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PATENTANSPRÜCH E
1. Einrichtung zum Prägen von Reliefmustern mit hoher Auflösung, insbesondere von Phasenhologrammen oder Phasenbeugungsgittern in einen thermoplastischen Informationsträger mittels einer endlosen, die Reliefmuster tragenden, beheizbaren, metallenen Prägematrize, die gemeinsam mit dem Informationsträger zwischen zwei Kalanderwalzen hindurchgeführt wird, gekennzeichnet durch Mittel (7) zum Heizen der Prägematrize (1) durch den Informationsträger hindurch mit Wirbelstrom.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kalanderwalze (2) aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material und der Mantel (10) aus elektrisch gut leitendem, ferromagnetischem Metall von 0,2 bis 3 mm Dicke mit breiter Hysteresekurve besteht und durch die Wirbelstromheizmittel (7) mit geheizt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der ersten Kalanderwalze (2) zusammenwirkende zweite Kalanderwalze (8) ebenfalls aus elektrisch und thermisch isolierendem Material besteht, einen Mantel aus Metall aufweist und Mittel für die direkte Wirbel- stromheizung des Mantels vorhanden sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zur Wirbelstromheizung aus einem Oszillator (11), einem Resonanzkreis (14, 16) mit einer Wicklung ( 14) mit Mittelabgriff ( 17) auf einem Eisen kern (15), vom Oszillator (11) angesteuerten, im Gegentakt arbeitenden Transistoren (12, 13) und einer Gleichspannungsversorgung (20, 23) bestehen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gleichspannungszuführung ein aus einer Drosselspule (18) und einem Kondensator (21) bestehender Tiefpass zur Unterdrückung von Rückwirkungen der den Wirbelstrom erzeugenden Spannung und deren Harmonischen auf ein Wechselstrom-Energieversorgungsnetz angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Prägen von Reliefmustern mit hoher Auflösung, insbesondere von Phasenhologrammen oder Phasenbeugungsgittern, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, auf thermoplastischem Trägermaterial Informationen in Form von Reliefmustern, wie Phasenhologrammen, Phasenbeugungsgittern u. dergl. mit hoher Auflösung zu speichern. Hierbei wird das Reliefmuster unter Anwendung von Druck und Wärme in den thermoplastischen Träger eingeprägt, der entsprechend seinem Bestimmungszweck die Form einer Karte, eines Bandes oder eines Blattes aufweisen kann. Die geprägten Reliefmuster, die z.B.
Video-Informationen oder Echtheitsinformationen enthalten, können mit optischen Mitteln maschinell gelesen werden.
Bei einer Einrichtung zur Prägung von Phasenholo grammen nach der CH-PS 530018 werden ein thermoplastischer Informationsträger und eine als endloses Band ausgebildete, das Hologrammreliefmuster tragende Prägematrize gemeinsam zwischen zwei Kalanderwalzen hindurchgeführt.
Der thermoplastische Film wird bei seinem Durchgang zwischen den Kalanderwalzen, von denen die eine beheizt ist, auf eine geeignete Temperatur erhitzt, geprägt und nach einer Kühlstrecke von der Hologrammatrize getrennt. Die Beheizung der Prägematrize bedingt eine Kalanderwalze mit verhältnismässig grosser thermischer Trägheit und eine grosse Heizenergie.
Bei der Einrichtung zum Prägen von Phasenhologrammen oder Phasenbeugungsgittern nach der CH-PS 607 119 in einen thermoplastischen Informationsträger wird ebenfalls eine beheizbare, bandförmige, endlose Prägematrize aus
Metall verwendet, welche gemeinsam mit dem Informations träger zwischen zwei Kalanderwalzen hindurchgeführt wird.
Dabei wird die bandförmige Metallmatrize quer zu ihrer
Laufrichtung durch Widerstandsheizung auf einer ersten
Kalanderwalze erhitzt und läuft gemeinsam mit dem Infor mationsträger über eine Kühlstrecke zu einer zweiten
Kalanderwalze, nach welcher der Informationsträger und die
Matrize getrennt werden. Die erste Kalanderwalze besteht zu diesem Zwecke aus Isoliermaterial und trägt zwei äussere
Metallringe, die mit je einem Pol einer Heizstromquelle ver bunden sind.
