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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum individuellen Bedrucken von Behältern im Taktbetrieb.
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Behälter werden häufig mit Etiketten oder Folien als Kennzeichnung versehen, wobei die Etiketten mittels Etikettieraggregaten unter Verwendung von Klebstoff auf die Behälter aufgebracht werden.
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Inzwischen sind auch Verfahren zum direkten Bedrucken von Behältern bekannt geworden, beispielsweise mittels Siebdruck, wie in den Druckschriften
DE102004018189 ,
EP 0727309 B1 und
EP 0265982 B1 beschrieben. Alternative Druckverfahren zum Siebdruck umfassen beispielsweise digitale drop-on-demand Ink-Jet Verfahren. Diese Technologie vereint die Vorteile von digitalem Druck, beispielsweise variable Inhalte und damit flexibles Design, Erstellen des Druckbilds am Rechner, kein Materialverbrauch für Filme, Entwickler, Chemikalien, Fixierbänder, mit den Vorteilen von drop-on-demand Ink-Jet Technologie, die keinen Kontakt zum bedruckten Material erfordert, die nur bei Bedarf Tintentropfen erzeugt und bei der UV-härtende Tinten verwendet werden können.
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Der Nachteil der bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren besteht darin, dass die Flexibilität in Bezug auf Betriebsmodi und bedruckbare Geometrien beschränkt ist. Die Flexibilität ist auch hinsichtlich der Möglichkeit zur Abarbeitung von Kundenaufträgen mit verschiedenem Bestückungsmuster und/oder verschiedenen Behältersorten begrenzt. Bei den oben beschriebenen Verfahren stellt sich zudem die Frage, wie Behälter zwischen den Bearbeitungsschritten geeignet transportiert und übergeben werden können.
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Es ist also Aufgabe der Erfindung ein effizientes Verfahren zum individuellen Bedrucken von Behältern bereit zu stellen, das eine hohe Flexibilität bezüglich Behälterarten und Aufdrucken ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jeder Behälter in eine Aufnahme eines Bestückungssterns gestellt wird, die Behälter nacheinander von dem Bestückungsstern an ein Behältermagazin und von dem Behältermagazin an eine Vorbehandlungseinrichtung übergeben werden, die Behälter in der Vorbehandlungseinrichtung für das Bedrucken vorbehandelt werden, die Behälter von der Vorbehandlungseinrichtung an das Behältermagazin und von dem Behältermagazin an die Druckeinrichtung übergeben werden, die Behälter in der Druckeinrichtung einzeln bedruckt werden und die Behälter von der Druckeinrichtung an das Behältermagazin und von dem Behältermagazin an den Entnahmestern übergeben werden, wobei jeder Aufnahme des Bestückungssterns ein vorgegebener Aufdruck zugeordnet ist, welcher auf den Behälter aus dieser Aufnahme aufgedruckt wird.
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Indem jeder Aufnahme des Bestückungssterns ein vorgegebener Aufdruck zugeordnet ist, welcher auf den Behälter aus dieser Aufnahme aufgedruckt wird, können die Aufnahmen mit beliebigen Behältern gefüllt werden, die individuell, basierend auf der Aufnahme, in der sie stehen, den vorgesehenen Aufdruck erhalten, ohne dass dieser manuell ausgewählt werden muss. Dies erlaubt hohe Flexibilität und ist zugleich aufgrund der automatischen Zuordnung effizient.
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Insbesondere ist das Verfahren von Vorteil, wenn Hersteller vor der endgültigen Entscheidung über ihre Produkte verschiedene Muster von Behältern mit verschiedenen Formen, Aufdrucken und Produkten, beispielsweise Säfte verschiedener Konzentration, herstellen wollen, da von den Mustern nur eine kleine Stückzahl benötigt wird.
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Unter dem Begriff „individuell bedrucken“ wird verstanden, dass der Aufdruck für jeden Behälter separat eingestellt werden kann. So können grundsätzlich alle Behälter unterschiedlich oder bestimmte vorgegebene Behälter gleich bedruckt werden.
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Dass der Aufdruck zugeordnet ist bedeutet, dass in einem Datenspeicher ein Aufdruck gespeichert ist, beispielsweise als Bilddatei, als Textdatei oder als eine andere Datei, die mit einer Druckeinrichtung in ein Druckbild umgesetzt werden kann, und dass eine Zuordnung zu einer der Aufnahmen ebenfalls in diesem oder in einem anderen Datenspeicher gespeichert ist. Diese Zuordnung kann beispielsweise von einem Benutzer vor dem Bestücken (das heißt vor dem Hineinstellen von Behältern in die Aufnahmen des Bestückungssterns) und dem Bedrucken eingegeben werden. Die richtige Zuordnung ergibt sich aus der Menge und Bestückungsreihenfolge der zu bedruckenden Behälter. Das heißt, es kann eine bestimmte Behälterreihenfolge einer Reihe von Aufdrucken zugeordnet sein.
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Das Vorbehandeln kann beispielsweise eine chemische oder thermische Vorbehandlung oder eine Bestrahlung umfassen, insbesondere eine Plasmabehandlung oder eine Beflammung. Auch ein Reinigen der Behälter oder ein Kühlen (allgemein Temperieren auf ein +/–2 °C im Bereich zwischen 20 und 30°) der Behälter kann als Vorbehandlung vor dem nachfolgenden Druckprozess erfolgen.
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Das Aufdrucken umfasst insbesondere ein direktes Bedrucken von Behältern, also ein direktes Aufbringen des Aufdrucks auf die Oberfläche der Behälter, oder ein direktes Bedrucken eines Trägermaterials, das bereits auf den Behältern aufgebracht ist.
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Insbesondere kann ein Behälter während des Bedruckens um seine beim Bedrucken vertikal angeordnete Achse rotiert werden.
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Die Aufnahme, der Bestückungsstern, das Behältermagazin, die Vorbehandlungseinrichtung, die Druckeinrichtung und der Entnahmestern werden im Detail im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben.
