Glasflaschen, Verschlüsse und Kanister per Laser codieren: verbrauchsmaterialfrei kennzeichnen

Eine Laserbeschriftung entsteht im Werkstoff selbst. Es gibt keine Tinte, kein Lösemittel, keinen Filter und kein Etikett, also auch nichts, was nachgefüllt, gereinigt, entsorgt oder in der Nasszone wieder abgewaschen wird. Das ist der Grund, aus dem Abfüller und Lebensmittelhersteller ihre Datums- und Chargenkennzeichnung auf Laser umstellen, und nicht ein schöneres Schriftbild. Dieser Beitrag geht die Festlegungen durch, die dabei anstehen: welches Laserverfahren zu Glas, milchigem Kunststoff, HDPE, Stahlkappe und lackiertem Metall passt, wie viel Zeit der Linientakt für eine Markierung lässt, wie runde Flächen und Flaschenhälse getroffen werden, wo die Rechnung gegen das Etikett aufgeht und was die Laserzelle in einer bestehenden Linie an Platz und Schutz verlangt.

Wichtige Punkte im Überblick

Eine Laserbeschriftung entsteht im Werkstoff selbst, damit entfallen Tinte, Lösemittel, Filter und Etikett und mit ihnen das Nachfüllen, das Reinigen, das Entsorgen und die Gefahr, dass die Kennzeichnung in der Nasszone wieder abgewaschen wird.
Das Material bestimmt die Wellenlänge: Glas, milchiger und weißer Kunststoff, HDPE-Behälter und hitzeempfindliche Verschlüsse gehören zum 3-Achsen-UV-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-U, dessen hohe Absorption bei 355 nm den Kontrast mit minimalem Wärmeeintrag erzeugt.
Aus dokumentierten Anwendungen sind 0,24 s bei 13.000 Einheiten pro Stunde, 0,3 s für einen 5 x 5 mm großen DMC und 60 bis 100 ms bei 34.000 Flaschen pro Stunde belegt, während ein weißer Kanister bei 250 Stück pro Stunde mit 1,4 s plus Autofokus kalkuliert wurde.
Auf Anlagenoberflächen und Typenschildern der Molkerei- und Getränketechnik muss die Kennzeichnung Lauge und Säure aushalten, ohne die Oberfläche aufzureißen, weshalb eine geschlossene Laserbeschriftung dort einer Gravur vorgezogen wird.
Die tragfähige Wirtschaftlichkeitsrechnung vergleicht den Laser nicht mit einem anderen Drucker, sondern mit dem Stückpreis des Etiketts, das er ersetzt, hochgerechnet auf die Jahresmenge und ergänzt um Etikettenlogistik, Rollenwechsel und Applikationssystem.

Warum Getränke- und Lebensmittelbetriebe auf Laser umstellen: kein Verbrauch, keine Reinigung, nichts, was abgewaschen wird

Die Gründe kommen aus dem Betrieb, nicht aus der Optik. Reinigungszyklen je Chargenwechsel, Tinte, die abläuft, bevor sie verbraucht ist, und Serviceeinsätze fallen mit einem Laser weg. Die Kostenseite dieser Rechnung ist im Beitrag „MHD und Chargennummer in der Abfüllung kennzeichnen: Verfahren, Taktzeit und Verfügbarkeit" aufgeschlüsselt.

Auf der Habenseite steht Beständigkeit. Ein gelaserter Code sitzt im Glas, im Kunststoff oder in der Lackschicht und übersteht Kondensat, Pasteurisierung und Reinigung. Auf der Sollseite stehen andere Dinge: Absaugung, Laserschutz und ein Umbaufenster, in dem die Linie wirklich stillsteht.

