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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aushärtung von Drucktinte auf einem Druckbereich von Behältern und eine Behälterbehandlungsmaschine zur Bedruckung von Behältern mit lichtaushärtender Tinte und ein Verfahren zur Bestimmung eines Bewegungsprofils für einen Behälter gegenüber einer Aushärteeinrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1, 13 bzw. 14.
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Üblicherweise werden Behälter für Produkte, wie beispielsweise Getränke, Hygieneartikel und dergleichen zur Kennzeichnung des Produkts und/oder für eine hochwertige Produktpräsentation mit einer Bedruckung versehen. Die Bedruckung kann dabei sowohl direkt auf eine Behälteraußenfläche und/oder als Zusatzdruck auf einem Etikett aufgebracht sein. Die Bedruckung kann beispielsweise Schriftzeichen, Logos, Muster und Farbverläufe aufweisen. Zum Aufbringen der Bedruckung werden die Behälter mit einer beispielsweise als Karussell ausgebildeten Transporteinrichtung gefördert und dabei von Direktdruckköpfen mit lichtaushärtenden Drucktinten in Druckbereichen bedruckt. Zum mehrfarbigen Druck können dabei mehrere Direktdruckköpfe mit unterschiedlichen Druckfarben an der Behälterbehandlungsmaschine angeordnet sein.
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Die auf den Behältern zunächst flüssige Drucktinte wird anschließend mit einer Aushärteeinrichtung ausgehärtet. Beispielsweise wird dabei die Behälteroberfläche mit UV-Licht bestrahlt, wobei die Tinten polymerisieren und sich dadurch verfestigen.
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Da der Druckbereich an den Behältern üblicherweise entlang des Behälterumfangs verläuft, werden die Behälter während der Bestrahlung zusätzlich mittels der Behälteraufnahmen gedreht.
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Nachteilig dabei ist, dass der Druckbereich auf den Behältern durch die Aushärteeinrichtung während eines Bestrahlungszeitraums ∆T lediglich inhomogen bestrahlt wird und folglich die Aushärtung der Drucktinte nicht gleichmäßig erfolgt.
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Bekannt ist weiterhin, dass die Aushärteeinrichtung eine Vielzahl von Lichtquellen aufweisen muss/müsste, um eine gleichmäßige und großflächige Abstrahlung zu gewährleisten.
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Nachteilig dabei ist, dass die einzelnen Lichtquellen eine begrenzte Lebensdauer haben und so beim Wechsel hohe Kosten entstehen. Weiterhin ist dabei nachteilig, dass die Aushärteeinrichtung besonders viel Bauraum benötigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Aushärtung von Drucktinte bereitzustellen, das eine gleichmäßige und kostengünstige Aushärtung der Drucktinte mit möglichst nur einer einzelnen Lichtquelle ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren zur Aushärtung von Drucktinte nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 mit dem kennzeichnenden Teil, gemäß dem eine Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung bestimmt wird und ein Bewegungsprofil der Behälter mittels der Abstrahlcharakteristik derart bestimmt wird, dass eine Bestrahlungsdosis Hk für Teilflächen des Druckbereichs einer vorgegebenen Bestrahlungsdosisverteilung entspricht.
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Dadurch, dass die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung bestimmt wird, ist die genaue Verteilung der von der Aushärteeinrichtung abgestrahlten Lichtstrahlung bekannt. Mit Hilfe der Abstrahlcharakteristik kann so die Bestrahlungsstärke der Behälteroberfläche und damit die Bestrahlungsdosis für beliebige Flächenelemente im Raum berechnet werden.
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Folglich ist es also auch möglich, die Bestrahlungsdosis der Teilflächen des Druckbereichs für das Bewegungsprofil der Behälter zu bestimmen und dann das Bewegungsprofil so zu wählen, dass die Bestrahlungsdosis für die Teilflächen der gewünschten Bestrahlungsdosisverteilung entspricht.
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Durch das mit dem Verfahren bestimmte Bewegungsprofil wird dann der Behälter derart vor der Aushärteeinrichtung bewegt, dass trotz einer weitestgehend frei wählbaren Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung eine homogene Aushärtung der Drucktinte erfolgt. Dadurch, dass bei dem Verfahren keine Investitionen in spezielle Leuchtmittel oder aufwändige Verfahrmechanismen notwendig sind, ist das Verfahren besonders kostengünstig.
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Das Verfahren zur Aushärtung von Drucktinte kann in einer Getränkeverarbeitungsanlage implementiert sein, beispielsweise in einer Behälterbehandlungsmaschine. Weiterhin kann das Verfahren in einer Direktdruckmaschine zum Bedrucken der Behälter und/oder von Etiketten ausgeführt werden. Ebenso können wenigstens Teilschritte des Verfahrens an einem von der Getränkeverarbeitungsanlage entfernten Labor-, Mess- oder Berechnungsplatz ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Bestimmung der Abstrahlcharakteristik an einem Messplatz erfolgen und die Bestimmung des Bewegungsprofils an einem Berechnungsplatz. Das Verfahren kann wenigstens teilweise mit einem Computer durchgeführt werden.
