EP2705948A1

EP2705948A1 - Verfahren zur Herstellung von einem Satz Prägewalzen

Info

Publication number: EP2705948A1
Application number: EP12183455.0A
Authority: EP
Inventors: Charles Boegli
Original assignee: Boegli Gravures SA
Current assignee: Boegli Gravures SA
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-03-12
Also published as: PT2838721T

Abstract

Beim Verfahren zur Herstellung von Prägewalzen für eine Vorrichtung zum Prägen von Verpackungsmaterial mit einem Satz von mindestens zwei Prägewalzen, von denen eine angetrieben ist, wobei der Satz Prägewalzen eine Patrizenwalze mit einer Strukturelemente und/oder Logostrukturen enthaltenden Patrizen-Oberflächenstruktur und eine Matrizenwalze, welche eine zum gemeinsamen Prägevorgang mit der Patrizenwalze eine der Oberflächenstruktur der Patrize zugeordnete Matrizen-Oberflächenstruktur aufweist, wird diese Matrizen-Oberflächenstruktur unabhängig von einer vorgängig erzeugten oder physikalisch bereits existierenden Patrizen-Oberflächenstruktur hergestellt. Dadurch wird bei hoher Prägegenauigkeit eine sehr grosse Vielfalt von Prägestrukturen einerseits und die Verwendung einer sehr grossen Anzahl verschiedenster Materialien andererseits ermöglicht sowie die Minderung von Querspannungen im geprägten Material.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von einem Satz Prägewalzen für eine Vorrichtung zum Prägen von Verpackungsmaterialien mit zwei Walzen, gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1 und auf einen Satz von Prägewalzen, hergestellt gemäss obigem Verfahren sowie auf die Verwendung dieser Prägewalzen in einer Vorrichtung zum Prägen von Verpackungsmaterial.
Verpackungsfolien für die Tabakindustrie oder für die Lebensmittelindustrie werden schon seit geraumer Zeit mit Prägewalzen-Vorrichtungen geprägt, wobei es sich z. B. um sogenannte Innerliner, die um eine Anzahl Zigaretten gehüllt werden, oder um Verpackungsmaterial für Schokolade, Butter oder ähnliche Lebensmittel, Elektronikbauteile, Schmuck oder Uhren handeln kann.
Die sogenannten Innerliner bestanden zunächst aus reinen Aluminiumfolien, wie zum Beispiel Haushaltsfolien, und diese wurden dadurch geprägt, dass sie zwischen zwei Walzen durchgeführt wurden, wovon mindestens eine Walze ein Relief aufwies, die sogenannten Logos. Bis etwa 1980 bestand ein solches Walzenpaar mehrheitlich aus einer Stahlwalze, auf der ein Relief geformt war und aus einer Gegenwalze aus einem resilienten Material, beispielsweise Gummi, Papier oder Plexiglas. Durch das Eindrücken des Reliefs der Patrizenwalze in die Gegenwalze = Matrizenwalze wurde der spiegelbildliche Abdruck hergestellt.
Für anspruchsvollere Logos wurde das Relief der Patrizen-Walze auf eine Schicht auf der Matrizenwalze übertragen und die den erhabenen Stellen entsprechenden Vertiefungen wurden herausgeätzt oder anderweitig herausgearbeitet. In letzter Zeit wurde für diese Gravur auch Laser verwendet.
Da diese Herstellung von Matrizenwalzen aufwendig ist, setzte sich ab etwa 1980, nach dem Anmelden der US 5 007 271 des gleichen Anmelders, ein sogenanntes Pin up-Pin up-System durch, wobei zwei identische Stahlwalzen mit einer sehr grossen Anzahl von kleinen Zähnen ineinandergreifen und das zwischendurch laufende Papier prägen. Logos werden dadurch hergestellt, dass Zähne auf einer Walze ganz oder teilweise entfernt werden.
Dadurch wurde es auch möglich, das sogenannte Satinieren zu erzeugen, wobei durch die grosse Anzahl von kleinen Vertiefungen, die durch die Zähne hervorgerufen worden sind, die Oberfläche ein mattes und dadurch auch edleres Aussehen erhält.
Parallel zu den Entwicklungen der Prägetechnik, bzw. der Herstellung der Prägewalzen, vollzog sich auch ein Wandel in den Verpackungsmaterialien, wobei die ursprünglich ganzmetallene Aluminiumfolie durch Papierfolien ersetzt wurde, deren Oberflächen aus Umweltüberlegungen mit immer dünneren Metallschichten beschichtet wurden, wobei zuletzt die Metallschicht aufgesputtert wurde. In neuerer Zeit und auch in der Zukunft wird die Metallisierung der Innerliner noch geringer werden oder ganz verschwinden.
Gleichzeitig dazu sind Bestrebungen im Gange, vom klassischen Verpackungssystem Zigaretten in Innerlinern verpackt und diese Packung in einem Kartongehäuse gesteckt, wegzukommen, zu sogenannten Weichpackungen, wobei nur noch eine Umhüllungsfolie vorgesehen ist, die beide Funktionen, nämlich das Feuchthalten der Zigaretten und Schutz vor äusseren Geruchseinflüssen einerseits und eine gewisse Steifigkeit zum mechanischen Schutz der Zigaretten andererseits, zu übernehmen.
Die Entwicklungen in der Herstellung der Prägewalzen, insbesondere durch den gleichen Anmelder bekannt, siehe beispielsweise US 7 036 347 , führten zu einem immer grösseren Umfang an dekorativen Effekten auf den Innerlinern und zu einer grösseren Werbevielfalt, was nicht nur in der Zigarettenindustrie sondern auch in der LebensmittelIndustrie angewandt wurde. Neuerdings sind jedoch Bestrebungen im Gange, die Werbung für Rauchwaren stark zu reduzieren oder ganz zu eliminieren, so dass eine Prägung der Innerliner mit werbewirksamen Designs nicht mehr im bisherigen Umfang möglich sein wird. Es werden daher vermehrt Wege gesucht, neue dekorative Effekte ohne Verwendung von auffälligen Prägungen, Goldrändern oder dergleichen Verzierungen zu erzeugen.
Es werden auch neue Wege für die Produkteidentifizierung gesucht, die bis anhin vor allem in weltweit gepflegten Markennamen sichergestellt worden ist. Heute kommen sogenannte taktile Effekte zum Einsatz, die durch spezielle Oberflächenstrukturen der Papiere oder durch Spezialgravuren erzeugt werden. Textilien wie Papiere werden mit blähbaren IR-Absorption optimierten Farben versehen, welche sogenannte Pseudoprägungen erzeugen. Sinn dieser Technik kann eine spürbare Reliefbildung sein, um zum Beispiel eine samtartige Oberfläche oder einen Matteffekt zu erzeugen. Beim Einsatz für lebensmittelechte Zwecke sind benetzende Techniken jedoch fraglich.
