DE102009041527A1

DE102009041527A1 - Anlage zum Bedrucken von Behältern

Info

Publication number: DE102009041527A1
Application number: DE102009041527A
Authority: DE
Inventors: Heinz Till
Original assignee: Individual
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2009-08-08
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2011-02-10
Also published as: EP2461979A1; WO2011018191A1; EP2461979B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Bedrucken von Behältern (1), wie Flaschen, mit einem Druckbild auf mindestens einer Druckmaschine (28) mit mindestens einem Druckkopf (20, 21), bei welcher sich der mindestens eine Druckkopf (20, 21) während der Druckvorgänge beweglich gelagert bzw. mittels einer beweglichen Druckkopfhalterung (12) über eine Zentrierung (10, 15) an einer Einspannvorrichtung (4) für den Behälter (1) ausrichtet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Bedrucken von Behältern, wie Flaschen, mit einem Druckbild (Schrift- und/oder Bildmuster) auf mindestens einer Druckmaschine mit mindestens einem Druckkopf, sowie auf ein solchermaßen ausgeführtes Verfahren.
Bekannt ist, dass Behälter wie Flaschen und Verpackungen mit Etiketten versehen werden, damit Verbraucherinformationen angebracht werden können. Bekannt ist auch, dass mit Tintenstrahldruckern Markierungen oder andere Informationen auf die Verpackung aufgebracht werden, die eine Individualisierung ermöglichen, die der Etikettendruck nicht erlaubt. Solche Drucksysteme arbeiten einfarbig und sind auf wenige Druckpunkte/Zeilen beschränkt.
Bekannt ist weiterhin, dass an Druckverfahren und -systemen gearbeitet wird, welche mittels Druckköpfen verschiedener Hersteller ein Bedrucken von Breiten bis zu 174 mm per Druckkopf erlauben. Auch diese Druckköpfe arbeiten einfarbig, bei mehreren Farben sind mehrere Druckköpfe nacheinander und entsprechend versetzt so anzuordnen, dass abhängig von der Anzahl der Farben ein immer gleichmäßiger Abstand zwischen den einzelnen Druckpunkten erreicht wird. Dies ist mit einer Justage an einer Maschine mit mehreren fest nacheinander angeordneten Druckköpfen möglich. Das Verpackungsmaterial und die Druckköpfe werden dabei mit konstanter Geschwindigkeit relativ aneinander vorbeigeführt. Die Leistung einer solchen Maschine ist daher abhängig von der Druckgeschwindigkeit eines jeweiligen Druckkopfes. Dies ist zwar praktikabel für saugfähige Verpackungsmaterialien. Bei anderen Werkstoffen, wie Metallen, Glas oder Kunststoff muss die Farbe entweder durch Wärme getrocknet oder durch UV- oder Elektronenstrahlen durch Vernetzung gehärtet werden. Dieser Vorgang ist nach dem Druck jeder Druckfarbe anzuwenden, was die Länge solcher Maschinen erhöht. Will man die Leistung erhöhen, so sind entweder mehrere Drucksysteme parallel zu schalten oder aber eine andere Anordnung zu wählen.
Es gibt bereits den Vorschlag, auf einem Karussell mehrere Halterungen für zu bedruckendes Verpackungsmaterial kreisförmig anzuordnen und die einzelne Verpackung auf der individuellen Station während der Rotation des Karussells selbst zu drehen und somit die Oberfläche der Verpackung an mehreren an jeder Station angeordneten und zueinander ausgerichteten Druckköpfen vorbeizuführen. Nachteilig dabei ist, dass bei Oberflächen, die die Verwendung von UV-härtenden oder durch Elektronenstrahl zu härtenden Tinten brauchen, keine Zwischentrocknung bzw. Vernetzung der einzelnen Druckfarben möglich ist.
Deshalb gibt es weiterhin den Vorschlag, jede Farbe auf einzelnen, nacheinander hintereinander angeordneten Karussells aufzubringen, wobei die Trocknung/Vernetzung auf dem Transfer zwischen den einzelnen Karussells erfolgen kann. Vorgesehen ist bei dieser Ausführung, den Behälter bzw. die Verpackungen auf einem Riemen in einer jeweils an dem Riemen in einer Teilung, welche der Teilung der Maschine gleicht, zu befestigen, eigenständigen Transporteinheit einzuspannen und somit zentriert nacheinander durch die verschiedenen hintereinander angeordneten Karussells zu fahren. Diese Halterung wäre als Drehlagerung auszubilden, so dass sich die Behälter auf den Karussells antreiben und somit an dem individuellen Druckkopf der jeweiligen Farbe mit gesamter Oberfläche vorbeigeführt werden.
