DE102013015096A1

DE102013015096A1 - Drehantriebsvorrichtung für eine Anlage zum Bedrucken von Behältern

Info

Publication number: DE102013015096A1
Application number: DE201310015096
Authority: DE
Inventors: Volker Till
Original assignee: Till GmbH
Current assignee: Dekron GmbH
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-19
Also published as: EP3044003A1; US20160221357A1; US9505232B2; EP3044003B1; WO2015036323A1

Abstract

Es wird eine Drehantriebsvorrichtung für eine Anlage zum Bedrucken von Behältern (12) umfassend einen Drehteller (13, 23) zur Aufnahme des zu bedruckenden Behälters (12), ein mit dem Drehteller (13, 23) verbundenes Formatteil (1, 2, 9, 14, 26) zum Übertragen einer Drehbewegung auf den Drehteller (13, 23) und einen Drehantrieb (22, 24) zum rotatorischen Antreiben des Formatteils (1, 9, 2, 14) um eine Drehachse (16) mittels eines an dem Formatteil (1, 2, 9, 14, 26) angreifenden Übertragungselements (3, 24, 25) beschrieben. Dabei ist vorgesehen, dass das Formatteil (1, 2, 9, 14, 26) im Angriffsbereich (18, 28) des Übertragungselements (3, 24, 25) dem Außenumfang der zu bedruckenden Oberfläche des Behälters (12) angepasst ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehantriebsvorrichtung für eine Anlage zum Bedrucken von dreidimensionalen Behältern, insbesondere zum Bedrucken deren Oberflächen am Außenumfang. Bei den Behältern kann es sich insbesondere um Flaschen aus Kunststoff und/oder Glas handeln. Die erfindungsgemäße Drehantriebsvorrichtung umfasst einen Drehteller zur Aufnahme des zu bedruckenden Behälters, ein mit dem Drehteller verbundenes bzw. verbindbares Formatteil zum Übertragen einer Drehbewegung auf den Drehteller und einen Drehantrieb zum rotatorischen Antreiben des Formatteils. Das Formatteil kann einteilig mit dem Drehteller ausgebildet oder mit diesem fest verbindbar sein derart, dass eine Drehbewegung des Formatteils um eine Drehachse zu einer Drehbewegung des Drehtellers um die Rotationsachse mit gleicher Winkelgeschwindigkeit führt. Das Antreiben des Formatteils erfolgt mittels eines an dem Formatteil angreifenden Kraftübertragungselements, das die Antriebskraft des Drehantriebs kraft- und/oder formschlüssig auf das Formatteil überträgt, wobei eine kraftschlüssige Übertragung erfindungsgemäß insbesondere durch Reibungskräfte eines an dem Formatteil anliegenden Übertragungselements, durch eine formschlüssige Verbindung mittels eines getriebeartigen Zahnantriebs oder durch elektromagnetische Kräfte erfolgen kann. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf eine entsprechende Anlage von dreidimensionalen Behältern mit der erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung.
Damit eine Anlage für verschieden große Behälter, Flaschen, Dosen oder dergleichen wirtschaftlich genutzt werden kann, werden sogenannte Formatteile verwendet, die individuell an die unterschiedlichsten Behälterformen angepasst sind und als Adapter zwischen Behälter und Anlage agieren. Je nach Behälterform wird ein entsprechend gestaltetes Formatteil verwendet, um den Behälter innerhalb der Anlage zu transportieren, zu fixieren oder auch für den Druck auszurichten. Bekannt ist, Behälter wie Flaschen oder sonstige Verpackungen mit Tintenstrahldruckern zu beschriften. Dabei wird der zu bedruckende Behälter an einer Druckstation auf einem Drehteller abgestellt und zentriert. Anschließend wird der Behälter über den Drehteller rotiert. Ein zu bedruckender Bereich der Oberfläche des Behälters wird an einem oder an mehreren in der Station angeordneten Druckköpfen vorbeigeführt, die den Behälter bedrucken, indem sie ein Druckmedium aus Düsen auf die Oberfläche des Behälters spritzen, während dieser relativ zum Druckkopf rotiert. Aus der DE 10 2009 058 222 A1 ist bspw. eine Anlage zum Bedrucken von Behältern bekannt, bei der ein zu bedruckender Behälter auf einem Drehteller abgesetzt wird, welcher von einem Servomotor um eine Rotationsachse gedreht wird. Eine Einspannvorrichtung fixiert den Behälter vor Druckbeginn.
