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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bedrucken balliger und/oder taillierter rotationssymethrischer Behälter mit einem um die Behälterachse drehbaren Aufspanndorn zum Aufspannen und zum Andrücken des Behälters und zum synchronen Mitbewegen mit einem Druckzylinder.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Zum Bedrucken balliger und/oder taillierter rotationssymethrischer Behälter oder Gegenstände wird grundsätzlich unterschieden zwischen solchen, die eine an das Produkt konturangepasste Druck übertragende Fläche sowie solchen, bei denen elastisch verformbare Druck übertragende Flächen vorgesehen sind. Beispiele für die erstere Kategorie sind die
DE 15 71 853 A ,
DE 37 35 644 A1 ,
DE 601 25 016 T2 und
US 2,105,378 A . Zu der zweiten Kategorie gehören vor allem Druckvorrichtungen nach dem Tampondruckverfahren, die eine Art elastisches Stempelkissen verwenden, das mit seiner elastisch nachgebenden, Druck übertragenden Fläche auf den zu bedruckenden, meist balligen Gegenstand aufgedrückt wird. In der Regel bewegt sich ein solcher Tampon zum Drucken etwa in Richtung der Flächennormale auf den zu bedruckenden Gegenstand zu und wird in umgekehrter Richtung wieder entfernt. Ferner wird in vielen Fällen das Druckkissen oder der Tampon über eine kurze Wegstrecke mit dem zu bedruckenden Gegenstand mitbewegt, damit eine gewisse Einwirkzeit für die Übertragung des Druckbildes vorhanden ist, und um Verwischungen des Druckbildes auf Grund von Relativbewegungen zu vermeiden. Beispiele hierfür sind unter Anderem die
DE 23 41 103 C2 ,
DE 38 36 142 C2 ,
DE 600 28 122 T2 ,
WO 1992/05960 A1 und
US 3,228,326 A . Mit diesem Verfahren werden bevorzugt späherische Gegenstände wie Eier, Golfbälle oder Äpfel auf einer linsenförmigen Teilfläche bedruckt.
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Schließlich ist es auch bekannt, bei balligen und/oder taillierten rotationssymethrischen Behältern oder Gegenständen, das Druckbild durch eine Wälzbewegung zwischen dem zu bedruckenden Gegenstand und der druckübertragenden Fläche zu verwirklichen. So beschreibt die
US 3,387,557 A ein Verfahren zum Bedrucken unregelmäßig geformter Oberflächen von Rotationskörpern, wie Plastikflaschen, mittels elastischer plangestreckter Drucktampons, die in eine Bedruckungsposition und wieder aus ihr heraus verfahrbar angeordnet sind. Der zu bedruckende Behälter rollt um seine Rotationsachse an dem plangestreckten Drucktampon ab. Zur Übertragung des Druckbildes wird also der zu bedruckende Körper rechtwinklig zu seiner Rotationsachse an dem Drucktampon entlang gerollt. Die Oberfläche des zu bedruckenden Rotationskörper wälzt sich also an dem Drucktampon ab, während der Drucktampon in dem jeweiligen Berührungsbereich mit dem zu bedruckenden Gegenstand elastisch verformt wird, so dass ein Farbübertrag auch auf nichtzylindrische Flächenelemente des zu bedruckenden Rotationskörpers erfolgen kann. Um die gerade gestreckten Druckpads mit einem neuen Druckbild zu versehen, werden diese mittels einer Endlos-Fördereinrichtung nach erfolgtem Druck aus der Druckposition in eine Farbauftragsposition übertragen. Die Endlos-Fördereinrichtung trägt zu diesem Zweck eine Vielzahl solcher Druckpads, die intermittierend zwischen der Druckposition und der Farbauftragsposition und von dort wieder zur Druckposition transportiert werden. Dieses Verfahren ist mechanisch aufwendig und drucktechnisch schwierig, weil für das Bedrucken späherischer Flächen ein bestimmter Soll-Druck zwischen Bild übertragender und zu bedruckender Fläche existieren muss. Dies ist bei den gerade gestreckten Druckpads dieser Druckschrift aufgrund des Hineinfahrens und Hinausfahrens der Druckpads in die und aus der Druckposition nur schwer zu realisieren.
