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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Laden von nichtleitenden Objekten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein solches Verfahren nach einer weiteren Lehre gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung der obigen Verfahren gemäß Anspruch 15.
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Dem gezielten elektrostatischen Laden von Oberflächen nichtleitender Objekte kommt in der industriellen Fertigung eine wichtige Rolle zu. Ein Anwendungsbeispiel ist das sogenannte „In Mold Labeling” (IML), das eine spezielle Art der Durchführung eines Kunststoff-Spritzgussprozesses betrifft. Dabei werden folienartige, nichtleitende Etiketten an den Formflächen einer Spritzgussform fixiert, so dass die Applikation der Etiketten in den Spritzgussvorgang integriert ist.
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Im Rahmen des obigen IML-Verfahrens hat es sich bewährt, die Etiketten durch elektrisches Aufladen an den Formflächen der Spritzgussform zu fixieren. Bei dem bekannten Verfahren (
EP 0 802 032 B1 ), von dem die Erfindung ausgeht, wird ein Etikett mittels eines Form-Kerns in den Spritzgusshohlraum der Spritzgussform gehalten und elektrostatisch aufgeladen, so dass das Etikett an der Wand des Spritzgusshohlraums elektrostatisch anhaftet. Das Aufladen erfolgt nach Art eines Ionisators, indem eine Spannungs-Versorgungseinrichtung eine an dem Form-Kern angeordnete Elektrode gegenüber Masse mit einer Lade-Hochspannung beaufschlagt.
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Das oben beschriebene IML-Verfahren findet Anwendung in der Massenfertigung, beispielsweise bei der Herstellung von Behältnissen aus Kunststoff wie Farbeimern o. dgl.. Die Objekte werden einzeln in aufeinanderfolgenden Ladezyklen geladen, wobei der Einhaltung möglichst geringer Fertigungs-Taktzeiten ganz besondere Bedeutung zukommt.
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Bei dem bekannten Verfahren muss für jeden Ladezyklus eine Mindest-Zykluszeit mit einem gewissen „Sicherheitspuffer” vorgesehen sein, um zu gewährleisten, dass ein sicheres Anhaften auch bei eventuellen ungünstigen Umgebungsbedingungen sichergestellt ist. Einflussfaktoren, die sich auf den Ladevorgang auswirken, sind beispielsweise die Umgebungstemperatur, die Umgebungsluftfeuchtigkeit o. dgl.. Die Einhaltung des obigen Sicherheitspuffers heißt aber auch, dass die Zykluszeiten aus den genannten Sicherheitsgründen meist länger sind als an sich erforderlich, was dem Ziel minimaler Fertigungs-Taktzeiten widerspricht.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das bekannte Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine Minimierung der Zykluszeiten der Ladezyklen mit geringem Aufwand umsetzbar ist.
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Das obige Problem wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich ist die Erkenntnis, dass der Ladestrom während eines Ladezyklus nicht allein durch die Lade-Hochspannung bestimmt wird, sondern auch durch die oben genannten Umgebungsbedingungen, wie Umgebungstemperatur, Umgebungsluftfeuchtigkeit etc.. Damit kann im Umkehrschluß der Ladestrom analysiert werden, um die Ladezyklen auf die jeweils aktuellen Umgebungsbedingungen hin zu parametrieren.
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Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass in den Ladezyklen der auf die jeweilige Lade-Hochspannung zurückgehende Ladestrom gemessen wird und dass die Ladezyklen in Abhängigkeit von dem gemessenen Ladestrom bzw. den gemessenen Ladeströmen parametriert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die Tatsache, dass die Ladezyklen mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren optimal auf die jeweils herrschenden Umgebungsbedingungen angepaßt werden können, ohne dass eine irgendwie geartete Sensorik zur Messung von Luftfeuchtigkeit, Temperatur o. dgl. vorgesehen sein muß.
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Die Parametrierung eines Ladezyklus umfaßt vorliegend alle veränderbaren Parameter, die den Ladezyklus charakterisieren. Beispiele hierfür sind die Lade-Hochspannung, der Zeitpunkt der Zyklusendes o. dgl..
