DE102004036275B4

DE102004036275B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten

Info

Publication number: DE102004036275B4
Application number: DE102004036275.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kraus; Bruno Landler
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: DE102004036275A1

Abstract

Vorrichtung zum Beschichten von rotationssymmetrischen Körpern (3) wie etwa Preformen oder Flaschen mit mindestens einer konturierten Beschichtungswalze (4) zum Beschichten der Körper (3), gekennzeichnet durch eine konturierte Auftragswalze (9) zum Auftragen eines Beschichtungsmittels auf die mindestens eine Beschichtungswalze (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von rotationssymmetrischen Körpern, wie etwa Preformen oder Flaschen, mit einer konturierten Auftragswalze zum Auftragen eines Beschichtungsmittels auf mindestens eine Beschichtungswalze.
Bei PET-Flaschen, die mit kohlensäurehaltigen Getränken gefüllt sind, kann ein erheblicher Teil des CO₂ durch die Flaschenwände entweichen. Außerdem kann Sauerstoff aus der Luft ins Flascheninnere eindringen. Dies führt zu geringen Mindesthaltbarkeitszeiten. Es besteht daher ein Bedürfnis, die Gas-Durchlässigkeit von PET-Flaschen zu verringern.
PET-Flaschen werden üblicherweise mittels eines Streckblasverfahrens aus Vorformlingen (Preforms) hergestellt. Die Vorformlinge sind in einem Spritzgussverfahren hergestellt worden und weisen bereits das endgültige Gewinde auf. Bei dem Streckblasverfahren wird das Material für den Flaschenkörper dann nach Erwärmen auf Verarbeitungstemperatur in die endgültige Flaschenform gebracht.
Aus der EP 0 739 249 B1 ist eine Vorrichtung mit einer Walze bekannt, die die umgekehrte Kontur der äußeren Flaschenkontur aufweist. Mit dieser Walze können Flaschen außen beschichtet werden.
Dies hat den Nachteil, dass bei Flaschen mit um den Umfang verteilten reliefartigen Strukturen eine Beschichtung nur ungleichmäßig möglich ist.
Weiterhin wird das Beschichtungsmaterial mit einem Aufgusskopf auf die Walzen aufgebracht, so dass die Flaschen nur horizontal behandelt werden können, was inkompatibel mit den meisten Flaschenbehandlungseinrichtungen ist.
Auch aus der DE 44 31 113 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen einer Beschichtungsmasse auf Glasflaschen bekannt. Hier wird Düsenmaterial auf ein horizontales Beschichtungsband aufgebracht, das ebenfalls die umgekehrte Kontur der Flaschenkontur aufweist.
Bei diesen vorbekannten Verfahren kann der Flaschenboden jedoch nicht beschichtet werden.
Aus der DE 12 14 596 B ist eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Farbüberzugs auf Flaschenhälse bekannt. Mit einer Farbrolle wird Farbe auf einen Schwammgummibelag aufgebracht, der sich am Rand einer Scheibe erstreckt. Von dem Schwammgummibelag wird die Farbe auf die Flaschenhälse übertragen. Da hier lediglich im Halsbereich Farbe aufgebracht werden soll, muss keine der Walzen konturiert sein.
Auch eine weitere Farbrolle und eine Auftragswalze zum Ausstatten der Flasche mit einem Bauetikett sind zylinderförmig und nicht konturiert.
Aus der US 2 767 647 A ist eine Vorrichtung zum Bedrucken von Flaschen bekannt. Da auch hier nur im Bauchbereich der Flasche bedruckt werden soll, sind die verwendeten Walzen nicht konturiert.
Aus der DE 101 15 087 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffbehälters, insbesondere einer PET-Flasche von außen zur Verbesserung der Barriereeigenschaften bekannt, die mit einem Rotationszerstäuber arbeitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen mit dem die Beschichtung möglichst kontrolliert durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie einem Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Durch das Auftragen des Beschichtungsmittels auf die Beschichtungswalze mit einer konturierten Auftragswalze ist es möglich den Beschichtungsprozess genau zu steuern.
Durch die Adhäsion des Beschichtungsmittels an die Auftragswalze und an die Beschichtungswalze ergibt sich eine sehr homogene Beschichtungsmittelverteilung. Beim Übertrag des Beschichtungsmittels von der Beschichtungswalze auf den Körper führt dies zu einer vollkontrollierten Beschichtung des Körpers.
