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Die Erfindung betrifft ein Glasobjekt, welches wenigstens eine Oberfläche aufweist sowie eine Anlage zur Beschichtung dieses Glasobjekts.
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Bei Glasobjekten, insbesondere solchen, die in der chemischen Analytik verwendet werden, wird oft eine dauerhafte Beschriftung erfordert. Insbesondere, um Motive oder Logos auf Glasoberfläche aufzubringen, ist das Glasätzen eine besonders verbreitete Methode. Hierbei wird die Glasoberfläche so abgedeckt, dass das Motiv ausgespart wird. Anschließend werden die sichtbaren Stellen in der Glasoberfläche mit Flusssäure geätzt. Der Nachteil ist dabei, dass Flusssäure, auch Fluorwasserstoffsäure (FH) eine hochgiftige und starkätzende Flüssigkeit ist. Sie erfordert daher hohe Sicherheitsmaßnahmen in der Anwendung und ist nur schwer zu entsorgen.
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Andere Verfahren zur Glasbeschriftung, insbesondere Glasgravuren, beispielsweise mittels eines Lasers, greifen noch stärker als das Glasätzen die Glasoberfläche lokal an und schaffen damit Sollbruchstellen. Insbesondere, wenn das Glas anschließend einer technischen Verwendung, insbesondere im Bereich der chemischen Analytik ausgesetzt ist, kommt es durch die so entstehenden Sollbruchstellen zu verstärktem Glasbruch, weshalb diese Möglichkeit der Beschriftung ebenfalls nur eingeschränkt sinnvoll ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein beschriftetes Objekt sowie eine Anlage zur Beschriftung eines Glasobjektes bereitzustellen, bei dem eine dauerhafte Beschriftung ohne Beanspruchung der Glasoberfläche vorliegt.
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Diese Aufgabe wird für das Glasobjekt selbst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein solches Glasobjekt hat wenigstens eine Oberfläche. Diese Oberfläche weißt erfindungsgemäß eine Beschichtung mit einer Mischung auf, welche ein Metall und/oder eine Metallverbindung enthält. Diese Beschichtung ist dauerhaft.
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Dauerhaft im Sinne der Erfindung bedeutet, dass sie weder abwaschbar noch in einfacher Form mechanisch entfernbar ist und viel mehr zwischen der Glasoberfläche und der Mischung ein Verbund besteht. Dieser Verbund ist dadurch hergestellt, dass die Mischung mit einem Laserstrahl, mit einer Leistung von 5 bis 25 Wcw, insbesondere 18 bis 22 Wcw bestrahlt wurde.
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Die Leistung des Laserstrahls und das verwendete Metall oder die verwendete Metallverbindung sind dabei vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass sie bei der aufgebrachten Leistung schmelze. Besonders bevorzugt sind hier Metalloxide. Besonders bevorzugt sind hier Alkalimetalloxide, Erdalkalimetalloxide, Alumosilikate und Alumoborate, aber auch Nitrid- und Carbid-Metallverbindungen.
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Alternativ oder ergänzend kann auch SiO2 diejenige Komponente sein, welche schmilzt. Indem durch diese Bestrahlung die Mischung an den bestrahlten Oberflächenteilen in sich schmilzt und an der Oberfläche an schmilzt, entsteht eine haltbare und dauerhafte Beschriftung.
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Die Farbe dieser Beschriftung ist einstellbar durch Zumischungen von anorganischen oder organischen Pigmenten. Insbesondere geeignet sind hier Zumischungen von Carbon Black, da diese selbst keine Reaktion mit dem Laserstrahl zeigen. Carbon Black ist ein schwarzer, pulverförmiger Feststoff, der je nach Qualität und Verwendung zu 80 % bis 99,5 % aus Kohlenstoff besteht. Er wird gezielt als Industrie-Grundstoff hergestellt. Kennzeichnend für diesen Industrieruß ist zweckbedingt eine Modifikation des Kohlenstoffs mit hohem Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis, weshalb er unter anderem als Schwarzpigment verwendet wird. Der Vorteil von Carbon Black liegt darin, dass er hitzebeständig ist.
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Die Verwendung von jedweden anderen absorbierenden Materialien ist jedoch ebenso denkbar, sofern die Materialien nicht durch die Lasereinstrahlung und/oder die spätere Verwendung, beispielsweise in der chemischen Analytik, verändert werden. Insbesondere Pigmente aus dem Bereich der keramischen Farben, beispielsweise in Form von Vanadium oder Cadmiumverbindungen können Anwendung finden, da sie sich unter Laserbestrahlung inert vehalten.
