DE19516863A1 - Verfahren zur individuellen Kennzeichnung von Werkstücken aus Glas, Glaskeramik oder Keramik und nach dem Verfahren gekennzeichnete Werkstücke - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur individuellen, tempe­ ratur-, säure-, und abriebbeständigen, maschinen- und scannerlesbaren Oberflächen-Kennzeichnung auf Bereichen von Werkstücken aus Glas, Glaske­ ramik oder Keramik, wie beispielsweise Bildschirmen, Bildschirmtrichtern, Laborgläsern, optischen Gläsern, Brandschutzgläsern, Kochflächen oder ke­ ramischen Bauteilen.

Sie betrifft weiterhin auch nach diesem Verfahren gekennzeichnete Werk­ stücke.

Für die Aufbringung einer Kennzeichnung auf solchen Werkstücken sind bis­ her vier Verfahrenswege gebräuchlich:

• - direktes Aufbringen einer Beschriftung z. B. mit einem Strahl­ drucker,
• - Aufbringen einer Kontrastschicht und anschließendes "Eingravieren" der Beschriftung, z. B. mittels eines Lasers,
• - Aufbringen von zwei Schichten und Beschriftung durch partielles Ent­ fernen der oberen Schicht,
• - mittels Zusatzstoffen, die in den Werkstücken mit enthalten sind und mit Hilfe von energiereicher Strahlung aktiviert werden können.

So ist aus der DE 36 20 233 C2 ein Verfahren zur Kennzeichnung von Werk­ stücken aus Glas, Keramik oder Porzellan, wie Bildröhren oder optische Gläser, bei Temperaturen oberhalb 300°C bekannt, wobei auf das heiße Werkstück eine 50 bis 1000 nm dicke, als Kennzeichnungsfeld dienende Trä­ gerschicht aus Titan, Vanadium oder Graphit enthaltendem, auf dem heißen Werkstück kondensierendem und sich verfestigendem Material unter Schutz­ gasatmosphäre aufgedampft wird, und die Kennzeichnung durch partielles Entfernen der Trägerschicht mittels Laserstrahlen erzeugt wird.

Die Europäische Patentschrift EP 0 233 146 B1 beschreibt ein Verfahren zur Laserbeschriftung von keramischen Materialien, Glasuren, keramischen Gläsern und Gläsern, die mindestens einen strahlungsempfindlichen Zusatz­ stoff enthalten, wobei als Energiestrahler ein Laser verwendet wird, und die Energiestrahlung entsprechend der Form des aufzubringenden Schriftzei­ chens auf die Oberfläche des zu markierenden Materials gerichtet, gegebe­ nenfalls fokussiert wird, wodurch an den bestrahlten Stellen eine Verfärbung entsteht, wobei man als Energiestrahlen Laserlicht, dessen Wel­ lenlänge im nahen UV- und/oder sichtbaren und/oder IR-Bereich liegt, und als strahlungsempfindlichen Zusatzstoff ein anorganisches Pigment verwen­ det, ohne daß die Oberfläche des beschrifteten Materials von Auge erkenn­ bar beschädigt wird.

In der EP 0 391 848 A1 ist ein Verfahren zur Laserbeschriftung von kera­ mischen Materialien, Glasuren, keramischen Gläsern und Gläsern in an sich beliebiger Form offengelegt, wobei man auf dem zu beschriftenden Material eine 100 bis 10 000 Å dicke transparente Titandioxidschicht aufbringt und dann diese Oxidschicht mit einem gepulsten Laser bestrahlt, wobei die Strahlung entsprechend der Form der aufzubringenden Markierung auf die Oxidschicht gerichtet wird, und daß man Laserlicht mit einer Wellenlänge verwendet, welches durch die Oxidschicht genügend absorbiert wird, so daß an den bestrahlten Stellen eine Verfärbung der Oxidschicht erzeugt wird.

Aus der US Patenschrift 4,514,456 ist ein Verfahren zur Herstellung einer maschinen-lesbaren, codierten Kennzeichnung auf der Oberfläche eines Werk­ stücks aus Glas zu entnehmen, wobei

• - auf einem ausgewählten Bereich dieses Werkstücks eine Beschichtung aufgebracht wird, die aus einer ersten wäßrigen Suspension aufgebaut wird, die nur bestimmte Pigmentteilchen und einen bestimmten Alkali- Silikat-Binder enthält, und wobei
• - diese erste Beschichtung dann getrocknet wird, und anschließend
• - auf diese getrocknete, erste Beschichtung eine zweite Beschichtung aufgebracht wird, die aus einer zweiten wäßrigen Suspension aufge­ baut wird, die eine zweite und andere Art von Pigmentteilchen und ei­ nen zweiten Alkali-Silikat-Binder enthält und wobei dann
• - die überlagernde zweite Beschichtung getrocknet und
• - durch partielles Entfernen der zweiten überliegenden Schicht eine Vielzahl von Kennzeichnungen erreicht werden kann.

