PRÄGEVORRICHTUNG ZUM PRÄGEN VON MIKRO- ODER NANOSTRUKTUREN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Sicherheitselementen, wobei die Sicherheitselemente auf einer Vorderseite und einer Rückseite einer Folienbahn angeordnet sind und aus Prägestrukturen in einer Lackschicht mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern bestehen.

[0002] Eine Vorrichtung für das Herstellen eines Wertdokumentsubstrats ist aus WO 2013/075811 A2 bekannt, wobei die Vorrichtung in Transportrichtung des Substrats eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Substrats, insbesondere eines Papiersubstrats, eine erste Folienapplikationseinrichtung für das Aufbringen eines ersten Folienelements auf eine erste Substratseite und eine zweite Folienapplikationseinrichtung für das Aufbringen eines zweiten Folienelements auf eine zweite Substratseite aufweist. Bei dieser Vorrichtung sind die erste Folienapplikationseinrichtung und die zweite Folienapplikationseinrichtung so angeordnet, dass das erste Folienelement und das zweite Folienelement ohne Wendung des Substrats auf den gegenüberliegenden Seiten des Substrats aufgebracht werden.

[0003] Das Aufbringen eines Folienelements ist jedoch nicht vergleichbar mit dem Aufbringen einer Lackschicht auf eine Seite eines Substrats in Form einer Folienbahn und dem anschließenden Einbringen von Prägestrukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern. Vielmehr erfordert das Aufbringen einer Lackschicht und das anschließende Einbringen von Prägestrukturen andere technische Mittel und eine andere technische Herangehensweise.

[0004] Das Dokument EP 1 720 079 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung von Sicherheitselementen, wobei die Sicherheitselementen auf einer Rückseite einer Folienbahn angeordnet sind und aus Prägestrukturen in einer Lackschicht mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern bestehen, wobei die Vorrichtung in Beförderungsrichtung der Folienbahn die folgenden Einrichtungen aufweist: eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Folienbahn; ein erstes Druckwerk zum Aufbringen einer ersten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Rückseite der Folienbahn, wobei die Folienbahn von unten in das erste Druckwerk einläuft; ein erstes Prägewerk zum Prägen von ersten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die erste Lackschicht, wobei die Folienbahn von schräg oben in das erste Prägewerk einläuft.

[0005] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik behoben werden.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0007] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung in Beförderungsrichtung der Folienbahn die folgenden Einrichtungen auf:

• eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Folienbahn,
• ein erstes Druckwerk zum Aufbringen einer ersten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Rückseite der Folienbahn, wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten in das erste Druckwerk einläuft, ein derartiges Druckwerk ist beispielsweise ein Flexodruckwerk,
• ein erstes Prägewerk zum Prägen von ersten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die erste Lackschicht wobei die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben in das erste Prägewerk einläuft,
• ein zweites Druckwerk zum Aufbringen einer zweiten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Vorderseite der Folienbahn, wobei die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben in das zweite Druckwerk einläuft, ein derartiges Druckwerk ist beispielsweise ein Flexodruckwerk,
• ein zweites Prägewerk zum Prägen von zweiten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die zweite Lackschicht wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten in das zweite Prägewerk einläuft.

[0008] Gemäß einem zweiten, alternativen Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung in Beförderungsrichtung der Folienbahn die folgenden Einrichtungen auf:

• eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Folienbahn,
• ein erstes Druckwerk zum Aufbringen einer ersten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Rückseite der Folienbahn, wobei die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben in das erste Druckwerk einläuft, ein derartiges Druckwerk ist beispielsweise ein Flexodruckwerk,
• ein erstes Prägewerk zum Prägen von ersten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die erste Lackschicht, wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten in das erste Prägewerk einläuft,
• ein zweites Druckwerk zum Aufbringen einer zweiten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Vorderseite der Folienbahn, wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten in das zweite Druckwerk einläuft, ein derartiges Druckwerk ist beispielsweise ein Flexodruckwerk,
• ein zweites Prägewerk zum Prägen von zweiten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die zweite Lackschicht wobei die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben in das zweite Prägewerk einläuft.

[0009] Der erste Aspekt der Erfindung unterscheidet sich dabei von dem zweiten Aspekt lediglich dadurch, dass sich die Richtungen des Einlaufs der Folienbahn in die Druck- bzw. Prägewerke jeweils umkehren. Bei dem ersten Aspekt der Erfindung läuft die Folienbahn in das erste Druckwerk von unten bzw. schräg unten, in das erste Prägewerk von oben bzw. schräg oben, in das zweite Druckwerk ebenfalls von oben bzw. schräg oben und in das zweite Prägewerk wiederum von unten bzw. schräg unten ein, wohingegen bei dem zweiten Aspekt die Folienbahn in das erste Druckwerk von oben bzw. schräg oben, in das erste Prägewerk von unten bzw. schräg unten, in das zweite Druckwerk ebenfalls von unten bzw. schräg unten und in das zweite Prägewerk wiederum von oben bzw. schräg oben einläuft.