Für das Prägen von Holzleisten wird nach der US-PS
3 764767 ein Prägerad verwendet, in dessen zum Prägen elektrisch isoliert aufgesetztem Radkranz ein Wirbelstrom verursacht wird, der durch einen magnetischen Wechselfluss erzeugt wird, der senkrecht durch die Radseitenflächen wirkt. Zur Erhöhung des magnetischen Flusses ist das Rad so aufgebaut, dass im Bereich der Einwirkung des magnetischen
Flusses voneinander isolierte Stäbe aus Siliziumeisen quer zur Seitenfläche des Rades, also in Richtung des Magnet flusses stehen, die einen Teil des Radkörpers bilden. Dabei wird der Radkranz des Prägerades durch den Wirbelstrom bis 500C erhitzt.
Zum Prägen und Glätten von Kuntstoffbändern wird nach der DE-OS 2 143 135 ein das Kunststoffband beim Durch gang durch einen Kalander begleitendes Metallband benutzt.
Das Metallband wird durch eine Walze auf eine Temperatur wenig unterhalb der für den Arbeitsvorgang notwendigen Kalanderspalttemperntur aufgeheizt, die restliche Aufhei zung geschieht induktiv vor dem Einlauf des Metallbandes in den Walzenspalt, wobei das Metallband noch nicht in Kon takt mit dem Kunststoffband gekommen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich tung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der weniger Energie aufgewendet werden muss und bei welcher die Matrize vor der Prägungsstelle ohne Anwendung von Schleifkontakten während einer bestimmten Zeit vorgeheizt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzei chens des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielsweise erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Prägeeinrichtung;
Fig. 2 eine Kalanderwalze mit einer angebauten Wirbelstrombeheizung und
Fig. 3 eine modifizierte Prägeeinrichtung.
Bei den einzelnen Figuren der Zeichnung sind die einander entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In der Fig. 1 bedeutet 1 eine endlose Prägematrize, die aus einem ferromagnetischen, elektrischen Leiter in Form eines endlosen Bandes besteht und auf deren Aussenfläche ein feines Reliefmuster des Negativs des zu erzielenden Phasenhologramms oder Phasenbeugungsgitters eingearbeitet ist.
Bei diesem Reliefmuster kann der Linienabstand des Gitters in der Grössenordnung von einigen um oder weniger liegen.
Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden; beispielsweise kann von einem Originalhologramm durch chemische oder galvanische Beschichtung eine als Prägematrize 1 dienende Kopie aus einer Nickellegierung hergestellt werden.
Die Prägematrize 1 wird von einer starr gelagerten, motor getriebenen Kalanderwalze 2 in Richtung eines Pfeiles 3 angetrieben und läuft über Umlenk- und Spannrollen 4, 5.
Ein bandförmiger Informationsträger 6 aus thermoplastischem Material oder mit einer thermoplastischen Schicht wird gemeinsam mit der Prägematrize 1 zwischen der Kalanderwalze 2 und einer weiteren Kalanderwalze 8 hindurchgeführt, welche federnd gelagert ist und den Informationsträger 6 gegen die Prägematrize 1 presst. Ein Längenelement der Prägematrize 1 wird, bevor es den Spalt zwischen den Kalanderwalzen 2 und 8 durchläuft, auf der Kalanderwalze 2 mittels einer Wirbelstrom-Heizeinrichtung 7 auf die zum Prägen erforderliche Temperatur aufgeheizt. Hierbei wird das Reliefmuster der Prägematrize in den Informationsträger 6 geprägt.
Der Informationsträger 6 bleibt noch auf einer gewissen Wegstrecke mit der Prägematrize 1 in engem Kontakt, kühlt sich hierbei ab, wird sodann von dieser getrennt und läuft über eine Umlenk- Spannrolle 9 zu einer nichtgezeichneten Aufwickelspule oder Schneidevorrichtung und Ablage.
