Bereich der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine flexible Stempelvorrichtung zum Bedrucken von
dreidimensionalen kugelförmigen und/oder gebogenen Gegenständen.
Stand der Technik
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Es ist derzeit bekannt, eine hohle, halbkugelförmige Silikonform zum Bedrucken von
kugelförmigen Gegenständen wie Spielbällen zu verwenden. Diese Silikonform besitzt eine
Dicke von etwa 2 cm und ist auf einem hohlen, flexiblen Stempel- oder Kissenhalter
montiert. Die Silikonform und der Kissenhalter werden im folgenden als "das Kissen"
bezeichnet.
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Der Kissenhalter besteht aus einem nicht deformierbaren Material und besitzt die Form
einer Trommel. Zusammen mit der Silikonform bildet er einen hermetisch abgeschlossenen
Raum mit lediglich einer Öffnung als Kontakt mit der Umgebung. An dieser einzigen
Öffnung ist ein flexibler Schlauch mit einem ausreichend großen Durchmesser mit einem
Druckbehälter verbunden. Dieser Druckbehälter ist nicht maßstabsgetreu dargestellt.
Dieser Druckbehälter muss ein Volumen haben, das tatsächlich 10 bis 100 mal das Volumen
des Kissens beinhalten kann. Der Druckbehälter wird mittels eines separaten Druckreglers
im allgemeinen noch dazu unter einem leichten Überdruck gehalten.
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Diese Konstruktion dient dazu, den Druck im Kissen während des Druckzyklus so konstant
wie möglich zu halten. Tatsächlich führt eine Druckänderung im Kissen zur Dilatation oder
Retraktion des Silikonteils. Dadurch wird das Bild auf dem Silikonteil größer oder kleiner mit
dem Resultat einer schlechteren Druckqualität auf den bedruckten kugelförmigen
Gegenständen. Die unterschiedlichen Zeitpunkte des Druckzyklus nach dem Stand der Technik
zeigen folglich eine Ruheposition, in der der Druck im Kissen gleich dem Druck im
Druckbehälter ist. Dieser Druck wird im folgenden mit dem Bezugszeichen P bezeichnet.
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Das Kissen wird in einer Relativbewegung gemäß Pfeil F von der Ruheposition zu dem zu
bedruckenden Gegenstand bewegt, und biegt sich um den zu bedruckenden Gegenstand.
Die Luft im Kissen wird durch den flexiblen Schlauch zum Druckbehälter gepresst. Trotz der
Tatsache, dass das Volumen des Druckbehälters um ein Mehrfaches größer ist als der
Inhalt des Kissens, führt diese Verschiebung von Luftvolumen jedoch zu einer leichten
Druckerhöhung im Kissen und im Behälter, was im folgenden mit dem Bezugszeichen P'
bezeichnet wird.
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Anschließend kehrt das Kissen gemäß der Richtung von Pfeil F in seinen ursprünglichen
Zustand, d. h. zur Ruheposition, zurück. Die Luft bewegt sich nun vom Druckbehälter zurück
zum Kissen. Der Druck im System wird nun größer als P, im folgenden bezeichnet mit P",
aber während dieses Abschnitts des Zyklus verringert sich letzterer wieder, so dass er
wieder zum Druck P wird.
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Das oben erwähnte bekannte System ist ein geschlossener Kreislauf, in dem die Luft,
welche während des Druck- und Farbaufnahmeabschnitts aus dem Kissen gepresst wird, zum
Druckbehälter zurückkehrt. Wenn das Kissen sich in seine ursprüngliche Position
zurückbewegt, kehrt die Luft vom Druckbehälter wieder zum Kissen zurück.
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Der große Nachteil dieses Systems besteht darin, dass trotz der Tatsache, dass das
Volumen des Druckbehälters um ein Mehrfaches größer ist als das Volumen des Kissens,
immer noch eine geringe Druckänderung auftritt, d. h. P, P', P", was die Druckqualität während
des Wirkens des Kissens auf die zu bedruckenden Gegenstände ungünstig beeinflusst.
Aufgabe der Erfindung
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, den oben erwähnten Nachteil zu beseitigen.