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Die Behälter können dazu vorgesehen werden, Getränke, Hygieneartikel, Pasten, chemische, biologische und/oder pharmazeutische Produkte aufzunehmen. Die Behälter können Kunststoffflaschen, Glasflaschen, Dosen und/oder Tuben sein. Bei Kunststoff-Behältern kann es sich im Speziellen um PET-, HD-PE- oder PP-Behälter bzw. -flaschen handeln.
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Das Verfahren kann analog dazu benutzt werden um die Dosis zum Fixieren der Tinte – dem sogenannten „Pinnen“ – zu homogenisieren. Dabei wird in analoger Weise die Abstrahlcharakteristik der üblicherweise LED-UV Quellen analysiert und über Berechnung das Bewegungsprofil des Behälters ermittelt. Die Fixierung der Tinte kann zwischen der Aufbringung der jeweiligen Farben oder Schichten, aber auch nach dem Aufbringen aller Farben vor der finalen Endaushärtung erfolgen.
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An der Transporteinrichtung können Direktdruckköpfe angeordnet sein, die die Behälter in den Behälteraufnahmen bedrucken. Dies kann kontinuierlich, aber auch taktend, also quasikontinuierlich erfolgen. Die Transporteinrichtung kann ein Karussell sein, an dessen Umfang die Behälteraufnahmen umlaufend angeordnet sind. Die Behälteraufnahmen umfassen optional jeweils einen Drehteller und eine Zentriervorrichtung. Der Behälter kann mit Hilfe des Behälterbodens mit dem Drehteller bzw. mittels der Behältermündung mit der Zentriervorrichtung eingespannt werden. Die Behälter können der Transporteinrichtung mittels eines Einlauf- und/oder eines Auslaufsterns zu- bzw. abgeführt werden. Ein Direktantrieb kann dazu vorgesehen sein, die Behälteraufnahmen zu drehen, wobei die darauf angeordneten Behälter um deren Längsachse ebenfalls drehbar sind. Ein weiterer Antrieb, insbesondere ein Direktantrieb kann dazu ausgebildet sein, das Karussell um eine senkrechte Karussellachse zu drehen. Unter "senkrecht" wird hier die Richtung verstanden, deren Vektor auf den Erdmittelpunkt gerichtet ist. Weiterhin kann das Karussell eine Karussellebene aufweisen, die senkrecht zur Karussellachse verläuft.
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Bei dem Verfahren kann wenigstens ein Direktdruckkopf die Behälter mit einer lichtaushärtenden Drucktinte bedrucken, optional, wobei die Bedruckung mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens erfolgt. "Tintenstrahldruckverfahren" kann hier bedeuten, dass die Drucktinte mittels einer Vielzahl von Düsen auf die Behälter aufgebracht wird. Die Düsen können jeweils ein Thermo- oder Piezoelement umfassen. Weiterhin können die Düsen dazu ausgebildet sein, die Drucktröpfchen in eine Druckrichtung auf die Behälter abzugeben. Der Direktdruckkopf kann auch mit jedem anderen Direktdruckverfahren zur computergesteuerten Abgabe von Drucktröpfchen auf die Behälter ausgebildet sein. Auch können düsenlose Druckverfahren zur Aufbringung von lichthärtenden Tinten benutzt werden.
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Die Drucktinte kann eine lichtaushärtende Drucktinte sein. "Lichtaushärtende Drucktinte" kann bedeuten, dass durch die Lichtstrahlung der Aushärteeinrichtung eine chemische Reaktion in der Drucktinte ausgelöst wird, durch die die flüssige Drucktinte in eine im Wesentlichen feste Farbe auf den Behältern umgewandelt wird. Durch die Lichtstrahlung kann die Drucktinte polymerisiert werden, wobei hierzu optional in der Drucktinte Radikale aus zugegebenen Photoinitiatoren gebildet werden. "Drucktinte" kann hier bedeuten, dass es sich hier um eine Tinte, eine Farbe, einen Lack oder dergleichen handelt.
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Die Aushärteeinrichtung kann eine Lichtquelle, optional eine UV-Lichtquelle umfassen. Im Allgemeinen wird zur Aushärtung von lichtaushärtender Drucktinte UV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 200–480 nm verwendet. Die Lichtquelle kann eine Quecksilberdampf-Mitteldruck-, -Hochdruck- oder -Höchstdrucklampe sein. Ebenso kann die Lichtquelle eine Gasentladungslampe, eine Lichtbogenlampe, eine UV-LED Einrichtung oder eine (Xenon) UV-Blitzlampe sein.
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Die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung kann durch eine Messung oder durch eine Berechnung bestimmt werden. Beispielsweise kann die Abstrahlcharakteristik mittels eines Lichtsensors bestimmt werden. Der Lichtsensor kann beispielsweise ein lichtempfindlicher Widerstand, Diode und/oder ein Transistor sein. Der Lichtsensor kann mit einer Erfassungs- und/oder Auswerteeinrichtung verbunden sein, die ein elektrisches Signal des Sensors in Messwerte umwandelt. Weiterhin kann die Abstrahlcharakteristik durch ein vereinfachtes Modell eines Punkt-, Lambert-, röhrenförmigen und/oder kugelförmigen Strahlers berechnet werden.
