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Die Erfindung bezieht auf ein beschriftetes flächenhaftes Material mit einer thermoreaktiven Beschriftungsschicht sowie eine Beschriftungsvorrichtung zum Beschriften des flächenhaften Materials.
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Ein derartiges beschriftetes flächenhaftes Material ist z. B. ein Etikett, insbesondere Klebeetikett, auf dem als Beschriftung ein Barcode aufgebracht ist, wobei ein gut lesbarer Kontrast der aufgebrachten Striche sowie scharfe Konturen für eine zuverlässige optische Erfassung der Information erforderlich sind. Die Beschriftung solcher Etiketten erfolgt herkömmlich in der Regel mit einem Thermotransferverfahren bzw. einem Thermodirektverfahren. Hierbei wird die Beschriftung mittels Thermokopf bzw. Thermoleisten bewirkt, die in einer Beschriftungsvorrichtung angeordnet sind. Die Thermoleisten sind anfällig und das damit ausgerüstete Drucksystem stellt insbesondere bei geringen Baugrößen ein Problem beim Einbau in Produktionsanlagen dar. Außerdem sind sie anfällig für Verschmutzung.
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Auch stellen der Bedarf an Verbrauchsmaterialien, wie Thermotransferbänder und Druckleisten, hohe Wartungskosten sowie in manchen Anwendungsfällen niedrige Geschwindigkeiten bei der Beschriftung Nachteile dar.
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Auch ist es bekannt, mittels eines Farbumschlagverfahrens Informationen auf flächenhaftem Material aufzubringen, wobei ein Lack mit Pigmenten angerührt und aufgetragen wird und anschließend die Lackschicht mittels darauf abgestimmten Laserlichts belichtet wird, um die Pigmente zu aktivieren und einen Farbumschlag zu erzeugen. In vielen Fällen ist auch eine derartige Vorgehensweise umständlich. Bei einer solchen Schicht mit Pigmenten handelt es sich nicht um eine thermoreaktive Schicht. Des Weiteren sind Beschriftungen mit Toner bekannt, die aber ein aufwändiges elektrostatisches Übertragungsverfahren erfordern.
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Zu vorstehend genannten Verfahren und Vorrichtungen zum Beschriften flächenhaften Materials gibt es im Stand der Technik zahlreiche Beispiele. So zeigt die
DE 100 22 876 B4 eine mehrschichtige Etikettenanordnung, bei der unterschiedlich tief liegende Schichten auf unterschiedliche Weise beschriftet werden können, beispielsweise durch wärmeinduzierte Farbänderung oder ein Entfernen einer Schicht durch Ablation oder Karbonisierung. Ein mittels eines Thermokopfs beschriftbares bzw. beschreibbares thermoreaktives Beschriftungsmaterial ist in dieser Druckschrift nicht angesprochen.
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Die
DE 41 08 377 A1 zeigt beschreibbares Folien-Papier-Laminat mit wärmeempfindlichem Registrierpapier. Das Laminat lässt sich von einer Seite her mittels Wärmeschreiber in Form einer Laseranordnung beschreiben. Auch hierbei ist ein mit einem Thermokopf beschreibbares thermoreaktives Material nicht angesprochen.
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Die
DE 20 2007 011 960 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Übertragen von Transferbildern auf ein Produkt, wobei ein Laser zum Schreiben von Informationen auf die Transferbilder vorhanden ist. Ein Transferband besteht dabei aus einem Trägerband, z. B. aus Papier, auf dem eine Lackschicht aufgebracht ist, mit geeigneten Druckfarben, auf deren Oberfläche eine Heißkleberschicht aufgetragen ist.
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In der
DE 20 2007 002 334 U1 ist ein Etikettierer mit integriertem Laserbeschrifter angegeben, wobei im Inneren des Etiketts eine laseraktive Schicht angeordnet ist, wobei es aber ebenfalls nicht um ein mit einem Thermokopf beschreibbares Material mit thermoreaktiver Beschriftungsschicht geht.
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Die
DE 695 21 045 T2 zeigt lasermarkierbare Plastiketiketten und die
DE 693 11 881 T2 eine Drucktinte ohne Deckschicht, bedingt durch die Wirkungsweise, für die Laserbeschriftung. Hierbei wird Farbentwickler verwendet.
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In der
US 2007/0068630 A1 wird zur Beschriftung eine thermochrome Schicht verwendet, die mit Laser beschriftbar ist.