Bei Druckverfahren, wie dem Drop-On-Demand-Verfahren, kann die Oberfläche des zu bedruckenden Behälters abhängig von der Kapazität des jeweiligen Druckkopfes mit einer spezifischen maximalen Frequenz der Tropfenfolge bedruckt werden. Bei einer Auflösung des Druckbildes von 360 dpi liegt die derzeitige, durch den Stand der Technik maximal erreichbare Frequenz bei typischerweise 6000 Punkten pro Sekunde. Aufgrund dieses Grenzwertes ist auch die Relativgeschwindigkeit, mit der die zu bedruckende Oberfläche an dem Druckkopf vorbeifährt, begrenzt. Bei der oben genannten Ausstoßfrequenz ergibt sich eine maximale Relativgeschwindigkeit zwischen dem Druckkopf und dem Druckbereich auf der Oberfläche von ca. 423,333 mm/s bzw. 60,666 Zoll/s. Eine darüber liegende Relativgeschwindigkeit würde die Qualität des Druckbilds mindern.
Gerade in Branchen wie der Getränkeindustrie wird jedoch mit Verarbeitungsmengen von z. B. 36.000 Flaschen pro Stunde gerechnet. Die Durchgangsrate beim Bedrucken der Flaschen muss daher entsprechend hoch sein, wobei eine gleichzeitig hohe Druckqualität gewährleistet bleiben soll. Um der Forderung nach einem schnellen Durchsatz nachzukommen, ist es vorteilhaft, die Kapazität der Druckstationen voll auszuschöpfen. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Druckfläche und Druckkopf unter Berücksichtigung der Druckkopfkapazität im Bereich maximaler Relativgeschwindigkeit gehalten wird, um den Gesamtdurchsatz auf hohem Niveau zu halten.
Zu berücksichtigen ist jedoch, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem zu bedruckenden Bereich an der Oberfläche des Behälters und dem Druckkopf bei einem sich um eine Rotationsachse drehenden Körper, wie einer Flasche, abhängig von dem Abstand des zu bedruckenden Punktes auf der Oberfläche des dreidimensionalen Behälters zu seiner Rotationsachse ist.
Eine dicke Flasche mit entsprechend großer radialer Ausdehnung weist bei gleicher Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit eine größere Umfangsgeschwindigkeit auf als eine dünne Flasche mit relativ entsprechend kleiner radialer Ausdehnung. Am Druckkopf liegen – bei gleicher Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit – unterschiedlich große Relativgeschwindigkeiten vor.
Um Behälter unterschiedlichen Durchmessers dennoch bei gleich großer Kapazitätsauslastung des Druckkopfes zu bearbeiten, muss für jeden möglichen Durchmesser des Behälters die passende Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit eingestellt werden, um die gleiche und möglichst maximale Umfangsgeschwindigkeit im Druckbereich zu erreichen bzw. eine konstante Relativgeschwindigkeit zwischen Druckkopf und Druckbereich zu erzielen.
Große Herausforderungen ergeben sich dabei gerade beim Druck nicht-rotationssymmetrischer Behälterformen, wie bspw. einer elliptischen Form. Dreht sich ein solcher Körper um seine Achse, dann verändert sich der Abstand zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche und der Rotationsachse fortwährend und ebenso ändert sich die Umfangsgeschwindigkeit des Druckbereichs vor dem Druckkopf. Um dennoch ein gutes Druckergebnis zu erreichen, müsste die Drehzahl den sich stetig verändernden Geschwindigkeitsverhältnissen fortwährend angepasst werden, so dass der Druckbereich vor dem Druckkopf immer die gleiche Umfangsgeschwindigkeit aufweist.
Die Anpassung der Umfangsgeschwindigkeit an unterschiedliche Behältergrößen oder sogar an nicht-rotationssymmetrische Behälterformen kann mit geregelten Servomotoren erzielt werden. Die Regelung stellt die Drehzahl des Drehtellers auf eine vor dem Druckkopf wirksame konstante Relativgeschwindigkeit zwischen Oberfläche und Druckkopf ein.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass der Einsatz von Servomotoren und des geeigneten Regelungssystems verhältnismäßig teuer und aufwendig ist. Zudem ist die notwendige Technik entsprechend aufwendig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Lösung vorzuschlagen, mit der ein qualitativ hochwertiges Druckbild bei hoher und wirtschaftlicher Auslastung der Anlage in einfacher Weise verwirklicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei einer Drehantriebseinrichtung der eingangs genannten Art ist dazu insbesondere, dass das Formatteil im Angriffsbereich des Übertragungselements dem Außenumfang zu bedruckenden Oberfläche des Behälters angepasst ist. Dabei sind der Drehteller und das Formatteil derart ausgerichtet, dass ihre Drehachsen zusammenfallen. Vorzugsweise ist der Drehteller ferner derart ausgebildet, dass nach Aufnehmen des zu bedruckenden Behälters auf dem Drehteller, bspw. einer geeignet ausgebildeten Aufnahme, dieser entsprechend dem Angriffsbereich des Formteils für das Angreifen des Übertragungselements ausgerichtet ist. Bei bspw. einem runden Außenumfang des zu bedruckenden Behälters (wie einer Flasche) fällt somit die Mittelachse der Flasche mit der gemeinsamen Drehachse von Drehteller und Formatteil zusammen. Weil das Übertragungselement