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Statt wie oben beschrieben separat einen Bestückungsstern, ein Behältermagazin und einen Entnahmestern vorzusehen, kann alternativ auch ein Bestückungsmodul vorgesehen sein, dass die drei Elemente funktionell in sich vereint. Das heißt, das Bestückungsmodul wird bestückt und die Behälter werden unmittelbar zwischen dem Bestückungsmodul und der Vorbehandlungseinrichtung bzw. der Druckeinrichtung übergeben. Anschließend werden die Behälter, meist manuell, wieder aus dem Bestückungsmodul entnommen.
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Das Verfahren kann umfassen, dass verschiedene Behälter, insbesondere auch Behälter mit verschiedener Form und/oder Größe, mit verschiedenen Aufdrucken bedruckt werden. Insbesondere kann das Verfahren umfassen, dass für verschiedene Behälter mit verschiedener Form und/oder Größe die gleichen Elemente, zum Beispiel der gleiche Bestückungsstern, das gleiche Behältermagazin und der gleiche Entnahmestern, verwendet werden können, insbesondere der selbe Bestückungsstern, das selbe Behältermagazin und der selbe Entnahmestern. Das Bedrucken von Behälter mit verschiedener Form und Größe kann also ohne Umbau erfolgen. Beispielsweise können die gleichen Aufnahmen, Behälteraufnahmen und Klammern verwendet werden.
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Behälter umfassen beispielsweise Flaschen, insbesondere Kunststoffflaschen (beispielsweise PET) oder Glasflaschen, oder Dosen, es sind jedoch auch andere Behälter möglich, solange sie für ein Direktdruckverfahren geeignet sind. Auch Verschlussdeckel und/oder Behälter mit Verschlüssen sind geeignet für das Direktdruckverfahren.
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Die Behälter können im Wesentlichen um eine Achse rotationssymmetrisch sein, beispielsweise bei Flaschen oder Dosen, oder auch ovale oder vieleckige Grundflächen haben. Bei rotationssymmetrischen Behältern kann die Größe durch die Höhe und den Durchmesser, der gegebenenfalls veränderlich sein kann, beschrieben werden. Wenn die Aufnahmen, Behälteraufnahmen (die später noch beschrieben werden) und Klammern nicht ausgetauscht werden sollen, ist besonders wichtig, dass sie für verschiedene Durchmesser einsetzbar sind.
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Durch eine Steuereinrichtung kann der entsprechende Aufdruck basierend auf einer Zeitmessung und/oder einem Taktsignal und/oder der Position der Aufnahme, insbesondere der Position beim Einführen des Behälters in die Aufnahme, und/oder einer eindeutigen Identifizierung der Aufnahme ausgewählt werden. Eine eindeutige Identifizierung der Aufnahme kann zum Beispiel ein Strichcode, eine Nummer oder ähnliches sein.
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Damit der richtige Behälter bedruckt wird, muss erkannt werden, dass sich ein Behälter aus einer bestimmten Aufnahme im Wirkbereich der Druckeinrichtung befindet. Dies kann zum Beispiel erfolgen, indem bestimmt wird, wie lange ein Behälter für den Weg von der Bestückung zur Druckeinrichtung braucht und indem eine Zeitmessung ab Bestückung erfolgt. Alternativ kann die Taktdauer verwendet werden, da diese unter Umständen aussagekräftiger ist als eine absolute Zeitmessung.
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Die Steuereinrichtung kann in Form einer Recheneinheit ausgebildet sein, die auf die Zuordnung zwischen Aufnahme und Behälter zugreift und die über eine Datenverbindung mit der Druckeinrichtung verbunden ist. Die Steuereinrichtung kann die Druckeinrichtung so ansteuern, dass das die Druckeinrichtung den zugeordneten Aufdruck auf den Behälter, der sich in ihrem Wirkbereich befindet, aufbringt.
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Jeder Aufnahme kann nach dem Bedrucken des Behälters aus der Aufnahme erneut ein Aufdruck zugeordnet werden. Dies ermöglicht, dass bei der nächsten Bestückung des Bestückungssterns ein anders zu bedruckender Behälter in diese Aufnahme gestellt werden kann. Es ist jedoch ebenso möglich, dass einer Aufnahme über mehrere Bestückungsschritte hinweg der gleiche Aufdruck zugeordnet bleibt. Es sei angemerkt, dass es möglich ist, dass bestimmten Aufnahmen über mehrere Bestückungsschritte hinweg der gleiche Aufdruck zugeordnet ist, während anderen Aufnahmen wechselnde Aufdrucke zugeordnet werden.
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Für sehr kleine Chargen kann es mitunter nötig sein, dass sich der Aufdruck zwischen den Bestückungsschritten ändert, während dies bei größeren Chargen nicht unbedingt nötig ist. Das Verfahren kann also sowohl für kleine als auch für große Chargen verwendet werden.
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Jeder der Übergabeschritte kann für Behälter verschiedener Form und Größe anwendbar sein. Da das Verfahren dafür vorgesehen ist, individualisiert Behälter zu bedrucken, ist es von Vorteil, dass nicht für verschiedene Formen und Größen verschiedene Anlagen oder Verfahren für die Übergabe zur Verfügung gestellt werden müssen.
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Vorzugsweise stehen bei jedem Übergabeschritt der Bestückungsstern, das Behältermagazin und der Entnahmestern. Zwischen manchen Übergabeschritten können der Bestückungsstern, das Behältermagazin und der Entnahmestern, typischerweise synchron, jeweils um eine Position weitergedreht werden. Dabei erfolgt das Weiterdrehen vorzugsweise erst, wenn der Behälter der an die Vorbehandlungseinrichtung bzw. Druckeinrichtung übergeben wurde, wieder an das Behältermagazin zurückgegeben wurde.
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Das Behältermagazin kann mehrere Klammern zum umfänglichen Umgreifen der Behälter umfassen und bei der Übergabe der Behälter vom Behältermagazin an die Vorbehandlungseinrichtung und/oder an die Druckeinrichtung kann mindestens eine einer oberen Behälteraufnahme und einer unteren Behälteraufnahme auf die jeweils andere zu bewegt werden, bis die beiden Behälteraufnahmen jeweils entgegengesetzte Enden eines der Behälter aufnehmen und diesen Behälter einspannen, und anschließend die Klammer, die den Behälter umgreift, geöffnet werden.