Weiterhin wurde vorgeschlagen, Behälter in individuelle Halterungen einzuspannen, wobei jede Halterung den Behälter drehbar aufnimmt und eine Markierung für den 0 Grad-Winkel hat. Die Behälter werden so eingespannt individuell transportiert und in nacheinandergeschalteten Druckmaschinen mit der Halterung aufgenommen. Dabei ist die Halterung und die Aufnahme so konzipiert, dass eine Zentrierung der Halterung in der Maschine so genau erfolgt, dass der Behälter passend zum Druckbild des entsprechenden Druckkopfes und durch die 0 Grad-Markierung entsprechend auch in der Drehachse ausgerichtet wird. Die Anforderungen an die Zentrierung und die Genauigkeit der Führung, damit ein qualitativ hochwertiges Druckbild erreicht wird, ist dabei allerdings hoch und komplex, da beim Anfahren und Abbremsen unterschiedliche Zugkräfte auf den Riemen wirken und außerdem Temperaturschwankungen auftreten könne, die beide zu Toleranzüberschreitungen führen, die nicht kompensierbar sind. Zu berücksichtigen ist weiterhin, dass der Behälter, wenn es sich um eine Flasche handelt, in der Regel schwer ist, da das Bedrucken normalerweise nach dem Füllen stattfindet. Zu diesem Gewicht addiert sich noch die Masse der Halterung selbst. Die Genauigkeit der Zentrieranforderung wird deutlich, wenn man weiß, dass bei üblichen 600 dpi Druckqualität die Druckpunkte 0,042 mm voneinander entfernt sind und die schwere Flaschenhalterung daher dauerhaft auf 1/100 mm ausgerichtet werden muss. Bei Verarbeitungsmengen von z. B. 36.000 Flaschen/h in der Getränkeindustrie laufen somit über 200 Mio. Flaschen pro Jahr durch eine solche Maschine. Der Verschleiß ist dadurch enorm und beeinflusst die Druckqualität erheblich.
Es gibt vom Anmelder weiterhin den Vorschlag, bei einer Bedruckung auf nacheinander angeordneten Maschinen die Druckköpfe mittels elektrisch angetriebener Systeme auf die einzeln der Maschine zugeführten Flaschen und der sich ergebenden zufälligen Toleranz ihrer Einspannung in eine Drehvorrichtung auszurichten, um somit die Toleranzen aktiv mittels elektrischer Antriebe auszugleichen.
Bei allen bisher diskutierten Anlagen liegen Erfahrungen nur mit Testsystemen vor, welche stationär unter Laborbedingungen arbeiten. Die industrielle Nutzung soll allerdings bei hohen Leistungen, z. B. bei Flaschenabfüllanlagen mit z. B. 36.000 Flaschen/h geschehen. Hierbei werden eine Flasche und damit auch der Druckkopf mit einer Geschwindigkeit von ca. 1,5 m/sec transportiert. Dadurch wird der Farbtropfen einer Luftströmung ausgesetzt, welche die Druckqualität beeinträchtigen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit Hilfe welcher auf einfache Weise bei zuverlässiger Funktion und hoher Druckqualität eine hohe Druckleistung erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art beispielsweise dadurch gelöst, dass sich der mindestens eine Druckkopf während der Druckvorgänge beweglich gelagert bzw. mittels einer beweglichen Druckkopfhalterung über eine Zentrierung an einer Einspannvorrichtung für den Behälter ausrichtet.
Die Einspannvorrichtung und/oder der Druckkopf können ebenfalls Zentrierungen in der Druckmaschine aufweisen.
Ein Behälter, wie eine Flasche, wird also in eine Trägervorrichtung eingespannt. Die Einspannung hält den Behälter in definierter Position an einem Boden der Einspannvorrichtung und zentriert ihn gegenüber der Einspannvorrichtung. Durch die gegenseitige Zentrierung wird sichergestellt, dass mit geringem Zeitaufwand ein einwandfreies Druckbild auf den Behälter aufgebracht werden kann. Der Behälter ist vorzugsweise in der Einspannvorrichtung um seine Symmetrieachse drehbar gelagert. Durch die Einspannung bleibt die Drehachse des Behälters relativ zu dem Druckkopfsystem immer gleich ausgerichtet.
In der erfindungsgemäßen Anlage kann mindestens eine weitere Druckmaschine der zuvor gekennzeichneten Art zum Bedrucken mit gleicher oder unterschiedlicher Farbe der ersten Druckmaschine nachgeordnet sein, so dass mit gleichem Vorteil verschiedenfarbige Druckbilder erzeugt werden können.
Die mindestens zwei Druckmaschinen können individuell und unabhängig voneinander oder steuerungstechnisch miteinander verkettet arbeiten, um das mehrfarbige Druckbild auf den Behälter aufzubringen.
Vorteilhafterweise ist die bewegliche Druckkopfhalterung des mindestens einen Druckkopfes federnd gelagert.
Daher ist der mindestens eine Druckkopf bevorzugt in zwei oder drei Achsen gleitend gelagert und wird mittels, z. B. durch einen oder mehrere Pneumatikzylinder aufgebrachter, Kraftwirkung in die Zentrierung mit der Einspannvorrichtung gedrückt.
Die Halterung für den Druckkopf wird vorzugsweise während des Einlaufens der Einspannvorrichtung in eine Druckstation einer Druckmaschine zurückgezogen. Das gleiche findet vorzugsweise während des Auslaufens der Einspannvorrichtung aus einer Druckstation einer Druckmaschine statt.
Die Genauigkeit des Druckbildes kann weiter dadurch gefördert werden, dass beim Bedrucken der Abstand zwischen Druckkopf und Behälteroberfläche mittels Sensoren ständig gemessen und der Abstandswert in der x-Achse sowie die Neigungswinkel α₁ und α₂ der Behälteroberfläche während einer Drehung des Behälters nachjustiert werden. Der jeweilige Behälter erfährt beispielsweise während eines Umlaufes einer als Karussell ausgebildeten Druckmaschine eine Umdrehung in seiner Station und wird während dessen auf seiner Oberfläche bedruckt.