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Besonders bevorzugt ist, dass das erfindungsgemäße Glasobjekt in der chemischen Analytik genutzt wird. Glasobjekte für die Nutzung in der chemischen Analytik sind verstärkten Anforderungen hinsichtlich thermischer und chemischer Stabilität unterworfen, weshalb die üblichen Beschriftungsverfahren, die in der bereits beschriebener Weise die Glasoberfläche schwächen, nur bedingt zum Einsatz kommen können. Zudem erfordert die chemische Analytik häufig eine individuelle Beschichtung abhängig von verwendeten Verfahren oder Anlagen. Übliche Verfahren sind nicht geeignet, die Beschriftung individuell an Kleinstmengen anzupassen.
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Häufig haben solche Glasobjekte eine zylindrische Form und sind an einer oder beiden Grundflächen des Zylinders offen, so dass sie rohrförmig ausgebildet sind. Insbesondere Rohre werden häufig in der chemischen Analytik verwendet.
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Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Glasobjekts als Reduktionsrohr. Derartige Reduktionsrohre werden in sogenannten Reduktionsöfen eingesetzt, wobei die Probe innerhalb dieser Rohre thermisch behandelt wird und sich als Folge davon mit unterschiedlichen Reaktionszeiten in andere, detektierbare Komponenten umwandelt und so mit verschiedenen Retentionszeiten später detektiert wird. Diese Rohre werden im Analysenbereich verwendet, wobei abhängig von der zu untersuchenden Probe die Rohre individuell befüllt werden müssen. Die Beschriftung dient dann als Skalierung für die Befüllung mit den einzelnen Komponenten.
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Weiterhin handelt es sich bei dem verwendeten Glas vorzugsweise um Quarzglas, da dieses eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.
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Wie bereits erläutert, ist es besonders bevorzugt, wenn die Beschichtung so aufgebracht ist, dass sie wenigstens teilweise als Skalierung verwendet werden kann. Dies ermöglicht es, die Rohre immer wieder neu zu füllen.
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Ebenso ist es bevorzugt, wenn die Beschichtung eine Identifizierung des Herstellers erlaubt. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn die in der chemischen Analytik zur Anwendung kommenden Verbrennungsöfen beschädigt werden, weil vom Anwender minderwertige Glasrohre eingesetzt werden. Als Folge davon können Glasrohre im Ofen aufgrund der thermischen Behandlung explodieren und den Ofen schädigen. Für den Vertreiber solcher Öfen ist es daher von besonderer Wichtigkeit zu erkennen, ob der Ofen in Folge der Verwendung von nicht lizensiertem Glasmaterial beschädigt wurde oder ob tatsächlich ein Garantiefall vorliegt.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Mischung eine UV-aktive Substanz beigemischt wurde, welche nur innerhalb eines engen, dem Hersteller der Öfen bekannten Frequenzbereich sichtbar wird. Dann kann anhand der eingeschickten Splitter der Hersteller klar erkennen, ob ein von ihm freigegebenes und zertifiziertes Rohr verwendet wurde und somit ein Garantiefall vorliegt, oder ob die Garantie ausgeschlossen ist, weil nicht lizensierte Verbrennungsrohre zum Einsatz kamen.
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Die Erfindung umfasst weiterhin auch eine Anlage zur Beschichtung eines Glasobjekts mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Eine solche Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Beschichtungsapparat aufweist, in dem auf diejenige Oberfläche, die wenigstens teilweise die Beschichtung aufweisen soll, eine Pulverbeschichtung aufgebracht wird, welche wenigstens einem Metall und/oder einer Metallverbindung enthält. Weiterhin weist eine solche Anlage eine Laserbeschriftungsvorrichtung auf, bei der ein Laserstrahl wenigstens teilweise die Pulverbeschichtung schmilzt, so dass sich an dieser Stelle eine dauerhafte, mit der Glasoberfläche verbundene Beschichtung ausbildet. Ferner weist die Anlage noch ein Waschsystem auf, in dem diejenigen Teile der Pulverbeschichtung, die nicht durch den Laser geschmolzen wurden, abgewaschen werden.