Bei taktilen Oberflächen identifiziert der Konsument das Produkt durch seinen Tastsinn. Ausserdem kann dies zum Einsatz für Blindenschriften oder zur Erzeugung von versteckten Sicherheitsmerkmalen führen. Taktil erzeugte Informationen können zum Beispiel mittels Laserstrahlen durch die Oberflächen abhängige Reflektivität ausgelesen werden. Es gibt heute auch Entwicklungen, die zum Ziele haben, durch Bestreichen der Oberfläche akustisch hörbare Effekte zu erzeugen.
Ein anderer Bereich der Tabakindustrie befasst sich mit der Zigarette selber, zum Beispiel mit dessen Mundstück, auch Tipping genannt.
Die immer restriktiver wirkende Gesetzgebung bezüglich Raucherwaren, sowie das Bestreben, weitere Merkmale wie taktile, akustische oder andere optische Merkmale einerseits und die immer grössere Vielfalt von verschiedenartigen Verpackungsmaterialien wie Aluminiumfolien, metallbeschichtete Papiere, Tippingpapiere, Hybridfolien, Kunststofffolien, Karton oder Halbkarton andererseits führen dazu, dass die herkömmlichen Pin up-Pin up-Prägewalzen, bei denen sowohl die angetriebene Walze als auch die Gegenwalzen eine grosse Anzahl von Zähnen aufweisen, zwar für das Prägen von Innerlinern weiterhin voll und erfolgreich einsetzbar sind, jedoch für die oben angegebenen Ziele an ihre Grenze stossen.
Bekannte Walzensysteme mit einer Patrizenwalze mit Patrizenstrukturen und einer Matrizenwalze mit dazu invers kongruenten Matrizenstrukturen können zwar den Bereich von dekorativen Elementen erweitern, sind jedoch infolge des paarweisen Anfertigen und Sortieren in der Herstellung sehr kostenintensiv und vor allem zeitaufwendig, so dass sich deren Herstellung für eine industrielle Prägung von zum Beispiel metallisierten Innerlinern für die Tabakindustrie nicht eignet.
Ausserdem kann eine Feinprägung nur mit einem sehr grossen Aufwand bei der Herstellung solcher Walzen gewährleistet werden. Hinzu kommt, dass in diesem Fall bei der Verwendung einer Patrizenwalze und einer invers kongruenten Matrizenwalze die dazwischen liegende Folie beim Prägen derart gequetscht wird, dass in der Querrichtung Spannungen entstehen, die für Tabakwarenpapiere inakzeptabel sind. Ausserdem ergibt sich eine schwer beherrschbare Grenze zur Lochbildung und es sind sehr hohe Drücke für ein Highspeed-Online-Verfahren notwendig, wobei die Prägezeiten im Millisekunden-Bereich liegen. Schliesslich besteht eine Tendenz, dickere Papiere zu verwenden.
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich als eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von einem Satz Prägewalzen anzugeben mit dem es möglich ist, Feinprägungen für die verschiedensten, beschriebenen Oberflächenstrukturen der angegebenen Materialien verschiedenster Art im Online-Betrieb einer Verpackungsanlage durchzuführen. Dabei wird unter Feinprägung verstanden, dass die Konturen der Feinprägestrukturen der Walzen mit einem linearen Gesamtfehler von weniger als +/- 10 µm und einem Winkelfehler von weniger als 5° aufweisen. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Verformungen der geprägten Folien beim Prägen von regelmässig angeordneten und gleichförmigen Strukturen quer zur Laufrichtung derart klein zu halten, dass die Walzen im Online-Betrieb einer Verpackungsanlage einsatzfähig sind. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäss Anspruch 6 gelöst.
Eine weitere Aufgabe ist es, einen solchen Satz Walzen industriell in erforderlicher Präzision und Stückzahlen herzustellen. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäss Anspruch 10 gelöst. Weitere Aufgaben und Vorteile, zum Beispiel die Herstellung von Walzenpaaren zur Erzeugung von Quetschfalten, ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1: zeigt schematisch einen Satz Prägewalzen des Pin Up - Pin up-Typs des Standes der Technik in einer Prägevorrichtung, wobei beide Walzen aus dem Zylinder herausragende Zähne aufweisen,
Fig. 2: zeigt schematisch einen Satz Prägewalzen des Pin Up - Pin Down - Typs des Standes der Technik, wobei die Matrizen-Walze = Pin Down Walze, invers kongruent zur Patrizen-Walze = Pin Up-Walze ausgebildet ist,
Fig. 3: zeigt schematisch einen Satz Prägewalzen des Patrizen-Matrizen-Typs gemäss Erfindung,
Fig. 4: zeigt eine Ausführungsvariante zum Satz Prägewalzen von Fig. 3,
Fig. 5: zeigt eine weitere Ausführungsvariante zum Satz Prägewalzen von Fig. 3,
Fig. 6: zeigt drei verschiedene Vergrösserungen eines Details der Patrizenwalze des Prägesatzes von Fig. 5,
Fig. 7: zeigt eine Ausführungsvariante zum Satz Prägewalzen von Fig. 5,
Fig. 8: zeigt eine weitere Ausführungsvariante zum Satz Prägewalzen von Fig. 3,
Fig. 9: zeigt eine Laseranlage zur Erzeugung von Strukturen von Patrizen-Matrizen-Walzen gemäss Erfindung,
Figuren 10-16: zeigen Ausbildungsvarianten von Strukturen auf den Prägewalzen gemäss Fig. 3,
Figuren 17-20B: zeigen schematisch Schnittzeichnungen von Ausbildungen von nicht invers kongruenten Patrizen- und Matrizenstrukturen,
Figuren 21-35: zeigen Ausbildungsvarianten von Walzenpaaren mit Zonen zur Erzeugung von Falzrillen,
Fig. 36: zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht,
Fig. 37: zeigt die zusammengebaute Einrichtung von Fig. 21 in einem Schnitt,
Fig. 38: zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht,
Fig. 39: zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht, und
Fig. 40: zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht.

Fig. 1 zeigt eine Prägevorrichtung 1 gemäss Stand der Technik mit einem Satz von zwei Walzen 2 und 3 des Typs Pin up - Pin up. Bei dieser Konfiguration besitzen die Stahlzylinder daraus hervorragende Zähne 4, die in der Regel pyramidenförmig sind und dabei entweder eine quadratische oder eine rechteckige Basis haben. In den Zigarettenverpackungsanlagen und anderen Verpackungsanlagen werden solche Walzen desselben Anmelders seit über zwanzig Jahren verwendet, wobei die Achse 5 der angetriebenen Walze 2 fest gelagert ist, während die Gegenwalze 3 von der angetriebenen Walze angetrieben und synchronisiert wird. Bekanntlich können mehr als zwei Prägewalzen in einer solchen Prägevorrichtung angeordnet sein, z. B. eine Prägewalze und zwei Gegenwalzen.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Achse 5 der Gegenwalze 3 in den drei Dimensionen beweglich ist derart, dass ein Zahn einer Walze zwischen vier Zähnen der anderen Walze gelangen kann, so dass eine schlupffreie Selbstsynchronisation möglich ist. Um Logos oder Authentifizierungsmerkmale herzustellen, werden Zähne der angetriebenen Walze entweder ganz entfernt oder nur teilweise, welches ein Bild ergibt, dass sich je nach Einfallswinkel und Betrachtungswinkel des Betrachters ändert. Ausserdem ist es bekannt, auf oder an den Zähnen mittels Mikrogravuren Authentifizierungsmerkmale anzubringen oder aber bestimmte Zähne in einer vorher bestimmten Anordnung zu entfernen oder zu modifizieren.
