DE19780654B4

DE19780654B4 - Prägezylinder für die Herstellung von Prägefolien

Info

Publication number: DE19780654B4
Application number: DE19780654T
Authority: DE
Inventors: Wittich Kaule
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: DE19780654D2

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer nahtlosen, zylindrischen Prägeform (15), die Beugungsstrukturen (10) in Form einer Reliefstruktur aufweist, mit folgenden aufeinander folgenden Schritten:
– Herstellen eines Prägewerkzeugs (6; 30), das Beugungsstrukturen in Form einer Reliefstruktur aufweist,
– Bereitstellen einer endlosen, zylindrischen Zwischenform (17), die ein Hohlzylinder (18) ist und eine Oberfläche aus plastisch verformbarem Kunststoffmaterial (8) aufweist;
– Einprägen des Prägewerkzeugs (6; 30) in das plastisch verformbare Kunststoffmaterial auf der inneren Mantelfläche des Hohlzylinders, um die Beugungsstrukturen in das plastisch verformbare Material zu übertragen,
– Herstellen einer nahtlosen Prägeform (15) durch Abformen der geprägten Oberfläche der Zwischenform (17) in einem galvanischen Prozess oder durch Ausgießen mit Kunststoff, und
– Abnehmen der nahtlosen Form (15), welche die Beugungsstrukturen aufweist, von der zylindrischen Zwischenform (17) durch chemisches Lösen der bei dem galvanischen Prozess entstehenden Metallfolie, Erhitzen des plastisch verformbaren Kunststoffmaterials (8), Abkühlen der zylindrischen Zwischenform (17) oder Demontage durch...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer nahtlosen zylindrischen Prägeform, die Beugungsstrukturen in Form einer Reliefstruktur aufweist sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Prägezylinders, welcher aus einem Spannzylinder und einer metallischen Prägeform besteht.
Hologramme, Kinegramme oder ähnliche auf Beugungseffekten beruhende Elemente stellen aufgrund ihres mit Änderung des Betrachtungswinkels auftretenden Farbwechselspiels sowie der Möglichkeit, betrachtungswinkelabhängig lesbare Informationen zu erzeugen, ein beliebtes Echtheitsmerkmal dar, da dieser sogenannte „optisch variable Effekt" praktisch nicht durch einfache Mittel imitiert werden kann. Sie bieten ferner einen sehr guten Schutz gegen Fälschungen unter Verwendung von Farbkopierern. Denn das Kopiergerät kann nur die unter einem bestimmten Betrachtungswinkel erkennbare Information und Farbe des Hologramms wiedergeben, der optisch variable Effekt dagegen geht verloren.

Üblicherweise werden die in der Sicherungstechnik verwendeten Hologrammeals Prägehologramme hergestellt, d.h. die in den Beugungsstrukturen gespeicherte holografische Information wird in eine Reliefstruktur umgesetzt. Hierbei erfolgt die holografische Aufnahme in eine Foto-Resist-Platte, die nach der Entwicklung die gewünschte Reliefstruktur aufweist. Diese Reliefstruktur wird galvanisch in eine Nickelfolie abgeformt, das sogenannte „Master-Shim". Von diesem Master-Shim werden ebenfalls galvanisch Tochter-Shims in Form von Nickelfolien abgeformt. Die einzelnen plattenförmigen Tochter-Shims dienen als Prägeform. Mehrere dieser Prägeformen werden auf einem Spannzylinder aufgeklebt oder aufgespannt, um ein kontinuierliches Prägen einer späteren Hologramm-Prägefolie zu ermöglichen. Dieses Verfahren wird beispielsweise in der EP 0 338 378 A1 näher beschrieben.

Aus der DE 39 32198 A1 ist ein Verfahren bekannt, wonach die Prägung lükkenlos über die gesamte Zylindermanteloberfläche einer zylindrischen, polymeren Zwischenform erfolgt. Anschließend wird der Zylinder galvanisch metallisiert und schließlich die entstandene zylindrische Metallfolie von der zylindrischen Zwischenform abgenommen. Da die auf diese Weise entstandene zylindrische Metallfolie die Prägestrukturen auf der Zylinderinnenseite aufweist, muß für die Herstellung der Prägeform nochmals eine galvanische Abformung erfolgen, so daß eine zylindrische Metallfolie entsteht, welche auf ihrer äußeren Mantelfläche die gewünschten Beugungsstrukturen aufweist. Diese Metallfolie bildet die Prägeform, d.h. ein zylindrisches, geschlossenes, nahtloses Shim, welches auf einem Spannzylinder befestigt wird und mit diesem zusammen den Prägezylinder bildet. Dieses Verfahren ist ebenfalls noch relativ aufwendig.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches die Nachteile des Stands der Technik vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weiterbildungen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, ein Prägewerkzeug herzustellen, welches die gewünschte Beugungsstruktur in Form eines Reliefs aufweist, und dieses Prägewerkzeug für die Prägung einer thermoplastischen, zylindrischen Zwischenform zu benutzen, wie dies in der DE 39 32198 A1 grundsätzlich vorgeschlagen wird.

