Vorrichtung zum Bedrucken von Verpackungen

[0001] Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Bedrucken von Verpackungen mit wenigstenseinem Druckkopf und wenigstens einem Tintenvorratsbehältnis, wobei der Druckkopf zusammen mitdem Tintenvorratsbehältnis zu einer Baueinheit integriert ist, die bei Erschöpfung des Tintenvorratsaus der Halterung entnehmbar und vollständig austauschbar ist, und Kontaktflächen zum Anschlußvon Stromversorgungs- und Signalleitungen von einer Ansteuerbaugruppe aufweist, und wobei dieHalterung zwei zueinander etwa lotrechte Referenzflächen aufweist, in deren Zwischenwinkel dieintegrierte Druckkopf-Baueinheit durch ein verstellbares Druckelement einer Klemmvorrichtunggepreßt und dadurch bei der Fixierung selbsttätig justiert wird.
[0002] Aus Karton hergestellte Verpackungen werden zumeist vor dem Ausschneiden und Falten inForm einer nahezu endlosen Kartonbahn bedruckt. Da hierbei entsprechend große Mengen zu bedruckensind, stellt das Nachfüllen der Tinte ein erhebliches Problem dar. Denn während bei der seitlangem bekannten Klischee-Drucktechnik die Tinte über Walzen von einem Tintenvorratsbehältnis aufdas Klischee übertragen wird, wobei geringe Verunreinigungen der Tinte, wie sie innerhalb einerFertigungshalle immer auftreten können, unkritisch sind, stellen moderne Tintenstrahldruckköpfe derartdiffizile Gerätschaften dar, daß jegliche Verunreinigung der Tinte vermieden werden muß. Hierbeiwerden üblicherweise die gesamten Tintenbehältnisse ausgetauscht, um die Tinte vor Umwelteinflüssenfern zu halten. Diese Methode hat sich jedoch als ungünstig erwiesen, da bei dem Anschluß eines neuenTintenbehältnisses an den Druckkopf oftmals Tinte austritt und das gesamte System verunreinigt, undaußerdem bereitet es oftmals Schwierigkeiten, nach dem Austauschen des Tintenbehältnisses denTintenfluß wieder in Gang zu bringen.

Stand der Technik


[0003] Die US-Patentschrift 5,629,725 offenbart eine Halterung für eine Tintenpatrone mit integriertemDruckkopf, insbesondere für den Einbau in eine elektrische Schreibmaschine. Da der Druckkopfdort keinen unvorhersehbaren Beanspruchungen ausgesetzt ist, sind auch keine Maßnahmen zu dessenSchutz vor Beschädigungen getroffen: Die Unterseite des Druckkopfs steht bereichsweise überdie Halterung hervor und kann daher durch anstoßende Verpackungen beschädigt werden. Mangelszueinander etwa rechtwinkliger, ebener Referenzflächen wird zudem bei einem anstoßenden Gegenstandein Verkippen der Druckkopf-Baueinheit ausschließlich durch eine oberseitig einhakbare Klammerverhindert, aus welcher die Druckkopf-Baueinheit leicht ausschnappen kann. Die halterungsseitigenKontakte befinden sich direkt an einem vieladrigen Stromführungskabel und werden durch im indie Halterung eingelegten Zustand rückseitige Federelemente gegen die betreffenden Kontaktierungsflächender Druckkopf-Baueinheit gepreßt. Ein solches, frei bewegliches Stromführungskabel kann sichbeim Bedrucken von Verpackungen in einer Fertigungshalle an den unterschiedlichsten Gegenständen verhakenoder von einer Person versehentlich mitgerissen werden, wodurch ebenfalls die Druckkopf-Baueinheitbeschädigt werden kann.