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 sieht vor, dass einem Hochspannungs-Netzteil die Sollwerte für die Lade-Hochspannung vorgegeben werden, wobei das Netzteil eine Spannungssteuerung oder eine Spannungsregelung umfassen kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Stromsteuerung bzw. eine Stromregelung vorgesehen sein.
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Gemäß Anspruch 4 umfaßt die Parametrierung eines Ladezyklus die Ermittlung und Vorgabe eines Sollwerts und/oder eines Sollwertverlaufs für die Lade-Hochspannung. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass ein besonders geringer gemessener Ladestrom, der unterhalb eines Stromschwellwerts liegt, dazu führt, dass der Sollwert für die Lade-Hochspannung im Rahmen der Parametrierung angehoben wird.
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Eine weiter bevorzugte Variante für die Parametrierung des Ladezyklus, die zusätzlich zu der vorgenannten Variante vorgesehen sein kann, ist die Ermittlung und Einleitung des Zyklusendes eines Ladezyklus gemäß Anspruch 8. Bei der weiter bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 ist für die Ermittlung des Zyklusendes eine Abschaltbedingung basierend auf dem Ladestrom vorgesehen, deren Eintreten unverzüglich zur Einleitung des Zyklusendes führt. Damit ist es grundsätzlich möglich, die Zykluszeit für einen Ladezyklus so gering wie möglich zu halten, ohne den jeweils angestrebten Ladevorgang zu beeinträchtigen. Zwei besonders bevorzugte Varianten für die Ermittlung des Zyklusendes zeigt Anspruch 9.
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Für den Fall, dass der Ladezyklus zu langsam erfolgt, also mehr Zeit benötigt als eine vorbestimmte Grenzladezeit, wird gemäß Anspruch 11 vorgeschlagen, die Lade-Hochspannung für einen folgenden Ladezyklus, insbesondere für den nächsten Ladezyklus, entsprechend hoch zu setzen.
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Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zum elektrostatischen Laden von nichtleitenden Objekten gemäß Anspruch 12 beansprucht.
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Wesentlich nach dieser weiteren Lehre ist die Erkenntnis, dass die an die Elektrode angelegte Lade-Hochspannung nach Beendigung des Ladezyklus möglichst schnell abgeschaltet, insbesondere auf eine Leerlaufspannung heruntergefahren werden muss, so dass eine ungewünschte Beeinflussung des Ladezustands nichtleitenden Objekts, insbesondere durch eine Entfernung der Elektrode, nicht auftritt. Die schnelle Reduzierung der Spannung am Hochspannungsausgang der Versorgungseinrichtung ist insoweit nicht unproblematisch, als eine gewisse Ausgangsspannung durch Kapazitäten aufrechterhalten wird, die u. a. auf die Zuleitungen zwischen der Versorgungseinrichtung und der Elektrode, auf die Elektrode selbst, etc. zurückgehen. Diese Kapazitäten werden im Folgenden unter dem Begriff ”parasitäre Kapazität” zusammengefaßt.
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Es wird nun nach der weiteren Lehre gemäß Anspruch 12 vorgeschlagen, dass der Hochspannungsausgang der Versorgungseinrichtung nach Beendigung des Ladezyklus mit einem Entladestrang überbrückt wird.
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Der Begriff „Entladestrang” ist vorliegend weit zu verstehen. Er umfaßt alle elektrisch leitenden Anordnungen, die geeignet sind, eine Entladung der obengenannten, parasitären Kapazitäten zu ermöglichen.
