DE2624017B1 - Verfahren zum Praegen eines Reliefmusters in einen thermoplastischen Informationstraeger und Praegeeinrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Praegen eines Reliefmusters in einen thermoplastischen Informationstraeger und Praegeeinrichtung zur Durchfuehrung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prägen mindestens eines Reliefmusters hoher Auflösung,
insbesondere eines Phasenhologramms oder eines Phasenbeugungsgitters, in einen thermoplastischen
Informationsträger mit Hilfe einer das Reliefmuster tragenden beheizbaren folienförmigen Prägematrize.
Es ist bekannt, auf thermoplastischem Trägermaterial Informationen in Form von Reliefmustern hoher
Auflösung, wie Phasenhologrammen, Phasenbeugungsgittern u. dgl., 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, einer Folie oder einer Scheibe aufweisen kann.
Die geprägten Reliefmuster, die z. B. Video-Informationen oder Echtheits-Informationen enthalten, können
mit optischen Mitteln maschinell gelesen werden.
Bei einem bekannten Verfahren zum Prägen von Phasenhologrammen werden ein thermoplastischer
Film und eine als endloses Band ausgebildete, das Hologrammreliefmuster tragende Prägematrize gemeinsam
zwischen zwei Kalanderrollen hindurchgeführt. Der thermoplastische Film wird bei seinem
Durchgang zwischen den Kalanderrollen, von denen die eine beheizt ist, auf eine geeignete Temperatur erhitzt
und danach von der Hologrammatrize getrennt, vergleiche z. B. Electronics, November 10, 1969,
S. 108 —114. Dieses Verfahren ermöglicht zwar eine verhältnismäßig hohe Durchlaufgeschwindigkeit, erfordert
jedoch hohe Investitionen und ist daher nicht wirtschaftlich, wenn von einem bestimmten Reliefmuster
nur eine geringe Anzahl Kopien geprägt oder das Reliefmuster sogar ständig verändert werden soll.
Außerdem ist es nach diesem Verfahren nicht möglich, hochqualitative Reliefmuster hoher Auflösung in ein
thermoplastisches Material zu prägen, dessen Oberfläche mit einer Metallschicht beschichtet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das
auch bei kleinen Stückzahlen ein wirtschaftliches Prägen von Reliefmustern mit hoher Auflösung in
unbeschichtetes oder in metallbeschichtetes thermoplastisches Material ermöglicht.
Die Erfindung besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art darin, daß die Prägematrize mit
einem Stempel auf den thermoplastischen Träger gepreßt und mit einem die Prägematrize durchfließenden
Stromimpuls aufgeheizt wird und daß der auf den Informationsträger einwirkende Prägedruck bis zur
Verfestigung des geprägten Reliefmusters aufrechterhalten wird.
Eine Prägeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Prägematrize
aus mindestens einem bandförmigen elektrischen Leiter besteht, an eine Stromimpulsquelle angeschlossen ist
und auf einem Stempel befestigt ist.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 eine Prägeeinrichtung,
F i g. 2 die Prägeeinrichtung der F i g. 1 in der
Seitenansicht,
F i g. 3 einen Stempel,
Fig.4 bis 6 Teile von Prägeeinrichtungen in der Draufsicht,
F i g. 7 einen geprägten Informationsträger und F i g. 8 eine weitere Prägeeinrichtung.
In der F i g. 1 bedeutet 1 eine Prägematrize, die aus einem bandförmigen elektrischen Leiter besteht und auf
der einen Oberfläche ein Reliefmuster 2 aufweist. Dieses Reliefmuster ist vorzugsweise durch ein oder mehrere M
Phasenhologramme oder Phasenbeugungsgitter gebildet, wobei der Linienabstand des Gitters in der
Größenordnung von einigen Mikron oder weniger liegen kann. Verfahren zur Herstellung von Prägematrizen
aus Metall mit derartigen Reliefmustern sind bekannt und brauchen daher hier nicht näher erläutert
zu werden; beispielsweise kann von einem Originalhologramm durch chemische oder galvanische Beschichtung
eine als Prägematrize 1 dienende Kopie aus Nickel hergestellt werden.
