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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum parallelen
Aufbringen von auf zwei oder mehr streifenförmigen Endlosfolien
vorliegenden Sicherheitselementen auf eine Substratbahn.
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Sicherheits-
oder Wertdokumente, wie etwa Banknoten, Ausweiskarten aus Papier
und/oder Kunststoff, Urkunden, Kreditkarten und dergleichen, werden
zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen ausgestattet, die eine Überprüfung
der Echtheit der Dokumente gestatten und die zugleich als Schutz vor
unerlaubter Reproduktion dienen.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Substrats mit
Sicherheitselementen für Sicherheitsdokumente sind in der
Druckschrift
EP 1 273
705 A1 beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren werden
die Sicherheitselemente als Endlosfolie mit vorgegebener Breite
hergestellt, diese Endlosfolie wird an das Substrat herangeführt
und erst kurz vor dem Zusammenführen von Substrat und Endlosfolie
in die einzelnen Sicherheitselemente aufgeteilt.
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Die
aufzubringenden Sicherheitselemente liegen oft auf einem Folienträger
vor und werden zusammen mit diesem mithilfe eines Heißsiegelklebers auf
ein gewünschtes Substrat, beispielsweise eine Papierbahn,
appliziert. Der Folienträger kann dabei Teil des fertigen
Sicherheitselements werden, wie etwa bei metallisierten Hologrammstreifen
oder Abdeckfolien, oder er kann nach dem Applizieren abgezogen werden,
so dass nur die Sicherheitselemente auf dem Zielsubstrat verbleiben.
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Beim
Applizieren von Sicherheitselementen mithilfe von Heißsiegelklebern
wird allgemein mindestens eines der zu verbindenden Substrate mit
einer Polymerlösung auf Lösungsmittelbasis oder
einer wässrigen Lösung oder Dispersion eines Polymers beschichtet.
Nach physikalischer Trocknung, die bevorzugt bei erhöhter
Temperatur, insbesondere bei etwa 60°C bis 90°C
stattfindet, liegt eine siegelfähige Masse vor, die bei
Einwirkung von Druck und erhöhter Temperatur, beispielsweise
bei einer Temperatur von etwa 100°C bis 160°C,
als Klebstoff wirkt.
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Davon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein
gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das die Applikation
von Sicherheitselementen auf eine Substratbahn mit ausgezeichneter
Beständigkeit ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der
Erfindung umfasst ein Verfahren zum parallelen Aufbringen von auf
zwei oder mehr streifenförmigen Endlosfolien vorliegenden
Sicherheitselementen auf eine Substratbahn die Verfahrensschritte:
- – Bereitstellen einer Substratbahn
und von zwei oder mehr streifenförmigen Endlosfolien mit
aufzubringenden Sicherheitselementen,
- – Beschichten der streifenförmigen Endlosfolien mit
mindestens einer strahlungsvernetzbaren Schicht, die mindestens
eine strahlungsvernetzbare Komponente enthält, und mit
einer Kleberschicht,
- – Zusammenführen der beschichteten Endlosfolien
mit der Substratbahn in Bewegung entlang der endlosen Längsrichtung
der Substratbahn und der Endlosfolien, und
- – UV-Bestrahlen der Sicherheitselemente der Endlosfolien
auf der Substratbahn mit langgestreckten UV-Strahlern, die mit ihren
Längsachsen parallel zur Bewegungsrichtung der Substratbahn
ausgerichtet sind, wobei in Überlappung mit jeder streifenförmigen
Endlosfolie zumindest ein UV-Strahler angeordnet ist, um die strahlungsvernetzbare
Komponente der mindestens einen strahlungsvernetzbaren Schicht zu
vernetzen.