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Die Klammer kann beispielsweise ein oder mehrere Paare mechanisch gekoppelter Greifelemente umfassen. Das Paar von Greifelementen kann beispielsweise in Form zweier Greifarme ausgebildet sein, deren Abstand verringert werden kann, was als Schließen der Klammer bezeichnet wird, und Abstand vergrößert werden kann, was als Öffnen der Klammer bezeichnet wird. Bei rotationssymetrischen Behältern können die Greifelemente gekrümmte Greifarme sein, wobei die konkav gekrümmten Seiten der beiden Greifarme aufeinander zu weisen.
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Umfänglich umgreifen bedeutet dabei, dass die Greifelemente entlang des Umfangs der Behälter anliegen. Es bedeutet nicht notwendigerweise, dass die Klammer um den gesamten Umfang des Behälters greift, obwohl dies auch möglich ist.
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Die obere und untere Behälteraufnahme sind im Betrieb übereinander angeordnet und sind oder werden zum aufeinander zu Bewegen in vertikaler Richtung im Wesentlichen auf einer Linie angeordnet. Aufeinander zu bewegen kann bedeuten, dass die untere Behälteraufnahme angehoben wird und/oder dass die obere Behälteraufnahme abgesenkt wird.
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Die entgegengesetzten Enden der Behälter, die in die Behälteraufnahmen aufgenommen werden, sind typischerweise der Bereich um den Deckel und der Bereich um den Boden des Behälters. Einspannen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Behälteraufnahmen mit genug Kraft gegeneinander gedrückt werden, dass die Behälter nicht aus den Behälteraufnahmen rutschen.
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Bei der Übergabe von der Vorbehandlungseinrichtung und/oder der Druckeinrichtung an das Behältermagazin kann eine der Klammern geschlossen werden, so dass sie den Behälter umgreift, und anschließend mindestens eine der ersten und der zweiten Behälteraufnahme von der jeweils anderen Behälteraufnahme weg bewegt werden, so dass die Behälteraufnahmen den Behälter nicht mehr einspannen, insbesondere nicht aufnehmen.
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Der Behälter kann beim Einspannen zwischen den Behälteraufnahmen automatisch zentriert werden. Die Zentrierung bezieht sich dabei beispielsweise auf eine Zentrierung bezogen auf die (meist vertikal angeordnete) Rotations-Symmetrieachse der Behälteraufnahmen. Eine automatische Zentrierung bedeutet, dass zum Zentrieren keine Stellelemente und/oder Steuerelemente nötig sind, die den Behälter bewegen und in Position bringen (obwohl sie optional zusätzlich vorgesehen sein können). Der Vorteil ist, dass eine präzisere Vorbehandlung und ein präziserer Aufdruck möglich sind, wenn der Behälter in einer vorgegebenen Position, insbesondere zentriert, angeordnet ist.
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Beim Übergeben eines Behälters von dem Bestückungsstern an das Behältermagazin kann eine der Aufnahmen des Bestückungssterns mit einem Behälter auf eine Höhe angehoben werden, auf der eine der Klammern den Behälter umgreifen kann, insbesondere bis der Behälter an ein Stop-Element anstößt, die Klammer den Behälter umfänglich umgreift und anschließend die Aufnahme wieder abgesenkt wird, insbesondere in ihre Ausgangsposition.
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Die Höhe auf der eine Klammer einen Behälter umgreifen kann, ergibt sich zum einen daraus, auf welcher Höhe die Klammer relativ zu der Aufnahme des Bestückungssterns angeordnet ist, zum anderen aus der Form, vor allem der Höhe und dem Umfang, des Behälters. Beispielsweise muss der Behälter hoch genug aber nicht zu hoch angehoben werden, um im Wirkbereich der Klammer zu sein. Zusätzlich kann gegebenenfalls noch eine bestimmte Position am Behälter besonders vorteilhaft zum Greifen sein, beispielsweise weil dort eine ringförmige Vertiefung ausgebildet ist oder der Behälter aufgrund seiner Form und Massenverteilung besonders stabil gehalten werden kann. Die Höhe kann entweder mechanisch auf einen konstanten Wert voreingestellt sein, der im Wesentlichen für alle Behältertypen, die bedruckt werden sollen, geeignet ist. Alternativ kann die Höhe auch mittels der Steuereinrichtung gesteuert werden, sofern der Aufnahme nicht nur ein Aufdruck sondern auch eine der Behälterform angepasste Höhe zugeordnet ist.
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Das Anheben und Absenken können mit einem beliebigen Hebemechanismus erfolgen. Beispiele für Hebemechanismen und das Stop-Element werden im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben.
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Beim Übergeben des Behälters von dem Behältermagazin an den Entnahmestern kann eine der Aufnahmen des Entnahmesterns angehoben werden, so dass sie den Behälter aufnimmt, die Klammer kann geöffnet werden und die Aufnahme mit dem Behälter kann wieder abgesenkt werden, insbesondere in ihre Ausgangsposition.
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Nach dem Bedrucken können ein Trocknungsschritt und/oder ein Härtungsschritt durchgeführt werden. Insbesondere können der Trocknungsschritt und/oder Härtungsschritt vor der Übergabe von der Druckeinrichtung an das Behältermagazin erfolgen. Bei dem Trocknungsschritt bzw. Härtungsschritt wird der bedruckte Behälter so behandelt, dass die Druckfarbe trocknet bzw. härtet. Typischerweise erfolgen zuerst ein Trocknungsschritt und anschließend ein Härtungsschritt.
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Merkmale und Vorteile, die im Zusammenhang mit dem Verfahren bereits beschrieben wurden, gelten, sofern anwendbar, ebenso für die unten beschriebenen Vorrichtungen und werden unter Umständen nicht explizit beschrieben.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren, umfassend einen Bestückungsstern mit mehreren Aufnahmen für Behälter, ein Behältermagazin, einen Entnahmestern, eine Vorbehandlungseinrichtung, eine Druckeinrichtung und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung die Druckeinrichtung derart steuert, dass für jede der Aufnahmen ein Aufdruck, welcher der jeweiligen Aufnahme des Bestückungssterns zugeordnet ist, auf den Behälter aus dieser Aufnahme gedruckt wird.
