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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitspapiers, bei dem ein Substrat in einem Applikationsschritt in einem Kontaktbereich bei erhöhter Temperatur mit einem Applikationselement in Kontakt gebracht und verbunden wird um einen Substrat-Applikationselement-Verbund zu bilden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Wertdokumente, wie beispielsweise Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gutscheine, Schecks, hochwertige Eintrittskarten, aber auch andere fälschungsgefährdete Papiere, wie Passe oder sonstige Ausweisdokumente, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen ausgestattet, die eine Überprüfung der Echtheit des Wertdokuments gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen.
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Die Sicherheitselemente werden dabei oft in Form von Applikationselementen auf ein geeignetes Substrat auf- oder eingebracht. Der entstehende Verbund wird im Rahmen dieser Beschreibung als Sicherheitspapier bezeichnet, auch wenn es sich bei dem Substrat nicht nur um ein Papiersubstrat sondern beispielsweise auch um ein Verbundsubstrat, beispielsweise mit einer Schichtenfolge Folie/Papier/Folie oder Papier/Folie/Papier, handeln kann.
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Bei der Herstellung solcher Sicherheitspapiere hat es sich in der Praxis gezeigt, dass ein Verbund aus einem Substrat und einem Applikationselement, der unter Wärmeeinfluss zusammengefügt wird, nach dem Abkühlen oft Verformungen aufweist. Die Verformungen können dabei unmittelbar nach dem Abkühlen noch nicht oder nur relativ schwach ausgeprägt sein und erst in später Verarbeitungs- und Druckprozessen deutlich und verstärkt hervortreten. In jedem Fall erschweren sie die weitere Verarbeitung des Verbunds, beispielsweise bei der Bogenvereinzelung, dem Schneiden der Einzelnutzen oder der maschinellen Kontrolle.
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Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Substrat-Applikationselement-Verbunds mit verbesserter Planlage vor und nach einer Weiterverarbeitung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren das Substrat oder der Verbund mittels eines Formelements in dem Kontaktbereich mechanisch lokal vorgeformt, um eine durch den Applikationsschritt induzierte Verformung des Verbunds auszugleichen. Die Wendung, dass die Verformung durch den Applikationsschritt induziert ist, bedeutet dabei insbesondere, dass die Verformung ursächlich auf das im Applikationsschritt vorgenommene In-Kontakt-Bringen und Verbinden von Substrat und Applikationselement zurückgeht, auch wenn sie sich erst in einem späteren Verfahrensschritt manifestieren sollte.
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In vielen Fällen entsteht die durch den Applikationsschritt induzierte Verformung unmittelbar beim Abkühlen des Substrat-Applikationselement-Verbunds. In anderen Fällen entsteht bei Abkühlen zunächst nur eine geringe Verformung, die sich aber in Folgeprozessen, wie etwa weiteren Verarbeitungs- oder Druckprozessen verstärkt. Es ist auch möglich, dass durch den Applikationsschritt zunächst nur eine Bahnspannung in dem Substrat-Applikationselement-Verbund erzeugt wird, die sich nicht unmittelbar, sondern erst in einem Folgeprozess als Verformung manifestiert. Die Verformung geht auch in diesem Fall ursächlich auf den Applikationsschritt zurück und ist daher durch den Applikationsschritt induziert.
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Durch die mechanische lokale Vorformung erhält das Substrat beispielsweise eine Vorverformung, die einen annährend inversen Verlauf zu einer Verformung aufweist, die der Verbund nach dem Abkühlen oder aufgrund der erzeugten Bahnspannung ohne Vorformen einnehmen würde. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Verbund bzw. ein Sicherheitspapier erzeugt werden, das nach dem Abkühlen und/oder der Weiterverarbeitung eine im Wesentlichen plane oder sogar vollständig plane Form aufweist. Das erfindungsgemäß hergestellte Sicherheitspapier zeigt durch eine verbesserte Planlage auch bei der Weiterverarbeitung bessere Eigenschaften, beispielsweise bei der Bogenvereinzelung in einer Druckmaschine oder dem Schneiden der Einzelnutzen. Die erfindungsgemäß hergestellten Sicherheitspapiere können in der Regel auch mit einer höheren Druckgeschwindigkeit, also mit einem höheren Durchsatz bedruckt werden.