[0010] Bei den jeweiligen beiden Prägewerken wird die Folienbahn 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.

[0011] Von oben im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass die Folienbahn senkrecht oder mindestens nahezu senkrecht von oben bzw. in Richtung der Gewichtskraft oder nahezu in Richtung der Gewichtskraft auf einen Prägezylinder eines Prägewerks bzw. einen Druckzylinder eines Druckwerks zugeführt wird. Mindestens von schräg oben im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass die Folienbahn mit einem Winkel in einem Bereich von mehr als waagrecht bis nahezu senkrecht von oben auf den Prägezylinder bzw. den Druckzylinder zugeführt wird, wobei die Folienbahn insbesondere nicht waagrecht auf den Prägezylinder bzw. den Druckzylinder zugeführt wird.

[0012] Von unten im Sinne dieser Erfindung bedeutet dabei entsprechend, dass die Folienbahn senkrecht oder mindestens nahezu senkrecht von unten bzw. entgegen der Richtung der Gewichtskraft oder nahezu entgegen der Richtung der Gewichtskraft auf einen Prägezylinder eines Prägewerks bzw. einen Druckzylinder eines Druckwerks zugeführt wird. Mindestens von schräg unten im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass die Folienbahn mit einem Winkel in einem Bereich von mehr als waagrecht bis nahezu senkrecht von unten auf den Prägezylinder bzw. den Druckzylinder zugeführt wird, wobei die Folienbahn insbesondere nicht waagrecht auf den Prägezylinder bzw. den Druckzylinder zugeführt wird.

[0013] Die Begriffe "Vorderseite" oder "Rückseite" der Folienbahn sind relative Begriffe, die auch als "die eine" und "die gegenüberliegende" Seite bezeichnet werden können und die den überwiegenden Anteil der Gesamtoberfläche der Folienbahn bilden. Ausdrücklich nicht umfasst mit diesen Begriffen sind die Seitenflächen der Folienbahn, die bei einer Dicke der Folienbahn, die bei Kartenkörpern nur etwa einen Millimeter oder bei Banknoten nur Bruchteile eines Millimeters beträgt, verschwindend gering sind und üblicherweise nicht mit Sicherheitselementen oder Beschichtungen versehen werden bzw. werden können.

[0014] Erfindungsgemäß wird die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben zum ersten bzw. zweiten Prägezylinder geführt. Es hat sich dabei überraschend gezeigt, dass sich der Teil des Lacks der noch nicht gehärteten Lackschicht, der sich in Beförderungsrichtung unmittelbar vor der Stelle aufstaut, an der die Lackschicht den Prägezylinder berührt und dort einen sogenannten "Lackkeil" bildet, zu einer größeren benetzten Fläche auf der Oberfläche des Prägezylinders führt. Der Lackkeil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zudem nicht ungleichmäßig verteilt und seine geometrische Form und Verteilung nicht stochastisch ausgeprägt. Damit ergibt sich auf der Folienbahn sowohl vor als auch während und nach dem Prägen mit Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich eine Lackschicht mit vorhersagbarer und gleichmäßiger Dicke und größerer Breite sowie einer vorhersagbaren und konstanten Position auf der Folienbahn. Dies führt besonders vorteilhaft zu einem Endprodukt mit konstanten und vorhersagbaren Eigenschaften und zu einem geringeren Ausschuss, d.h. zu weniger fehlerhaft bzw. nicht den Vorgaben entsprechenden geprägten Endprodukten, wie beispielsweise Sicherheitsfäden oder Sicherheitsstreifen mit diffraktiven oder spiegelartigen Strukturen in bzw. auf Banknoten.

[0015] Ursache für diese größere benetzte Fläche auf der Oberfläche des Prägezylinders bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Gravitationskraft die Lackschicht zusätzlich zur Bewegungsrichtung der Folienbahn zu der Stelle führt, an der die Folienbahn den Prägezylinder berührt. Im Gegensatz dazu wird bei dem Verfahren des Standes der Technik die Lackschicht durch die Gravitationskraft vom Prägezylinder weggezogen.

[0016] Weiterer Vorteil des Lackkeils ist es, dass durch die größere benetzte Fläche auf der Oberfläche des Prägezylinders die Zeit zum Entweichen der Luft aus den Prägestrukturen auf der Oberfläche des Prägezylinders steigt, so dass die Lackschicht bei höher Geschwindigkeit der Folienbahn und gleichbleibender Anzahl der Luftblasen in der geprägten Lackschicht oder alternativ dazu bei gleicher Geschwindigkeit der Folienbahn aber reduzierter Anzahl der Luftblasen in der geprägten Lackschicht geprägt werden kann.

