DE102016217044B4 - Process for processing a substrate with a punch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats (100) mit einem Stanzstempel, wobei sich das Substrat (100) zumindest teilweise in einer Ebene (206) erstreckt, wobei das Verfahren umfasst:- Ausstanzen einer Öffnung (208) in dem sich in der Ebene (206) erstreckenden Teil des Substrats (100) durch den Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel (204) beim Ausstanzen in Richtung der Ebene (206) gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,- Nach dem Ausstanzen, Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel (204) und Substrat (100) in einer Richtung parallel zu der Ebene (206), wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene (206) gesehen der Stanzstempel (204) über einem gewünschten Füllmaterial (202) in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt,- In der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements (102) aus dem gewünschten Füllmaterial (202) durch den Stanzstempel, wobei das Füllelement (102) in dem Stanzstempel (204) verbleibt,- Erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel (204) und Substrat (100) in einer Richtung parallel zu der Ebene (206), wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene (206) gesehen der Stanzstempel (204) über der Öffnung (208) des Substrats (100) in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,- Einsetzen des in dem Stanzstempel (204) verbliebenen Füllelements (102) durch den Stanzstempel (204) in die Öffnung (208) des Substrats (100).The invention relates to a method for processing a substrate (100) with a punch, the substrate (100) extending at least partially in a plane (206), the method comprising: - punching out an opening (208) in which the Plane (206) extending part of the substrate (100) through the punch, the punch (204) being in a first punching position when punching out in the direction of the plane (206), - After punching out, carrying out a relative movement of the punch (204 ) and substrate (100) in a direction parallel to the plane (206), with the punch (204) coming to rest over a desired filling material (202) in a second punching position due to the relative movement in the direction of the plane (206), In the second punching position, a filling element (102) is punched out of the desired filling material (202) by the punch, with the filling element (102) remaining in the punch (204), - a relative movement of the punch (204) and substrate (100 ) in a direction parallel to the plane (206), the punch (204) coming to rest over the opening (208) of the substrate (100) in the first punching position due to the relative movement in the direction of the plane (206),- insertion of the filling element (102) remaining in the punch (204) through the punch (204) into the opening (208) of the substrate (100).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel.The invention relates to a method for processing a substrate with a punch.
Dokumente wie z.B. Wert- oder Sicherheitsdokumente sind üblicherweise aus einer oder mehrerer Substratschichten aufgebaut. Die Wahl der hierbei verwendeten Materialien und der spezielle Aufbau insbesondere mehrschichtiger Dokumente erfolgt dabei häufig so, dass eine nachträgliche Kopie bzw. Fälschung des Dokuments erheblich erschwert wird. Eine Möglichkeit, die Fälschungssicherheit eines Dokuments zu erhöhen, besteht darin, dass einzelne oder mehrere Substratschichten nicht flächig aus demselben Material bestehen, sondern dass zumindest abschnittsweise unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Dokument ein transparentes Fenster aufweist.Documents such as value or security documents are usually made up of one or more substrate layers. The selection of the materials used here and the special structure, in particular of multi-layer documents, is often made in such a way that subsequent copying or falsification of the document is made considerably more difficult. One way of increasing the counterfeit security of a document is that individual or multiple substrate layers are not made of the same material over the entire area, but that different materials are used at least in sections. For example, it is possible for a document to have a transparent window.
Die
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats bereitzustellen.The object of the invention is to provide a method for processing a substrate.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object on which the invention is based is achieved by the features of independent patent claim 1 . Preferred embodiments of the method are specified in the dependent patent claims.
Beschrieben ist ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel, wobei sich das Substrat zumindest teilweise in einer Ebene erstreckt, wobei das Verfahren umfasst:
- - Ausstanzen einer Öffnung in dem sich in der Ebene erstreckenden Teil des Substrats durch den Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel beim Ausstanzen in der Richtung der Ebene gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,
- - nachdem Ausstanzen Durchführung einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über einem gewünschten Füllmaterial in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt,
- - in der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements aus dem gewünschten Füllmaterial durch den Stanzstempel, wobei das Füllelement in dem Stanzstempel verbleibt,
- - erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über der Öffnung des Substrats in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,
- - Einsetzen des in dem Stanzstempel verbliebenen Füllelements durch den Stanzstempel in die Öffnung des Substrats.