Für das Versehen mit Authentifizierungsmerkmalen oder Dekorieren von Innerlinern, das heisst metallbeschichtetes Papier, sind die Pin up-Pin up-Walzen hervorragend geeignet und haben sich über Jahrzehnte bewährt. Wie eingangs erwähnt worden ist, sind die Anforderungen an die Präzision der Prägung sowie die Anpassungen an eine immer grössere Vielfalt von Verpackungsmaterialien wie Kunststofffolien, Hybridfolien, Karton oder Halbkarton gestiegen und auch die in Aussicht gestellten strengeren Vorschriften bezüglich Werbung und damit verbundenen neuen Prägungsarten decken die Grenzen von Pin up-Pin up-Prägewalzen-Vorrichtungen auf.
Neben den Vorrichtungen mit Pin up-Pin up-Walzen, das heisst mit zwei oder mehreren Patrizenwalzen, sind auch Prägungen mit Vorrichtungen mit Patrizen-Matrizen-Walzen durchgeführt worden oder, wie in Fig. 2 veranschaulicht, mit sogenannten Pin-up - Pin-down-Walzenpaaren.
Die Vorrichtung 7 gemäss Fig. 2 weist zwei Walzen 2 und 8 auf, wobei die Patrizenwalze 2 die gleiche sein kann wie in Fig. 1, während die Matrizenwalze 8 eine sogenannte Pin down-Walze ist und die Vertiefungen 9 invers kongruent den Zähnen 4 auf Walze 2 entsprechen. Wie in Fig. 1 ist Walze 2 durch den Antrieb 6 angetrieben, während die Walze 8 über die Zähne 4 angetrieben wird. Um ein reibungsloses Prägen zu gewährleisten, müssen die Zähne und die Vertiefungen sehr exakt gearbeitet und aufeinander abgestimmt sein.
Zuerst wird die Patrizenwalze 2 hergestellt und mit einem Matrizen-Stahlzylinder zusammengebracht derart, dass die Zähne der Patrizenwalze sich auf dem Matrizenzylinder abbilden, wobei im Allgemeinen eine Photolack-, Wachs- oder ähnliche Schicht auf dem Matrizenzylinder aufgebracht ist. Dann werden die den Zähnen 4 entsprechenden Vertiefungen 9 im Matrizenzylinder herausgearbeitet, im Allgemeinen durch Ätzen. Es ist aber auch bekannt, die Vertiefungen der Matrizenwalze mechanisch oder mittels einer Laseranlage herauszuarbeiten.
Ausgehend von diesen zwei Grundmustern an Prägewalzen ist es bekannt, auf deren harten Oberfläche eine sehr grosse Vielzahl von Zeichen, Bildern, Buchstaben und dergleichen, im Allgemeinen 'Logos' genannt, sowie Sicherheitsmerkmale oder Authentifizierungsmerkmale, die oft von blossem Auge nicht entdeckt und durch geeignete optische Geräte gelesen werden können, zu formen.
Infolge der sehr aufwendigen Technik bei der Herstellung eines Patrizen-Matrizen-Walzenpaares gemäss Stand der Technik ist deren Anwendung für industrielle Zwecke sehr beschränkt. Im Allgemeinen werden solche Systeme für Einzelanfertigungen oder für Sonderzwecke verwendet. Ausserdem weist ein herkömmliches Patrizen-Matrizen-System mit invers kongruenten Strukturen unter anderem den gravierenden Nachteil auf, dass die Folie, insbesondere nach der Prägung von Reihenstrukturen, eine Verzerrung in Querrichtung aufweist, die das Weiterverarbeiten in einer Verpackungsanlage sehr erschwert. Ausserdem können die entstehenden Querspannungen zu Löchern in der Folie führen, so dass sie für die Anwendung im Lebensmittelbereich und in der Tabakwarenindustrie nicht verwendbar ist.
Ausgehend von obiger Beschreibung wird für eine wesentliche Verbesserung der Prägemöglichkeiten und -qualität und vor allem auch für einen Einsatz im Online-Verfahren in erster Linie gefordert, dass die Oberflächenstrukturen der Walzen, insbesondere der Matrizenwalzen, in einer grösseren Vielfalt sowie rationeller und vor allem genauer hergestellt werden können. Während die Genauigkeit gemäss Stand der Technik durch Ätzen oder durch mechanische Bearbeitung mit grossem Aufwand gewährleistet werden könnte, gilt dies nicht für die rationelle und dadurch auch schnellere Herstellung der Patrizen-Matrizenwalzen in einer grossen Vielfalt der Oberflächenstrukturen.
Des Weiteren besteht die Anforderung, dass Massnahmen ergriffen werden, um die Querspannungen in der geprägten Folie, die bei invers kongruenten Strukturen verstärkt auftreten, derart herabzusetzen, dass sie für die weitere Verarbeitung nicht mehr störend sind.
Eine Lösung liegt darin, die Oberflächenstrukturen der Walzen eines Satzes unabhängig voneinander zu formen, d.h. dass nicht zuerst die Patrizenwalze und davon physikalisch abhängig die Matrizenwalze geformt werden muss. Zur Zeit ist dies für die geforderte Präzision und Herstellungszeit vorzugsweise bei Verwendung einer geeigneten Laseranlage denkbar, die es ermöglicht, nicht nur Patrizenwalzen sondern auch Matrizenwalzen rationell, genau und vor allem sehr vielgestaltig und unabhängig voneinander herzustellen.
Es wurde erkannt, dass es die individuelle Herstellung von Patrizen- und Matrizenwalzen ermöglicht, eine Verminderung der Querspannungen dadurch zu erzielen, dass die Matrizenstrukturen nicht invers-kongruent, das heisst nicht genau, den zugeordneten Patrizenstrukturen entsprechen. Dadurch, dass die Dimensionen und Formen der Patrizenstrukturen, beispielsweise Zähne, nicht exakt den Vertiefungen in der Matrizenwalze entsprechen, wird nicht nur die Qualität der Prägung verbessert, sondern auch in vielen Fällen eine hinreichende Verminderung der Querspannungen in der geprägten Folie bewirkt.
