DE4309400A1 - Heißprägeverfahren und -vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heißprägen, bei dem unter Wärme- und Druckeinwirkung Farbe von einer Präge­ folie abgelöst und auf eine zu beschichtende Unterlage übertragen wird. Desweiteren hat die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Inhalt.

Das Heißprägen wird schon seit vielen Jahren angewen­ det. Nachdem es anfänglich auf den Drucksektor beschränkt war, hat es heute Einzug in fast alle Industrien gehalten. So reicht die Produktpalette neben den bekannten Anwendungen in der Druck­ industrie beispielsweise von mit Chrom-Prägefolie heißgeprägten Autokühlergrills, über heißgeprägte Holzoberflächen auf Fernseh­ frontrahmen bis hin zu heißgeprägten Ziffern auf Tachometerzah­ lenrollen.

Beim Heißprägen werden Farbschichten unter Einwirkung von Druck und Hitze von einer Trägerfolie gelöst und auf eine zu beschichtende Unterlage transferiert. Der Vorteil des Heiß­ prägens, der auch zu seiner raschen Verbreitung beigetragen hat, liegt darin, daß es sich um ein Trockendruckverfahren handelt. Damit entfallen die bei der Verarbeitung nasser Farben bekannten Nachteile, wie z. B. Geruchsbelästigung und Verschmutzung, rela­ tiv langes Nachtrocknen und Schwierigkeiten beim Farbwechsel völlig. Weitere Vorteile sind die besonderen Oberflächeneffekte und die Brillanz, die durch das Heißprägen möglich sind. Zudem erfährt die Palette der zur Verfügung stehenden Heißprägefolien ständig eine Erweiterung, so daß sich immer wieder neue Anwen­ dungsgebiete auftun.

Ein Anwendungsgebiet, das sich in den letzten Jahren dem Heißprägen erschlossen hat, ist die Beschriftung von Schil­ dern. In der DE-OS 37 41 232 ist eine Vorrichtung zum Heißprägen von Schildern, insbesondere von Kraftfahrzeug-Kennzeichenschil­ dern beschrieben. Diese Vorrichtung besitzt einen Auflagetisch, über den ein umlaufendes Förderband läuft. Über dem Förderband, etwa auf halber Länge des Auflagetisches, ist eine beheizbare und begrenzt verschwenkbare Andruckwalze angeordnet. Achsparallel zu dieser Andruckwalze sind eine Abwickelspule und eine Aufwickel­ spule für eine mit heiß ablösbarer Farbe beschichtete Trägerfolie gelagert. Zum Beschriften der Schilder werden diese nacheinander auf das laufende Förderband gelegt und von diesem unter die noch stillstehende Prägefolie gefördert. Dabei wird ein Endschalter ausgelöst, wodurch ein Absenken der beheizten Andruckwalze auf das Folienband bewirkt wird und unter der Druck- und Hitzeeinwir­ kung der Andruckwalze die Farbe von ihrer Trägerschicht abgelöst und auf das zu beschriftende Schild aufgetragen wird. Die ver­ brauchte Folie wird dabei auf die über einen Schlupfantrieb an­ getriebene Aufwickelspule aufgespult.

Durch das Heißprägen werden die Schilder, die auch, wie z. B. bei den Kraftfahrzeug-Kennzeichenschildern, ganzflächig mit einer reflektierenden Kunststoffolie kaschiert sein können, mit einer guthaftenden und damit dauerhaften Farbe sehr guter Brillanz versehen. Dabei können bei glatten zu prägenden Schil­ dern die beheizten Prägeorgane durch entsprechende Gestaltung ihre Prägeflächen die Schrift bzw. das Bild bestimmen oder Schrift bzw. Bild sind bei glatten Prägeorganen durch reliefar­ tige Erhöhungen der zu beschriftenden Unterlage vorgegeben.

Bei der beschriebenen Vorrichtung gemäß DE-OS 37 41 232 erfolgt die Beheizung der Prägewalze induktiv. Dazu ist die Walze als einseitig offener Hohlzylinder ausgebildet, von dessen of­ fenem Ende her eine Induktions-Heizspule in die Andruckwalze hin­ einragt. Bei dieser Form der Beheizung muß der Wärmestrom etliche Widerstände, nämlich den Mantel der Prägewalze, die außen auf diese aufgebrachte Gummischicht und die Trägerfolie, überwinden, bis er an die Stelle gelangt, wo er für den Prägevorgang benötigt wird.