[0004] Die deutsche Offenlegungsschrift 41 31 911 A1 betrifft zwar eine Bedruckvorrichtung fürfortlaufend vorwärtsbewegte Gegenstände, insbesondere für Pakete, eingepackte Zeitschriftenstapelod. dgl., verfügt jedoch nicht über lösbare Baueinheiten mit Druckkopf und integrierter Tintenpatrone.Da solchenfalls weder das Problem einer lösbaren, mechanischen Kopplung noch das Problem einerlösbaren Kontaktgabe zu einer derartigen Druckkopf-Baueinheit besteht, sind keine spezifischenSchutzmaßnahmen getroffen.

Aufgabenstellung


[0005] Aus diesen Nachteilen des bekannten Stands der Technik resultiert das die Erfindung initiierendeProblem, bei einer von der Herstellung von Klischees unabhängigen und somit hinsichtlich desaufgedruckten Textes kurzfristig modifizierbaren Druckvorrichtung, wo beim Versiegen des Tintenvorratesnur wenige Handgriffe notwendig sind, um die Vorrichtung wieder mit einem ausreichenden Tintenvorrat zuversehen, und wobei sichergestellt ist, daß der Druckvorgang unverzüglich sowie ohne Klecksenfortgesetzt werden kann, Vorkehrungen zu treffen, damit die Druckvorrichtung zum Bedrucken voninnerhalb einer Fertigungshalle weitgehend frei laufenden Verpackungen eingesetzt werden kann,ohne dass eine Beschädigung durch eine ungeschickte Bewegung eines Arbeiters oder durch vorspringendeKanten, Rippen od. dgl. der zu bedruckenden Verpackungen zu befürchten ist.
[0006] Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtungvor, daß die Halterung a) Metallstifte aufweist, deren freie Enden zur Anlage an je einer Kontaktfläche derintegrierten Druckkopf-Baueinheit ausgebildet sind, undb) an ihrer Unterseite mit einer Abstandsplatte versehen ist.


[0007] Indem der Druckkopf zusammen mit dem Tintenvorratsbehältnis zu einer Baueinheit integriertist, die bei Erschöpfung des Tintenvorrats aus der Halterung entnehmbar und vollständig austauschbarist, wird die Schnittstelle zwischen dem Druckkopf und dem Tintenvorratsbehältnis aufgehoben; sodaß stets optimale Voraussetzungen für einen gleichbleibenden Tintenfluß gewährleistet sind.Die Schnittstelle wird statt dessen in die elektromechanische An-kopplung des Druckkopfs verlegt, die bei einem Ausstausch der integrierten Druckkopf-Baueinheitweitaus unkritischer zu behandeln ist. Somit kann der Austausch einer integrierten Druckkopf-Baueinheitin Sekundenschnelle erfolgen, so daß die zu bedruckende Karton-, Papier- oder Kunststoffbahnnur für einen vergleichsweise sehr kurzen Zeitraum stillgesetzt werden muß und die Bedruckungsmaschinedaher mit einer weitaus höheren Effizienz arbeiten kann als dies bisher der Fall war. Andererseitsist jegliche Schrägstellung der Druckkopf-Baueinheit nach Möglichkeit zu vermeiden, damit sichein verzerrungsfreies Druckbild ergibt. Deshalb wird die integrierte Druckopf-Baueinheit durcheine Klemmvorrichtung formschlüssig an Referenzflächen der Halterung gepreßt und dadurch beider Fixierung selbsttätig justiert. Auch diese Maßnahme dient dem Zweck, die Stillstandsphaseder Druckmaschine während des Austauschs einer Druckkopf-Baueinheit auf ein Minimum zu senken,indem die Justierung ohne jegliche Einstellung erfolgen kann. Bewährt hat sich eine Konstruktionmit zwei zueinander etwa lotrechten Referenzflächen, wobei die Klemmeinrichtung ein verstellbaresDruckelement aufweist, das die integrierte Druckkopf-Baueinheit in den Winkel zwischen den beiden Referenzflächen hineinpreßt. Beieiner derartigen Konstruktion genügt eine in einer einzigen Richtung wirkende Klemmeinrichtung,da sich die von diesem aus geübte Klemmkraft in zwei zu je einer der beiden Seiten lotrechtebzw. parallele Kräfte zerlegt. Es muß daher nur ein einziges Arretierungselement betätigt werden,was der Handhabung weiterhin förderlich ist.