Speziell beim Prägen von zwei Tipping-Bahnen auf je einer Walze kann dies unter anderem zu einem Verziehen des Folienbandes führen, das insbesondere beim Schneiden zum Tragen kommen kann. Dieses Problem kann gemäss Wo-2011/098376 des gleichen Anmelders, die sich ausschliesslich auf Pin up - Pin up Walzen bezieht, dadurch gelöst werden, dass die Logozeilen auf den beiden Tippingbahnen je versetzt zueinander angeordnet sind. Das bewirkt, dass beim Schneiden der Tippingbahnen keine Spannungen entstehen und dass nachher die Tippingbahnstücke problemlos um das Zigarettenmundstück geklebt werden können, um ein Tipping zu ergeben, bei dem keine Naht ersichtlich ist.
Dies gilt für Patrizen-Matrizen-Walzen gemäss Erfindung nicht nur für das Prägen von relativ schmalen Tippingbahnen sondern allgemein für eine reihenweise Anordnung von Prägestrukturen.
Fig. 3 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Prägevorrichtung 10 gemäss Erfindung mit einer Patrizenwalze P11 und einer Matrizenwalze M11 sowie eine vergrösserte Abbildung ihrer Oberflächenstrukturen, in der Grobstrukturen GP1 und GM1 in Form von Rhomben eingezeichnet sind, siehe auch die Figuren 10 bis 16.
Da es sich bei den Grobstrukturen nicht um Zähne handelt, wird die Antriebskraft von der über den Riemenantrieb 6 angetriebenen Patrizenwalze P11 auf die Matrizenwalze M11 über Zahnräder 39 und 40 übertragen.
In der Ausführungsvariante von Fig. 4 weisen die Walzen P11E und M11E eine Grobstruktur GPE und GME auf, die aus dem Grossbuchstaben "E" besteht.
In der Ausführungsvariante von Fig. 5 weisen die Walzen P11W und M11W dieselbe Grobstruktur GPE und GME auf, die aus dem Grossbuchstaben "E" besteht sowie ein Wappen W. Dieses Wappen W auf der Patrizenwalze P11W ist in Fig. 6 in verschiedenen Sichten dargestellt, in Fig. 6A von Oben, in Fig. 6B perspektivisch und in Fig. 6C im Schnitt.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante zum Walzenpaar von Fig. 5 in der die beiden Walzen P11B und M11B ausser den Mustern "E" und dem Wappen W Positionierungsmarkierungen 27 und 28 aufweisen, um die Walzen und das Prägematerial mittels einer Kamera synchronisieren zu können.
Fig. 8 zeigt ein Paar Prägewalzen P11L und M11L, die bis auf das Wappen keine Strukturen aufweisen und ebenfalls mit den Markierungen 27 und 28 versehen sind.
In Fig. 9 ist eine beispielhafte Laseranlage schematisch dargestellt, die es ermöglicht, die in den Fig. 10 - 16 dargestellten Grob- und Feinstrukturen zu erzeugen, die für eine kontinuierliche Feingravur = Makrostrukturierung geeignet sind. Darin ist eine Laservorrichtung L12 mit einem Laser 12 dargestellt, der mit einer Steuerschaltung 13 verbunden ist, die den Laser 12 und eine Ablenkeinheit 14 steuert, die Strahlteiler sowie akusto-optische oder elektro-optische Modulatoren oder Polygonspiegel enthalten kann. Die Ablenkeinheit 14, die Fokussieroptik 15 und der Ablenkspiegel 16 bilden die Gravureinheit 17, die linear in der X-Achse verschoben werden kann, wie symbolisch mit dem X-Pfeil angedeutet. Es kann aber auch vorgesehen werden, die gesamte Laservorrichtung L1 in der X-Achse zu verschieben.
Die Steuerschaltung 13 ist mit einem Positionsgeber 18 verbunden, um die Daten des drehenden Werkstücks 22, hier ein Prägewalzen-Rohling, aufzunehmen und zu verwerten. Das Werkstück wird durch einen Antrieb 23 angetrieben, welches durch den Drehwinkel ϕ symbolisiert ist. Durch die Kombination der Linearverschiebung der Gravureinheit und Drehung der Walze entsteht eine konstante Schraubenlinie SL die eine gleichmässige Bearbeitung ermöglicht.
Die Verwendung einer Ablenkeinheit, die beispielsweise einen oder mehrere Strahlteiler sowie elektro-optische oder akusto-optische Modulatoren oder ein oder mehrere Polygonspiegel enthalten kann, ermöglicht die Aufspaltung des ursprünglichen Laserstrahls in zwei oder mehrere Laserstrahlen, die auf zwei oder mehrere Spuren SL gleichzeitig auftreffen, aber einen derartigen Abstand voneinander aufweisen, dass sie sich gegenseitig nicht stören. Ausserdem kann die Zeitspanne zwischen dem Auftreffen der einzelnen Pulse so gross gewählt werden, dass eine thermische Überbeanspruchung nicht erfolgt.
Durch die Verwendung von Kurzpulslasern, deren Laserpulse zwischen 10 Femtosekunden und 100 Picosekunden liegen, wird die Energie in einem sehr kurzen Zeitraum aufgebracht, so dass eine sogenannte "kalte Abtragung" möglich wird, bei der das Material ohne inakzeptable Erhitzung des benachbarten Materials sehr schnell verdampft wird. Der unerwünschte flüssige Zustand des Materials, der Kraterränder und Spritzer erzeugt, kann dabei praktisch vollständig vermieden werden. Die gewünschten Strukturen werden auf einem Computer erzeugt, der die Laseranlage steuert, so dass es keine Rolle spielt, ob eine Oberflächenstruktur für eine Patrizenwalze oder für eine Matrizenwalze erzeugt wird. Für die Walzen, bzw. deren Oberfläche, wird zum Beispiel ein geeigneter Stahl, Hartmetall oder Keramik verwendet.
In den Fig. 10 - 16 ist aus der sehr grossen Vielfalt von möglichen Oberflächenstrukturen eine kleine Anzahl von verschiedenen Strukturen dargestellt. Darin ist die Grobstruktur GP1 und GM1 jeweils dieselbe wie in Fig. 3 dargestellt, während sich die überlagerten Feinstrukturen ändern. Die in den Grobstrukturen dargestellten Rhomben 21 weisen Patrizenstege 22P und Matrizennuten 22M auf. Beispielhafte Dimensionen sind eine Längsdiagonale von 4 bis 6 mm, insbesondere 4,6 mm und eine Querdiagonale von 1,5 mm bis 3 mm, insbesondere 2,0 mm, während die Breite der Stege und Nuten 22 etwa 0,2 mm beträgt. Bei den Vergrösserungen ist die Matrize jeweils links und die Patrize jeweils rechts angeordnet, wobei die Beleuchtung von links unten scheint.