Bei anderen bekannten Heißprägeverfahren bzw. -vorrich­ tungen zum Beschriften von Schildern wird die gummierte Ober­ fläche der Andruckwalze mittels auf einen Teil ihres Umfanges verteilter Infrarotheizstäbe beheizt, und die Wärme dann von der Walze auf die Prägefolie bzw. auf das Prägegut übertragen.

Diese bekannten Heißprägevorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß die für die Heißprägung erforderlichen Tempe­ raturen auf sehr uneffektive Weise durch Beheizung der Prägeorgane, sozusagen durch indirekte Beheizung, realisiert werden. Dadurch sind sehr hohe Heizleistungen erforderlich. Des­ weiteren sind auch technologische Nachteile zu verzeichnen, die erhöhte Energiekosten bedingen.

So müssen Systeme mit indirekter Beheizung zur Her­ stellung der Betriebsbereitschaft zunächst einmal vorgeheizt werden. Diese Vorheizzeit kann bis zu 30 Minuten in Anspruch nehmen. Auch während des Betriebes muß kontinuierlich nachbeheizt werden, d. h., während Pausen kann die Vorrichtung nicht abge­ stellt werden, sondern Antrieb und Heizung müssen weiterlaufen. Neben der Vorheizzeit ist auch eine längere Nachlaufzeit der Vorrichtung zur Abkühlung der beheizten Walze erforderlich.

In der DE-OS 34 40 131 ist ein weiteres Heißpräge­ verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens beschrieben. Hier ist nicht das Prägeorgan beheizt, sondern die erforderliche Wärme wird durch Vorheizen der Folie und ein beheiztes Gegendruckelement eingebracht. Dadurch ist es möglich, als Prägeorgan eine wärmeempfindliche Konstruktion, z. B. einen Nadeldruckkopf, einzusetzen, wodurch die Vorzüge des Heiß­ prägens mit denen des Nadeldruckverfahrens, nämlich Druck vari­ abler Daten, kombiniert werden.

Abgesehen davon, daß bei dieser Lösung von der sonst üblichen Beheizung des Prägeorgans abgewichen wird, ist das Be­ heizungsprinzip mit den gleichen Nachteilen behaftet, wie der zuvor beschriebene Stand der Technik, da auch hier zunächst einmal "Heizkörper" erwärmt werden, und erst von diesen dann Wärme auf die anliegende Folie übertragen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Heißprägen mit einer technologisch und energetisch sehr günstigen Beheizung zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Heiß­ prägeverfahren gelöst, bei dem die zu prägende Unterlage und/oder die Prägefolie kurz vor ihrem Zusammenpressen mittels Strahlungs­ wärme direkt beheizt werden. Obwohl nicht erforderlich, sollten dabei die Seiten der Prägefolie und/oder der Unterlage direkt beheizt werden, die beim Prägevorgang aneinander gepreßt werden, weil der gewünschte Effekt dadurch noch verbessert wird. Der Vor­ teil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Wärme ohne große Verluste direkt an die Stelle gebracht wird, wo sie benö­ tigt wird. Damit kann auf energetisch sehr günstige Weise die für eine erfolgreiche Heißprägung erforderliche Temperatur erreicht werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß aufgrund der direkten Beheizung mit Strahlungswärme die beim Stand der Tech­ nik aufgezählten Nachteile nicht auftreten.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß entweder die Un­ terlage oder die Prägefolie allein oder aber auch, daß sowohl die Unterlage als auch die Prägefolie aufgeheizt wird. Welche Auswahl getroffen wird, hängt dabei von den Prägebedingungen ab, beispielsweise von der Trägerschicht der Prägefolie, oder vom Ma­ terial oder der Stärke der Unterlage.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist ein Prägeorgan, ein diesem zugeordnetes Gegendruckelement sowie eine Abwickelrolle und eine Aufwickelrolle für die Präge­ folie auf, wobei die Prägefolie zwischen Prägeorgan und Gegen­ druckelement hindurchgeführt ist.

Erfindungsgemäß ist die erforderliche Strahlungswärmequelle quer zur Laufrichtung der Prägefolie und über deren gesamter Breite angeordnet, derart, daß die Wärme direkt auf die zu prägende Unterlage und/oder auf die Prägefolie abstrahlt, und zwar auf die Bereiche, die bei Betrieb der Vorrichtung unmittelbar nach der Wärmeeinbringung zwischen Prägeorgan und Gegendruckelement auf­ einandergepreßt werden.