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Dabei
können die Sicherheitselemente der Endlosfolien auf der
Substratbahn insbesondere sowohl durch parallel nebeneinander angeordnete UV-Strahler
als auch durch gegeneinander versetzt angeordnete UV-Strahler bestrahlt
werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung bildet die mindestens eine strahlungsvernetzbare
Schicht die Kleberschicht. Die Kleberschicht enthält bei
dieser Ausgestaltung daher mindestens eine strahlungsvernetzbare
Komponente. Die mindestens eine strahlungsvernetzbare Schicht kann
alternativ oder zusätzlich auch eine Primerschicht, eine
Farbschicht, eine Schutzlackschicht, gegebenenfalls eine weitere Kleberschicht,
oder eine Kombination davon sein. Um ein Zusammenführen
der beschichteten Endlosfolien mit der Substratbahn zu gewährleisten,
liegt die strahlungsvernetzbare Schicht dabei mit Vorteil ausreichend
fest oder physikalisch getrocknet vor.
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Die
Beschichtung der Endlosfolien erfolgt vorzugsweise mit einer wärmeaktivierbaren
Kleberschicht, insbesondere einem Heißsiegelkleber. Die be schichteten
Endlosfolien werden dann auf einer Temperierwalze mit der Substratbahn
zusammengeführt, um die Kleberschicht zu aktivieren. Die
Temperatur der Temperierwalze wird bevorzugt im Bereich von 100°C
bis 160°C, beispielsweise bei etwa 120°C gewählt
und zweckmäßig durch einen Kühlkreislauf im
Wesentlichen konstant gehalten.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Sicherheitselemente
der Endlosfolien durch über der Temperierwalze angeordnete
UV-Strahler bestrahlt. In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften
Ausgestaltung wird die Substratbahn mit den Sicherheitselementen
von der Temperierwalze zu einer separaten Heiz-/Kühlwalze
geführt und die Sicherheitselemente werden durch über
der Heiz-/Kühlwalze angeordnete UV-Strahler bestrahlt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Substratbahn mit
den Sicherheitselementen von der Temperierwalze zu einer Kühlplatte
geführt und die Sicherheitselemente werden durch über
der Kühlplatte angeordnete UV-Strahler bestrahlt.
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Die
Substratbahn kann durch eine Papierbahn, eine Kunststoffbahn oder
eine Kombination daraus gebildet werden. Als Material für
die Substratbahn kommt daher jede Art von Papier in Betracht, insbesondere
Baumwoll-Velinpapier. Selbstverständlich kann auch Papier
eingesetzt werden, welches einen Anteil x polymeren Materials im
Bereich von 0 < x < 100 Gew.-% enthält.
Weiterhin kann als Material für die Substratbahn auch eine
Kunststofffolie eingesetzt werden. Zweckmäßig
kann es auch sein, wenn das Material für die Substratbahn
ein mehrschichtiger Verbund ist, der wenigstens eine Schicht aus
Papier oder einem papierartigen Material aufweist. Ein solcher Verbund
zeichnet sich durch eine außerordentlich große
Stabilität aus, was für die Haltbarkeit eines
damit hergestellten Sicherheits- oder Wertdokuments von großem
Vorteil ist. Denkbar ist aber auch, als Material für die Substratbahn
ein mehrschichtiges, papierfreies Kompositmaterial einzusetzen.
Auch wenn derartige Materialien gegenwärtig nicht bevorzugt
sind, so können sie in bestimmten Klimaregionen der Erde
mit Vorteil zur Herstellung von Sicherheits- oder Wertdokumenten
eingesetzt werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Befeuchtung
der Papierbahn vorgesehen, durch die insbesondere die Gefahr der
Austrocknung der Papierbahn durch die UV-Strahler vermieden oder
reduziert werden kann. Die Befeuchtung kann grundsätzlich
an jeder Stelle im Verfahrensablauf erfolgen, bevorzugt wird die
Papierbahn jedoch nach dem Zusammenführen mit den Endlosfolien
und vor der UV-Bestrahlung befeuchtet. Die Befeuchtung kann auch
zur Erzeugung zusätzlicher Effekte, insbesondere sogenannter „Tamper
Evident Effekte” genutzt werden, wie weiter unten genauer erläutert.