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Eine Alternative besteht im Rahmen der weiteren Lehre darin, dass der Entladestrang nicht gezielt, also durch einen Schaltvorgang, nach der Beendigung des Ladezyklus an den Hochspannungsausgang der Versorgungseinrichtung angekoppelt wird, sondern, dass der Entladestrang stets an den Hochspannungsausgang der Versorgungseinrichtung angekoppelt ist. Diese Variante ist besonders kostengünstig realisierbar, da ein irgendwie gearteter Schalter sowie eine entsprechende Schalteransteuerung nicht vorgesehen sein muss.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 15, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines der vorschlagsgemäßen Verfahren beansprucht. Auf alle Ausführungen, die geeignet sind, die den vorschlagsgemäßen Verfahren zugeordnete Vorrichtung zu erläutern, darf verwiesen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine IML-Vorrichtung zur Durchführung eines vorschlagsgemäßen Verfahrens a) vor einem Ladezyklus und b) während eines Spritzgusszyklus,
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2a) Ladeströme während eines Ladezyklus der Vorrichtung gemäß 1 in drei Varianten, die. auf die in b) gezeigten Sollwerte für die Lade-Hochspannung zurückgehen, jeweils bei fest vorgegebener Zykluszeit,
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3a) den Ladestrom eines Ladezyklus bei automatisch ermitteltem und eingestellten Zyklusende und b) der zugeordnete Sollwert für die Lade-Hochspannung, und
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4 ein Schaltbild für die Hochspannungs-Versorgungseinrichtung für die Vorrichtung gemäß 1.
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Die Zeichnung zeigt das vorschlagsgemäße Verfahren beispielhaft als Bestandteil eines IML-Fertigungsverfahrens. Insoweit handelt es sich bei den zu ladenden Objekten 1 um nichtleitende, folienartige Etiketten, die in 1a) auf einem Form-Kern 3 angeordnet sind. 1a) zeigt ein Etikett 1 auch als solches in gestrichelter Linie, um die Formgebung des Etiketts 1 zu zeigen. Das Etikett 1 besteht hier und vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial. Denkbar sind andere Materialien wie Papier o. dgl..
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Es darf darauf hingewiesen werden, dass das vorschlagsgemäße Verfahren in weiten Bereichen auch außerhalb des IML-Verfahrens eingesetzt werden kann. Insoweit kann es sich bei dem aufzuladenden Objekt 1 um irgendein Objekt handeln, das im Zuge der Ionisation aufladbar ist.
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Das elektrostatische Laden der Objekte 1 erfolgt einzeln in aufeinanderfolgenden Ladezyklen. Hierfür wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das zu ladende Objekt 1, hier das Etikett 1, auf den Form-Kern 3 aufgebracht und dort pneumatisch über Unterdruckkanäle 3a fixiert. Anschließend wird der Form-Kern 3 mit dem an seiner Außenfläche befindlichen Etikett 1 in den Spritzgusshohlraum 4 einer geöffneten, zweiteiligen Spritzgussform 5 gebracht. 1a) zeigt auf der rechten Seite den einen Teil 5a der geöffneten Spritzgussform 5, während 1b) auch den zweiten Teil 5b der Spritzgussform 5 zeigt, der in 1b) abdichtend mit dem ersten Teil 5a in Eingriff steht.
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Der Form-Kern 3 ist an seiner Außenseite mit einer Elektrode 6 ausgestattet, auf die das aufzuladende Objekt 1 in obiger Weise aufgebracht worden ist.
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Der Form-Kern 3 wird aus der in 1a) gezeigten Stellung heraus in den Spritzgusshohlraum 4 der Spritzgussform 5 gefahren, bis das aufzuladende Objekt 1, hier das Etikett 1, in Anlage an der Innenwandung oder dicht an die Innenwandung des ersten Teils 5a der Spritzgussform 5 kommt. Anschließend wird in einem Ladezyklus 2 das aufzuladende Objekt 1 über die Elektrode 6 geladen, die hierfür nach Art eines Ionisators mittels einer Versorgungseinrichtung 7 mit einer Lade-Hochspannung ULoad gegenüber Masse beaufschlagt wird. Die Lade-Hochspannung ULoad liegt hier vorzugsweise im kV-Bereich, der Strom liegt vorzugsweise im μA-Bereich oder mA-Bereich.
