DE102004004827A1

DE102004004827A1 - Etikettiervorrichtung und Etikettierverfahren

Info

Publication number: DE102004004827A1
Application number: DE200410004827
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Hufnagel
Original assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Current assignee: HUFNAGEL, VOLKER, DR., 82211 HERRSCHING, DE
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: DE102004004827B4

Abstract

Manche Haftklebstoffe entwickeln erst nach Einwirkung höherer Temperaturen ihre beste Haftkraft zum Untergrund, etwa weil aufgrund der Erweichung oberhalb eines bestimmten Temperaturbereichs eine bessere Anpassung des Haftklebstoffs an die Oberflächenstruktur und somit eine erhöhte Adhäsion erreicht wird. Der erfindungsgemäße Anpreßstempel (1) weist ein auswechselbares gummielastisches Stempelvorderteil (2) mit darin eingelagertem Induktor (3) auf, welcher verschiedene, die Grundform einer oder mehrerer Leiterschleifen variierende Ausführungen haben kann. Mittels des im Anpreßstempel (1) integrierten Induktors (3) kann der zu etikettierende Gegenstand während des Andrückens eines Etiketts lokal induktiv erwärmt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Etikettiervorrichtung sowie ein Etikettierverfahren, insbesondere zum Etikettieren metallischer Gegenstände.
Bei der Etikettierung von Gegenständen mit selbstklebenden Etiketten ist häufig beabsichtigt, eine möglichst dauerhafte Verbindung zwischen Etikett und zu etikettierendem Gegenstand zu erzielen. So soll sichergestellt werden, daß die Text- und/oder Bildinformation, mit welcher das Etikett versehen ist, auch bei andauerndem Gebrauch des Gegenstands noch unmittelbar am Gegenstand verfügbar ist. Dies ist beispielsweise bei Typenschildern oder Etiketten mit Warnhinweisen der Fall.

Um eine gut haftende Verbindung zwischen Etikett und Untergrund zu erzielen, werden häufig Etikettiervorrichtungen eingesetzt, bei welchen jedes anzubringende Etikett mittels eines Anpreßstempels mit hoher Kraft an den jeweiligen zu etikettierenden Gegenstand angedrückt wird.

Manche Haftklebstoffe entwickeln erst nach Einwirkung höherer Temperaturen ihre beste Haftkraft zum Untergrund, etwa weil aufgrund der Erweichung oberhalb eines bestimmten Temperaturbereichs eine bessere Anpassung des Haftklebstoffs an die Oberflächenstruktur und somit eine erhöhte Adhäsion erreicht wird. Nach dem Erkalten auf Zimmertemperatur wird dann eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse erzielt, was sich beispielsweise in einer hohen erreichbaren Dampfstrahlbeständigkeit äußert.

Die beschriebene Erhöhung der Beständigkeit einer Haftklebeverbindung durch Erwärmung macht man sich in der Praxis auf zweierlei Arten zunutze. Entweder wird der zu etikettierende Untergrund vor dem Aufbringen des Etiketts erwärmt, oder aber es erfolgt eine Wärmelagerung des Gegenstands nach dem eigentlichen Etikettiervorgang. Beide Ansätze besitzen den Nachteil, daß es sich um zeitintensive Vorgänge handelt, und daß die Einrichtungen zum Erwärmen zusätzlichen Raum beanspruchen.

Besondere Relevanz besitzt das angesprochene Problemfeld bei der Etikettierung metallischer Gegenstände, da in vielen technischen Gebieten gerade Bauteile, welche schwierigen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind; aus Metallen bzw. Legierungen gefertigt werden. Insbesondere das Etikettieren metallischer Gegenstände, etwa bei der Teilekennzeichnung im Maschinenbau, erfordert somit häufig besondere Maßnahmen zur Verbesserung der Haftkraft zwischen Etikett und Untergrund.