Erfindungsgemäß wird die zylindrische Zwischenform als Hohlzylinder ausgebildet, der eine plastisch verformbare Kunststoffbeschichtung auf der Innenseite der Mantelfläche aufweist. In diesem Fall erfolgt die Prägung auf der Innenseite des Hohlzylinders. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die anschließend abgeformte Metallfolie direkt als Prägeform verwendet werden kann, da sie die Beugungsstrukturen bereits auf der äußeren Manteloberfläche der zylindrischen Metallfolie aufweist.

Die Zwischenform besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material. Auch Zwischenformen sind denkbar, die aus einem beliebigen Material, vorzugsweise jedoch Metall, und einer hierauf angeordneten plastischen Kunststoffbeschichtung bestehen.

Das Prägewerkzeug kann beispielsweise ein Prägestempel sein, der planar ausgeführt ist, wobei die Reliefstruktur durch gleichmäßiges Abrollen des Stempels in die Zwischenform übertragen wird. Vorzugsweise erhält der Stempel jedoch dieselbe Krümmung wie die zylindrische Zwischenform, so daß der Stempel durch bekannte step-repeat-Vorrichtungen in einem Schritt in das thermoplastische Material eingedrückt werden kann. Der Begriff Stempel soll zudem nicht auf Stempel im üblichen Sinne beschränkt sein, sondern er soll im Rahmen der Erfindung jede Art von Prägevorrichtungen umfassen, mit welchen Einzelnutzen übertragen werden können, beispielsweise eine Hochdruckwalze, welche im Bereich der Erhebungen die holografische Reliefstruktur aufweist.

Das Prägewerkzeug kann gemäß einer weiteren Ausführungsform auch als Folie ausgebildet sein, die vorzugsweise mehrere identische Beugungsstruk turen in Form einer Reliefstruktur aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Folie die gleichen Abmessungen wie die zu prägende Zwischenform auf, so daß der Übertrag der Beugungsstruktur in einem Prägeschritt oder zumindest kontinuierlich erfolgen kann.

Für das Aufziehen der Prägeform auf den Spannzylinder kommen im Grunde alle in der Drucktechnik üblichen Spanntechniken in Betracht. So kann beispielsweise das Spannzylindermaterial so gewählt werden, daß es durch Abkühlen schrumpft. In diesem Zustand wird die Prägeform auf den Spannzylinder aufgezogen und anschließend das Spannzylindermaterial wieder erwärmt, so daß die Prägeform fest auf dem Spannzylinder haftet. Alternativ ist es möglich, das Prägeformmaterial durch Erwärmen auszudehnen, die Prägeform auf den Spannzylinder aufzuziehen und das Prägeformmaterial anschließend wieder abzukühlen. Gemäß einer weiteren Variante kann der Spannzylinder auch mit Hilfe von Druckluft an die Prägeform angepreßt werden.

Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele werden im folgenden anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
1 Schema eines bekannten Verfahrensablaufs bei der Herstellung von Prägefolien,
2a–f Skizze der Verfahrensschritte gemäß einer Ausführungsform nach dem Stand der Technik,
3 Ausführungsform gemäß der Erfindung,
4 Verfahrensschritt gemäß 3 unter Verwendung einer Prägefolie, und
5 Variante des Verfahrensschritts gemäß 3 unter Verwendung einer Prägefolie.
1 verdeutlicht ein übliches Verfahren zur Herstellung von Hologrammprägefolien. Hierbei wird im einfachsten Fall ein Substrat, in aller Regel ein transparentes Kunststoffsubstrat 1, mit einem thermoplastischen Material 2 beschichtet. Das thermoplastische Material wird im Bereich der beheizten Prägewalze 3 erweicht und mit der holografischen Information in Form der Reliefstruktur versehen. Hierbei weist der Prägezylinder 3 auf seinem Umfang die entsprechende Negativstruktur der einzuprägenden holografischen Information auf. Im Anschluß an die Prägung wird die holografische Struktur vorzugsweise in einer Vakuum-Metallisierungskammer 5 metallisiert. Schließlich kann die Metallschicht, falls gewünscht, noch mit einer Kleberschicht sowie einer diese abdeckenden Silikonschicht beschichtet werden.
Die auf diese oder ähnliche Weise hergestellten Prägefolien können zur Fälschungssicherung von Wertdokumenten jeglicher Art verwendet werden, indem Teile der Prägefolie entweder über selektive Aktivierung von vollflächig aufgebrachten Klebstoffen oder selektiver Beschichtung mit Klebstoff auf das Dokument übertragen werden.
Anhand der 2a–f wird nun eine bekannte Art der Herstellung des Prägezylinders 3 mittels einer endlosen Zwischenform erläutert, von dem sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch unterscheidet, daß anstelle der vier in 2a–2d gezeigten Schritte ein einziger, in Bezug auf 3 erläuterter Schritt unter Verwendung eines Hohlzylinders als Zwischenform tritt. Es wird allerdings darauf hingewiesen, daß die Verwendung der erfindungsgemäßen Prägezylinder keineswegs auf die Herstellung von Holo grammprägefolien beschränkt ist. Vielmehr können die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zylinder überall dort vor teilhaft eingesetzt werden, wo in kontinuierlicher Weise sich wiederholende Reliefstrukturen in ein verformbares Material übertragen werden sollen.
In einem ersten Schritt des bekannten Verfahrens (2a) wird ein kleiner Prägestempel 6 nach den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt. Hierbei wird eine nach beliebigem Verfahren hergestellte Beugungsstruktur, wie ein Hologramm, Kinegramm, Exelgramm etc., in eine Reliefstruktur auf einem beliebig geformten Prägestempel 6 umgesetzt. Der Prägestempel 6 besitzt dieselbe Krümmung wie der anschließend zu prägende Zylinder, so daß der Prägestempel während des Prägevorgangs nur entlang einer Achse (in 2a, beispielsweise entlang des Pfeils) bewegt werden muß und auf diese Weise sehr einfach eine gleichmäßige Prägetiefe bzw. Reliefqualität gewährleistet werden kann.
Gemäß 2a wird dieser Prägestempel 6 benutzt, um die plastische Oberfläche eines Zylinders 7, der im folgenden als zylindrische Zwischenform bezeichnet wird, zu prägen. Handelt es sich um eine Form aus thermoplastischem Material, wird der Prägestempel bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform vorzugsweise beheizt.
Die mit dem Prägestempel 6 übertragenen Reliefstrukturen 10 können bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform, ähnlich wie in 2a gezeigt, in gewissen Abständen auf dem Zylinder 7 angeordnet werden oder auch lükkenlos aneinandergrenzen. Eine beabstandete Anordnung kann z.B. sinnvoll sein, wenn statt einer Prägefolie ein Endlossubstrat, wie z.B. endloses Banknotenpapier, plaziert mit einer Beugungsstruktur versehen werden soll. Ebenso ist es denkbar, mehrere verschiedene Prägestempel 6 anzufertigen und für die Prägung des Zylindermantels 8 zu verwenden. Die Reihenfolge kann hierbei nach einem fest vorgegebenen Muster oder nach dem Zufallsprinzip festgelegt werden.
2b zeigt schematisch die sich an die Prägung anschließende Galvanisierung 11 des Zylinders 7. Die Abformung des Oberflächenreliefs erfolgt in Form einer Nickelfolie. Es sind allerdings im Zusammenhang mit der Erfindung auch andere Metallisierungsverfahren denkbar, die zu einer stabilen, selbsttragenden Metallfolie führen.