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Um
die Wärmebelastung der Substratbahn und insbesondere einer
Papierbahn beim Aufbringen der Endlosfolien zu reduzieren, können
die Endlosfolien vor dem Zusammenführen mit der Substratbahn vorgeheizt
werden. Eine solche Vorheizung findet zweckmäßig
unmittelbar vor dem Zusammenführen in einer Vorheizeinrichtung
statt, beispielsweise unter Einsatz heißer Luft oder von
Infrarotstrahlung.
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Je
nach gewünschter Gestaltung der fertigen Sicherheitselemente
können die Folienträger der Endlosfolien nach
dem Zusammenführen mit der Substratbahn im Schichtverbund
verbleiben oder sie können abgezogen werden, so dass nur
die Sicherheitselemente auf der Substratbahn verbleiben. Besonders
bevorzugt ist in diesem Fall, die Folienträger bereits
vor der UV-Bestrahlung abzuziehen, da die Folienträger
dann zur Nachvernetzung der strahlungsvernetzbaren Schicht(en) und/oder
gegebenenfalls der Kleberschicht nicht durchstrahlt werden müssen.
In manchen Fällen, etwa bei der weiter unten beschriebenen
Rückfeuchtung der Papierbahn, kann es sich allerdings auch
anbieten, die Folienträger erst nach der UV-Bestrahlung
abzuziehen.
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Die
UV-Bestrahlung kann von der Seite der aufgebrachten Sicherheitselemente
her erfolgen, oder auch von der den aufgebrachten Sicherheitselementen
gegenüberliegenden Seite der Substratbahn her. Letzteres
kann sich insbesondere dann anbieten, wenn die UV-Transmission der
aufgebrachten Sicherheitselemente gering ist.
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Die
Erfindung enthält auch eine Vorrichtung zum parallelen
Aufbringen von auf zwei oder mehr streifenförmigen Endlosfolien
vorliegenden Sicherheitselementen auf eine Substratbahn, mit
- – Mitteln zum Beschichten der streifenförmigen Endlosfolien
mit mindestens einer strahlungsvernetzbaren Schicht, die mindestens
eine strahlungsvernetzbare Komponente enthält, und mit
einer Kleberschicht,
- – Mitteln zum Zusammenführen der beschichteten Endlosfolien
mit der Substratbahn in Bewegung entlang der endlosen Längsrichtung
der Substratbahn und der Endlosfolien und
- – einer Mehrzahl langgestreckter UV-Strahler zum UV-Bestrahlen
der Sicherheitselemente der Endlosfolien, die mit ihren Längsachsen
parallel zur Bewegungsrichtung der Substratbahn ausgerichtet sind,
wobei in Überlappung mit jeder streifenförmigen
Endlosfolie zumindest ein UV-Strahler angeordnet ist.
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Als
UV-Strahler werden bevorzugt Quecksilberdampf-Strahler oder Metallhalogenid-Strahler, insbesondere
Eisen-Strahler eingesetzt, wobei das Strahlungsspektrum natürlich
insbesondere nach den Transmissionseigenschaften der zu durchstrahlenden
Schichten gewählt wird. Die UV-Strahler sind vorzugsweise
mit einem stark fokussierenden Reflektor, insbesondere einem elliptischen
Reflektor ausgestattet.