Hierbei ist es möglich, sowohl eine möglichst homogene, als auch eine kontrolliert unterschiedlich dicke Beschichtung an verschiedenen Bereichen der Körper zu gewährleisten.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsform bei der mehrere Beschichtungswalzen an einem Rotor über Schwenkhebel gelagert sind. Die Schwenkhebel können so gesteuert werden, dass die Beschichtungswalzen mit variablem Abstand um die Rotorachse bewegt werden können. Dadurch ist es möglich, die Beschichtungswalzen beispielsweise auf einen Kurvenbahn um eine im Durchmesser größere Auftragswalze herumzuführen und so möglichst lange einen Kontakt zwischen Auftragswalze und Beschichtungswalze zu gewährleisten, damit die Beschichtungswalze rundherum gleichmäßig mit Beschichtungsmittel versehen werden kann.
Auch ist es möglich, beim Beschichten der Körper die Beschichtungswalzen auf einer geeigneten Bahn zu führen, um über eine möglichst ausreichend lange Wegstrecke Kontakt zwischen dem Körper und der Beschichtungswalze herstellen zu können.
Vorteilhafterweise sind Aufbringmittel vorgesehen, um das Beschichtungsmittel auf die Auftragswalze aufzubringen. Dies kann mit einer Sprühdüse geschehen oder mit einem Auslauf mit dem das Beschichtungsmittel an einem oberen Ende der Auftragswalze auf diese aufgegeben wird. Weiterhin kann eine Art Schaber oder eine Schablone vorgesehen sein, mit der das Aufbringmittel auf der Oberfläche der Auftragswalze gleichmäßig oder mit einem gewünschten dicken Profil aufgetragen werden kann. Der Schaber oder die Schablone sind vorteilhafterweise daher mit einem einstellbaren Abstand von der Auftragswalze anordbar.
Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform bei der die Beschichtungswalze mit einem Rotationskopf versehen ist, der einen Antrieb der Beschichtungswalze ermöglicht. An den Rotationskopf kann ein entsprechender Antrieb angreifen. Dieser Antrieb kann beispielsweise einen umlaufenden Riemen darstellen, der in Reibkontakt mit dem Rotationskopf steht, um so den Antrieb der Beschichtungswalze zu gewährleisten.
Dadurch können durch das Antriebsmittel zum einen mehrere Beschichtungswalzen gleichzeitig und mit derselben Geschwindigkeit angetrieben werden und zum anderen ist auf dem beweglichen Teil der Beschichtungsmaschine, der die Beschichtungswalzen umlaufen lässt, keine Antriebsmechanik für die Beschichtungswalzen notwendig. Weiterhin kann so eine Drehung der Beschichtungswalzen nur in demjenigen Teil vorgesehen sein, in dem eine solche Drehung benötigt wird, d. h., an dem Teil, bei dem das Beschichtungsmittel auf die Beschichtungswalze aufgetragen wird und zum anderen dort, wo die Körper mit der Beschichtungswalze beschichtet werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist in den Figuren gezeigt. Dabei zeigt:
1 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung,
2 eine schematische dreidimensionale Darstellung auf Auftrags- und Beschichtungswalze,
3 eine schematische Seitenansicht der Auftrags- und Beschichtungswalze,
4 eine schematische dreidimensionale Darstellung der Lagerung der Beschichtungswalze,
5 eine dreidimensionale schematische Darstellung des Antriebs der Beschichtungswalze,
6 eine dreidimensionale schematische Darstellung der Beschichtungswalze und eines Körpers,
7 eine schematische Schnittzeichnung des Körpers und der Beschichtungswalze.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Beschichten gezeigt. Auf einem in Pfeilrichtung antreibbaren Rotor 2 mit senkrechter Drehachse sind Schwenkhebel 5 angeordnet, die um eine Schwenkachse 7 verschwenkbar sind. Auf den Schwenkhebeln 5 sind Beschichtungswalzen 4 angeordnet, die um eine Achse 8 drehbar gelagert sind. Die Schwenkhebel 5 verfügen weiterhin über eine Kurvenrolle 6, die auf einer stationären Steuerkurve 11 abrollen kann. Die Schwenkhebel 5 sind gegen die Steuerkurve 11 vorgespannt (beispielsweise mit einer Feder), so dass die Schwenkhebel 5 der Steuerkurve 11 folgen.
Die Vorrichtung 1 verfügt weiterhin über eine Auftragswalze 9, die um eine stationäre Achse 10 rotieren kann. Die Steuerkurve 11 ist so ausgelegt, dass die Beschichtungswalzen 4 auf einer kreissegmentförmigen Bahn um die Achse 10 der Auftragswalze 9 herumgeführt werden. Dabei haben die Beschichtungswalzen dann einen konstanten Abstand von der Auftragswalze 9 bzw. liegen mit einem vorgegebenen Druck an der Auftragswalze 9 an.