Die Prägematrize 1 ist auf einem Stempel 3 befestigt. Im dargestellten Beispiel liegt zwischen dem Stempel 3
und der Prägematrize 1 eine Zwischenlage 4 aus Isolierstoff, was gestattet, den Stempel 3 aus Metall zu
fertigen. Zwei einander gegenüberliegende Enden der Prägematrize 1 sind zwischen elektrische Kontaktstükke
5, 6 und Spannklötze 7, 8 eingeklemmt. Die Spannklötze 7, 8 sind auf zwei Seitenflächen des
Stempels 3 befestigt und von diesen elektrisch isoliert. Eine nicht dargestellte Stromimpulsquelle ist an die
Kontaktstücke 5,6 angeschlossen.
Die Dicke der Prägematrize 1 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,02 mm bis 0,15 mm. Ihre Länge und Breite
sind durch die Abmessungen des Reliefmusters 2 und die zum Einspannen benötigte freie Fläche gegeben.
Zum Abformen des Reliefmusters 2 auf einen thermoplastischen Informationsträger 9 wird dieser auf
eine starre Unterlage 10 gelegt und mit dem Stempel 3 die Prägematrize 1 auf den Informationsträger gepreßt.
Mit einem die Prägematrize 1 durchfließenden Stromimpuls wird diese kurzzeitig aufgeheizt. Durch den
engen Kontakt zwischen der Prägematrize 1 und dem Informationsträger 9 fließt die Wärme rasch in den
Informationsträger, und dessen Oberfläche wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der das thermoplastische 55 ·
Material plastisch verformt wird und die gewünschte Reliefstruktur annimmt Nach Beendigung des Stromimpulses
kühlen die Prägematrize 1 und der Informationsträger 9 rasch ab, wobei die Wärme in die
Unterlage 10 und den Stempel 3 abfließt Der auf den Informationsträger 1 einwirkende Prägedruck wird
aufrechterhalten, bis die geprägte Oberfläche auf eine Temperatur abgekühlt ist, die unterhalb der Fließtemperatur
des thermoplastischen Materials liegt und somit das geprägte Reliefmuster verfestigt ist. Sodann kann
der Informationsträger 9 von der Prägematrize 1 getrennt werden.
In der nachfolgenden Tabelle sind als Beispiel typische Bedingungen angegeben, unter denen mit dem
beschriebenen Verfahren Reliefmuster mit sehr hoher Auflösung und Güte geprägt wurden.
Material der Prägematrize | Nickel |
Dicke der Prägematrize | 0,07 mm |
Material des Informationsträgers | Hart-PVC |
Prägedruck | 20 kg · cm-2 |
Heizenergie/Prägefläche | 1OJ · cm-2 |
Heizdauer | 0.2 s |
Abkühldauer | 0,3 s |
Die oben aufgeführten Werte sind lediglich als Richtwerte zu betrachten. Zwischen den einzelnen
Parametern besteht eine starke Abhängigkeit, und beträchtliche Abweichungen von den angegebenen
Werten sind ohne weiteres möglich. Beispielsweise ist bei zunehmendem Prägedruck eine geringere Heizenergie
erforderlich, und die Wahl einer dickeren Prägematrize bedingt eine längere Abkühldauer. Die in einem
bestimmten Anwendungsfall gewählten Prägebedingungen werden dann als optimal betrachtet, wenn einerseits
ein getreues Abbild des Reliefmusters 2 und andererseits eine minimale Deformation des Informationsträgers
9 in den außerhalb des geprägten Reliefmusters liegenden Bereichen erzielt wird.