Der Behälter ist vorzugsweise während des Bedruckens, z. B. in einer als Karussell ausgebildeten Druckmaschine, von einer Kapsel im Wesentlichen umschlossen, so dass der ”Fahrtwind” das Druckergebnis nicht beeinträchtigen kann. Ferner werden auf diese Weise Verschmutzungen der Umgebung durch Aerosole verhindert.
Eine weitere Verbesserung in dieser Beziehung ergibt sich dann, wenn aus dem Innenraum der Kapsel Luft mittels einer Absaugvorrichtung abgesaugt wird.
Erfindungsgemäß kann weiterhin die Einspannvorrichtung als ein Teil der Kapsel mit einer Abdeckung versehen sein, die den zu bedruckenden Behälter z. B. in der Höhe teilweise oder gänzlich und in Umfangsrichtung ca. zur Hälfte umschließt.
Ebenso kann die Druckkopfhalterung bzw. das Gegenlager der Einspannvorrichtung als ein anderer Teil der Kapsel mit einer Einhausung versehen sein, die den zu bedruckenden Behälter z. B. in der Höhe teilweise oder gänzlich und in Umfangsrichtung ca. zur Hälfte umschließt und beim Bedrucken, ohne einen nennenswerten Spalt zu bilden, bis an die Abdeckung der Einspannvorrichtung heranreicht.
Dabei braucht die Einhausung nicht an der Druckkopfhalterung angebracht, sondern Teil der Druckstation einer Druckmaschine sein.
Die Einhausung hält also die Maschine nach außen offen und schließt nach innen den Raum zur Maschinenmitte hin ab. Wird die Einspannvorrichtung in die Druckmaschine, z. B. mittels Einlaufstern, eingeführt, so schließen sich die beiden Kapselhälften aus Abdeckung und Einhausung und es entsteht erfindungsgemäß ein ganz oder weitgehend geschlossener Raum, in dem kein oder nur ein geringer Luftzug auch bei noch höheren Geschwindigkeiten bzw. Leistungen der Druckmaschine entsteht.
Alternativ kann die Kapsel wenigstens zwei auf einer jeweiligen Druckstation einer Druckmaschine angebrachten Teile aufweisen, welche vor dem Einbringen des Behälters in die Druckstation relativ zueinander geöffnet und nach dem Einbringen des Behälters in die Druckstation und vor Beginn des Bedruckens wieder geschlossen werden, vorzugsweise jeweils selbsttätig.
Einer der jeweils wenigstens zwei Teile der Kapsel kann dabei auf konstruktiv einfache Weise an der Druckstation um eine Achse schwenkbar angelenkt sein, wobei die Achse vorzugsweise aufrecht steht.
Außerdem kann einer der wenigstens zwei Teile der Kapsel eine Einhausung der Druckkopfhalterung sein.
Die Betätigung des wenigstens einen bewegbaren Teils der Kapsel kann ferner z. B. mittels Hebel und/oder Kurvenscheibe und/oder eines Aktors, wie einer Kolben/Zylinder-Anordnung oder eines Motors, erfolgen.
Zwischen der erfindungsgemäßen Funktionsweise kann bei mindestens einer Umdrehung des Behälters zum vollumfänglichen Bedrucken bzw. bei einer Drehung um weniger als 360 Winkelgrade zum Bedrucken bei nur teilweise zu bedruckender Außenumfangsfläche des Behälters mit Hilfe von bei einer Nullpunktkennung gewonnenen Daten die Lage des Drehwinkels des Behälters bestimmt werden, bei welchem das Bedrucken beginnt bzw. endet.
Der jeweilige Behälter erfährt vorzugsweise während eines Umlaufes einer als Karussell ausgebildeten Druckmaschine eine Umdrehung auf einem Drehteller, während er auf seiner Oberfläche bedruckt wird.
In einer erfindungsgemäßen Anlage wird beispielsweise der jeweilige bedruckte Behälter mittels eines Auslaufsternes aus einer z. B. als Karussell ausgebildeten Druckmaschine heraustransportiert und ggf. die aufgebrachte Farbe, z. B. in einem Aushärtetunnel, wie einem UV-Tunnel, Elektronenstrahl-Tunnel oder dgl., ausgehärtet, bevor er in eine ggf. weitere und ggf. gleichartig ausgebildete Druckmaschine für ein weiteres Bedrucken eingebracht wird.
Der mindestens einen Druckmaschine kann bei einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen Anlage eine z. B. als Karussell ausgebildete Maschine vorgeschaltet sein, in der über separate Einlaufsterne zunächst die Einspannvorrichtung auf eine Station dieser Maschine eingebracht wird, danach entsprechende Vorbereitungen zur Aufnahme von Behältern erfolgen und danach der jeweilige Behälter in die Einspannvorrichtung eingesetzt und in seiner Position fixiert wird.
Hierbei kann beispielsweise der mindestens einen Druckmaschine eine z. B. als Karussell ausgebildete Maschine nachgeschaltet sein, in der über einen Einlaufstern zunächst die Einspannvorrichtung mit eingespanntem bedrucktem Behälter auf eine Station dieser Maschine eingebracht wird, danach entsprechende Vorbereitungen zum Trennen von Einspannvorrichtung und Behälter erfolgen und danach die Behälter bei nach wie vor fixierter Einspannvorrichtung mittels Auslaufstern aus der Maschine ausgefahren werden, bevor über einen Auslaufstern die Einspannvorrichtungen wieder aus der Maschine herausgefahren werden.