[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] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Druckwerk, das erste Prägewerk, das zweite Druckwerk und das zweite Prägewerk so angeordnet sind, dass die Prägestrukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern ohne Wendung der Folienbahn in die erste Lackschicht und in die zweite Lackschicht eingebracht werden. Die Folienbahn muss somit besonders vorteilhaft nicht durch eine Wendevorrichtung geführt werden, bei der die Folienbahn in Beförderungsrichtung derart um 180° gedreht wird, dass die bisherige Vorderseite und die bisherige Rückseite der Folienbahn vertauscht werden.

[0019] Durch den Wegfall der Wendung bzw. der Wendevorrichtung ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Führung der Folienbahn wesentlich ruhiger erfolgt, so dass die Folienbahn weder Schwingungen oder stochastische Bewegungen in der Ebene der Folienbahn noch in Richtung senkrecht zur Oberfläche der Folienbahn durchführt bzw. derartige Schwingungen oder stochastische Bewegungen weitestgehend vermieden werden können. Es ergibt sich somit eine besonders gute Passerung oder Registerhaltigkeit zwischen der Prägung der ersten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die erste Lackschicht, die sich auf der Rückseite der Folienbahn befindet, und der zweiten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die zweite Lackschicht, die sich auf der Vorderseite der Folienbahn befindet.

[0020] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Beförderungsrichtung der Folienbahn vor dem ersten Druckwerk eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung der Rückseite der Folienbahn mittels Koronaentladung, Atmosphärenplasma- oder Flammvorbehandlung angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch in Beförderungsrichtung der Folienbahn vor dem zweiten Druckwerk eine entsprechende Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung der Vorderseite der Folienbahn angeordnet sein. Durch diese Oberflächenbehandlung erhöht sich vorteilhaft die Haftung und/oder Verlauf der Vorder- bzw. Rückseite der Folienbahn für eine Lackschicht.

[0021] Die Dicke der Lackschicht beträgt bevorzugt 0,5 µm bis 20 µm, besonders bevorzugt 2 µm bis 15 µm und ganz besonders bevorzugt 2 µm bis 8 µm.

[0022] Die 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.

[0023] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Beförderungsrichtung der Folienbahn nach dem zweiten Druckwerk ein drittes Druckwerk zum Aufbringen einer Waschfarbe auf die zweite Lackschicht auf der Vorderseite der Folienbahn angeordnet ist. Ein derartiges Druckwerk und Druckverfahren ist beispielsweise aus WO 99/13157 A1 bekannt. Mit diesem Druckwerk wird eine Waschfarbe appliziert, mit der eine darüberliegende Abdeckschicht, die in einem nachfolgenden Verfahren auf die Waschfarbe aufgebracht wird, wieder mit einer Flüssigkeit durch Auswaschen entfernt werden kann. Die Abdeckschicht besteht beispielsweise aus einer oder mehreren metallischen Schichten, die auf die Waschfarbe aufgedampft werden.

[0024] In Prägevorrichtungen des Standes der Technik werden Prägezylinder mit in Bewegungsrichtung der Folienbahn größer werdenden Durchmessern eingesetzt, um die mechanische Spannung der Folienbahn innerhalb der gesamten Druck- und Prägevorrichtung konstant zu halten. Hierbei wird der Durchmesser bzw. der Umfang der Prägezylinder mit zunehmender Entfernung von der Folienabrollung um jeweils 0,1 mm bis 0,5 mm größer. Eine Korrektur von möglichen Abweichungen zwischen den einzelnen Vorgängen erfolgt über eine Registerregelung. Dies bedeutet, dass eine Registerabweichung durch eine Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit des entsprechenden Prägezylinders korrigiert wird. Hierbei entsteht jedoch nachteilhaft ein Unterschied zwischen der Geschwindigkeit der Oberfläche des Prägezylinders und der Geschwindigkeit der Oberfläche der Folienbahn. Beim UV-Prägen sind jedoch die ausgehärten Strukturen auf der Folienbahn bzw. der Lackschicht mit dem Prägezylinder so stark verzahnt, dass diese Art von Korrektur von Registerfehlern nicht möglich ist.

[0025] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, dass das erste Prägewerk einen ersten Prägezylinder aufweist, auf dessen Oberfläche sich die zu prägenden ersten Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden, und das zweite Prägewerk einen zweiten Prägezylinder aufweist, auf dessen Oberfläche sich die zu prägenden zweiten Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden, wobei der Durchmesser des ersten Prägezylinders und der Durchmesser des zweiten Prägezylinders gleich groß sind und der erste und der zweite Prägezylinder die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit aufweisen. Der Durchmesser bzw. Umfang beider Prägezylinder muss jedoch nicht exakt gleich groß sein. Vielmehr ist es auch möglich, dass der zweite Prägezylinder einen um bis zu 2 mm kleineren Umfang als der erste Prägezylinder aufweist, so dass der Umfang der Prägezylinder im Gegensatz zu Prägevorrichtungen des Standes der Technik mit zunehmender Entfernung von der Folienabrollung kleiner werden kann. Zu einem geringeren Umfang von Prägewellen kann es nicht nur durch deren Herstellungstoleranzen kommen, sondern auch durch den Einsatz von Sleeves, da deren Dicke ebenfalls in den effektiven Umfang des Prägezylinders eingeht. Die Sleeves unterliegen ebenfalls deutlichen Schwankungen in der Dicke, da ihre Herstellung durch galvanische Abformung erfolgt, die bekanntlich größeren Fertigungstoleranzen unterliegt.