Die Oberflächentemperatur des Wärmestrahlers und sein Abstand zur Prägefolie und zur zu prägenden Unterlage müssen so gewählt werden, daß die erforderliche Heißprägetemperatur mit Si­ cherheit erreicht wird. Diese beiden Parameter lassen sich aber schnell durch nur wenige Versuche für den jeweiligen Anwendungs­ fall optimieren. Wichtig ist auch, daß die Strahlungswärme je­ weils in einem Bereich von Prägefolie und/oder Unterlage einge­ bracht wird, der unmittelbar anschließend zwischen das Prägeorgan und das Gegendruckelement gelangt und dort dem Prägevorgang un­ terworfen wird. Ansonsten wäre eine unnötige hohe Aufheizung er­ forderlich, um die Wärmeverluste wieder auszugleichen.

Nach einem weiteren, sehr vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist im Abstand zur Strahlungswärmequelle parallel zu dieser ein zylindrischer Glasstab angeordnet, der die von der Strahlungswärmequelle emittierte Wärmestrahlung bündelt.

Der zylindrische Glasstab fängt die diffuse Strahlung des Wärmestrahlers wie eine Sammellinse ein. Dadurch werden Streuverluste unterdrückt und der Wirkungsgrad erhöht, da die Energie der sonst bestrahlten Fläche auf einen schmalen Bereich konzentriert oder im Extremfall auf eine Zeile fokussiert werden kann. Der Vorteil liegt in einer gezielten Erwärmung des Ma­ terials. Dieser Vorteil ist auch gegeben, wenn der zylindrische Glasstab gleichzeitig als Gegendrückelement verwendet wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Strahlungswärmequelle eine Halogenröhren­ lampe. Der Glaskolben von Halogenlampen erreicht im Vergleich zu normalen Glühlampen eine recht hohe Oberflächentemperatur und eine wesentlich höhere Lebensdauer. Diese Eigenschaften macht sie als Wärmestrahler geeignet. Von Vorteil ist auch, daß die hohen Oberflächentemperaturen schon bei relativ geringen elektrischen Leistungen vorliegen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungs­ gemäß ausgeführten Vorrichtung, und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 3 schematisch ein Detail eines zweiten Aus­ führungsbeispiels, und

Fig. 4 schematisch ein Detail eines dritten Aus­ führungsbeispiels.

Die Vorrichtung nach dem in den Fig. 1 und 2 ge­ zeigten ersten Ausführungsbeispiel besitzt ein Gehäuse 1, das gleichzeitig die Standfläche 2 der Vorrichtung bildet. Im un­ teren Teil des Gehäuses 1 sind eine Abwickelrolle 3 und eine Auf­ wickelrolle 4 für die Prägefolie 5 drehbar gelagert. Ebenfalls drehbar gelagert befinden sich dort eine Einzugswalze 6 und eine Prägewalze 7. Beide arbeiten mit im oberen Teil des Gehäuses 1 angeordneten Gegendruckwalzen 8, 9 zusammen, die unter dem Einfluß einer Biegefeder 10 gegen die Einzugswalze 6 bzw. die Prägewalze 7 gedrückt werden. Auf den Wellen der Walzen 6 und 7 sind auf einer Gehäuseseite Zahnräder 11, 12 angeordnet, die schematisch durch Strich-Punkt-Linien angedeutet sind. Mit diesen Zahnrädern 11, 12 kämmt ein Antriebszahnrad 13, das seinerseits über einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird. Wird das Antriebszahnrad 13 in Drehung versetzt, drehen sich die Präge­ walze 7 und die Einzugswalze 6 mit. Beide Walzen 6, 7 laufen dabei synchron um. Durch den Reibungskontakt mit den zugeordne­ ten Gegendruckwalzen 8, 9 werden diese ebenfalls in synchrone Umdrehung versetzt.

Die Prägefolie 5 ist von der Abwickelrolle 3 kommend um einen Teil des Umfanges der Prägewalze 7 gelegt und liegt da­ durch zwischen der Prägewalze 7 und der Gegendruckwalze 9, die die Prägefolie 5 von beiden Seiten linienförmig berühren. Von der Prägewalze 7 verläuft dann die nach dem Prägevorgang verbrauchte Folie über übliche Folienstraffer 14 zur Aufwickelrolle 4. Diese Rolle 4 kann separat über einen Schlupfantrieb angetrieben wer­ den. Es ist aber auch möglich und ökonomischer, den Vorrichtungs­ antrieb zu nutzen. Das kann dadurch geschehen, daß auf der Welle der Prägewalze 7 und der Welle der Aufwickelrolle 4 Zahnräder vorgesehen werden, die über eine umlaufende Kette miteinander verbunden sind. Auf diese Weise erfolgt der Antrieb der Auf­ wickelspule 4 über die Welle der Prägewalze 7. Zum Ausgleich der unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten ist die Aufwickel­ rolle 4 mit einer Rutschkupplung zu versehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der oben beschriebene Kettentrieb in der Zeichnung nicht dargestellt.

