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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufspritzen
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von balkenförmigen Farbmarkierungen auf relativ bewegte Gegenstände.
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Zur Kennzeichnung von Gegenständen, wie beispielsweise Arzneimittelverpackungen,
Warenetiketten, Faltschachteln als Verpackung von Waren beliebiger Art, und ähnliches,
werden in der Praxis häufig sogenannte Balken- oder Strichcodes verwendet. Derartige
Balkencodes bestehen aus mehreren länglich-rechteckigen Farbbalken, die mit ihren
Längskanten im Abstand und parallel zueinander ausgerichtet sind. Der Informationsgehalt
eines derartigen Balkencodes ist entweder durch die unterschiedliche Breite der
Balken oder durch ihren unterschiedlichen Abstand gegeben. Die Länge der einzelnen
Balken spielt demgegenüber keine Rolle. Derartige Balkencode-Markierungen können
sehr einfach optisch dadurch abgelesen werden, daß die Codemarkierung quer über
die einzelnen Codebalken hinweg auf Helligkeitsunterschiede abgetastet werden. Damit
hierbei der Informationsgehalt sicher und unverfälscht erkannt werden kann, muß
an die einzelnen Codebalken die Forderung gestellt werden, daß - in Abtastrichtung
gesehen - sowohl die vordere Kante indes beispielsweise gegenüber dem Untergrund
dunklen Farbbalkens, als auch seine hintere Kante scharf begrenzt sind, damit ein
zur optischen Erkennung ausreichend steiler und hoher Kontrast sprung vorliegt.
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Die Aufbringung derartiger Balkencodemarkierungen auf den Träger ist
solange einfach beherrschbar, als es sich bei den Gegenständen um flächige Teile,
beispielsweise zerlegte Faltschachteln handelt. In diesem Fall können die Farbbalken
durch ein herkömmliches Druckverfahren aufgebracht werden. Wenn jedoch die Faltschachteln
bereits zusammengefaltet und mit der Ware gefüllt sind, dann können
herkömmliche
Druck- bzw. Stempelverfahren nicht mehr verwendet werden, da gewöhnlich die Faltschachteln
dem ausgeübten Preßdruck nicht standhalten. Besonders bei einer automatischen Fertigung
und Abpackung, bei der die abgepackten Endprodukte auf einer Fördereinrichtung aus
der Anlage heraustreten, stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, die in Bewegung befindlichen
Verpackungseinheiten beispielsweise mit dem Abfüll- oder Produktionsdatum und/oder
einer Warenkennzeichnung zu versehen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die es bei einfachem Aufbau
ermöglicht, Markierungen ohne Berührung oder mechanische Beanspruchung des Gegenstandes
aufzubringen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen als scheibenartigen
Rotationskörper ausgebildeten Rotor, der um seine Rotationsachse mit hoher Drehzahl
antreibbar gelagert ist, wenigstens eine mit ihrer Strahlrichtung exzentrisch auf
die zugewandte Axialfläche des Rotors ausgerichtete, von einer gesteuerten Pumpe
intermittierend und während vorbestimmbarer Zeitspannen mit Farbe beschickte Spritzdüse,
und durch einen den Rotor umfangsmäßig umgebenden, feststehenden Spritzschirm, der
im Bereich der Rotationsebene der Umfangskante des Rotors mit wenigstens einer Blendenöffnung
versehen ist.
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Eine derartige Vorrichtung wird an der Förderstrecke derzu markierenden
Gegenstände derart angeordnet, daß sich die Gegenstände an der Blendenöffnung vorbeibewegen.