Das beschriebene Verfahren kann mit sehr einfachen Mitteln durchgeführt werden und gestattet deshalb auch
bei kleinen Stückzahlen ein wirtschaftliches Prägen. Durch die sehr geringe Wärmekapazität der Prägematrize
1 und durch die unmittelbare Beheizung derselben durch einen Stromimpuls kann einerseits der Prägevorgang
mit minimalem Energieverbrauch durchgeführt v/erden, andererseits ergibt sich für die Prägematrize
und den Informationsträger 9 eine sehr kvze Abkühlzeit, was gestattet, den Prägedruck ohne
beachtenswerte Wartezeit bis zur Verfestigung des geprägten Reliefmusters aufrechtzuerhalten, was zu
außerordentlich formgetreuen Reliefmustern führt.
Es wurde gefunden, daß sich das Verfahren auch zum Prägen eines thermoplastischen Informationsträgers
eignet, der mit einer dünnen Schicht aus nicht thermoplastischem Material beschichtet ist, wobei das
Reliefmuster durch diese Schicht hindurch in den Informationsträger geprägt wird. Beispielsweise ist es
möglich, in thermoplastisches Material, auf dessen Oberfläche eine Metallschicht aufgedampft ist, formgetreue
Reliefmuster mit sehr hoher Auflösung zu prägen.
Die zwischen der Prägematrize 1 und dem Stempel 3 angeordnete Zwischenlage 4 besteht vorzugsweise aus
einem elastischen Material, beispielsweise aus Hartgummi, wodurch Unebenheiten des zu prägenden Informationsträgers
9 oder Abweichungen von der Parallelität zwischen der Oberfläche des Informationsträgers und
jener der Prägematrize ausgeglichen werden.
Wenn die Prägematrize 1 die Oberfläche des Informationsträgers 9 nicht vollständig bedeckt, ist es
möglich, daß beim Prägevorgang entlang den Kanten der Prägematrize thermoplastisches Material des
Informationsträgers verdrängt wird und dadurch kleine Grate aufgeworfen werden, die in bestimmten Anwendungsfällen
als störend empfunden werden können. Dies kann auf einfache Weise vermieden werden, wenn —
wie aus der Fig.2 ersichtlich ist — die Kanten des Stempels 3 abgeschrägt oder abgerundet sind und die
Prägematrize 1 sowie die elastische Zwischenlage 4 die anliegende Fläche des Stempels seitlich überragen.
Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung von
Prägegraten ist in der F i g. 3 dargestellt. Die elastische Zwischenlage 4 ist hier in einer Vertiefung des Stempels
3 angeordnet, der aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht. Die Ränder der Prägematrize
1 liegen auf dem Stempel 3 auf, so daß diese beim Prägevorgang eine weniger hohe Temperatur erreichen
als der das Reliefmuster tragende innere Bereich der Prägematrize. Der Stempel 3 kann z. B. aus Aluminium
bestehen, dessen Oberfläche eine dünne Oxydschicht aufweist und durch diese gegen den anliegenden Rand
der Prägematrize 1 elektrisch isoliert ist.
Die Fig.4 zeigt den Informationsträger 9, die auf
diesem liegende bandförmige Prägematrize 1 und die Kontaktstücke 5, 6 in der Draufsicht. Der Stempel 3
(Fig. 1) und die Unterlage 10 sind der besseren Übersicht halber in der Fig.4 nicht dargestellt. Die
Prägematrize 1 weist eine konstante Breite auf, so daß sie beim Prägevorgang durch den Stromimpuls auf
ihrem gesamten auf dem Informationsträger 9 aufliegenden, in der Zeichnung schraffierten Prägebereich 11
gleichmäßig aufgeheizt wird.
In der F i g. 5 ist eine Prägematrize 12 dargestellt, die einen Engpaß 13 aufweist. Durch den Stromimpuls wird
nur der Engpaß 13 auf die zum Prägen erforderliche Temperatur aufgeheizt. Der in der Fig.5 wiederum
durch eine Schraffur angedeutete Prägebereich entspricht der Fläche des Engpasses 13.