Glas, milchiger und weißer Kunststoff, HDPE, Stahlkappe, lackiertes Metall: das Verfahren je Werkstoff

Das Material bestimmt die Wellenlänge, nicht der Wunsch nach einer Universallösung:

Glas, Weingläser, milchige und weiße Kunststoffflaschen, HDPE-Behälter, Milchfläschchen und hitzeempfindliche Verschlüsse: der UV-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-U. Sein Mechanismus ist die hohe Absorption bei 355 nm mit minimalem Wärmeeintrag, weshalb der Kontrast auf weißem und transparentem Kunststoff entsteht, ohne das Material zu schädigen.
Stahlkappen, lackiertes Metall, lackierte Gasflaschen für Lebensmittelgase und Anlagentypenschilder: der 3-Achsen-Hybrid-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-X mit Anlassbeschriftung. Gefragt sind hier regelmäßig Tiefenschärfe, Autofokus, Leistungsüberwachung und das Schutzglas, das die Laserlinse vor Beschädigung schützt und sich schnell tauschen lässt.
Papier- und Kartonträger sowie Etiketten: der 3-Achsen-CO₂-Beschriftungslaser der Modellreihe ML-Z, häufig als Eins-zu-eins-Ersatz einer alten CO2-Einheit in einer bestehenden Etikettierlinie.
Serialisierte Verpackungsfolie im Kartoniertakt: der UV-Laser Coder FP-1000, in einem dokumentierten Fall mit 0,4 s Markierzeit für 70 bis 90 Takte pro Minute.

Muss eine Zelle Glas, beschichtetes Metall und Kunststoff gleichzeitig abdecken, wird aus der Verfahrensfrage eine Kompromissfrage, die am Originalmaterial getestet gehört. Als Abnahmekriterium zählt in realen Projekten die Lesbarkeit des Codes, ausdrücklich nicht das Aussehen.

Markierzeit rechnen: von 0,24 Sekunden bis 60 Millisekunden in der laufenden Linie

Die Markierzeit trägt oder kippt das Projekt. Aus dokumentierten Anwendungen sind diese Werte belegt: 0,24 s bei 13.000 Einheiten pro Stunde, 0,3 s für einen 5 x 5 mm großen DMC, 60 bis 100 ms in einer Linie mit 34.000 Flaschen pro Stunde und, am anderen Ende, 1,4 s Beschriftung plus Autofokus plus Sicherheitszuschlag auf einem weißen Kanister bei 250 Stück pro Stunde. Codegrößen reichen dabei von 2 x 2 mm über 5 x 5 mm bis 12 x 12 mm.

Das sind Werte aus der Anwendungspraxis und keine Gerätespezifikationen. Sie hängen an Codeinhalt, Codegröße, Linienbreite des Layouts und vor allem am Kontrast des Materials: In einem Projekt lag die Markierzeit je nach Kontrast bei 0,6 oder bei 0,4 s. Ein großes Logo, das in einem Durchgang nicht passt, lässt sich ohne Rahmen und mit größerer Linienbreite oft doch in den Takt bringen. Wer eine Zeit zusagen will, braucht dafür einen Mustertest mit dem echten Layout.

Runde Flächen, Flaschenhals und Deckel sicher treffen: Autofokus und Anstellwinkel

Codes auf Flaschen sitzen selten auf einer Ebene. Die gewölbte Oberseite einer milchigen Flasche, der Flaschenhals und der Deckel einer Stahlkappe liegen im Markierfeld auf unterschiedlichen Höhen. Der Hybrid-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-X arbeitet auf solchen Flächen mit Autofokus in Verbindung mit der Kameraposition, echtes dreidimensionales Beschriften ist die Option MD-AD-3D.

Zwei Größen gehören früh geklärt. Erstens die Tiefenschärfe: In einem Mustertest trug die Beschriftung rund 4 mm aus der Fokusebene heraus, wenn auch mit etwas schwächerem Kontrast. Zweitens der Anstellwinkel, denn ein schräg angestellter Kopf verzerrt den Code und verliert Kontrast. Und der Autofokus kostet Zeit, die im Zeitbudget der Station mitgerechnet werden muss.