Wie insbesondere aus den Vergrösserungen hervorgeht, ist den Grobstrukturen GP1 und GM1 jeweils eine Feinstruktur FP und FM überlagert, wobei sich diese Feinstrukturen in ihren Formen unterscheiden. In Fig. 10 besteht die Feinstruktur FPQ aus Quadraten. Der Pitch der Quadrate, d.h. der sich wiederholende Abstand voneinander, beträgt etwa 0,04 mm. Wie aus den Fig. 17 - 20 hervorgehen wird, sind die Patrizen-und Matrizenstrukturen nicht exakt invers-kongruent sondern deren Formen und Dimensionen weichen um eine bestimmten Grösse voneinander ab.
In Fig. 11 ist die Feinstruktur FPD und FMD anstatt quadratisch diamantförmig ausgebildet. Die Dimensionen sind in Fig. 11 etwas grösser als in Fig. 10, das heisst der Pitch der Feinstrukturierung beträgt hier 0,07 mm, kann jedoch auch selbstverständlich weniger, zum Beispiel 0,05 mm betragen oder auch einen grösseren Betrag aufweisen.
In Fig. 12 ist die Feinstruktur FPRh und FMRh rhombenförmig. Auch hier sind die Dimensionen die gleichen wie vorhergehend.
In Fig. 13 ist die Feinstruktur FPR und FMR rund. Auch hier kann der Pitch der Feinstruktur 0,07 mm betragen.
In Fig. 14 ist nur die Grobstruktur GP1 und GM1 dargestellt, ohne Feinstrukturen. Eine solche Struktur eignet sich besonders für die Erzeugung von taktilen Strukturen, die nicht nur gut fühlbar sind sondern auch ein ästhetisch ansprechendes Aussehen aufweisen. Damit können z. B. Zeichen in Blindenschrift oder akustisch verwertbare Strukturen erzeugt werden.
In Fig. 15 ist dargestellt, dass der Patrizen-Grobstruktur GP1 keine Feinstruktur überlagert ist, während der Matrizen-Grobstruktur GM1 eine Feinstruktur FM (Q,D,Rh,R) überlagert ist, die wie vorher gezeigt quadratisch, diamantförmig, rhombenförmig oder rund kann, oder wie gemäss Figur 5 ein Wappen oder dergleichen Dekoration aufweisen kann.
In Fig. 16 ist dargestellt, dass der Patrizen-Grobstruktur GP1 eine Feinstruktur FP (Q,D,Rh,R) überlagert ist, während die Matrizen-Grobstruktur GM1 keine Feinstruktur aufweist.
Es ist festzuhalten, dass die gezeigten Ausführungsformen nur ein kleiner Ausschnitt aus sämtlichen möglichen Formen darstellt, sowohl was die Grobstruktur als auch die Feinstruktur betrifft. Davon ausgehend kann eine sehr grosse Anzahl verschiedenartiger Strukturen erstellt werden, die beispielsweise nur aus einzelnen, wenigen Logos oder Schriftzügen und dergleichen bestehen, auf die eine Feinstruktur überlagert werden kann. Zusätzlich dazu kann, wie bereits vorbekannt, eine Mikrostruktur überlagert werden, um beispielsweise Authentifizierungsmerkmale oder sonstige Unterscheidungsmerkmale zu erzeugen, die in der Regel von blossem Auge nicht sichtbar sind.
In den Fig. 17 - 20 sind schematisch einige Möglichkeiten dargestellt, wie die Matrizenstruktur von der Patrizenstruktur abweichen kann. Zur besseren Darstellung und Veranschaulichung sind die Oberflächenstrukturen zahnförmig und vergrössert dargestellt, um die Abweichungen besser sichtbar machen zu können.
Um die gewollten Abweichungen angeben zu können, müssen zunächst die Fehler, d.h. die Toleranzen bei der Herstellung definiert werden. Wie bereits erwähnt, zielen die Verbesserungen bei der Walzenherstellung unter anderem darauf ab, genauere und geeignete Strukturen für die Feinprägung herzustellen und somit ergibt sich das Problem, enge Toleranzen bei der Herstellung zu erzielen. Diese Toleranzen werden unter anderem auch von der Oberflächenqualität der Walzen beeinflusst und es ist daher vorteilhaft, eine harte Oberfläche zu verwenden. Dabei kann es sich um Vollhartmetallwalzen oder Metallwalzen mit einer Oberfläche aus Hartmetall oder um Vollkeramikwalzen oder Metallwalzen mit einer Keramikoberfläche handeln. Dies sind alles Stoffe, die sich besonders für die Feinbearbeitung mittels einer Laseranlage eignen. In den meisten Fällen ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Prägewalzen mit einer geeigneten Schutzschicht zu versehen.
Zum Beispiel wird für eine Prägewalze mit einer Länge von 150 mm und einem Durchmesser von 70 mm und bei der beabsichtigten Bearbeitung mittels einer Laseranlage in Drehrichtung ein Fehler von 2-4 µm und in axialer Richtung ein solcher von +/- 2 µm angestrebt und in der Höhe, bei einer Zahnhöhe von 0,1 mm ein solcher von 0,5 bis 3 µm. Bei einem Winkel von zwei gegenüberliegenden Zahnflanken von z.B. 80° wird ein Winkelfehler von unter 3° erstrebt. Daraus ergibt sich für neue Walzen ein maximaler linearer Fehler von +/- 5 µm, so dass die fabrikationsbedingten Abweichungen etwa bis 10 µm betragen können.
Da diese Werte jedoch stark von den Messungen und der Herstellung beeinflusst sind, kann erst ab einer linearen Abweichung der Patrizenstrukturen von den Matrizenstrukturen von 15 µm und mehr sowie von einer Winkelabweichung von 4° und mehr von einer gewollten Differenz gesprochen werden. Die obere Grenze der Differenz der Strukturen wird durch die Bedingung gesetzt, dass die beiden Walzen unbeeinträchtigt miteinander arbeiten können.
Die gewollte Differenz der jeweils zugeordneten Strukturen auf der Patrize und auf der Matrize hängt stark von dem zu prägenden Material ab. So beträgt zum Beispiel die lineare Differenz für das Prägen einer etwa 30 µm dicken Folie um die 40 µm und beim Prägen eines etwa 300 µm dicken Halbkartons um die 120 µm.
In den Figuren 17 - 20B ist dargestellt, dass es für gewisse Strukturen von Vorteil ist, wenn die Walzen einen gewissen konstanten Abstand voneinander aufweisen. Für ein Pin Up - Pin Up Walzensystem ist ein solcher konstanter Abstand in der Form einer Absenkung einer Walze, bzw. eines kleineren Durchmessers mindestens über die Länge der Folie um 0,02 bis 0,2 mm, in der WO 2011/161002 A1 des gleichen Anmelders beschrieben.