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Um
die Strahlungs- und Wärmebelastung der Substratbahn gering
zu halten, können die UV-Strahler mit Mitteln zur Strahlungsfilterung
ausgestattet sein, die für die Vernetzung nicht notwendige
Teile der UV-Strahlung herausfiltern. Beispielsweise kann bei UV-Bestrahlung
durch eine als Papierbahn ausgestaltete Substratbahn hindurch der
kurzwellige Strahlungsanteil von etwa 180 nm bis etwa 350 nm herausgefiltert
werden, da er im Papier fast vollständig absorbiert wird
und damit nicht zur Vernetzung der strahlungsvernetzbaren Schicht
beiträgt, sondern nur die Belastung des Papiers und dessen Inhaltsstoffe
erhöht. Für die Strahlungsfilterung kommen beispielsweise
durchstrahlte Flüssigkeiten mit geeigneten lichtstabilen
absorbierenden Farbstoffen oder Pigmenten, dotierte Quarz- oder
Glasscheiben oder auch eine entsprechende Auslegung der Quarzkolben
der UV-Strahler selbst infrage.
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Weitere
Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden
nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung
auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet
wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum parallelen
Aufbringen von auf zwei oder mehr streifenförmigen Endlosfolien
vorliegenden Sicherheitselementen auf eine Substratbahn,
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2 eine
Teilaufsicht auf die Vorrichtung von 1 mit Substratbahn
und Endlosfolien von schräg oben,
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3 eine
Ansicht wie 2 für ein anderes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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4 eine
weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der
der Heißsiegelvorgang von dem durch die UV-Strahlung aktivierten
Vernetzungsvorgang räumlich getrennt ist.
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Die 1 und 2 zeigen
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum
parallelen Aufbringen von auf zwei oder mehr streifenförmigen
Endlosfolien 12 vorliegenden Sicherheitselementen auf eine
Substratbahn 14, im Ausführungsbeispiel eine Papierbahn,
wobei 1 einen Querschnitt und 2 eine Teilaufsicht
auf die Vorrichtung mit Substratbahn und Endlosfolien von schräg
oben darstellt.
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Die
auf den Endlosfolien vorliegenden Sicherheitselemente können
dabei selbst endlos sein und beispielsweise in Form metallisierter
Hologrammstreifen oder Abdeckfolien ausgebildet sein. In anderen
Ausgestaltungen stellen die Sicherheitselemente nicht-endlose Sicherheitselemente,
wie etwa Hologrammpatches oder andere Transferelemente beliebiger
Form dar.
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In
manchen Ausgestaltungen wird der Folienträger der Endlosfolie
nach dem Aufbringen der Sicherheitselemente abgezogen, so dass im
fertigen Schichtverbund nur die Sicherheitselemente auf der Substratbahn
vorliegen. Besonders vorteilhaft kann die Erfindung bei der Applikation
von metallisierten Hologrammstreifen, wie etwa sogenannter LEAD(Longlasting
Economical Anticopy Device)-Streifen eingesetzt werden, die eine
durchgehende Öffnung in der Substratbahn abdecken. Eine typische
Anwendung ist etwa die Abdeckung einer durchgehenden Öffnung
in einer Banknote durch einen Hologramm-LEAD-Streifen.
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Um
die Endlosfolien 12 auf die Papierbahn 14 zu applizieren,
werden sie zunächst in einem in den Figuren nicht dargestellten
Arbeitsschritt mit einem Heißsiegelklebstoff beschichtet,
der zumindest eine strahlungsvernetzbare Komponente enthält.
Bei Zimmertemperatur ist der Heißsiegelklebstoff tackfrei und
nicht blockend.
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Daneben
können die Endlosfolien 12 in ebenfalls nicht
dargestellten Arbeitsschritten vor der Beschichtung mit dem Heißsiegelklebstoff
optional mit einer oder mehreren weiteren strahlungsvernetzbaren
Schichten, beispielsweise Primerschichten, Schutzlackschichten,
Farbschichten oder sonstigen strahlungsvernetzbaren Schichten beschichtet
werden, die mindestens eine strahlungsvernetzbare Komponente enthalten
und bei Zimmertemperatur ausreichend fest oder physikalisch getrocknet
sind.