Somit wird in dieser Erfindung ein hohles Kissen wie oben verwendet, wobei anstatt der
Verwendung eines geschlossenen Kreislaufs das Kissen nun in einem offenen Kreislauf
gemäß der Erfindung beinhaltet ist.
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Obwohl die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen geringeren Luftverbrauch aufweist,
ermöglicht sie dennoch die Bestimmung des Drucks im Kissen auf eine sehr genaue Weise
zu jedem Zeitpunkt des Druckzyklus. Dies ist ein sehr wichtiger Parameter für das
Bedrucken von zumindest teilweise kugelförmigen Gegenständen, insbesondere in Verbindung mit
der Druckqualität hiervon, deren Wichtigkeit zunimmt, als heutzutage die Anforderungen,
welche an die Druckqualität gestellt werden, immer höher werden.
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Weitere Eigenschaften und Besonderheiten sind in den beigefügten Ansprüchen
beschrieben.
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Einige beispielhafte Ausführungsformen des Systems gemäß der Erfindung werden im
folgenden unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Diese Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bedrucken von zumindest teilweise
kugelförmigen und/oder gebogenen dreidimensionalen Gegenständen. Es muss klar sein, dass
ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal in dieser Erfindung darin besteht, dass eine
offene Schleife und keine geschlossene Schleife verwendet wird, wobei zusätzlich die
Einlassseite und der Auslass des Kissens deutlich voneinander getrennt sind. Dank dieses
spezifischen Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine merklich höhere Druckqualität
erzielt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines geschlossenen Kissensystems zum
Bedrucken von kugelförmigen Gegenständen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Fig. 2a bis 2c sind schematische Darstellungen der verschiedenen Schritte und
Zustände des bekannten Systems während eines (kompletten) Arbeitszyklus.
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Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines offenen Systems mit einem Kissen zum
Bedrucken von kugelförmigen Gegenständen gemäß der Erfindung.
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Fig. 4 ist die funktionelle Darstellung der schematischen Ansicht der Vorrichtung gemäß
der Erfindung nach Fig. 3.
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Fig. 4a bis 4c stellen auf schematische Weise die verschiedenen Schritte und Zustände
der Vorrichtung gemäß der Erfindung dar, wie sie in Fig. 4 in ihrer Grundausführung
dargestellt wird.
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Fig. 5 ist die Darstellung einer ersten Alternative der Vorrichtung mit einem Kissen zum
Bedrucken von kugelförmigen Gegenständen gemäß der Erfindung, wie sie schematisch in
einer Grundausführungsform in Fig. 4 dargestellt wird.
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Fig. 6 ist die Darstellung einer weiteren Alternative der Vorrichtung mit einem Kissen zum
Bedrucken von kugelförmigen Gegenständen gemäß der Erfindung.
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Fig. 7 ist die Darstellung einer noch anderen Alternative der Vorrichtung mit einem Kissen
zum Bedrucken von kugelförmigen Gegenständen gemäß der Erfindung.
Beschreibung
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Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Kissenhalter 1 und einer sogenannten Silikonform
2, die vergleichbar mit dem derzeitigen Stand der Technik sind. In diesem Kissenhalter 1 ist
jedoch zusätzlich zu einer traditionellen Öffnung 3 eine zusätzliche Öffnung 8 vorgesehen,
die dazu führt, dass das System getrennte Öffnungen für den Einlass 3 der Luft und
entsprechend den Auslass 8 der Luft durch eine hierfür vorgesehene Leitung 4 bzw. 4'
aufweist. Eine schnelle und genaue Druckregeleinheit 6, die im Einlass 4 beinhaltet ist,
bewirkt, dass der Druck im Kissen 25 niemals unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, das als
Druck P eingesetzt wird. Deshalb regelt die Druckregeleinheit die Druckluft, welche durch
einen biegsamen Zuführschlauch 7 in die Regeleinheit 6 gemäß F eindringt. Ein genaues
und schnelles Überdruckventil 9 wird mit dem Auslass 8 des Kissenhalters 25 an der
Auslassöffnung 8 verbunden. Sobald der Druck im Kissen 25 größer wird als der vorbestimmte
Wert des Drucks P, wird das Überdruckventil 9 gemäß G' durch den Auslass 10 an die
Umgebungsluft 40 Luft ablassen.