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Eine andere Möglichkeit, ballige und/oder taillierte rotationssymethrische Behälter zu bedrucken, ist aus der
DE 20 37 706 A bekannt, von der die Erfindung ausgeht. Diese Druckschrift beschreibt eine walzenförmige Druckbild-Übertragungsvorrichtung für die Bedruckung kurvenförmiger Oberflächen einer rotationssymethrischen Plastikflasche. Hierzu ist eine Walze zur Übertragung des Druckbildes vorgesehen, an der der zu bedruckende Rotationskörper achsenparallel unter radialem Druck anliegt, so dass die Druckübertragungswalze und der zu bedruckende Körper entlang einer mehr oder minder schmalen streifenförmigen Berührungsfläche sich aneinander synchron abwälzen. Das Druckbild wird dabei von einer Klischeewalze auf die Bildübertragungswalze (Druckzylinder) übertragen. Beide liegen aneinander an und wälzen sich synchron, d. h. ohne Relativbewegung in ihrer Umfangsrichtung, aneinander ab. Damit die balligen und taillierten Oberflächenbereiche der zu bedruckenden Plastikflasche bedruckt werden können, weist die Bildübertragungswalze einen Ringzylinderraum auf, der mit einem körnigen, flüssigen oder gasförmigen Medium gefüllt ist, das eine elastische Verformung der den Zylinderraum umschließenden Mantelfläche zulässt, wobei die Stirnflächen des Ringzylinderraumes dicht verschlossen sind. Die Mantelfläche trägt auf ihrer Außenseite die Druckübertragungsfläche. Auf der der Klischeewalze zugewandten Seite ist die Mantelfläche der Bildübertragungswalze gerade gestreckt und kann so das Druckbild aufnehmen, während die Mantelfläche auf ihrer der zu bedruckenden Plastikflasche zugewandten Seite – wie erwähnt – sich der balligen und taillierten Kontur der zu bedruckenden Plastikflache anpasst.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung, zumindest in drucktechnischer Hinsicht zu verbessern. Es ist auch wünschenswert, die Bedruckung mit hoher Taktzahl durchführen zu können. Diese sollte Vorzugweise mindestens 40 Bedruckungen pro Minute ermöglichen. Eine Erhöhung der Taktzahl auf bis zu 600 Bedruckungsschritte pro Minute und gegebenenfalls mehr wäre wünschenswert. Zur Lösung dieser Aufgaben wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen.
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Demnach ist vorgesehen, einen starren Druckzylinder zu verwenden. Der starre Druckzylinder trägt mindestens ein radial elastisch und reversibel nachgiebig ausgebildetes Druckbild übertragendes Element. Dieses Element umfasst eine Druckbild übertragende radial äußere Oberflächenschicht (Drucküberträger) als integralen Bestandteil oder als gesonderte Schicht, wie ein Drucktuch. Jedes der Druckbild übertragenden Elemente erstreckt sich lediglich über einen Teilumfang des Druckzylinders. Hierdurch wird unter Anderem erreicht, dass die Druckbildaufnahme und die Druckbildabgabe mechanisch von einander entkoppelt sind. Jedes druckübertragende Element weist also einen wohl definierten Anfang und ebenso ein wohldefiniertes Ende auf. Diffuse Radialkräfte, wie sie bei einer Bedruckungsvorrichtung gemäß
DE 20 37 706 A auftreten, werden vermieden. Eine Weiterleitung radialer oder axialer Kräfte zwischen dem auf den Druckzylinderumfang bezogenen Ende des Druck übertragenden Elementes auf den Anfang des nächsten Druck übertragenden Elementes entfallen. Insgesamt wird dadurch erreicht, dass bei vergleichsweise hoher Taktzahl konturscharfe und nur allenfalls gering verzerrte Druckbilder übertragen werden können. Dies gilt auch bei vergleichsweise ausgeprägter balliger oder taillierter Kontur des zu bedruckenden Behälters. Bevorzugt ersetzt oder ergänzt eine radial elastisch und reversibel nachgiebig ausgebildete, gebogene oder gebogen geformte Platte das im so genannten indirekten Hochdruck bisher verwendete Untertuch. Wenn die das Druckbild übertragende, radial äußere Oberflächenschicht, also der Drucküberträgen, ein so genanntes Obertuch oder Drucktuch ist, können hierfür auch die zur Druckbildverbesserung bekannten, für sich genommen geringfügig, d. h. im Umfang von weniger als etwa 0,5 mm kompressiblen Drucktücher zusammen mit der radial elastisch und reversibel nachgiebig, d. h. im Umfang von mehr, insbesondere deutlich mehr als etwa 0,5 mm, vorzugsweise mehr als 1 mm nachgiebig ausgebildeten Unterlage oder Platte verwendet werden. Durch die Erfindung wird u. a. erreicht, dass die bekannten sehr hochwertigen Obertücher unverändert bleiben können und ein vergleichsweise kostengünstiges Zusatzelement zum preiswerten Bedrucken von balligen oder taillierten dünnwandigen Kunststoffbechern ausreicht.