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Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sicherheitspapier weist gegenüber unbehandeltem Sicherheitspapier keine oder nur deutlich vermindert hochstehende Ränder auf. Hochstehende Ränder bereiten im Stand der Technik oft Probleme bei der Weiterverarbeitung des Sicherheitspapiers.. Bei dem erfindungsgemäß hergestellten Sicherheitspapier ist auch die Ausbildung von Rinnen in Laufrichtung des Substrats bzw. des Applikationselements deutlich verringert oder ganz unterdrückt. Eine solche Binnenbildung kann im Stand der Technik im Druckprozess zu Ablegen und Abreißen der Farbe im Ries oder Stapel führen.
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Mit Vorteil werden das Substrat und das Applikationselement in dem Kontaktbereich unter Temperatur- und gegebenenfalls zusätzlich Druckeinwirkung in Berührung gebracht. Nach dem Verbinden des Substrats mit dem Applikationselement ist die Temperatur des Sicherheitspapiers gegenüber der Umgebungstemperatur typischerweise um mindestens 50 K, insbesondere zwischen 60 K und 130 K, vorzugsweise zwischen 80 K und 110 K erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung erfolgt die Vorformung am Verbund nach dem Verbinden des Substrats und dem Applikationselement zu dem Verbund. Der Verbund hat dabei oft, aber nicht zwingend, im Wesentlichen die Temperatur, auf die er während des Verbindens gebracht wurde. Die Vorformung kann am noch warmen Verbund erfolgen oder erst am abgekühlten Verbund, dann allerdings unter Umständen mit einer geringeren Effektivität. Der abgekühlte Verbund kann für die Vorformung auch nochmals erwärmt und im erwärmten Zustand verformt werden. In jedem Fall findet die Vorformung vor der eigentlichen applikationsinduzierten Verformung des Substrats oder Verbunds statt.
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In einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Variante wird das Substrat vorgeformt, bevor es mit dem Applikationselement in Kontakt gebracht und verbunden wird.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Substrat oder der Verbund zur lokalen Vorformung über ein Formelement gezogen, das in Form einer Walze mit konvexen Ringen ausgebildet ist, insbesondere in Form einer rotierenden Walze.
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Die Krümmung der konvexen Ringe bestimmt die Krümmung des darüber gezogenen Substrats oder Verbunds im Kontaktbereich nach der Vorformung. Damit das Substrat oder der Verbund die Vorformung leichter annimmt, kann die Walze in einem Temperaturbereich bis 200°C temperiert sein. Vorteilhafterweise wird das Substrat oder der Verbund bei der Vorformung zusätzlich befeuchtet.
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Als Substrat des Sicherheitspapiers kann beispielsweise ein Papiersubstrat oder ein Verbundsubstrat, insbesondere mit der Schichtenfolge Folie/Papier/Folie oder Papier/Folie/Papier eingesetzt werden.
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Grundsätzlich kommen alle Arten von Sicherheitselementen als Applikationselemente in Betracht. Beispielsweise können Hologramme im Transferverfahren appliziert und die Hologramm-Trägerfolge nach der Applikation abgezogen werden. Eine Hologrammfolie kann auch als Laminatstreifen auf ein Zielsubstrat, insbesondere einen Fenster- oder Lochbereich des Zielsubstrats übertragen werden, wobei die Trägerfolie im übertragenen Hologrammelement dauerhaft verbleibt. Als Applikationselemente kommen auch optisch variable Elemente, die zum Beispiel einen Farbkippeffekt zeigen, in Betracht. Die Applikationselemente können als endlose Sicherheitselemente, wie etwa ein Sicherheitsfaden oder Sicherheitsstreifen, oder als Einzelelemente, wie etwa ein Patch oder Etikett ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Applikationselement, das auf das Substrat aufgebracht wird oder in das Substrat eingebracht wird, ein Folienelement. Als Folienelement kommt beispielsweise ein Sicherheitsfaden in Betracht, der auf das Substrat aufgebracht oder in das Substrat teilweise oder vollständig eingebettet sein kann. Alternativ kann das Applikationselement beispielsweise auch ein Druckelement sein, das auf das Substrat aufgebracht wird. Als Beispiel sei ein Strich genannt, der auf einer Rückseite des Substrats aufgebracht wird, also eine Veredelung der Substratrückseite vorzugsweise mit Bindemitteln darstellt. Das Applikationselement kann ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein.
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Die Verbindung des Substrats mit dem Applikationselement kann in einem Rolle-zu-Bogen oder einem Bogen-zu-Bogen Prozess erfolgen, bevorzugt ist gegenwärtig aber die Verbindung in einem Rolle-zu-Rolle Prozess. Dabei werden sowohl das Substrat als auch das Applikationselement von jeweils einer Rolle abgewickelt und in Bahnen bzw. Streifen zusammengeführt und zu dem Substrat-Applikationselement-Verbund verbunden. Das Substrat, insbesondere Papier, kann für einen nachgelagerten Applikationsschritt, beispielsweise für eine Folienapplikation auf Bogen vorgeformt werden.