Angesichts der beschriebenen Problematik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Etikettiervorrichtung zu schaffen, welche eine Erhöhung der Haftkraft zwischen Etikett und Untergrund ohne platzaufwendige vor- oder nachgeschaltete Heizeinrichtungen gestattet. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere mit dieser Vorrichtung ausführbares Etikettierverfahren bereitzustellen, welches eine Erhöhung der Haftkraft zwischen Etikett und Untergrund ohne zeitaufwendige vor- oder nachgeschaltete Heizeinrichtungen gestattet. Dabei liegt das Augenmerk auf der Etikettierung metallischer Gegenstände.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Etikettiervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Unter einem elektrisch leitenden Gegenstand wird dabei erfindungsgemäß ein Gegenstand verstanden, der zumindest an der Stelle, die etikettiert werden soll, oberflächennah bei Raumtemperatur einen spezifischen elektrischen Widerstand kleiner 100 μΩ·m aufweist. Hierunter fallen in erster Linie metallische Gegenstände.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Etikettiervorrichtung können gemäß den Ansprüchen 2–10 gestaltet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst, wofür bevorzugt eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird.

Mittels des im Anpreßstempel integrierten Induktors kann der zu etikettierende Gegenstand während des Andrückens eines Etiketts lokal induktiv erwärmt werden. Induktive Aufheizung gestattet eine gegenüber herkömmlichen Heizmethoden um Größenordnungen höhere Leistungsübertragung pro Fläche. So liegt die induktiv maximal pro Flächeneinheit übertragbare Leistung um etwa zwei Zehnerpotenzen höher als die flächenbezogene Heizleistung eines Infrarot-Punktstrahlers. Gegenüber der Heizung mittels eines herkömmlichen Elektro-Heizstrahlers beträgt der Unterschied etwa eine weitere Zehnerpotenz. Entsprechend sind durch die induktive Erwärmung sehr kurze Aufheizzeiten möglich, so daß auch bei hohen Taktzeiten der Etikettiervorrichtung und entsprechend kurzen Anpreßzeiten letztere für eine hinreichende Oberflächenerwärmung der zu etikettierenden Gegenstände ausreichen. Etikettierung und Erwärmung des Untergrunds können zeitgleich erfolgen. Lange Vorwärm- oder Warmlagerzeiten der zu etikettierenden bzw. frisch etikettierten Gegenstände entfallen.

Ebenso ist auch keine platzaufwendige zusätzliche Aufheizeinheit oder Warmlagereinheit mehr erforderlich. Der in Form einer oder mehrerer Leiterschleife(n), Leiterspule(n) oder auch mäander- oder spiralförmig ausführbare, vorzugsweise hauptsächlich aus Kupfer bestehende Induktor benötigt bei seiner Integration in den Anpreßstempel nur sehr wenig Bauraum.

Induktoren können vorteilhafterweise wassergekühlt sein, beispielsweise in Form innengekühlter Kupferröhren.

Die für den Betrieb des Induktors erforderliche Wechselspannung kann je nach Frequenzbereich vorteilhafterweise mittels eines statischen Frequenzumrichters, Thyristor-Umrichters, Transistor-Umrichers oder Hochfrequenzumrichters (z.B. Röhrengenerator) erzeugt werden. Weitere Komponenten einer geeigneten Induktionsheizung sind eine Netzeinspeisung , welche im allgemeinen direkt an das Wechselstrom- bzw. Drehstromnetz angeschlossen werden kann, eine Übertragungsstrecke, ggf. ein Kompensationskondensator, sowie eine Regel- bzw. Steuereinheit.