Mehrere Einheiten pro Markierfeld statt mehrerer Stationen

Steht die Zeit knapp, hilft häufig die Geometrie statt einer schnelleren Anlage. Ein größeres Markierfeld deckt mehrere Einheiten in einem Durchgang ab. In einem dokumentierten Projekt lagen acht Flaschen gleichzeitig vor der Markierstation. Der ursprüngliche Plan mit zwei verfahrbaren Lasern wurde verworfen: Mit einem 330 mm breiten Feld ließen sich zwei Flaschen gleichzeitig in unter einer Sekunde je Flasche beschriften, was auf vier feststehende Laser ohne Verfahrachse führte.

Die Rechnung ist immer dieselbe. Feldgröße mal Einheiten pro Feld gegen Markierzeit je Einheit, und daraus die Zahl der Stationen. Feststehende Köpfe sind dabei mechanisch einfacher als eine Achse, die im Nassbereich mitläuft.

Beschriftung, die Lauge, Säure und Reinigungsstrahl übersteht, ohne die Oberfläche zu öffnen

Im Lebensmittelbetrieb reicht Haltbarkeit allein nicht. Auf Anlagenoberflächen und Typenschildern in der Molkerei- und Getränketechnik wird viel gebeizt, und die Kennzeichnung muss Lauge und Säure aushalten. Sie darf die Oberfläche aber nicht aufreißen, weil sich in einer porösen oder rauen Markierung Keime ablagern. Eine geschlossene Laserbeschriftung ist dort einer Gravur vorzuziehen, und genau mit dieser Begründung wird sie in Projekten des Anlagenbaus ausgewählt.

Werkzeuge stellen die härteste Anforderung. Gussformhälften für die Glasflaschenherstellung werden regelmäßig mit Sand oder mit dem Laserstrahl gereinigt, und der DMC darf das überleben. Ein solcher Nachweis läuft in der Anwendungspraxis über einen Dauerversuch im echten Reinigungszyklus, in einem Fall über ein halbes Jahr. Umgekehrt gibt es den Fall, in dem die Kennzeichnung wieder abgehen soll, etwa auf Fässern, die durch die Laugenwäsche laufen und danach neu gekennzeichnet werden. Dort bleibt die Tintenkennzeichnung der richtige Weg, wie sie der Continuous-Inkjet-Drucker der Modellreihe MK-G aufbringt, mit einer Tinte, die zum Substrat und zum Waschprozess passt.

Etikettenkosten je Stück gegen die Laserinvestition rechnen

Die tragfähigste Wirtschaftlichkeitsrechnung vergleicht den Laser nicht mit einem anderen Drucker, sondern mit dem Etikett, das er ersetzt. In einer dokumentierten Kanisterabfüllung beklebte ein Labelsystem weiße Kanister mit einem Etikett, das einen festen Centbetrag je Stück kostet, bei einer Viertelmillion Etiketten im Jahr. Dieser Stückbetrag ist die Zahl, gegen die der Laser gerechnet wird, und nicht der Gerätepreis.

Dazu kommen Posten, die in der Etikettenrechnung gern fehlen: Etikettenlogistik und Lagerbestand, Rollenwechsel, das Applikationssystem samt Wartung sowie Etiketten, die sich in der Nasszone lösen. Werden mehrere gleichartige Linien gemeinsam beschafft, was in diesem Umfeld häufig vorkommt, wird der Verbrauch je Linie zur führenden Größe im Vergleich.

Grenzen offen benennen: wackelnde Flaschen, on the fly und das Umbaufenster

Ein Laser korrigiert die Zuführung nicht. In einem Projekt kam die Ausschussrate nicht vom Laser, sondern von Flaschen, die auf dem Plattenband leicht wackelten. Weil die Beschriftung on the fly erfolgt, ließ sich das nicht ausgleichen; zuerst musste die Zuführung angefasst werden. Wer eine unruhige Flaschenführung hat, löst zuerst die Mechanik.