Zur Erzeugung eines Farbbalkens auf dem Gegenstand wird mittels der Pumpe durch
die Düse
ein I"arbstrahl von genau definierter zeitlicher Dauer
auf die rasch rotierende Scheibe aufgespritzt. Wegeii der schnellen Rotation verteilt
sich die aufgebrachte Farbmenge sehr gleichmäßig über die Fläche des Rotors und
wandert als sehr dünne gleichmäßige Farbschicht unter der Einwirkung von Adhäsions-
und Zentrifugalkräften radial nach außen zur Umfangskante des Rotors. An der Umfangskante
löst sich die Farbschicht als in Axialrichtung sehr dünner, radial flächiger Kreisring
mit hoher Geschwindigkeit ab und trifft schließlich auf den Spritzschirm auf, wobei
jedoch ein kleiner Sektor dieses flächigen Kreisrings durch die Blendenöffnung hindurch
auf den Gegenstand auftrifft. Wenn sich der Gegenstand während dieses Auftreffvorgangs
in axialer Richtung bewegt, entsteht während des zeitlichen Verlaufs des Auftreffvorgangs
ein Farbbalken von definierter Breite, welche sich aus der Bewegungsgeschwindigkeit
des Gegenstands und der radialen Abmessung des abgelösten Kreisringsektors der Farbe
ergibt. Da die Farbe auf dem Rotor in einer sehr dünnen Schicht gleichmäßig verteilt
worden ist, ist auch die axiale Dicke des abgeschleuderten flächigen Kreisrings
aus Farbe außerordentlich klein. Beim Auftreffen des radial äußersten Teils des
ausgeblendeten Kreisrings entsteht daher eine sehr feine Linie auf dem Gegenstand,
die sich durch die Bewegung des Gegenstands zum Balken verbreitert. Diese anfängliche
feine Linie bedeutet nun aber, daß die Ansatzkante des Balkens außerordentlich präzise
und scharf ist, daß also der gewünschte steile Kontrastsprung von der beispielsweise
hellen Unterlage zum dunklen Farbbalken erzeugt wird. Eine ähnliche Uberlegung gilt
für die Hinterkante des erzeugten Farbbalkens, die dann entsteht, wenn die radial
innere Begrenzung des abgeschleuderten flächigen Kreisrings aus Farbe auf den bewegten
Gegenstand aufgetroffen ist.
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Wenn einerseits für den Farbbalken besonders hohe Anforderungen an
die Schärfe der Vorder- und Hinterkante und andererseits auch ein hoher Sättigungsgrad
der Farbbelegung des Farbbalkens erzielt werden sollen, dann kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung bevorzugt auch derart betrieben werden, daß der zu markierende Gegenstand
sdhrittweise und intermittierend an der Blendenöffnung vorbeigeführt wird.
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Während des Stillstands des Gegenstandes zwischen zwei Bewegungsschritten
wird dann jeweils durch einen sehr kurzzeitigen Farbimpuls ein feiner Strich bzw.
ein sehr schmaler Farbbalken aufgespritzt, der außerordentlich steile Kontrastsprünge
an seiner Vorderkante und an seiner Hinterkante aufweist, da ja eine Verwischung
durch die Bewegung des Gegenstandes dabei nicht auftreten kann. Es wird dabei also
der flächige Kreisring aus Farbe, der für jeden Farbimpuls aus der Spritzdüse von
dem Rotor abgeschleudert wird in Gestalt einer feinen Linie mit hohem Farbsättigungsgrad
auf den Gegenstand aufgebracht. Der gleiche Vorgang erfolgt, nachdem der Gegenstand
um einen Bewegungsschritt vorgeschoben wurde und wieder zum Stillstand gekommen
ist. Dadurch ergibt sich entsprechend der Anzahl der nacheinander aufgebrachten,
sich jeweils überlappenden Teilbalken die gewünschte Breite des aufzubringenden
Farbbalkens. Die Steuerung der Bewegung des Gegenstands erfolgt dabei zweckmäßigerweise
durch einen Schrittmotor, der mit der Steuerung der Pumpe bzw. dem Spritzvorgang
der Spritzdüse synchronisiert ist, Vorzugsweise können auch mehrere Spritzdüsen
vorgesehen sein, die intermittierend entweder gleichzeitig oder alternativ mit verschiedenen
Farben beschickt werden. Bei gleichzeitiger Beschickung läßt sich eine Farbmischung
auf der Scheibe erzielen, während bei alternativer Beschickung die Farbe der erzeugten
Balken sequentiell gewählt werden kann.
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Eine Kodierung eines einzelnen Farbbalkens kann dadurch erzielt werden,
daß der Farbbalken in seiner Längsrichtung in einzelne Balkenstücke unterteilt wird.
Derartige Längskodierungen eines einzelnen Balkens können dadurch erzielt werden.
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daß man bevorzugt mehrere Blendenöffnungen entlang des Umfangs des
Rotors in dem Spritzschirm vorsieht. Um einzelne dieser Balkenstücke ausblenden
zu können, sind diese verschiedenen Blendenöffnungen unabhängig voneinander verschließbar
gesteuert.
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Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zu werten,
daß sie konstruktiv außerordentlich einfach aufgebaut ist und überdies nur ein einziges
bewegtes Teil, nämlich den Rotor aufweist. Dennoch sind die Längskanten der erzeugten
Farbbalken aufgrund der vorstehend erläuterten Wirkungsweise außerordentlich präzise
und es lassen sich durch entsprechende Zeitsteuerung der die Farbe aufspritzenden
Pumpe Farbbalken beliebiger, jedoch definierter Breite erzeugen. Der Markierungsvorgang
läßt sich somit ohne mechanische Beanspruchung des zu markierenden Gegenstandes
einfach und sehr schnell durchführen.