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Der Bestückungsstern und der Entnahmestern können jeweils ein um eine vertikale Achse rotierbares Karussell sein, bei dem mehrere Behälteraufnahmen umfänglich angeordnet sind, typischerweise alle im gleichen Abstand von der Drehachse und in gleichen Abständen voneinander. Das Behältermagazin kann ebenfalls um eine vertikale Achse rotierbar sein und Halteelemente für Behälter umfassen, beispielsweise Klammern, die umfänglich angeordnet sind, typischerweise alle im gleichen Abstand von der Drehachse und in gleichen Abständen voneinander. Der Bestückungsstern, der Entnahmestern und das Behältermagazin können jeweils einen eigenen Antrieb umfassen oder an einen gemeinsamen Antrieb gekoppelt sein.
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Wie bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert, kann, statt separat einen Bestückungsstern, ein Behältermagazin und einen Entnahmestern vorzusehen, alternativ auch ein Bestückungsmodul vorgesehen sein, dass die drei Elemente funktionell in sich vereint. Das Bestückungsmodul kann um eine vertikale Achse rotierbares Karussell sein, bei dem mehrere Behälterhalterungen umfänglich angeordnet sind, typischerweise alle im gleichen Abstand von der Drehachse und in gleichen Abständen voneinander.
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Die Druckeinrichtung kann mindestens einen Druckkopf zum Abgeben von Druckmaterial und einen Behälter für Druckmaterial umfassen. Das Druckmaterial kann beispielsweise Tinte oder Toner umfassen. Beispielsweise kann ein Tintenstrahldrucker verwendet werden.
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Insbesondere kann ein drop-on-demand Ink-Jet-Drucker verwendet werden. Der bzw. die Druckköpfe können im Betrieb stationär angeordnet oder verfahrbar und/oder schwenkbar sein.
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Zwischen dem Bestückungsstern und dem Behältermagazin, zwischen dem Behältermagazin und der Vorbehandlungseinrichtung, zwischen dem Behältermagazin und der Druckeinrichtung und zwischen dem Behältermagazin und dem Entnahmestern kann jeweils ein Übergabemechanismus vorgesehen sein und jeder der Übergabemechanismen kann zur automatischen Übergabe von Behältern verschiedener Form und Größe ausgebildet sein.
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Der Übergabemechanismus kann dabei jeweils Elemente der abgebenden und der übernehmenden Transporteinrichtung und gegebenenfalls zusätzliche Elemente umfassen, die in Wechselwirkung miteinander und dem Behälter eine Übergabe ermöglichen.
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Der Bestückungsstern, das Behältermagazin, der Entnahmestern, insbesondere jeweils deren Antrieb, die Vorbehandlungseinrichtung und/oder die Druckeinrichtung können jeweils über eine Datenverbindung mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Die Datenverbindung kann kontaktlos oder drahtgebunden sein. Insbesondere können alle oder manche der Elemente jedes der Übergabemechanismen mit der Steuereinrichtung verbunden sein.
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Die Vorbehandlungseinrichtung kann beispielsweise in Form einer Plasmabehandlungseinrichtung oder einer Beflammungseinrichtung ausgebildet sein.
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Das Behältermagazin kann mehrere Klammern zum umfänglichen Umgreifen der Behälter umfassen und der Übergabemechanismus zwischen dem Behältermagazin und der Vorbehandlungseinrichtung und/oder der Übergabemechanismus zwischen dem Behältermagazin und der Druckeinrichtung kann jeweils eine der Klammern, eine obere Behälteraufnahme und eine untere Behälteraufnahme und eine Stelleinrichtung umfassen. Dabei können die obere und untere Behälteraufnahme jeweils zum Aufnehmen entgegengesetzter Enden eines der Behälter ausgebildet sein. Die Stelleinrichtung zum Einstellen der Position mindestens einer der Behälteraufnahmen kann dabei derart ausgebildet sein, dass der Behälter zwischen den beiden Behälteraufnahmen zunächst aufgenommen und anschließend eingespannt wird.
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Die Stelleinrichtung kann ein Bewegungselement und einen Antrieb umfassen, beispielsweise einen Servomotor. Das Bewegungselement kann beispielsweise in Form eines Läufers und einer Schiene, in der der Läufer läuft, oder in Form eines durch den Antrieb angetriebenen Arms ausgebildet sein.
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Zudem kann ein Antrieb vorgesehen sein, der die Behälteraufnahmen, gegebenenfalls zusammen mit dem Behälter derart verschiebt, dass sie aus dem Wirkbereich des Behältermagazins und in den Wirkbereich der Vorbehandlungseinrichtung und zurück transportiert werden. Außerdem kann ein Rotationsantrieb vorgesehen sein, der die Behälter in den Behälteraufnahmen oder zusammen mit den Behälteraufnahmen rotieren kann.
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Die obere und untere Behälteraufnahme können derart ausgebildet sein, dass sie den Behälter unabhängig von seiner Form zentriert aufnehmen. Die obere und untere Behälteraufnahme können jeweils eine zur anderen Behälteraufnahme hin breiter werdende Aussparung mit abgeschrägten Innenwänden umfassen.
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Beispielsweise kann jede Behälteraufnahme eine sich von der anderen Behälteraufnahme weg verjüngenden Aussparung umfassen, die beispielsweise kegelförmig, stumpfkegelförmig oder halbkugelförmig ausgebildet ist. Dies ist für rotationssymmetrische Behälter besonders vorteilhaft für die automatische Zentrierung, die sich aufgrund der Geometrie der Behälteraufnahmen durch das Einspannen automatisch ergibt. Außerdem kann guter Halt der Behälter ermöglicht werden und es können verschiedene Durchmesser, insbesondere der Grundfläche, der Behälter berücksichtigt werden, wobei Behälter mit kleinerem Durchmesser tiefer in die Behälteraufnahme aufgenommen werden, als solche mit größerem Durchmesser.
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Dies hat den Vorteil, dass beim Einspannen der Behälter, vor allem rotationssymmetrischer Behälter, eine automatische Zentrierung erfolgt, die keine zusätzliche Steuereinrichtung und/oder Stelleinrichtung erfordert.