Die Wärme entsteht durch Induktion von Wirbelströmen im zu etikettierenden Gegenstand selbst. Daher sind Heizleistungsverluste gering und der Wirkungsgrad entsprechend hoch. Auch entstehen keine Wärmeverluste auf einem Förderweg, wie dies bei einer Vorheizung des zu etikettierenden Gegenstandes beim Vorschub von der Aufheizeinheit zur Etiketten-Applikationseinheit der Fall ist.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Eindringtiefe der induzierten Ströme gering ist – bei Raumtemperatur und einer Wechselspannungsfrequenz von 500 Hz etwa 1,4 mm für Stahl und 4 mm für Aluminium, bei höheren Frequenzen deutlich geringer, so etwa kleiner 1 mm für beide genannten Werkstoffe bei 10 kHz. Die gößte Stromdichte wird an der Oberfläche erreicht und fällt in Richtung des Inneren des zu etikettierenden Gegenstands exponentiell ab. Die Wärme wird also dort erzeugt, wo sie für die Behandlung des Etikettenklebstoffs benötigt wird, nämlich oberflächennah.

Ein weiterer Vorteil ist die hohe Genauigkeit, mit welcher die Wärmezufuhr und damit die Aufheiztemperatur des zu etikettierenden Gegenstands regulierbar ist. Im Zusammenhang mit der Erwärmung vom Untergrund her können bei entsprechender Regelung mitunter sogar thermisch empfindliche Etikettenfolien eingesetzt werden, da im Bereich der Etikettenfolie die Temperatur niedriger ist als am Übergang zwischen Untergrund und Etikettenklebstoff. Durch geeignete Wahl von Taktzeit und Energieeintrag sind die Verklebeparameter sehr gut einstell- und einhaltbar, so daß eine Anpassung an andere Untergründe oder anderweitig veränderte Rahmenbedingungen einfach möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren, wie auch die erfindungsgemäße Vorrichtung, eignet sich auch bei der Verwendung von Etiketten mit thermisch aktivierbarem Klebstoff (beispielsweise herkömmlicher Hotmelt) anstelle eines Haftklebstoffs. Hierbei ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei der Anwendung für haftklebstoffbeschichtete Etiketten, nämlich keine zusätzlichen Aufheiz- bzw. Nachwärmzeiten sowie das Entfallen platzaufwendiger separater Heizeinheiten.

Durch die Effektivität der induktiven Heizung wird mit thermisch aktivierbaren Klebstoffen eine weitere Klebstoffklasse für die Teilekennzeichnung im Maschinenbau zugänglich gemacht. Überhaupt erweitert die Erfindung das Spektrum einsetzbarer Klebstoffe. Es können geringere Klebstoffmengen verwendet und damit die Neigung zum Klebstoffaustritt am Etikettenrand vermindert sowie die Scherstabilität erhöht werden. Die oft problematische Haftung von Etiketten auf Grauguß wird verbessert. Generell wird eine sehr gute Anfangshaftung der Etiketten erreicht.

Ferner ermöglicht die Erfindung die exakte Anpassung und Verklebung von Etiketten aus Schrumpffolie auf Oberflächenreliefs, Bauteilwölbungen, auf Maschinenwellen zum Korrosionsschutz etc. Durch die vorzugsweise gummielastische Ausführung des Vorderteils des Anpreßstempels wird eine hohe Flexibilität bezüglich Untergrundwölbungen erreicht.

Ferner kann die Anpreßfläche vorteilhafterweise der Form des Untergrunds angepaßt sein, auf welchen das Etikett aufgebracht werden soll. Bei einer derart gewissermaßen (annähernd) als Negativ des Untergrunds ausgebildeten Anpreßfläche bietet sich sowohl eine starre als auch eine elastische Ausführung des Vorderteils des Anpreßstempels an.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr kompakt ausführbar ist, ergeben sich große Handhabungsvorteile. Exakt auf die jeweilige Untergrundwölbung und/oder Etikettenform und/oder -größe abgestimmte Induktoren und Anpreßflächen können in entsprechend angepaßte, einfach auf ein Basisgerät aufsteckbare Einheiten integriert sein.

Eine Etiketten-Spendevorrichtung, von welcher der Anpreßstempel die Etiketten aufnimmt, kann in die Vorrichtung integriert oder an diese modular ansteckbar sein.

Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft als kompaktes Werkzeug ausgeführt sein, welches ähnlich wie ein pneumatischer Schlagschrauber zu handhaben ist. Die Versorgungsleitungen sind dann von einer zentralen Station aus z.B. an der Decke der Montagehalle geführt. Ein derartiges Werkzeug kann an einem Seilzugsystem aufgehängt sein, um die bei der Handhabung zu bewegenden Massen zu reduzieren.

Selbstverständlich können auch elektrische Zuleitungen und Vakuumzuleitungen für eine Ansaugeinheit, welche Etiketten von einer Vorlage aufnimmt, vorteilhafterweise von oben her zum Gerät geführt werden.

Bei manueller Bedienung der den Anpreßstempel enthaltenden Einheit können vorzugsweise visuelle (z.B. Leucht-) oder akkustische Anzeigen für den erwünschten bzw. tatsächlichen Anpreßdruck, den Betrieb des Induktors und das Ende der vorgesehenen Anpreßzeit vorgesehen sein.

Neben halbautomatischer Etikettierung mit Mannbedienung kann auch eine vollautomatische Bedienung mit Sensorsteuerung im In-Line-Betrieb besonders effizient sein.

Anhand der zugehörigen Zeichnungen werden Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachfolgend näher erläutert. Bei den Zeichnungen handelt es sich dabei um rein schematische, stark vereinfachte und nicht maßstäbliche Darstellungen, insbesondere ist die Dicke der Etiketten aus Anschaulichkeitsgründen stark übertrieben dargestellt. Einander entsprechende Elemente sind in den einzelnen Figuren mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Anpreßstempels einer erfindungsgemäßen Etikettiervorrichtung.
2 zeigt den Anpreßstempel aus 1 mit einem für runde Etiketten angepaßten Vorderteil von der Seite des Kontakts zum Etikett her (d.h. von rechts aus in 1).
3 zeigt den Anpreßstempel aus 1 mit einem für im wesentlichen rechteckige Etiketten angepaßten Vorderteil von der Seite des Kontakts zum Etikett her (d.h. von rechts aus in 1).
4a zeigt den Anpreßstempel aus 1 mit einem angesaugten Etikett unmittelbar vor dem Applizieren auf ein gewölbtes, metallisches Werkstück.
4b zeigt den Anpreßstempel aus 1 mit Etikett unmittelbar beim Applizieren auf das gewölbte, metallische Werkstück.
5a zeigt einen Anpreßstempel der in 1 dargestellten Art beim Aufnehmen eines Etiketts von einer komplett verschieblichen Spendeeinheit.
5b zeigt den Anpreßstempel sowie die komplett verschiebliche Spendeeinheit aus 1 nach dem Aufnehmen eines Etiketts.
Der in 1 dargestellte Anpreßstempel 1 weist ein auswechselbares gummielastisches Stempelvorderteil 2 mit darin eingelagertem Induktor 3 auf, welcher verschiedene, die Grundform einer oder mehrerer Leiterschleifen variierende Ausführungen haben kann.
Ein für eine runde Etikettenform ausgebildetes Stempelvorderteil 2 ist in 2 dargestellt. Im Zentrum besitzt dieses eine Vakuumplatte 4 mit mehreren Ansaugöffnungen 5 zum Aufnehmen des jeweils zu verspendenden Etiketts 6. Strichliert angedeutet ist ferner die Lage des spiralförmigen Induktors 3.
Ein für eine im wesentlichen rechteckige Etikettenform ausgebildetes Stempelvorderteil 2 ist in 3 dargestellt. Im Zentrum besitzt dieses ebenfalls eine Vakuumplatte 4 mit mehreren Ansaugöffnungen 5 zum Aufnehmen des jeweils zu verspendenden Etiketts 6. Strichliert angedeutet ist ferner die Lage des meanderförmigen Induktors 3.
Wie in 4a dargestellt, wird das im Bereich der Vakuumplatte 4 (in 4a/4b nicht dargestellt) aufgenommene Etikett 6 durch Bewegen des Anpreßstempels 1 in die lateral für das Etikett 6 bestimmte Position vor ein metallisches Werkstück 7 mit gekrümmter Oberfläche gebracht, zu dessen Kennzeichnung das Etikett 6 dient.
Anschließend drückt der Anpreßstempel 1 das Etikett 6 mit dessen Klebstoffbeschichtung (nicht dargestellt) axial gegen die Oberfläche des Werkstücks 7. Beim Anpreßen paßt sich das Vorderteil 2 aufgrund seiner Gummi-Elastizität an die Oberflächenkrümmung des Werkstücks 7 an. Während des Anpreßens wird der Induktor 3 mit elektrischer Wechselspannung versorgt. Die hierdurch im oberflächennahen, schraffiert angedeuteten Bereich 8 des Werkstücks 7 induzierten Wirbelströme bewirken eine ohmsche Erwärmung der Werkstückoberfläche an der zu etikettierenden Stelle. Die dadurch bewirkte Erweichung der Klebstoffbeschichtung (nicht dargestellt) des Etiketts 6 sorgt für eine nach erfolgtem Etikettiervorgang stark erhöhte Haftung zwischen Etikett 6 und Werkstück 7.
5a und 5b zeigen das Zusammenwirken des Anpreßstempels 1 mit einer alternierend komplett verschieblichen Spendeeinheit 12 während eines Arbeitstakts. Die Spendeeinheit 12 spendet ein Etikett 6 von einer Spenderolle 10 vor die Vakkumplatte 4 (in 5a/5b nicht dargestellt), welche das Etikett 6 durch Ansaugen aufnimmt. Dabei wird das Etikett 6 von einem Trägerband 9 aus Abziehmaterial abgespendet, auf welchem eine Vielzahl von Etiketten angeordnet ist. Nach dem Abspenden des Etiketts 6 wird die Spendeeinheit 12 in Richtung des Pfeils 13 bewegt, und die Applikation des Etiketts 6 auf den zu etikettierenden Gegenstand mittels des Anpreßstempels 1 kann erfolgen. Anschließend bewegt sich die Spendeeinheit entgegen der Richtung des Pfeils 13 zurück in die Position von 5a und der Vorgang beginnt von neuem. Der leere Träger wird taktweise auf die Aufwickelrolle 11 aufgewickelt, wodurch jeweils ein neues Etikett 6 in Abspendeposition gebracht wird.
Ebenso wie eine verschiebliche Spendeeinheit 12 ist selbstverständlich die kinematische Umkehr realisierbar, d.h. eine feststehende Spendeeinheit in Kombination mit verschieblicher Anpreßeinheit.