- - punching out an opening in the part of the substrate extending in the plane by the punch, the punch being in a first punching position when punching out, viewed in the direction of the plane,
- - After punching, a relative movement of the punch and substrate is carried out in a direction parallel to the plane, with the punch coming to lie over a desired filling material in a second punching position as a result of the relative movement in the direction of the plane,
- - in the second punching position, punching out a filling element from the desired filling material by the punch, the filling element remaining in the punch,
- - performing a relative movement of the punch and the substrate again in a direction parallel to the plane, with the punch coming to lie over the opening of the substrate in the first punching position due to the relative movement in the direction of the plane,
- - Insertion of the filling element remaining in the stamping die through the stamping die into the opening of the substrate.
Als Substrat wird allgemein eine einlagige Schicht aus einem Material oder eine mehrlagige Schicht aus einem oder mehrerer Materialien verstanden, wobei als Material Papier, Pappe oder Kunststoff sowie Metallfolien Verwendung finden können. Bei dem Substrat kann es sich allgemein um das Trägermaterial eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder zumindest eine Schicht des Trägermaterials eines Wert- oder Sicherheitsdokuments handeln. Bei dem Trägermaterial kann es sich wiederum um zum Beispiel einen Kartenkörper handeln, wenn es sich bei dem Wert- oder Sicherheitsdokument um ein kartenförmiges Dokument handelt.A substrate is generally understood to be a single-layer layer made from one material or a multi-layer layer made from one or more materials, with paper, cardboard or plastic and metal foils being used as the material can. The substrate can generally be the carrier material of a valuable or security document or at least one layer of the carrier material of a valuable or security document. The carrier material can in turn be a card body, for example, if the value or security document is a card-shaped document.
Unter einem Dokument werden allgemein Papier-basierte und/oder Kunststoff-basierte Dokumente verstanden, wie zum Beispiel Ausweisdokumente, insbesondere Reisepässe, Personalausweise, Visas sowie Führerscheine, Fahrzeugscheine, Fahrzeugbriefe, Firmenausweise, Gesundheitskarten oder andere ID-Dokumente sowie auch Chipkarten, Zahlungsmittel, insbesondere Bankkarten und Kreditkarten, Frachtbriefe oder sonstige Berechtigungsnachweise. Wertdokumente können auch insbesondere Geldscheine sein.A document is generally understood to be paper-based and/or plastic-based documents, such as ID documents, in particular passports, ID cards, visas, driver's licenses, vehicle registration documents, vehicle registration documents, company ID cards, health cards or other ID documents, as well as chip cards, means of payment, in particular Debit and credit cards, bills of lading or other proof of entitlement. Documents of value can also be banknotes in particular.
Ausführungsformen der Erfindung könnten den Vorteil haben, dass mit einem mechanisch einfachen und damit bei der Verwendung wenig fehleranfälligen Werkzeugaufbau des zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Bearbeitungswerkzeugs mit hoher Präzision ein Füllelement in ein Substrat eingesetzt werden kann. Das hierzu verwendete Füllmaterial kann wiederum ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein und dabei aus unterschiedlichen Materialschichten bestehen und ebenfalls Papier-, Pappe-, Metall- oder Kunststoff-basiert sein.Embodiments of the invention could have the advantage that a filling element can be inserted into a substrate with high precision using a tool structure of the processing tool used to carry out the method which is mechanically simple and therefore less error-prone when used. The filling material used for this purpose can in turn have a single-layer or multi-layer structure and consist of different layers of material and can also be based on paper, cardboard, metal or plastic.