In den Fällen gemäss den Figuren 17 - 20B wird der Durchmesser einer der Walzen, vorteilhafterweise der Patrizenwalze, über mindestens der Länge der Folie um einen Betrag von über 0,02 mm geringer vorgesehen als der Rest der Walze. Dadurch kann eine gleichmässigere Prägung erzeugt werden. In den Figuren 17 - 20B ist eine solche Absenkung, bzw. kleinerer Durchmesser der Patrizenwalzen mit einem 'S' bezeichnet.
Statt einer Absenkung können auch andere Abstandhaltermittel vorgesehen werden, z. B. eine elektronische oder mechanische Abstandregelung.
In Fig. 17 weist die Matrizenwalze M 23 eine Oberflächenstruktur SM 23 auf, wobei zwei gegenüberliegende Flanken der Vertiefungen einen Winkel α 23 aufweisen und die Patrizenwalze P 23 weist eine Struktur SP 23 auf, wobei zwei gegenüberliegende Flanken der Zähne einen Winkel β 23 umschliessen und β 23 kleiner ist als α 23. Die Winkel können einen Betrag von 10° bis 110° und eine Differenz von mehr als 4° aufweisen.
Die Matrizenwalze M24 in Fig. 18 weist eine Matrizenstruktur SM24 auf, deren Nuten N24 eine ebene Nutenfläche aufweisen. Die Patrize P24 weist eine Oberflächenstruktur SP24 auf, deren Zähne T24 abgerundet sind.
Die Matrizenwalze M25 aus Fig. 19 weist dieselbe Oberflächenstruktur SM24 auf wie vorhergehend, während die Zähne T25 von Patrizenwalze P25 an der Spitze abgeflacht sind.
Fig. 20 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei die Matrizenwalze M26 eine Oberflächenstruktur SM26 aufweist, mit abgerundeten Nuten N26, während die Zähne T26 in der Oberflächenstruktur SP26 von Patrizenwalze P26 ebenfalls abgerundet sind, jedoch einen kleineren Radius aufweisen als die Nuten N26.
Fig. 20A zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei die Matrizenwalze M27 eine Oberflächenstruktur SM27 aufweist, mit hier einer abgerundeten Nut N27, während die Feder T27 in der Oberflächenstruktur SP27 von Patrizenwalze P27 ebenfalls abgerundet ist, jedoch einen kleineren Radius aufweist als die Nut N27.
Fig. 20B zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei die Matrizenwalze M28 eine Oberflächenstruktur SM28 aufweist, mit abgerundeten Nuten N28, während die Zähne T28 in der Oberflächenstruktur SP28 von Patrizenwalze P28 ebenfalls abgerundet sind, jedoch einen kleineren Radius aufweisen als die Nuten N28.
Die Ausführungsvarianten gemäss den Figuren 21 bis 35 sind ebenfalls nach dem Prinzip hergestellt worden, dass die Matrizenstrukturen nicht genau invers kongruent zu den Patrizenstrukturen sind. Bei diesen Varianten handelt es sich· um Walzenpaare, die Zonen zur Erzeugung von Quetschfalten, creasings, enthalten, wobei auch die Quetschfalten dekorativen Zwecken dienen können. Solche Quetschfalten sind dann von Vorteil, falls es schwierig ist, die Folie um Gegenstände wie Tabakwaren zu hüllen, ohne den Online-Verpackungsprozess zu stören.
In den Figuren 21 bis 35 ist jeweils eine Vorrichtung 80 mit einem Walzenpaar 81P und 81M dargestellt, wobei die Patrizenwalze 81P durch Antrieb 6 angetrieben und mittels den Zahnrädern 39, 40 mit der Matrizenwalze synchronisiert ist. Sämtliche Walzen weisen in den dargestellten Ausführungsbeispielen eine z. B. aus Triangeln TP oder TM bestehende Grundstruktur und eine Anzahl, z. B. vier, Quetschfaltenzonen 82, wobei diese Quetschfaltenzonen verschiedene Strukturen aufweisen können, die ebenfalls dekorativ wirken.
So weisen die Quetschfaltenzonen des Walzenpaars P81R1 und M81R1 von Fig. 21 eine Rasterstruktur R auf, wobei die Raster der Patrize erhaben und der Matrize vertieft sind. Um als Quetschfalten zu dienen, sind diese Strukturen in der Regel erhabener, bzw. vertiefter als die Triangelstrukturen. Das gilt für alle dargestellten Quetschfaltenstrukturen.
Umgekehrt dazu weisen die Quetschfaltenzonen des Walzenpaars P81R2 und M81R2 der Fig. 22 vertiefte Rasterstrukturen auf der Patrizenwalze und erhabene Rasterstrukturen auf der Matrizenwalze auf.
Die Rasterstrukturen der Quetschfaltenzonen des Walzenpaares P81R3, M81R3 von Fig. 23 entsprechen denjenigen von Fig. 21 mit dem Unterschied, dass die Quetschfaltenzonen nicht bis zum Rand der Walzen angeordnet sind.
Die Quetschfaltenzonen der Walzenpaare P81LR1-3 und M81LR1-3 der Figuren 24 - 26 enthalten radial angeordnete Stege W, die entweder auf der Patrize oder auf der Matrize erhaben sind, mit entsprechenden Vertiefungen auf der Matrize oder Patrize. Die Quetschfaltenzonen auf dem Walzenpaar P81LR3 und M81LR3 sind kürzer als die Länge der Walzen.
Die Quetschfaltenzonen der Walzenpaare P81LL1-3 und M81LL1-3 der Figuren 27 - 29 enthalten longitudinal angeordnete Rippen L, die entweder auf der Patrize oder auf der Matrize erhaben sind, mit entsprechenden Vertiefungen auf der Matrize oder Patrize. Die Quetschfaltenzonen auf dem Walzenpaar P81LL3 und M81LL3 sind kürzer als die Länge der Walzen.
Die Quetschfaltenzonen der Walzenpaare P81Z1-3 und M81Z1-3 der Figuren 30 - 32 enthalten Zähne Z, die entweder auf der Patrize oder auf der Matrize erhaben sind, mit entsprechenden Vertiefungen auf der Matrize oder Patrize. Die Quetschfaltenzonen auf dem Walzenpaar P81Z3 und M81Z3 sind kürzer als die Länge der Walzen.
Die Quetschfaltenzonen der Walzenpaare P81K1-3 und M81K1-3 der Figuren 33 - 35 enthalten Zähne K, die einen runden Queschnitt aufweisen und sich konisch zur Spitze hin verjüngen und die entweder auf der Patrize oder auf der Matrize erhaben sind, mit entsprechenden Vertiefungen auf der Matrize oder Patrize. Die Quetschfaltenzonen auf dem Walzenpaar P81K3 und M81K3 sind kürzer als die Länge der Walzen.
