Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen selbstklebender Etiketten auf entlang eines Förderweges transportierte flache Gegenstände mittels einer gesteuert angetriebenen Andruck- und Appliziertrommel.

Bei der Bearbeitung von flachen Sendungen, insbesondere von Briefen, Postkarten usw. durch Postbeförderungsunternehmen tritt die Aufgabe einer sicheren und schnellen Aufbringung von Etiketten auf flache Sendungen auf. Ein Beispiel hierfür ist das automatische Nachsenden von Sendungen. Hierbei werden Sendungen zur Nachsendung aussortiert und entsprechend vorgegebenen Daten, die in einer Datenbasis gespeichert sind, adressiert. Diese Sendungen werden mit einem Etikett beklebt, das sowohl die alte Adresse als auch einen möglicherweise auf der Sendungsoberfläche aufgebrachten Barcode abdeckt. Anschließend wird das Etikett mit einem neuen Barcode sowie der entsprechenden neuen Adresse versehen. Die Aufbringung des Etiketts erfolgt dabei in Vorrichtungen, die in automatische Briefverteilanlagen integriert sind. Das Sendungsaufkommen für solche Verteilanlagen ist unterschiedlich in Format, Gewicht und Dicke. Die Sendungen werden in solchen Anlagen z.B. mit Geschwindigkeiten von 3,6 m/sec befördert, das hohe Anforderungen an die Geschwindigkeit, mit der die Aufbringung der Etiketten erfolgen muss, sowie an die exakte Positionierung der Etiketten stellt. Ein generelles Problem stellt darüber hinaus die Handhabung und insbesondere der Transport der Etiketten zur Sendungsoberfläche dar, wenn die Etiketten eine selbstklebende Oberfläche besitzen.

Aus der US-A-5 200 007 ist eine Vorrichtung zum Aufbringen von Etiketten auf flache Sendungen, die vereinzelt auf einer Kante stehend mit einer Fördervorrichtung entlang eines Förderweges transportiert werden, beschrieben. Sie besitzt eine Etikettenfördervorrichtung zur Förderung der auf einem Substrat befindlichen Etiketten, die von einer Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Sendungsvorderkante gesteuert wird.und eine Andruck- bzw. Applikatorvorrichtung zum Applizieren / Andrücken der Etiketten auf die Sendungsoberfläche. In dieser Vorrichtung werden die Etiketten mit Verteilinformationen bedruckt. Ein Etikettieren bei hohen Transportgeschwindigkeiten der Sendungen ist hiermit nicht möglich.

Bekannt wurde auch eine Etikettiervorrichtung, bei der Adressetiketten mittels einer runden Appliziertrommel, die in ihrer Oberfläche Öffnungen mit einem steuerbaren Unterdruck zum zeitweiligen Halten der Etiketten aufweist, auf Sendungen appliziert werden. Die Zufuhr und das Schneiden der Etikettenbahnen erfolgt so, dass Etiketten ohne Adressen nicht aufgebracht werden (US 4 421 587).

In der DE 36 22 502 A1 wird eine Etikettierkopfmaschine beschrieben, bei der die Etiketten auf dem Etikettierkopf, der die Etiketten auf den Gegenstand drückt, mit Hilfe von Öffnungen in der Kopfoberfläche, die mit einer Unterdruckquelle verbunden sind, gehalten werden.

Kann das Etikett nur im Ruhezustand der Andruck- und Appliziertrommel auf diese geschoben werden, so muss die Trommel bei jedem Appliziervorgang aus dem Stillstand auf eine der Transportgeschwindigkeit der flachen Gegenstände entsprechende Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden, bei welcher das Etikett auf den an der Andruck- und Appliziertrommel vorbei transportierten Gegenstand appliziert wird. Anschließend wird die Andruckrolle und Appliziertrommel so abgebremst, dass sie nach einer Umdrehung wieder in der Ausgangslage zum Stehen kommt.

Aufgrund verschiedener Einflüsse, z.B. Riemendehnung eines Deckbandsystems zum Transport von Briefen, verändert sich ständig die Transportgeschwindigkeit, mit der Briefe an der Andruck- und Appliziertrommel vorbeitransportiert werden.