an dem dem Außenumfang des zu bedruckenden Körpers angepassten Formatteil angreift, um das Formatteil und damit den Drehteller mit dem zu bedruckenden Behälter zu drehen, ist die Umfangsdrehgeschwindigkeit immer korrekt eingestellt, ohne dass die Winkelgeschwindigkeit des Drehantriebs bspw. bei sich ändernden Behältergrößen oder -formen angepasst oder eingeregelt werden muss. Gleichzeitig arbeite die Druckstation bzw. die Anlage immer mit der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit. Bei einer Änderung der Form und/oder Größe des zu bedruckenden Behälters ist lediglich das Formatteil entsprechend anzupassen, das erfindungsgemäß austauschbar ausgebildet ist. Der eigentliche Drehantrieb mit dem angetriebenen Übertragungselement kann unverändert bleiben.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist es also möglich, den Drehantrieb auch bei unterschiedlichem Behälterdurchmesser oder unterschiedlichen Behälterformen mit konstanter Drehzahl zu betreiben, ohne dass eine die Drehzahl entsprechend anpassende Regelung notwendig ist oder der Drehantrieb auf geänderte Verhältnisse umgestellt werden muss.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Formatteil im Angriffsbereich des Übertragungselements die Außenform der zu bedruckenden Oberfläche auf und ist derart mit dem Drehteller verbunden, dass eine Aufnahme des Drehtellers für den zu bedruckenden Behälter diesen entsprechend der Außenform des Formatteils positioniert. Hierdurch wird auf technisch einfache Weise erreicht, dass auch bei variabler Außenform der Behälter, bspw. bei einer elliptischen Form, die Umfangsgeschwindigkeit der zu bedruckenden Oberfläche relativ zu dem Druckkopf automatisch gleich bleibt. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann auch vorgesehen sein, dass das Formatteil integral mit dem Drehteller ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß kann der Drehteller eine Aufnahme in Form einer Zentrierung für den Behälter aufweisen, die es erleichtert, die zu bedruckende Oberfläche des Behälters in richtigem Abstand zum Druckkopf zu positionieren und zu dem Formatteil richtig auszurichten.
Um den Drehantrieb auf einfache Weise zu verwirklichen, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Übertragungselement in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Formatteils (1, 2, 14) verfahrbar geführt ist. Dazu kann das Übertragungselement insbesondere schwingend und/oder translatorisch beweglich gelagert sein. Auf diese Weise liegt das Übertragungselement unabhängig von Durchmesser bzw. Umfang des Formatteils, d. h. allgemeiner dessen Außenkontur, immer an diesem an. Bei einem Formatteil mit kleinem Durchmesser befindet sich das Übertragungsteil des Drehantriebs entsprechend näher zu der Drehachse des Formatteils als bei einem Formatteil mit großem Durchmesser.
Weil das Übertragungselement durch den Drehantrieb erfindungsgemäß mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird, wird die Bewegung auf das Formatteil übertragen, so dass die Umfangsgeschwindigkeit des Formatteils im Angriffsbereich zwischen Übertragungselement und Formatteil unabhängig vom Durchmesser des Formatteils immer gleich ist. Da das Formatteil an die Außenform des Behälters angepasst ist und dieser von dem Formatteil rotatorisch angetrieben wird, wird auch vor dem Druckkopf eine konstante Umfangsgeschwindigkeit erzielt.
Bei einem Behälterwechsel wird ein anderes, an den Behälter angepasstes Formatteil verwendet, das erfindungsgemäß einfach an der Drehachse des Drehtellers oder dem Drehteller selbst festlegbar ist, so dass der Behälter automatisch mit der korrekten Umfangsgeschwindigkeit vor dem Druckkopf bewegt wird.
Gerade in Bezug auf nicht-rotationssymmetrisch geformte Behältnisse erweist sich die vorliegende Erfindung als vorteilhaft. Bei einer z. B. elliptischen Außenform des Behälters und einem entsprechend geformtem Formatteil passt sich das Übertragungselement der Außenform des Formatteils, die im Kontaktbereich zwischen Übertragungselement und Formatteil der Querschnittsform des Behälters im Druckbereich entspricht, an. Das bedeutet, dass unabhängig von der im Kontakt- bzw. Angriffsbereich zwischen Übertragungselement und Formatteil vorherrschenden radialen Ausdehnung des Formatteils, welche sich ständig verändert, das Übertragungselement mit dem Formatteil in Kontakt bleibt und dieses rotatorisch antreibt. Das ergibt im Kraftübertragungsbereich und ebenso im Druckbereich eine immer konstante Umfangsgeschwindigkeit bei sich ständig verändernder Winkelgeschwindigkeit.
Einfacher Weise kann das Übertragungselement an einer Schwinge festgelegt sein, welche um eine zu der Drehachse des Formatteils parallele Schwenkachse gelagert ist. Als Schwinge wird dabei ein rotatorisch um die Schwenkachse gelagerter Arm verstanden, an dem in geeignetem Abstand, vorzugsweise am der Schwenkachse entgegen gesetzten Ende des Arms, das durch den Drehantrieb angeriebene Übertragungselement angeordnet ist.