[0026] Somit können Prägungen auf beiden Seiten der Folienbahn oder mehrere Prägungen auf einer Seite der Folienbahn jeweils zueinander gepassert, d.h. im exakten Register zueinander aufgebracht werden. Die Vorrichtung wird hierfür bevorzugt in drei Bereiche eingeteilt. Den ersten Bereich bildet die Einrichtung zum Bereitstellen einer Folienbahn und das erste Druckwerk und der Bereich bis zum Eingang in das erste Prägewerk. In diesem Bereich wird die Folie abgewickelt und mit einer Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, sogenanntem UV-Lack, vollflächig oder in Form eines Motivs bedruckt. Anschließend wird die mechanische Spannung der Folienbahn derart eingestellt, dass die Prägung der ersten Strukturen in die erste Lackschicht einer elastisch gedehnten Folienbahn eingebracht wird.

[0027] Den zweiten Bereich bildet das erste Prägewerk und der Bereich bis zum Eingang in das zweite Druckwerk. In diesem Bereich wird die mechanische Spannung der Folienbahn im Vergleich zum ersten Bereich abgesenkt. Hierdurch entspannt sich die Folienbahn und zieht sich nahezu elastisch wieder zusammen, was zu einer Verkürzung der Bogenlänge führt.

[0028] Den dritten Bereich bildet das zweite Druckwerk und das zweite Prägewerk. In diesem Bereich wird die mechanische Spannung der Folienbahn so angepasst, dass die Bogenlänge der gedehnten Folienbahn exakt dem Umfang des zweiten Prägezylinders entspricht. Eine Passerung der zweiten Lackschicht in Bezug auf die erste Lackschicht kann mittels Registerregelung durchgeführt werden, da der Druckzylinder einen gewissen Schlupf aufgrund der noch nicht ausgehärteten Lackschicht aufweisen darf.

[0029] Durch Erhöhung oder Verminderung der mechanischen Spannung der Folienbahn kann somit die Position und Geometrie der Folienbahn zwischen der Prägung der ersten Strukturen und der Prägung der zweiten Strukturen bestimmt bzw. korrigiert werden, so dass die Prägung der ersten Strukturen und der Prägung der zweiten Strukturen im exakten Passer zueinander erfolgen.

[0030] Beispielsweise weist die Folienbahn eine Dicke von 12 µm und eine Breite von 810 mm auf. Im ersten Bereich erfolgt die Prägung mit einer mechanischen Spannung der Folienbahn von 200 N, wobei der erste Prägezylinder einen Umfang von 500 mm aufweist. Es ergibt sich eine Bogenlänge von 500 mm im gedehnten Zustand. Im zweiten Bereich erfolgt eine Verminderung der mechanischen Spannung der Folienbahn auf 50 N, es ergibt sich eine Bogenlänge von 498,5 mm. Im dritten Bereich erfolgt eine Anpassung der mechanischen Spannung der Folienbahn derart, dass die Bogenlänge exakt dem Umfang des zweiten Prägezylinders entspricht. Bei einem Umfang des zweiten Prägezylinders von beispielsweise 499,5 mm ergibt sich dabei eine mechanischen Spannung der Folienbahn von etwa 150 N.

[0031] Die Positionierung der Prägung der ersten Strukturen zu der Prägung der zweiten Strukturen erfolgt bevorzugt anhand von Registermarken, welche automatisch ausgelesen werden und zu einer Korrektur der mechanischen Spannung der Folienbahn führen. Hierbei können zum Beispiel optische Registermarken, beispielsweise Doppelkeilmarken, verwendet werden, welche zusätzlich in die Prägezylinder eingebracht sind und beim Prägevorgang mit in die Lackschicht abgeformt werden. Nach dem Durchlauf durch das zweite Prägewerk werden die relativen Positionen der Registermarken beider Prägewerke zueinander ermittelt und der Positionsfehler bestimmt.

[0032] Beispielsweise werden zwei Doppelkeilmarken, eine des ersten Prägewerks und eine des zweiten Prägewerks, mit einer Lichtschranke ausgelesen. Aus den Signalen der Lichtschranke wird der zeitliche Unterschied zwischen der ersten Doppelkeilmarke und der zweiten Doppelkeilmarke bestimmt. Dieser zeitliche Unterschied muss bei allen Registermarken konstant sein, Abweichungen führen zu einem Regeleingriff, beispielsweise eine Anpassung der mechanischen Spannung der Folienbahn.

