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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Selbstklebeetiketten und dazu gehörige Vorrichtung.
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[Stand der Technik]
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Selbstklebende Etiketten bestehen im Allgemeinen mindestens aus einem Etikettenmaterial, einem Klebstoff und einem Trennpapier als Träger. Üblicherweise wird das Material hergestellt, dann mit dem Klebstoff beschichtet und mit dem Trennpapier als Träger zusammengeführt. Das Laminat aus Deckpapier und Trägermaterial wird dann in einer Druckmaschine oder in einem digitalen Druckverfahren bedruckt und anschließend die Etiketten gemäß der gewünschten Außenkontur gestanzt.
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Bei den Stanzverfahren wird zwischen durchstanzenden und anstanzenden Verfahren unterschieden. Bei den durchstanzenden Verfahren wird das Etikett gemäß seiner gewünschten Außenkontur aus einer Materialbahn herausgeschnitten, während bei dem anstanzenden Verfahren nur das Etikettenmaterial und der Klebstoff durchtrennt werden und das Trägermaterial unverletzt bleibt.
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Bei den anstanzenden Verfahren wird das Etikett angestanzt und in der Regel die Matrix des Etikettenmaterials, auch Gitter genannt, abgezogen, so dass nur noch das ausgestanzte Etikett auf dem Trägermaterial verbleibt.
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Eine geeignete Vorrichtung für das Stanzen einer solchen Etikettenbahn ist unter anderem in der
DE 297 24 092 U1 in Form einer rotativen Stanzvorrichtung bekannt. Neben den weit verbreiteten rotativen Stanzvorrichtungen sind flach wirkende Stanzvorrichtungen oder Laserstanzvorrichtungen für die Herstellung von Etiketten bekannt geworden.
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Die Geschwindigkeit von Etikettenherstellungsanlagen ist oftmals durch das Abziehen der Matrix von der laufenden Bahn beschränkt. Durch die vollflächige Haftschicht (Klebstoffschicht) zwischen dem Etikettenmaterial und dem Trägermaterial (Trennpapier) befindet sich auch auf der Matrix Klebstoff. In der Etikettenherstellung wird aus ökonomischen Gründen versucht, die Etiketten möglichst nahe aneinander anzuordnen. Ziel ist den Abfall zu minimieren. Durch die enge Anordnung der Etiketten zueinander weist die Matrix dünne Stege oder Bereiche auf, die bei einer zu hohen Abzugsgeschwindigkeit der Matrix von der Trägerbahn reißen können. Ein Riss führt zwangsläufig zu einer unerwünschten Unterbrechung der Produktion. Das Abtrennen der Matrix ist insbesondere durch den aufgebrachten Klebstoff erschwert, da der Klebstoff trotz der Antihaftbeschichtung der Trägerbahn zu einer erhöhten Adhäsion der Matrix auf der Trägerbahn führt. Ideal wäre, wenn die Bereiche, die außerhalb der Etikettenkontur liegen, nicht mit Klebstoff beschichtet würden.
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Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden, die eine Herstellung von Druckprodukten beschreiben, bei denen eine bedruckte Folienbahn mittels eines Auftrages eines Klebstoffes mit einer Trägerbahn verbunden wird. Die
EP 2 329 954 A1 offenbart eine solche Vorrichtung, die allerdings auf die haftfeste Verbindung einer bedruckten. Decklage mit einem Trägermaterial zum Zwecke der Herstellung einer Verpackung beschränkt ist. Die
EP 2 329 954 beschreibt unter anderem den vollflächigen oder partiellen Klebstoffauftrag auf die zu laminierende Folienbahn. Der Klebstoff wird dabei alternativ mit einem Walzenwerk, einem Düsenauftragswerk oder mit einer Schlitzdüse aufgetragen. Der Anspruch 6 offenbart die Anwendung der Erfindung auch für Etiketten, wobei die Verbindung zwischen der bedruckten Folienbahn und dem Trägermaterial dauerhaftend ist, was die Einsatzmöglichkeiten einer solchen Etikette einschränkt. Mittel zur Synchronisierung zwischen bedruckter Folienbahn und Trägermaterial sind nicht vorgesehen.