Um das Übertragungselement in Wirkeingriff mit dem Formatteil zu drängen, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Übertragungselement in Richtung auf das Formatteil bzw. in Richtung des Angriffsbereichs an dem Formatteil, vorzugsweise über eine Feder, vorgespannt ist. Bei einem nicht-rotationssymmetrischen Körper kann z. B. eine federbelastet anliegende Schwinge eine Pendelbewegung des sich im Kontaktbereich zwischen Übertragungselement und Formatteil ständig verändernden Durchmessers ausgleichen und die Drehbewegung des Übertragungselements kraft- und/oder formschlüssig auf das Formatteil übertragen
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Übertragung zwischen dem Übertragungselement und dem Formatteil über Formschluss erfolgt. Dazu kann das Übertragungselement als Zahnrad ausgebildet sein, das in eine Umfangsverzahnung des Formatteils eingreifend ausleget ist bzw. eingreift. Die Kraft kann also nach Art einer Zahnradkupplung oder eines Wälzgetriebes übertragen werden, wobei eine bevorzugte Ausführungsform vorsieht, dass das Übertragungselement ein Antriebsritzel ist, das mit einem entsprechend verzahnten Formatteil kämmt. Die Verzahnung auf dem Formatteil ist vorzugsweise gleichmäßig über dessen Umfang verteilt. Diese Art des Antriebs hat insbesondere den Vorteil, dass Schlupf in der Übertragung ausgeschlossen wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kraftübertragung zwischen Übertragungselement und Formatteil über Kraftschluss erfolgt. Das Übertragungselement kann bei einer solchen Ausführung insbesondere als an einer Gegenfläche des Formatteils angreifender Reibantrieb, bspw. als gummiertes Rad, ausgebildet sein. Vorgesehen ist bei einem derartigen kraftschlüssigen Antrieb also eine Übertragung der rotatorischen Bewegung des Übertragungselements über eine Reibkupplung, wobei der kraftschlüssige Flächenkontakt über die Umfangsflächen jeweils von Formatteil und Übertragungselement erfolgen kann, die nach Art eines Reibradgetriebes die Antriebskraft übertragen. Die Umfangsflächen können natürlich verschiedene Formen aufweisen. So sind z. B. ebene, kegelige oder gekrümmte Kontaktflächen möglich.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das Übertragungselement als elektromagnetische Spulen ausgebildet sein, die mit an dem Formatteil angebrachten Magneten zur Kraftübertragung zusammenwirken, d. h. also einen Elektromotor bilden. Sobald die Spulen von einem Strom durchflossen werden, bildet sich in bekannter Weise ein Magnetfeld aus, in dem die auf dem Formatteil angeordneten Magneten angezogen bzw. abgestoßen werden. Hierdurch wird eine Drehbewegung auf das Formatteil übertragen.
Die Übertragung der Antriebskraft erfolgt auf Basis der elektromagnetischen Felder, die elektrisch generiert werden und durch Induktion magnetische Kräfte verursachen. Indem eine konstante Spannung an die Spule angelegt wird, wird eine dazu proportionale Drehzahl des Formatteils verwirklicht. Diese Ausführung der Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass Verschleißerscheinungen in der Kraftübertragung minimiert werden.
Um eine gleichmäßige Umfangsgeschwindigkeit zu erreichen, kann einfacher Weise vorgesehen sein, die Magnete entlang der Kontur der zu bedruckenden Oberfläche an dem Formatteil anzubringen, vorzugsweise in äquidistanten Abständen, d. h. gleichverteilt. Zudem kann die Position der Spule relativ zur Drehachse des Formatteils verändert werden, wobei der Abstand zur Drehachse der radialen Ausdehnung des Formatteils angepasst wird. Die Spule kann somit stets an die radiale Position der Magneten angepasst werden, auch wenn ein anders geformtes Formatteil verwendet wird. Die Bewegung der Spule zur Anpassung an Größe bzw. Kontur der zu bedruckenden Oberfläche kann bspw. durch an einer geeignet ausgebildeten Führungsfläche des Formatteils entlang laufende Rollen, ähnlich dem vorbeschriebenen Reibantrieb, erreicht werden mit dem Unterschied, dass der Antrieb nicht über die Rollen erfolgt.