Bei einer alternativen Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Anlage ist der mindestens einen Druckmaschine eine z. B. als Karussell ausgebildete Maschine vorgeschaltet, in der über einen Einlaufstern zunächst die Einspannvorrichtung mit eingespanntem bedrucktem Behälter auf eine Station dieser Maschine eingebracht wird, danach entsprechende Vorbereitungen zum Trennen von Einspannvorrichtung und Behälter erfolgen und danach die bedruckten Behälter bei nach wie vor fixierter Einspannvorrichtung mittels Auslaufstern aus der Maschine ausgefahren werden, bevor über einen weiteren Einlaufstern ein neuer zu bedruckender Behälter einläuft, in die Einspannvorrichtung eingesetzt und in seiner Position fixiert wird, bevor die Einspannvorrichtung mit neuem Behälter über einen Auslaufstern der mindestens einen Druckmaschine zugeführt wird.
Entsprechend kann die Erfindung auch auf Linearmaschinen ausgeführt werden.
Die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Anlage stellt sich danach also beispielsweise bei einer bevorzugten Ausführungsart wie folgt dar:
Nach einem Transport der Einspannvorrichtung mit dem sich darin befindlichen Behälter in eine Druckmaschine, bei hohen Leistungen bevorzugt eine sich nach Art eines Karussells kontinuierlich im Rundlauf bewegende Maschine, wird diese dort mittels erfindungsgemäßer Zentriervorrichtungen an einer z. B. ein Gegenlager bildende Druckkopfhalterung der aufzunehmenden Station des Karussells zentriert und erfindungsgemäß z. B. mittels Elektromagneten in der Station fixiert. Damit ist die Einspannvorrichtung mit dem sich darauf befindlichen Behälter fest mit einer Station der Druckmaschine verbunden. Die Genauigkeit an dieser Stelle kann erfindungsgemäß niedrig sein. An diesen Stationen befinden sich erfindungsgemäß nämlich jeweils ein oder mehrere Druckköpfe die erfindungsgemäß beweglich gelagert sind.
Diese Druckköpfe oder die Halterungen, auf die der mindestens eine Druckkopf befestigt wird, weisen erfindungsgemäß ebenfalls Zentriereinrichtungen auf, die an die jeweils dazu passenden Gegenstücke an der Einspannvorrichtung passen. Die Druckköpfe oder die Druckkopfhalterungen sind erfindungsgemäß beweglich gelagert und entweder mittels Federn und/oder mittels aktiven Zustellsystemen, wie Pneumatikzylindern, in Richtung der Einspannvorrichtung bewegbar. Wird nun der Druckkopf oder die Druckkopfhalterung während des Einlaufes der Einspannvorrichtung z. B. entweder über eine Kurve mechanisch oder über aktive Systeme, wie z. B. ein Pneumatikzylinder, von der späteren Lage der Einspannvorrichtung zurückgezogen, so kann diese leichter einlaufen und/oder man vermeidet Beschädigungen der Einspannvorrichtung oder des Druckkopfes oder seiner Halterung bzw. der Zentrierungen, da während des Einlaufs der Einspannvorrichtung Relativbewegungen zwischen Einspannvorrichtungen und Zentrierungen vorkommen.
Nachdem die Einspannvorrichtung mittels der erfindungsgemäßen Elektromagnete fixiert ist, wird erfindungsgemäß der Druckkopf oder der Druckkopf mittels seiner Halterung in Richtung der Einspannvorrichtung z. B. entweder durch eine Kurve während der Drehung des Karussells oder über eine separate Mechanik, ausgeführt beispielsweise als Pneumatikzylinder, kontrolliert bewegt. Dabei kommen die Zentrierungen an dem Druckkopf oder seiner Halterung mit den Gegenstücke an der Einspannvorrichtung in Kontakt. Durch die bewegliche Lagerung entweder durch Federn oder frei auf Wellen in gewissen Längen in x- und y-Richtung, sowie in Winkelstellungen, kann sich der Druckkopf oder die Halterung mit dem daran befestigten Druckkopf nun in seiner Lage vollständig an die Position der Einspannvorrichtung angleichen. Damit wird erfindungsgemäß ein Toleranzausgleich ohne großen Aufwand in allen Richtungen erreicht und ein einheitliches gutes Druckbild gewährleistet.
Alternativ kann erfindungsgemäß der Druckkopf unter Nutzung der in der deutschen Patentanmeldung 10 2009 033 810.1 geschilderten Erfindung des Anmelders auch elektrisch zu Markierungen auf der Einspannvorrichtung ausgerichtet werden.
Die Einspannvorrichtung kann erfindungsgemäß so ausgeführt sein, dass ein Standteller für den Behälter drehbar ausgeführt ist, und zwar so, dass der Drehteller selbst als ein Teil eines Antriebsmotors zu verstehen ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Drehteller mit Magneten am Umfang in einer Zahl > 3 bestückt ist. Diese werden nach Zentrierung und Fixierung auf einer Station der als Karussell ausgebildeten Druckmaschine anschließend so mit elektrischen Spulen, die fest an der Station des Karussells angebracht sind, in Überdeckung gebracht, so dass daraus ein Elektromotor entsteht. Der Vorteil hierbei ist, dass keinerlei Kabel mit der Einspannvorrichtung bewegt, aber auch, dass keinerlei Getriebe oder andere Kraftübertragungen in Eingriff gebracht werden müssen.