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Die
DE 20 2006 012 400 U1 zeigt eine Vorrichtung zum partiellen Applizieren von Klebstoff während des Etikettierens auf. Unter Etikettieren wird das Applizieren des Etiketts auf einzelne, vorwiegend dreidimensionale Produkt verstanden. Der Klebstoff wird hierbei mit Düsen auf das Etikett aufgetragen. Diese Erfindung steht aber nicht in dem Zusammenhang mit der Herstellung eines auf einem Trägerband befindlichen Haftetiketts, das mit einem Klebstoff an dessen Rückseite versehen ist und in dieser Form einer Etikettieranlage zum Zwecke des Applizieren auf ein Produkt zugeführt wird.
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Als Klebstoff für die Etikettenherstellung werden meist Haftklebstoffe eingesetzt, die als Schmelzklebstoffe (Hotmelts) ausgebildet sind.
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Hotmelts, auch als Schmelzklebstoffe oder Schmelzfarben bezeichnet, gehören zu den physikalisch abbindenden Klebstoffen oder Farben. Sie liegen bei Raumtemperatur einkomponentig in fester und lösemittelfreier Form vor. Sie gehören zu den Thermoplasten. Neben den rein physikalisch abbindenden Systemen gibt es ferner Kombinationssysteme, die neben dem physikalisch abbindenden Systemen noch chemische Reaktionsmechanismen aufweisen. Alle diese Systeme, ob Klebstoff oder Druckfarbe, ob rein physikalisch abbindend oder in Kombination mit einer chemischen Härtung, werden im Sinne der Erfindung unter dem Begriff Hotmelt subsumiert.
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Zu Verarbeitung werden die Hotmelts auf die so genannte Verarbeitungstemperatur erwärmt. Die Hotmelts liegen dann in einer flüssigen und verarbeitbaren Form vor. Die Verarbeitungstemperatur ist die Temperatur, die infolge der mit ihr verbundenen Viskosität eine Verarbeitung und eine optimale Benetzung der Fügeteile ermöglicht, die andererseits nicht so hoch sein darf, dass es zu einer thermischen/oxidativen Zersetzung der Schmelze kommt. Die Verarbeitungstemperatur ist von der Art des Grundstoffs und dessen mittleren Molekulargewicht abhängig, sie liegen meist im Bereich zwischen 120 und 240 Grad Celsius, bei Wachsfarben teilweise sogar teilweise unter 120 Grad Celsius.
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Die Verarbeitung von Schmelzklebstoffen bedarf einer abgestimmten Wärmemanagement. Eine Viskositätskurve eines Hotmelts kann man in zwei Bereiche I und II mit einer starken und schwachen Temperaturabhängigkeit der Viskosität des Hotmelts einteilen (1, aus Gerd Habenichts, >>Kleben – Grundlagen, Technologien, Anwendungen<<, VDI – Springer Verlag, Seite 209ff). Im Bereich I bewirken schon geringe Temperaturdifferenzen, z. B. eine Abkühlung um wenige Grad einen außerordentlich hohen Viskositätsanstieg, dagegen ist die Viskosität im Bereich II über weite Bereiche weitgehend stabil, auch wenn Temperaturschwankungen vorliegen.
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Der Auftrag eines Hotmelts auf ein Substrat kann als Kontaktauftrag mit Rollstabdüsen, Flächen- und Breitschlitzdüsen und im Walzenauftrag erfolgen. Ferner sind kontaktlose Auftragsverfahren, z. B. Düsen für den Punkt- und Raupenauftrag, für den Sprühauftrag oder für den Spinnsprühauftrag bekannt.