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In der
US 5,340,628 A ist vorgeschlagen, eine wärmeempfindliche Lösung auf Papier aufzubringen, vor der sich eine Kunststoffbeschichtung befindet. Hierbei werden Partikel mittels eines Lasers bestrahlt, die sich ablösen.
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Die
WO 2001/59745 A1 zeigt ein ablatives Verfahren, wie auch die
WO 1998/45827 A1 .
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Auch in der
JP 2008-225214 A ist eine mit einem Laser beschreibbare Aufzeichnungsschicht vorhanden, wobei aber ebenfalls keine Beschriftung mit einem Thermokopf vorgesehen ist.
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Weitere mit Laser beschriftbare flächenhafte Materialanordnungen zeigen auch die
JP 2007-125733 A , die
JP 2005-014492 A , die
JP 2000-075794 A und die
KR 10 2006 002 7501 A . Jedoch geht es auch in diesen Druckschriften nicht um mittels Thermokopf beschreibbare flächenhafte Materialien mit thermoreaktiver Beschriftungsschicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein beschriftetes flächenhaftes Material bereit zu stellen, bei dem die Beschriftung optisch klar erkennbar und dauerhaft mit möglichst einfachen Maßnahmen aufbringbar ist, und auch eine dafür geeignete Beschriftungsvorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 und des Anspruches 6 gelöst.
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Hierbei ist bei dem beschrifteten flächenhaften Material vorgesehen, dass die Beschriftung mittels eines auf die Beschriftungsschicht gerichteten, auf diese auftreffenden Laserstrahls erzeugt ist.
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Bei der Beschriftungsvorrichtung ist vorgesehen, dass sie ein Beschriftungsgerät mit einer Lasereinheit und eine Zuführvorrichtung für zu beschriftendes flächenhaftes Material aufweist, das eine thermoreaktive Beschriftungsschicht aufweist.
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Es hat sich nach langwierigen vergeblichen Untersuchungen, die an herkömmlichen Beschriftungsverfahren orientiert waren, gezeigt, dass der durch herkömmliche Verfahren vorgezeichnete Weg nicht zu befriedigenden Ergebnissen, beispielsweise zum Herstellen von Etiketten mit Strichcode oder zum Herstellen ähnlichen beschrifteten flächenhaften Materials, geeignet war. Überraschend hat der Erfinder festgestellt, dass seit langem an sich bekanntes, herkömmlich für Thermodruck eingesetztes Papier mit thermoreaktiver Beschriftungsschicht durch Belichtung mit Laserlicht sehr kontrastreich und schnell sowie dauerhaft beschriftet werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des beschrifteten Materials bestehen darin, dass die thermoreaktive Beschriftungsschicht auf einem Papierblatt, einem anderen Folienmaterial oder einer Kartonage aufgebracht ist. Somit können nicht nur auf Papier, sondern beispielsweise auch auf Kartonagen oder auf Folienmaterial, das auf Gegenständen aufgebracht ist, schnell und dauerhaft Beschriftungen maschinell aufgebracht werden.
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Zusätzlich können dabei zum Schutz die Maßnahmen getroffen sein, dass das flächenhafte Material mit einer zumindest auf die thermoreaktive Beschriftungsschicht aufgetragenen Abdeckschicht versehen ist. Dadurch wird auch einer Verschmutzung bzw. einem Verschleiß des beschrifteten Materials, beispielsweise einem Papier, vorgebeugt, wobei ein Papierblatt auf seiner Oberseite und Unterseite mittels der Abdeckschicht geschützt sein kann.
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Für eine gute Beschriftungsqualität ist vorteilhaft vorgesehen, dass zwischen der thermoreaktiven Beschriftungsschicht und der Informationsträgerschicht ein Vorstrich einer Auftragsstärke von bis zu 12 g/m2 aufgebracht ist.
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Eine gute Beschriftungsqualität bei vorteilhaftem Aufbau des gesamten Verbunds des beschrifteten Materials ergibt sich dadurch, dass die Stärke des Vorstrichs im Bereich von 1,6 g/m2 und 9,6 g/m2 beträgt. Dabei ergeben insbesondere dünnere Stärken des Vorstrichs in dem genannten Bereich, also etwa in dem Bereich zwischen 1,6 g/m2 und 9 g/m2, den Effekt, dass geringere Anfälligkeit gegen Vergilben bzw. andere negative Lichteinflüsse auftritt.