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Es ist nun auf verschiedene Weise möglich, die Erfindung auszuführen:
Wenn das radial elastisch nachgiebige, Druckbild übertragende Element, das die ein Druckbild übertragende Fläche (Drucküberträgen) trägt, eine gebogene oder gebogen geformte Platte aus Silikonkunststoff oder einem ähnlichen hoch elastischen Polymerkunststoff und insbesondere aus geschäumtem Polyurethan, umfasst, werden mechanisch besonders günstige Eigenschaften erzielt. Die Dicke solcher Platten, insbesondere wenn sie aus den vorerwähnten Materialien bestehen oder diese zumindest umfassen, liegt bevorzugt zwischen 2 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 15 mm, besonders bevorzugt zwischen 7 und 13 mm.
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Drucktechnisch besonders befriedigend können Kombinationen aus einem radial elastischnachgiebigen Kunststoff und mindestens einem so genannten Drucktuch sein, mit welchem das Kunststoffteil radial außen überzogen, insbesondere beklebt ist. Wiederum ist die hier eine Vielzahl von Polymerkunststoffen für die elastische Basisschicht einsetzbar. Als besonders günstig haben sich geschäumte Polyurethane erwiesen. Besonders bevorzugt sind solche Schichtenaufbauten, die auch bei längerem Einsatz ermüdungsfrei oder zumindest sehr ermüdungsarm sich verhalten und eine hinreichende Nachgiebigkeit zum Einen und rasche Rückstellfähigkeit zum Anderen besitzen.
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Wenn bei gleicher Taktzahl mehr als ein druckübertragendes Element, vorzugsweise 2 bis 8 Elemente, auf dem Umfang des Druckzylinders angeordnet ist/sind, kann dadurch die Erholung des radial elastisch nachgiebigen druckübertragenden Elementes nach erfolgter Druckbildübertragung verbessert werden. Dies hat unter Anderem zur Folge, dass eine besonders einfache und exakte Druckbildaufnahme im nachfolgenden Druckbildaufnahmeschritt erreicht wird.
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Wenn der Dorn zur Aufnahme und zur Rotation des zu bedruckenden Behälters der Behälterkontur der Innenkontur des Behälters entsprechend formangepasst ist, so können auch vergleichsweise dünnwandige Behälter und/oder solche Behälter, die aus einem vergleichsweise elastisch nachgiebigen Kunststoffmaterial hergestellt sind außerordentlich kostengünstig produziert werden.
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Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der – beispielhaft – ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Bedrucken balliger und/oder taillierter rotationssymetrischer Behälter dargestellt ist. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform einer Behälter-Bedruckungsvorrichtung als perspektivische Prinzipdarstellung;
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2 eine zweite Ausführungsform einer Behälter-Bedruckungsvorrichtung als perspektivische Prinzipdarstellung;
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3 von einer Behälter-Bedruckungsvorrichtung nach 1 eine Seitenansicht;
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4a bis c von derselben Ausführungsform eine Detaildarstellung des Bedruckungsvorgangs – zum Teil als Radialschnitt durch den Druckzylinder;
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5 eine bedruckten balligen Behälter sowie