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Der Auftrag von Klebstoffen mit Siebdruckschablonen ist unter anderem aus der
DE 101 25 598 A1 bekannt. Beim Siebdruck wird die Farbe mithilfe einer Rakel durch eine gespannte Siebfläche, im Allgemeinen ein Kunststoff- oder Metallgewebe, oder eine gelaserte oder galvanisch geformte Siebdruckform, vorgegebener Maschen oder Öffnungsweite, gepresst, wobei das Gewebe oder die Schablone in den nichtdruckenden Bereichen für Farbe undurchlässig st. Ursprünglich besteht ein Siebdruckwerk aus einem Metall- oder Holzrahmen, in welchen das Siebmaterial verzugsfrei eingespannt ist. Diese Art des Siebdrucks wird üblicherweise als Flachsiebdruck bezeichnet. Im Zuge der wirtschaftlichen Notwendigkeit, schnellere und rationeller arbeitende Beschichtungsmaschinen herzustellen, wurden Rotationssiebbeschichtungswerke entwickelt, die ein kontinuierliches Beschichten von Endlosbahnen erlauben. Das Sieb oder die Schablone ist hier als zylindrischer Mantel geformt, in dessen Innerem das Farbrakel so angeordnet ist, dass es bei einer Drehung des zylindrischen Siebes oder Schablone die innere Umfangsoberfläche des Siebes oder der Schablone überstreicht und dabei die in dem Innenraum des zylindrischen Siebes aufgenommene Beschichtungsmittel durch die Sieb- oder Schablonenöffnungen Öffnungen drückt. Von außen wird gegen die äußere Umfangsoberfläche des zylindrischen Siebes oder Schablone das zu bedruckende Substrat gepresst oder das Sieb oder die Schablone gegen das Substrat gepresst, wobei die Bahngeschwindigkeit des Substrats und die Umfangsgeschwindigkeit des Siebes oder der Schablone mit der Rotationsgeschwindigkeit des zylindrischen Siebs in engen Grenzen abgestimmt ist. Auf diese Weise nimmt das Substrat im Bereich der Sieb- oder Schablonenöffnungen partiell Beschichtungsmittel an. Ein für ein solches Rotationssiebdruckverfahren geeigneter Rotationssiebdruckzylinder und ein für diesen Rotationssiebdruckzylinder besonders angepasstes Rakel werden beispielsweise in der
WO 96/05058 A1 und in der
DE 102 00 181 A1 beschrieben.
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Die Verarbeitung von Hotmelts ist in dem so genannten Thermosiebdruck möglich. Das Prinzip des Thermosiebdrucks besteht in der Verwendung einer rotierenden beheizten, meist nahtlosen, trommelförmigen perforierten Rundschablone oder Rundsiebes, die oder das über eine Düse mit der Hotmelt beschickt wird. Der Hotmelt befindet sich dabei in dem inneren des Rotationssiebdruckkörpers. Eine speziell geformte Rakel oder Düsenlippe presst die über einen Kanal eingespeiste Beschichtungsmittel durch die Perforation der Schablonenwand oder Siebwand auf die vorbeigeführte Substratbahn. Diese wird mit einer Geschwindigkeit, die der Umgangsgeschwindigkeit der rotierenden Siebtrommel entspricht, mittels einer Gegendruckwalze gegen den Außenmantel der beheizten Siebtrommel oder Schablonentrommel geführt. Der Hotmelt könnte prinzipiell auch in fester Form in das Innere des Siebdrucktrommel oder Siebdrucktrommel zugeführt werden und in dem Inneren mithilfe eines Schmelzers aufgeschmolzen werden. Vorrichtungen für den Thermosiebdruck sind zum Beispiel aus den Schriften
DE 1 100 042 (hier in der Form eines Flachsiebdruckwerks) und aus der
EP 0 826 380 B1 bekannt.
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Damit der Hotmelt durch die engen Öffnungen der Siebdruckform oder der Schablonendruckform fließen kann, muss die Siebdruckform erwärmt werden. Typischerweise werden hierfür metallische Druckformen verwendet. Diese können aus Metallblechen sein, in denen die Drucköffnungen eingelasert oder eingebohrt wurden. Siebdruckformen und Schablonen können auch galvanisch aufgebaut werden. In den meisten Fällen werden Siebdruckformen aus Geweben gebildet. Diese Gewebe können aus metallischen Fäden aufgebaut sein oder aus Polymerfäden, die zum Beispiel nachträglich vernickelt wurden. Unter dem Druck Siebdruckform oder Siebschablone werden daher alle Druckformen subsumiert, die Öffnungen enthalten durch die das Beschichtungsmittel auf ein Substrat übertragen werden und die Siebdruckform mindestens eine metallische Komponente enthält.