Der Drehteller kann mit einer Null-Markierung versehen sein, die den Nullwinkel des Druckbildes bestimmt. Mit Hilfe dieser Null-Markierung ist es möglich, die Druckbilder möglicher nachgeschalteter Druckmaschinen an das Druckbild der Vorangegangenen Druckmaschinen ordnungsgemäß anzugleichen.
Bei nichtrotationsymmetrischen Behältern, z. B. vierkantigen oder anderen mehrkantigen, auch unregelmäßigen Behältern wird, um diese ordnungsgemäß zu bedrucken, vorgesehen, dass der Druckkopf sich in einer auf der Einspannvorrichtung zentrierenden Halterung befindet und während der Rotation des Behälters der Druckkopf immer auf konstantem Abstand zu der zu bedruckenden Oberfläche geführt wird. Dies kann erfindungsgemäß beispielsweise durch einen Schlepphebel geschehen, an dem entweder der Druckkopf befestigt ist oder als aktives System ausgeführt sein, dessen Auflage kraftgering ist und dessen Signal in einer Steuerung in Stellbefehle für die Verstellung des Abstandes umgesetzt werden.
Da ein Behälter, z. B. eine Flasche, auch Toleranzen in sich selbst aufweist, ist es denkbar, dass die Behälterachse nicht konzentrisch zur Drehtellerachse ist. Dies ist für einen Druckvorgang nicht störend, wenn die Abstandsabweichung nur gering ist. Sie ist auch deshalb für ein mehrfarbiges Druckbild nicht störend, da die Abweichung aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung immer auf allen Druckmaschinen für die unterschiedlichen Farben gleich ist. Ist die Abweichung jedoch groß, so kann erfindungsgemäß entweder der zuvor beschriebene Schlepphebel eingesetzt werden oder es wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, den Abstand zwischen Druckkopf und Behälteroberfläche mittels Sensoren ständig zu messen, um den Abstandswert in der x-Achse und der y-Achse sowie die Winkel α₁ und α₂ während der Drehung des Behälters z. B. mittels Servomotor oder mittels Schrittmotor nachzujustieren. Damit ist immer ein gleicher Abstand zu der zu bedruckenden Oberfläche gegeben, auch dann, wenn z. B. unrunde Flaschen oder ovale Flaschen zu bedrucken sind.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen und/oder deren Rückbeziehung.
1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Anlage zum Bedrucken von Behältern 1 mit drei hintereinander geschalteten jeweils ein Karussell aufweisenden Druckmaschinen 28 mit jeweils mehreren Stationen 22. Die unbedruckten Behälter 1 werden von einer linearen Förderstrecke mittels eines Einlaufsterns 26 zunächst in das erste Karussell 25 auf einen Drehteller 6 einer z. B. nach 3 und 4 ausgebildeten Einspannvorrichtung 4, die zuvor mittels Einlaufstern 27 auf das Karussell 25 gebracht wurde, gebracht. Danach läuft der in der Einspannvorrichtung 4 eingespannte Behälter 1 zusammen mit der Einspannvorrichtung 4 über den Auslaufstern 30 in Richtung einer ersten Druckmaschine 28 aus und über einen Einlaufstern 26 in die Druckmaschine 28 ein. Dort wird die Einspannvorrichtung 4 mit dem eingeklemmten Behälter 1 auf jeweils einer Standfläche 23 der Stationen 22 aufgenommen, zentriert und mittels Elektromagnet 17 über eine Gegenfläche 16 aus magnetisierbarem Material fixiert.
Während des Bedruckens rotieren die Behälter 1 um ihre vertikale Achse derart, dass sie eine Umdrehung während eines Umlaufs des Karussells der Druckmaschine 28 erfahren. Die bedruckten Behälter 1 werden dann mittels eines Auslaufsternes 30 wieder in die Förderstrecke transportiert und gelangen nach einer Trocknung bzw. Aushärtung der Farbe z. B. in einem UV-Tunnel, Elektronenstrahl-Tunnel oder dgl. 29 zu einer zweiten ein Karussell aufweisenden Druckmaschine 28 für die Aufbringung der nächsten Farbe. Ein Behälter 1 von der vierten Station 22 der ersten Druckmaschine 28 kann dabei z. B. auf der fünften Station 22 der zweiten oder der siebten Station 22 der dann noch folgenden dritten Druckmaschine 28 gelangen. Da ein Druckvorgang einschließlich Behälterausrichtung ca. 2 sek. dauert, haben die Karussells 28 bei 10 Behälter/sek. = 36.000 Behälter/h, also ca. 8 bis 9 Stationen 22 einschließlich Ein-/Auslauf. Die Toleranzen von sechs Druckmaschinen 28 bei Sechsfarbendruck und je 9 Stationen, d. h. 72 Stationen insgesamt, so auszurichten, dass alle Behälter auf 1/100 mm das Druckbild genau aufnehmen, ist unmöglich. Deswegen ist es wichtig, dass der Druckkopf 20 bzw. 21 so ausgerichtet wird, dass ein immer gleicher Abstand zur Drehtellermitte erreicht wird.
