PRÄGEVERFAHREN ZUM PRÄGEN VON MIKRO- ODER NANOSTRUKTUREN

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prägen von Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in eine Lackschicht aus einem Lack, wobei die Lackschicht auf eine Seite einer Folienbahn aufgebracht ist und mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist. Die Folienbahn wird in Beförderungsrichtung zuerst mit der Seite, auf der sich die noch nicht gehärtete Lackschicht befindet, durch einen Presseur an einen Prägezylinder gepresst, auf dessen Oberfläche sich die zu prägenden Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden. Hierbei formen sich die Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich in die Lackschicht ab. Anschließend wird die Lackschicht durch eine ultraviolette Strahlung einer Quelle für ultraviolette Strahlung gehärtet.
Erfindungsgemäß wird auf der Oberfläche eines Velinbereichs am Rand des Prägezylinders, in dem sich keine zu prägenden Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden, mindestens teilweise, bevorzugt vollflächig zusätzliche Strukturen oder Mikrostrukturen eingebracht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prägen von Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in eine Lackschicht aus einem Lack, wobei die Lackschicht auf eine Seite einer Folienbahn aufgebracht ist und mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist. Die Folienbahn wird in Beförderungsrichtung zuerst mit der Seite, auf der sich die noch nicht gehärtete Lackschicht befindet, durch einen Presseur an einen Prägezylinder gepresst, auf dessen Oberfläche sich die zu prägenden Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden. Hierbei formen sich die Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich in die Lackschicht ab. Anschließend wird die Lackschicht durch eine ultraviolette Strahlung einer Quelle für ultraviolette Strahlung gehärtet.

[0002] Ein derartiges Verfahren wird bereits seit vielen Jahren verwendet, wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten zum Prägezylinder geführt wird. Ein Teil des Lacks der noch nicht gehärteten Lackschicht staut sich in Beförderungsrichtung unmittelbar vor der Stelle auf, an der die Lackschicht den Prägezylinder berührt, und bildet einen sogenannten "Lackkeil". Dieser Lackkeil ist jedoch bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ungleichmäßig verteilt, wobei sich sowohl die Dicke des Keils als auch seine Verteilung in Richtung der Drehachse des Prägezylinders ständig und unvorhersehbar ändert. Die geometrische Form und Verteilung des Lackkeils ist somit stochastisch, wodurch sich besonders nachteilhaft eine ungleichmäßige Verteilung der Lackschicht auf der Folienbahn ergibt. Die Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich werden somit in eine ungleichmäßig verteilte Lackschicht eingeprägt, wobei sich auch nach dem Verprägen und anschließenden Härten der Lackschicht mittels UV-Strahlung eine ungleichmäßig dicke und in horizontaler Richtung, bezogen jeweils auf die Folienbahn, ungleichmäßig verteilte Lackschicht mit eingeprägten Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich ergibt.

[0003] Aus EP 2 865 625 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements bekannt, das aus zwei Bestandteilen besteht. Beide Bestandteile müssen im exakten Passer bzw. Registers zueinander angeordnet sein, wobei eine verstellbare Streckwalze für die Einhaltung bzw. Einstellung dieses Registers vorgesehen wird. Die zweiten Bestandteile des Sicherheitselements werden bevorzugt durch ein Prägewerk erzeugt.

[0004] Aus WO 2011/020727 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines optisch variablen Bildes bekannt, bei dem ein Epoxy-Lack zum Auftragen auf eine Bahn erhitzt werden kann, wodurch sich seine Viskosität vermindert. Bis zum nachfolgenden Prägevorgang wird sich die Viskosität des Lacks durch Abkühlung wieder verändert bzw. erhöht haben.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, die Breite der Lackschicht auf der Folienbahn nach dem Prägen bzw. die Einhaltung eines vorgegebenen Wertes dieser Breite zu kontrollieren.

[0006] Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, wobei erfindungsgemäß in die Oberfläche des Velinbereichs am Rand des Prägezylinders, in dem sich keine zu prägenden Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich für die geprägten Endprodukte befinden, mindestens teilweise, bevorzugt vollflächig zusätzliche Strukturen oder Mikrostrukturen eingebracht werden. Der Velinbereich wird zwar nicht mehr fehlerfrei in die Lackschicht auf der Folienbahn übertragen, der durch den Velinbereich geprägte Teil der Folienbahn ist aber ohnehin Ausschuss und wird abgeschnitten und entsorgt, so dass Strukturen oder Mikrostrukturen in diesem Bereich keinen Einfluss auf die späteren Endprodukte haben.