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Die notwendige Erwärmung der Siebdruckform oder Siebschablone mit metallischem Inhalt kann erfolgen, in dem durch die Siebdruckform oder Siebschablone elektrischer Strom geleitet wird. Die Druckform wirkt dabei wie ein elektrischer Widerstand und erwärmt sich. Normalerweise wird dabei die Druckform gegenüber dem Rahmen oder den seitlichen Flanschen einer rotativen Siebdruckform isoliert, so dass sich nur die gewünschte Areale der Druckform erwärmen.
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Die Siebdruckform oder die Siebdruckschablone kann auch von außen und indirekt erwärmt werden. Dies kann zum Beispiel geschehen, indem die Druckform mit Infrarot- oder anderen Wärmestrahlern bestrahlt wird, mit heißer Luft beaufschlagt wird oder induktiv erwärmt wird.
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Es sind auch Siebdruckformen aus faserverstärkten Kunststoffen bekannt geworden, in die Öffnungen mittels Laser oder mechanischen Bearbeitungsverfahren, z. B. Bohren eingebracht worden. Solche Druckformen sind eventuell auch sehr gut für die Verarbeitung von Hotmelts geeignet. Sie weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass das erwärmt eingefüllte Hotmelt- Beschichtungsmaterial relativ langsam abkühlt. In diesem Fall müsste nur in das Innere einer rotativen Druckform, die aus solchen Kunststoffen aufgebaut ist, die Wärme nachgeführt werden, die über Wärmeleitung verloren geht. Eine Erwärmung einer solchen Druckform wäre dann für die Verarbeitung von Hotmelts nicht zwingend erforderlich.
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Für die Herstellung der Siebdruckform oder Siebdruckschablone wird das Sieb vollflächig mit einem lichtempfindlichen und wasserlöslichen Schablonenmaterial beschichtet, so dass die Öffnungen der Siebdruckform oder Siebdruckschablone verschlossen werden. Die Siebdruckform oder as Schablonenmaterial wird dann in bestimmten Bereichen belichtet, wodurch diese Bereich gehärtet werden. Die anderen Bereiche werden ausgewaschen, so dass dort wieder die ursprünglichen Öffnungen für den Durchtritt des Beschichtungsmaterials entstehen. Die Belichtung kann mit Hilfe eines Diapositivs oder Dianegativ geschehen. Für die Belichtung kann auch ein mittels Laser oder mikroelektromechanischen Spiegelsystemen erzeugter Lichtstrahl verwendet werden. Solche Verfahren sind unter anderem in der
EP 0 658 812 oder
EP 0 953 877 beschrieben.
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Statt des vorbeschriebenen Belichtungsverfahrens können Bereiche des Schablonenmaterials auch dadurch entfernt werden, dass die Öffnungen mittels Laser ausgebrannt werden. Bei der zweiten Verfahrensweise, auch Galvanoplastik im engeren Sinne genannt, wird auf eine Muttermatrize, die über ihre gesamte Erstreckung eine metallische und damit elektrisch leitende Oberfläche hat, eine elektrisch isolierende Fotoschicht aufgebracht. Hierfür wird ebenfalls lichtempfindliches und wasserlösliches Schablonenmaterial verwendet. Das Schablonenmaterial wird dann mittels eines Diapositivs in den Bereichen vollflächig belichtet, wo keine Druckfarbe durchtreten soll, während in den Bereichen, die für den Durchgang der Druckfarbe vorgesehen sind, eine Lochmusterbelichtung vorgenommen wird. Die belichteten Bereiche härten hierdurch aus und werden an der Muttermatrize fixiert. Die übrigen Bereiche bleiben wasserlöslich. In einem weiteren Verfahrensschritt werden die nicht gehärteten Bereiche ausgewaschen. Auf diese Weise werden die Bereiche der Muttermatrize, die für die Druckfarbe undurchlässig sein sollen, vollflächig freigelegt, während in den anderen Bereichen den vorgesehen Öffnungen entsprechende >>Inseln<< verbleiben.