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Um
die Verklebung zwischen Endlosfolien 12 und Papierbahn 14 zu
gewährleisten, enthält die Vorrichtung 10 eine
Temperierwalze 20, auf der die Papierbahn 14 und
die streifenförmigen Endlosfolien 12 zur Aktivierung
des Heißsiegelklebstoffs mithilfe einer Anpresswalze 22 unter
Druck und Temperatur zusammengeführt werden. Für
die Verklebung muss der Heißsie gelklebstoff aufschmelzen
oder zumindest klebrig/weich werden, was üblicherweise
bei Temperaturen oberhalb von 100°C erreicht wird. Beispielsweise
kann die Temperierwalze 20 bei einer Temperatur von 120°C
betrieben werden.
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Über
der Temperierwalze 20 sind weiter eine Mehrzahl langgestreckter
UV-Strahler 24 zum UV-Bestrahlen der Endlosfolien 12 angeordnet.
Wie am besten in 2 zu erkennen, sind die UV-Strahler 24 mit
ihren Längsachsen 26 parallel zur Bewegungsrichtung 28 der
Papierbahn ausgerichtet. In Überlappung mit jeder streifenförmigen
Endlosfolie 12 ist zumindest ein UV-Strahler 24 angeordnet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei UV-Strahler 24 über
jeder der streifenförmigen Endlosfolien 12 in Längsrichtung
angeordnet.
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Durch
den Einsatz kurzer, hintereinander angeordneter und mit ihrer Längsachse 26 parallel
zur Bewegungsrichtung 28 ausgerichteter Strahler 24 kann
zum einen die Fokussierung der Strahler erhalten werden. Gleichzeitig
wird durch den, verglichen mit einer Querstellung der Strahler 24,
bei gleichem Reaktionsgrad geringeren Wärmeeintrag eine
effektive Temperaturkontrolle der Temperierwalze 20 und der
Papierbahn 14 ermöglicht.
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Die
bessere Ausnutzung der UV-Strahlung durch die Längsstellung
wird anhand einer vereinfachten Betrachtung verständlich:
Weist ein UV-Strahler beispielsweise eine Länge von 150
mm und eine Fokuszone von 15 mm auf, so durchlauft eine Papierbahn 14 mit
den Endlosfolien 12 bei Querstellung des Strahlers im Wesentlichen
nur den 15 mm langen Fokusbereich. Beim Einsatz einer Mehrzahl paralleler,
längsgestellter UV-Strahler läuft die Papierbahn
mit den Endlosfolien dagegen entlang der gesamten Länge
des UV-Strahlers im 15 mm breiten Fokusbereich, so dass eine gleichmäßig
bestrahl te Fokuszone von 150 mm Länge durchlaufen wird.
Die Bahngeschwindigkeit kann nach dieser einfachen Abschätzung
bei Längsstellung somit um einen Faktor F = 150 mm/15 mm
= 10 erhöht werden.
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Durch
die Vernetzung der strahlungsvernetzbaren Komponente des Heißsiegelklebstoffs
wird eine besonders hohe Beständigkeit (chemische Beständigkeit,
Waschmaschinenbeständigkeit, Umlaufstabilität)
der Klebeverbindung von Endlosfolie bzw. den Sicherheitselementen
und der Papierbahn erreicht. Bei guter Nachvernetzung ergeben sich
insbesondere ausgezeichnete Beständigkeiten gegen Waschmittel
und Heißwasser, die die Beständigkeiten herkömmlicher
Heißsiegelklebstoffe deutlich übertreffen. Gleichzeitig
können durch die Längsstellung der UV-Strahler
bei der UV-Bestrahlung die im Wertpapierdruck geforderten hohen
Produktionsgeschwindigkeiten erreicht werden.
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Eine
konstante Temperatur der Temperierwalze 20 kann beispielsweise
durch ein flüssiges Medium, wie etwa Wasser oder Thermoöl,
erreicht werden, das im Kreislauf gepumpt wird. Die Leistungsfähigkeit
der Kühl- und Heizaggregate ist dabei so auszulegen, dass
unabhängig vom Betriebszustand der Strahler 24 die
gewünschte Walzentemperatur eingestellt werden kann.