Im Gegensatz zum oben genannten Stand der Technik
Nach einer Ausführungsform der Erfindung resultiert aufgrund des Ausstanzens der Öffnung ein dem Querschnitt der Öffnung entsprechendes Substratelement, wobei das Substratelement vor dem Ausstanzen des Füllelements von dem Stanzstempel entfernt wird. Beispielsweise könnte hier ein Stößel zum Einsatz kommen, welcher durch den Stanzstempel hindurch das hierin befindliche Substratelement nach unten durch den Stanzstempel hindurch hinausdrückt. Vorzugsweise befindet sich der Stanzstempel beim Hinausdrücken des Substratelements über einem entsprechenden Behältnis zur Aufnahme des als Abfallprodukt resultierenden Substratelements.According to one embodiment of the invention, the punching out of the opening results in a substrate element that corresponds to the cross section of the opening, the substrate element being removed from the punch before the filling element is punched out. For example, a ram could be used here, which pushes the substrate element located therein downward through the punch through the punch. When the substrate element is pressed out, the punch is preferably located above a corresponding container for receiving the substrate element that results as a waste product.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stanzstempel beim Ausstanzen der Öffnung und/oder beim Ausstanzen des gewünschten Füllmaterials mit Ultraschall beaufschlagt. Die Ultraschallbeaufschlagung könnte eine Ultraschall-induzierte Erweichung des auszustanzenden Materials bewirken, sodass die durch den Stanzstempel zum eigentlichen Ausstanzen benötigte Kraft reduziert wird. Anstatt also ein hartes Material auszustanzen wird aufgrund der Ultraschallbeaufschlagung ein durch den Ultraschall erweichtes Material ausgestanzt. Dies wiederum könnte zufolge haben, dass die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des den Stanzstempel führenden Roboters bezüglich der aufzubringenden Kräfte reduziert werden kann. Dies könnte es zum Beispiel ermöglichen, dass der Stanzstempel durch einen Roboter geführt wird, bei dem keine extremen Anforderungen bezüglich der kräftemäßigen Leistungsfähigkeit bei hoher Präzision gestellt werden muss. Es könnte also ein verhältnismäßig einfacher Roboter zum Einsatz kommen, welcher als Hauptanforderung lediglich eine hohe Präzision aufweist, da die durch den Roboter über den Stanzstempel aufzubringenden Kräfte aufgrund der Ultraschallbeaufschlagung reduziert werden könnten.According to one embodiment of the invention, the punch is subjected to ultrasound when the opening is punched out and/or when the desired filling material is punched out. The application of ultrasound could bring about an ultrasound-induced softening of the material to be punched out, so that the force required by the punch for the actual punching out is reduced. Instead of punching out a hard material, a material that has been softened by the ultrasound is punched out due to the impact of the ultrasound. This in turn could mean that the performance requirements of the robot guiding the punch can be reduced with regard to the forces to be applied. This could, for example, enable the punch to be guided by a robot that does not have to have extreme requirements in terms of force and high precision. A relatively simple robot could therefore be used, the only main requirement of which is high precision, since the forces to be applied by the robot via the punch could be reduced due to the application of ultrasound.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einsetzen des Füllelements:
- - Durchführung einer Hubbewegung des Stanzstempels senkrecht zu der Ebene, wobei aufgrund der Hubbewegung der Stanzstempel in der Öffnung des Substrats oder in einer Ebene unmittelbar oberhalb der Ebene des Substrats zu liegen kommt,
- - Bewegung des Füllelements in die Öffnung durch den Stößel.