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Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 eine schematische
perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Big, 2 eine stark
vereinfachte, schematische Seitenansicht;
Fig. 3 eine schematische
Draufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 2; Fig. 4 eine axiale Seitenansicht gemäß
der Linie A-A der Fig. 2; und Fig. 5 einen axialen Halbschnitt des Rotors der Vorrichtung.
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Wie in den Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellt ist, weist die erfindungsgemäße
Vorrichtung einen Rotor 1 auf, der über eine Antriebswelle 10 von einem Motor 2,
gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes, mit einer Drehzahl von mehr
als 10000 U/min, vorzugsweise 100000 bis 200000 U/min, angetrieben ist. Die Rotationsebene
des Rotors 1 ist vertikal ausgerichtet. An der der Antriebseinheit 2 abgewandten
Axialfläche des Rotors 1 ist eine intermittierend gesteuerte Pumpe 3 mit einer Spritzdüse
30 angeordnet, deren Strahlrichtung exzentrisch auf die zugewandte Axialfläche des
Rotors 1 auftrifft. Im Abstand um den Umfang des Rotors 1 herum ist ein Spritzschirm
4 angeordnet, der axial zur Antriebseinheit 2 hin mittels einer Seitenwand geschlossen
sein kann. Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, ist im Bereich
der Rotationsebene der Umfangskante 14 des Rotors 1 in dem Spritzschirm 4 eine Blendenöffnung
5 vorgesehen, durch welche die vom angetriebenen Rotor 1 tangential abgeschleuderte
Farbe hindurchtreten und auf einen an der Blendenöffnung in Richtung des Pfeiles
61 vorbeibewegten Gegenstand 6 auftreffen kann. Die Antriebseinheit 2, der Spritzschirm
4 und die Pumpe 3 sind auf einer gemeinsamen Basisplatte 7 relativ zueinander gehalten.
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Der Rotor 1 besteht aus einer tellerförmigen Scheibe, in der eine
etwa kegelstumpfförmige zentrische Vertiefung 15 gebildet ist. Wie insbesondere
aus der Fig. 5 erkennbar, weist
der Rotor 1 einen den Boden der
Vertiefung bildenden Nabenbereich 11, einen die Seitenwand der Vertiefung 15 bildenden
Flankenbereich 12 und einen Randbereich 13 auf, der sic radial an den Flankenbereich
anschließt und in einer als Messerkante ausgebildeten UmSangskante 14 endet. Der
Rotor 1 ist als zur Rotationsachse 16 symmetrischer Rotationskörper ausgebildet,
von dem in der Fig. 5 nur eine hälfte im axialen Schnitt dargestellt ist.
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Der Nabenbereich 11 des Rotors 1 dient lediglich zur Halterung an
der Antriebswelle, er erfüllt jedoch bei der Verteilung der Farbe keine Funktion
und kann daher beliebig gestaltet sein. Der die Vertiefung bestimmende Flankenbereich
12 ist allgemein kegelstumpfförmig geformt, wobei der mit der Rotationsebene der
Umfangskante 14 eingeschlossene mittlere Flankenwinkel a etwa 30 bis 600 beträgt.
Je kleiner dieser Winkel gewählt wird, um so schneller läuft die aufgespritzte Farbe
unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft nach außen, so daß die Ansetzpunkte des
erzeugten Farbbalkens besonders scharf werden. Der Flankenbereich geht radial nach
außen entlang einer Klotoide konvex nach außen gekrümmt in den Randbereich 13 über,
welcher wenigstens in dem an die Umfangskante 14 angrenzenden Teil eben und parallel
zur Rotationsebene der Umfangskante 14 ausgerichtet ist. Der Ubergang des Flankenbereichs
12 in den Nabenbereich 11 ist unkritisch, er kann jedoch zur Vermeidung hoher mechanischer
Spannungen ebenfalls gerundet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die radialen Abmessungen a, b und c des Randbereichs 13, des Plankenbereichs 12
und des Nabenbereichs 11 etwa gleich groß gewählt.
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Zusammen mit der an der Rückseite 18 des Rotors 1 gebildeten Messerfläche
19 schließt der radial äußere Randbereich
13 an der Umfaiigskante
14 einen spitzen Winkel ß ein, der bevorzugt kleiner als 300 gewählt wird. Die Rückseite
des Rotors 18 kann mit Ausnahme der Messerfläche 19 beliebig beschaffen sein, sie
wird bevorzugt entsprecheiid den mechanischen Erfordernissen des mit hoher Drehzahl
umlaufenden Rotors geformt.