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Die
längsgestellten UV-Strahler 24 können, wie
in 2 gezeigt, parallel und nebeneinander angeordnet
sein. Sollen viele Spuren mit streifenförmigen Endlosfolien 12 auf
engem Raum auf die Papierbahn 14 aufgebracht werden, so
bietet sich eine gegeneinander versetzte Anordnung der UV-Strahler 24 an,
wie in 3 gezeigt. Selbstverständlich können
auch bei einer gegeneinander versetzten Anordnung mehrere UV-Strahler 24 pro
Endlosfolie 12 vorgesehen sein.
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Der
durch Druck und Temperatur aktivierte Klebevorgang kann von dem
durch die UV-Strahlung aktivierten Vernetzungsvorgang auch räumlich
getrennt werden, wie anhand der Schnittansicht der Vorrichtung 40 der 4 dargestellt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel werden die mit einem nachvernetzbaren
Heißsiegelkleber und optional weiteren strahlungsvernetzbaren
Schichten beschichteten Endlosfolien 12 und die Papierbahn 14 zunächst
auf einer Temperierwalze 20 mithilfe einer Anpresswalze 22 unter
Druck und Temperatur zusammengeführt und der Heißsiegelkleber
dadurch aktiviert. Von dort wird die Papierbahn 14 mit
den aufgebrachten Endlosfolien 12 dann zu einer separaten Heiz-/Kühlwalze 30 geführt, über
der die längsgestellten UV-Strahler 24 angeordnet
sind. Die Anordnung der UV-Strahler 24 kann auch hier nebeneinander
oder gegeneinander versetzt sein, wie oben beschrieben.
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Bei
getrennten Walzen 20, 30 kann die Temperatur der
zweiten Walze, der Heiz-/Kühlwalze 30, unabhängig
von der Temperatur der ersten Walze, der Temperierwalze 20,
gewählt werden und beispielsweise 80°C betragen.
Obwohl diese Temperatur deutlich über der Zimmertemperatur
liegt, wirkt eine solche Walze 30 im Bereich der längsgestellten UV-Strahler 24 als
Kühlwalze. Um von Anfang an eine reproduzierbare Vernetzung
zu erhalten, kann die Heiz-/Kühlwalze 30 zweckmäßig
sowohl geheizt als auch gekühlt werden.
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Um
die Gefahr der Austrocknung der Papierbahn 14 durch die
UV-Strahler 24 zu reduzieren, kann die Papierbahn 14 von
der Gegenseite durch eine optionale Befeuchtungseinrichtung 32 befeuchtet
werden. Verursacht werden kann eine derartige Austrocknung durch
die von den UV-Strahlern 24 oder von aufgeheizten Sekundärstrahlern,
wie etwa Quarzscheiben, Gehäuseteilen oder dergleichen, ausgesandte
Infrarotstrahlung, oder durch die von den UV-Strahlern 24 aufgeheizte
Kühlluft.
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Die
Befeuchtung der Papierbahn 14 kann dabei grundsätzlich
in jeder Position der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erfolgen, vorzugsweise zwischen dem Zusammenführen mit
den Endlosfolien auf der Temperierwalze 20 und der UV-Bestrahlung.
Durch die Verdunstungskälte des Wassers wird eine vorteilhafte
Kühlwirkung erzeugt, so dass gegebenenfalls auf eine Kühlwalze
oder eine Kühlplatte verzichtet werden kann.