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6 eine bedruckten taillierten Behälter.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Aus 1 ist eine erste Alternative einer Anordnung zum Bedrucken rotationssymetrischer Lebensmittelbecher aus Kunststoff ersichtlich, die lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit mit einer konturfreien kegelstumpfförmigen Längsschnittform dargestellt sind. Aus einem vertikal angeordneten Speicher 1 werden die dort gestapelten becherartigen noch unbedruckten Behälter 3 aus einem Behälterstapel 2 vereinzelt und als solche einem so genannten Dornkranz 4A zugeführt. Der Dornkranz 4A ist um eine zentrale Achse drehbeweglich und trägt acht so genannte Druckdorne 5, deren Kontur der Innenkontur der Behälter 3 entspricht und die mit ihrer Dornachse sich radial zum Dornkranz 4A erstrecken. Der in einer Aufnahmeposition 11 auf den nächstliegenden Druckdorn aufgeschobene Behälter 3 wird durch intermittierende Bewegung in eine Bedruckungsposition 6 verlagert und von dort weiter verlagert in eine Entnahmeposition 12 für bedruckte Behälter 3A. In der Bedruckungsposition 6 weist die Außenoberfläche des Behälters 3 zur Zylinderoberfläche 7A eines starren Druckzylinders 7. In diesem Umfang ist die Vorrichtung bekannt. Nach der Erfindung ist nun vorgesehen, dass der Druckzylinder 7 neuartige Druckbild übertragende Elemente 8 trägt, die in einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Schicht aus 7,5 mm dickem Polyurethanschaum als radial elastisch nachgiebige Platte 8B sowie, oberhalb desselben, aus einem an sich bekannten Obertuch 8A bestehen. Zusätzlich kann der Polyurethanschaum auf einer Seite, die in der Regel dem Druckzylinder zugewandt ist, eine 0,3 mm dicke Klebefolie tragen. Eine weitere, 0,3 mm dicke Klebefolie kann auf der Unterseite des Obertuches 8A vorgesehen sein. Obertuch und, falls vorhanden, Untertuch können auch aus Butyl oder anderen handelsüblichen Materialien bestehen und auch in sich mehrschichtig sein.
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Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich von dem nach 1 dadurch, das der Dornkranz 4B – wie an sich bekannt – die Druckdorne 5 in revolverartiger Position aufnimmt, d. h. das die Druckdornachse und die Druckkranzachse parallel verlaufen.
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Das Ausführungsbeispiel nach 3 zeigt von dem Behälter-Zu- und Abführsystem nur noch den Behälter 3, der sich in der Bedruckungsposition 6 befindet. Zusätzlich ist ein Druckwerk 9 darstellt, das die Übertragung der verschiedenen Grundfarben auf die Klischeezylinder 9A und von dort auf den Druckzylinder 7 ermöglicht.
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Aus 4 ist der Druckvorgang auf der balligen Außenoberfläche eines Behälters 3 ersichtlich, wobei die Schnittdarstellung nach 4(d) die radiale Verformung des druckübertragenden Elementes 8 veranschaulicht. 4(b) zeigt eine Draufsicht auf den Umfang des Druckzylinders 7 (Ansicht IV (b) gemäß 4(a)). 4(c) zeigt eine Seitenansicht des Druckzylinders 7 (Ansicht IV (c) gemäß 4(a) und 4(b)).
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5 und 6 zeigen Bedruckungsbeispiele
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Die allgemeine und an sich bekannte Arbeitsweise der Bedruckungsvorrichtung ist folgende:
Zuführung der zu veredelnden Produkte: Der Transport der Becher (Behälter) erfolgt mittels Elevator und Riemenantriebe. Die neutralen Becher werden auf einem Tisch in den Elevator gestapelt und von diesem in einen Zuführkanal über kraftbetriebene Riemen befördert. Innerhalb der Maschine befindet sich ein Haltemechanismus (sog. Schnecken), sodass die Becher nicht ungehindert in die Maschine rutschen können. Mit Hilfe dieser Schnecken werden auch die Becher aus einem auch als Stange bezeichneten Stapel vereinzelt und auf die Dorne befördert.
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Produkthandling innerhalb der Maschine: Die Becher (Produkte) werden in der Maschine nur mittels des Dornkranzes bewegt. Durch ein Vakuum werden die Produkte auf den einzelnen Dornen gehalten, damit die Produkte während der Drehbewegung nicht verrutschen können. Der Dornkranz wird über ein Indexgetriebe in Schritten bewegt. Nachdem die Becher bedruckt und getrocknet wurden, gelangen sie auf ein so genanntes Abzugsband. Das Vakuum wird vom Dorn gelöst und das Produkt mit Hilfe von Blasluft und Riemen auf ein (nicht dargestelltes) Abzugsband befördert.