Nach der galvanischen Abformung 11 muss die Metallfolie 12 vom Zylinder 7 abgenommen werden, wobei das Ablösen beispielsweise durch Erhitzen und dadurch bedingtes Schmelzen des thermoplastischen Materials 8 erfolgen kann, wie in 2c durch das Bezugszeichen 13 angedeutet. Besteht der Zylinder 7 aus einem Metallkern, wäre auch ein Abkühlen des Zylinders denkbar, wodurch das Zylindermaterial schrumpft, und die Metallfolie abgenommen werden kann. Weitere erfindungsgemäße Möglichkeiten bestehen in chemischem Lösen oder Verbiegen des Zylinders.
Da die Metallfolie 12 die Reliefstruktur auf der Zylindermantelinnenseite trägt, muss eine weitere galvanische Abformung 14 stattfinden, wie in 2d gezeigt. Wenn die erste Metallfolie 12 aus dem gleichen Material besteht wie die zu erstellende zweite Abformung (z.B. Nickel), kann die erste Metallfolie 12 mit einer Trennschicht belegt werden, beispielsweise durch Aufsprühen eines entsprechenden Materials. Anschließend wird die abgelagerte Metallfolie 15, vorzugsweise ebenfalls eine Nickelfolie, entsprechend einer der erfindungsgemäßen Vorgehensweisen von der ersten Folie 12 getrennt. die neue Metallfolie 15 stellt nun die nahtlose Prägeform (Shim) dar. Sie wird in einem letzten Schritt auf einem Spannzylinder 16 befestigt (siehe 2f). Auch hier kann das Zylindermaterial durch Abkühlen geschrumpft oder das Prägeformmaterial durch Erhitzen gedehnt werden, um ein Aufziehen der nahtlosen Prägeform 15 auf den Zylinder 16 zu ermöglichen.
Der Spannzylinder 16 und die hierauf befestigte Prägeform 15 stellen den fertigen Prägezylinder 3 dar, der für die Herstellung von Prägefolien eingesetzt werden kann.
Die erfindungsgemäße Abwandlung des in 2 beschriebenen Verfahrens zeigt 3. Die hier gezeigte zylindrische Zwischenform 17 besteht aus einem Hohlzylinder 18 aus beliebigem Material, der auf seiner Zylindermantelinnenseite mit dem thermoplastischen Material 8 beschichtet ist. Entsprechend erfolgt die Prägung mit dem eventuell beheizten Prägestempel 6 im Inneren der zylindrischen Zwischenform 17. Die weiteren Verarbeitungsschritte laufen analog zu den in 2e und 2f gezeigten. Auf eine weitere Abformung gemäß 2b kann verzichtet werden, da bereits die erste Metallfolie die Reliefstruktur auf der äußeren Mantelfläche trägt und daher direkt als Prägeform 15 auf dem Spannzylinder 16 befestigt werden kann (siehe 2f). Die entstandene Prägeform 15 kann von der zylindrischen Zwischenform durch chemisches Lösen, Erhitzen, Schmelzen oder Verbiegen abgenommen werden.
Eine spezielle Ausgestaltung dieser Variante sieht vor, den Zylinder 18 aus zwei Hälften, die vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall bestehen, herzustellen, die vor dem Prägevorgang in 2a verschraubt, zu einer glatten, zylindrischen Oberfläche abgeschliffen und erst anschließend mit dem thermoplastischen Material 8 beschichtet werden. Nach der galvanischen Abformung 14 (siehe 2d) bildet die Kunststofform 18 den äußeren Mantel der Metallfolie, welche die spätere Prägeform 15 bildet. Die Trennung der beiden Formen kann in diesem Fall auch über Demontage der verschraubten Zylinderhälften der zylindrischen Zwischenform 18 erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das für die Prägung der zylindrischen Zwischenform verwendete Prägewerkzeug auch als Prägefolie ausgebildet sein, wie in 4 und 5 dargestellt. In den dargestellten Ausführungsvarianten wird eine Prägefolie, z.B. aus Metall, verwendet, deren Abmessungen denjenigen der zu prägenden Zylinderform entsprechen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausgestaltung beschränkt. Es kann in bestimmten Fällen auch sinnvoll sein, eine Folie zu verwenden, die nur einen Teilbereich des Zylinders abdeckt bzw. prägt. Der verbleibende Teil der Zwischenform kann ungeprägt bleiben, mit derselben Folie nochmals oder aber mit einer Folie oder einem anderen Prägewerkzeug, das eine zur ersten Folie unterschiedliche Beugungsstruktur aufweist, geprägt werden.