- - Carrying out a lifting movement of the punch perpendicular to the plane, with the lifting movement of the punch coming to rest in the opening of the substrate or in a plane directly above the plane of the substrate,
- - Movement of the filling element into the opening by the ram.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der sich in der Ebene erstreckende Teil des Substrats durch einen unbeweglichen Anschlag in Richtung senkrecht zu der Ebene gestützt. Wie bereits obig erwähnt, kann also insbesondere auf die Verwendung bewegbarer Ambossstreifen verzichtet werden, da ein Ausstoßen des Substratelements an der ersten Stanzposition aufgrund der Verfahrbarkeit des Stanzstempels nicht notwendig ist. Z.B. erfolgt das Entfernen des Substratelements in einer von der ersten und der zweiten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition des Stanzstempels.According to an embodiment of the invention, the part of the substrate extending in the plane is supported by a stationary stop in the direction perpendicular to the plane. As already mentioned above, the use of movable anvil strips in particular can be dispensed with since it is not necessary to eject the substrate element at the first punching position due to the movability of the punch. For example, the substrate element is removed in a punching position of the punch that differs from the first and the second punching position.
Das Entfernen des Substratelements erfolgt also nicht wie im Stand der Technik
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Stanzstempel eine äußere Schnittfläche auf, wobei der Stanzwinkel der Schnittfläche kleiner als 90° ist. Zunächst einmal könnte dies durch bewegliche verschiedene Elemente des Stanzstempels realisiert werden. Im Falle eines rechteckigen Stanzstempels würde dies vier bewegliche Elemente erfordern, welche in einem Stanzwinkel < 90° einzeln den Stanzvorgang durchführen. Beispielsweise könnte eine trapezförmige Ausstanzung ermöglicht werden, welche aufgrund der Trapezform und bezüglich des für in die Öffnung einzusetzenden Füllelements die mögliche Freiheitsgrade des Füllelements in der Öffnung auf einen einzigen Freiheitsgrad einschränkt. Sowohl seitlich als auch nach unten wird aufgrund der Trapezform das Füllmaterial in der Öffnung gehalten.According to one embodiment of the invention, the punch has an outer cutting surface, the punching angle of the cutting surface being less than 90°. First of all, this could be realized by moving different elements of the punch. In the case of a rectangular punch, this would require four movable elements which carry out the punching process individually at a punching angle of <90°. For example, a trapezoidal punching could be made possible, which, due to the trapezoidal shape and with regard to the filling element to be inserted into the opening, limits the possible degrees of freedom of the filling element in the opening to a single degree of freedom. Due to the trapezoidal shape, the filling material is held in the opening both laterally and downwards.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung berührt beim Einsetzen des Füllelements der Stanzstempel den Rand der Öffnung des Substrats. Außerdem wird beim Einsetzen des Füllelements der Stanzstempel hierbei mit Ultraschall beaufschlagt. Dies könnte den Vorteil haben, dass insbesondere im Fall von Substraten aus Kunststoff beim Einsetzen des Füllelements der Rand der Öffnung erweicht, z.B. plastifiziert wird. Der so erweichte Rand kann nun mit dem Füllelement bei Zurückziehen des Stanzstempels einen vorzugsweise stoffschlüssigen Verbund eingehen. Damit könnte das Füllelement in der ausgestanzten Öffnung nicht nur mechanisch „geklemmt“ gehalten werden, sondern sogar in die Öffnung eingeschweißt sein.According to one embodiment of the invention, when the filling element is inserted, the punch touches the edge of the opening of the substrate. In addition, when the filling element is inserted, the punch is subjected to ultrasound. This could have the advantage that, particularly in the case of substrates made of plastic, the edge of the opening softens, e.g. is plasticized, when the filling element is inserted. The edge softened in this way can now enter into a preferably materially bonded connection with the filling element when the punch is withdrawn. In this way, the filling element could not only be mechanically "clamped" in the punched-out opening, but could even be welded into the opening.