[0008] Ferner weist die integrierte Druckkopf-Baueinheit Kontaktflächen zum Anschluß von Stromversorgungs-und Signalleitungen von einer Ansteuerbaugruppe auf, wodurch die Kontaktierungsvorrichtung deraustauschbaren Druckkopf-Baueinheit verhältnismäßig einfach und dadurch preiswert gestaltetwird, so daß die Kosten der auszutauschenden Baueinheit minimiert sind. Mit diesen Kontaktflächender erfindungsgemäßen Druckkopf-Baueinheit korrespondieren an der Halterung zwecks Kontaktgabezwischen einer Ansteuerbaugruppe und der integrierten Druckkopf-Baueinheit angeordnete Metallstifte.Indem dieselben von einer Platine od. dgl. auskragen, ist sichergestellt, daß der gesamte Anpreßdruckausschließlich zwischen den Metallstiften und den Kontaktflächen zur Wirkung gelangt, so daßeine optimale Kontaktgabe erreicht wird.
[0009] Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung des Durchsatzes einer mit einer erfindungsgemäßenVorrichtung versehenen Druckmaschine liegt in der Integration eines Druckkopfs, der nach demBubble-Jet-Prinzip arbeitet. Bei derartigen Druckköpfen wird die Tinte in der Druckkopfpatroneerhitzt, bis diese zumindest teilweise verdampft. Daraufhin kann ein winziger Tropfen von dersich ausdehnenden Dampfblase durch eine Düse gepreßt werden und wird dabei auf das zu bedruckendeVerpackungsmaterial gespritzt. Da hierbei mit winzigsten Tintenmengen gearbeitet werden kann,gehen bei diesem Verfahren eine hohe Auflösungsfähigkeit mit einem niedrigen Tintenverbraucheinher, so daß neben einer sehr guten Druckqualität vor allem eine sparsame Verwendung des Tintenvorratsmöglich ist. Hierdurch lassen sich die Intervallzeiten, nach denen jeweils die integrierte Druckkopf-Baueinheitausgetauscht werden muß, erheblich verlängern, so daß der Durchsatz der betreffenden Druckmaschinezusätzlich gesteigert werden kann.
[0010] Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Kontaktstifte etwa lotrecht gegenüber den Kontaktflächen derintegrierten Druckkopf-Baueinheit bewdeglich angeordnet sind. Dies ist vor allem eine Schutzmaßnahme,damit die Kontaktstifte nicht durch unsachgemäße Handhabung bei dem Austausch einer integriertenDruckkopf-Baueinheit verbogen oder gar abgebrochen und somit untauglich werden.
[0011] In Fortführung dieses Konstruktionsgedankens sieht die Erfindung vor, daß die Kontaktstiftedurch Federdruck an die Kontaktflächen der integrierten Druckkopf-Baueinheit gepreßt werden. Hierdurchist deren Beweglichkeit einerseits sichergestellt, andererseits legen sie sich individuell andie jeweils dafür vorgesehene Kontaktfläche an, so daß auch bei Unebenheiten der integriertenDruckkopf-Baueinheit oder sogar bei einer geringfügigen Verkantung derselben eine zuverlässige Kontaktgabesämtlicher Kontaktierungsstifte sichergestellt ist. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn jeder Kontaktstifteinzeln abgefedert ist. Dies kann bspw. durch teleskopische Ausgestaltung der Metallstifte einereingesetzten Druckfeder realisiert sein. Bei einer anderen, vereinfachten Ausführungsform istes auch möglich, die gesamte Platine mit den daran geloteten Metallstiften federnd zu lagern,so daß dieselbe beim Einsetzen einer neuen Druckkopf-Baueinheit je nach deren Position an dieseheranrückt. Solchenfalls ist es günstig, der betreffenden Platine einen zumindest begrenzten,dreidimensionalen Bewegungsspielraum einzuräumen, so daß dieselbe sich auch einer gerinfügigverkanteten Druckkopf-Baueinheit optimal anpassen kann.