Aus den schematisch dargestellten Figuren 17 - 20B geht hervor, dass dadurch, dass die Strukturen der Matrizenwalzen nicht invers-kongruent zu den Strukturen der Patrizenwalzen geformt sind, das heisst, dass die Dimensionen und auch Formen der Strukturen der Patrizenwalze und die zugeordneten Strukturen der Matrizenwalze verschieden sind, ergibt sich eine weniger grosse Quetschung in der Folie zwischen den beiden Walzen, wodurch für eine Anzahl Prägungsarten eine Verzerrung der geprägten Folie in Querrichtung entweder stark vermindert oder ganz eliminiert wird.
Das hat den grossen Vorteil, dass bei den erforderlichen hohen Drücken zwischen den Walzen eine Löcherung der Folie vermieden wird und die Weiterbearbeitung in einer Verpackungsanlage erleichtert wird. Dadurch wird es erst möglich, solche Walzen analog den an sich bekannten und häufig eingesetzten Pin up-Pin up-Walzen im Online-Verfahren in einer Verpackungsanlage einzusetzen. Im Falle von Prägen von Tippings oder von in Bahnen angeordneten Strukturen ist es von Vorteil, die Strukturelemente der beiden Bahn versetzt zueinander anzuordnen.
Die vorbekannten Patrizen-Matrizen-Walzen wurden stets paarweise hergestellt und dadurch, dass die Matrizenwalzen invers-kongruent zu den Patrizenwalzen ausgebildet worden sind, musste jedes Mal, wenn eine der Walzen ersetzt werden musste, zwingend auch die andere Walze ersetzt werden. Durch das Verfahren gemäss Erfindung, das eine individuelle Herstellung ermöglicht, ist es denkbar, sowohl die Patrizenwalze als auch die Matrizenwalze einzeln auszuwechseln, welches nicht nur bezüglich des verschiedenen Abnutzungsverhalten sondern auch bezüglich Gestaltungsmöglichkeiten einen grossen Vorteil bringt.
Schnellwechsel-Einrichtungen für die üblichen Pin-up - Pin-up Walzen sind aus der US-6 665 998 des gleichen Anmelders bekannt und seither für die Mehrzahl aller Zigarettenpapier-Prägevorrichtungen weltweit im Einsatz. Die Achse der Gegenwalze ist dort in den drei Koordinatenrichtungen beweglich, um eine Selbstsynchronisation der Prägewalzen zu ermöglichen.
Die Schnellwechseleinrichtung 30 der Figuren 36 und 37 enthält ein Gehäuse 31 mit zwei Aufnahmen 32 und 33 zur Aufnahme von je einem Walzenträger 34 und 35. Walzenträger 34 dient der Befestigung der über den nicht gezeigten Antrieb 6 angetriebenen Patrizenwalze 36 und Walzenträger 35 dient der Befestigung der Matrizenwalze 37. Gemäss Fig. 20 ist der Walzenträger 34 in der Aufnahme 32 eingeschoben und Walzenträger 35 in der Aufnahme 33. Das Gehäuse 31 ist mit einer Abschlussplatte 38 abgeschlossen.
In vorliegendem Beispiel wird wie in den Beispielen gemäss den Figuren 3 - 8 die Matrizenwalze jeweils über Zahnräder 39 und 40, die sich an einem Ende der Walzen befinden, von der angetriebenen Patrizenwalze 36 angetrieben. Um die geforderte hohe Präzision der Synchronisation zu gewährleisten, sind die Zahnräder sehr fein ausgeführt. Es können jedoch auch andere Synchronisationsmittel verwendet werden, z.B. Elektromotoren.
Aus dem Schnitt von Fig. 37 ist ersichtlich, dass auf der externen Antriebseite, in der Zeichnung links, die Walzenachse 41 der Patrizenwalze 36 in einem Nadellager 42 im Walzenträger 34 und auf der andern Seite in einem Kugellager 43 drehbar gehalten ist. Die beiden Enden 44 und 45 des Walzenträgers sind in entsprechenden Öffnungen 46 und 47 im Gehäuse, bzw. Abschlussplatte gehalten. Zur exakten und eindeutigen Einführung und Positionierung des Walzenträgers in das Gehäuse weist der Gehäuseboden eine T-förmige Nut 48 auf, dem am Walzenträgerboden eine T-förmige Feder 49 entspricht.
Die Walzenachse 50 der Matrizenwalze 37 ist auf einer Seite, in der Zeichnung links, in einer Wand 51 des Walzenträgers 35 und auf der anderen Seite in einer zweiten Wand 52 des Walzenträgers gelagert. Die Kanten 53 von Deckel 54 des Walzenträgers sind als Federn ausgebildet, die in die entsprechende T-Nut 55 im Gehäuse 31 geschoben werden können. Dabei passt die eine Seitenwand 51 in eine entsprechende Öffnung 56 in der Gehäusewand. Der den Deckel überragende Teil 57 von Seitenwand 52 passt in eine Ausnehmung 58 in der Gehäusewand.
Bei den gezeigten Versionen, bei denen die zweite Walze über Zahnräder angetrieben wird, ist eine Justierung der Walzen nach dem Montieren im Walzenträger erforderlich. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe der Zahnräder.
In der Ausführungsvariante der Schnellwechseleinrichtung 59 der Figur 38 weist das Gehäuse 60 keine Abschlussplatte auf sondern eine Wand 61 mit einer unteren halbrunden Öffnung 62 und einer oberen etwa rechteckigen Öffnung 63. Die beiden Walzen und die Walzenträger sind dieselben wie vorhergehend und die T-förmige Nut zur Aufnahme des Matrizenwalzenträgers sowie die T-förmige Nut 48 im Gehäuseboden sind ebenfalls dieselben. Die hinteren Öffnungen sind ähnlich den in der Zeichnung vorderen Öffnungen 62 und 63. Auch in dieser Ausführung sind die Walzenträger eindeutig und genau im Gehäuse befestigt.