Vorteilhaft lässt sich die Anordnung so treffen, dass auch die Oberfläche der Kalanderwalze 2 mittels der Wirbelstrom- Heizeinrichtung 7 aufgeheizt wird.
Bei der beschriebenen Anordnung wird nur der das Reliefmuster aufnehmende Bereich des Informationsträgers 6 kurzzeitig auf die Prägetemperatur aufgeheizt und nach dem Austritt aus dem Spalt zwischen den Kalander 2 und 8 rasch abgekühlt und damit das geprägte Reliefmuster fixiert, was zu ausserordentlich formgetreuen Reliefmustern mit einem ausgezeichneten Signal/Rauschverhältnis führt. Dabei muss für die Wirbelstrombeheizung nur wenig Energie aufgewendet werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Wirbelstrom-Heizeinrichtung 7 samt der zugehörigen Kalanderwalze 2 im Detail. Die Kalanderwalze 2 besteht aus einem elektrischen und thermisch isolierenden Material und besitzt einen metallischen Ring oder Mantel 10 von 0,2 bis 3 mm Dicke. Er besteht aus einem elektrisch gut leitenden, vorzugsweise ferromagnetischen Material mit breiter Hysteresekurve, das durch die Ummagnetisie- rung und den Wirbelstrom der Wirbelstrom-Heizeinrichtung 7 in kurzer Zeit auf die Prägetemperatur aufgeheizt werden kann. Aus ähnlichem Material, das zudem gute Prägeeigenschaften aufweist, insbesondere aus einer Nickellegierung besteht die Prägematrize 1, die somit nicht allein durch den Kontakt auf der Kalanderwalze 2 aufgeheizt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Kalanderwalze 2 aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material bestehen, so dass nur die darüberlaufende Prägematrize 1 durch Wirbelstrom aufgeheizt wird.
Die Wirbelstrom-Heizeinrichtung 7 besteht im wesentlichen aus einem Oszillator 11, von diesem gesteuerten Transistoren 12, 13 und einer Wicklung 14 auf einem geeigneten Eisenkern 15, welche mittels eines Kondensators 16 auf die Resonanzfrequenz des Oszillators 11 abgestimmt ist. Ein Mittelabgriff 17 der Wicklung 14 ist über eine Drosselspule 18 mit einem Ausgang 19 eines Gleichrichters 20 verbunden.
Ein Kondensator 21 ist an den Ausgang 19 und einen weiteren Ausgang 22 des Gleichrichters 20 angeschlossen. Der Gleichrichter 20 wird von einem Netztransformator 23 gespeist. Der Oszillator 11 erzeugt eine Steuerfrequenz von 100 bis 200 kHz für die beiden im Gegentakt arbeitenden Transistoren 12, 13. Diese sind Leistungstransistoren. die unter voller Ansteuerung und unter Vollast eine Leistung von mindestens einigen hundert Watt erzeugen. Sie wirken auf den Gegentaktresonanzkreis aus der Wicklung 14 auf dem Eisenkern 15 und dem zu dieser parallel geschalteten Kondensator 16.
Die Transistoren 12, 13 und der Oszillator 11 werden von der Gleichspannung des Gleichrichters 20 gespeist. Für die Transistoren 12, 13 wird diese Gleichspannung nicht besonders gesiebt. Dagegen dient der aus der Drosselspule 18 und dem Kondensator 21 bestehende Tiefpass zur Absperrung des Wechselstrom-Energieversorgungsnetzes gegen den Übertritt von Störungen mit der Frequenz des Oszillators 11 oder deren Harmonischen. Der Eisenkern 15 muss für die Frequenz des Oszillators 11 bemessen sein. Zu diesem Zweck wird ein Kern aus Ferritmaterial gewählt.