[0012] Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß an der Halterung ein Sensor zur Abtastungdes zu bedruckenden Verpackungsmaterials angeordnet ist. Mit der erfindungsgemäßen Druckvorrichtungsollen vor allem variable Daten auf Verpackungen aufgedruckt werden, wie bspw. die jeweiligenNenndaten von unterschiedlichen Produkten einer Produktreihe, welche in derselben Verpackungangeboten werden, bspw. Glühbirnen mit unterschiedlicher Leistung. Weiterhin eignet sich dieerfindungsgemäße Druckvorrichtung besonders für das Aufdrucken der Verfalldaten von Lebensmittelnoder Medikamenten. Hierbei ist an der Verpackung für die betreffende Information üblicherweise einFeld vorgesehen, in welches die Information möglichst exakt eingedruckt werden soll. Aus diesemGrund ist eine präzise Steu-erung der Druckvorrichtung wichtig, wie sie durch einen Sensor ermöglicht wird.
[0013] Wenn - wie die Erfindung weiterhin vorsieht - ein optischer Sensor Verwendung findet,so kann dieser auf entsprechende Markierungen der Verpackung, bspw. die Umrandung des für dieInformation vorgesehenen Feldes, ansprechen und damit die Plazierung der aufgedruckten Information präzise ander dafür vorgesehenen Stelle auslösen.

Ausführungsbeispiel


[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispieleerläutert. Hierbei zeigt:
[0015] Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Station zum Bedrucken von Verpackungen;
[0016] Fig. 2 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils II auf eine Druckeinheit der Druckstationnach Fig. 1;
[0017] Fig. 3 die Anordnung eines Doppeldruckkopfes; sowie
[0018] Fig. 4 einen Schnitt durch die Fig. 3 entlang der Linie IV - IV.
[0019] Die Druckstation 1 dient dem Aufdrucken von individuellen Informationen 2 auf ein Kartonband3, das dazu bestimmt ist, anschließend in einzelne Zuschnitte aufgeteilt zu werden, die entwederauf Verpackungen aufgeklebt oder -laminiert werden, oder aus denen selbst Verpackungen gefaltetwerden. Es ist auch denkbar, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung andere Werkstoffe oder garbereits fertige Verpackungen zu bedrucken, wenn dieselben bspw. nach dem Prinzip eines Jogurtbecherseine zum Bedrucken geeignete, ebene Oberfläche aufweisen. Das betreffende Karton-, Kunststoff-oder sonstige Band 3 wird auf einer tischartigen, ebenen Unterlage 4 entlanggezogen und dabeistraft gespannt, so daß es vollflächig auf der Unterlage 4 anliegt. Bei fertigen Verpackungen kannanstelle der Tischplatte 4 eine förderbandartige Konstruktion verwendet werden, in der Vertiefungenzur Aufnahme der einzelnen Verpackungen vorgesehen sind.
[0020] Das Band 3 läuft bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 unter der eigentlichen Druckeinheit5 mit insgesamt vier in Halterungen 6 aufgenommenen Druckköpfen hindurch. Die Halterungen 6sind an einer Führungsschiene 7, die oberhalb des Kartonbandes 3 quer zu dessen Transportrichtung angeordnetist, in deren Längsrichtung verschiebbar sowie in jeder Position arretierbar. Die Führungsschiene7 kann zu diesem Zweck mit ihrem rückwärtigen Ende 8 an einem Befestigungswinkel 9 der tischartigenUnterkonstruktion 4 verankert sein.