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Der Übergabemechanismus zwischen dem Bestückungsstern und dem Behältermagazin und/oder der Übergabemechanismus zwischen dem Behältermagazin und dem Entnahmestern können je eine der Klammern, eine der Aufnahmen des Bestückungssterns bzw. des Entnahmesterns und einen Hebemechanismus umfassen, wobei der Hebemechanismus zum Anheben der Aufnahme ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Hebemechanismus einen Stößel umfassen, der die Aufnahme nach oben schiebt. Der Hebemechanismus kann einen eigenen Antrieb, beispielsweise einen Servomotor, umfassen oder an den Antrieb des Bestückungssterns bzw. des Entnahmesterns gekoppelt sein.
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Außerdem kann der Übergabemechanismus ein Stop-Element umfassen. Das Stop-Element kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass es die Bewegung eines Behälters nach oben hin abstoppt. Das Stop-Element kann an einer bestimmten Position, insbesondere auf fester Höhe oberhalb der Übergabeposition, fest eingebaut oder verschiebbar und an geeigneter Stelle arretierbar sein.
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Das Stop-Element ermöglicht, dass jeder einzelne Behälter auf eine exakte Übergabeposition gefahren wird, ohne dass gesondert eingestellt werden muss, wie hoch die Aufnahme gefahren werden muss.
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Die Aufnahme kann eine Vertiefung zum Aufnehmen der Behälter umfassen, wobei an den Innenwänden der Vertiefung ein verformbares Stützmaterial, beispielsweise in Form von Borsten, oder angefederte Spann- und/oder Klemmelemente angeordnet sind. Die Vertiefung kann insbesondere zylinderförmig oder stumpfkegelförmig, nach oben offen und unten mit einem Boden, der geschlossen oder teilweise offen sein kann, versehen sein.
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Für das verformbare Stützmaterial sind grundsätzlich alle im Wesentlichen elastisch verformbaren Materialien geeignet, die insbesondere so ausgebildet und angeordnet sein können, dass sie durch einen zu bedruckenden Behälter verformt werden können, jedoch genug Rückstellkraft aufweisen, um den Behälter zu stützen. Geometrisch betrachtet sind beispielsweise Borsten, die von den Innenwänden der Aufnahme in die Aufnahme hinein stehen, geeignet. Diese können rundum umfänglich angeordnet sein oder in voneinander beabstandeten Gruppen entlang des Umfangs verteilt sein. Wenn ein Behälter in die Aufnahme gestellt wird, können sich die Borsten leicht verbiegen und dem Behälter ausweichen.
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Die Druckeinrichtung kann eine Trocknungseinheit und/oder eine Härtungseinheit umfassen oder eine separate Trocknungseinheit und/oder Härtungseinheit kann vorgesehen sein. Die Trocknungseinheit und/oder eine Härtungseinheit können beispielsweise ein Gebläse, eine Heizeinrichtung und/oder eine Belichtungseinrichtung, insbesondere eine UV-Belichtungseinrichtung, umfassen. Typischerweise wird zunächst eine Pinninglampe zum Antrocknen nach jedem Druckkopf verwendet, der optional auch an diesem verbaut sein kann, und anschließend wird eine UV-Lampe zur Endhärtung verwendet.
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Weitere Merkmale und Vorteile werden nachfolgend anhand der beispielhaften Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels;
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2 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung eines Bestückungssterns und Stößels zum Anheben;
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3 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung einer Klammer eines Behältermagazins;
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4 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung der Behälteraufnahmen mit Antrieb und Befestigung;
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5 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung der Anordnung bei der Übergabe zwischen dem Behältermagazin und der Vorbehandlungseinrichtung oder der Druckeinrichtung; und
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6 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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Im Folgenden und in den Figuren werden in den verschiedenen Ausführungsbeispielen für gleiche oder ähnliche Elemente, bis auf das hochzählen der Hunderterstelle, die gleichen Bezugszeichen verwendet und daher gegebenenfalls nicht explizit wiederholt.
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Das Verfahren wird im Folgenden anhand der in 1 gezeigten Vorrichtung 100 und den Detailansichten in 1 bis 5 erläutert. Es versteht sich, dass auch andere Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens verwendet werden können.
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Als erstes wird der Bestückungsstern 101, in diesem Fall von Hand, mit Behältern 202 bestückt, indem in unmittelbar aufeinander folgende Aufnahmen 103 des Bestückungssterns je ein Behälter gestellt wird. Die im Folgenden beschriebenen Schritte beziehen sich, sofern nicht anderweitig spezifiziert, auf Behälter in Form von Flaschen, es können jedoch auch Dosen oder andere Behälter verarbeitet werden.
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Der Bestückungsstern hat in dem gezeigten Beispiel zehn Aufnahmen, kann aber in der Praxis auch eine beliebige andere Zahl an Aufnahmen haben. Ein typischer Wert sind beispielsweise 21 Aufnahmen. Um Behälter mit unterschiedlichen Durchmessern in der Aufnahme zu zentrieren und zu stabilisieren, sind hier jeweils mehrere Gruppen von Borsten 104 an verschiedenen Stellen der Innenwand der Aufnahmen befestigt. Die Aufnahmen sind über einer drehbaren Platte 105 gelagert. Die Platte wird mittels des Antriebs 106 um die Achse 107 im Taktbetrieb rotiert. Der Antrieb ist in diesem Beispiel (wie in 2 angedeutet) ein Elektromotor, der in einem Trageelement 219 (gezeigt in 2) eingebaut ist, welches wiederum auf dem Boden stehen und/oder an einem Gestell der Vorrichtung befestigt sein kann. Dabei können beispielsweise in dem Trageelement Statorspulen und an der Drehachse der Platte Rotormagnete angeordnet sein (in der Figur nicht gezeigt).