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Ferner wird die Qualität des beschrifteten Materials dadurch begünstigt, dass die Stärke der Abdeckschicht bis zu 10 g/m2 beträgt, insbesondere wenn vorgesehen ist, dass die Abdeckschicht zwischen 6 g/m2 und 9 g/m2 beträgt. Die Abdeckschicht bietet hierbei einen guten Schutz gegen physikalische, mechanische und chemische Einflüsse. Dabei bleibt eine gute Verarbeitbarkeit des beschrifteten Materials, z. B. beim Aufbringen als Etikett, erhalten.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht ferner darin, dass das flächenhafte Material ein Etikett, insbesondere Klebeetikett, ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen bestehen darin, dass die Beschriftung ein Strichcode, Matrix-Code, Text oder Grafik ist.
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Es hat sich gezeigt, dass besonders gute Beschriftungsergebnisse dadurch erzielt werden können, dass die Lasereinheit mit einem CO2-Laser oder einem YAG-Laser ausgerüstet ist.
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Dabei besteht ein vorteilhafter Aufbau darin, dass die Beschriftungseinheit eine Strahlführungsoptik mit einem optischen Faserbündel und einer Strahlablenkvorrichtung aufweist.
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Eine vorteilhafte Beschriftung und ein vorteilhaftes beschriftetes Material ergibt sich durch Verwendung eines für eine Beschriftung mit einem Thermodirektverfahren mittels Thermokopf zu beschreibenden Materials mit thermoreaktiver Beschriftungsschicht in einer Beschriftungsvorrichtung mit einem eine Lasereinheit zur Beschriftung aufweisenden Beschriftungsgerät.
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Eine für die Beschriftung und den Gebrauch vorteilhafte Ausgestaltung besteht dabei darin, dass das zu beschreibende Material eine Schichtenfolge mit einem Papierblatt als Informationsträgerschicht, einem darauf aufgebrachten, als wärmeempfindliche Thermo-Schicht ausgebildeten Vorstrich, auf dem die thermoaktive Beschriftungsschicht aufgebracht ist, und einer auf dieser aufgebrachten durchsichtigen Abdeckschicht aufweist.
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Ferner wird ein Verfahren zum Beschriften eines zu beschreibenden Materials, das mit einer Anordnung von Schichten mit einer Informationsträgerschicht, ausgebildet als Papierblatt und aufgebrachter Beschriftungsschicht und darauf aufgebrachter Deckschicht hergestellt wird, dadurch wesentlich verbessert, dass vor Aufbringen der Beschriftungsschicht auf die betreffende Oberseite der Informationsträgerschicht ein Vorstrich aufgebracht wird, der mindestens Rauigkeiten der Oberseite der Informationsträgerschicht ausfüllt und höchste Erhebungen derselben gerade überdeckt, um eine glatte Fläche zu bilden, auf der die Beschriftungsschicht aufgetragen wird, dass die Beschriftungsschicht mit thermoreaktivem Material hergestellt wird, das normalerweise für die Beschriftung mittels Thermokopf verwendet wird, und dass die Beschriftung durch die Abdeckung mittels Laserstrahls durchgeführt wird.
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Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass der als Thermo-Strich ausgebildete Vorstrich Bereich einer Stärke von 1,6 g/m2 bis 9,6 g/m2 aufgetragen wird.
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Besonders gute, kontrastreiche und dauerhafte Beschriftungen werden dabei erzielt, wenn ein Thermopapier in sogenannter Topqualität benutzt wird, wobei auf beiden Seiten schützende Abdeckschichten aufgebracht sind. Das Thermopapier ist weiß, während die erzeugte Farbe der Beschriftung schwarz ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Beschriftungsvorrichtung für Etiketten,
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2 den Aufbau eines zu beschriftenden flächenhaften Materials und
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3 eine vergrößerte Darstellung des Schichtenaufbaus des zu beschriftenden Materials.
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Bei der in 1 gezeigten Beschriftungsvorrichtung wird ein mit einem Etikett 10 zu versehender Gegenstand 1' über eine Transportvorrichtung 2 mit einem Transportband einer Aufbringstelle zum Anbringen eines Etiketts 10 zugeführt, worauf der mit dem Etikett versehene Gegenstand 1 weitertransportiert wird.