Durch die Anordnung des Engpasses 13 in der Prägematrize 12 kann dafür gesorgt werden, daß das
Reliefmuster der Prägematrize nur in einem ausgewählten Prägebereich in den Informationsträger 9 eingeprägt
wird, während ein allenfalls auch außerhalb des Engpasses liegendes Reliefmuster der Prägematrize auf
dem Informationsträger nicht abgeformt wird. Selbstverständlich ist es möglich, in der Prägematrize mehrere
solche Engpässe vorzusehen, die elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Die in der Fig.6 dargestellte Prägematrize 14 besteht aus einem bandförmigen Teil 15 und aus
mehreren von diesem abzweigenden bandförmigen Teilen 16 bis 19, die Engpässe 20 bis 23 aufweisen. Jeder
der bandförmigen Teile 15 bis 19 ist mit einem Kontaktstück 24 bis 28 elektrisch verbunden. An diese
Kontaktstücke sind über einen nicht gezeichneten Kodierschalter Stromimpulsquellen derart angeschlossen,
daß beim Prägevorgang wahlweise einer oder mehrere der bandförmigen Teile 16 bis 19 von einem
Stromimpuls durchflossen werden. In den durch die ausgewählten Engpässe 20 bis 23 gegebenen Prägebereichen
werden Reliefmuster in den Informationsträger 9 geprägt, die z. B. eine binär kodierte Dezimalzahl
darstellen können.
Die Fig.7 zeigt den Informationsträger 9' nach
erfolgter Prägung für den Fall, daß die bandförmigen Teile 20,22 und 23 der Prägefolie 14 stromdurchflossen
werden. Die in den Informationsträger 9 eingeprägten Reliefmuster 29,30 und 31 stellen die Binärzahl 1011 dar
und können z. B. mit einem optischen Lesegerät in serieller oder paralleler Arbeitsweise maschinell gelesen
werden. Die geprägten Reliefmuster 29 bis 31 können identisch oder verschieden sein. Der Informationsträger
9' dient vorzugsweise als Dokument, d. h. als Kreditkarte, Identitätskarte, Fahrkarte, Wertpapier
u. dgl.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, nur auswählbare
Bereiche des Reliefmusters 2 auf dem Informationsträger 9 abzuformen, besteht in der Verwendung einer
Grundplatte, deren dem Informationsträger zugewandte Oberfläche mehrere höhenverstellbare Teilbereiche
aufweist. Die Fig.8 zeigi eine Prägeeinrichtung mit
einer solchen Grundplatte, die durch einen starren Block 32 und durch bewegbare Schieber 33 bis 35
gebildet ist. Diese Schieber liegen auf einer bezüglich der Oberfläche des Blocks 32 schiefen Ebene 36 in
Aussparungen 37 des Blocks 32. Elektromagnete 38 bis 40 sind über drehbar gelagerte Magnetanker 41 bis 43
mit jeweils einem der Schieber 33 bis 35 gekoppelt. Die als Winkelhebel ausgebildeten Magnetanker 41 bis 43
greifen mit ihrem einen Ende in eine konische Nut 44 des zugehörigen Schiebers 33, 34 bzw. 35. Ein
Federrechen 45 drückt die Magnetanker 41 bis 43 und die Schieber 33 bis 35 bei nicht erregten Elektromagneten
38 bis 40 in die Ruhelage, in welcher die Oberfläche des Blocks 32 und der Schieber 33 bis 35 in einer
gemeinsamen Ebene liegen.
Werden einer oder mehrere der Elektromagnete 38 bis 40 erregt, wird der zugehörige Magnetanker 41, 42
bzw. 43 entgegen der Kraft des Federrechens 45 geschwenkt, und der an den Magnetanker gekoppelte
Schieber 33,34 bzw. 35 wird auf der schiefen Ebene 36 in Richtung des Pfeiles 46 bewegt und sinkt unter die
Oberfläche des Blocks 32. Beim Prägevorgang wird der Prägedruck nur auf Bereiche des Informationsträgers 9
übertragen, die auf dem Block 32 oder auf einem die Ruhelage einnehmenden Schieber 33,34 bzw. 35 liegen.