Soll das jeweilige Etikett aber trotz der Geschwindigkeitsschwankungen stets genau an einer vorgegebenen Stelle des Briefes plaziert werden, so ist dafür ein hoher Steuerungs- und Regelungsaufwand notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen selbstklebender Etiketten auf entlang eines Förderweges transportierte flache Gegenstände mittels einer gesteuert angetriebenen Andruck- und Appliziertrommel zu schaffen, bei dem der Antrieb der Andruck- und Appliziertrommel mit geringem Aufwand so geregelt wird, dass jedes Etikett in einem festgelegten Abstand von der Vorderkante des Gegenstandes auf den jeweiligen Gegenstand appliziert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Aufgrund der überraschenden Tatsache, dass die Etiketten in hoher Qualität auf die Gegenstände auch dann appliziert werden, wenn die Transportgeschwindigkeit und die Umfangsgeschwindigkeit der Andruck- und Appliziertrommel abweichen (bis zu 50%), wird die Andruck- und Appliziertrommel mit einer festen Applizier-Umfangsgeschwindigkeit betrieben, die einer mittleren Transportgeschwindigkeit der Gegenstände entspricht. Damit auch bei schwankenden Transportgeschwindigkeiten der gewünschte Abstand des Etiketts von der Vorderkante des Gegenstandes eingehalten wird, muss nur in Abhängigkeit von der gemessenen Geschwindigkeit und Position der jeweiligen Sendung der Beschleunigungsstartzeitpunkt entsprechend variiert werden.

Da die Andruck- und Appliziertrommel stets auf eine einheitliche, der mittleren Transportgeschwindigkeit entsprechende Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden muss, wird die Beschleunigungszeit für einen Beschleunigungsverlauf im Vorfeld unter Berücksichtigung des verfügbaren Antriebmomentes und des sich konstruktiv ergebenen Trägheitsmomentes der Andruck- und Appliziertrommel festgelegt und als Konstante bei der Ermittlung des Startzeitpunktes berücksichtigt.

Vorteilhaft ist es, den Beschleunigungsverlauf an den Umfang der Andruck- und Appliziertrommel und die mittlere Transportgeschwindigkeit an die zur Verfügung stehende Beschleunigungszeit und den Beschleunigungsweg anzupassen. Dazu wird die Andruck- und Appliziertrommel über die der mittleren Transportgeschwindigkeit entsprechende Umfangsgeschwindigkeit hinaus beschleunigt und anschließend auf die der mittleren Transportgeschwindigkeit entsprechende Umfangsgeschwindigkeit abgebremst.

Vorteilhaft ist es auch, die Bremsphase an Zeitbedingungen anzupassen, indem die Umfangsgeschwindigkeit kurzzeitig über die Appliziergeschwindigkeit erhöht wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für jeden Transportgeschwindigkeitsbereich ein anderer Beschleunigungsverlauf definiert.

Anschließend wird die Erfindung anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Dabei zeigen

FIG 1

eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen von selbstklebenden, trägerlosen Etiketten auf flache Gegenstände,

FIG 2

eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gegenüber der Darstellung in FIG 1 um 90° geschwenkt, mit bestimmten Zeitpunkten während des Transports eines Gegenstandes,

FIG 3

den Geschwindigkeits-Zeitablauf für die Antriebe der Vorrichtung zum Etikettieren.

Ein selbstklebender Etikettenstreifen 1 wird von einer Vorratsrolle 2 durch eine an sich bekannte Etikettenstreifenabrolleinrichtung 3 in Bandform abgezogen und einer Etikettenförder- und -schneidevorrichtung 4 zugeführt.

In der Etikettenförder- und -schneidevorrichtung 4 wird der Etikettenstreifen 1 auf eine Andruck- und Appliziertrommel 17 senkrecht zur Transportebene der flachen Gegenstände 20 entsprechend der benötigten Länge vorgeschoben und bei stillstehender Andruck- und Appliziertrommel 17 abgeschnitten. Dazu wird der Etikettenstreifen 1 über eine geformte Führung 7 geführt, die in Etikettenstreifenvorschubrichtung 5 von einer schwach gekrümmten oder ungekrümmten Führungsfläche am Eingang in eine der die Etiketten aufnehmenden Oberfläche der Andruck- und Appliziertrommel 17 angepasste Krümmung aufweisende Führungsfläche am Ausgang übergeht.