Im Anschluss an die letzte Druckmaschine 28 wird die Einspannvorrichtung 4 mit dem eingespannten fertig bedruckten Behälter 1 in eine als Karussell ausgebildete Maschine 31 eingefahren und dort wieder fixiert. In der Maschine 31 wird die Einspannung gelöst und der wieder freigegebene Behälter 1 mittels Auslaufstern 30 aus der Maschine 31 transportiert. Die leere Einspannvorrichtung 4 wird anschließend über einen Auslaufstern 32 ausgegeben und über eine Förderstrecke 33 zu der Maschine 25 zurücktransportiert.
Bei der Anordnung der Maschinen ist zu beachten, dass die Abdeckung 5 der Einspannvorrichtung 4 in den Druckmaschinen 28 nach außen zeigt und damit in dieser Position ein Einsetzten oder Entnehmen der Behälter 1 nicht möglich ist. Es muss also die Einspannvorrichtung 4 in den Maschinen 25 und 31 so einlaufen, dass die Abdeckung 5 nach innen zur Karussellmitte zeigt. Nur so kann ein Stern auch den Behälter 1 auf den Drehteller 6 setzen, bzw. von diesem herunternehmen.
Aus 1 ist auch unschwer zu entnehmen, dass es möglich ist, die Einspannvorrichtungen 4 an einen Riemen, vorzugsweise einen Zahnriemen zu befestigen. Dabei ist allerdings zwischen den einzelnen Karussells keine Pufferstrecken zur Entkopplung der Maschinen vorhanden.
2 zeigt die Anordnung einer erfindungsgemäßen Anlage, bei welcher die Funktionen der Karussells 25 und 30 in einer Maschine 40 vereint sind.
3 zeigt, wie ein Behälter 1 mittels Arretierungsfeder 3 und durch Absenken mit Hilfe eines Griffes 8 zwischen einem Drehteller 6 und einer oberen Zentrierung 2 beispielhaft eingespannt werden kann. Dies geschieht beispielsweise auf einem Karussell 25 automatisch, in dem nach Anheben des Griffes 8 der Behälter 1 mittels Einlaufstern in die Position eingefahren wird und durch Absenken des Griffes 8 in der Einspannvorrichtung 4 fixiert wird. Danach fährt die Einspannvorrichtung 4 mit dem eingespannten Behälter 1 aus der Maschine 25 bzw. 40 heraus und in die erste Druckmaschinen 28 ein.
Jede mit einem Karussell ausgebildete Druckmaschine 28 hat mehrere Druckstationen 22, die z. B. gleichzeitig mit einem Standfläche 23 versehen sind, auf welche die Einspannvorrichtung 4 mittels sich synchron drehender Sternen im Einlauf mit ihrem Standfuß 7 aufgeschoben wird. Während dieses Vorganges zieht der Pneumatikzylinder 14 die Druckkopfhalterung 12 zurück, um Kollisionen zu verhindern. Nachdem die Einspannvorrichtung 4 auf der Standfläche 23 steht, wird die Einspannvorrichtung 4 mittels Elektromagneten 17, die auf die Gegenfläche 16 aus magnetisierbarem Material an der Einspannvorrichtung 4 wirken, fixiert. Danach lässt der Pneumatikzylinder 14 die mittels der Federn 13schwimmend gelagerte Druckkopfhalterung 12 sich in Richtung der fixierten Einspannvorrichtung 4 bewegen. Dort wird die Druckkopfhalterung 12 mittels der Zentrierungen 10, 15 präzise zentriert und über die Kräfte der Federn 13 an die Einspannvorrichtung 4 gepresst. Damit sind die Druckköpfe, hier z. B. 20 und 21, in einer definierten voreingestellten Position zur Einspannvorrichtung 4, und zwar unabhängig davon, in welcher Lage die Einspannvorrichtung 4 mittels der Elektromagneten 17 fixiert ist.
Für andere Flaschen sind die Druckköpfe 20, 21 mittels Verstellmechanismen in Winkel und Lage (Höhe und Durchmesserabstand) einstellbar.
Nach der Zentrierung wird die Spule 28 und der Magnete 9 des Drehtellers 6 mit dem Behälter 1 und der als Gegenlager dienenden oberen Behälterzentrierung 2 in Drehung versetzt und über die Regeleinrichtung 24 der in dem Drehteller 6 markierte Nullpunkt 34 auf einen vordefinierten Anfangspunkt verfahren. Jetzt kann der vorgesehene Druckvorgang mit dem jeweils zu einem Druckbild gehörenden pixelweisen Farbauftrag erfolgen, indem während der Drehung des Drehtellers 6 mit möglichst konstanter Geschwindigkeit der Druckkopf 21 bzw. 22 über seine Düsen Farbe auf die zu bedruckende Oberfläche des Behälters 1 abgibt.
Dabei ist der zu bedruckende Behälter 1 in einer Art Kapsel 50 vollständig eingeschlossen. Die Kapsel 50 wird gebildet aus der Einspannvorrichtung 4 mit der sie ca. zur Hälfte umschließenden Abdeckung 5 und aus der inneren Einhausung 19, welche die Druckkopfhalterung 12 umschließt und beim Bedrucken des Behälters 1 bis an die Abdeckung 5 der Einspannvorrichtung 4 heranreicht.
Alternativ kann die Abdeckung 5 weggelassen und durch einen (gestrichelt dargestellten) klappdeckelartigen Kapselteil 5' ersetzt sein, welcher um eine Achse 51 an der Druckstation 22 selbst schwenkbar angelenkt ist.