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Durch das Aufladen des Etiketts 1 haftet das Etikett 1 an der Innenseite des ersten Teils 5a der Spritzgussform 5. Bevor der Form-Kern 3 mit der Elektrode 6 wieder aus dem Spritzgusshohlraum 4 herausgefahren werden kann, wird die Lade-Hochspannung ULoad in noch zu erläuternder Weise abgesenkt. In einer bevorzugten Variante wird allerdings nicht das vollständige Absenken der Lade-Hochspannung ULoad, insbesondere auf eine Leerlaufspannung oder auf 0 V, abgewartet, um Fertigungs-Taktzeit einzusparen. Bevorzugt wird der Form-Kern 3 bereits aus dem Spritzgusshohlraum 4 herausgefahren, wenn die Lade-Hochspannung ULoad auf einen unkritischen Betrag abgesenkt wurde, beispielsweise auf eine Spannung zwischen etwa 50 V und 300 V.
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Für die Ausgestaltung der Elektrode
6 sind zahlreiche vorteilhafte Varianten denkbar. Hier und vorzugsweise weist die Elektrode
6 eine geringfügig elektrisch leitende Schicht zumindest in der Region auf, in der das Etikett
1 getragen werden soll. Zu dieser Ausgestaltung der Elektrode
6 sowie zu der grundsätzlichen Ausgestaltung des IML-Verfahrens darf auf die
EP 0 802 032 B1 verwiesen werden, die auf die Anmelderin zurückgeht und deren Inhalt insoweit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Die Elektrode 6 kann aber auch in ganz anderer Weise ausgestaltet sein. Insbesondere ist es nicht funktionsnotwendig, dass die Elektrode mit einer elektrisch geringfügig leitenden Schicht ausgestattet ist.
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Weiter ist es denkbar, dass eine mehrteilige Elektrode 6 und/oder mehrere Elektroden 6 vorgesehen ist bzw. sind.
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Die mindestens eine Elektrode 6 kann, wie hier, gegenüber Masse mit der Lade-Hochspannung ULoad beaufschlagt werden. Denkbar ist aber auch die Beaufschlagung der Elektrode 6 mit der Lade-Hochspannung ULoad gegenüber mindestens einer Gegenelektrode.
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Nach der Entfernung des Form-Kerns 3 aus dem Spritzgusshohlraum 4 wird die Spritzgussform 5 durch den dichtenden Eingriff der beiden Teile 5a, 5b geschlossen, so dass der Spritzgussvorgang in an sich üblicher Weise vollzogen werden kann. 1b) zeigt einen entsprechenden Zuführkanal 8, über den der flüssige Kunststoff in den Spritzgusshohlraum 4 eingeleitet wird. Der obige Lade- und Spritzgusszyklus wird identisch für die Anzahl der herzustellenden Produkte wiederholt. Hier und vorzugsweise handelt es sich bei dem herzustellenden Produkt um einen mit dem Etikett 1 zu versehenden Becher.
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Um eine hohe Prozesssicherheit sicherzustellen, ist es vorgesehen, dass die Ladezyklen zum Laden des jeweiligen Objekts 1 mittels der Versorgungseinrichtung 7 parametrierbar sind. Die Parametrierung betrifft in erster Linie die Lade-Hochspannung ULoad und den Zeitpunkt des Zyklusendes des Ladezyklus 2, wie noch erläutert wird. Wesentlich ist, dass die Parametrierung der Ladezyklen 2 von dem tatsächlichen Ladestrom ILoad abgeleitet wird. Hierfür wird in den Ladezyklen 2 der auf die jeweilige Lade-Hochspannung ULoad zurückgehende Ladestrom ILoad gemessen, wobei die Ladezyklen 2 in Abhängigkeit von dem gemessenen Ladestrom ILoad bzw. den gemessenen Ladeströmen parametriert werden.