In 1 im linken oberen Teil ist die Steuerkurve 11 so ausgebildet, dass die Beschichtungswalzen 4 auf einer kreissegmentförmigen Bahn geführt werden, die parallel zu der kreissegmentförmigen Bahn der Körper 3 liegt. Die Körper 3 werden von einem entsprechenden Förderer F an der Vorrichtung 1 vorbeigeführt und dabei beschichtet.
Die entsprechende Fördereinrichtung F ist in 1 strichpunktiert angedeutet.
An dem Rotor 2 sind Dornen 12 angeordnet, die die Körper 3 von unten fixieren können. Dazu werden die Körper 3 auf die Dornen 12 aufgesetzt bzw. die Dornen 12 von unten an die Körper 3 herangefahren, so dass die Dornen die Körper 3 exakt bei ihrer Rotationsachse fixieren.
Hierzu können entsprechende Vorzentriermittel vorgesehen sein, die die Körper 3 mit ihrem unteren Ende so vorjustieren, dass der Dorn 12 die Körper 3 bei der Rotationsachse fixiert.
In 2 ist in dreidimensionaler Darstellung die Auftragswalze 9 und eine Beschichtungswalze 4 gezeigt. Wie zu sehen ist, ist die Beschichtungswalze 4 konturiert. An ihrem unteren Ende hat sie einen größeren Umfang als beispielsweise in der Mitte oder am oberen Ende der Beschichtungswalze. Die Kontur der Beschichtungswalze ist der Kontur der Körper 3 (s. 6, 7) angepasst.
Die Auftragswalze 9 ist in ihrer Kontur der Beschichtungswalze 4 angepasst. In 2 ist schematisch eine Düse 15 gezeigt, mit der Beschichtungsmittel auf die Auftragswalze 9 aufgebracht werden kann. Weiterhin ist eine Schablone 14 dargestellt, die das Beschichtungsmittel möglichst gleichmäßig auf der Auftragswalze 9 verteilt und für einen dünnen Film auf der Auftragswalze 9 sorgen kann. Die Schablone 14 ist mit ihrer Form der Kontur der Auftragswalze 9 angepasst und in Pfeilrichtung radial einstellbar, um die Schichtdicke zu regulieren.
Wie zu sehen ist, ist die Auftragswalze 9 größer als die Beschichtungswalze 4. Dies erlaubt das gleichzeitige Auftragen von Beschichtungsmittel auf mehrere Beschichtungswalzen 4, falls diese in einer entsprechend engen Staffelung an der Auftragswalze 9 vorbeigeführt werden.
In 4 ist schematisch in dreidimensionaler Darstellung die Lagerung der Beschichtungswalze 4 an dem Schwenkhebel 5 gezeigt. Der Schwenkhebel 5 ist hier exemplarisch in dreieckiger Form dargestellt. Er kann jedoch auch jede andere geeignete Form haben. Der Schwenkhebel 5 ist um eine auf dem Rotor 2 angeordnete Schwenkachse 7 verschwenkbar. Die Beschichtungswalze 4 ist auf einer Achse 17 befestigt, wobei die Achse 17 in dem Schwenkhebel 5 in geeigneter Weise gelagert ist.
Die Kurvenrolle 6 ist um eine Achse 16 rotierbar gelagert, so dass die Kurvenrolle 6 auf der Steuerkurve 11 abrollen kann. In 4 ist ein Bereich B der Steuerkurve 11 gezeigt, bei der ein Schwenkhebel 5, der an diesem Bereich B der Steuerkurve 11 mit der Kurvenrolle 6 entlang läuft, um die Schwenkachse 7 verschwenkt wird.
Am unteren Ende der Achse 17 ist ein Rotationskopf 18 befestigt. Dieser kann an seiner Außenseite mit Gummistreifen oder ähnlichem versehen sein, um einen möglichst guten Reibkontakt herstellen zu können.
In 5 ist gezeigt, wie der Rotationskopf 18 von einem Riemen 19 angetrieben werden kann. Der Riemen 19 ist über die Rollen 21, 20a und 20b geführt, wobei beispielsweise die Rolle 21 mit einem Motor antreibbar ist. Der Riemen 19 ist mit leichtem Druck gegen den Rotationskopf 18 geführt. Zur Aufrechterhaltung der Spannung des Riemens 19 kann eine der drei Rollen 20a, 20b, 21 in entsprechender Weise bewegbar oder schwenkbar vorgespannt sein.