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An die Oberflächenbeschaffenheit der der Spritzdüse 30 zugewandten
Flächen des Rotors 1 sind gewisse Anforderungen zu stellen. Die Oberfläche des Flanlenbereichs
12 ist besonders bei verhältnismäßig geringer Drehzahl des Rotors 1 entweder chemisch,
beispielsweise durch Ätzen, aufgerauht oder durch mechanische Bearbeitung, wie Schleifen,
wobei die bei einem mechanischen Bearbeitungsvorgani= auftretenden Schleifrillen
radial ausgerichtet sind. Der sich anschließende Randbereich 13 ist fein poliert,
damit der sich nach außen bewegende Farbfilm störungsfrei gleiten und sich ohne
Verwirbelung von der Umfangskante 14 des Rotors 1 ablösen kann. Die mit der Farbe
in Berührung kommenden Flächen des Rotors bestehen aus einem durch die Farbe gut
benetzbaren Material, wobei entweder eine entsprechende Oberflächenschicht aufgebracht
oder der ganze Rotor 1 aus diesem Material gefertigt werden kann.
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Wie am besten aus den Fig. 2 bis 4 zu ersehen ist, ist die aus der
Pumpe 3 mit Farbe beschickte Sprühdüse derart auf den Rotor 1 ausgerichtet, daß
ihre Strahlrichtung, d. h. die Mittelachse des aus ihr austretenden Farbstrahls
31 den Flankenbereich 12 in einem Auftreffpunkt 32 trifft.
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Die Spritzdüse 30 ist dabei derart geneigt, daß die axiale Projektion
der Strahlrichtung auf die Rotationsebene tangential zu dem vom Auftreffpunkt 32
bei Drehung des Rotors 1 beschriebenen Kreis verläuft und gleichzeitig die Drehbewegung
des Rotors im Auftreffpunkt 32 gleichsinnig mit der
in der axialen
Projektion liegenden Bewegiii.igskomponente des in Strahlrichtung aufgespritzten
Farbstrahls 31 ist. Durch eine derartige geometrische Zuordnung der Spritzdüse zurn
Rotor wird sichergestellt, daß die aufgespritzte Farbe ohne Zurückspritzen von der
Drehung des Rotors mitgeführt und fein verteilt werden kann.
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Die Pumpe 3 versorgt die Spritzdüse 30 intermittierend mit einer die
Oberfläche des Rotors benetzenden dünnflüssigen Farbe. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel
kann als Pumpe 3 eine herkömmliche Benzin-Einspritzpumpe verwendet werden, wie sie
im Kraftfahrzeugbau üblich ist. Eine derartige Einspritzpumpe kann sehr schnell
mittels eines Magrletventils geschaltet werden, so daß die Düse mit genau einstellbaren
Farbimpulsen vorgegebener Menge und bestimmter Zeitdauer versorgt werden kann. Bevorzugt
besteht diese Pumpe aus einem Druckerzeuger beliebiger Bauart, der kontinuierlich
arbeitet und ein Druckreservoir mit konstantem Druck versorgt. Dieses Druckreservoir
ist ausgangsseitig mit einem Einspritzventil verbunden, welches als das gesteuerte
Magnetventil ausgebildet ist und die Spritzdüse mit der Farbe versorgt. Zur Steuerung
der Einspritzpumpe wird zweckmäßigerweise ein Impulsgenerator (nicht in der Zeichnung
dargestellt) verwendet, wobei darauf zu achten ist, daß beispielsweise bei einer
Impulsdauer von 10 ms die Anstiegs-und Abfallflanken mit einer Genauigkeit von wenigstens
1 ms eingehalten werden. Der Druck, mit dem die Farbe an die Spritzdüse abgegeben
wird, beträgt bei einer üblichen Einspritzpumpe etwa 2 bar.