Dabei besteht einer dieser Alkali-Silikat-Binder erfindungsgemäß aus einer Mischung aus gelöstem Natriumsilikat, gelöstem Kaliumsilikat und einer Li­ thium-stabilisierten kolloidalen SiO₂-Lösung.

Aus der EP 0 296 312 A2 ist es weiterhin auch bekannt, z. B. Resinate zur Erzeugung von Edelmetallglanzschichten, als Kontrastschichten zu verwen­ den, was jedoch ohne den Zusatz von Glaslot keine haft- und kratzfesten Kontrast-Schichten ergab. Der Zusatz und das Einmischen von Glaslot brach­ ten aber weitere Probleme bei diesem Kennzeichnungsverfahren auf Basis der sehr teueren Ag-Resinate.

Für Hohlglas ist es Stand der Technik eine Siebdruckfarbe auf Aluminium -Basis als Kontrastschicht aufzubringen.

Diese Farbe besteht aus einem sehr fein gemahlenen Aluminiumpulver, Siebdruckfirnis und Siebdrucköl. Die zähflüssige Farbe, die bei Erwärmung dünnflüssiger wird, kann dann z. B. auch mittels Pinsel, Tampon, Rollen oder Sprühen dort aufbracht werden. Eine fortlaufende Kennzeichnung kann dann durch partielles Entfernen der Schicht aufgebracht werden.

Alle aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen befriedigen aber leider nicht,

• - weil sie entweder zu aufwendig und teuer sind,
• - weil sie nur auf das heiße Werkstück aufgebracht werden können,
• - weil die damit erzielten Beschriftungen nicht temperatur-, säure-, wasser- oder abriebbeständig sind, oder
• - weil sie für eine Maschinenlesbarkeit zu wenig kontrastreich und/oder
• - weil sie für eine sich bei jedem Werkstück ändernde individuelle Identifikations-Kennzeichnung zu unflexibel sind oder auch,
• - weil sie die Oberfläche des Werkstücks möglicherweise schädigen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein technisch einfaches, schnellarbei­ tendes, preisgünstiges Verfahren zur dauerhaften und individuellen und ma­ schinenlesbaren Identifikationskennzeichnung von nicht temperaturbeaufschlagten, kalten Werksstücken aus Glas, Glaskeramik oder Keramik bereitzustellen, um jedes Werkstück von der Herstellung bis zu seiner Entsorgung oder seiner Wiederaufbereitung eindeutig, besonders im Hinblick auf seinen Hersteller, auf seine chemische Zusammensetzung, seine speziellen Besonderheiten, wie z. B. umweltrelevante Zusätze, und/oder Be­ schichtungen, seinen Herstellungstag und seine Produktionslinie identi­ fizieren zu können.

Desweiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren aufzuzeigen, das Kennzeichnungen liefert, die allen chemischen und physikalischen Einflüs­ sen während der Produktion der Werkstücke und während ihrer gesamten Le­ bensdauer standhalten, und so auch eine Überwachung und Steuerung des Fertigungsprozesses des Werkstücks an sich und eines eventuell nachge­ schalteten Einbaues dieses Werkstücks in eine übergeordnete Einheit er­ möglichen.

Nicht zuletzt ist es auch die Aufgabe, die grundsätzlichen Voraussetzungen zu schaffen, um den Anforderungen der Qualitätsnorm ISO 9000 ff. zu genü­ gen.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf einfache, aber effektive Weise dadurch gelöst, daß die Oberflächen der zu kennzeichnenden Bereiche der Werk­ stücke, insbesondere durch Sandstrahlen mechanisch vergrößert werden und auf die so vorbereiteten Oberflächenbereiche die gewünschten Kennzeich­ nungen mittels eines Tintenstrahldruckers, unter Verwendung handelsübli­ cher Tinten auf die nicht temperaturbeaufschlagten, kalten Werkstücke aufgebracht werden. Unter kalt sollen dabei auch Temperaturen bis ca. 120 °C verstanden werden.

Durch die erfindungsgemäße, gezielte Oberflächenbehandlung durch Sand­ strahlen ist es gelungen, die Oberfläche der Werkstücke so vorzubereiten, daß die Haftung der Tinte auf Glas, Glaskeramik und Keramik soweit verbes­ sert werden konnte, daß sie den Herstellungsprozeß ohne jeden Schaden übersteht, und z. B. eine auf das Werkstück aufgebrachte Barcodekennzeich­ nung zu jedem Zeitpunkt der Produktion problemlos mit einem Standardscan­ ner gelesen werden kann.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung soll das folgende Ausfüh­ rungsbeispiel dienen:
Die Glasteile werden auf einer Rundtischpresse gepreßt. Nach dem anschlie­ ßenden Einschmelzen der metallischen Pins werden die Teile in einem Kühl­ band definiert abgekühlt. Die Teile werden von einem Roboter aus dem Kühlband entnommen und auf einem Transportband abgelegt.