Durch den Umlauf des Riemens 19 und dem reibschlüssigen Kontakt zwischen dem Riemen 19 und dem Rotationskopf 18 wird der Rotationskopf 18 und damit die Beschichtungswalze 4 rotiert.
Mit dem Antrieb, wie er in 5 dargestellt ist, können mehrere Rotationsköpfe 18 gleichzeitig und damit auch mehrere Beschichtungswalzen 4 gleichzeitig angetrieben werden. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass sämtliche Beschichtungswalzen 4 mit derselben Geschwindigkeit rotiert werden.
Weiterhin ist nur ein Antrieb nötig, um mehrere Beschichtungswalzen 4 anzutreiben.
Dieser Antrieb der Beschichtungswalzen 4 kann auch in dem Bereich angeordnet sein, in dem das Beschichtungsmittel auf die Beschichtungswalzen 4 mit der Auftragswalze 9 aufgetragen wird. Die Auftragswalze 9 rotiert dabei und vorteilhafterweise rotiert dabei auch die Beschichtungswalze 4 mit etwa der gleichen Umfangsgeschwindigkeit. Aufgrund der verschiedenen Durchmesser der Beschichtungswalze 4 und der Auftragswalze 9 an den verschiedenen Höhenpositionen entlang der Beschichtungswalze 4 kann die gleiche Umfangsgeschwindigkeit nicht an allen Stellen gewährleistet werden.
In den 6 und 7 ist ein Körper 3 in Form eines Vorformlings gezeigt, der in Kontakt mit einer Beschichtungswalze 4 ist. Wie insbesondere in 7 zu sehen ist, ist die Kontur der Beschichtungswalze 4 der Kontur des Körpers 3 angepasst, und reicht nahezu bis zur Mitte des geschlossenen Endes.
Der Körper 3 wird von einem heb- und senkbaren Dorn 12 von unten an der Rotationsachse des Körpers 3 fixiert.
Oben in dem Vorformling 3 wird er mit einem Haltekopf 22 gehalten. Dieser Haltekopf verfügt an seiner Außenseite über Gummielemente 23, mit denen der Vorformling 3 an seiner Innenseite gehalten werden kann. Der Haltekopf 22 ist drehbar am Förderer F gehalten, mit dem der Haltekopf 22 gefördert werden kann, um so die Vorformlinge 3 entsprechend zu fördern.
Weiterhin kann der Haltekopf 22 gedreht werden, so dass der Vorformling 3 in rollendem Kontakt mit der Beschichtungswalze 4 beschichtet werden kann.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Figuren erläutert. In 1 ist dargestellt, wie Vorformlinge 3 von links an die Vorrichtung 1 herangeführt werden. Dabei sind die Vorformlinge 3 an entsprechenden Halteköpfen, wie sie in 6 und 7 dargestellt sind, in senkrechter Position gehalten. Mit entsprechenden Vorzentriermitteln wird das untere Ende eines Vorformlings mittig über einem Dorm 12 ausgerichtet. Der Dorn 12 kann dann zur Fixierung des Vorformlings 3 in Kontakt mit dem Vorformling 3 treten. Dazu kann beispielsweise ein um den Dorn 12 herum angeordneter Körper mit einem Kreisloch angehoben werden, um so das runde untere Ende des Vorformlings 3 zu zentrieren. Nach der Zentrierung wird der Vorformling 3 auf den Dorn 12 abgesetzt. Dadurch ist der Vorformling 3 durch den Dorn 12 an seinem unteren Ende und den Haltekopf an seinem oberen Ende in seiner Position gut fixiert. Anschließend treten die mit Beschichtungsmitteln versehenen Walzen 4 in rollenden Kontakt mit dem Vorformling 3, um diesen so zu beschichten. Die Vorformlinge 3 machen dabei einen Umlauf um die Vorrichtung 1, die einen Viertel-, Halb- oder Dreiviertelbogen oder etwas dazwischen betragen können. In 1 ist die Bewegung um die Vorrichtung 1 herum auf einem Viertelbogen gezeigt.
Während der Bewegung um die Vorrichtung 1 herum bzw. während dem Kontakt mit den Beschichtungswalzen 4 werden die Vorformlinge 3 beschichtet. Dazu genügt es im Prinzip, wenn jeder Vorformling einmal um seine Rotationsachse gedreht wurde, jedoch sind auch mehrere Umdrehungen zur gleichmäßigeren Beschichtung möglich.