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Das Bewegungsprofil der Behälter kann eine Transportkurve und/oder eine Drehbewegung umfassen. Weiterhin kann das Bewegungsprofil eine Ortskurve und/oder eine Drehbewegungskurve des Behälters und/oder der Behälteraufnahmen umfassen. Die Drehbewegung des Behälters kann um dessen Längsachse definiert sein. "Längsachse des Behälters" kann bedeuten, dass dies die zentrale Achse durch die Behältermündung und den Behälterboden ist. Weiterhin kann die Drehbewegung der Behälteraufnahme um deren Drehachse definiert sein. Die Drehachse kann durch das Zentrum des Drehtellers der Behälteraufnahme verlaufen. Das Bewegungsprofil kann zeitaufgelöst sein.
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Die Bestrahlungsdosis Hk kann genau einen oder mehrere Werte für jede Teilfläche umfassen. Der Index k kann jeweils bedeuten, dass es sich um einen Wert der Teilfläche k handelt. Die Bestrahlungsdosis Hk kann eine Energiemenge (J) oder eine Energiemenge pro Fläche (J/m2) sein. Weiterhin kann die Bestrahlungsdosis eine Energiemenge bezogen auf die Teilfläche des Druckbereichs sein. Die Teilflächen des Druckbereichs können jeweils gleich oder verschieden groß sein. Die Teilflächen können gitterartig oder als Dreiecksnetz auf dem Druckbereich angeordnet sein. Denkbar ist jedoch auch jede beliebige Aufteilung des Druckbereichs in Teilflächen, die optional aneinander angrenzen.
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Der Druckbereich kann die Form eines Zylinders oder Zylindersektors aufweisen. Weiterhin kann der Druckbereich die Form eines Kegels oder eines Kegelsektors aufweisen. Weiterhin kann der Querschnitt des Druckbereichs die Form einer Ellipse oder eines Ellipsensektors aufweisen. Darüber hinaus kann der Druckbereich auch jede beliebige freie Form aufweisen. Der Druckbereich kann auch eine nicht abwickelbare, mehrfach gekrümmte Oberfläche umfassen.
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Die Bestrahlungsdosisverteilung kann eine analytische Funktion oder eine Wertetabelle sein, die die Soll-Bestrahlungsdosis für die Teilflächen vorgibt. Die Bestrahlungsdosisverteilung kann im Wesentlichen eine homogene Bestrahlungsdosisverteilung sein.
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In einer Optimierungsschleife kann das Bewegungsprofil schrittweise derart verändert werden, dass die Bestrahlungsdosis Hk für die Teilflächen der vorgegebenen Bestrahlungsdosisverteilung entspricht. "Optimierungsschleife" kann hier bedeuten, dass über die Bestrahlungsdosis Hk für die Teilflächen und die vorgegebene Bestrahlungsdosisverteilung eine Zielfunktion definiert wird, die mit Hilfe einer Variation des Bewegungsprofils maximiert oder minimiert wird. Für die Optimierungsschleife kann ein allgemein bekanntes Optimierungsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise das Intervallhalbierungsverfahren, das Sekantenverfahren, das Gradientenverfahren oder das Newton-Verfahren. "Schrittweise" kann hier bedeuten, dass in einem Optimierungszyklus ein Bewegungsprofil für den nachfolgenden Optimierungszyklus berechnet wird. Durch die Optimierungsschleife ist es möglich, ein Bewegungsprofil weitestgehend automatisch, also ohne Benutzereinwirkung, für einen vorgegebenen Behältertypen zu berechnen.
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Aus dem Bewegungsprofil, der Abstrahlcharakteristik und der Geometrie des Druckbereichs kann für jede Teilfläche ein Bestrahlungsstärkeverlauf Ek(λ, t) über einen Bestrahlungszeitraum ∆T bestimmt werden. Dadurch ist es besonders genau möglich, die Bestrahlungsdosis Hk für die Teilflächen zu bestimmen. λ kann hier die Lichtwellenlänge sein und t die Zeit. Der Bestrahlungsstärkeverlauf Ek(λ, t) kann ein spektraler Bestrahlungsstärkeverlauf sein. Der Bestrahlungsstärkeverlauf Ek(λ, t) kann dazu vorgesehen sein die Bestrahlungsstärke zu jedem Zeitpunkt während des Bestrahlungszeitraum ∆T entlang des Bewegungsprofils ausgeben. Der Bestrahlungsstärkeverlauf kann eine Leistung pro Fläche (W/m2) sein. Zur Berechnung kann für jede Teilfläche k aus dem Bewegungsprofil eine Bewegungsbahn und/oder eine Orientierungsbahn gebildet werden. Mittels der Abstrahlcharakteristik kann nun über eine lichttechnische Berechnung berechnet werden, wie viel Leistung pro Fläche zu einem gegebenen Zeitpunkt in die Teilfläche k eingestrahlt wird. Der Bestrahlungsstärkeverlauf Ek(λ, t) kann eine analytische oder numerische Funktion sein und optional eine Wertetabelle umfassen. Die Wertetabelle kann zur Bestimmung des Bestrahlungsstärkeverlaufs interpoliert sein. Der Bestrahlungszeitraum ∆T kann der Zeitraum sein, während dem der Behälter mittels der Behälteraufnahme gegenüber der Aushärteeinrichtung bewegt wird.