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Für die Etikettenherstellung werden meist Haftklebstoffe eingesetzt. Haftklebstoffe Zeichen sich dadurch aus, dass diese dauerhaft klebrig bleiben. Die Klebepartner haften durch leichtes Andrücken und eine Aktivierung durch eine externe Energiezuführung ist nicht erforderlich. Diese Klebstoffe werden in der Verpackungsherstellung eingesetzt, wenn die Verklebung der Klebepartner zu einem späteren Zeitpunkt, wie zum Beispiel bei der Etikettierung eines Produktes, erfolgen soll. Häufig werden Haftklebstoffe in der Etikettenindustrie eingesetzt, wo die Haftschicht dazu dient die von einem Trägerpapier abgezogenen Etiketten mit einer Produkt zu verbinden.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur schnellen Herstellung von Haftetiketten zu etablieren. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und durch das dazu gehörige Verfahren nach Anspruch X.
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[Ausgestaltung der Erfindung]
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Laminatbahn aus einer bedruckten Etikettenbahn und einem Trägermaterial, wobei zwischen Etikett und Trägerbahn sich eine partielle Klebstoffschicht befindet. Erfindungswesentlich ist, dass der Klebstoff in engen Grenzen nur in den Bereichen des Etiketts aufgetragen wird, während die Bereiche, die später die Matrix bilden, weitgehend klebstofffrei verbleiben. Hierdurch wird die Zugbelastung auf die Matrix bei dem Ablösen von der Trägerbahn deutlich reduziert, so dass höhere Abzugsgeschwindigkeiten erreicht werden können, ohne dass die Matrix reißt oder bricht. Zusätzlich kann die aufgetragene Klebstoffmenge reduziert werden.
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Die Etikettenbahn ist dabei bedruckt, d. h. sie trägt mindestens ein Druckbild. Das Druckbild kann >>Offline<<, d. h. außerhalb der Vorrichtung, zum Beispiel in einer Druckmaschine aufgetragen worden sein, und/oder >>Inline<<, während des Durchlaufs durch die Vorrichtung, zum Beispiel mit einer digitalen Druckvorrichtung, wie einem Tintenstrahldrucker, aufgedruckt werden. Das Druckbild kann sich auf der Außenseite der Etikettenbahn befinden, die nach dem Verbinden mit der Trägerbahn von dieser abgewandt ist. Für so genannte >>No-Label-Look<< Etiketten kann sich das Druckbild auch auf der Seite der Etikettenbahn befinden, die später mit dem Trägermaterial verbunden wird. In diesem Fall ist das Grundmaterial der Etikettenbahn eine transparente Folie, so dass das Druckbild durch die Folie hindurch erkennbar ist. In diesem Fall wird der Klebstoff auf das Druckbild aufgetragen.
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Der Klebstoff wird dabei partiell auf eine Seite der Etikettenbahn und/oder auf die Trägermaterialbahn aufgetragen. Der partielle Auftrag kann mit Auftragsdüsen kontaktbehaftet oder beabstandet von der Bahn erfolgen, wobei die Auftragsdüsen mindestens ein elektrisch ansteuerbares Ventil aufweisen, mit dem die Klebstoffzufuhr freigegeben oder abgesperrt werden kann. Eine Vielzahl von Auftragsdüsen kann zu einer Auftragsvorrichtung zusammengefasst sein, die vorzugweise quer über die zu beschichtetende Bahn angeordnet wird. Die Auftragsvorrichtung kann auch mehrere, in Transportrichtung der Bahn hintereinander angeordnete Düsenreihen aufweisen. Erfindungswesentlich ist für den Düsenauftrag, dass die Klebstoffzufuhr zonenweise zu- und abgestellt werden kann.
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Als Alternative zu dem Düsenauftrag bietet sich der zuvor beschriebene Thermosiebdruck an. Das >>Druckbild<< des Klebstoffes wird dabei durch die Anordnung der für den Klebstoff durchgängigen Öffnungen des Siebes bestimmt.