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Anschließend an das Bestücken erfolgt eine Übergabe an das Behältermagazin 108. Während der Übergabe stehen der Bestückungsstern und das Behältermagazin. Das Behältermagazin umfasst mehrere Klammern 109, die jeweils einen Behälter aus dem Bestückungsstern entnehmen, indem sie ihn greifen und abtransportieren. Die Klammern sind an einer drehbaren Scheibe 110 in gleichen Abständen zueinander und in gleichen Abständen zur Rotationsachse 111 angeordnet. Eine Klammer umfasst, wie in 3 erkennbar ist, einen Halsringgreifer 312 und keinen, einen oder mehrere Rumpfgreifer 313a und 313b, die vertikal versetzt angeordnet sind. Die Rumpfgreifer können auch durch andere nicht feste Formen ersetzt werden, die zur Stabilisierung der Flasche dienen. (z.B. Druckkissen oder Gummielemente) Es ist je nach Behältergeometrie nicht zwangsläufig nötig, mehrere Greifer vorzusehen. Der Halsringgreifer zentriert und fixiert den Behälter bezogen auf die vertikale Richtung. Die Rumpfgreifer stabilisieren den Behälter seitlich. Die einzelnen Rumpfgreiferelemente sind beweglich miteinander verbunden und können passiv oder aktiv geschlossen werden. Wenn der Mechanismus zum Öffnen und Schließen des Behältergreifers direkt mit dem Halsringgreifer verbunden ist, kann die Verbindung der Greiferelemente, wie in der Figur dargestellt, ausgeführt werden. Es ist möglich, dass von mehreren Rumpfgreiferelementen nur ein Rumpfgreiferelement die Flasche berührt. So kann für jede Flasche die stabilisiert werden muss ein optimales Rumpfgreiferelement ausgelegt werden.
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Bei der Übergabe vom Bestückungsstern an das Behältermagazin befindet sich die mit dem zu übergebenden Behälter bestückte Aufnahme des Bestückungssterns unterhalb der Klammer des Behältermagazins. Die Übergabe ist schematisch in 2 dargestellt. Zunächst wird die Klammer 209 geöffnet, beispielsweise durch einen pneumatisch angetriebenen Stößel 114. Dann wird die Aufnahme, hier mittels eines Stößels 215, auf eine Höhe angehoben, die zur Übergabe an die Klammer geeignet ist. Der 215 Stößel befindet sich an der Übergabeposition unterhalb der Platte 105, 205. In diesem Beispiel ist der Stößel in dem Trageelement 219 verbaut und kann in vertikaler Richtung durch ein Loch in der Grundplatte 219 des Trageelements bewegt werden. Dabei kann das Loch in der Grundplatte ein Lager umfassen (hier nicht gezeigt), das den Stößel bei der vertikalen Bewegung führt und stabilisiert. Der Stößel drückt durch ein Loch 216 in der drehbaren Platte die Aufnahme 203 nach oben. Die Aufnahme ist in diesem Beispiel an einer vertikal in dem Loch 216 angeordneten Stange befestigt und dadurch auf der drehbaren Platte gelagert. Ein solches Loch 216 befindet sich unterhalb jeder Aufnahme. Die vertikal angeordnete Stange und das obere Ende des Stößels sind formschlüssig. So kann eine geführte stabile vertikale Bewegung gewährleistet werden. Der Behälter wird zusammen mit der Aufnahme angehoben, bis er an ein in 2 gezeigtes Stop-Element 217, in diesem Fall in Form eines Anschlags, stößt. Dafür kann beispielsweise ein Gummianschlag verwendet werden (beispielsweise mit 85 Shore-Härte). Andere Möglichkeiten, die Bewegung auf geeigneter Höhe zu stoppen sind ebenfalls denkbar, beispielsweise ein präzise eingestellter Servomotor zum Anheben des Stößels. Der Stößel kann einen eigenen Antrieb 218 (beispielsweise einen Motor) umfassen oder an den Antrieb des Bestückungssterns gekoppelt sein. Die Klammer wird um den Behälter geschlossen und anschließend wird die Aufnahme wieder in ihre Ausgangsposition abgesenkt. Der Bestückungsstern und das Behältermagazin werden dann um eine Teilung weitergedreht. Nun kann ein weiterer Behälter übergeben werden.
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Zum Öffnen oder Schließen der Klammer kann beispielsweise der Flaschenhalsgreifer über eine Betätigungsrolle geöffnet werden, wobei mindestens zwei Federn gespannt werden. Ist die Rolle nicht betätigt, zieht eine der Federn aufgrund ihrer Rückstellkraft den Halsringreifer zu, so dass die Flasche am Flaschenhals gegriffen wird. Eine weitere Feder zieht die Rumpfgreiferelemente zu. Da Behälter mit unterschiedlichen Durchmessern verarbeitet werden sollen, sind Rumpfgreiferelemente vorzugsweise beweglich zum Flaschenhalsgreifer gelagert. Dabei können die Greifelemente beispielsweise mittels eines Bolzens in einem Langloch geführt werden.
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Der Übergabemechanismus zwischen dem Bestückungsstern und dem Behältermagazin umfasst also mindestens eine Aufnahme des Bestückungssterns, eine Klammer des Behältermagazins und den Stößel.
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Bei der Übergabe vom Behältermagazin zur Vorbehandlungseinrichtung bzw. zur Druckeinrichtung werden eine untere Behälteraufnahme 419, 519 mit einer Aussparung 519a und eine obere Behälteraufnahme 420, 520 mit einer Aussparung 520a verfahren, bis sie vertikal unter bzw. über dem Behälter angeordnet sind. Die Aussparungen sind jeweils stumpfkegelförmig und werden zur anderen Behälteraufnahme hin breiter. Andere Aussparungen sind ebenfalls denkbar, solange sie zur anderen Behälteraufnahme hin breiter werden. Anschließend wird die obere Behälteraufnahme auf die Oberseite des Behälters, beispielsweise die Flaschenöffnung, abgesenkt und nimmt diese auf. Gleichzeitig oder anschließend wird die untere Behälteraufnahme angehoben bis sie den Behälter aufnimmt. Der Behälter wird zwischen den beiden Behälteraufnahmen eingespannt und somit fixiert. Anschließend wird die Klammer geöffnet.
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Der Übergabemechanismus zwischen dem Behältermagazin und der Vorbehandlungseinrichtung umfasst also mindestens die beiden Behälteraufnahmen und eine Klammer des Behältermagazins.