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Verschiedene Ausführungsformen, wie die oben beschriebene Grundausführungsform der
Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet, werden nach der vorläufigen Beschreibung im
folgenden beschrieben.
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Fig. 4a zeigt die Vorrichtung in Ruheposition, bezeichnet mit A. Es liegt ein konstanter
Druck P im Kissen 25 vor. Sowohl das Druckregelsystem 6 als auch das Überdruckventil 9
sind in geschlossener Stellung.
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Fig. 4b zeigt, wie das Kissen 25 sich gemäß Pfeil H nach unten bewegt, und wie es sich
um den zu bedruckenden Gegenstand 30 (Zustand B) krümmt. Die Luft im Kissen 25 wird
gemäß G aus dem Kissen gepresst und gemäß Pfeilrichtung G' durch das Überdruckventil
9 in die Umgebung 40 gepresst. Der Druck im Kissen bleibt somit Druck P.
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Fig. 4c zeigt den folgenden Zustand C, in dem sich das Kissen 25 wieder gemäß H nach
oben bewegt, d. h. in die Ruheposition A. Das Überdruckventil 9 wurde geschlossen, und
die Druckregeleinheit 6 tritt in Aktion. Die Druckregeleinheit 6 hält den Druck bei Druck P,
indem die richtigen Mengen von Luft in das Kissen 25 geblasen werden.
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Trotz der Tatsache, dass das System gemäß der Erfindung mehr Luft verbraucht,
ermöglicht es eine sehr genaue Bestimmung des Drucks im Kissen 25 zu jedem Zeitpunkt des
Druckzyklus. Dies ist ein sehr wichtiger Parameter beim Bedrucken von kugelförmigen
Gegenständen 30, insbesondere unter Berücksichtigung der Druckqualität, um so mehr, als
heutzutage immer höhere Anforderungen an die Druckqualität gestellt werden.
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Unterschiedliche Ausführungsformen und Alternativen der Vorrichtung gemäß der
Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 beschrieben. Die
Auswahl einer besonderen Ausführungsform hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie
Druckgeschwindigkeit, Kosten des Systems und gewünschter Genauigkeit des Drucks.
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Eine Alternative zum oben beschriebenen System mit dem Kissen 25 mit mechanischen
Ventilen 6, 9 liefert eine Lösung zum oben erwähnten Erfordernis, genaue und schnelle
Ventile zu finden, die noch dazu in der Lage sind, den benötigten Fluss bereitzustellen,
vorausgesetzt, dass ein zusätzliches Steuerventil 13 im System integriert wird, wie in Fig. 5
gezeigt ist.
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In dieser Figur wird besagtes Steuerventil 13 direkt über eine Druckluftleitung 11 mit der
Luftzuführleitung 7 verbunden. Des weiteren wird das Steuerventil 13 über einen
Messschlauch 12 auch direkt mit dem Kissen 25, insbesondere dem Kissenhalter 1, verbunden.
Das Steuerventil wird auch über eine Steuerdruckleitung 14 direkt mit der Druckregeleinheit
6 verbunden.
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Die letztere Alternative zeigt somit ein Kissen 25 mit mechanischen Ventilen 6, 9 und einem
Steuerventil 13, wobei dieses Steuerventil durch die Druckluftleitung 11 beschickt wird.
Über den Messschlauch 12 wird der Druck im Kissen 25 durch das Steuerventil 13
gemessen, und das Druckregelsystem 6 wird über die Steuerdruckleitung 14 gesteuert.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Alternative des Systems, das ein Kissen 25 mit Drucksensoren 19
und eine elektronische Steuereinheit 18 umfasst. Einer oder eine Mehrzahl von
Drucksensoren 19 sind in dieser Alternative des Systems am Kissen 25, insbesondere am
Kissenhalter 1, angeordnet, mit einer direkten Verbindung zu einer elektronischen Steuereinheit
18 über Leitung 17. Diese elektronische Steuereinheit 18 ist wiederum einerseits an der
Zuführseite mit einem elektronischen Ventil 6 und andererseits mit einem Überdruckventil 9
der selben Art, wie oben gezeigt, verbunden, in jedem Fall über einen entsprechenden
Signalträger 15 und 16.