[0033] 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.

[0034] 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 wider. 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.

[0035] Im Einzelnen zeigen schematisch

Fig. 1

in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Sicherheitselementen,

Fig. 2

in Seitenansicht ein Prägeverfahren nach dem Stand der Technik,

Fig. 3

in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Prägeverfahren.

[0036] Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Herstellung von Sicherheitselementen, die auf einer Vorderseite und einer Rückseite einer Folienbahn angeordnet sind und aus Prägestrukturen in einer Lackschicht mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern bestehen.

[0037] Die Vorrichtung weist zunächst eine Einrichtung 1 zum Bereitstellen einer Folienbahn 2 auf, wobei die Folienbahn 2 eine Vorderseite 2.1 und eine Rückseite 2.2 aufweist. Einrichtung 1 besteht beispielsweise aus einer Spule oder Trommel, auf der die Folienbahn 2 aufgewickelt bereitgestellt wird und von der die Folienbahn 2 durch die Vorrichtung wieder abgewickelt wird. Über Umlenkrollen wird die Folienbahn 2 einer Vorrichtung A zur Oberflächenbehandlung der Rückseite 2.2 der Folienbahn 2 mittels Koronaentladung zugeführt, wobei eine Vorrichtung 3.1 die Koronaentladung erzeugt. Die Bewegungsrichtung der Folienbahn 2 wird durch Pfeile 9 dargestellt.

[0038] Anschließend wird die Folienbahn 2 dem ersten Druckwerk B zugeführt, das eine erste mittels ultravioletter Strahlung härtbare Lackschicht auf die Rückseite 2.2 der Folienbahn 2 aufbringt. Die Folienbahn 2 läuft hierbei in Richtung des Pfeils 9 von unten oder mindestens von schräg unten in das erste Druckwerk B mit dem Druckzylinder 5.1 ein. Bei dem Druckwerk B handelt es sich beispielsweise um ein Flexodruckwerk.

[0039] Anschließend läuft die Folienbahn 2 in ein erstes Prägewerk C, das erste Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die erste Lackschicht prägt. Hierbei läuft die Folienbahn in Richtung des Pfeils 9 von oben oder mindestens von schräg oben in das erste Prägewerk C mit dem Prägezylinder 6.1 und dem Presseur 7.1 ein, wobei die Lackschicht durch ultraviolette Strahlung der Quelle 8.1 für ultraviolette Strahlung gehärtet wird.

[0040] Anschließend läuft die Folienbahn 2 in ein zweites Druckwerk D. Im zweiten Druckwerk D wird zunächst die Oberfläche der Vorderseite 2.1 der Folienbahn 2 mittels Koronaentladung behandelt, wobei eine Vorrichtung 3.2 die Koronaentladung erzeugt. Anschließend bringt ein Druckzylinder 5.2 eine zweite Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Vorderseite 2.1 der Folienbahn 2 auf. Hierbei läuft die Folienbahn 2 in Richtung des Pfeils 9 von oben oder mindestens von schräg oben in das zweite Druckwerk D mit dem Druckzylinder 5.2 ein. Bei dem Druckwerk D handelt es sich beispielsweise um ein Flexodruckwerk.

[0041] Anschließend läuft die Folienbahn 2 in ein zweites Prägewerk E, das zweite Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die zweite Lackschicht prägt. Hierbei läuft die Folienbahn 2 in Richtung des Pfeils 9 von unten oder mindestens von schräg unten in das zweite Prägewerk E mit dem Prägezylinder 6.2 und dem Presseur 7.2 ein, wobei die Lackschicht durch ultraviolette Strahlung der Quelle 8.2 für ultraviolette Strahlung gehärtet wird.

[0042] Anschließend läuft die Folienbahn 2 in ein drittes Druckwerk F, das eine Druckfarbe oder Waschfarbe auf die Vorderseite 2.1 der Folienbahn bzw. auf die zweite Lackschicht aufbringt.

[0043] Über Umlenkrollen wird die Folienbahn 2 einer Vorrichtung G zur Oberflächenbehandlung der Vorderseite 2.1 der Folienbahn 2 bzw. der zweiten Lackschicht mittels Koronaentladung zugeführt, wobei eine Vorrichtung 3.3 die Koronaentladung erzeugt. Abschließend wickelt eine Vorrichtung 10 die Folienbahn 2 wieder auf eine Spule oder Trommel auf.

[0044] Eine optionale Inspektion der Rückseite 2.2 der Folienbahn 2 erfolgt mit den Inspektionsvorrichtungen 4.1 und 4.2, eine Inspektion der Vorderseite 2.1 der Folienbahn 2 erfolgt mit der Inspektionsvorrichtung 4.3. Die Inspektionsvorrichtungen 4.1, 4.2 und 4.3 sind beispielsweise traversierende Kamerasysteme, die die jeweilige Oberfläche der Folienbahn 2 bzw. der entsprechend aufgebrachten Lackschichten optisch überwachen.