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Eine bevorzugte Möglichkeit zur Herstellung der Verbindung von Substrat und Applikationselement ist eine Heißprägung. Dabei wird das Applikationselement unter Einwirkung von Druck und Wärme auf das Substrat aufgebracht. Der Druck und die Wärme können eine Adhäsionsschicht aktivieren und/oder eine Transferschicht ablösen, bzw. thermisch umwandeln.
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Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben geschilderten Verfahrens. Die Vorrichtung weist eine Applikationseinrichtung zum In-Kontakt-Bringen und Verbinden von Substrat und Applikationselement bei erhöhter Temperatur und ein Formelement zum mechanischen lokalen Vorformen des Substrats oder des Verbunds in dem Kontaktbereich auf.
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In einer vorteilhaften Gestaltung ist das Formelement durch eine Walze mit konvexen Ringen gebildet, die mit Vorteil durch auftragende oder abtragende Verfahren, beispielsweise durch Aufkleben, Schweißen, Gießen, Fräsen oder ähnlichem gebildet werden. In einer vorteilhaften Variante können die Ringe auch unterbrochen sein oder unterschiedliche Höhen-/Breitenprofile im Umfang aufweisen. Die Abmessungen der Ringe sind auf die Größe, insbesondere die Breite, des Kontaktbereichs von Substrat und Applikationselement abgestimmt und müssen nicht in jeder Spur identisch sein. Bevorzugt liegt die Höhe der Ringe zwischen 0,1 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 5 mm. Die bevorzugte Breite der Ringe liegt zwischen 5 mm und 40 mm. Die Ringe können beispielsweise die Form eines kreisförmigen oder elliptischen Torus oder eines nach innen von der zylindrischen Walze abgeschnittenen Torus annehmen. In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Ringe entlang einer Achse der Walze verschiebbar angeordnet. Dadurch können mit einer Vorrichtung verschiedenartige Sicherheitselemente gefertigt werden, ohne dass zwischen den Chargen Teile getauscht werden müssen.
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Während gegenwärtig rotierende Walzen als Formelemente bevorzugt sind, kann ein Formelement auch durch eine feststehende Walze oder eine andere feststehende flächige Einrichtung mit konvexen Elementen, die der Vorformung des Substrats oder Verbunds dienen, gebildet sein. Eine feststehende Walze kann auch nur in Form eines Zylinderteils, beispielsweise eines Viertelzylinders ausgebildet sein. Als Formelemente können auch Kombinationen aus feststehenden Elementen und rotierenden Elementen, wie beispielsweise Walzen, vorgesehen sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist mehr als ein Formelement vorgesehen, beispielsweise kann ein Paar von Formelementen mit konvex und konkav geformten Elementen vorgesehen sein. Die Formelemente sind bei dieser Gestaltung beispielsweise durch zwei Walzen gebildet, von denen eine, wie im vorherigen Beispiel, konvexe Ringe enthält. Die zweite Walze, die bevorzugt an einer der ersten Walze gegenüberliegenden Seite des Verbunds angreift, weist konkave Rillen auf, deren Positionen den Positionen der konvexen Ringe der ersten Walze entspricht. Zur lokalen Vorformung wird das Substrat bzw. der Verbund zwischen den beiden Walzen hindurchgezogen und dadurch präzise vorgeformt Auch die genannten Rillen und Ringe werden vorteilhaft durch auftragende oder abtragende Verfahren, beispielsweise durch Aufkleben, Schweißen, Gießen, Fräsen oder ähnlichem gebildet. In einer zweckmäßigen Variante können die Ringe und Rillen auch unterbrochen sein oder unterschiedliche Höhen-/Breitenprofile im Umfang aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Formelement, insbesondere eine Walze, eine Heizeinrichtung zum Temperieren des Formelements auf. Zusätzlich ist vorteilhafterweise eine Einrichtung zur Befeuchtung des Substrat oder des Verbunds vorgesehen.