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Nach dem Aufspritzen des zeitlich begrenzten Farbstrahls 31 auf den
Flankenbereich 12 des in Richtung des Pfeils 17 rotierenden Rotors 1 verteilt sich
zunächst die aufgespritzte Farbmenge gleichmäßig über den Flankenbereich 12
und
wandert dann in Gestalt einer sehr dürfen Schicht über den Randbereich 13 zur Umfangskante
14 des Rotors. Dort gleitet sie radial nach außen in Gestalt eines axial sehr dünnen,
flächigen Kreisringes ab und trifft schließlich zum großen Teil auf den umgebenden
Spritzschirm 4. Nur ein geringer Teil der tangential von der Umfangskante des Rotors
abgeschleuderten Farbe tritt durch die Blendenöffnung 5 des Spritzschirmes hindurch
und trifft auf die zu markierende Fläche des bezüglich der Vorrichtung relativ in
axialer Richtung bewegten Gegenstandes 6. Aufgrund der Bewegung des Gegenstandes
6 entsteht beim Auftreffen der Farbe ein Farbbalken 62, dessen Breite m (vgl. hierzu
die Fig. 1) von der Bewegungsgeschwindigkeit des Gegenstandes 6 und der Impulsdauer
des auf den Rotor 1 aufgespritzten Farbstrahls bestimmt wird. Durch Einstellen der
Impulsdauer mittels des Impulsgenerators läßt sich daher die Breite m des erzeugten
Farbbalkens bestimmen.
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Bevorzugt läßt sich die beschriebene Vorrichtung auch derart betreiben,
daß der zu markierende Gegenstand intermittierend und schrittweise an der Blendenöffnung
vorbeigeführt wird. Zwischen zwei Bewegungsschritten, also während des Stillstandes
des Gegenstandes wird dabei jeweils ein sehr schmaler, strichförmiger Teil-Farbbalken
aufgespritzt, der ganz besonders scharfe Vorder- und Hinterkanten und somit besonders
steile Kontrastsprünge aufweist. Entsprechend der zeitlichen Dauer des Farbimpulses
wird für jeden dieser Teilbalken die Farbsättigung bestimmt, so daß sich bei Aneinanderreihen
von mehreren dieser sich überlappenden Teilbalken eine recht hohe Farbdichte des
gesamten Farbbalkens 62 erzielen läßt. Die Breite des derart erzeugten Farbbalkens
62 wird durch die Anzahl der nacheinander schrittweise aufgebrachten Teilbalken
bestimmt, so daß sich ein derartiges Vorgehen besonders für digital arbeitende Steuerungen
eignet. Erforderlich
ist dabei, daß die schrittweise Bewegung
des Gegenstand des und die Steuerung der Pumpe 30 bzw. des in der Puinpe enthaltenden
Einspritzventils synchronisiert ist.
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Die Länge 1 des Farbbalkens wird durch den Abstand des Gegenstandes
6 von der Blendenöffnung 5 sowie von der Höhe der Blendenöffnung, gemessen in der
Ebene des Markierungsstrahls 50, bestimmt. Obwohl für den Informationsgehalt der
Farbbalken 62 die Länge 1 unbeachtlich ist, läf3t sich dennoch durch Verstellung
der Höhe der Blendenöffnung erreichen, daß die Länge der Farbbalken dem für die
Markerung zur Verfügung stehenden Raum auf der Fläche 60 des Gegenstandes 6 angepaßt
wird.
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Obwohl in der Zeichnung nicht näher dargestellt, können zur Erzeugung
von in Längsrichtung unterteilten und damit in Längsrichtung kodierbaren Farbbalken
mehrere Blendenöffnungen 5 in dem Spritzschirm 4 vorgesehen sein. In diesem Fall
sind die mehreren Blendenöffnungen 5 jeweils unabhängig voneinander verschließbar
gesteuert, so daß sich die Farbbalken 62 in ihrer Längsrichtung in Stücke unterteilen
lassen, deren Vorhandensein oder Nichtvorhandensein die Codeinformation ergibt.
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Gleichermaßen können, obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, mehrere
Spritzdüsen 30 vorgesehen sein, die entweder synchron oder alternativ mit verschiedenen
Farben beschickt werden. Bei gleichzeitiger Betätigung der mehreren Spritsdüsen
erfolgt dabei eine Farbmischung auf dem Rotor 1, während durch wahlweise Betätigung
der mit verschiedenen Farben beschickten Spitzdüsen Sequenzen von unterschiedlich
gefärbten Farbbalken auf den Gegenstand 6 aufgespritzt werden können.
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Durch eine Kombination der vorstehend erläuterten Ausestaltungen mit
mehreren Spritzdiisen und/oder mehreren Blendenöffnungen lassen sich praktisch beliebige
Kodierungen der Barbbalken bis hin zu einer alphanumerischen Klarschriftkodierung
erzeugen, wobei in jedem Fall die Anforderungen, wie hoher Sättigungsgrad der Farbflächen
und steile Kontrastsprünge an den Begrenzungskanten, erfüllt werden können.
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