[0045] Fig. 2 zeigt in Seitenansicht ein aus dem Stand der Technik bekanntes Prägeverfahren. Auf einer Folienbahn 15 befindet sich eine Lackschicht 16, wobei die Folienbahn in Bewegungsrichtung 9 von schräg unten auf eine Prägevorrichtung zugeführt wird. Die Prägevorrichtung besteht hierbei aus einem Prägezylinder 11, in dessen Oberfläche zu prägende Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern eingebracht sind, einem walzenförmig ausgestalteten Presseur 12, einer Quelle 4 für ultraviolette Strahlung sowie zwei Umlenkwalzen 13. Die Folienbahn 15 wird durch die erste Umlenkwalze 13 derart umgelenkt, dass die Lackschicht 16 mit dem Prägezylinder 11 in Kontakt kommt. Unmittelbar vor bzw. an dieser linienförmigen Kontaktstelle staut sich ein Teil der noch nicht gehärteten Lackschicht 16 auf und bildet dabei den ungleichmäßig geformten Lackkeil 18. Anschließend wird die Folienbahn 15 samt Lackschicht 6 durch den Presseur 12 gegen den Prägezylinder 11 gepresst und die Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die Lackschicht 16 abgeformt. Daraufhin wird die Lackschicht 16 durch elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich der Quelle 14 gehärtet und über eine zweite Umlenkwalze 13 vom Prägezylinder 11 wegeführt und nachfolgenden Bearbeitungsschritten zugeführt.

[0046] Fig. 3 zeigt in Seitenansicht das erfindungsgemäße Prägeverfahren, bei dem im Gegensatz zu dem Prägeverfahren aus Fig. 2 die Folienbahn 15 von schräg oben der Prägevorrichtung zugeführt wird. Die Folienbahn 15 wird durch die erste Umlenkwalze 13 derart umgelenkt, dass die Lackschicht 16 mit dem Prägezylinder 11 in Kontakt kommt. Unmittelbar vor bzw. an dieser linienförmigen Kontaktstelle staut sich ein Teil der noch nicht gehärteten Lackschicht 16 auf und bildet dabei den oben beschriebenen und besonders vorteilhaft gleichmäßig geformten Lackkeil 19. Anschließend wird die Folienbahn 15 samt Lackschicht 16 durch den Presseur 12 gegen den Prägezylinder 11 gepresst und die Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die Lackschicht 16 abgeformt. Daraufhin wird die Lackschicht 16 durch elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich der Quelle 14 gehärtet und über eine zweite Umlenkwalze 13 vom Prägezylinder 11 weggeführt und nachfolgenden Bearbeitungsschritten zugeführt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung von Sicherheitselementen, wobei die Sicherheitselemente auf einer Vorderseite (2.1) und einer Rückseite (2,2) einer Folienbahn (2) angeordnet sind und aus Prägestrukturen in einer Lackschicht mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern bestehen, wobei die Vorrichtung in Beförderungsrichtung der Folienbahn die folgenden Einrichtungen aufweist:

• eine Einrichtung (1) zum Bereitstellen einer Folienbahn,

• ein erstes Druckwerk (B) zum Aufbringen einer ersten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Rückseite (2.2) der Folienbahn, wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten in das erste Druckwerk einläuft,

• ein erstes Prägewerk (C) zum Prägen von ersten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die erste Lackschicht, wobei die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben in das erste Prägewerk einläuft,

• ein zweites Druckwerk (D) zum Aufbringen einer zweiten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Vorderseite (2.1) der Folienbahn, wobei die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben in das zweite Druckwerk einläuft,

• ein zweites Prägewerk (E) zum Prägen von zweiten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die zweite Lackschicht wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten in das zweite Prägewerk einläuft.

2. Vorrichtung zur Herstellung von Sicherheitselementen, wobei die Sicherheitselemente auf einer Vorderseite und einer Rückseite einer Folienbahn angeordnet sind und aus Prägestrukturen in einer Lackschicht mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern bestehen, wobei die Vorrichtung in Beförderungsrichtung der Folienbahn die folgenden Einrichtungen aufweist:

• eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Folienbahn,

• ein erstes Druckwerk zum Aufbringen einer ersten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Rückseite der Folienbahn, wobei die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben in das erste Druckwerk einläuft,

• ein erstes Prägewerk zum Prägen von ersten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die erste Lackschicht, wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten in das erste Prägewerk einläuft,

• ein zweites Druckwerk zum Aufbringen einer zweiten Lackschicht, die mittels ultravioletter Strahlung härtbar ist, auf die Vorderseite der Folienbahn, wobei die Folienbahn von unten oder mindestens von schräg unten in das zweite Druckwerk einläuft,