Zwischen der Prägewalze 7 und der Einzugswalze 6 ist eine Halogenröhrenanlage 15 und parallel zu dieser ein zylin­ drischer Glasstab 19 angeordnet. Beide erstrecken sich über die gesamte Breite der Prägefolie 5. Die Halogenröhrenlampe 15 ist mit einer Abschirmung 16 versehen, um eine Abstrahlung der Wärme nach unten, wo sie nicht benötigt wird, zu verhindern. Ein Teil der nach oben abgestrahlten Wärme trifft auf die zwischen den Walzenpaaren 6 und 8 bzw. 7 und 9 geförderte, in Fig. 1 nicht dargestellte Unterlage 21 und erwärmt diese. Ein weiterer Teil der Wärmestrahlung wird durch den Glasstab 19 gebündelt, wie das in Fig. 2 durch die eingezeichneten Strahlen 23 schematisch dargestellt ist. Dadurch wird gezielt Wärme in die vor dem Walzenspalt der Walzen 7 und 9 liegenden Abschnitte von Unterlage und Prägefolie 5 eingebracht.

Anstelle der Abschirmung 16 wäre es auch möglich, eine entsprechend verspiegelte Halogenröhrenlampe einzusetzen. Um den Abstand der Halogenröhrenlampe 15 von der zu prägenden Unterlage und der Prägefolie 5 entsprechend eventuell wechselnder Präge­ bedingungen variieren zu können, ist es zweckmäßig, die Halogen­ röhrenlampe 15 verschiebbar anzuordnen oder elektronisch zu dimmen. Damit kann auch die Bündelung der Wärmestrahlung durch den Glasstab 19 gesteuert werden. Aus diesem Grund ist auch eine Verschiebbarkeit des Glasstabes 19 zweckmäßig. Die obere Ab­ deckung des Gehäuses verhindert, daß das Bedienungspersonal durch das grelle Halogenlicht beeinträchtigt wird.

Die Berührungslinien zwischen der Einzugswalze 6 und der Prägewalze 7 und den jeweils zugeordneten Gegendruckwalzen 8, 9 liegen in einer Ebene. In dieser Ebene ist rechts von der Einzugswalze 6 eine Konsole mit einer Aufgabefläche 17 und links von der Prägewalze 7 eine Ausgabefläche 18 vorgesehen, wobei letztere in diesem Bereich gleichzeitig die obere Abdeckung des Gehäuses 1 bildet.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Gleichzeitig mit dem Antrieb der Vorrichtung wird die Halogenlampe 15 eingeschaltet. Die Einzugswalze 6 und die Prägewalze 7 drehen sich und nehmen die Gegendruckwalze 8, 9 mit. Über das auf der Welle der Prägewalze 7 zusätzlich vorge­ sehene Zahnrad und die Kette wird gleichzeitig die Aufwickelrolle 4 angetrieben, so daß zwischen Prägewalze 7 und Gegendruckwalze 9 geförderte Prägefolie 5 aufgewickelt wird.

Soll nun eine Unterlage 21, beispielsweise ein Schild, heißgeprägt werden, wird diese auf die Aufgabefläche 17 aufgelegt und gegen den Spalt zwischen der Einzugswalze 6 und der Gegen­ druckwalze 8 geschoben. Die beiden Walzen ziehen die Unterlage 21 ein und fördern sie gegen den Spalt zwischen der Prägewalze 5 und der Gegendruckwalze 9, wodurch sie dort ebenfalls eingezogen wird.