Nach dem Ende des Duckvorganges, also nach dem Ende des Umlaufs um das Karussell 28, wird die Druckkopfhalterung 12 mittels des Pneumatikzylinders 14 gegen den Widerstand der Federn 13 wieder abgezogen. Sobald die Einspannvorrichtung 4 in dem Auslauf den Übergabepunkt des Auslaufsterns 30 erreicht oder alternativ kurz vorher, wird die Fixierung durch Ausschalten des Elektromagneten 17 gelöst und die Einspannvorrichtung 4 kann aus dem Karussell 28 wieder heraustransportiert werden.
4 veranschaulicht eine Einspannvorrichtung 4 mit dahinter dargestellter, aber abgenommener Abdeckung 5, wobei sich die einzelnen Bauelemente aus der nachfolgenden Bezugszeichenliste ergeben.
Bezugszeichenliste

1: Behälter, insbesondere Flasche
2: obere Zentrierung
3: Arretierfeder
4: rahmenartige Einspannvorrichtung
5: Abdeckung der Einspannvorrichtung 4
5': klappdeckelartiger Kapselteil
6: Drehteller (untere Behälterzentrierung)
7: Standfuß der Einspannvorrichtung 4
8: Griff zum Anheben/Absenken der oberen Behälterzentrierung 2
9: Magnete im Drehteller 6
10: Zentrierungsflächen (konische Vertiefungen) in der Einspannvorrichtung 4
11: Verstellmöglichkeit der Druckköpfe 20, 21
12: Druckkopfhalterung
13: Federlagerung der Druckkopfhalterung 12
14: Pneumatikzylinder zum Zurückziehen der Druckkopfhalterung 12 während des Ein/Auslaufs der Einspannvorrichtung 4
15: Zentrierungsflächen (konische Erhebungen) der Druckkopfhalterung 12 als Gegenstück der Zentrierungsflächen 10 der Einspannvorrichtung 4
16: Gegenflächen aus magnetisierbarem Material zum Fixieren der Einspannvorrichtung 4
17: Elektromagnet zum Fixieren der Einspannvorrichtung 4
18: Spulen zum Direktantrieb des Drehtellers 6
19: Einhausung der Druckkopfhalterung 12
20: oberer Druckkopf
21: unterer Druckkopf
22: Druckstationen auf einer Druckmaschine 28
23: Standfläche für die Einspannvorrichtung 4
24: Steuereinrichtung
25: Maschine (z. B. Karussell) zum Aufnehmen von zu bedruckenden Behältern 1 in Einspannvorrichtungen 4
26: Einlaufstern für zu bedruckende Behälter 1
27: Einlaufstern für leere Einspannvorrichtungen 4
28: (z. B. als Karusselle ausgebildete) Druckmaschinen
29: Aushärtetunnel (UV Tunnel, Elektronenstrahl-Tunnel etc.)
30: Auslaufstern für bedruckte Behälter 1
31: Maschine (z. B. Karussell) zum Trennen von bedruckten Behältern 1 und Einspannvorrichtungen 4
32: Auslaufstern für leere Einspannvorrichtungen 4
33: Rücktransport von leeren Einspannvorrichtungen 4
34: Nullpunktmarkierung
35: Nullpunkterkennung (Lesegerät)
36: Einlaufstern für Einspannvorrichtungen 4 mit eingespanntem bedruckten Behälter 1
37: Auslaufstern für bedruckte Behälter 1
38: Einlaufstern für zu bedruckende Behälter 1
39: Auslaufstern für Einspannvorrichtungen 4 mit eingespanntem zu bedruckenden Behälter 1
40: Maschine (z. B. Karussell) zum Trennen von bedruckten Behältern 1 und Einspannvorrichtungen 4
41: Einlaufstern für Einspannvorrichtung 4 mit eingespanntem Behälter 1
50: Kapsel
51: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102009033810 [0039]

Claims

Anlage zum Bedrucken von Behältern (1), wie Flaschen, mit einem Druckbild auf mindestens einer Druckmaschine (28) mit mindestens einem Druckkopf (20, 21), dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens ein Druckkopf (20, 21) während der Druckvorgänge beweglich gelagert bzw. mittels einer beweglichen Druckkopfhalterung (12) über eine Zentrierung (10, 15) an einer Einspannvorrichtung (4) für den Behälter (1) ausrichtet.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Druckmaschine (28) mindestens eine weitere Druckmaschine (28) der in Anspruch 1 gekennzeichneten Art zum Bedrucken mit gleicher oder unterschiedlicher Farbe nachgeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Druckmaschinen (28) individuell und unabhängig voneinander oder steuerungstechnisch miteinander verkettet arbeiten.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Druckkopfhalterung (12) des mindestens einen Druckkopfes (20, 21) federnd gelagert ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens ein Druckkopf (20, 21) in zwei oder drei Achsen gleitend gelagert ist und mittels, z. B. durch einen oder mehrere Pneumatikzylinder (14) aufgebrachter, Krafteinwirkung in die Zentrierung (10, 15) gedrückt wird.
Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkopfhalterung (12) während des Einlaufens oder/und Auslaufens der Einspannvorrichtung (4) in eine Druckstation (22) einer Druckmaschine (28) zurückgezogen wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bedrucken der Abstand zwischen Druckkopf (20, 21) und Behälteroberfläche mittels Sensoren ständig gemessen und der Abstandswert in der x-Achse sowie die Neigungswinkel (α₁, α₂) der Behälteroberfläche während einer Drehung des Behälters (1) nachjustiert werden.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) während des Bedruckens, z. B. in einer als Karussell ausgebildeten Druckmaschine (28), von einer Kapsel (50) im Wesentlichen umschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Innenraum der Kapsel (50) Luft mittels einer Absaugvorrichtung absaugbar ist.
Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannvorrichtung (4) als ein Teil der Kapsel (50) mit einer Abdeckung (5) versehen ist, die den zu bedruckenden Behälter (1) z. B. in der Höhe teilweise oder gänzlich und in Umfangsrichtung ca. zur Hälfte umschließt.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkopfhalterung (12) als ein anderer Teil der Kapsel (50) mit einer Einhausung (19) versehen ist, die den zu bedruckenden Behälter (1) z. B. in der Höhe teilweise oder gänzlich und in Umfangsrichtung ca. zur Hälfte umschließt und beim Bedrucken, ohne einen nennenswerten Spalt zu bilden, bis an die Abdeckung (5) der Einspannvorrichtung (4) heranreicht.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (19) nicht an der Druckkopfhalterung (12) angebracht, sondern Teil der Druckstation (22) einer Druckmaschine (28) ist.
Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (50) wenigstens zwei auf einer jeweiligen Druckstation (22) einer Druckmaschine (28) angebrachten Teile (5', 19) aufweist, welche vor dem Einbringen des Behälters (1) in die Druckstation (22) relativ zueinander geöffnet und nach dem Einbringen des Behälters (1) in die Druckstation (22) und vor Beginn des Bedruckens wieder geschlossen werden, vorzugsweise jeweils selbsttätig.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer der wenigstens zwei Teile (5', 19) der Kapsel (50) an der Druckstation (22) um eine Achse (51) schwenkbar angelenkt ist.
Anlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass einer der wenigstens zwei Teile (5', 19) der Kapsel (50) eine Einhausung (19) der Druckkopfhalterung (12) darstellt.
Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des wenigstens einen bewegbaren Teils (5') der Kapsel (50) mittels Hebel und/oder Kurvenscheibe und/oder eines Aktors, wie einer Kolben/Zylinder-Anordnung oder eines Motors, erfolgt.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Umdrehung des Behälters (1) zum vollumfänglichen Bedrucken bzw. bei einer Drehung um weniger als 360 Winkelgrade zum Bedrucken bei nur teilweise zu bedruckender Außenumfangsfläche des Behälters (1) mit Hilfe von bei einer Nullpunkterkennung (34, 35) gewonnenen Daten die Lage des Drehwinkel des Behälters (1) bestimmt wird, bei welchem das Bedrucken beginnt bzw. endet.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Behälter (1) während eines Umlaufes einer als Karussell ausgebildeten Druckmaschine (28) eine Umdrehung auf einem Drehteller (6) erfährt, während er auf seiner Oberfläche bedruckt wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige bedruckte Behälter (1) mittels eines Auslaufsternes (30) aus einer z. B. mit einem Karussell ausgebildeten Druckmaschine (28) heraustransportiert und ggf. die aufgebrachte Farbe, z. B. in einem Aushärtetunnel (29), ausgehärtet wird, bevor er in eine ggf. weitere und ggf. gleichartig ausgebildete Druckmaschine (28) für ein weiteres Bedrucken eingebracht wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Druckmaschine (28) eine z. B. mit einem Karussell ausgebildete Maschine (25) vorgeschaltet ist, in der über separate Einlaufsterne (26, 27) zunächst die Einspannvorrichtung (4) auf eine Station dieser Maschine (25) eingebracht wird, danach entsprechende Vorbereitungen zur Aufnahme von Behältern (1) erfolgen und danach der jeweilige Behälter (1) in die Einspannvorrichtung (4) eingesetzt und in seiner Position fixiert wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Druckmaschine (28) eine z. B. mit einem Karussell ausgebildete Maschine (31) nachgeschaltet ist, in der über einen Einlaufstern (41) zunächst die Einspannvorrichtung (4) mit eingespanntem bedruckten Behälter (1) auf eine Station dieser Maschine (31) eingebracht wird, danach entsprechende Vorbereitungen zum Trennen von Einspannvorrichtung (4) und Behälter (1) erfolgen und danach die Behälter (1) bei nach wie vor fixierter Einspannvorrichtung (4) mittels Auslaufstern (30) aus der Maschine (31) ausgefahren werden, bevor über einen Auslaufstern (32) die Einspannvorrichtungen (4) wieder aus der Maschine (31) herausgefahren werden.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Druckmaschine (28) eine z. B. als Karussell ausgebildete Maschine (40) vorgeschaltet ist, in der über einen Einlaufstern (36) zunächst die Einspannvorrichtung (4) mit eingespanntem bedruckten Behälter (1) auf eine Station dieser Maschine (40) eingebracht wird, danach entsprechende Vorbereitungen zum Trennen von Einspannvorrichtung (4) und Behälter (1) erfolgen und danach die bedruckten Behälter (1) bei nach wie vor fixierter Einspannvorrichtung (4) mittels Auslaufstern (37) aus der Maschine (40) ausgefahren werden, bevor über einen weiteren Einlaufstern (38) ein neuer zu bedruckender Behälter (1) einläuft, in die Einspannvorrichtung (4) eingesetzt und in seiner Position fixiert wird, bevor die Einspannvorrichtung (4) mit neuem Behälter (1) über einen Auslaufstern (39) der mindestens einen Druckmaschine (28) zugeführt wird.