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Eine
Befeuchtung zwischen Siegelvorgang und UV-Bestrahlung kann auch
Vorteile bei der Bestrahlung von der Papierbahnrückseite,
also der den aufgebrachten Sicherheitselementen gegenüberliegenden
Seite der Papierbahn haben. Da feuchtes Papier eine höhere
UV-Transmission aufweist als trockenes Papier, wird die zum Aushärten
notwendige UV-Intensität verringert. Wird die Feuchtigkeit
in Form eines Motivs aufgetragen, so kann durch die unterschiedliche
UV-Transmission des Papiers und den resultierenden unterschiedlichen
Vernetzungsgrad der Kleberschicht ein sogenannter „Tamper
Evident Effekt” erzeugt werden, bei dem eine Manipulation
oder Entfernung des aufgebrachten Sicherheitselements zu einer nachweisbaren
oder einer sichtbaren Veränderung des Sicherheitselements
führt.
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Eine
weitere Möglichkeit, die Wärmebelastung der Papierbahn 14 bei
der Applikation der Endlosfolien 12 zu reduzieren, besteht
darin, die Endlosfolien 12 bereits vorgeheizt auf die Papierbahn 14 aufzubringen.
Diese optionale Vorheizung findet dabei zweckmäßig
unmittelbar vor dem Zusammenführen mit der Papierbahn 14 in
einer Vorheizeinrichtung 34, beispielsweise unter Einsatz
heißer Luft oder von Infrarotstrahlung statt. Absorbieren
die verwendeten Heißsiegelkleber in dem Wellenlängenbereich
der zum Vorheizen eingesetzten IR-Strahler nicht ausreichend, können
beispielsweise Pigmente zugesetzt werden, die im sichtbaren Spektralbereich
weitgehend transparent sind und durch ihre IR-Absorption bei Bestrahlung
zu einer deutlichen Temperaturerhöhung führen.
Ein Beispiel eines derartigen Pigments stellt das auf Basis einer
speziellen Antimon-Zinn-Kombination gebildete Minatec 230 A-IR der
Firma Merck dar.
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Anstelle
der in den Figuren gezeigten Heiz-/Kühlwalze 30 kann
auch eine Kühlplatte verwendet und die UV-Strahler können über
der Kühlplatte angeordnet werden. Die üblicherweise
ebenen Kühlplatten können auch gebogen ausgebildet
werden, so dass der Kontakt der Platte mit der Papierbahn 14 verbessert
wird und auch längere Strahler 24 ohne Verlust
der Fokussierung in Längsrichtung angeordnet werden können.
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Bei
geeigneter Auslegung der Reflektorgeometrie der UV-Strahler kann
die Position des Brennpunkts entlang der Länge der Strahler
auch so variiert werden, dass eine „Defokussierung” durch
eine gekrümmte, zu bestrahlende Oberfläche einer
Kühlplatte oder einer Heiz-/Kühlwalze kompensiert
wird. Die UV-Strahler können, allerdings bei höherem
apparativem Aufwand, zu diesem Zweck auch selbst gekrümmt
ausgebildet sein und so der gekrümmten Oberfläche
einer Kühlplatte oder einer Heiz-/Kühlwalze folgen.
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Der
Reflektor der UV-Strahler 24 ist typischerweise aus einem
dichroitisch beschichteten Glas oder dichroitisch beschichteten
Aluminium gebildet. Dabei kann es, auch wenn ein einheitlicher Fokusabstand
gewünscht ist, zweckmäßig sein, den Reflektor
segmentweise aufzubauen, um die Konstruktion zu vereinfachen. Während
im Rahmen der Erfindung alle Arten von Reflektoren zum Einsatz kommen
können, sind gegenwärtig stark fo kussierende Reflektoren,
insbesondere elliptische Reflektoren bevorzugt. Elliptische Reflektoren
eignen sich auch für UV-Strahler, die zur Verwendung mit
gekrümmten Oberflächen einen variablen Fokuspunkt aufweisen.
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Als
UV-Strahler kommen alle gängigen UV-Strahler, insbesondere
Quecksilberdampf-Strahler oder Metallhalogenid-Strahler infrage.