• ein zweites Prägewerk zum Prägen von zweiten Strukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern in die zweite Lackschicht wobei die Folienbahn von oben oder mindestens von schräg oben in das zweite Prägewerk einläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckwerk, das erste Prägewerk, das zweite Druckwerk und das zweite Prägewerk so angeordnet sind, dass die Prägestrukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikro- oder Nanometern ohne Wendung der Folienbahn in die erste Lackschicht und in die zweite Lackschicht eingebracht werden.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Beförderungsrichtung der Folienbahn vor dem ersten Druckwerk eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung der Rückseite der Folienbahn mittels Koronaentladung angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Beförderungsrichtung der Folienbahn vor dem zweiten Druckwerk eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung der Vorderseite der Folienbahn mittels Koronaentladung angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Beförderungsrichtung der Folienbahn nach dem zweiten Druckwerk eine drittes Druckwerk zum Aufbringen einer Waschfarbe auf die zweite Lackschicht auf der Vorderseite der Folienbahn angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Prägewerk einen ersten Prägezylinder aufweist, auf dessen Oberfläche sich die zu prägenden ersten Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden, und das zweite Prägewerk einen zweiten Prägezylinder aufweist, auf dessen Oberfläche sich die zu prägenden zweiten Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich befinden, wobei der Durchmesser des ersten Prägezylinders und der Durchmesser des zweiten Prägezylinders mindestens nahezu gleich groß sind und der erste und der zweite Prägezylinder mindestens nahezu die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit aufweisen.

Claims

1. Apparatus for producing security elements, wherein the security elements are arranged on a front side (2.1) and on a rear side (2,2) of a film web and consist of embossed structures in a lacquer layer having dimensions in the micrometre and nanometre range, wherein the apparatus comprises the following devices in the direction of transport of the film web:

• a device (1) for providing a film web,

• a first printing mechanism (B) for applying a first lacquer layer that is curable using ultraviolet radiation onto the rear side (2.2) of the film web, wherein the film web enters the first printing mechanism from below or at least obliquely from below,

• a first embossing mechanism (C) for embossing first structures having dimensions in the micrometre or nanometre range into the first lacquer layer, wherein the film web enters the first embossing mechanism from above or at least obliquely from above,

• a second printing mechanism (D) for applying a second lacquer layer that is curable using ultraviolet radiation onto the front side of the film web, wherein the film web enters the second printing mechanism from above or at least obliquely from above,

• a second embossing mechanism (E) for embossing second structures having dimensions in the micrometre or nanometre range into the second lacquer layer, wherein the film web enters the second embossing mechanism from below or at least obliquely from below.

2. Apparatus for producing security elements, wherein the security elements are arranged on a front side and on a rear side of a film web and consist of embossed structures in a lacquer layer having dimensions in the micrometre or nanometre range, wherein the apparatus comprises the following devices in the direction of transport of the film web:

• a device for providing a film web,

• a first printing mechanism for applying a first lacquer layer that is curable using ultraviolet radiation onto the rear side of the film web, wherein the film web enters the first printing mechanism from above or at least obliquely from above,

• a first embossing mechanism for embossing first structures having dimensions in the micrometre or nanometre range into the first lacquer layer, wherein the film web enters the first embossing mechanism from below or at least obliquely from below,

• a second printing mechanism for applying a second lacquer layer that is curable using ultraviolet radiation onto the front side of the film web, wherein the film web enters the second printing mechanism from below or at least obliquely from below,

• a second embossing mechanism for embossing second structures having dimensions in the micrometre or nanometre range into the second lacquer layer, wherein the film web enters the second embossing mechanism from above or at least obliquely from above.

3. Apparatus according to Claim 1 or 2, characterized in that the first printing mechanism, the first embossing mechanism, the second printing mechanism and the second embossing mechanism are arranged such that the embossed structures having dimensions in the micrometre or nanometre range are introduced into the first lacquer layer and into the second lacquer layer without turning the film web around.

4. Apparatus according to at least one of the preceding claims, characterized in that an apparatus for surface treatment of the rear side of the film web using corona discharge is arranged upstream of the first printing mechanism in the direction of transport of the film web.

5. Apparatus according to at least one of the preceding claims, characterized in that an apparatus for surface treatment of the front side of the film web using corona discharge is arranged upstream of the first printing mechanism in the direction of transport of the film web.

6. Apparatus according to at least one of the preceding claims, characterized in that a third printing mechanism for applying a washable ink onto the second lacquer layer on the front side of the film web is arranged downstream of the second printing mechanism in the direction of transport of the film web.

7. Apparatus according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first embossing mechanism comprises a first embossing cylinder, on the surface of which the first structures in the micrometre or nanometre range that are to be embossed are located, and the second embossing mechanism comprises a second embossing cylinder, on the surface of which the second structures in the micrometre or nanometre range that are to be embossed are located, wherein the diameter of the first embossing cylinder and the diameter of the second embossing cylinder are at least almost of the same size and the first and the second embossing cylinder exhibit at least almost the same speed of rotation.