Das zweite Nadelöhr ist der Kalender. Bestandsanlagen werden in Shutdowns umgerüstet, oft zweimal jährlich, und wenn ein Anlagenbauer den Laser beschafft, liegt seine Bestellung vor diesem Fenster. Ein Test unter echten Bewegungsbedingungen gehört deshalb weit vor den Umbautermin und nicht in die Woche davor.

Die Laserzelle in der Bestandslinie: Absaugung, Laserschutz, Bedienung

Zum Laser gehört eine Zelle, und die belegt Platz in einer Linie, die keinen hat. Vier Punkte klären sich am besten gemeinsam mit dem Anlagenbauer, der die Zelle baut: die Absaugung für Rauch und Partikel, die Laserschutzeinhausung mit ihren Sicherheitseinrichtungen, das Bedienfeld an einer Stelle, an der das Personal es im Chargenwechsel wirklich erreicht, und die Anbindung an die Linie, damit Datum, Charge und Layout aus der Steuerung kommen und nicht von Hand eingetippt werden.

Bewährt hat sich, die Zelle als Standardbaustein zu planen, wenn mehrere Linien folgen. Ob die Beschriftung anschließend auch lesbar ist, prüft eine eigene Station, wie sie der Beitrag „MHD und Chargencode gegenlesen: OCR und OCV in der Lebensmittel- und Getränkelinie" beschreibt.

Häufige Fragen

F Welches Laserverfahren passt zu Glas, weißem Kunststoff und Stahlkappen?

Auf Glas, milchigem und weißem Kunststoff, HDPE und hitzeempfindlichen Verschlüssen arbeitet der UV-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-U mit hoher Absorption bei 355 nm und minimalem Wärmeeintrag. Auf Stahlkappen und lackiertem Metall kommt der Hybrid-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-X mit Anlassbeschriftung zum Einsatz, auf Papier- und Kartonträgern der CO2-Beschriftungslaser der Modellreihe ML-Z. Welche Variante im konkreten Fall trägt, klärt ein Mustertest am Originalmaterial.

F Welche Markierzeit ist in einer Abfülllinie realistisch?

Aus dokumentierten Anwendungen sind 0,24 s bei 13.000 Einheiten pro Stunde, 0,3 s für einen 5 x 5 mm großen DMC und 60 bis 100 ms bei 34.000 Flaschen pro Stunde belegt, auf einem Kanister bei 250 Stück pro Stunde dagegen 1,4 s plus Autofokus plus Sicherheitszuschlag. Das sind Werte aus der Anwendungspraxis, die von Codeinhalt, Codegröße und Materialkontrast abhängen.

F Übersteht eine Laserbeschriftung Laugen- und Säurereinigung?

Ja, und sie hat dort einen zweiten Vorteil: Eine geschlossene Laserbeschriftung reißt die Oberfläche nicht auf, sodass sich keine Keime in der Markierung ablagern. Das ist der Grund, aus dem sie in der Molkerei- und Getränketechnik einer Gravur vorgezogen wird. Für Werkzeuge, die mit Sand oder Laserstrahl gereinigt werden, führt der Nachweis über einen Dauerversuch im echten Reinigungszyklus.

F Wann rechnet sich der Laser gegenüber dem Etikett?

Die Rechnung läuft über den Stückpreis des Etiketts mal Jahresmenge, nicht über den Gerätepreis. In einer dokumentierten Abfüllung von weißen Kanistern trägt ein fester Centbetrag je Etikett bei einer Viertelmillion Etiketten im Jahr die Umstellung. Hinzu kommen Etikettenlogistik, Rollenwechsel und das Applikationssystem, während beim Laser Absaugung, Laserschutz und der Umbau gegenzurechnen sind.

F Was spricht in einer bestehenden Linie gegen den Laser?

Vor allem eine unruhige Produktführung. Wackeln Flaschen auf einem Plattenband, kann eine Beschriftung on the fly das nicht ausgleichen, und die Ausschussrate steigt trotz einwandfreier Markierung. In einem dokumentierten Fall musste deshalb zuerst die Zuführung geändert werden. Auch Platz für Absaugung und Laserschutzeinhausung muss vorhanden sein.

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