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In beiden Fällen muss eine Synchronisation zwischen dem auf der Etikettenbahn befindlichem Druckbild und dem Auftragsmuster des Klebstoffs erfolgen. Hierzu sind zwei Möglichkeiten vorhanden:
In der bevorzugten Variante wird mindestens eine Kante oder ein anderes Druckelement auf der Etikettenbahn durch einen Sensor erfasst. Die Erfassung kann zum Beispiel durch einen Kontrastsensor (auch Druckmarkensensor) erfolgen, wie er zum Beispiel durch die Firma Baumer, Frauenfeld Schweiz, unter dem Handelsnamen FKDK14 vertrieben wird. Dieses Signal dient dann dazu den Klebstoffauftrag auf das Trägermaterial und/oder das Etikettenmaterial über eine programmierbare Steuerung zu triggern. Der Beschichtungszeitpunkt wird dabei unter Berücksichtigung der Bahngeschwindigkeit, der Bahnlauflängen bis zum Ort des Zusammenführens und gegebenenfalls anderer relevanter Parameter, wie Lage und Kontur des Etiketts, durch die programmierbare Steuerung bestimmt.
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Daraus werden im Falle des Düsenauftrags Ansteuersignale generiert, die die einzelnen über die Breite angeordneten Ventile so ansteuern, dass der Klebstoffauftrag in engen Grenzen nur in den Bereichen erfolgt, die später das Etikett bilden sollen, während die Bereich der Matrix weitgehend klebstofffrei bleiben.
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Im Falle des Thermosiebdrucks ist die mit der Etikettenkontur korrespondierende Klebstoffkontur durch die Öffnungen des Siebes vorgegeben. Dennoch kann es Lageabweichungen kommen. Zur Korrektur ist das Siebdruckwerk mit einem Einzelantrieb versehen, der eine Lagekorrektur des rotativen Siebes bewirken kann. Abhängig von dem auf der Etikettenbahn erfasstem Signal kann das rotative Siebdruckwerk zum Zwecke der Synchronisation abgebremst oder beschleunigt werden.
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Die Umkehrung des Verfahrens ist ebenso möglich. In diesem Fall wird ein Klebstoffmuster kontinuierlich auf eine Trägerbahn aufgebracht und die Etikettenbahn abhängig von dem Sensorsignal dazu synchronisiert. Dies kann in bekannter Weise zum Beispiel mit Tänzerwalzen geschehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens je einen Abroller zum Abrollen der Etiketten- und der Trägerbahn, mindestens eine Klebstoffauftragsvorrichtung, ein Laminierwerk zum Verbinder der beiden Bahnen, eine rotative Stanzvorrichtung und je einen Aufroller für die Matrix und die laminierte Etikettenbahn. Der Matrixaufroller kann auch durch eine Absaugeinrichtung, z. B. mit einem Häcksler, ersetzt werden. Der Aufroller für die laminierte Etikettenbahn kann durch eine Schneideinrichtung, die zum Beispiel die Bahn in abschnittsweise vorliegende Bögen trennt, ausgetauscht werden.
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Als Alternative für eine rotative Stanzvorrichtung ist auch eine Laservorrichtung denkbar, bei der mittels eines Lasers die Kontur des Etiketts eingeritzt wird.
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Die Laminiervorrichtung besteht aus zwei Walzen, in deren Spalt die Lagen unter Druckeinwirkung miteinander verbunden werden.
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Der Begriff Etikettenbahn umfasst die Bahn aus Etiketten und die die Etiketten umgebende Matrix. Der Begriff Etikett meint das Etikett, wie es sich auf dem Trägermaterial nach dem Entfernen der Matrix befindet. Die Trägerbahn dient zu dem Transport und Handling des Etiketts. Sie wird nicht mit dem Etikett auf das zu kennzeichnende Produkt appliziert. Sie besteht meist aus einem silikonisierten Papier oder einem Wachspapier.
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Die Vorrichtung und das dazu gehörige Verfahren ermöglichen eine effektive Herstellung von Haftetiketten mit hohen Geschwindigkeiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29724092 U1 [0005]
- EP 2329954 A1 [0007]
- EP 2329954 [0007]
- DE 202006012400 U1 [0008]
- DE 10125598 A1 [0014]
- WO 96/05058 A1 [0014]
- DE 10200181 A1 [0014]
- DE 1100042 [0015]
- EP 0826380 B1 [0015]
- EP 0658812 [0020]
- EP 0953877 [0020]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Gerd Habenichts, >>Kleben – Grundlagen, Technologien, Anwendungen<<, VDI – Springer Verlag, Seite 209ff [0012]