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Die Parametrierung der Ladezyklen 2 in Abhängigkeit von dem Ladestrom ILoad kann auf ganz unterschiedliche Weise erfolgen. In einer ersten Variante kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Parametrierung eines Ladezyklus 2 aus dem in einem vorhergehenden Ladezyklus 2 gemessenen Ladestrom ILoad abgeleitet wird. Bei dem vorhergehenden Ladezyklus 2 kann es sich um den unmittelbar vorhergehenden Ladezyklus 2, oder um einen weiter zurückliegenden Ladezyklus 2 handeln. Mit diesen beiden Varianten sind zahlreiche Möglichkeiten für die Parametrierung der Ladezyklen 2 gegeben. Es darf darauf hingewiesen werden, dass hier und vorzugsweise die beiden Varianten sogar miteinander kombiniert werden, wie aus den folgenden Erläuterungen deutlich wird.
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Die Parametrierbarkeit der Ladezyklen 2 ergibt sich u. a. durch die Ausstattung der Versorgungseinrichtung 7 mit einem Netzteil 9, dem Sollwerte für die Lade-Hochspannung ULoad vorgegeben werden. Die Sollwerte werden hier und vorzugsweise in Form einer Steuerspannung USet vorgegeben, die auf einen Steuereingang 10 des Netzteils 9 geschaltet wird. Der Steuereingang 10 des Netzteils 9 ist in 4 angedeutet.
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Die Versorgungseinrichtung 7 ist hier und vorzugsweise mit einer Steuerungseinrichtung 11 ausgestattet, die die Parametrierung der Ladezyklen 2 steuert. Die wesentlichen Aufgaben der Steuerungseinrichtung 11 sind die Messung des Ladestroms ILoad, vorzugsweise über das Netzteil 9, ggf. die Messung der Lade-Hochspannung ULoad, und die Ermittlung und Umsetzung der jeweiligen Parameterwerte. Die Messungen des Ladestroms ILoad und der Lade-Hochspannung ULoad sind in 4 über entsprechende, gestrichelt dargestellte Steuer-Zuleitungen in die Steuerungseinrichtung 11 angedeutet.
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2a) zeigt den Verlauf des Ladestroms ILoad für drei unterschiedliche Lade-Hochspannungen ULoad in idealisierter Form. Die Sollwerte für die jeweilige Lade-Hochspannung ULoad zeigt 2b. Die tatsächliche Lade-Hochspannung ULoad nähert sich dem Sollwert regelmäßig je nach Ausgestaltung des Netzteils 9 und der schaltungstechnischen Randbedingen mehr oder weniger zeitverzögert an.
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In den 2a) und 2b) sind die Werte in unterschiedlicher Linienart dargestellt, um die Zuordnung der jeweiligen Strom- und Spannungswerte zueinander festzulegen. Aus dieser Darstellung wird grundsätzlich deutlich, dass sich der Ladestrom ILoad durch eine Parametrierung der Lade-Hochspannung ULoad bzw. deren Sollwertes gezielt beeinflussen lässt. Ist beispielsweise der Ladestrom ILoad aufgrund ungünstiger Umgebungsbedingungen zu gering, so kann beispielsweise für einen folgenden Ladezyklus, insbesondere für den nächsten Ladezyklus, der Sollwert für die Lade-Hochspannung ULoad entsprechend angehoben werden. Ein einfaches Beispiel für die Ermittlung eines zu niedrigen Ladestroms ILoad ist beispielsweise die Überprüfung des Anfangswerts Imax des Ladestroms ILoad zum Zeitpunkt t0 (2a) im Hinblick auf das Unterschreiten einer Stromschwelle ITrigger. So lassen sich die Ladezyklen auf die jeweils herrschenden Umgebungsbedingungen hin parametrieren, ohne dass eine Sensorik zur Messung der Umgebungsbedingungen erforderlich ist.
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Ganz allgemein ist es so, dass im Zuge der Parametrierung eines Ladezyklus 2 der Sollwert und/oder der Sollwertverlauf für die Lade-Hochspannung ULoad us dem Betrag und/oder dem Verlauf des Ladestroms ILoad ermittelt wird bzw. werden.