Dadurch werden die über einem elektromagnetisch aus der Ruhelage ausgelenkten Schieber 33, 34 bzw. 35
liegenden Bereiche des Informationsträgers 9 nicht geprägt, was gestattet, Kodezeichen in Form von
Reliefmustern in den Informationsträger einzugeben.
Durch geeignete Wahl der Steigung der schiefen Ebene 36 ist dafür gesorgt, daß nicht betätigte Schieber
33, 34 oder 35 beim Prägevorgang dem Prägedruck nicht ausweichen können und durch Selbsthemmung in
der Ruhelage verharren.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Verfahren zum Prägen mindestens eines Reliefmusters hoher Auflösung, insbesondere eines
Phasenhologramms oder eines Phasenbeugungsgitters, in einen thermoplastischen Informationsträger
mit Hilfe einer das Reliefmuster tragenden beheizbaren folienförmigen Prägematrize, dadurch
gekennzeichnet, daß die Prägematrize(1; 12; 14) mit einem Stempel (3) auf den thermoplastischen
Informationsträger (9) gepreßt und mit einem die Prägematrize durchfließenden Stromimpuls aufgeheizt
wird und daß der auf den Informationsträger (9) einwirkende Prägedruck bis zur Verfestigung des
geprägten Reliefmusters (29; 30; 31) aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer dünnen, aus nicht
thermoplastischem Material bestehenden Schicht beschichteter thermoplastischer Informationsträger
(9) verwendet wird und daß das Reliefmuster (1; 29; 30; 31) durch die Schicht hindurch in den
Informationsträger geprägt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Teilbereiche (13;
20 bis 23) der Prägematrize (1; 12; 14) mit einem diese Teilbereiche durchfließenden Stromimpuls
aufgeheizt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Teilbereiche der
Prägematrize (1) auf den Informationsträger (9) gepreßt werden.
5. Prägeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer das
Reliefmuster tragenden beheizbaren folienförmigen Prägematrize, dadurch gekennzeichnet, daß die
Prägematrize (1) aus mindestens einem bandförmigen elektrischen Leiter (15 bis 19) besteht, an eine
Stromimpulsquelle angeschlossen ist und auf einem Stempel (3) befestigt ist.
6. Prägeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Prägematrize (1;
12; 14) und dem Stempel (3) eine elastische Zwischenlage (4) angeordnet ist.
7. Prägeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Stempels (3)
abgeschrägt oder abgerundet sind und daß die Prägematrize (1; 12; 14) die anliegende Fläche des
Stempels (3) seitlich überragt.
8. Prägeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zwischenlage (4)
in einer Vertiefung des Stempels (3) angeordnet ist, daß der Stempel (3) aus einem Material mit guter
Wärmeleitfähigkeit besteht und daß die Ränder der Prägematrize (1) auf dem Stempel (3) aufliegen.
9. Prägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägematrize
(12; 14) mindestens einen derart bemessenen Engpaß (13; 20 bis 23) für den Stromimpuls aufweist,
daß das Reliefmuster (1; 29; 30; 31) nur im Bereich des Engpasses in den Informationsträger (9) geprägt
wird.
10. Prägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 5
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägematrize (14) aus mehreren Teilbereichen (15 bis 23) besteht
und daß auswählbare Teilbereiche an Stromimpulsquellen anschließbar sind.
11. Prägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem
Informationsträger (9) zugewandte Oberfläche einer Grundplatte mehrere höhenverstellbare Teilbereiche
(Schieber 33 bis 35) aufweist.
12. Prägeeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Grundplatte durch einen starren Block (32) und durch bewegbare Schieber (33
bis 35) gebildet ist und daß die Schieber (33 bis 35) auf einer bezüglich der Oberfläche des Blocks (32)
schiefen Ebene (36) in Aussparungen (37) des Blocks (32) liegen und an Magnetanker (41 bis 43) von
Elektromagneten (38 bis 40) gekoppelt sind.
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