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Die Bestrahlungsdosis Hk für die Teilflächen kann mittels eines Strahlverfolgungsprogramms bestimmt werden, wobei optional der Bestrahlungsstärkeverlauf Ek (λ, t) bestimmt wird. "Strahlverfolgungsprogamm" kann hier bedeuten, dass es sich um einen Ray-Tracer handelt. Das Strahlverfolgungsprogramm kann auf einem Computer ablaufen. Das Strahlverfolgungsprogramm kann dazu ausgebildet sein, die Bestrahlungsstärke auf den Teilflächen zu berechnen. Weiterhin kann das Strahlverfolgungsprogramm dazu ausgebildet sein, ein lichttechnisches und/oder geometrisches Modell des Druckbereichs bzw. des Behälters zu erstellen und/oder das Modell zur Berechnung der Bestrahlungsdosis mit einzubeziehen. Weiterhin kann das Strahlverfolgungsprogramm dazu ausgebildet sein, die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle einzulesen.
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Für jede Teilfläche kann die Bestrahlungsdosis
bestimmt werden. Die hier dargestellten Integrale können durch eine analytische Integration oder durch eine numerische Integration bestimmt werden. λ1 kann hier eine untere Grenze des Lichtwellenlängenbereichs der Aushärteeinrichtung sein, beispielsweise 200 nm. λ2 kann hier eine obere Grenze des Lichtwellenlängenbereichs der Aushärteeinrichtung sein, beispielsweise 480 nm. ∆T kann hier der Bestrahlungszeitraum sein. Durch die Integration des Bestrahlungsstärkeverlaufs über den Wellenlängenbereich der Aushärteeinrichtung und über den Bestrahlungszeitraum ∆T kann die Bestrahlungsdosis H
k besonders genau bestimmt werden.
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Mittels des Bewegungsprofils kann wenigstens eine Steuerungskurve für die Transporteinrichtung, die Behälteraufnahmen und/oder eine Verfahreinrichtung berechnet werden. Dadurch ist es besonders einfach möglich, die Behälter gemäß dem Bewegungsprofil zu bewegen. Die Steuerungskurven können Positionsvorgaben für die Transporteinrichtung, die Behälteraufnahmen und/oder die Verfahreinrichtung umfassen. Weiterhin kann die Steuerungskurve Positionsvorgaben für wenigstens einen Antrieb der Transporteinrichtung, der Behälteraufnahmen und/oder der Verfahreinrichtung für bestimmte Zeitpunkte umfassen. Die Steuerungskurve kann in einer Maschinensteuerung und/oder einer Sortenverwaltung abgelegt sein. Die Sortenverwaltung kann dazu ausgebildet sein, Steuerungskurven für verschiedene Behältertypen in einer Datenbank zu speichern.
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Das Bewegungsprofil kann einen Behältervorschub und/oder eine Behälterdrehung umfassen. Dadurch kann das Bewegungsprofil besonders einfach aufgebaut oder gespeichert sein. "Behältervorschub" kann bedeuten, dass dies die Position der Behälteraufnahme entlang einer Transportrichtung zu bestimmten Zeitpunkten ist. "Behälterdrehung" kann bedeuten, dass dies die Winkelposition der Behälteraufnahme um ihre Drehachse zu bestimmten Zeitpunkten ist.
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Die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung kann mittels einer Bestrahlungsstärkemessung auf wenigstens einer Referenzfläche bestimmt werden. Dadurch kann die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung besonders einfach bestimmt werden. Beispielsweise kann die Referenzfläche senkrecht zu einer Hauptabstrahlachse der Aushärteeinrichtung in einem definierten Abstand angeordnet sein. Die Hauptabstrahlachse kann senkrecht zu einer Lichtaustrittsöffnung der Aushärteeinrichtung verlaufen. Auf der Referenzfläche kann dann mittels eines Lichtsensors die Bestrahlungsstärke an verschiedenen Punkten der Referenzfläche gemessen werden. Aus den Werten der Bestrahlungsstärkemessung kann eine Fernfeldverteilung (Intensitätsverteilung) bestimmt werden.
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Die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung kann mittels einer Strahldichtemessung bestimmt werden. Die Strahldichtemessung kann eine goniometrische Vermessung der Aushärteeinrichtung mittels einer Kamera sein. Die Kamera kann eine CCD- oder CMOS-Kamera sein, die optional UV-lichtempfindlich ist. Die Strahldichtemessung kann zur Beschreibung der Abstrahlcharakteristik als Strahldaten vorliegen. Ausgabedaten der Strahldichtemessung können zur Verarbeitung mit dem Strahlverfolgungsprogramm vorgesehen sein.
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Die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung kann mittels eines lichttechnischen und/oder geometrischen Modells der Aushärteeinrichtung in einem Strahlverfolgungsprogramm bestimmt werden. Dadurch ist es ohne eine Messung an der Aushärteeinrichtung möglich, die Abstrahlcharakteristik zu bestimmen. Weiterhin ist es dadurch möglich, die Aushärteeinrichtung bezüglich ihrer Abstrahlcharakteristik zu variieren bzw. zu optimieren. "Lichttechnisches oder geometrisches Modell" kann hier bedeuten, dass das Modell geometrische Flächenelemente der Aushärteeinrichtung und/oder einer darin enthaltenen Lichtquelle umfasst. Weiterhin kann das Modell Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften der Aushärteeinrichtung und/oder der Flächenelemente umfassen. Darüber hinaus kann das Modell Blenden, Reflektoren und/oder Linsen der Aushärteeinrichtung umfassen.