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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 einen gemäß dem Stand der Technik hergestellten Substrat-Applikations-Verbund, in (a) kurz nach dem In-Kontakt-Bringen bei erhöhter Temperatur und in (b) nach dem Abkühlen des Verbunds,
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2 ein Formelement zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren in Form einer Walze, wobei (a) eine Frontalansicht der Walze und (b) einen Detailausschnitt der Walze im Bereich eines konvexen Rings zeigt,
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3 in (a) bis (c) Zwischenschritte bei der Herstellung eines Substrat-Applikation-Verbunds nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, und
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4 in (a) bis (c) Zwischenschritte wie in 3 bei der Herstellung eines Verbunds mit Applikationselementen auf gegenüberliegenden Seiten eines Substrats.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung zeigt 1 zunächst die Herstellung eines Verbunds 14 aus einem Substrat 10 und einem Applikationselement 12 nach dem Stand der Technik. 1(a) zeigt den Verbund 14 kurz nachdem das Substrat 10 und das Applikationselement 12 bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhten Druck in einem Kontaktbereich 16 miteinander in Kontakt gebracht wurden. Bei der Abkühlung und gegebenenfalls Entlastung verformt sich der Verbund 14 der 1(a) in der in 1(b) gezeigten Weise mit einer Verformung 18, die die Weiterverarbeitung des Verbunds 14 erschwert.
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Die Verformung 18 ist in der Figur als Rinnenbildung illustriert, je nach Art des Substrats 10, des Applikationselements 12 und der genauen Art des Verbindens von Substrat und Applikationselement kann die Verformung auch in hochstehenden Rändern oder einer wellige Planlage bestehen.
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Um die Verformung 18 auszugleichen, wird das Substrat oder der Verbund erfindungsgemäß mittels eines Formelements in dem Kontaktbereich 16 mechanisch lokal vorgeformt, um eine die Abkühlen des Substrat-Applikationselement-Verbunds entstehende Verformung 18 des Verbunds 14 auszugleichen.
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2(a) zeigt hierzu eine schematische Frontalansicht eines Formelements 20 zum mechanischen lokalen Vorformen des Substrats 10 oder des Verbunds 14 in dem Kontaktbereich 16. Das Formelement 20 ist Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vorformen eines Sicherheitspapiers und beispielsweise unmittelbar nach einer nicht gezeigten Applikationseinrichtung zum In-Kontakt-Bringen und Verbinden von Substrat und Applikationselement bei erhöhter Temperatur angeordnet.
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Das Formelement 20 ist im Ausführungsbeispiel durch eine Walze 22 mit mehreren beabstandeten konvexen Ringen 24 gebildet. In 2(b) ist schematisch ein Detailausschnitt der Walze 22 in Bereich eines der Ringe 24 gezeigt. Die Breite 28 der Ringe 24 beträgt beispielsweise 20 mm, die Höhe 26 der Ringe 24 beispielsweise 3 mm.
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Die Walze 22 ist zylindrisch ausgebildet und die Ringe 24 erheben sich um die Höhe 26 von der Walze 22 in radialer Richtung. Die Ausdehnung eines Rings 24 in einer Richtung parallel zu einer Zylinderachse 30 der Walze 22 legt dessen Breite 28 fest. Der Abstand der Ringe 24 ergibt sich aus dem gewünschten Abstand der auf den Substratbogen aufzubringenden Applikationselemente 12.
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3(a) zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorformung eines Verbunds 44 durch das in 2 dargestellte Formelement 20. Der Verbund 44 befindet sich dabei noch im Wesentlichen auf der Temperatur, auf die er beim In-Kontakt-Bringen des Substrats 40 mit dem Applikationselement 42 gebracht wurde. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Vorformung unmittelbar nach dem Aufbringen des Applikationselements 42 erfolgt, oder dadurch, dass die Walze 22 eine nicht dargestellte Heizeinrichtung aufweist, die dem Verbund 44 die notwendige Energie zuführt, um die Verbindungstemperatur zu halten.
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Zur Herstellung einer Vorformung 52 wird der Verbunds 44 über das Formelement 20 gezogen. Der Druck 56, der von der Walze 22 im Kontaktbereich 46 auf den Verbund 44 ausgeübt wird, ist abhängig von der Spannung, mit der der Verbund als Bahn über die Walze 22 gespannt ist. Dabei können beispielsweise Bahnspannungen zwischen 10 N/m und 500 N/m oder zwischen 80 N/m und 300 N/m vorteilhaft eingesetzt werden. Es versteht sich dass der Fachmann die Bahnspannung dabei bevorzugt an die Höhe 26 und Form der Ringe 24 des Formelements 20 und die Umschlingung angepasst um eine gewünschte Vorformung des Verbunds 44 zu erreichen, so dass die genannten Bahnspannungswerte nur beispielhaft zu verstehen sind.
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Wie in 3(a) gezeigt, ist die Breite 28 der Ringe 24 der Walze 22 auf die Breite 48 der Applikationselemente 42 abgestimmt. Im Ausführungsbeispiel der 2 wirkt das Formelement 20 an einer dem Applikationselement 42 abgewandten Seite 50 des Substrats 40.