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat beim Ausstanzen der Öffnung und Einsetzen des Füllelements durch ein Bearbeitungswerkzeug gehalten, wobei die Relativbewegung mit dem Überführen des Stanzstempels zwischen der ersten Stanzposition und der zweiten Stanzposition durch ein Verfahren des Stanzstempels relativ zum Bearbeitungswerkzeug erfolgt. Das Bearbeitungswerkzeug könnte also starr ausgelegt werden und der Stanzstempel könnte zum Beispiel durch einen Roboter am Bearbeitungswerkzeug entlangbewegt werden.According to one embodiment of the invention, the substrate is held by a processing tool when the opening is punched out and the filling element is inserted, the relative movement taking place when the punch is transferred between the first punching position and the second punching position by moving the punch relative to the machining tool. The machining tool could therefore be designed to be rigid and the punch could be moved along the machining tool, for example by a robot.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stanzstempel an einem Arm angeordnet, wobei das Verfahren des Stanzstempels eine Drehung des Arms um eine sich senkrecht zur Ebene erstreckende Achse des Bearbeitungswerkzeugs umfasst. Auch dies könnte den mechanischen Aufbau der für die Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung vereinfachen, damit in kostengünstiger Weise eine entsprechende Vorrichtung hergestellt werden könnte: Es müsste z.B. sichergestellt werden, dass der Arm um eine Achse rotiert werden kann, wobei zusätzlich in Richtung senkrecht zur Ebene eine Beweglichkeit des Stanzstempels entweder zusammen mit dem Arm oder relativ zum Arm notwendig wäre. Zwar könnte dies auch mit einem in allen drei Dimensionen beliebig bewegbaren Roboterarm und daran befindlichem Stanzstempel realisiert werden, jedoch zu deutlich höheren Kosten und gegebenenfalls geringerer Präzision der Durchführung des Verfahrens.According to one embodiment of the invention, the punch is arranged on an arm, the movement of the punch comprising rotating the arm about an axis of the machining tool extending perpendicular to the plane. This could also simplify the mechanical structure of the device used to carry out the method, so that a corresponding device could be produced in a cost-effective manner: it would have to be ensured, for example, that the arm can be rotated about an axis, in addition in the direction perpendicular to the plane mobility of the punch either together with the arm or relative to the arm would be necessary. Although this could also be implemented with a robot arm that can be moved as desired in all three dimensions and a punching die located thereon, it is at significantly higher costs and possibly with less precision in carrying out the method.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist ein erstes Magazin einen Satz von Füllmaterialien auf, wobei die Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien im ersten Magazin hintereinander angeordnet sind, wobei das Verfahren ferner vor dem Ausstanzen des Füllelements ein Bewegen des ersten Magazins so umfasst, dass das gewünschte Füllmaterial in Richtung der Ebene gesehen in der zweiten Stanzposition zu liegen kommt.According to an embodiment of the invention, a first magazine has a set of filling materials, the filling materials of the set of filling materials being arranged in series in the first magazine, the method further comprising, before punching out the filling element, moving the first magazine so that the desired filling material Seen in the direction of the plane comes to rest in the second punching position.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste Magazin einen ersten Drehteller, wobei die Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien auf dem ersten Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet sind, wobei das Bewegen des Magazins ein Drehen des ersten Drehtellers umfasst.According to one embodiment of the invention, the first magazine comprises a first turntable, the filling materials of the set of filling materials being arranged in a circle one behind the other on the first turntable, the movement of the magazine comprising rotating the first turntable.
Die Verwendung des Magazins mit den darin hintereinander angeordneten Füllmaterialien könnte den Vorteil haben, dass bei gleichbleibender Beweglichkeit und Bewegung des Stanzstempels eine flexible Verfügbarkeit an Füllmaterialien gewährleistet werden kann. Insbesondere im Hinblick auf Industrie 4.0 und die damit einhergehende Notwendigkeit der Flexibilität könnte zum Beispiel erfordern, das substratindividuell oder dokumentenindividuell Füllmaterialien zum Einsatz kommen sollen.The use of the magazine with the filling materials arranged one behind the other in it could have the advantage that a flexible availability of filling materials can be guaranteed with the same mobility and movement of the punch. Especially with regard to Industry 4.0 and the associated need for flexibility, it could be necessary, for example, to use substrate-specific or document-specific filling materials.