Um eine optimale Wirbelstromheizung im Mantel 10 der Kalanderwalze 2 zu erzielen, werden dessen Ringdicke, die Betriebsfrequenz des Oszillators 11 und der angeschlossenen Leistungsschaltung sowie die Grösse des Ferritkerns so gewählt, dass die magnetische Flussdichte im Mantel 10 nahe der Sättigungsdichte liegt. Unter diesen Bedingungen wird auch die Prägematrize 1, die über die Kalanderwalze 2 auf einem Teil ihres Umfangs läuft, durch den Wirbelstrom direkt aufgeheizt. Somit lassen sich relativ hohe Heizleistungen auf die Kalanderwalze 2 und die Prägematrize 1 übertragen. Falls die Heizleistung einer einzigen Wirbeistrom-Heizeinrichtung 7 nicht genügt. können auf der von der Prägematrize 1 auf der Kalanderwalze 2 durchlaufenen Strecke mehrere solcher Wirbelstrom-Heizeinrichtungen 7 stationär verteilt sein.
Somit ist dafür gesorgt. dass die Prägematrize 1 genügend erhitzt ist und im Spalt zwischen den Kalanderwalzen 2 und 8 eine scharfe Prägung des Reliefmusters in den Informationsträger 6 ermöglicht wird.
Gemäss der Fig. 3 kann zudem die Kalanderwalze 8 ebenfalls mit einer aus einem oder mehreren Eisenkernen 15 der Fig. 2 bestehenden Wirbelstrom-Heizeinrichtungen 7a und mit einem Ring oder Mantel 10 auf einem elektrisch und thermisch isolierenden Körper wie bei der Kalanderwalze 2 ausgerüstet sein. Schliesslich können auf der Strecke zwischen den Kalanderwalzen 8 und 9 eine oder mehrere Kühldüsen 24 zur Abkühlung des Informationsträgers 6 angeordnet sein.
Die Breite des Rings oder Mantels 10 der Kalanderwalze 2 richtet sich nach derjenigen der thermoplastischen Schicht des Informationsträgers 6 und der Prägematrize 1. Im allgemeinen beträgt sie mindestens 10 bis 15 mm. Es können aber auch mehrere Ringe oder Mäntel 10 mit Zwischenräumen vorhanden sein, wenn mehrere Reliefspuren nebeneinander auf den Informationsträger 6 eingeprägt werden sollen. Die erfindungsgemässe Einrichtung eignet sich insbesondere für endlose Informationsträger. Sie kann jedoch auch bei nichtendlosen Informationsträgern angewendet werden.
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PATENT CLAIM E
1. Device for embossing relief patterns with high resolution, in particular phase holograms or phase diffraction gratings in a thermoplastic information carrier by means of an endless, heatable, metallic embossing die carrying the relief pattern, which is passed together with the information carrier between two calender rolls, characterized by means (7) for heating the embossing die (1) through the information carrier with eddy current.
2. Device according to claim 1, characterized in that the first calender roll (2) consists of an electrically and thermally insulating material and the jacket (10) made of electrically highly conductive, ferromagnetic metal of 0.2 to 3 mm thickness with a wide hysteresis curve and is also heated by the eddy current heating means (7).
3. Device according to claim 1, characterized in that a with the first calender roll (2) cooperating second calender roll (8) also consists of electrically and thermally insulating material, has a jacket made of metal and means for the direct eddy current heating of the jacket are.
4. Device according to claim 1, characterized in that the means (7) for eddy current heating from an oscillator (11), a resonant circuit (14, 16) with a winding (14) with center tap (17) on an iron core (15) , of the oscillator (11) driven, push-pull transistors (12, 13) and a DC voltage supply (20, 23).
5. Device according to claim 4, characterized in that a low-pass filter consisting of a choke coil (18) and a capacitor (21) for suppressing repercussions of the voltage generating the eddy current and its harmonics on an AC power supply network is arranged in the DC voltage supply.
The invention relates to a device for embossing relief patterns with high resolution, in particular phase holograms or phase diffraction gratings, according to the preamble of patent claim 1.