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Die Etikette 10, hier als Klebeetikette auf einem Träger aufgebracht, werden über eine Zuführvorrichtung 4 mit einer Montageplatte zu der Aufbringstelle gefördert und durchlaufen auf ihrem Weg von einer Vorratsrolle 4.1 zu der Aufbringstelle eine Beschriftungsstation mit einem Beschriftungsgerät 20, das eine Lasereinheit 21 zum Belichten der Etikette 10 aufweist. Die Zuführvorrichtung 4 mit dem Beschriftungsgerät 20 und weiteren Bauteilen ist höhenverstellbar an einem Stativ 3 angebracht.
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Auch der Abstand zwischen einer Lichtaustrittsstelle der Lasereinheit 21 bzw. dem Beschriftungsgerät 20 und der zugekehrten Oberseite der Etikette 10 ist variierbar.
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Wie die 2 und 3 zeigen, ist das zu beschriftende Material in Form der Etikette 10 mehrschichtig aufgebaut, wobei eine Informationsträgerschicht 11 (Basisschicht) in Form eines Papierblattes auf seiner Oberseite mit einer thermoreaktiven Beschriftungsschicht 11.1 beschichtet ist, die normalerweise dafür vorgesehen ist, mittels eines Thermokopfes beschriftet zu werden. Die thermoreaktive Beschriftungsschicht 11.1 ist dabei z. B. auf einem Vorstrich (Primer) 11.2 als wärmeempfindlicher Thermo-Strich aufgebracht, beispielsweise in einer Stärke von ca. 3 bis 6 g/m2. Der Vorstrich 11.2 in Form des Thermo-Strichs ist erforderlich zur Beschriftung der thermoreaktiven Beschriftungsschicht 11.1 mittels Thermokopf bzw. Thermoleiste. Der Vorstrich 11.2 ist bei dem herkömmlichen, mit einem Thermokopf zu beschriftenden Material z. B. mit einer Stärke von 10 g pro qm (g/m2) aufgebracht. In einer gewöhnlichen Qualität sind auf der Oberseite und Unterseite keine Abdeckschichten aufgebracht, während bei Ausführung in Spitzenqualität auf der Unterseite und der Oberseite Abdeckschichten 12 bzw. 13 als Schutzschichten aufgetragen sind, deren Auftragsstärke z. B. ca. 5 g/m2 beträgt. Zumindest die oberseitige Abdeckschicht 13 ist gut durchsichtig für eine gute Lesbarkeit der nach Beschriftung in der thermoreaktiven Beschriftungsschicht 11.1 enthaltenen Information ausgebildet.
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Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass insbesondere die Ausführung in Spitzenqualität bei kurzzeitiger Belichtung mit Laserlicht, beispielsweise einem CO2-Laser oder YAG-Laser, bereits bei sehr kurzer Belichtungszeit von geringen Bruchteilen einer Sekunde eine intensive Schwarzfärbung mit hohem Kontrast gegenüber dem weißen Untergrund und eine hohe Konturenschärfe der Beschriftung ergibt. Beispielsweise lässt sich dies mit einer Lasereinheit mit CO2-Laser von 10, 30 oder 60 Watt erreichen. Denkbar sind auch andere Lasertypen wie Halbleiterlaser, etwa Diodenlaser.
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Auf diesen Erkenntnissen aufbauend wurde das zu beschriftende Material mit der thermoreaktiven Beschriftungsschicht 11.1 für die Beschriftung mittels Lasers optimiert.
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Zunächst wurde versucht, mittels Lasers ein Material zu beschriften, bei dem der für die Beschriftung mit Thermoleiste bzw. Thermokopf notwendige Vorstrich 11.2 vollständig weggelassen wurde. Das Beschriftungsergebnis war dabei unbefriedigend und die Information wegen Störmustern (Fleckenmuster) und stellenweiser Ablösung der Beschriftung kaum lesbar.
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In weiteren Untersuchungen wurde ein gegenüber der Beschriftung mit Thermoleiste wesentlich dünnerer Vorstrich 11.2 aufgetragen, der wegen zu geringer Wärmeempfindlichkeit des Schichtverbundes bei Beschriftung mit Thermoleiste bzw. Thermokopf keine hinreichende Beschriftungsqualität ergab. Hingegen zeigte sich, dass bei Beschriftung mittels Lasers die Beschriftungsqualität gegenüber der üblichen Stärke des Vorstrichs 11.2, wie sie für die Beschriftung mit Thermokopf verwendet wird, praktisch unverändert hochwertig war. Für die Laserbeschriftung ist demnach in erster Linie wichtig, dass die Oberflächenrauigkeit der Informationsträgerschicht 11 (in der Regel Papier) durch den Vorstrich ausgefüllt wird (vgl. 3), so dass eine geglättete Oberfläche erhalten wird, auf der die thermoreaktive Beschriftungsschicht 11.1 in gleichmäßiger Stärke aufgetragen wird. Gegenüber der Schichtdicke für das Beschriften mittels Thermoleiste (Thermokopf) hat sich für die Laserbeschriftung eine Dicke des Vorstrichs 11.2 von ca. 20 % bis 80 % als vorteilhaft erwiesen. Bei üblicher Vorstrichstärke von ca. 8 bis 12 g/m2 ergibt dies eine Vorstrichstärke von ca. 1,6 g/m2 bis 9,6 g/m2.