[0007] Die zusätzlichen Strukturen oder Mikrostrukturen haben aufgrund ihrer größeren Oberfläche einen höheren Lackbedarf, so dass sich der Schwankungsbereich der Breite der Lackschicht nach dem Prägen verringert.

[0008] Erfindungsgemäß machen die zusätzlichen Strukturen oder Mikrostrukturen die an sich nicht erkennbare Lackkante des transparenten Lacks erkennbar, also die Kante der Lackschicht auf der Folienbahn am äußeren linken oder rechten Rand der Lackschicht, indem sie zu einer Erhöhung der Streuung oder Absorption oder zu einer erkennbaren Änderung der Reflektion des auf die Lackschicht einfallenden Lichts führen. Beispielsweise kann die zusätzliche Struktur in Form eines Schachbrettmuster ausgestaltet sein mit einer Abmessung der einzelnen Felder von jeweils 10 µm, das optisch zu einer Mattierung des Lackes im Vergleich zur einer unstrukturierten glatten Fläche führt. Die zusätzlichen Strukturen können auch aus Mikrospiegeln oder diffraktiven Strukturen bestehen, die zu einer Mattierung der Oberfläche des Lacks oder einer richtungsabhängigen Spiegelung des einfallenden Lichts führen.

[0009] Die erfindungsgemäße Kontrolle der Breite der Lackschicht auf der Folienbahn nach dem Prägen bzw. der Einhaltung eines vorgegebenen Wertes dieser Breite kann unabhängig von der Richtung der Zuführung der Folienbahn zum Prägezylinder erfolgen, also sowohl bei einer erfindungsgemäßen Zuführung der Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben zum Prägezylinder als auch bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Zuführung der Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten zum Prägezylinder.

[0010] Die Position der Lackkante auf der Folienbahn nach der Prägung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform über ein optisches System ermittelt, das beispielsweise aus mindestens einer Lichtschranke oder einem Kamerasystem besteht.

[0011] Hierbei ist eine Lichtschranke über der Lackschicht der Folienbahn in Beförderungsrichtung der Folienbahn nach dem Prägezylinder angeordnet, wobei die Lichtschranke so über der Lackschicht der Folienbahn angeordnet ist, dass sie den Bereich außerhalb bzw. jenseits der Lackkante überwacht, in dem keine Lackschicht auf der Folienbahn angeordnet sein soll. Das von der Lichtschranke ausgesendete Licht soll somit auf die glatte, spiegelnde Oberfläche der Folienbahn ohne Lackschicht treffen, wenn die Bahngeschwindigkeit korrekt eingestellt ist, so dass der Detektor der Lichtschranke einen ersten Wert anzeigt. Ist die Bahngeschwindigkeit zu niedrig eingestellt, erhöht sich nach der Prägung die Breite der Lackschicht über das vorgegebene Maß hinaus und verschiebt sich die Lackkante in Richtung des äußeren Randes der Folienbahn. Das von der Lichtschranke ausgesendete Licht trifft dann auf die durch die zusätzlichen Strukturen oder Mikrostrukturen geprägte und beispielsweise mattierte Oberfläche der Lackschicht. Zum Detektor der Lichtschranke wird somit weniger Licht zurückreflektiert als bei der glatten, spiegelnden Oberfläche der Folienbahn ohne Lackschicht, so dass der Detektor der Lichtschranke einen zweiten Wert anzeigt, der unterschiedlich zum ersten Wert ist. Dieser zweite Wert ist für die Regelung das Signal, die Bahngeschwindigkeit so lange zu erhöhen, bis der Detektor der Lichtschranke wieder den ersten Wert anzeigt.