In der Ausführungsvariante von Fig. 39 enthält die Schnellwechseleinrichtung 64 zwei gleiche Walzenträger 65 und 66, die beide eine T-förmige Feder 49 aufweisen, wobei der eine Walzenträger 65 im Boden und der andere Walzenträger 66 an der Decke von Gehäuse 67 geführt und gehalten ist. Die beiden Walzenträger werden mittels einer Abschlussplatte 68 in Öffnung 69 zur Aufnahme eines Walzenendes gesichert.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 40 enthält die Schnellwechseleinrichtung 70 ein Gehäuse 71 mit zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 72, 73 in die je zwei Öffnungen 74, 75 angeordnet sind, um die Achsen 76, 77 der beiden Prägezylinder 36, 37 mit Zahnräder 39 und 40 aufzunehmen. Aus diesem stark vereinfachten Schema ist ersichtlich, dass zuerst die Walze in das Gehäuse und danach die Achse eingeführt und befestigt wird. Es geht ferner aus diesem Beispiel hervor, dass ein Schnellwechsel auch ohne Walzenträger möglich ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung von einem Satz Prägewalzen für eine Vorrichtung zum Prägen von Verpackungsmaterial mit zwei Prägewalzen, von denen eine angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz Prägewalzen eine Patrizenwalze mit einer Strukturelemente und/oder Logostrukturen enthaltenden Patrizen-Oberflächenstruktur und eine Matrizenwalze, welche eine zum gemeinsamen Prägevorgang mit der Patrizenwalze eine der Oberflächenstruktur der Patrize zugeordnete Matrizen-Oberflächenstruktur aufweist und derart ausgebildet wird, um die Prägewalzen im On-line-Verfahren für die Feinprägung zu verwenden, wobei die Matrizen-Oberflächenstruktur unabhängig von einer vorgängig erzeugten oder physikalisch bereits existierenden Patrizen-Oberflächenstruktur hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Oberflächenstrukturen der Walzen für die Feinprägung mit einem linearen Gesamtfehler von weniger als +/- 15 µm und einem Winkelfehler von weniger als 4° hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen der Prägewalzen derart ausgebildet werden, dass beim On-Line-Prägen von regelmässig angeordneten und gleichförmigen Prägemustern in einer Verpackungsanlage in Querrichtung zur Laufrichtung der Walzen keine Restspannungen im Verpackungsmaterial erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen der Prägewalzen derart ausgebildet werden, dass die geprägte Folie ein taktil erfassbares Prägemuster aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das taktil erfassbare Prägemuster spezielle Zeichen wie Blindenschrift oder akustisch verwertbare Zeichen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der Strukturelemente der Patrizenwalze einerseits und die Dimensionen der zugeordneten Strukturelemente der Matrizenwalze andererseits um einen bestimmtem Betrag voneinander abweichen, ohne jedoch deren Zusammenarbeit zu beeinträchtigen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gewollten Abweichungen der linearen Dimensionen der Strukturelemente der Walzen voneinander oberhalb 15 µm betragen und/oder die Winkel der Kanten der Strukturelemente oberhalb von 4° voneinander abweichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der Querspannungen im geprägten Material die Logostrukturen der Prägewalzen derart angeordnet und gestaltet werden, dass beim Durchlauf eines Folienbandes zwischen den Prägewalzen auf dem Folienband mindestens zwei Abschnitte prägbar sind derart, dass die auf einem Abschnitt geprägten Logostrukturen jeweils in Ablaufrichtung versetzt zu den Logostrukturen auf dem anderen Abschnitt angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Patrizenwalze erhabene und auf der Matrizenwalze vertiefte Positionierungsmarkierungen (27, 28) erzeugt werden, oder umgekehrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen der Prägewalzen mittels einer Femto- oder Pikosekundenlaser-Anlage hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Walzen eine Grobstruktur und eine überlagerte Feinstruktur hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Walzenpaare Zonen zur Erzeugung von Quetschfalten hergestellt werden, wobei auf einer Walze erhabene Quetschfaltenstrukturen und auf der anderen Walze entsprechende vertiefte Quetschfaltenstrukturen hergestellt werden, die erhabener, bzw. vertiefter als die anderen Strukturen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser einer der Prägewalzen mindestens über die Breite der Bahn des Verpackungsmaterials mit einem um einen Betrag S geringeren Durchmesser als der Rest der Prägewalze hergestellt wird, wobei S einen Wert von über 0,02 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsmaterial für die Verpackung von Lebensmitteln und Medikamenten verwendbar ist, oder Tipping Papier, Zigarettenpapier, Innerliner, Innerframe-Papier, Hybrid-Papier, Kunststofffolien oder Karton oder Halbkarton zum Verpacken von Tabakwaren ist.
Prägewalzen-Satz mit einer nach dem Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 bis 14 hergestellten Patrizenwalze (P11, P11B, P11E, P11L, P11W, P23-28, 36, P81-R1-3; LR1-3; LL1-3;K1-3) und Matrizenwalze (M11, M11B, M11E, M11L, M11W, M23-28, 37; M81-R1-3; LR1-3; LL1-3; K1-3), dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (GP1, GPB, GPE, GPL, GPW, FP-Q,D,Rh,R) auf der Patrizenwalze und die zugeordneten Strukturelemente (GM1, GMB, GME, GML, GMW, FM-Q,D,Rh,R) auf der Matrizenwalze um einen definiertem Betrag von oberhalb 15 µm linear und 4° im Winkelbereich nicht invers kongruent sind.
Prägewalzen-Satz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Oberfläche der Walzen aus Metall, Hartmetall oder Keramik besteht, wobei die Oberfläche gegebenenfalls mit einer Schutzschicht versehen ist.
Prägewalzen-Satz nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der Prägewalzen über Synchronisationsmittel, vorzugsweise Zahnräder (39, 40), mit der anderen Prägewalze verbunden ist.
Prägewalzen-Satz nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Prägewalzen (P81-R1-3; LR1-3; LL1-3;K1-3), (M81-R1-3; LR1-3; LL1-3; K1-3) einander entsprechende Zonen (82) mit erhabenen, bzw. vertieften Strukturen (R, W, L, Z, K) zur Erzeugung von Quetschfaltenzonen aufweisen, wobei diese Strukturen erhabener, bzw. vertiefter sind als die anderen Strukturen.
Verwendung eines Prägewalzen-Satzes nach den Ansprüchen 15 bis 18 in einer Prägevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägevorrichtung entweder direkt oder über einen Roboter on-line in einer Verpackungsanlage eingebaut ist.
Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen in einem bestimmten Abstand, vorzugsweise von über 0.02 mm, voneinander angeordnet sind.
Verwendung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägewalzensatz in einer Schnellwechsel-Einrichtung (30, 59, 64, 70) angeordnet ist, die derart ausgeführt ist, dass die Prägewalzen (36, 37) einzeln und unabhängig voneinander austauschbar sind.
Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägewalzen (36, 37) je in einem Walzenträger (34, 35; 65, 66) drehbar gehalten sind und die Walzenträger einzeln und unabhängig voneinander entfernbar in einem Schnellwechselgehäuse in einer eindeutigen Lage befestigt sind, wobei ein Ende des Patrizen-Walzenträgers (34) in einem Nadellager (42) und sein andere Ende in einem Kugellager (43) gehalten ist.
Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Walzenträger (34, 65) an seinem Unterteil eine Feder (49) und der Boden des Gehäuses (31, 60, 67) eine entsprechende Nut (48) aufweist.
Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Walzenträger (66) an seinem Oberteil eine Feder (49) und im Oberteil des Gehäuses (67) eine Nut (48) angeordnet ist oder die Kanten (53) seiner Oberseite als T-Feder ausgebildet ist und die Oberseite des Gehäuses (60) eine T-Nut aufweist.
Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellwechseleinrichtung (70) ein Gehäuse (71) mit zwei gegenüberliegenden Wänden (72, 73) mit je zwei Öffnungen (74, 75) mit Befestigungsmittel aufweist, um die Achsen (76, 77) der Walzen (36, 37) aufzunehmen und zu befestigen.