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Der elektronische Drucksensor 19 misst kontinuierlich den richtigen Druck des Kissens 25,
wobei diese Information in das Sensorsignal s aufgenommen wird, das durch den
Drucksensor 19 geliefert wird.
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Diese alternative Ausführungsform zeigt an der Einlassseite zwischen Kissen 25 und
Einlass 7 stromabwärts von der zugeführten Druckluft einen einfachen, in die Hauptleitung 4
integrierten Druckregler 22 mit einem Pufferbehälter 20, wobei ein Einwegventil 21 am
Einlass des Kissens 25 vorgesehen ist.
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Am Auslass des Kissens ist derselbe Auslasszweig wie in den obigen Alternativen
vorgesehen, d. h. mit einem Überdruckventil 9.
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Das Sensorsignal s wird an eine elektronische Steuereinheit 18 übermittelt, wie
beispielsweise PLC, Mikro-Controller, PC, eine elektronische Regeleinheit und dergleichen. Falls der
gemessene Druck unter dem programmierten Wert liegt, wird ein elektronisches Ventil 6
durch ein Signal S&sub1; entlang der Leitung 15 geöffnet, um Druckluft im Kissen 25 durch die
Hauptleitung zu lassen. Falls der Druck im Kissen 25 größer ist als der Wert, der in der
Steuereinheit 18 programmiert wurde, wird über Leitung 16 ein anderes Signal s&sub2; zum
elektrischen Luftabführventil 9 geschickt.
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Fig. 7 zeigt eine noch andere alternative Ausführungsform, die ein Kissen 25 mit einem
Pufferbehälter und einem Einwegventil aufweist. In dieser Ausführungsform wird dasselbe
Überdruckventil 9 verwendet wie in der obigen Grundausführungsform, die in den Fig. 5
und 3 bis 4c gezeigt wird. Der Einlass wird hier jedoch durch einen einfachen Druckregler
22 versorgt, welcher einen vorbestimmten Druck im Pufferbehälter 20 zwischen den
Druck
zyklen aufbaut. Ein Einwegventil 21 verhindert, dass die Luft, welche während eines
Druckabschnitts aus dem Kissen 25 gepresst wird, zum Pufferbehälter 20 zurückkehrt, da dies
den Druck im Pufferbehälter erhöhen würde. Wie oben verlässt die aus dem Kissen
gepresste Luft das System durch das Überdruckventil 9. Die Versorgungsleitung 4 weist einen
ausreichenden Durchmesser auf, um in der Lage zu sein, den erforderlichen Luftfluss
immer dann zur Verfügung zu stellen, wenn sich das Kissen nach einem Farbaufnahme- oder
Druckzyklus wieder nach oben weg vom zu bedruckenden Gegenstand 30 bewegt.
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Es ist desweiteren noch dazu möglich, Kombinationen der oben beschriebenen
Ausführungsformen zu verwenden, wobei es klar sein soll, dass Kombination in den Schutzbereich
dieser Anmeldung fallen.
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Das Verfahren zum Bedrucken von Oberflächen eines Gegenstands mittels der oben
beschriebenen Vorrichtung besteht darin, in einer offenen Schleife zuerst das Kissen gegen
eine anfänglich mit Druckfarbe versehene Oberfläche zu drücken, woraufhin die
halbkugelförmige Oberfläche des Kissens, die sich in engem Kontakt mit der mit Farbe
versehenen Oberfläche befindet, flach gedrückt wird, so dass die zu druckenden Figuren auf die
Oberfläche des Kissens überfragen werden, wobei daraufhin das Kissen von der
ursprünglichen Oberfläche entfernt wird, um zu ermöglichen, dass es wieder seine ursprüngliche
halbkugelförmige Form annimmt, und daraufhin das Kissen gegen die dreidimensionale
kugelförmige und/oder gebogene Oberfläche in einer Weise zu pressen, dass das Kissen
zumindest einen kugelförmigen oder gebogenen Teil des Gegenstands umschließt, und die
Kissenoberfläche, die die Farbfigur trägt, mit der Oberfläche des Gegenstands in Kontakt
zu bringen, um hierdurch diese Farbfigur auf den gewünschten kugelförmigen oder
gebogenen Teil des aufnehmenden Gegenstands zu übertragen.