It is known to record information in the form of relief patterns, such as phase holograms, phase diffraction gratings and the like on thermoplastic carrier material. The like to save with high resolution. Here, the relief pattern is embossed into the thermoplastic carrier using pressure and heat, which can have the shape of a card, a ribbon or a sheet, depending on its intended use. The embossed relief patterns, e.g.
Containing video information or authenticity information can be machine-read using optical means.
In a device for embossing phase holograms according to CH-PS 530018, a thermoplastic information carrier and an embossing die designed as an endless band carrying the hologram relief pattern are passed together between two calender rolls.
As it passes between the calender rolls, one of which is heated, the thermoplastic film is heated to a suitable temperature, embossed and separated from the hologram matrix after a cooling section. The heating of the embossing die requires a calender roll with a relatively high thermal inertia and a large heating energy.
In the device for embossing phase holograms or phase diffraction gratings according to CH-PS 607 119 in a thermoplastic information carrier, a heatable, band-shaped, endless embossing die is also made
Metal is used, which is passed together with the information carrier between two calender rolls.
The band-shaped metal matrix is transverse to it
Direction of travel through resistance heating on a first
The calender roll heats and runs together with the information carrier over a cooling section to a second one
Calender roll, after which the information carrier and the
Matrix are separated. For this purpose, the first calender roll consists of insulating material and carries two outer ones
Metal rings, each with a pole of a heating power source connected.
For embossing wooden strips, according to the US PS
3 764767 uses an embossing wheel, in the wheel rim of which is placed electrically insulated for embossing, an eddy current is caused which is generated by an alternating magnetic flux which acts perpendicularly through the wheel side surfaces. To increase the magnetic flux, the wheel is constructed in such a way that
Bars of silicon iron isolated from each other across the side of the wheel, i.e. in the direction of the magnetic flux, which form part of the wheel body. The wheel rim of the stamping wheel is heated up to 500C by the eddy current.
For embossing and smoothing of plastic strips, a plastic strip is used according to DE-OS 2 143 135 when passing through a calender accompanying metal strip.
The metal strip is heated by a roller to a temperature slightly below the calender nip temperature necessary for the work process, the rest of the heating takes place inductively before the metal strip enters the nip, the metal strip not yet coming into contact with the plastic strip.
The invention has for its object to provide a Einrich device according to the preamble of claim 1, in which less energy needs to be used and in which the die is preheated in front of the embossing point without the use of sliding contacts for a certain time.
This object is achieved by the features of the characteristic of claim 1. Further advantageous configurations are specified in the remaining claims.
The invention is explained for example with the aid of a drawing. The figures in the drawing show:
1 shows an embossing device;
Fig. 2 is a calender roll with an attached eddy current heating and
Fig. 3 shows a modified embossing device.
In the individual figures of the drawing, the corresponding parts are identified by the same reference numerals.
In Fig. 1, 1 means an endless embossing die, which consists of a ferromagnetic, electrical conductor in the form of an endless band and on the outer surface of which a fine relief pattern of the negative of the phase hologram or phase diffraction grating to be achieved is incorporated.
In this relief pattern, the line spacing of the grating can be on the order of a few µm or less.
Processes for their production are known and therefore do not need to be explained in more detail; For example, a copy of an original hologram can be produced from a nickel alloy by chemical or galvanic coating and serves as an embossing die 1.
The embossing die 1 is driven by a rigidly mounted, motor-driven calender roll 2 in the direction of an arrow 3 and runs over deflection and tensioning rollers 4, 5.
A band-shaped information carrier 6 made of thermoplastic material or with a thermoplastic layer is passed together with the embossing die 1 between the calender roll 2 and a further calender roll 8, which is resiliently mounted and presses the information carrier 6 against the embossing die 1. A length element of the embossing die 1, before it passes through the gap between the calender rolls 2 and 8, is heated on the calender roll 2 by means of an eddy current heating device 7 to the temperature required for the embossing. Here, the relief pattern of the embossing die is embossed in the information carrier 6.
The information carrier 6 remains in close contact with the embossing die 1 for a certain distance, cools down in the process, is then separated from it and runs over a deflection tensioning roller 9 to an unillustrated winding reel or cutting device and storage.