4 zeigt eine hohlzylindrische Zwischenform 34 im Querschnitt. Sie kann entsprechend den beschriebenen Ausführungsvarianten beliebig ausgestaltet sein. Der Prägestempel 30 besteht in diesem Fall aus einer Folie, welche die zu übertragende Beugungsstruktur auf einer ihrer Oberflächen trägt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Nickelfolie handeln, die nach den üblichen Herstellungsverfahren für Shims hergestellt wurde. Diese Folie 30 weist Abmessungen auf, die denjenigen der Oberfläche der Zwischenform 34 exakt entsprechen, d.h. die Breite der Folie 30 entspricht dem Innenumfang des Zylin ders 34 und die Länge der Länge des Zylindermantels. Kurz bevor die Prägefolie 30 mit der Zwischenform 34 in Kontakt gebracht wird, kann die Folie 30 soweit notwendig beheizt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines IR-Strahlers 31 erfolgen. Für den nötigen Anpreßdruck sorgt eine Andruckwalze 32. Die Andruckrolle 32 sowie die für die Beheizung der Folie notwendige Vorrichtung 31 müssen im Inneren des Zylinders angeordnet werden.
In 5 ist eine weitere Variante dargestellt, bei welcher die Prägefolie 30 vollflächig an die hohlzylindrische Zwischenform 34 angepreßt wird. Hierzu füllt eine Hydraulikvorrichtung 36 den gesamten Innenraum des Zylinders 34 aus. Um eine eventuell notwendige Beheizung der Prägefolie 30 gewährleisten zu können, wird das im Hydraulikschlauch befindliche Öl auf eine entsprechende Temperatur aufgeheizt.
In manchen Fällen kann es erforderlich sein, die galvanische Abformung einer Metallvorlage zu vermeiden, indem Kunststoffabdrucke oder Abgüsse als Zwischenstufen gemacht werden. So kann beispielsweise die geprägte thermoplastische Zwischenform in Silikon oder einem UV-härtbaren Lack abgegossen werden. Erst dieser Kunststoffabdruck dient anschließend als Vorlage für die galvanische Abformung.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer nahtlosen, zylindrischen Prägeform (15), die Beugungsstrukturen (10) in Form einer Reliefstruktur aufweist, mit folgenden aufeinander folgenden Schritten: – Herstellen eines Prägewerkzeugs (6; 30), das Beugungsstrukturen in Form einer Reliefstruktur aufweist, – Bereitstellen einer endlosen, zylindrischen Zwischenform (17), die ein Hohlzylinder (18) ist und eine Oberfläche aus plastisch verformbarem Kunststoffmaterial (8) aufweist; – Einprägen des Prägewerkzeugs (6; 30) in das plastisch verformbare Kunststoffmaterial auf der inneren Mantelfläche des Hohlzylinders, um die Beugungsstrukturen in das plastisch verformbare Material zu übertragen, – Herstellen einer nahtlosen Prägeform (15) durch Abformen der geprägten Oberfläche der Zwischenform (17) in einem galvanischen Prozess oder durch Ausgießen mit Kunststoff, und – Abnehmen der nahtlosen Form (15), welche die Beugungsstrukturen aufweist, von der zylindrischen Zwischenform (17) durch chemisches Lösen der bei dem galvanischen Prozess entstehenden Metallfolie, Erhitzen des plastisch verformbaren Kunststoffmaterials (8), Abkühlen der zylindrischen Zwischenform (17) oder Demontage durch Verbiegen der zylindrischen Zwischenform (17).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Prägewerkzeug ein Prägestempel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägestempel so hergestellt wird, dass er dieselbe Krümmung wie die zylindrische Zwischenform aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Prägestempel vorgesehene Beugungsstruktur in einem step-repeat-Verfahren lückenlos in eine thermoplastische Oberfläche der Zwischenform eingeprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Prägewerkzeug eine Prägefolie verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägefolie die gleichen Abmessungen aufweist wie die zu prägende Oberfläche der Zwischenform.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägefolie in einem kontinuierlichen Prozess unter der Verwendung von zumindest einer Andruckwalze mit der Oberfläche der Zwischenform in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägefolie an die Zwischenform vollständig angelegt wird und der Übertrag der Reliefstruktur in einem Arbeitsschritt erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Prägewerkzeug ein Metallwerkzeug ist, das zumindest während des Prägevorgangs beheizt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das plastisch verformbare Kunststoffmaterial lückenlos mit der auf dem Prägewerkzeug vorgesehenen Beugungsstruktur versehen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das plastisch verformbare Kunststoffmaterial mit mehreren Prägewerkzeugen, die unterschiedliche Beugungsstrukturen aufweisen, geprägt wird.