Vorzugsweise weist die Drehantriebsvorrichtung einen Encoder auf, der derart eingerichtet ist, dass er die Winkelstellung des Drehantriebs erkennt und Signale zum Ansteuern der Druckköpfe bereitstellt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der richtige Druckbereich dem Druckkopf gegenübersteht, wenn dieser die Tinte auf den Behälter spritzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner durch eine Anlage zum Bedrucken von dreidimensionalen Behältern, wie Flaschen, mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung gelöst.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, mindestens einen Druckkopf oder mehrere Druckköpfe auf die Schwinge des Übertragungselements zu montieren. Ferner ist es erfindungsgemäß auch möglich, mindestens einen Druckkopf oder mehrere Druckköpfe auf einer oder mehreren zusätzlichen Schwingen zu montieren, an denen jeweils ein dem Übertragungselement entsprechendes Element drehbar, aber antriebslos festgelegt ist, das damit der Kontur des sich bei einer Drehung des Behälters mitdrehenden Formatteils folgt.
Da eine Schwinge mit dem Druckkopf oder den Druckköpfen über das Formatteil der Kontur des zu bedruckenden Behälters folgt, befindet sich der Druckkopf bzw. befinden sich die Druckköpfe automatisch immer an der richtigen Position und im richtigen Abstand zu der zu bedruckenden Oberfläche. Da der Druckkopf oder die Druckköpfe erfindungsgemäß so angeordnet sind, dass sie den Behälter auf seiner Oberfläche bedrucken können, kann über die Anordnung von Druckköpfen auf der einen angetriebenen Schwinge und/oder einer oder mehreren nicht angetriebenen Schwingen auf einfache Weise ein mehrfarbiger Druck auch auf Behältern unterschiedlichen Durchmessers erfolgen, ohne dass weitere Steuer- oder Regeleinrichtungen notwendig sind.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn Anbauten auf den Schwingen montierbar sind, die den Druckkopf selbst derart drehen, dass die Oberfläche des Druckkopfs mit den Druckdüsen immer tangential zur zu bedruckenden Oberfläche des Behälters ausgerichtet ist. Dies lässt sich beispielsweise mit einer geeigneten Kurvensteuerung erreichen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen:
1 schematisch das Prinzip zur Aufrechterhaltung einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit bei Behältern mit unterschiedlichen Durchmessern mit der erfindungsgemäßen Drehantriebseinrichtung;
1a schematisch eine Schwinge mit an das Formatteil angepasstem Element, auf der ein Druckkopf montiert ist.
2 schematisch das Prinzip zur Aufrechterhaltung einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit bei nicht-rotationssymmetrischen Behältern mit der erfindungsgemäßen Drehantriebseinrichtung;
3 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
5 die Drehantriebsvorrichtung aus 4 in einer Schnittansicht.
In der 1 ist ein Formatteil 1 als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung dargestellt, das an die Außenform eines zu bedruckenden, aber in 1 aber nicht dargestellten Behälters angepasst ist. Die Anpassung bedeutet hier erfindungsgemäß, dass Formatteil 1 in Kontur und Größe dem zu bedruckenden Körper entspricht. In der Darstellung gemäß 1 weist das Formatteil 1 einen runden Querschnitt auf und ist zylinderförmig ausgebildet. Entsprechend kann es sich bei dem Behälter um eine Flasche zeigen, die im Bereich des Flaschenbauchs als zu bedruckender Oberfläche auch eine Zylinderform aufweist. Das Formatteil 1 besitzt also einen rotationssymmetrischen Querschnitt mit einem Radius r₁.
Mit gestrichelten Linien ist ein ebenfalls rotationssymmetrisches zweites Formatteil 2 dargestellt, das an ein großes, ebenfalls an ein nicht dargestelltes rotationssymmetrisches Behältnis mit größerem Querschnitt angepasst ist. DAs zweite Formatteil 2 besitzt einen einem Radius r₂.
Ein dem Antrieb des Formatteils 1, 2 dienendes Übertragungselement 3 wird durch einen nicht dargestellten Drehantrieb im Uhrzeigersinn 4 rotatorisch angetrieben. Das Übertragungselement 3 ist über eine Aufhängung 5 schwenkend nach Art einer Schwinge gelagert und wird über eine Feder 6 in Eingriff mit dem äußeren Umfang des Formatteils 1, 2 gedrückt. Dabei überträgt das Übertragungselement 4 die Drehkraft auf das Formatteil 1 nach Art eines Getriebes oder Reibantriebs, wodurch sich das Formatteil 1 gegen den Uhrzeigersinn 7 dreht.
Durch Tausch des Formatteils 1 gegen das Formatteil 2 passt sich der Drehantrieb einfach an die geänderten Größenverhältnisse des Formatteils 1, 2 und damit des zu bedruckenden Behälters an, dessen Abmessungen das Formatteil 1, 2 repräsentiert. Aufgrund der verschwenkbaren Aufhängung 5 des Übertragungselements 3 führt das Übertragungselement 3 eine Schwenkbewegung 8 aus und liegt am äußeren Umfang des größeren Formatteils 2 an.