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Weiter hat sich in den Untersuchungen gezeigt, dass bei Laserbeschriftung die Abdeckschicht 13 gegenüber der Beschriftung mit Thermokopf erheblich, nämlich z. B. um 100 %, vorteilhaft um 20 % bis 80 %, verstärkt werden kann. Zusammen mit der Verringerung der Vorstrichdicke (Vorstrichstärke) kann dabei die Gesamtmaterialstärke (des zu beschriftenden Materials) bei Laserbeschriftung im Wesentlichen gleich der Gesamtmaterialstärke bei Beschriftung mit Thermokopf gehalten werden jedoch hat der Aufbau des zu beschriftenden Materials mit dünnerem Vorstrich 11.2 und dickerer Schutzschicht 13 auf der Oberseite wesentliche Vorteile für die Materialbeständigkeit, nämlich hinsichtlich eines Vergilbens oder anderer Verfärbungen bzw. Ausbleichens und auch hinsichtlich physikalischer und mechanischer Einflüsse, wie Kratzfestigkeit und Feuchtebeständigkeit, oder chemischer Einflüsse bei Einwirkung schädlicher Stoffe.
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Das Material wurde mittels eines CO2-Lasers einer Leistung von 10W (Typ K-1010 SP CO2, Linse 50 × 50 mm, Brennweite 90 mm, Strahldurchmesser vor der Linse 4 mm, Strahldurchmesser im Fokus ca. 360 μm) bei verschiedenen Leistungseinstellungen (10 %, 19 %, 30 %, 50 %, 100 %) beschriftet (weitere Einstellungen: Frequenz 100, Auflösung 7, Spiegelgeschwindigkeit 21000 entspricht ca. 8333 mm/s). Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die Leistungseinstellung von 19 % sehr hohe Beschriftungsqualität ergab. In der niedrigeren Leistungsstufe war die Schwarzfärbung etwas schwächer, in den höheren Leistungsstufen 30 %, 50 % und 100 % war die Beschriftungsqualität ähnlich gut, wobei sich aber bei 100 % eine Tendenz zu leichter Ablösbarkeit bzw. Störstellen zeigte.
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Der Laserkopf kann über eine Steuerungselektronik entsprechend der herzustellenden Beschriftung alphanumerische Zeichen, beliebige Symbole, grafische Darstellungen und dgl. relativ zu dem zu beschriftenden Material bewegt werden, wobei der Laserstrahl die vorgegebene Information auf die Oberfläche der Informationsträgerschicht 11 mit der thermoreaktiven Beschriftungsschicht 11.1 schreibt. Der Laserstrahl kann dabei über eine Optik mit diskreten optischen strahlformenden Elementen und z. B. auch eine Faseroptik geleitet und auf die Informationsträgerschicht 11 gerichtet werden. Hierbei lassen sich in Folge der sehr kurzen erforderlichen Belichtungszeit sehr hohe Liniengeschwindigkeiten erreichen. Gegenüber herkömmlichen Thermotransferverfahren wird eine wesentlich höhere Geschwindigkeit bei vereinfachtem Aufbau und robuster, abriebfester Beschriftung erreicht. Auch ein starrer Beschriftungskopf mit Abbildungsoptik ist denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10022876 B4 [0005]
- DE 4108377 A1 [0006]
- DE 202007011960 U1 [0007]
- DE 202007002334 U1 [0008]
- DE 69521045 T2 [0009]
- DE 69311881 T2 [0009]
- US 2007/0068630 A1 [0010]
- US 5340628 A [0011]
- WO 2001/59745 A1 [0012]
- WO 1998/45827 A1 [0012]
- JP 2008-225214 A [0013]
- JP 2007-125733 A [0014]
- JP 2005-014492 A [0014]
- JP 2000-075794 A [0014]
- KR 1020060027501 A [0014]