Das zu beschriftende kalte Glasteil, z. B. ein Bildschirm, wird über das Transportband zur Zentrier-Station gefördert. Mit einem Sandstrahlgerät, z. B. des Typs TWS "GS-sig." der Fa. Goldmann, Mannheim wird dann die zu beschriftende Fläche aufgerauht. Im vorliegenden Fall beträgt die Größe des Bereiches z. B. ca. 20×100 mm. Es können alle zugelassenen Strahl­ mittel mit Körnungen zwischen 60 und 800 verwendet werden. Die Strahlzeit beträgt zwischen 0,1 und 10 s. Im beispielhaften Fall hat sich der Einsatz von Korund mit einer Körnung von 240 und einer Strahlzeit von ca. 1 sec. als günstig erwiesen.

Das Werkstück wird anschließend mit einem Ink-Jet z. B. einem TSSG 203 SP der Firma Wiedenbuch beschriftet.

Der Abstand zwischen Druckkopf und Werkstück beträgt zwischen 5 und 20 mm. Für die Markierung wird eine handelsübliche Tinte eingesetzt. Die Auswahl der Tinte richtet sich dabei nach der für die Anwendung geforderten Be­ ständigkeit und der gewünschten Farbe. Im hier vorliegenden Fall wird eine weiße, pigmentierte Tinte auf MEK-Basis (Methyl-Ethyl-Keton) eingesetzt. Mit dieser Tinte ergibt sich eine wasser- und kratzfeste Beschriftung, mit gutem Kontrast zum Untergrund.

Die Beschriftung kann als Barcode oder als Klarschrift aufgebracht werden. Neben dem Aufbringen einer Beschriftung ist es auch möglich Grafiken oder Logos aufzubringen.

Ein durchschnittlicher Kennzeichnungsvorgang, wie oben beschrieben dauert etwa 6-8 sec.

Anschließend wird das Werkstück auf Sicht und Maßfehler überprüft. Danach erfolgt das Schleifen und Polieren der Bildschirmoberfläche, sowie der Lötkante. Dabei kommt die Kennzeichnung mit Wasser (pH-Wert 8,5-9; Tem­ peratur ca. 40-50°C) in Berührung. Beim folgenden Waschprozeß wird Was­ ser mit einer Temperatur bis zu 100°C eingesetzt. Die Markierung wird zusätzlich auch noch durch die Waschbürsten mechanisch beansprucht. Nach einer abschließenden Sichtkontrolle wird das Teil verpackt.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung und der nach ihr hergestellten Kennzeichnungen sind:

• - die erfindungsgemäße Kombination zweier bekannter und erprobter Ver­ fahrenstechniken, nämlich Sandstrahlen und Tintenstrahldrucken löst die bisher unzureichend umgesetzten Aufgaben einfach, preisgünstig und gut,
• - die Kennzeichnung kann auf das kalte Werkstück aufgebracht werden, wodurch lokale Temperaturunterschiede und dadurch Thermo-Spannungen im Werkstück vermieden werden (mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher auch-möglich vorgespannte Gläser zu kennzeichnen),
• - die Kennzeichnungen und Beschriftungen sind temperatur-, säure-, was­ ser- und abriebbeständig,
• - die Kennzeichnungen sind ausreichend kontrastreich, um problemlos und korrekt, insbesondere von Scannern identifiziert zu werden,
• - sehr hohe Flexibilität, mit der Folge, für jedes Werkstück eine indi­ viduelle Kennzeichnung erhalten zu können, auch bei sehr schnell lau­ fenden Prozessen und hohen Werkstoffstückzahlen pro Zeiteinheit,
• - leichte Einstellung und Anpassung der Verfahrensparameter auf un­ terschiedlichste zu kennzeichnende Werkstoffe, wie z. B. mit ver­ schiedenen Farben und Farbzusammensetzungen (Tinten), Dauer- und Körnung beim Sandstrahlvorgang, oder Farbauftragsdicke durch geeigne­ te Einstellung des Tintenstrahldruckers,
• - die Oberfläche des Werkstücks wird durch Sandstrahlen unter geeigne­ ten Parametern, wie sinnvoller Einwirkdauer und angepaßter Körnung nur soweit verändert, daß keinerlei Schädigung erfolgt.

Claims (3)

1. Verfahren zur individuellen, temperatur-, säure-, und abriebbeständi­ gen, maschinen- und scannerlesbaren, oberflächlichen Kennzeichnung, auf Bereichen von Werkstücken aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, wie Bildschirmen, Bildschirmtrichtern, Laborgläsern, optischen Gläsern, Brandschutzgläsern, Kochflächen und keramischen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der zu kennzeichnenden Bereiche der Werkstücke vergrößert und auf die so vorbereiteten Oberflächenbereiche die ge­ wünschten Kennzeichnungen mittels eines Tintenstrahldruckers auf die nicht temperaturbeaufschlagten, kalten Werkstücke aufgebracht wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der Oberflächen der zu kennzeichnenden Bereiche mechanisch, insbesondere durch Sandstrahlen erreicht wird.

3. Werkstücke aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, gekennzeichnet nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2.