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Beispielsweise kann in Abhängigkeit von einem aus dem Ladestrom ILoad in einem Ladezyklus 2 abgeleiteten Wert, insbesondere von dem Betrag des Ladestroms ILoad zu einem vorbestimmten Zeitpunkt innerhalb des Ladezyklus 2, der Sollwert für die Lade-Hochspannung ULoad für einen folgenden Ladezyklus 2 erhöht oder reduziert werden. Vorzugsweise wird dabei der Sollwert für die Ladehochspannung ULoad beim ersten zu ladenden Objekt 1 zunächst auf einen überhöhten Wert gesetzt. In den anschließenden Ladezyklen wird sich der Sollwert durch die fortlaufende Parametrierung auf einen Betriebs-Sollwert einpendeln.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird in Abhängigkeit von dem Ladestrom ILoad in einem Ladezyklus 2 der Sollwert für die Lade-Hochspannung ULoad für einen folgenden Ladezyklus 2 derart ermittelt und vorgegeben, dass in dem folgenden Ladezyklus 2 zumindest näherungsweise eine vorbestimmte Ladungsmenge in einer vorbestimmten Ladezeit auf das Objekt 1 gebracht wird. Ergibt sich beispielsweise aus dem gemessenen Ladestrom, dass die in einem vorbestimmten Zeitfenster aufgebrachte Ladungsmenge zu gering ist, so wird die Lade-Hochspannung ULoad für einen folgenden Ladezyklus entsprechend erhöht. Es darf darauf hingewiesen werden, dass der tatsächliche Wert für die aufgebrachte Ladungsmenge nicht ermittelt werden muß. Vielmehr kann die Parametrierung beispielsweise so vorgenommen werden, dass sich die in Versuchen einmal eingestellte – aber nicht explizit ermittelte – Ladungsmenge bei allen folgenden Ladungszyklen im Wesentlichen einstellt.
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Hier und vorzugsweise ist es zusätzlich so, dass die Parametrierung eines Ladezyklus 2 auch die Ermittlung und Einleitung des Zyklusendes umfaßt. Das Zyklusende ist also nicht fest vorgegeben, sondern wird vorzugsweise für jeden Ladezyklus neu bestimmt. Die Einleitung des Zyklusendes entspricht hier der Abschaltung der Lade-Hochspannung ULoad oder der Vorgabe des Sollwerts USet, für die Lade-Hochspannung ULoad auf eine Leerlaufspannung, hier auf eine Spannung von 0 V. Die Abschaltung der Lade-Hochspannung ULoad bedeutet hier die Abschaltung des Netzteils 9. Eine Trennung der Elektrode 6 von dem Netzteil 9 ist dabei nicht erforderlich.
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In Abhängigkeit von den schaltungstechnischen Randbedingungen senkt sich die Lade-Hochspannung ULoad mit einer noch zu erläuternden Verzögerung ab.
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Die Ermittlung des Zyklusendes geht auf die Überwachung einer Abschaltbedingung zurück, die von der Versorgungseinrichtung 7, hier von der Steuerungseinrichtung 10 der Versorgungseinrichtung 7, vorgenommen wird. Die Abschaltbedingung ist basierend auf dem Ladestrom ILoad während des Ladezyklus 2 definiert, so dass auch zur Bestimmung des Zyklusendes keine Sensorik o. dgl. erforderlich ist.
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Für die Definition der Abschaltbedingung sind zahlreiche Varianten denkbar. In einer besonders einfach umzusetzenden Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Abschaltbedingung die Überschreitung eines vorbestimmten Absenkens des Ladestroms ILoad während eines Ladezyklus 2 ist. In einer einfach zu realisierenden Variante entspricht das vorbestimmte Absenken einem prozentualen Absenken des Ladestroms ILoad relativ zu einem Strom-Anfangswert Imax zum Zeitpunkt t0. 3a) zeigt, dass eine Absenkung des Ladestroms ILoad um den Wert ΔIrel dazu führt, dass die Abschaltbedingung erfüllt ist. Die Erfassung der Abschaltbedingung durch die Steuerungseinrichtung 10 der Versorgungseinrichtung 7 führt zu der sofortigen Einleitung des Zyklusendes des Ladezyklus, hier durch Abschaltung der Lade-Hochspannung ULoad oder durch Vorgabe des Sollwerts für die Lade-Hochspannung ULoad auf eine Leerlaufspannung, hier auf 0 V.