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Diese Anlage ermöglicht es, halb oder vollständig automatisiert Glasoberflächen mit identischer Beschriftung zu versehen, welche dauerhaft haltbar sind und die Glasoberfläche nicht beschädigen.
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Vorzugsweise umfasst die Anlage weiterhin einen Warenträger. In diesen werden die Glasobjekte eingesetzt und in diesem Warenträger nacheinander zu dem Beschichtungsapparat, der Laserbeschriftungsvorrichtung und dem Waschsystem transportiert. Dadurch kann eine stärkere Automatisierung des Ablaufs erreicht werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Warenträger mehrere Glasobjekte gleichzeitig fassen kann, da so die Effizienz deutlich gesteigert wird.
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Eine ergänzende oder alternative vorzugsweise Ausgestaltung sieht vor, dass der Warenträger eine oder mehrere Öffnungen des Glasobjekts bzw. der Glasobjekte abdichtet. Über einen Stopfen oder ähnliches kann so sichergestellt werden, dass falls es sich um einen Glaszylinder mit einer Öffnung oder gar einem Glasrohr handelt, kein Pulver oder Waschflüssigkeit eintritt und das Rohr im Inneren kontaminiert.
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Vorzugsweise weist der Beschichtungsapparat zudem eine Sprühdüse auf, über die die Mischung auf die Glasoberfläche aufgebracht werden kann, da so eine besonders gleichmäßige Verteilung der Mischung sichergestellt ist.
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Weiterhin soll der Beschichtungsapparat und/oder die Laserbeschriftungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform wenigstens ein Mittel aufweisen, mit dem das Glasobjekt bewegt werden kann. So kann zum einen ebenfalls eine gleichmäßige Beschichtung sichergestellt werden. Insbesondere bei gebogenen Oberflächen, wie etwa bei Rohren, kann durch diese Bewegung auch ein immer gleicher Abstand zu dem Laserstrahl eingestellt werden, so dass die Beschriftung mit gleichbleibender Qualität aufgebracht wird.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn das Mittel einer Rotation bewirkt, da so die Beschichtung von Rohren und ähnlichen Rundkörpern einfach möglich ist.
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Schließlich hat es sich als bevorzugt herausgestellt, wenn das Waschsystem Wasser als Waschmittel verwendet, da dieses Wasser einfach verfügbar ist und keine weiteren Lösungsmittel mit entsprechendem Kreislauf zur Wiederaufreinigung verwendet werden müssen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
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Es zeigen
- 1 schematisch die erfindungsgemäße Anlage und
- 2 einen Warenträger.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Anlage, in der mit Hilfe eines Warenträgers 40 ein Glasrohr 50 eingebracht wird. Das Glasrohr 50 steht stellvertretend für jede Form eines Glasobjektes, es werden hier jedoch die Besonderheiten eines runden und zu verschließenden Gegenstandes aufgezeigt. Das Glasrohr 50 ist verschlossen durch die Stopfen 41. Innerhalb der Beschriftungsvorrichtung 10 wird über einen Sprühkopf 11 eine Mischung verteilt, welche Metall und/oder ein Metalloxid enthält.
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Anschließend wird das Glasobjekt 50 mit dem Warenträger 40 in die Laserbeschriftungsvorrichtung 20 transportiert. Dort wird über wenigstens einen Laser lokal Energie auf die Oberfläche des Glasobjektes 50 aufgebracht, so dass die aufgebrachte Mischung dort lokal anschmilzt und eine dauerhafte Beschriftung bildet. Über nicht dargestellte Mittel kann das Glasobjekt 50 bewegt werden, so dass der Abstand zwischen Glasobjekt und Laser immer gleichbleibt.
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Anschließend gelangt das Glasobjekt 50 über den Warenträger 40 in ein Waschsystem 30, in dem es beispielsweise über die Sprühköpfe 31 mit Wasser abgewaschen wird, so dass nicht angeschmolzene Mischung entfernt wird und die von dem Laser aufgebrachte Beschriftung sichtbar wird.
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In 2 sieht man einen Warenträger 40, welcher in der Lage ist, mehrere Glasobjekte 50 gleichzeitig aufzunehmen und mit Stopfen 41 zu verschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Beschichtungsapparat
- 11
- Sprühdüse
- 20
- Laserbeschriftungsvorrichtung
- 21
- Laserkopf
- 30
- Waschsystem
- 31
- Waschsprühkopf
- 40
- Warenträger
- 41
- Stopfen
- 50
- Glasobjekt