Das Strahlungsspektrum richtet sich dabei nach dem zu durchstrahlenden
Aufbau, wobei beispielsweise für die Durchstrahlung von
Polyesterfolie besonders der langwellige UV-Bereich um 365 nm wichtig
ist und für diesen Zweck daher Eisen-Strahler bevorzugt
werden. Alternativ können auch Strahler mit undotiertem Quecksilber
oder Strahler mit Gallium-Dotierung verwendet werden, beispielsweise
wenn die Trägerfolie der Sicherheitselemente vor dem UV-Härten
abgezogen wird und daher der Wellenlängenbereich um 300 nm
im Vordergrund steht. Grundsätzlich können auch UV-Strahler
mit UV-LEDs oder Excimer-Laser eingesetzt werden, auch wenn deren
Verwendung gegenwärtig nicht bevorzugt ist.
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Der
Folienträger der Endlosfolien 12 kann nach dem
Zusammenführen mit der Papierbahn 14 abgezogen
werden, so dass nur die Sicherheitselemente auf der Papierbahn verbleiben.
Das Abziehen kann dabei grundsätzlich vor oder nach der
UV-Bestrahlung erfolgen, wobei für eine optimale Vernetzung
ein Abziehen des Folienträgers noch vor der UV-Bestrahlung
vorteilhaft ist. Ist die Haftung vor der Vernetzung nicht ausreichend,
so kann die Vernetzung gestartet, dann der Folienträger
abgezogen und anschließend fertig vernetzt werden. Soll
eine Austrocknung der Papierbahn durch die UV-Bestrahlung durch
eine Rückfeuchtung ausgeglichen werden, so bietet es sich
an, den Folienträger erst nach der Rückfeuchtung
abzuziehen, da dann das überschüssige Wasser zusammen
mit dem Träger entfernt werden kann.
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In
den Figuren ist eine UV-Bestrahlung von der Seite der aufgebrachten
Sicherheitselemente her illustriert. Die Bestrahlung kann jedoch
auch von der den aufgebrachten Sicherheitselementen gegenüberliegenden
Seite der Papierbahn her erfolgen. Dies ist insbesondere in Fällen
vorteilhaft, in denen die UV-Transmission der aufgebrachten Elemente
durch eine Kombination pigmentierter Beschichtungen und Metallisierungen
sehr gering ist.
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Insbesondere
bei Bestrahlung von der Papierseite her wird eine erhebliche Wärme-
und Strahlungsdosis auf die Papierbahn einwirken, die eine Gefahr
der Schädigung von Farbstoffen, Pigmenten, Melierfasern
und anderer Papierbestandteile mit sich bringt. Um mögliche
Schädigungen zu vermeiden oder zu reduzieren, kann die
Wärmeeinwirkung zusätzlich zum Einsatz dichroitischer
Reflektoren beispielsweise durch Durchstrahlen einer mit Wasser gekühlten
Scheibe weiter verringert werden.
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Bei
Durchstrahlung von Papier wird der kurzwellige UV-Anteil bis etwa
350 nm im Papier absorbiert und steht daher für die Vernetzung
der strahlungsvernetzbaren Komponente der Kleberschicht sowie gegebenenfalls
weiterer strahlungsvernetzbarer Schichten ohnehin nicht zur Verfügung.
Um die Belastung des Papiers und ein- oder aufgebrachter Merkmalsstoffe
gering zu halten und eine mögliche Austrocknung oder Schädigungen
zu vermeiden, bietet es sich daher an, den Strahlungsanteil im Bereich von
etwa 180 nm bis etwa 350 nm bereits vor der UV-Beaufschlagung des
Papiers herauszufiltern. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Gestaltung
der Quarzkolben selbst oder durch vorgeschaltete, geeignet dotierte
Quarz- oder Glasscheiben erreicht werden. Die Strahlungsfilterung
kann auch durch eine durchstrahlte Flüssigkeit erfolgen, die
geeignete lichtstabile Farbstoffe oder Pigmente enthält.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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