The arrangement can advantageously be made such that the surface of the calender roll 2 is also heated by means of the eddy current heating device 7.
In the arrangement described, only the area of the information carrier 6 receiving the relief pattern is briefly heated to the embossing temperature and rapidly cooled after exiting the gap between the calenders 2 and 8, and thus the embossed relief pattern is fixed, which results in extraordinarily accurate relief patterns with an excellent signal / Noise ratio leads. Only little energy has to be used for eddy current heating.
2 shows an eddy current heating device 7 together with the associated calender roll 2 in detail. The calender roll 2 consists of an electrical and thermally insulating material and has a metallic ring or jacket 10 of 0.2 to 3 mm in thickness. It consists of an electrically highly conductive, preferably ferromagnetic material with a broad hysteresis curve, which can be heated to the embossing temperature in a short time by the remagnetization and the eddy current of the eddy current heating device 7. The embossing die 1 is made of a similar material, which also has good embossing properties, in particular a nickel alloy, and is therefore not heated solely by contact on the calender roll 2.
In an advantageous embodiment, the calender roll 2 can consist of an electrically and thermally insulating material, so that only the embossing die 1 running over it is heated by eddy current.
The eddy current heating device 7 essentially consists of an oscillator 11, transistors 12, 13 controlled by this and a winding 14 on a suitable iron core 15, which is tuned to the resonance frequency of the oscillator 11 by means of a capacitor 16. A center tap 17 of the winding 14 is connected via a choke coil 18 to an output 19 of a rectifier 20.
A capacitor 21 is connected to the output 19 and a further output 22 of the rectifier 20. The rectifier 20 is fed by a mains transformer 23. The oscillator 11 generates a control frequency of 100 to 200 kHz for the two transistors 12, 13 operating in push-pull mode. These are power transistors. which generate a power of at least a few hundred watts under full control and under full load. They act on the push-pull resonance circuit from the winding 14 on the iron core 15 and the capacitor 16 connected in parallel thereto.
The transistors 12, 13 and the oscillator 11 are fed by the DC voltage of the rectifier 20. This DC voltage is not particularly sifted for the transistors 12, 13. In contrast, the low-pass filter consisting of the choke coil 18 and the capacitor 21 is used to shut off the AC power supply network against the occurrence of interference with the frequency of the oscillator 11 or its harmonics. The iron core 15 must be dimensioned for the frequency of the oscillator 11. A core made of ferrite material is selected for this purpose.
In order to achieve an optimal eddy current heating in the jacket 10 of the calender roll 2, its ring thickness, the operating frequency of the oscillator 11 and the connected power circuit and the size of the ferrite core are selected so that the magnetic flux density in the jacket 10 is close to the saturation density. Under these conditions, the embossing die 1, which runs over part of its circumference over the calender roll 2, is heated directly by the eddy current. Relatively high heating outputs can thus be transferred to the calender roll 2 and the embossing die 1. If the heating power of a single eddy current heating device 7 is not sufficient. Several such eddy current heating devices 7 can be distributed in a stationary manner on the route through which the embossing die 1 runs on the calender roll 2.
This ensures that. that the embossing die 1 is heated sufficiently and that a sharp embossing of the relief pattern in the information carrier 6 is made possible in the gap between the calender rolls 2 and 8.
According to FIG. 3, the calender roll 8 can also be equipped with an eddy current heating device 7a consisting of one or more iron cores 15 from FIG. 2 and with a ring or jacket 10 on an electrically and thermally insulating body as in the calender roll 2. Finally, one or more cooling nozzles 24 for cooling the information carrier 6 can be arranged on the route between the calender rolls 8 and 9.
The width of the ring or jacket 10 of the calender roll 2 depends on that of the thermoplastic layer of the information carrier 6 and the embossing die 1. In general, it is at least 10 to 15 mm. However, there may also be several rings or jackets 10 with gaps if several relief tracks are to be embossed next to one another on the information carrier 6. The device according to the invention is particularly suitable for endless information carriers. However, it can also be used for non-endless information carriers.