatisch an die Geschwindigkeit an.
- Linearer Modus: 20 % Leistung bei 20 m/min, 100 % bei 100 m/min.
- Offset-Modus: Oft benötigen Farben eine Mindestintensität, um die Polymerisation überhaupt zu starten. Starten Sie beispielsweise mit 25 % Grundleistung, auch wenn die Maschine kriecht, und steigen Sie dann flacher an.
Besonderheiten im Narrow-Web- und Etikettendruck
Im Bereich der schmalbahnigen Etikettenproduktion sind die Anforderungen an die Oberflächengüte extrem hoch. Oft folgen nach dem Druck Prozesse wie Kaltfolientransfer oder Lackierungen.
- Sauerstoffinhibierung: Bei sehr hohen Geschwindigkeiten kann die Zeitspanne, in der Luftsauerstoff die Härtung der obersten Molekülschicht behindert, problematisch werden. Falls die Oberfläche trotz hoher Leistung klebrig bleibt, liegt das oft nicht an zu wenig Energie, sondern an der kurzen Interaktionszeit. Hier helfen spezielle LED-Farben mit hochreaktiven Photoinitiatoren.
- Geruchsentwicklung: Im Verpackungsdruck ist die Migration ein Thema. Eine unvollständige Abstimmung zwischen Speed und Leistung führt zu nicht umgesetzten Monomeren. Diese verursachen unangenehme Gerüche und können durch das Substrat migrieren. Ein Test im Labor (Extraktionstest) ist hier bei der Ersteinrichtung einer neuen Farbkombination unumgänglich.
LED-UV vs. konventionelles UV: Ein Vergleich der Steuerung
In der Druckvorstufe und an der Maschine muss umgedacht werden. Während eine Quecksilberlampe eine lange Aufwärmphase benötigt und oft mechanische Shutter nutzt, reagiert die LED-UV-Lampe verzögerungsfrei.
| Parameter | Konventionelles UV | LED-UV |
|---|---|---|
| Reaktionszeit | Träge, Shutter nötig | Sofort (Millisekunden) |
| Wärmebelastung | Hoch (Infrarot-Anteil) | Minimal |
| Leistungsregelung | Oft stufenweise | Stufenlos (1 % – 100 %) |
| Spektrum | Breitbandig | Schmalbandig (Peak bei 395 nm) |
Für den Bediener bedeutet das: Die Synchronisation zwischen dem Hochfahren der Motoren und dem Einschalten der LEDs ist bei LED-Systemen wesentlich präziser steuerbar. Makulatur beim Anfahren wird dadurch drastisch reduziert.
Wartung und Messung als Teil der Abstimmung
Eine perfekte Abstimmung ist wertlos, wenn die Leistung der LEDs schleichend nachlässt.
- Radiometrie: Messen Sie regelmäßig mit einem UV-LED-Radiometer die tatsächliche Bestrahlungsstärke auf Bahnebene. Staub auf den Schutzgläsern der LEDs kann die Leistung um bis zu 30 % mindern, ohne dass das System eine Fehlermeldung ausgibt.
- Kühlung: Die Chiller-Temperatur beeinflusst die Effizienz der LEDs. Zu warme LEDs verlieren an Strahlungsleistung. Achten Sie darauf, dass die Kühlleistung bei maximaler Bahngeschwindigkeit und 100 % Lampenlast stabil bleibt.
Prozessoptimierung für verschiedene Druckverfahren
Obwohl der Fokus hier auf dem Flexodruck liegt, lassen sich die Prinzipien auf den Offsetdruck (insbesondere Blechdruck oder Etiketten-Offset) übertragen. Im Offset ist die Farbschicht dünner, was die Durchhärtung erleichtert. Dennoch ist hier die Emulgierung der Farbe mit Feuchtwittel ein Faktor, der die UV-Reaktivität beeinflussen kann. Im Flexodruck hingegen ist die Konsistenz der Viskosität entscheidend. Eine zu dünne Farbe verläuft vor der Härtung, wenn die LED-Leistung nicht sofort nach dem Druckwerk “zupackt”.
Fazit für die Praxis
Die Abstimmung von LED-UV-Leistung und Druckgeschwindigkeit ist kein statischer Prozess, sondern eine kontinuierliche Kalibrierung.
- Dokumentieren Sie für jedes Material und jedes Rasterwalzen-Setup die optimale Leistungskurve.
- Prüfen Sie bei Geschwindigkeitsänderungen immer die Durchhärtung in den kritischen Bereichen (dunkle Töne).
- Nutzen Sie die Vorteile der LED-Technik, indem Sie die Leistung in Leerlaufphasen sofort absenken, aber stellen Sie sicher, dass beim Hochfahren die Rampe steil genug ist.
Wer diese technischen Parameter beherrscht, reduziert nicht nur seinen Energieverbrauch, sondern steigert die Produktionsgeschwindigkeit im Schmalbahndruck signifikant, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen. Der Schlüssel liegt in der Erkenntnis, dass Energie nicht gleich Energie ist – es ist die Zeit (Geschwindigkeit), die aus Strahlung eine stabile chemische Verbindung macht.