In der Oberfläche der Führung 7 befinden sich Öffnungen, die mit einer Unterdruckquelle 6 verbunden sind. In die Führung 7 ist ein motorgesteuerter Reibradantrieb, bestehend aus Reibrad 8 mit Antrieb 9 und Andruckrolle 10, integriert. Damit wird der Etikettenstreifen 1 in Richtung der Etikettiereinrichtung 11, bestehend aus der Andruck- und Appliziertrommel 17, die an dem aufnehmenden Teil ebenfalls an eine Unterdruckquelle 19 angeschlossene Öffnungen aufweist, einem Trommelantrieb 18 und einer federnd gelagerten Gegenrolle 26, geschoben und selbst in eine Zylinderform überführt.

Nachdem mit Hilfe des Reibradantriebs der Etikettenstreifen 1 bis zu einer in gewissen Grenzen frei bestimmbare Höhe 12 oberhalb der Messereinrichtung vorgeschoben wurde, fährt der Messerantrieb 13 das Messer 14 über den Etikettenstreifen 1 auf das Gegenmesser 15 und schert ein Etikett 16 ab. Das Etikett 16 wird nunmehr nur durch die Andruck- und Appliziertrommel 17 getragen.

Auf einem geeigneten, nicht dargestellten Transportmittel, z.B. ein Deckbandsystem in dem flache Gegenstände eingeklemmt transportiert werden, werden die zu etikettierenden Gegenstände 20 entlang einer Bahn an der von der Etikettenförder- und -schneidevorrichtung 4 abgewandten Seite an der Etikettiereinrichtung 11 vorbeigeführt.

Während des Schneidens des Etikettenstreifens 1 bleibt die Andruck- und Appliziertrommel 17 stehen. Danach wird sie mit dem Etikett 16 beschleunigt. Durch eine Steuerung erfolgt, wie noch näher beschrieben wird, die Regelung des Bewegungsablaufes der Andruck- und Appliziertrommel so, dass beim Eintreffen des Teils der Andruck- und Appliziertrommel 17 mit dem Etikett 16 an der Gegenstandsbahn eine zielgenaue Übernahme des selbstklebenden Etikettes 16 durch den Gegenstand 20 möglich ist. Der Mantel der Andruck- und Appliziertrommel 17 ist in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich ausgeformt. Der erste Mantelbereich besitzt eine kreisförmige Krümmung, wobei der Kreismittelpunkt in der Drehachse liegt. Beim zweiten Mantelbereich ist die Mantelfläche soweit nach innen verschoben, dass eine störende Berührung der Gegenstände 20, die beispielsweise in einer zweiten, nachfolgenden Vorrichtung mit Etiketten versehen werden, in der Ruhelage vermieden wird. Diese Mantelfläche kann ebenfalls die gleiche kreisförmige Krümmung wie beim ersten Mantelbereich aufweisen, nur ist der Kreismittelpunkt über die Drehachse hinaus verschoben. Beide Mantelbereiche sind durch entsprechende Übergangsbereiche verbunden. Dies bewirkt, dass einerseits die Andruck- und Appliziertrommel 17 in Ruhephasen, z.B. beim Etikettenschneiden oder bei Applizierpausen nicht in die Gegenstandsbahn ragen kann und damit die Gegenstände 20 oder Teile davon nicht beeinflusst werden können. Anderseits kann beim Applizieren ein gewisser gleichmäßiger Druck gegen die flachen Gegenstände ausgeübt werden um das selbstklebende Etikett 16 zu übergeben. Zur Unterstützung der Etikettenübergabe an die Gegenstände 20 kann durch die mitlaufende Andruckrolle 26 ein Gegendruck erzeugt werden.

Dieser durch die unterschiedlichen Mantelbereiche der Andruck- und Appliziertrommel 17 bei räumlich fester Drehachse erzielte Effekt kann auch erreicht werden, wenn die Andruck- und Appliziertrommel 17 als Kreiszylinder ausgebildet ist, und wenn sie beweglich in Richtung der Gegenstände 20 gelagert ist. Zum Applizieren wird sie dann so in Richtung Gegenstand bewegt, dass das Etikett angedrückt werden kann, und beim Nichtapplizieren wird sie so zurückbewegt, dass eine Berührung mit den Gegenständen 20 vermieden wird. Diese Ausführung ist in der Zeichnung nicht dargestellt, kann aber von einem Fachmann aufgrund seines Fachkönnens ohne weiteres realisiert werden.

Eine Etikettiervorrichtung für Briefe ist schematisch in FIG 2 dargestellt.