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Die Abstrahlcharakteristik kann eine Intensitäts- und/oder Strahldichteverteilung der Aushärteeinrichtung sein. Mit der Intensitätsverteilung ist es besonders einfach möglich, die Abstrahlcharakteristik zu definieren und diese in einer Berechnung anzuwenden. Alternativ dazu ist es mit der Strahldichteverteilung besonders genau möglich, die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung zu definieren, insbesondere im Nahfeld.
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Die Abstrahlcharakteristik für verschiedene spektrale Anteile UV-A, UV-B, UV-C und/oder VIS kann getrennt bestimmt werden. Dadurch kann die Bestrahlungsdosis Hk für verschiedene Druckfarben besonders genau bestimmt werden. Spektrale Anteile können hier Wellenlängenbereiche sein. UV-A, UV-B, UV-C können hier Wellenlängenbereiche von entsprechend 315–380 nm, 280–315 nm bzw. 200–280 nm sein. VIS kann hier der für den Menschen sichtbare Lichtwellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm sein.
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Weiterhin stellt die Erfindung mit dem Anspruch 13 eine Behälterbehandlungsmaschine zur Bedruckung von Behältern mit lichtaushärtender Drucktinte bereit, mit einer optional als Karussell ausgebildeten Transporteinrichtung zum Transport der Behälter in umlaufenden Behälteraufnahmen und mit einer Aushärteeinrichtung zum Aushärten der Drucktinte auf den Behältern mittels Lichtstrahlung, optional UV-Lichtstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maschinensteuerung dazu ausgebildet ist, einen Behälter gegenüber der Aushärteeinrichtung mittels der Transporteinrichtung und/oder einer Behälteraufnahme gemäß einem Verfahren zur Aushärtung der Drucktinte nach wenigstens einem der Ansprüche 1–12 zu steuern.
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Dadurch, dass die Maschinensteuerung die Behälter nach dem Verfahren zur Aushärtung der Drucktinte nach wenigstens einem der Ansprüche 1–12 steuert, bewegen sich die Behälter gegenüber der Aushärteeinrichtung entlang eines Bewegungsprofils, das eine gleichmäßige Bestrahlung des Druckbereichs auf den Behältern erlaubt. Dadurch, dass das Bewegungsprofil gemäß den Ansprüchen 1–12 derart bestimmt wird, dass die Bestrahlungsdosis Hk der Teilflächen des Druckbereichs einer vorgegebenen Bestrahlungsdosisverteilung entspricht, ist es mit der Behälterbehandlungsmaschine möglich, ohne eine spezifische Ausbildung der Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung den Behälter homogen zu bestrahlen. Dadurch ist es besonders kostengünstig und einfach möglich, die Drucktinte gleichmäßig auszuhärten.
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Die Behälterbehandlungsmaschine zur Bedruckung von Behältern kann in einer Getränkeverarbeitungsanlage angeordnet sein. Die Behälterbehandlungsmaschine kann einer Abfüllanlage zum Abfüllen eines Produkts in die Behälter nachgeordnet sein. Die Behälterbehandlungsmaschine kann direkt einer Streckblasmaschine für PET-Flaschen nachgeordnet sein.
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Weiterhin kann die Behälterbehandlungsmaschine einen Antrieb für die Transporteinrichtung und/oder Direktantriebe für die Behälteraufnahmen umfassen. Darüber hinaus kann die Behälterbehandlungsmaschine Direktdruckköpfe umfassen, die optional nach dem Tintenstrahlprinzip arbeiten.
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Die Aushärteeinrichtung kann eine Lichtquelle, einen Reflektor, eine Linse und/oder eine Blende umfassen. Die Lichtquelle kann eine UV-Lichtquelle sein.
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Weiterhin kann die Behälterbehandlungsmaschine die zuvor in Bezug auf die Ansprüche 1–12 beschriebenen Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen.
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Darüber hinaus stellt die Erfindung mit dem Anspruch 14 ein Verfahren zur Bestimmung eines Bewegungsprofils für einen Behälter gegenüber einer Aushärteeinrichtung bereit, wobei der Behälter mittels einer mit Lichtstrahlung der Aushärteeinrichtung aushärtbaren Drucktinte in einem Druckbereich bedruckt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung bestimmt wird, und das Bewegungsprofil mittels der Abstrahlcharakteristik derart bestimmt wird, dass eine Bestrahlungsdosis Hk für Teilflächen des Druckbereichs einer vorgegebenen Bestrahlungsdosisverteilung entspricht.
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Dadurch, dass die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung bestimmt wird, ist die genaue Verteilung der von der Aushärteeinrichtung abgestrahlten Lichtstrahlung bekannt. Mit Hilfe der Abstrahlcharakteristik kann so die Bestrahlungsstärke der Behälteroberfläche und damit die Bestrahlungsdosis für beliebige Flächenelemente im Raum berechnet werden.
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Folglich ist es also auch möglich, die Bestrahlungsdosis der Teilflächen des Druckbereichs für das Bewegungsprofil der Behälter zu bestimmen und dann das Bewegungsprofil so zu wählen, dass die Bestrahlungsdosis für die Teilflächen der gewünschten Bestrahlungsdosisverteilung entspricht.