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Die Behälteraufnahmen werden in diesem Beispiel mittels Pneumatik oder Elektromechanischen Antrieben kraft- und/oder weggesteuert höhenverstellt. Optional (hier jedoch nicht gezeigt), ist in die obere Behälteraufnahme eine Vorrichtung verbaut, die Luft in den Behälter presst, vor allem bei der Verarbeitung von Kunststoffbehältern. So kann sich dieser nicht durch das Einspannen verformen und zusätzlich kann die Geometrie des Behälters, wie beispielsweise die Rundheit verbessert werden, was wiederum Verbesserungen in der Druckqualität zur Folge haben kann. Außerdem sind ein Antrieb zum Verfahren der Behälteraufnahmen zusammen mit dem Behälter in horizontaler Richtung und ein Drehantrieb 421 vorgesehen, der zum Drehen der Behälter um eine vertikale Achse (beispielsweise durch die Behältermitte) ausgebildet ist. Die obere und die untere Behälteraufnahme sind je nach Aufbau vorzugsweise nicht größer als der Flaschendurchmesser, um Kollisionen beispielsweise mit dem Drucksystem zu vermeiden. Bei Dosen kann statt der oben Beschriebenen Behälteraufnahmen eine Dosenzentrierkugel oder eine Innenzentrierung verwendet werden, um den gesamten Dosenzylinder vorbehandeln bzw. bedrucken zu können.
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Der Behälter wird zusammen mit den Behälteraufnahmen aus dem Bereich des Behältermagazins heraus gefahren und in der Vorbehandlungseinrichtung 122 vorbehandelt. Beispielsweise wird der Behälter z. B. mit einem Gasbrenner oder bei Kunststoffbehältern mit Plasma bzw. Corona (Gasentladung) behandelt.
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Anschließend wird der Behälter wieder zurück in den Bereich des Behältermagazins gefahren und an das Behältermagazin übergeben. Dabei werden die oben beschriebenen Schritte der Übergabe vom Behältermagazin an die Vorbehandlungseinrichtung in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen.
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Das Behältermagazin steht so lange, bis der Behälter vorbehandelt und wieder an das Behältermagazin übergeben wurde. Nach der Übergabe wird das Behältermagazin weiter gedreht und der Behälter wird an die Druckeinrichtung 123 übergeben. Dazu wird ein Übergabemechanismus wie der oben beschriebene Mechanismus zur Übergabe vom Behältermagazin an die Vorbehandlungseinrichtung verwendet.
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In der Druckeinrichtung werden die Behälter vor mindestens einem Druckkopf 124a, 124b, 124c positioniert und bedruckt, wobei der Behälter rotiert wird. Die Behälteraußenseite wird in diesem Fall mit vorzugsweise mehrfarbigen Aufdrucken bedruckt. Hier wird ein DOD(drop-on-demand)-Inkjet-Druck basiertes Druckverfahren verwendet. Der Aufdruck, der auf einen Behälter aufgebracht wird ist der Aufnahme des Bestückungssterns zugeordnet, in welche der Behälter gestellt wurde. Näheres dazu wird separat im Zusammenhang mit der Steuerung beschrieben. Die Druckköpfe sind mittels der Steuereinrichtung 125 ansteuerbar. In diesem Fall befinden sich die Behälter während der Vorbehandlung und während des Bedruckens jeweils in einer Einhausung 126. So können Verwirbelungen der Farbe, störender Einfluss von Licht und Verschmutzungen der Maschine vermieden werden. Bei Bedarf wäre eine Kühlung oder Klimatisierung der Maschine/Einhausung über einen Einschublüfter oder alternativ über ein Kompressor-Klimagerät denkbar und realisierbar.
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Nach dem Bedrucken werden die Behälter in eine Trocknungs- und Härtungseinheit 127 transportiert. Zuvor wird die Farbe angetrocknet, beispielsweise mit einer Pinninglampe am jeweiligen Druckkopf 124a–c. Anschließend erfolgt eine Härtung, beispielsweise eine UV-Endhärtung mit einem UV-Bogenstrahler oder UV-LED-Lampe, um die Farbe vollständig auszuhärten. In der Druckeinrichtung werden die Behälter beispielsweise in der Reihenfolge Primer, W YMC K, Varnish bedruckt, gepinnt und zumindest einmal mit UV endgehärtet.
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Die Behälter werden im Anschluss automatisch zum Behältermagazin transportiert und an dieses übergeben. Dabei werden die oben beschriebenen Schritte der Übergabe vom Behältermagazin an die Vorbehandlungseinrichtung in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Der Transport innerhalb der Vorbehandlungseinrichtung und der Druckeinrichtung ist hier mittels einer Schiene 128 geführt.
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Die Behälter werden dann vom Behältermagazin an den Entnahmestern 129 übergeben. Der Entnahmestern ist in diesem Beispiel aufgebaut wie der Bestückungsstern, kann jedoch auch anders ausgebildet sein. Die Übergabe vom Behältermagazin an den Entnahmestern erfolgt in umgekehrter Reihenfolge wie die Übergabe vom Bestückungsstern an das Behältermagazin. Aus dem Entnahmestern werden die Flaschen in diesem Fall manuell entnommen, vorzugsweise wenn der Entnahmestern sich nicht dreht. Eine maschinelle Entnahme ist ebenfalls denkbar.
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Vorzugsweise wird während der Abarbeitung eines Stapels bereits der nächste Stapel bestückt und der vorhergehende Stapel entnommen, wobei ein Stapel die Menge an Behältern ist, die automatisch abgearbeitet werden, in der Regel höchstens 21 Stück. Es ist vorteilhaft, wenn das Bestücken und Entnehmen nur in bestimmten Zeiträumen erfolgt und ansonsten immer ein Schutzmechanismus, zum Beispiel eine Abdeckhaube, den Bediener vor versehentlichen Eingriff bei Übergabe der Behälter in das Bestückungsmodul schützt.