Revendications

1. Système de fabrication d'éléments de sécurité, dans lequel les éléments de sécurité sont disposés sur une face avant (2.1) et une face arrière (2.2) d'une bande de feuille (2) et se composent de structures gaufrées dans une couche de peinture avec des dimensions dans le domaine des micromètres ou des nanomètres, dans lequel le système présente les dispositifs suivants dans la direction de progression de la bande de feuille:

• un dispositif (1) pour fournir une bande de feuille,

• un premier groupe d'impression (B) pour appliquer une première couche de peinture, qui peut être durcie au moyen d'un rayonnement ultraviolet, sur la face arrière (2.2) de la bande de feuille, dans lequel la bande de feuille s'engage dans le premier groupe d'impression par le bas ou au moins en oblique par le bas,

• un premier groupe de gaufrage (C) pour former des premières structures avec des dimensions dans le domaine des micromètres ou des nanomètres dans la première couche de peinture, dans lequel la bande de feuille s'engage dans le premier groupe de gaufrage par le haut ou au moins en oblique par le haut,

• un deuxième groupe d'impression (D) pour appliquer une seconde couche de peinture, qui peut être durcie au moyen d'un rayonnement ultraviolet, sur la face avant (2.1) de la bande de feuille, dans lequel la bande de feuille s'engage dans le deuxième groupe d'impression par le haut ou au moins en oblique par le haut,

• un second groupe de gaufrage (E) pour former des secondes structures avec des dimensions dans le domaine des micromètres ou des nanomètres dans la seconde couche de peinture, dans lequel la bande de feuille s'engage dans le second groupe de gaufrage par le bas ou au moins en oblique par le bas.

2. Système de fabrication d'éléments de sécurité, dans lequel les éléments de sécurité sont disposés sur une face avant et une face arrière d'une bande de feuille et se composent de structures gaufrées dans une couche de peinture avec des dimensions dans le domaine des micromètres ou des nanomètres, dans lequel le système présente les dispositifs suivants dans la direction de progression de la bande de feuille:

• un dispositif pour fournir une bande de feuille,

• un premier groupe d'impression pour appliquer une première couche de peinture, qui peut être durcie au moyen d'un rayonnement ultraviolet, sur la face arrière de la bande de feuille, dans lequel la bande de feuille s'engage dans le premier groupe d'impression par le haut ou au moins en oblique par le haut,

• un premier groupe de gaufrage pour former des premières structures avec des dimensions dans le domaine des micromètres ou des nanomètres dans la première couche de peinture, dans lequel la bande de feuille s'engage dans le premier groupe de gaufrage par le bas ou au moins en oblique par le bas,

• un deuxième groupe d'impression pour appliquer une seconde couche de peinture, qui peut être durcie au moyen d'un rayonnement ultraviolet, sur la face avant de la bande de feuille, dans lequel la bande de feuille s'engage dans le deuxième groupe d'impression par le bas ou au moins en oblique par le bas,

• un second groupe de gaufrage pour former des secondes structures avec des dimensions dans le domaine des micromètres ou des nanomètres dans la seconde couche de peinture, dans lequel la bande de feuille s'engage dans le second groupe de gaufrage par le haut ou au moins en oblique par le haut.

3. Système selon une revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier groupe d'impression, le premier groupe de gaufrage, le deuxième groupe d'impression et le second groupe de gaufrage sont disposés de telle manière que les structures gaufrées avec des dimensions dans le domaine des micromètres ou des nanomètres soient formées dans la première couche de peinture et dans la seconde couche de peinture sans retournement de la bande de feuille.

4. Système selon au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif pour le traitement de surface de la face arrière de la bande de feuille au moyen d'une décharge corona est disposé avant le premier groupe d'impression dans la direction de progression de la bande de feuille.

5. Système selon au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif pour le traitement de surface de la face avant de la bande de feuille au moyen d'une décharge corona est disposé avant le deuxième groupe d'impression dans la direction de progression de la bande de feuille.

6. Système selon au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un troisième groupe d'impression pour appliquer une encre lavable sur la seconde couche de peinture sur la face avant de la bande de feuille est disposé après le deuxième groupe d'impression dans la direction de progression de la bande de feuille.

7. Système selon au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe de gaufrage présente un premier cylindre de gaufrage, sur la surface duquel se trouvent les premières structures à former dans le domaine des micromètres ou des nanomètres, et le second groupe de gaufrage présente un second cylindre de gaufrage, sur la surface duquel se trouvent les secondes structures à former dans le domaine des micromètres ou des nanomètres, dans lequel le diamètre du premier cylindre de gaufrage et le diamètre du second cylindre de gaufrage sont au moins approximativement égaux et le premier et le second cylindres de gaufrage présentent au moins approximativement la même vitesse de rotation.

Zeichnung