Claims

Etikettiervorrichtung, aufweisend einen Anpreßstempel (1) mit integriertem Induktor (3) zur Aufheizung eines elektrisch leitenden zu etikettierenden Gegenstands (7).
Etikettiervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Anpreßstempel (1) mindestens eine Ansaugöffnung (5) aufweist.
Etikettiervorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anpreßstempel (1) einen gummi-elastischen Preßbereich aufweist.
Etikettiervorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anpreßstempel (1) zumindest teilweise auswechselbar ist.
Etikettiervorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Spendeeinheit (12) zum Abspenden von Etiketten (6) von einer Trägerbahn (9).
Etikettiervorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Spendeeinheit (6) alternierend verschieblich ist.
Etikettiervorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine halbautomatische oder vollautomatische Steuereinheit.
Etikettiervorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anpreßstempel (1) pneumatisch bewegbar ist.
Etikettiervorrichtung gemäß Anspruch 8, aufweisend einen Pneumatikanschluß für eine externe Druckluftversorgung.
Etikettiervorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Obenaufhängung über ein Seilzugsystem vorgesehen ist.
Verfahren zum Etikettieren eines elektrisch leitenden Gegenstands (7), wobei der Gegenstand (7) in seinem zu etikettierenden Bereich während des Andrückens eines klebend beschichteten Etiketts (6) induktiv erhitzt wird.