Um die Beschichtungswalzen 4 in Kontakt mit den Vorformlingen 3 zu bringen, werden die Schwenkhebel 5 mit den Beschichtungswalzen 4 durch die Steuerkurve 11 entsprechend ausgelenkt, um so die Beschichtungswalzen auf eine geeignete Bahn zu führen.
Nach fertiggestellter Beschichtung werden die Vorformlinge 3 von der Vorrichtung 1 weg transportiert. Die Beschichtungswalzen 4 werden anschließend an der Auftragswalze 9 vorbeigeführt. Dort werden sie erneut mit Beschichtungsmittel durch Auftragen desselben auf die Beschichtungswalzen versehen. Dabei ist die Steuerkurve 11 so ausgelegt, dass die Beschichtungswalzen auf einem Kreisbogen um die Auftragswalzen 9 herumgeführt werden, um so ein gleichmäßiges Auftragen von Beschichtungsmittel auf die Beschichtungswalzen zu erreichen.
Bei dem Verfahren können zwei oder mehrere dieser zuvor beschriebenen Beschichtungsschritte nacheinander durchgeführt werden, wobei verschiedene Beschichtungsmittel aufgebracht werden. Dies kann in einem ersten Schritt PVA und in einem zweiten Schritt Nanolack sein.
Das erste Mittel ist eine gute Gassperre und das zweite schützt die Barriereschicht vor Beschädigungen.
Aufgrund der durch die Form der Vorformlinge 3 definierten durchgängigen Konturierung von Beschichtungswalzen 4, Auftragswalze 9 und Schablone 14 wird eine kontrollierte und gleichmäßige Beschichtung der Vorformlinge 3 mit geringstmöglichem Verbrauch an Beschichtungsmitteln möglich.
Die Beschichtung der Vorformlinge wird bei dem Blasformvorgang der Vorformlinge zu Flaschen mit gedehnt und bewirkt so eine wirksame Gasbarriere für die fertig hergestellten Flaschen.

Claims

Vorrichtung zum Beschichten von rotationssymmetrischen Körpern (3) wie etwa Preformen oder Flaschen mit mindestens einer konturierten Beschichtungswalze (4) zum Beschichten der Körper (3), gekennzeichnet durch eine konturierte Auftragswalze (9) zum Auftragen eines Beschichtungsmittels auf die mindestens eine Beschichtungswalze (4).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Beschichtungswalzen (4) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungswalzen (4) auf einem umlaufenden Rotor (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Beschichtungswalze (4) auf einem Schwenkhebel (5) gelagert ist, der seinerseits an dem Rotor (2) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerkurve (11) vorgesehen ist, mit der der Abstand der Beschichtungswalze bzw. Beschichtungswalzen (4) von der Rotationsachse des Rotors (2) vorgegeben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungswalzen (4) auf einer Bahn um die Auftragswalze (9) herumgeführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragswalze (9) innerhalb einer Bahn der Beschichtungswalze (4) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungswalze (4) entlang einer kreissegmentförmigen Bahn bewegt werden kann, die parallel zu der Bahn von den Körpern (3) verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufbringmittel (14, 15) wie etwa eine Düse (15) oder ein Auslauf zum Aufbringen des Beschichtungsmittels auf die Auftragswalze (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringmittel (14, 15) einen Schaber (14) und/oder eine konturierte Schablone umfasst, der mit einem einstellbaren Abstand von der Auftragswalze (9) angeordnet werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungswalze (4) um ihre Längsachse (8) rotierbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungswalze mit einem Rotationskopf (18) gekoppelt ist, der von einem Antriebsmittel (19), wie etwa einem Riemen angetrieben werden kann, wobei das Antriebsmittel (19) vorzugsweise um eine Rollen- oder Walzenkonfiguration (20a, 20b, 21) umläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dorn (12) zum Fixieren der Körper (3) vorgesehen ist, wobei dieser vorzugsweise mit der Beschichtungswalze (4) bewegt werden kann, und bezüglich der Beschichtungswalze (4) verstellbar ist.
Verfahren zum Beschichten von rotationssymmetrischen Körpern (3) wie etwa Vorformlingen oder Flaschen, bei dem mit mindestens einer konturierten Beschichtungswalze (4) der Körper (3) beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschichtungsmittel mit einer konturierten Auftragswalze (9) auf die mindestens eine Beschichtungswalze (4) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper in einem ersten Beschichtungsschritt mit Polyvinylalkohol in einem zweiten Beschichtungsschritt mit Nanolack beschichtet werden.