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Eine andere bevorzugte Variante für die Abschaltbedingung ergibt sich aus der Ermittlung eines Wertes für die während des laufenden Ladezyklus 2 bereits aufgebrachten Ladung. Hierfür wird der Ladestrom ILoad über die Ladezeit integriert, wobei die Abschaltbedingung das Erreichen einer vorbestimmten Ladungsschwelle durch das Integral des Ladestroms ILoad über die Ladezeit entspricht. 3a) zeigt das Integral des Ladestroms ILoad über die Ladezeit in einer schraffierten Fläche. Die schraffierte Fläche ist ein Maß für die zu dem jeweiligen Zeitpunkt auf das Objekt 1 aufgebrachte Ladung.
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Interessant bei der obigen Parametrierung des Zyklusendes ist die Tatsache, dass die Zykluszeit, hier die Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Zyklusendes t1 und dem Zeitpunkt des Zyklusanfangs t0, für jeden Ladezyklus 2 individuell auf einen minimalen Wert eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, die u. a. durch die Ladezyklen 2 bestimmte Fertigungs-Taktzeit, beispielsweise für das dargestellte IML-Verfahren, zu verkürzen. Umgekehrt ist aber auch sichergestellt, dass bei ungünstigen Umgebungsbedingungen die Zykluszeit verlängert wird, so dass stets eine hinreichende Ladung sichergestellt ist. Vor diesem Hintergrund ist vorzugsweise eine vorbestimmte Grenzladezeit vorgesehen, bei der es sich um die gerade noch tolerierbare Zykluszeit handelt. Für den Fall, dass zum Ablauf der Grenzladezeit die Abschaltbedingung noch nicht eingetreten ist, wird der Sollwert für die Lade-Hochspannung ULoad für den jeweils nächsten Ladezyklus 2 erhöht. Es lässt sich der Darstellung gemäß 2 entnehmen, dass eine solche Erhöhung mit einer Erhöhung des Ladestroms ILoad einhergeht, so dass die Ladung des Objekts 1 entsprechend schneller vonstatten geht.
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Es darf noch darauf hingewiesen werden, dass die vorschlagsgemäße, automatische Parametrierung der Ladezyklen 2 mit einer externen Vorgabe des Sollwerts für die Lade-Hochspannung ULoad kombiniert werden kann. In einer Variante wird dem Netzteil 9 eine externe Spannung USet für den Sollwert vorgegeben, so dass die Lade-Hochspannung ULoad ausschließlich durch die externe Vorgabe, und nicht durch die vorschlagsgemäße Parametrierung, beeinflußt wird. Denkbar ist aber auch, dass die Parametrierung eine von der externen Vorgabe abweichende Lade-Hochspannung ULoad einstellt. Das kann vorteilhaft sein, wenn von extern eine bestimmte Lade-Hochspannung ULoad eingestellt wird, die angesichts sich ändernder Umgebungsbedingungen anzupassen ist, um den gewünschten Ladevorgang zu erzielen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Versorgungseinrichtung 7 zeigt 4. Zu erkennen sind dort die bereits diskutierten Komponenten Netzteil 9 und Steuerungseinrichtung 10. Der Darstellung gemäß 4 lässt sich weiter entnehmen, dass eine Zuleitung 12 zwischen der Versorgungseinrichtung 7 und der Elektrode 6 vorgesehen ist. Im Sinne einer übersichtlichen Darstellung ist zusätzlich eine Kapazität Cp dargestellt, die der parasitären Kapazität der Zuleitung 12, der Elektrode 6, etc. entspricht. Die Zuleitung 12 als solche stellt ja gegenüber Masse eine gewisse Kapazität dar, deren Größe mit der Länge der Zuleitung 12 ansteigt.