Dreht sich der Antrieb des Übertragungselements 3 nun mit der gleichen Drehrichtung und Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeit, wie es beim kleineren Formatteil 1 der Fall war, wird die gleiche Drehbewegung auf den äußeren Umfang des Formatteils 2 übertragen. Da das Formatteil 2 einen größeren Radius r₂ als das kleinere Formatteil mit dem Radius r₁ aufweist, ist auch die Winkelgeschwindigkeit ω₂ kleiner als die Winkelgeschwindigkeit ω₁ des kleineren Formatteils 1. Dennoch weisen beide Formatteile 1 und 2 die gleiche Umfangsgeschwindigkeit bzw. Tangentialgeschwindigkeit v_T auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass unabhängig von der Behältergröße stets die gleiche Relativgeschwindigkeit zwischen dem zu bedruckenden Bereich auf dem Behälter und einem Druckkopf herrscht.
Somit ist der Antrieb unabhängig von der Größe des Behälters. Dies liegt insbesondere daran, dass das Formatteil 1, 2 die Kontur des zu bedruckenden Bereichs des Behälters abbildet und das Übertragungselement 3 die Drehbewegung entlang dieser Kontur überträgt.
Wie 1a zeigt, kann diese Konzept auch verwendet werden, um einen (oder mehrere) Druckkopf 29 auf der Schwinge 30 anzuordnen, an der das Übertragungselement 3 oder ein dem Übertragungselement 3 entsprechendes Element festgelegt ist, das der Kontur des Formatteils 1 folgt. So befindet sich der Druckkopf 29 automatisch immer an der richtigen Position und im richtigen Abstand zu der zu bedruckenden Oberfläche des Behälters 12.
Dieses Prinzip ist auch auf nicht-rotationssymmetrische Behälter und entsprechend angepasste Formatteile 9 anwendbar, wie die 2a und 2b zeigen. Das in 2a und 2b dargestellte Formatteil 9 weist einen nicht-rotationssymmetrischen (elliptischen) Querschnitt auf. Entsprechend der Anordnung in 1 wird das Übertragungselement 3 schwenkbar über die Feder 6 und die Aufhängung 5 nach Art einer Schwinge gegen das Formatteil 9 gedrängt und dreht dabei im Uhrzeigersinn 4. Diese Bewegung wird auf das Formatteil 9 übertragen, welches sich um seine Rotationsachse 10 gegen den Uhrzeigersinn 7 dreht.
Die Anordnung gemäß 2a und 2b wird einfach durch Ausstauch des Formatteils 1, 2 gegen Formatteil 9 erreicht. Ansonsten ist die Drehantriebsvorrichtung dieselbe.
2a zeigt das Formatteil 9 in einer ersten Stellung, in der das Übertragungselement 3 an dem Formatteil 9 an dessen schmalen Bereich mit dem (kleinen) Radius r₁ anliegt. Die 2b zeigt das Formatteil 9, nachdem es sich gegen den Uhrzeigersinn um 90° gedreht hat. Das Ausmaß der radialen Erstreckung im Kontaktbereich zwischen dem Übertragungselement 3 und dem Formatteil 9 ist mit dem Radius r₂ nun größer als in der 2a.
Über die Aufhängung 5 und die Feder 6 verändert sich auch der Abstand zwischen Übertragungselement 3 und der Rotationsachse 10 des Formatteils 9. Bei fortlaufender Drehbewegung des Formatteils 9 führt das federbelastete Übertragungselement 3 eine Pendelbewegung 11 aus, da es sich ständig dem veränderten Durchmesser des Formatteils 9 anpasst.
Da die Umfangsgeschwindigkeit des Übertragungselements 3 unabhängig von seiner Position relativ zur Rotationsachse 10 des Formatteils 9 konstant bleibt, weist das Formatteil 9 im Kontaktbereich zwischen Übertragungselement 3 und Formatteil 9 eine konstante Umfangsgeschwindigkeit bei sich ständig veränderndem Radius auf. Auf diese Weise wird die Umfangsgeschwindigkeit auch eines nicht-rotationssymmetrischen Behälters automatisch konstant gehalten, dessen Form der Kontur des Formatteils 9 entspricht.
In der 3 ist die erfindungsgemäße Drehantriebsvorrichtung, deren Konzept zuvor mit Bezug auf die 1 und 2 bereits erläutert wurde, in der Seitenansicht dargestellt. Ein zu bedruckender Behälter in Form einer Flasche 12 ist auf einem Drehteller 13, der integral bzw. einstückig mit einem an die Flasche 12 angepassten Formatteil 14 ausgebildet ist, angeordnet, wobei eine Aufnahme 15 gleichzeitig die untere Zentrierung der Flasche 12 zu einer Dreh- bzw. Rotationsachse 16 und die Ausrichtung der Kontur der Flasche 12 zu der Kontur des Formatteils 14 sicherstellt. Eine oberhalb der Flasche 13 angeordnete Zentrierung 17, welche entlang der Rotationsachse 16 verschiebbar ist, dient ebenfalls der Positionierung und Führung der Flasche 12 in der dargestellten Drehantriebsvorrichtung.