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Die dreidimensionale Gestalt des Formelements 20 ergibt sich, wenn die Ansicht aus 3(a) gedanklich um die Zylinderachse 30 (2(a)) der Walze 22 rotiert wird. Der Verbund 44 wird der Walze 22 unter einem Zuführungswinkel, bezogen auf eine Horizontale, in Form einer Bahn zugeführt und unter einem Wegführungswinkel, ebenfalls bezogen auf die Horizontale, als vorgeformter Verbund 44 (vgl. 3(b)) bahnförmig für eine weitere Verarbeitung weggeführt. Die Differenz zwischen Zuführungswinkel und Wegführungswinkel wird als Umschlingungswinkel bezeichnet. Der Umschlingungswinkel ist an das Substratmaterial und die gewünschte Stabilität des Verbunds 44 angepasst und beträgt im Rahmen der Erfindung typischerweise 10° bis 180°.
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3(b) zeigt den Verbund 44 noch in erwärmtem Zustand direkt nachdem der Verbund 44 zur lokalen Vorformung 52 über die Walze 22 der 2 gezogen wurde. In dem Kontaktbereich 46 ist der Verbund 44 nunmehr konkav ausgewölbt.
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3(c) zeigt den Verbund 44 der 3(b) nach dessen Abkühlung. Im Gegensatz zu dem abgekühlten Verbund 14 des Stands der Technik (1(b)) hat der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Verbund 44 eine deutlich verbesserte Planlage 54 und ist im Wesentlichen flach. Auch das Substrat 40 und das Applikationselement 42, die den Verbund 44 bilden, sind jeweils selbst flach. Der Verbund 44 weist im Vergleich zu dem Stand der Technik verringerter Rinnenbildung und weniger bis keine hochstehenden Ränder auf. Dadurch kann der Verbund einfacher weiterverarbeitet werden. Die Bogenvereinzelung in der Druckmaschine ist erleichtert und die Einzelnutzen können einfacher geschnitten werden. Auf diese Weise erhöht die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbunds 44 die Produktivität des nachfolgenden Druckverfahrens.
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4 zeigt in (a) bis (c) Zwischenschritte bei der Herstellung eines Verbunds mit Applikationselementen auf gegenüberliegenden Seiten eines Substrats. Im Unterschied zu dem Verbund 44 der 3 weist der Verbund 64 der 4 zwei Applikationselemente 62, 63 auf. Ein erstes Applikationselement 62 befindet sich an einer ersten Seite 70 eines Substrats 60, beispielsweise einer Oberseite, ein zweites Applikationselement 63 befindet sich an einer zweiten Seite 71 des Substrats 60, die der ersten Seite 70 des Substrats 60 gegenüber liegt. Die beiden Applikationselemente 62, 63 können insbesondere eine unterschiedliche Breite haben. Der Kontaktbereich 66 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel über eine Fläche des Substrats 60, an der das Substrat mit mindestens einem Applikationselement 62, 63 in Berührung steht.
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Das Applikationselement 62 kann sich vom Applikationselement 63 noch in weiteren Parametern, wie Material, optische Eigenschaften und Schichtaufbau unterscheiden. Dementsprechend kann der von der Walze 22 ausgeübte Druck, beispielsweise über die Bahnspannung oder die Seite 70, 71, an der die Walze 22 angreift, angepasst werden. Die Anpassung des Drucks ist in 4(a) durch die verglichen mit 3(a) kürzeren Pfeile symbolisiert. 4(b) zeigt wieder die Vorformung 72 des Verbunds 64 im noch erwärmten Zustand, 4c zeigt die Planlage 74 des Verbunds 64 nach der Abkühlung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Substrat
- 12
- Applikationselement
- 14
- Verbund
- 16
- Kontaktbereich
- 18
- Verformung
- 20
- Formelement
- 22
- Walze
- 24
- Ring
- 26, 28
- Höhe bzw. Breite der Ringe
- 30
- Zylinderachse
- 40
- Substrat
- 42
- Applikationselement
- 44
- Verbund
- 46
- Kontaktbereich
- 48
- Breite des Applikationselements
- 50
- dem Applikationselement abgewandte Seite
- 52
- Vorformung
- 54
- Planlage
- 56
- Druck
- 60
- Substrat
- 62
- erstes Applikationselement
- 63
- zweites Applikationselement
- 64
- Verbund
- 66
- Kontaktbereich
- 70, 71
- erste bzw. zweite Seite
- 72
- Vorformung
- 74
- Planlage