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Druckvorgang: Nachdem die Becher auf den Dorn übergeben wurden wird die Oberfläche mittels Corona- oder Flammbehandlung dahingehend verändert, dass die Druckfarbe besser haftet. Anschließend erfolgt der Farbübertrag vom Druckzylinder auf die Becheroberfläche. Der Druckzylinder bewegt sich idealer Weise mit derselben Geschwindigkeit wie die Dorne. Die Eigenschaften der Druckbild übertragenden Oberflächenschicht, wie Elastizität und Oberflächenbeschaffenheit, sowie die der Druckfarbe, der Tack oder die Viskosität, sind für einen qualitativ hochwertigen Druck auch weiterhin von Bedeutung. Die Farbe gelangt (gemäß 3) vom Farbkasten über eine Duktorwalze 9B und eine Heberwalze 9C sowie Verreiberwalzen 9E und Zwischenwalzen 9F auf zwei Auftragswalzen 9D. Diese färben dann das Klischee auf der Klischeewalze 9A ein, von wo aus der Farbauftrag auf das Druckbild übertragende Element 8 erfolgt. Die Menge der Farbe kann mit Hilfe von dem Heberwalzentakt und Zonenschrauben im Farbkasten reguliert werden. Die Trocknung der Farbe erfolgt durch eine Bestrahlung mit UV-Licht. Dies kann vor oder nach dem Verlassen des Druckdorns erfolgen. In der Druckfarbe können polymerisierbare Bindemittel und Fotoinitiatoren enthalten sein, die bei einer Lichtwellenlänge zwischen 280 nm und 380 nm vernetzen und es so zur Aushärtung des Farbfilms kommt. Da es sich hierbei um eine radikalische Reaktion handelt und Ozon bei dem Vorgang entsteht muss die Luft abgesaugt werden. Der Bedruckung kann noch eine Lochdetektion nachgeschaltet werden, die über Ladungsunterschiede zwischen den Polen ein Loch im Substrat erkennen kann und den entdeckten Becher abbläst.
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Auslage/Konfektionierung: Anschließend an den Druckvorgang werden die Becher über Abzugsbänder in ein Zählwerk geführt. Hier kann eine genaue Stangenlänge festgelegt werden, in die der Becherstrom dann unterteilt wird. Danach werden die Stangen dann entweder direkt über eine Packanlage in eine Kartonage verpackt oder aber die Becher werden über einen Abschieber auf einen Auslagetisch transportiert, von wo aus die Becher per Hand in die Kartons eingepackt werden.
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Ausführungsbeispiel:
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Das Druck übertragende Element besteht aus PU-Schaum geeigneter Dichte (kg/m3) und einer Schichtdicke von 7,5 mm auf der ein im Handel als Obertuch erhältliches Drucktuch aufgebracht ist.
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Seine Rückstellzeiten nach Deformierung, d. h. jedem Druckschritt, betragen bei vier um je 90° versetzt auf dem Druckzylinder angeordneten Druckbild übertragenden Elementen:
für 100 Becher/min: 730 Millisekunden
200 Becher/min: 366 msec und
300 Becher/min: 244 msec
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Bevorzugte Rückstellzeiten liegen zwischen 50 und 1000 Millisekunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Speicher
- 2
- Behälterstapel
- 3
- Behälter
- 3A
- bedruckter Behälter
- 3B
- Behälterachse
- 4A
- Dornkranz
- 4B
- Dornkranz
- 5
- Druckdorn
- 6
- Bedruckungsposition
- 7
- Druckzylinder/Bildübertragungswalze
- 7A
- Zylinderoberfläche
- 8
- Druckbild übertragendes Element
- 8A
- Obertuch
- 8B
- radialelastisch nachgiebiges Element
- 8C
- Elementanfang
- 8D
- Elementende
- 8E
- Außenfläche
- 9
- Druckwerk
- 9A
- Klischeewalze
- 9B
- Duktorwalze
- 9C
- Heberwalze
- 9D
- Auftragswalzen
- 9E
- Verreiberwalzen
- 9F
- Zwischenwalzen
- 10
- Farbauftragsposition
- 11
- Behälteraufnahmeposition
- 12
- Behälterentnahmeposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1571853 A [0002]
- DE 3735644 A1 [0002]
- DE 60125016 T2 [0002]
- US 2105378 A [0002]
- DE 2341103 C2 [0002]
- DE 3836142 C2 [0002]
- DE 60028122 T2 [0002]
- WO 1992/05960 A1 [0002]
- US 3228326 A [0002]
- US 3387557 A [0003]
- DE 2037706 A [0004, 0006]