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Das mit dem Verfahren bestimmte Bewegungsprofil kann dann an eine Behälterbehandlungsmaschine zur Bedruckung von Behältern übertragen werden. Dadurch erfolgt die Aushärtung der Drucktinte mit der Aushärteeinrichtung besonders homogen, wobei keine zusätzlichen Maßnahmen notwendig sind. Folglich ist das Verfahren besonders kostengünstig.
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Das Verfahren zur Bestimmung des Bewegungsprofils kann in einer Getränkeverarbeitungsanlage implementiert sein, beispielsweise in einer Behälterbehandlungsmaschine. Weiterhin kann das Verfahren in einer Direktdruckmaschine zum Bedrucken der Behälter und/oder von Etiketten angewendet werden. Ebenso können wenigstens Teilschritte oder alle Schritte des Verfahrens an einem von der Getränkeverarbeitungsanlage entfernten Labor-, Mess- oder Berechnungsplatz ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Bestimmung der Abstrahlcharakteristik an einem Messplatz erfolgen und die Bestimmung des Bewegungsprofils an einem Berechnungsplatz. Das Verfahren kann wenigstens teilweise mit einem Computer durchgeführt werden.
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Das Bewegungsprofil kann an eine Behälterbehandlungsmaschine übertragen werden, optional ein eine Maschinensteuerung. Das Bewegungsprofil kann in der Maschinensteuerung und/oder in einer Sortenverwaltung abgelegt werden.
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In einer Optimierungsschleife kann das Bewegungsprofil schrittweise derart verändert werden, dass die Bestrahlungsdosis Hk für die Teilflächen der vorgegebenen Bestrahlungsdosisverteilung entspricht. "Optimierungsschleife" kann hier bedeuten, dass über die Bestrahlungsdosis Hk für die Teilflächen und die vorgegebene Bestrahlungsdosisverteilung eine Zielfunktion definiert wird, die mit Hilfe einer Variation des Bewegungsprofils maximiert oder minimiert wird. Für die Optimierungsschleife kann ein allgemein bekanntes Optimierungsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise das Intervallhalbierungsverfahren, das Sekantenverfahren, das Gradientenverfahren oder das Newton-Verfahren. "Schrittweise" kann hier bedeuten, dass in einem Optimierungszyklus ein Bewegungsprofil für den nachfolgenden Optimierungszyklus berechnet wird. Durch die Optimierungsschleife ist es möglich, ein Bewegungsprofil weitestgehend automatisch, also ohne Benutzereinwirkung, für einen vorgegebenen Behältertypen zu berechnen.
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Weiterhin kann das Verfahren zur Bestimmung des Bewegungsprofils die zuvor in Bezug auf die Ansprüche 1–13 beschriebenen Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen.
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Die UV-Bestrahlungseinrichtung kann dem Druckkarussell auch nachgeschaltet sein. Dies kann zum Beispiel als eigenes Aushärtungskarussell oder Aggregat bzw. Modul realisiert sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine Darstellung des Verfahrens zur Aushärtung von Drucktinte bzw. des Verfahrens zur Bestimmung des Bewegungsprofils in einem Ablaufdiagramm;
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2 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung in einer Draufsicht;
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3 eine Darstellung der Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung aus 2 in einem Diagramm;
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4 eine Darstellung einer Behälterbehandlungsmaschine, bei der das Bewegungsprofil der Behälter gemäß dem Verfahren gesteuert wird in einer Draufsicht; und
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5 eine Detaildarstellung der Aushärteeinrichtung aus der 4 in einer Draufsicht.
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In der 1 ist eine Darstellung des Verfahrens 100 zur Aushärtung von Drucktinte bzw. des Verfahrens zur Bestimmung des Bewegungsprofils für Behälter in einem Ablaufdiagramm gezeigt.
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Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt 101 die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung bestimmt. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer Messung der Bestrahlungsstärke auf einer Referenzebene, wie in Bezug auf die 2–3 weiter unten beschrieben. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass die Abstrahlcharakteristik mittels einer Strahldichtemessung oder über eine Simulation der Aushärteeinrichtung in einem Strahlverfolgungsprogramm bestimmt wird.
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Nachdem die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung bestimmt worden ist, wird nun in einem zweiten Verfahrensschritt 102 ein erstes Bewegungsprofil als Startpunkt gewählt. Das erste Bewegungsprofil kann dabei automatisch oder manuell bestimmt werden.
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Als nächstes wird im dritten Schritt 103 mit Hilfe des Bewegungsprofils und der Geometrie des Behältertyps bzw. des Druckbereichs zu jedem Zeitpunkt t während der Bestrahlungsdauer ∆T die Position und Lage der Teilflächen gegenüber der Aushärteeinrichtung geometrisch berechnet.
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In einem vierten Schritt
104 wird nun die Bestrahlungsdosis H
k jeder Teilfläche k wie folgt berechnet:
Durch die Kenntnis des Ortes einer Teilfläche und deren Position und Lage gegenüber der Aushärteeinrichtung ist es nun möglich, den Abstand R und die Orientierung θ der Teilfläche zur Aushärteeinrichtung geometrisch zu berechnen. Weiterhin wird mittels der Abstrahlcharakteristik aus Schritt
101 die Intensität I am Ort der Teilfläche bestimmt (diese kann wellenlängenabhängig sein) und die Bestrahlungsstärke E der Teilfläche mittels der Gleichung
berechnet.