[0012] Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine zweite Lichtschranke derart angeordnet werden, dass sie den Bereich innerhalb bzw. diesseits der Lackkante überwacht, in dem die Lackschicht auf der Folienbahn angeordnet sein soll. Der Detektor dieser Lichtschranke soll somit den zweiten Wert der durch die zusätzlichen Strukturen oder Mikrostrukturen geprägten und beispielsweise mattierten Oberfläche der Lackschicht anzeigen. Zeigt er den ersten Wert der glatten, spiegelnden Oberfläche der Folienbahn ohne Lackschicht an, ist die Breite der Lackschicht zu gering und muss die Bahngeschwindigkeit so lange vermindert werden, bis der Detektor dieser Lichtschranke wieder den zweiten Wert anzeigt.

[0013] Statt einer punktuellen Detektion der Position der Lackkante über eine oder zwei Lichtschranken kann auch eine Detektion entlang einer Linie senkrecht zur Lackkante erfolgen. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Kamerasystems, das das Bild entlang der Linie senkrecht zur Lackkante auswertet. Eine solche Auswertung lässt vorteilhaft auch die Auswertung von Trends zu und ermöglicht damit einen vorausschauenden Eingriff. Hierbei muss der Sensor bzw. das Kamerasystem getriggert werden, beispielsweise mittels des Signals einer zusätzlichen Doppelkeilmarke oder auch mittels eines Drehgebers am Prägezylinder.

[0014] Eine Folienbahn besteht beispielsweise aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polypropylen (PP) oder Polycarbonat (PC) mit einer Dicke für Sicherheitsfäden oder Sicherheitsfolien von bevorzugt 8 µm bis 36 µm, für Banknoten aus Polymer oder für Folienverbundbanknoten bis 100 µm oder für Kartenkörper bis 200 µm.

[0015] Die Dicke der Lackschicht beträgt bevorzugt 0,5 µm bis 20 µm, besonders bevorzugt 4 µm bis 15 µm und ganz besonders bevorzugt von 4 µm bis 8 µm. Die Lackschicht wird bevorzugt mittels eines Flexodruckverfahrens auf die Folienbahn aufgebracht.

[0016] Von oben im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass die Folie senkrecht oder mindestens nahezu senkrecht von oben bzw. in Richtung der Gewichtskraft oder nahezu in Richtung der Gewichtskraft auf den Prägezylinder zugeführt wird. Mindestens von schräg oben im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass die Folie mit einem Winkel in einem Bereich von mehr als waagrecht bis nahezu senkrecht von oben auf den Prägezylinder zugeführt wird, wobei die Folie insbesondere nicht waagrecht auf den Prägezylinder zugeführt wird.

[0017] Derartige Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern werden insbesondere zur Erhöhung des Fälschungsschutzes von Wertdokumenten verwendet, insbesondere Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gutscheine, Schecks, hochwertige Eintrittskarten, aber auch andere fälschungsgefährdete Papiere, wie Pässe und sonstige Ausweisdokumente, sowie Karten, wie beispielsweise Kredit- oder Debitkarten, und auch Produktsicherungselemente, wie Etiketten, Siegel, Verpackungen und dergleichen. Die Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern sind beispielsweise diffraktive Strukturen, Mikrospiegel, Mattstrukturen oder Mottenaugenstrukturen.

[0018] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, soweit dies von dem Schutzumfang der Ansprüche erfasst ist.

[0019] Anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele und der ergänzenden Figuren werden die Vorteile der Erfindung erläutert. Die Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, auf die jedoch die Erfindung in keinerlei Weise beschränkt sein soll. Des Weiteren sind die Darstellungen in den Figuren des besseren Verständnisses wegen stark schematisiert und spiegeln nicht die realen Gegebenheiten wieder. Insbesondere entsprechen die in den Figuren gezeigten Proportionen nicht den in der Realität vorliegenden Verhältnissen und dienen ausschließlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit. Des Weiteren sind die in den folgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Ausführungsformen der besseren Verständlichkeit wegen auf die wesentlichen Kerninformationen reduziert. Bei der praktischen Umsetzung können wesentlich komplexere Muster oder Bilder zur Anwendung kommen.

[0020] Im Einzelnen zeigen schematisch:

Fig. 1

in Draufsicht den Randbereich einer Lackschicht auf einer Folienbahn nach Prägung für eine Detektion der Lackkante durch zwei Lichtschranken,

Fig. 2

den Gegenstand aus Fig. 2 in Seitenansicht,

Fig. 3

in Draufsicht den Randbereich einer Lackschicht auf einer Folienbahn nach Prägung für eine Detektion der Lackkante durch ein Kamerasystem.