Auf ihrem Weg zwischen den Walzenspalten passiert die Unterlage 21 die in geringem Abstand von der Einzugsebene angeord­ nete Halogenröhrenlampe 15 und wird in deren Strahlungsbereich aufgeheizt, und zwar auf der Seite, die wenig später zwischen den Walzen 7 und 9 geprägt wird. Ein Teil der Wärmestrahlung wird durch den Glasstab 19 gebündelt und gezielt in die an der Präge­ walze 7 anliegende Prägefolie 5 und die Unterlage 21 eingebracht, und zwar in die unmittelbar von dem Walzenspalt befindlichen Abschnitte von Prägefolie 5 und Unterlage 21. Durch diese direkte gleichzeitige Beheizung von Prägefolie 5 und Unterlage 21 wird die Prägetemperatur mit Sicherheit erreicht. Die derart aufge­ heizte Unterlage 21 wird in den Spalt zwischen der Prägewalze 7 und der Gegendruckwalze 9 eingezogen und trifft mit der ebenfalls aufgeheizten Prägefolie 5 zusammen. Unter Hitze- und Druckein­ wirkung findet dann dort der eigentliche Prägevorgang statt. Die Unterlage wird dabei stetig durch den Spalt hindurch auf die Ausgabefläche 18 gefördert, von wo sie vom Bedienungspersonal entnommen werden kann.

Die dem Walzenspalt gegenüberliegende Vorderkante der Ausgabefläche 18 ist zweckmäßigerweise abzurunden bzw. abzu­ schrägen, um zu verhindern, daß die Unterlage gegen diese Kante gefördert wird. Zur kontinuierlichen Gestaltung des Heißpräge­ vorganges können die Unterlagen nacheinander aufgelegt werden. Eine parallele Beschickung ist auch möglich, sofern die Vor­ richtungs- und Prägefolienbreite das zulassen.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 sind nur die für den Prägevorgang wichtigen Vorrichtungsdetails dargestellt. Die Heißprägevorrichtung kann im übrigen so wie in Fig. 1 oder ähnlich ausgeführt werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Glasstab 19 als Gegendruckelement ausgeführt ist. Oberhalb des Glasstabes 19 ist eine Halogenröhrenlampe 15 mit einer Abschirmung 16 angeordnet. Der Glasstab 19 bündelt die Wärmestrahlung, wodurch die Wärme gezielt in den Bereich der Prägefolie 5 eingebracht wird, gegen den ein auf- und abwärts bewegbares Prägeorgan 20 eine zu prägende Unterlage 21 drückt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Glasstab als Walze 22 ausgeführt, die mit einer Prägewalze 7 zusammen­ wirkt. Auch hier wird durch die Walze 22 eine Fokussierung der von der Halogenröhrenlampe 15 emittierten Wärmestrahlung mit den genannten Vorteilen erreicht.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung können gegenüber herkömmlichen Heißprägeverfahren bzw. -maschinen beträchtliche Einsparungen an Elektroenergie erreicht werden. So ist bei­ spielsweise bei der eingangs im Stand der Technik erwähnten indirekten Beheizung mit Infrarotheizstäben eine Heizleistung von etwa 2,3 KW zu installieren, während die erfindungsgemäße Lösung mit einer Leistung von ca. 1 KW auskommt.

Claims (6)

1. Heißprägeverfahren, bei dem Farbe unter Wärme- und Druck­ einwirkung von einer Prägefolie abgelöst und auf eine Unter­ lage übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu prä­ gende Unterlage und/oder die Prägefolie kurz vor ihrem Zu­ sammenpressen mittels Strahlungswärme direkt beheizt werden.

2. Heißprägeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung der Unterlage und/oder der Prägefolie auf den zusammenzubringenden Seiten erfolgt.

3. Heißprägevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Prägeorgan, einem diesem zugeordneten Gegendruckelement sowie einer Ab- und einer Aufwickelspule für die Prägefolie, wobei die Prägefolie zwischen Prägeorgan und Gegendruckelement hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungswärmequelle (15) quer zur Laufrichtung der Prägefolie (5) über deren gesamter Breite angeordnet ist, derart, daß die Wärme direkt auf die zu prägende Unterlage und/oder auf die Prägefolie (5) abstrahlt, und zwar auf die Bereiche, die bei Betrieb der Vorrichtung un­ mittelbar danach zwischen Prägeorgan (7) und Gegendruckelement (9) zusammengepreßt werden.

4. Heißprägevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß im Abstand zur Strahlungswärmequelle (15) parallel zu dieser ein zylindrischer Glasstab (19) angeordnet ist, der die von der Strahlungswärmequelle (15) emittierte Wärmestrah­ lung bündelt.

5. Heißprägevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der zylindrische Glasstab (19) das Gegendruckelement bildet.

6. Heißprägevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungswärme­ quelle (15) eine Halogenröhrenlampe ist.