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Wie in 1 gezeigt gibt es folgende Datenverbindungen die jeweils drahtlos oder drahtgebunden vorliegen können: Die Verbindung 130 zwischen der Steuereinrichtung und dem Antrieb des Bestückungssterns, die Verbindung 131 zwischen der Steuereinrichtung und dem Antrieb des Stößels 215 im Bereich des Bestückungssterns, die Verbindung 132 zwischen der Steuereinrichtung und der Vorbehandlungseinrichtung, die Verbindung 133 zwischen der Steuereinrichtung und dem Antrieb für die Behälteraufnahmen im Bereich der Vorbehandlungseinrichtung, die Verbindung 134 zwischen der Steuereinrichtung und dem Antrieb für das Behältermagazin, einschließlich der Stößel 114, die Verbindung 135 zwischen der Steuereinrichtung und dem Antrieb für die Behälteraufnahmen im Bereich der Druckeinrichtung, die Verbindungen 136a bis 136c zwischen der Steuereinrichtung und den Druckköpfen, die Verbindung 137 zwischen der Steuereinrichtung und der Trocknungs- und Härtungseinheit, die Verbindung 138 zwischen der Steuereinrichtung und dem Antrieb für das Stößel 215 im Bereich des Entnahmesterns und die Verbindung 139 zwischen der Steuereinrichtung und dem Antrieb für den Entnahmestern. Je nach Betriebsart sind nicht alle Verbindungen notwendig.
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Beispielhaft wird im Folgenden erläutert, wie das oben beschriebene oder andere erfindungsgemäße Verfahren im Einzelnen gesteuert werden. Das Prinzip der Steuerung ist von der verwendeten Vorrichtung zumindest teilweise unabhängig.
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Zunächst werden in einem Datenspeicher, auf den die Steuereinrichtung im Betrieb zugreift, mehrere verschiedene Aufdrucke hinterlegt, beispielsweise in Form von Bilddateien. Anhand der Reihenfolge, in der die Behälter anschließend bedruckt werden sollen und den Aufdrucken, die auf die jeweiligen Behälter gedruckt werden sollen, wird eine Reihenfolge festgelegt, in der die Bilddaten an die Druckeinrichtung gesendet werden sollen. Es ist möglich, dass für jeden Behälter ein anderer Aufdruck vorgesehen ist, es können jedoch auch mehrere Behälter nacheinander mit dem gleichen Aufdruck bedruckt werden. Anschließend wird noch festgelegt, welcher Aufnahme welcher Aufdruck zugeordnet ist. Beispielsweise kann eine Start-Aufnahme festgelegt werden, in die der erste Behälter gestellt wird. Außerdem kann beispielsweise festgelegt werden, für wie viele Aufnahmen (und damit Behälter) in Folge der gleiche Aufdruck verwendet werden soll. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Informationen kann für jede Aufnahme (also jeden Behälter) eine bestimmte Vorbehandlung und eine bestimmte Trocknung und Härtung voreingestellt werden (beispielsweise jeweils Art, Dauer, Parameter).
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Bei der Bestückung wird der erste Behälter in die Start-Aufnahme des Bestückungssterns gestellt und anschließend werden die weiteren Behälter in der vorgegebenen Reihenfolge in unmittelbar aufeinander folgende Aufnahmen gestellt. Der Bestückungsstern dreht sich im Taktbetrieb. Jedes mal, wenn der Bestückungsstern zum Stehen kommt, erfolgt die Übergabe an das ebenfalls stehende Behältermagazin. Dazu kann beispielsweise die Steuereinrichtung Taktsignale an die Antriebe der entsprechenden Stößel 215 und 114 senden. Das Taktsignal kann beispielsweise aus der getakteten Drehung des Behältermagazins gewonnen werden. Der Bestückungsstern und das Behältermagazin drehen sich nach der Übergabe weiter.
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Wenn das Behältermagazin an der entsprechenden Position angehalten hat, wird, gesteuert durch die Steuereinrichtung, der Antrieb für die Behälteraufnahmen aktiviert. Auch dies kann mittels eines Taktsignals erfolgen. Der Behälter wird nun mittels der Behälteraufnahmen aus dem Behältermagazin entnommen und vorbehandelt. Wie oben beschrieben kann dem Behälter (über die Zuordnung der Aufnahme) eine bestimmte Vorbehandlung zugeordnet werden. Das Behältermagazin steht so lange, bis der vorbehandelte Behälter wieder an das Behältermagazin übergeben wurde. Dann dreht sich das Behältermagazin weiter. An geeigneter Position wird der Behälter an die Druckeinrichtung übergeben. Auch das kann mittels eines Taktsignals ausgelöst werden. Der dem Behälter bzw. seiner Aufnahme zugeordnete Aufdruck wird auf den Behälter gedruckt und der zugeordnete Trocknungsschritt und/oder Härtungsschritt wird ausgeführt. Wiederum steht das Behältermagazin, bis der Behälter bedruckt ist und wieder an das Behältermagazin übergeben wurde. Ebenfalls gesteuert durch die Steuereinrichtung wird der Behälter wieder an das Behältermagazin und anschließend an den Entnahmestern übergeben.
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Bei der Steuerung ist zu beachten, dass jedes Mal nach dem Abgeben eines Behälters aus einer Aufnahme des Bestückungssterns dieser Aufnahme erneut ein Aufdruck zugeordnet werden muss, sofern nicht der gleiche Aufdruck nochmals verwendet werden soll.
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Es sei darauf hingewiesen, dass einige der oben beschriebenen Schritte nicht zwangsläufig durch eine zentrale Steuereinrichtung gesteuert werden müssen, sondern auch durch mechanische oder Daten-Koppelung der Elemente untereinander oder durch eine eigene Steuerung, gegebenenfalls in Kombination mit Sensoren, ausgeführt werden können. Die Steuereinrichtung muss lediglich sicher stellen, dass die Zuordnung zwischen einer Aufnahme des Bestückungssterns, und somit einem Behälter, und einem Aufdruck (und gegebenenfalls einer Vorbehandlung und Trocknung/Härtung) nicht verloren geht.
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In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Fall werden die Behälter (in der Regel bis zu 10 Stück) direkt in ein Bestückungsmodul 640, hier in Form eines Transfersterns, eingestellt, das funktionell den Bestückungsstern, das Behältermagazin und den Entnahmestern in sich vereint, wobei die Behälter mittels Haltern 641 gehalten werden.
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Es versteht sich, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen genannte Merkmale nicht auf diese speziellen Kombinationen beschränkt sind und auch in beliebigen anderen Kombinationen möglich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004018189 [0003]
- EP 0727309 B1 [0003]
- EP 0265982 B1 [0003]