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Aus der Darstellung gemäß 4 wird deutlich, dass die Veränderbarkeit der Lade-Hochspannung ULoad auch durch die parasitäre Kapazität Cp beeinflusst wird. Jede Änderung der Lade-Hochspannung ULoad ist nämlich mit einem Umladen der parasitären Kapazität Cp verbunden. Dies bedeutet beispielsweise, dass im Zeitpunkt t1, in dem die Lade-Hochspannung ULoad abgeschaltet wird oder der Sollwert für die Lade-Hochspannung ULoad auf eine Leerlaufspannung, vorzugsweise auf 0 Volt, gesetzt wird, regelmäßig keine sofortige Reduzierung der Lade-Hochspannung ULoad auf die Leerlaufspannung oder auf 0 V stattfindet. Vielmehr sinkt die Lade-Hochspannung ULoad zeitverzögert entsprechend der Kapazität Cp und u. a. dem Leitungswiderstand der Zuleitung 12 ab, sofern keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden. Dies ist an sich nachteilig, da der Form-Kern 3 mit der Elektrode 6 erst aus dem Spritzgusshohlraum 4 bewegt werden kann, wenn die Lade-Hochspannung ULoad entsprechend heruntergefahren ist. Andernfalls würde die Bewegung des Form-Kerns 3 wieder zu ungewünschten Ladungsverschiebungen und einer Beeinträchtigung der Fixierung des Etiketts 1 an der Spritzgussform 5 führen.
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Eine bevorzugte Maßnahme zur Beschleunigung des Entladens der parasitären Kapazität Cp besteht nun darin, dass der Hochspannungsausgang 13, 14 der Versorgungseinrichtung 7 nach Beendigung des Ladezyklus mit einem Entladestrang 15 überbrückt wird oder stets überbrückt ist.
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Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Entladestrang 15 einen Ohmschen Entladewiderstand RL auf, der auf den Hochspannungsausgang 13, 14 der Versorgungseinrichtung 7 schaltbar ist. Hierfür ist ein über die Steuerungseinrichtung 11 ansteuerbarer Schalter 16 vorgesehen. Je nach Anwendungsfall kann auf den Schalter 16 aber auch verzichtet werden. Dann muss der Entladewiderstand R1 so ausgelegt sein, dass er den Ladevorgang möglichst wenig beeinträchtigt.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Ohmschen Entladewiderstand um einen veränderbaren Widerstand, dessen Betrag insbesondere über die Steuerungseinrichtung 11 einstellbar ist. Vorteilhafterweise kann der Betrag für den Ohmschen Entladeiderstand RL dann steuerungstechnisch und insbesondere stufenlos einstellbar sein. Die Einstellung des Entladewiderstands RL kann dann in obigem Sinne in Abhängigkeit von dem gemessenen Ladestrom ILoad parametriert werden.
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Der Entladewiderstand RL sollte möglichst klein gewählt sein, um ein schnelles Entladen der parasitären Kapazität Cp sicherzustellen. Vorzugsweise ist der Entladewiderstand RL kleiner als der Innenwiderstand des Netzteils 9. Weiter vorzugsweise ist der Innenwiderstand des Netzteils 9 mindestens um den Faktor 10, insbesondere um den Faktor 100, größer als der Entladewiderstand RL.
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Die oben erläuterte Überbrückung des Hochspannungsausgangs 13, 14 der Versorgungseinrichtung 7 ist Gegenstand einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt. Bemerkenswert ist dabei die Tatsache, dass diese weitere Lehre die vorschlagsgemäße Überbrückung als solche beansprucht, so dass es auf die weiter oben erläuterte, vorschlagsgemäße Parametrierung nicht notwendigerweise ankommt.
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Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines der vorschlagsgemäßen Verfahren beansprucht. Eine solche Vorrichtung umfaßt jedenfalls eine Elektrode 6 und eine Versorgungseinrichtung 7, die in oben erläuterter Weise zusammenwirken. Hinsichtlich möglicher Varianten und Vorteile darf auf die obigen Ausführungen verwiesen werden, sofern diese geeignet sind, die vorschlagsgemäße Vorrichtung zu erläutern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0802032 B1 [0003, 0032]