Das Formatteil 14 besitzt einen unterhalb der Aufnahme 15 des Drehtellers 13 liegenden Bereich 18, der dem Ein- bzw. Angriff mit dem Übertragungselement 3 dient. Das Formatteil 14 besitzt eine relativ zur Rotationsachse 16 rotationssymmetrische Gestalt, wobei sich der Angriffsbereich 18 über den Umfang des Formatteils 14 erstreckt. Der Durchmesser 19 des Formatteils 14 im Angriffsbereich 18 ist auf den Durchmesser 20 der Flasche 12 in einem nicht dargestellten Druckbereich abgestimmt, wobei der Durchmesser 19 des Formatteils 14 genauso groß ist wie der Durchmesser 20 der Flasche 12 im Druckbereich. Der Umfang des Formatteils 14 im Angriffsbereich 18 entspricht also dem Umfang des Behälters 12 in dem zu bedruckenden Bereich.
Das Formatteil 14 ist über eine Lagerung 21 gelagert, so dass es um die Drehachse 16 rotieren kann. Ein Drehmotor 22 ist mit dem Übertragungselement 3 verbunden, so dass sich das Übertragungselement 3 mit der Drehzahl des Drehmotors 22 dreht. Das Übertragungselement 3 überträgt seine Drehbewegung im Angriffsbereich 18 auf das Formatteil 14, wobei die Art der Kraftübertragung hier nicht dargestellt ist.
Unter anderem kann es sich um eine kraft- oder formschlüssige Kraftübertragung handeln. Das Formatteil 14 wiederum überträgt die Drehbewegung über die Aufnahme 15 des Drehtellers 13 auf die Flasche 12, so dass sich auch diese um die Rotationsachse 16 dreht. Die Umfangsgeschwindigkeit der Flasche 12 im Druckbereich entspricht der des Formatteils 14 im Angriffsbereich 18.
Soll nun ausgehend von der in der 3 dargestellten Konfiguration eine Flasche mit geringerem Durchmesser bedruckt werden, dann wird ein auf eine solche Flasche abgestimmtes Formatteil mit einem entsprechenden Eingriffsbereich geringeren Durchmessers verwendet. Das Übertragungselement 3 passt sich in einem solchen Fall dem geänderten Formatteil an, rückt näher an die Drehachse 16 und überträgt seine Drehbewegung mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie in 3 auf das entsprechende Formatteil. Infolge dieser Übertragung ist die Umfangsgeschwindigkeit im Druckbereich genauso groß wie die Umfangsgeschwindigkeit im Druckbereich der in der 3 dargestellten Flasche 12.
Die 4 zeigt ebenfalls eine Flasche 12, die in die Aufnahme 15 eines Drehtellers 23 eingesetzt, der mit dem Formatteil 26 verbunden ist. Anders als in der 3 werden der Antrieb und das Übertragungselement durch eine (oder auch mehrere, in 4 jedoch nicht dargestellter) stromdurchflossene Spule 24 als Drehantrieb und eine Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang des Formatteils 26 verteilten Magneten 25 als Übertragungselement gebildet. Die Magneten 25 sind dabei erfindungsgemäß so angeordnet, dass der Verlauf der Magneten 25 der Kontur der Flasche 12 in dem zu bedruckenden Bereich entspricht. Die Anordnung der Magneten 25 auf dem Formatteil 26 entspricht also dem Angriffsbereich 28.
Die Spule 25 weist stromdurchflossene Leiter auf, die im Zusammenspiel mit den Magneten 25 in bekannter Weise einen Elektromotor bilden, dessen Funktionsprinzip an dieser Stelle daher nicht weiter erläutert werden muss.
Eine Schnittansicht dieser Drehantriebsvorrichtung zeigt 5. Der Drehteller 23 weist eine zentrierende Aufnahme 15 auf und ist ferner mit dem Formatteil 26 verbundenen, unter dem der Drehteller 23 mit dem Formatteil 23 in der Lagerung 21 gelagert ist, so dass die einstückig bzw. integral ausgebildeten Drehteller 23 und Formatteil 26 mit der Flasche 12 um die Rotationsachse 16 rotieren können. Die Magneten 25 sind in einem sich radial nach außen erstreckenden Bereich des Formatteils 26 angeordnet und folgen der Kontur der Flasche 12.
Die Spule 24 ist berührungslos über den Magneten 25 angeordnet. Die Übertragung der Antriebskraft erfolgt auf Basis der elektromagnetischen Felder, die elektrisch generiert werden und durch Induktion magnetische Kräfte verursachen. Wird auf die Spule eine Spannung angelegt, entsteht ein elektromagnetisches Feld, dass magnetische Kräfte hervorrufen und das Formatteil 23 und damit die Flasche 12 rotatorisch antreibt.
Wird ein kleineres oder größeres Formatteil verwendet – passend zu einer kleineren oder größeren Flasche – liegen die Magneten 25 auch auf einem entsprechend größeren Umfang. Die Spule ist relativ zur Drehachse 16 verfahrbar, bspw. vergleichbar zu der in den 1 und 2 gezeigten Weise, und kann auf die radiale Position der Magneten 25 angepasst werden.