[0021] Fig. 1 zeigt in Draufsicht den Randbereich einer Lackschicht 6 auf einer Folienbahn 5 nach Prägung für eine Detektion der Lackkante durch zwei Lichtschranken. Fig. 2 zeigt den Gegenstand aus Fig. 1 in Seitenansicht entlang der Schnittebene LL.

[0022] Eine erste Lichtschranke 18, bestehend aus einer Lichtquelle 18.1 und einem Detektor 18.2, ist über der Lackschicht 6 der Folienbahn 5 in Beförderungsrichtung der Folienbahn 5 nach dem Prägezylinder 1 angeordnet, so dass sie entlang einer Linie 16 den Bereich 13 außerhalb bzw. jenseits der Lackkante 15 überwacht, in dem keine Lackschicht auf der Folienbahn 5 angeordnet sein soll. Das von der Lichtquelle 18.1 ausgesendete Licht trifft somit auf die glatte, spiegelnde Oberfläche der Folienbahn ohne Lackschicht, wenn die Bahngeschwindigkeit korrekt eingestellt ist, so dass der Detektor 18.2 einen ersten Wert anzeigt.

[0023] Eine zweite Lichtschranke 19, bestehend aus einer Lichtquelle 19.1 und einem Detektor 19.2, ist derart angeordnet, dass sie entlang einer Linie 17 den Bereich 14 innerhalb bzw. diesseits der Lackkante 15 überwacht, in dem die Lackschicht 6 auf der Folienbahn 5 angeordnet sein soll. Im Bereich 12 befinden sich die zusätzlichen Strukturen oder Mikrostrukturen im Velinbereich des Prägezylinders, die nur im Bereich 14 in die Lackschicht 6 geprägt werden. Der Detektor 19.2 zeigt den zweiten Wert durch die zusätzlichen Strukturen oder Mikrostrukturen geprägte und beispielsweise mattierte Oberfläche 14 der Lackschicht 6 an, der vom ersten Wert verschieden ist.

[0024] Fig. 3 zeigt in Draufsicht den Randbereich einer Lackschicht auf einer Folienbahn nach Prägung für eine Detektion der Lackkante durch ein Kamerasystem. Hierbei erfolgt eine Detektion entlang einer Linie 20 senkrecht zur Lacckante 15. Diese Detektion erfolgt beispielsweise mittels eines Kamerasystems, das das Bild entlang der Linie 20 auswertet, indem die Glanzwerte der entsprechenden Oberflächen bestimmt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Prägen von Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in eine transparente Lackschicht (6), wobei die transparente Lackschicht (6) auf eine Seite einer Folienbahn (5) aufgebracht ist und mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, wobei die Folienbahn (5) in Beförderungsrichtung (7) zuerst mit der Seite, auf der sich die noch nicht gehärtete transparente Lackschicht (6) befindet, durch einen Presseur (2) derart an einen Prägezylinder (1), auf dessen Oberfläche sich die zu prägenden Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden, gepresst wird, dass sich die Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich in die transparente Lackschicht (6) abformen, und anschließend die transparente Lackschicht (6) durch eine ultraviolette Strahlung einer Quelle (4) für ultraviolette Strahlung gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche eines Velinbereichs am Rand des Prägezylinders (1), in dem sich keine zu prägenden Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden, mindestens teilweise, bevorzugt vollflächig zusätzliche Strukturen oder Mikrostrukturen eingebracht werden, wobei die zusätzlichen Strukturen oder Mikrostrukturen die an sich nicht erkennbare Lackkante (15) des transparenten Lacks erkennbar machen, also die Kante der Lackschicht (6) auf der Folienbahn (5) am äußeren linken oder rechten Rand der Lackschicht (6), indem sie zu einer Erhöhung der Streuung oder Absorption oder zu einer erkennbaren Änderung der Reflektion des auf die Lackschicht (6) einfallenden Lichts (18.1, 19.1) führen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante der Lackschicht (6) auf der Folienbahn (5) am äußeren linken oder rechten Rand der Lackschicht (6) nach der Prägung über ein optisches System ermittelt wird.

Zeichnung