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Anschließend wird durch Iteration der Behälterbewegung entlang des gesamten Bewegungsprofils der Bestrahlungsstärkeverlauf Ek(λ, t) für jede Teilfläche zu allen Zeitpunkten t des Bestrahlungszeitraums ∆T bestimmt.
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Nachfolgend wird die Bestrahlungsdosis H
k über den gesamten Bestrahlungszeitraum ∆T durch analytische oder numerische Integration der Gleichung
ermittelt.
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In einem fünften Schritt 105 wird nun eine Zielfunktion gebildet, beispielsweise durch die Summe der quadrierten Differenzen zwischen der Bestrahlungsdosis Hk für jede Teilfläche und einer vorgegebenen Bestrahlungsdosisverteilung.
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Anschließend wird in der Entscheidung 106 bestimmt, ob die Zielfunktion einen Fehler ε aufweist, der größer als eine vorgegebene Schranke ε0 ist. Trifft dies zu, so wird in einem Zwischenschritt 107 ein neues Bewegungsprofil bestimmt (beispielsweise über ein Gradientenverfahren), das einen kleineren Fehler ε erwarten lässt.
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Die Schritte 103–107 werden nun so lange in einer Optimierungsschleife durchgeführt, bis der Fehler ε kleiner als die Schranke ε0 ist. Anschließend wird das Bewegungsprofil in einem letzten Schritt 108 in einer Maschinensteuerung, einer Sortenverwaltung oder in einer geeigneten Datenbank abgelegt.
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Somit ist es mit dem Verfahren 100 möglich, ein Bewegungsprofil für einen Behälter gegenüber der Aushärteeinrichtung zu erstellen, das eine gewünschte (homogene) Bestrahlungsdosis der Teilflächen des Druckbereichs erlaubt.
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In der 2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abstrahlcharakteristik 13 (siehe 3) in einer Draufsicht gezeigt. Zu sehen ist, dass die Aushärteeinrichtung 6 Strahlung 62 abgibt und die dadurch auf der Referenzebene R erzeugte Bestrahlungsstärke mittels des Lichtsensors 11 an verschiedenen Punkten gemessen wird.
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Die Aushärteeinrichtung 6 umfasst dabei eine Lichtquelle 61, die hier eine UV-Lichtbogenlampe ist. Die hier dargestellte Lichtquelle 61 strahlt im Wesentlichen im Wellenlängenbereich von 200–450 nm UV-Licht ab. Weiterhin umfasst die Aushärteeinrichtung einen Reflektor zur Erhöhung der Effizienz und eine Blende, um das zum Rand hin abgestrahlte Licht gezielt abzuschneiden (beides hier nicht dargestellt). Weiterhin kann die Aushärteeinrichtung 6 eine Linse umfassen, um zusammen mit dem Reflektor eine gezielte Abstrahlcharakteristik der Lichtstrahlung 62 zu erhalten.
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Zur Messung der Abstrahlcharakteristik 13 wird die Lichtstrahlung 62 mittels des Lichtsensors 11 an verschiedenen Punkten entlang der Referenzebene R gemessen. Der Lichtsensor 11 ist hierzu mit einer Auswerteeinheit 10 verbunden, die die vom Lichtsensor 11 gemessenen Signale in Bestrahlungsstärkewerte umwandelt. Durch das sequenzielle Abfahren von Punkten auf der Referenzebene R entlang des Doppelpfeils 12 kann eine Bestrahlungsstärkeverteilung gemessen werden. Zwischen Messpunkten gelegene Werte werden hier interpoliert. Weiterhin können noch Messwerte senkrecht zur Zeichenebene (Z-Ebene) gemessen werden.
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Bei bekannter Position der Messpunkte und Lage der Referenzebene R kann nun durch eine lichttechnische Umrechnung die Bestrahlungsstärkeverteilung in eine Intensitätsverteilung als Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung 6 umgerechnet werden.
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Mit der in 2 gezeigten Vorrichtung ist es also insgesamt möglich, die Abstrahlcharakteristik der Aushärteeinrichtung 6 durch eine Messung zu bestimmen. Weiterhin ist es möglich, über eine spektrometrische Messung bzw. über Filter die spektralen Anteile UV-A, UV-B, UV-C und/oder VIS der Abstrahlcharakteristik getrennt zu bestimmen.
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In 3 ist die Abstrahlcharakteristik 13 der in 2 dargestellten Aushärteeinrichtung 6 in einem Diagramm als relative Intensitätsverteilung dargestellt. Zu sehen sind Verteilungskurven entlang der y-Position für drei unterschiedliche x-Positionen im Koordinatensystem K der Aushärteeinrichtung 6. Die in der 3 dargestellte Abstrahlcharakteristik 13 ist lediglich als Ausschnitt dargestellt.