Der Etikettiervorgang läuft stets in folgenden Schritten ab:

• 1. Etikettvorschub;
• 2. Etikett schneiden;
• 3. aktuelle Geschwindigkeit messen, Startzeitpunkt für die Andruck- und Appliziertrommel 17 bestimmen und Trommel zum berechneten Zeitpunkt starten, dabei ist der Bewegungsablauf ein komplexer Vorgang, der sich aus wiederholten Beschleunigungs-, Brems- und Konstantgeschwindigkeitsphasen zusammensetzt;
• 4. Etikett applizieren;
• 5. Trommel abbremsen und in Ausgangsposition stoppen.

Die folgende Darstellung beschreibt den prinzipiellen Etikettiervorgang.

Die Abläufe des Etikettvorgangs werden durch den Brieflauf gesteuert. Die im folgenden angegebenen Zeitpunkte t_i variieren mit der Dynamik aufeinanderfolgender Etikettiervorgänge.

• 1. Zum Zeitpunkt t₀ (durch das Lettertracking der Maschinensteuerung bestimmt) sendet die übergeordnete Maschinensteuerung eine sendungsbezogene Botschaft an die Etikettiersteuerung mit folgenden Informationen:
  • Brief Id,
  • Etikett/kein Etikett,
  • Etiketthöhe.
• 2. Das Passieren der Sendungsvorderkante t₁ an Lichtschranke LB₁ startet den Etikettenvorschub. Erfolgt der Etikettenvorschub am Ende des vorherigen Appliziervorganges, dann muss sichergestellt werden, dass die Andruck- und Applizier-Trommel die Ausgangsposition vor dem Beginn des schneidens erreicht hat.
• 3. Start des Messerantriebes zum Zeitpunkt t₂. Die Bewegung des Messers wird so synchronisiert, dass der Schnitt erst nach Abschluss des Etikettenvorschubes beginnt. Der Messerantrieb vollführt bei jedem Schnitt einen 360° Umlauf, die Endlage wird durch einen Positionsgeber überwacht.
• 4. Messung der aktuellen Sendungsgeschwindigkeit mit den Lichtschranken LB2 und LB3. Aus der gemessenen Laufzeit t₄ - t₃, die ein Maß für die aktuelle Geschwindigkeit ist, wird der Startzeitpunkt t₅ für die Andruck- und Appliziertrommel 17 berechnet. Diese Messung gewährleistet eine höhere Genauigkeit gegenüber einer üblichen indirekten Messung der Geschwindigkeit über den Bandtakt, da das Band Schwingungen unterworfen ist.
  Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass eine Differenzgeschwindigkeit zwischen Brieflauf und Andruck- und Appliziertrommel 17 in weiten Grenzen (<50%) unkritisch für den Etikettier-Applikations-Vorgang ist. Davon ausgehend wird für bestimmte Bandgeschwindigkeitsbereiche jeweils eine konstante Andruck- und Appliziertrommel-Geschwindigkeit in der Konzeption zugrunde gelegt. Die bandgeschwindigkeitsabhängige Korrektur der horizontalen Etikettenposition erfolgt über die Variation des Startzeitpunktes der Trommel in Bezug auf die Sendungsvorderkante.
• 5. Start der Appliziertrommel t₅. Der Beschleunigungsvorgang findet nach einer vorher (off-line) bestimmten Trajektorie statt und gewährleistet die entsprechende horizontale Positioniergenauigkeit. Dabei trifft die Etikettenvorderkante zum Zeitpunkt t₆ mit dem Brief zusammen (Merge Point).
• 6. Nach dem Ende der Applikation t₇ erfolgt zum Zeitpunkt t₈ der Beginn der Bremsphase, bis die Andruck- und Appliziertrommel 17 sich wieder in der Ausgangsposition befindet.
• 7. Nach dem Applizieren des Etiketts auf der Sendung wird die Andruck- und Appliziertrommel in die Ausgangsposition gefahren. Diese Position wird durch einen Positionsgeber überwacht.
• 8. Ein Etikettüberprüfer besteht aus einem Farbmarkensensor und einer Referenzlichtschranke für die Brief-Vorderkante. Die Brief-Vorderkante wird zum Zeitpunkt t₇ und die Etikettvorderkante zum Zeitpunkt t₈ bestimmt. Die Differenz repräsentiert bei der aktuellen gemessenen Geschwindigkeit v_i die Etikettposition auf der Sendung. Sendungen mit fehlenden Etiketten bzw. zu großen Positionierabweichungen des Labels werden rejektiert. Systematische Positionsabweichungen werden zur Langzeit-Nachregelung der Applikator-Steuerung genutzt.
• 9. Nach t₈ wird eine Ergebnis-Mitteilung an die übergeordnete Maschinensteuerung mit folgendem Inhalt geschickt:
  • Brief Id (0 representiert, Phantom Mailpiece'),
  • Etikett-Status (O.k., Failed),
  • Etikett-Position (bezogen auf die Sendungsvorderkante).