Indem eine konstante Spannung an die Spule 24 angelegt wird, wird eine dazu proportionale Drehzahl des Formatteils 26 verwirklicht, das die Umfangsgeschwindigkeit der Flasche in dem zu bedruckenden Bereich vorgibt.
Bezugszeichenliste

1: Formatteil für kleines Behältnis
2: Formatteil für großes Behältnis
3: Übertragungselement
4: Drehrichtung des Übertragungselements
5: Aufhängung, Schwenkachse
6: Feder
7: Drehrichtung des Formatteils
8: Schwenkbewegung des Übertragungselements
9: nicht-rotationssymmetrisches Formatteil
10: Rotationsachse Formatteil
11: Pendelbewegung
12: Behälter, Flasche
13: Drehteller
14: Formatteil
15: Aufnahme
16: Drehachse
17: Zentrierung
18: Angriffsbereich
19: Durchmesser des Eingriffsbereichs
20: Durchmesser der Flasche im Druckbereich
21: Lagerung
22: Drehantrieb, Drehmotor
23: Drehteller
24: Spule, Drehantrieb, Übertragungselement
25: Magnet, Übertragungselement
26: Formatteil
27: Verfahrbarkeit der Spule
28: Angriffsbereich
29: Druckkopf
30: Schwinge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009058222 A1 [0002]

Claims

Drehantriebsvorrichtung für eine Anlage zum Bedrucken von Behältern (12) umfassend einen Drehteller (13, 23) zur Aufnahme des zu bedruckenden Behälters (12), ein mit dem Drehteller (13, 23) verbundenes Formatteil (1, 2, 9, 14, 26) zum Übertragen einer Drehbewegung auf den Drehteller (13, 23) und einen Drehantrieb (22, 24) zum rotatorischen Antreiben des Formatteils (1, 9, 2, 14) um eine Drehachse (16) mittels eines an dem Formatteil (1, 2, 9, 14, 26) angreifenden Übertragungselements (3, 24, 25), dadurch gekennzeichnet, dass das Formatteil (1, 2, 9, 14, 26) im Angriffsbereich (18, 28) des Übertragungselements (3, 24, 25) dem Außenumfang der zu bedruckenden Oberfläche des Behälters (12) angepasst ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formatteil (1, 2, 9, 14, 26) im Angriffsbereich (18) des Übertragungselements (3, 24, 25) die Außenform der zu bedruckenden Oberfläche aufweist und derart mit dem Drehteller (13, 23) verbunden ist, dass eine Aufnahme (15) des Drehtellers (13, 23) für den zu bedruckenden Behälter (12) diesen entsprechend der Außenform des Formatteils (1, 2, 9, 14, 26) positioniert.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (3, 24) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (16) des Formatteils (1, 2, 9, 14, 26) verfahrbar geführt ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (3, 24) an einer Schwinge (30) festgelegt ist, welche um eine zu der Drehachse (16) des Formatteils (1, 2, 9, 14, 26) parallele Schwenkachse (5) gelagert ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (3, 24) in Richtung des Angriffsbereichs an dem Formatteil vorgespannt ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (3) als Zahnrad ausgebildet ist, das in eine Umfangsverzahnung des Formatteils (1, 2, 9, 14) eingreifend ausleget ist.
Drehantriebsvorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (3) als an einer Gegenfläche des Formatteils (1, 2, 9, 14) angreifender Reibantrieb ausgebildet ist.
Drehantriebsvorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (24, 25) als elektromagnetische Spule (24) ausgebildet ist, die mit an dem Formatteil (26) angebrachten Magneten (25) zur Kraftübertragung zusammenwirken.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (25) entlang der Kontur der zu bedruckenden Oberfläche an dem Formatteil (26) angebracht sind.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Encoder, der derart eingerichtet ist, dass er die Winkelstellung der Drehantriebsvorrichtung erkennt und Positionssignale zum Ansteuern von Druckköpfen bereitstellt.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Schwinge (30), an der das Übertragungselement (3) oder ein insbesondere im Umfang dem Übertragungselement (3) entsprechendes, antriebsloses Element festgelegt ist, das an dem Formatteil (1) anliegt und der Kontur des sich drehenden Formatteils (1) folgt, mindestens ein Druckkopf (29) derart angeordnet (29) ist, dass der Druckkopf (29) den Behälter (12) auf seiner Oberfläche bedrucken kann.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Anbauten montierbar sind, die den Druckkopf (29) selbst derart drehen, dass die Oberfläche des Druckkopfs (29) mit den Druckdüsen immer tangential zur zu bedruckenden Oberfläche des Behälters (12) ausgerichtet ist.
Anlage zum Bedrucken von dreidimensionalen Behältern (12) mit wenigstens einer Drehantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.