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Die x-Position 1 ist der Aushärteeinrichtung 6 am nächsten. Dort ist die Intensität in der Mitte (y-Position = 0) am größten und fällt zu größeren und kleineren y-Werten hin sofort ab. Demgegenüber ist die x-Position 3 am weitesten von der Aushärteeinrichtung 6 entfernt. Die Intensität ist dort in der Mitte deutlich niedriger als bei der x-Position 1, fällt jedoch erst bei einem größeren y-Abstand zur Mitte ab. Die x-Position 2 ist eine dazwischen liegende Position. Eine Interpolation bzw. Extrapolation liefert weitere Punkte des Intensitätsfeldes zwischen bzw. außerhalb der gemessenen x-Positionen.
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In der 4 ist die Behälterbehandlungsmaschine 1 zu sehen, bei der das Bewegungsprofil der Behälter 2 entsprechend dem Verfahren 100 so gesteuert wird, dass alle Teilflächen des Druckbereichs die vorgegebene Bestrahlungsdosisverteilung erhalten.
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Zu sehen ist, dass die Behälter 2 zunächst vom Einlaufstern 8 auf die Transporteinrichtung 3 (hier als Karussell ausgebildet) aufgegeben werden und dort in den Behälteraufnahmen 4 zentriert werden. Die Behälter 2 weisen hier einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Kanten auf. Es ist jedoch jede beliebige andere Behälterform denkbar.
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Des Weiteren werden die Behälter 2 in den Behälteraufnahmen 4 an den Druckstationen 5 vorbei transportiert und dort mit flüssiger Drucktinte verschiedener Farben bedruckt (hier mit einem Tintenstrahlverfahren). Hierbei werden die Behälter 2 in den Behälteraufnahmen 4 gedreht und werden entlang des gesamten Behälterumfangs bedruckt.
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Des Weiteren werden die Behälter 2 entlang des Behältervorschubs T zur Aushärteeinrichtung 6 verfahren. Bei der Aushärtung wird der Behälter 2 in der Behälteraufnahme 4 mit der Behälterdrehung D um seine Längsachse gedreht als auch durch den Behältervorschub T der Transporteinrichtung 3 entlang Aushärteeinrichtung 6 verfahren. Hierdurch ist es möglich, den gesamten Umfang des Behälters 2 zu bestrahlen (genauer in 5 dargestellt).
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Anschließend werden die Behälter 2 mit der Transporteinrichtung 3 weiter zum Auslaufstern 9 transportiert und zu weiteren Behandlungsstationen (beispielsweise einer Verpackungsstation) transportiert.
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Weiterhin ist die Maschinensteuerung 7 zu sehen, die die Transporteinrichtung 3, die Behälteraufnahmen 4 und die Aushärteeinrichtung 6 steuert. Die Transporteinrichtung 3 und die Behälteraufnahmen 4 sind mit hier nicht dargestellten Servomotoren ausgebildet, die mit der Maschinensteuerung 7 verbunden sind.
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In 5 ist eine Teildarstellung der Aushärteeinrichtung 6 der 4 gezeigt. Zu sehen ist, dass der Behälter 2 einen Druckbereich 21 mit den Teilflächen 21 k aufweist. Die Teilflächen 21 k sind dabei gitterartig auf dem Druckbereich 21 angeordnet und schließen nahtlos aneinander an. Lediglich zur besseren Darstellung ist hier der Druckbereich 21 als unterbrochene Linie dargestellt.
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Die Aushärteeinrichtung 6 entspricht der in der 2 beschriebenen Aushärteeinrichtung 6. Diese strahlt (wie oben beschrieben) die UV-Lichtstrahlung 62 ab. Hierdurch wird die lichtaushärtende Drucktinte am Druckbereich 21 polymerisiert und härtet so aus. Bei der Bestrahlung mittels der Lichtstrahlung 62 wird der Behälter 2 entlang des Behältervorschubs T im Wesentlichen quer zur Hauptstrahlrichtung der Aushärteeinrichtung 6 bewegt. Weiterhin wird der Behälter 2 um seine Längsachse mit der Behälterdrehung D gedreht, um umfänglich alle Teilflächen 21 k gleichmäßig zu bestrahlen.
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Das mit dem zuvor mit dem Verfahren 100 bestimmte Bewegungsprofil ist dabei in der Maschinensteuerung 7 als Steuerkurve abgelegt. Die Steuerkurven dienen im Betrieb zur Steuerung des Behältervorschubs T und der Behälterdrehung D mittels der Transporteinrichtung 3 bzw. den Behälteraufnahmen 4.
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Demnach ist also die Maschinensteuerung 7 dazu ausgebildet, die Behälter 2 gegenüber der Aushärteeinrichtung 6 mittels der Transporteinrichtung 3 und den Behälteraufnahmen 4 nach dem Verfahren zur Aushärtung der Drucktinte zu steuern, wobei eine homogene Bestrahlungsdosisverteilung auf dem Druckbereich 21 erzielt wird.
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Insgesamt ist es also mit dem zuvor beschriebenen Verfahren 100 und der Behälterbehandlungsmaschine 1 möglich, die Drucktinte im Druckbereich 21 des Behälters 2 ohne großen apparativen Aufwand besonders gleichmäßig auszuhärten. Dementsprechend ist das Verfahren besonders kostengünstig und es sind keine aufwändigen Optiken oder zusätzliche Lichtquellen 61 notwendig.
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Es versteht sich, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen genannte Merkmale nicht auf diese speziellen Kombinationen beschränkt sind und in beliebigen anderen Kombinationen möglich sind.