[0021] Der mechanische Aufbau der Halterungen 6 ergibt sich aus den Fig. 2 und 4. Man erkenntdort, daß die Halterung 6 neben einem Anschlußteil 10 zur Fixierung an der Führungsschiene 7eine Baugruppe 11 zur Aufnahme des eigentlichen Druckkopfs aufweist. Die Aufnahmebaugruppe 11ist in Fig. 4 deutlich wiedergegeben. Über Abstandsbolzen 12 ist der Mittelsteg 13 eines aufrechtstehendenU-Profils 14, das bspw. aus Aluminiumwerkstoff hergestellt sein kann, an der Anschlußbaugruppe10 festgelegt. Die beiden Seitenschenkel 15, 16 dieses U-Profils 14 sind im Bereich der unterenStirnseite durch einen zusätzlichen, horizontalen Steg 17 miteinander verbunden. Die Innenseiten desMittelstegs 13 des U-Profils wie auch des horizontalen Verbindungssteges 17 bilden Referenzflächenzur Anlage der austauschbaren Druckkopf-Baueinheit 18.
[0022] Die Druckkopf-Baueinheit 18 hat eine etwa quaderförmige Gestalt mit einer Breite, welcheetwas kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden Seitenschenkeln 16 des U-Profils 14, undsie ist einerseits mit zueinander rechtwinkligen Anlageflächen versehen, welche an die Referenzflächen derHalterungseinheit 11 angelegt werden können. Nahe dem oberen Ende der vertikalen Referenzfläche19 befindet sich eine durch die Oberkante eines angeformten Steges 20 gebildete Einsenkung,in welche eine Klemmeinrichtung 21 der Halterungseinheit 11 eingreifen kann, um dadurch dieDruckkopf-Baueinheit an die Referenzflächen 13, 17 der Halterungseinheit 11 anzupressen. Zudiesem Zweck ist oberhalb der Druckkopf-Einheit 18 innerhalb des U-Profils 14 ein Metallklotz22 an dem Mittelsteg 13 festgelegt, der von einer vertikalen Gewindebohrung 23 durchsetzt ist,in welche eine Klemmschraube 24 eingedreht werden kann, die mit ihrem unteren Ende 25 in dievon dem Steg 20 definierte Vertiefung des Druckkopfs 18 eingreift und diesen dadurch fest gegendie Referenzflächen 13, 17 preßt.
[0023] Die Druckkopf-Einheit 18 umfaßt neben dem eigentlichen Druckkopf 26, der durch eine Öffnungzwischen dem Mittelsteg 13 des U-Profils 14 und dem unteren Quersteg 17 hindurchragt, einenoberen Bereich 27, der als Tintenvorratsbehältnis ausgebildet ist. Da diese bisher getrenntenTeile einer Druckvorrichtung nun in einem einzigen Gehäuse 28 zusammengefaßt sind, gibt es zwischendem Tintenvorratsbehältnis 27 und dem Druckkopf 26 keine mechanische Schnittstelle mehr, diebeim Austausch des Tintenvorratsbehältnisses Probleme bereiten könnte. Vielmehr wird der Druckkopf26 gleichzeitig mit dem Tintenvorratsbehältnis 27 ausgetauscht, indem hierzu die Schraube 24soweit gelockert wird, bis die Druckkopf-Einheit 28 aus der U-förmigen Halterung 11 entnommen werdenkann. Nachdem eine neue Druckkopf-Einheit 28 eingesetzt und an die Referenzflächen 13, 17 angelegt wordenist, muß ausschließlich die Klemmschraube 24 wieder festgezogen werden. Es breitet keinerleiSchwierigkeiten, den Tintenfluß in Gang zu setzten.
[0024] Damit zum Austausch einer leeren Druckkopf-Einheit 28 die Druckstation 1 möglichst seltenstillgesetzt werden muß, ist der Druckkopf 26 nach dem sog. Bubble-Jet-Prinzip konstruiert. Hierbeiwird innerhalb der Druckkopfpatrone die Tinte auf Verdampfungstemperatur erhitzt, so daß zum Bedru-cken ein winziger Tropfen mittels einer sich ausdehnenden Dampfblase durch die betreffende Düse gepreßt undauf das Kartonband 3 gespritzt wird. Da durch dieses Prinzip kleinste Tintentröpfchen erzeugtwerden können, ist der Tintenverbrauch sehr gering, und daher müssen die Druckkopf-Einheiten28 nur in sehr großen Zeiträumen gegen neue ausgetauscht werden.