In FIG 3 ist der Geschwindigkeits-Zeit-Ablauf für die unmittelbar für den Etikettiervorgang zuständigen Antriebe dargestellt.

• Der Zyklus wird durch eine Start-Mitteilung ausgelöst und beginnt mit dem Etikettvorschub (t₁₁). Während des Vorschubes wird die Sendungsgeschwindigkeit gemessen und der Messerantrieb gestartet (t₁₂),
• Schnitt nach Abschluss des Vorschubes (t_12a, t_12b),
• Trommelstart (t₁₅) nach dem Schnittende (t_12b),
• Das Etikett trifft zum Zeitpunkt t₁₆ mit der Sendung zusammen und wird danach auf die Sendung abgerollt,
• Der folgende Etikettzyklus beginnt schon vor dem Erreichen Ausgangsposition der Etikett-Trommel (t₂₀),
• Erreichen der Trommel-Ausgangsposition (t₁₉),
• Um die Abbremszeit der Andruck- und Appliziertrommel zu verkürzen, wird diese noch einmal kurz über die Appliziergeschwindigkeit beschleunigt und dann abgebremst.

Dabei bedeuten:

t₁₀

Sendungs-Id-Message von der übergeordneten Steuerung

t₁₁

Start Etikettenvorschub

t₁₂

Start Messerantrieb

T_12a, t_12b

Beginn, Ende Etiketten-Schnitt

T₁₅

Start Andruck- und Appliziertrommel

T₁₆

Beginn der Etikett-Applikation (Mergepoint)

T₁₇

Ende der Applikation

T₁₈

Beginn der Bremsphase

T₂₀

Start Etikettenvorschub des nächsten Etikettenzyklus

T₁₉

Erreichen der Trommel-Ausgangsposition

Im Normalbetrieb laufen die Antriebsbänder mit einer konstanten Geschwindigkeit. Die aktuelle Sendungsgeschwindigkeit wird durch eine Laufzeitmessung zwischen den Messlichtschranken LB2 und LB3 bestimmt.

Die aktuelle Sendungsgeschwindigkeit wird über die Messung der Sendungslaufzeit t₉ zwischen den Messlichtschranken LB2 an der Position x₃ und LB3 an der Position x₄ bestimmt. Dabei wird kurzzeitig eine konstante Sendungsgeschwindigkeit zwischen der Lichtschranke LB2 und der Andruck- und Appliziertrommel 17 vorausgesetzt..$${\text{(I)\hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em}t}}_{\text{9}}{\text{= t}}_{\text{4}}{\text{- t}}_{\text{3}}$$

Nachdem die sendung die 2. Messlichtschranke bei x₄ passiert hat, kann die Laufzeit (t₆₄) zum Mergepoint (x₆) hochgerechnet werden.$${\text{(II)\hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em}t}}_{\text{64}}{\text{= t}}_{\text{6}}{\text{- t}}_{\text{4}}{\text{= t}}_{\text{9}}\text{*}\frac{{\text{x}}_{\text{6}}{\text{- x}}_{\text{4}}}{{\text{x}}_{\text{4}}{\text{- x}}_{\text{3}}}$$

Das Steuerungskonzept geht davon aus, dass für einen festgelegten Bereich der Bandgeschwindigkeit die Andruck- und Appliziertrommel 17 immer mit der selben Geschwindigkeits-Trajektorie beschleunigt wird und daher stets die gleiche Zeit vom Start bis zum Mergezeitpunkt benötigt. Damit ist die Trommel-Beschleunigungszeit T_Tr ein konstanter Parameter von dem Bandgeschwindigkeitsbereich. Der auf t₄ bezogene Startzeitpunkt t₅ der Trommel ergibt sich dann aus (III).$${\text{(III) t}}_{\text{5}}{\text{= t}}_{\text{4}}{\text{+ t}}_{\text{64}}{\text{- T}}_{\text{Tr}}$$