[0025] Wie oben bereits erwähnt, erfolgt die Ansteuerung des Druckkopfs 26 auf elektronischemWeg. Hierzu sind an dem Gehäuse 28 der Druckkopf-Einheit 18 im unteren Bereich der vertikalen Referenzfläche Kontaktflächen vorgesehen,an denen elektrische Signale zur Ansteuerung des Druckkopfs 26 von einer äußeren Steuerbaugruppe29 emfpangen werden können.
[0026] Ein besonderer Gesichtspunkt der erfindungsgemäßen Konstruktion ist, daß eine sichereund niederohmige Kontaktgabe zu den Kontaktflächen 30 an dem Gehäuse 28 der Druckkopf-Einheit18 auch nach einem schnell durchgeführten Druckkopf-Austausch sichergestellt ist. Zu diesemZweck sieht die Erfindung vor, daß im Bereich der Halterung 10, 11 als Pendants zu den Kontaktflächen30 Metallstifte 31 vorgesehen sind, deren freie Enden zur Anlage an je einer Kontaktfläche 30ausgebildet sind. Die Metallstifte 31 können bspw. durch zwei teleskopisch ineinanderschiebbareHülsen mit einer dazwischen befindlichen Druckfeder ausgebildet sein, so daß sie in der Lagesind, nach dem Einsetzen einer neuen Druckkopf-Einheit 18 aus eigenem Antrieb bis zu einer sicherenKontaktgabe mit den Kontaktflächen 30 teleskopisch auszufahren. Die Metallstifte 31 können mitihren rückwärtigen Enden 32 bspw. auf einer Platine 33 verlötet sein, wo sie durch aufgedruckte odereingeätzte Leiterbahnen mit einem in Fig. 4 nicht dargestellten Anschlußstecker elektrisch leitendverbunden sind, von wo über mit einer Schutztülle 38 versehene Kabel eine Verbindung zu derelektronischen Ansteuerbaugruppe 23 hergestellt wird. Die individuelle Ausstattung der einzelnenMetallstifte 31 mit inneren Federn hat den Vorteil, daß dieselben bei einer minimalen Verkantungder Druckkopfeinheit 18 sich an die geringfügig verkantete Geometrie problemlos anpassen können. Andererseitsist es auch denkbar, die gesamte Platine 33 federnd zu lagern, so daß auf diesem Weg auch einegemeinsame Federung der Metallstifte 31 möglich ist.
[0027] Die Ansteuerbaugruppe 29 ist mit einer Eingabeeinheit bspw. in Form eines Computers odereines Laptops 34 gekoppelt, welche es einer Bedienperson erlaubt, die von den Druckköpfen 26aufgedruckte Information 2 zu modifizieren.
[0028] Wie Fig. 2 zeigt, kann an der Unterseite der Halterungseinheit 11 ein vorzugsweise optischerSensor 35 vorgesehen sein, der bspw. bestimmte Markierungen 39 der einzelnen Verpackungsabschnitteerkennen kann und sodann der Ansteuerbaugruppe 29 das Signal zum Auslösen des Druckvorgangsgibt.
[0029] In Fig. 3 ist eine Modifikation der Halterung 6 dargestellt, indem hierbei zwei Halterungenüber die unterseitige Abstandsplatte 36 miteinander verbunden sind. Aus Fig. 3 ist allerdings nichtzu erkennen, daß die beiden Halterungen 6 in Richtung des Pfeils 37 gegeneinander versetzt sind,so daß sie zusammengerechnet die doppelte Zeilenanzahl auf einen Verpackungsabschnitt aufdruckenkönnen.