Zwar könnte dies dadurch gelöst werden, dass ein dreidimensional beweglicher Roboter unterschiedliche Füllmaterialien an unterschiedlichen Stanzpositionen in Richtung der Ebene gesehen anfahren und hieraus entsprechende Füllelemente ausstanzen kann. Dies würde jedoch hohe mechanische Anforderungen bezüglich der Beweglichkeit bei gleichbleibender Präzision eines entsprechendes Roboters erfordern. Insbesondere wenn das Magazin einen ersten Drehteller umfasst, ist durch die kreisförmige Anordnung der Füllmaterialien auf dem ersten Drehteller und das „Hindrehen“ des für den augenblicklichen Stanzvorgang benötigten Füllmaterials diese Herausforderung umgangen, da üblicherweise bezüglich der Drehteller aufgrund des einzigen Rotationsfreiheitsgrades eine von Haus aus hohe Präzision der Positionierung von Füllmaterial gewährleistet werden kann.This could indeed be solved in that a three-dimensionally movable robot can approach different filling materials at different punching positions seen in the direction of the plane and punch out corresponding filling elements therefrom. However, this would necessitate high mechanical requirements in terms of mobility while maintaining the same precision of a corresponding robot. In particular, when the magazine includes a first turntable, the circular arrangement of the filling materials on the first turntable and the “turning” of the for the Filling material required for the instantaneous punching operation circumvents this challenge, since usually with regard to the turntable due to the single degree of rotational freedom, an inherently high level of precision in the positioning of filling material can be guaranteed.
Statt der Verwendung eines Drehtellers ist es auch möglich, dass die einzelnen Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien auf einem Schlitten hintereinander angeordnet sind, sodass der Schlitten entlang einer linearen Bahn lediglich in die geeignete zweite Stanzposition verfahren werden muss, sodass das gewünschte Füllmaterial in der Richtung der Ebene gesehen in der zweiten Stanzposition zu liegen kommt.Instead of using a turntable, it is also possible for the individual filling materials of the set of filling materials to be arranged one behind the other on a carriage, so that the carriage only has to be moved along a linear path into the appropriate second punching position, so that the desired filling material can be fed in the direction of the Seen level comes to rest in the second punching position.
Wie bezüglich der Füllmaterialien beschrieben, ist es analog auch möglich, mit unterschiedlichen Substraten zu verfahren. So kann beispielsweise nach einer Ausführungsform der Erfindung ein zweites Magazin einen Satz von Substraten aufweisen, wobei die Substrate des Satzes von Substraten im zweiten Magazin hintereinander angeordnet sind und das Substrat eine auszustanzende Öffnung umfasst, wobei das Verfahren ferner vor dem Ausstanzen der Öffnung ein Bewegen des zweiten Magazins so umfasst, dass das Substrat mit der auszustanzenden Öffnung nicht in der Ebene gesehen in der ersten Stanzposition zu liegen kommt.As described with regard to the filling materials, it is also possible to proceed analogously with different substrates. For example, according to one embodiment of the invention, a second magazine can have a set of substrates, the substrates of the set of substrates being arranged one behind the other in the second magazine and the substrate comprising an opening to be punched out, the method further comprising moving the opening before the opening is punched out second magazine in such a way that the substrate with the opening to be punched out does not come to lie in the first punching position when viewed in the plane.
Auch hier kann das zweite Magazin einen zweiten Drehteller umfassen, wobei das Substrat und der Satz von Substraten auf dem zweiten Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet sind und das Bewegen des Magazins ein Drehen des zweiten Drehtellers umfasst.Here, too, the second magazine can comprise a second turntable, the substrate and the set of substrates being arranged in a circle one behind the other on the second turntable and the movement of the magazine comprising rotating the second turntable.
Damit könnte zum Beispiel ermöglicht werden, dass das Positionieren der Substrate im zweiten Magazin an einer von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition erfolgen kann. So könnten in einem vorbereiteten Arbeitsschritt bereitgestellte, zum Beispiel laminierte oder teillaminierte Substrate in einer geeigneten Weise im zweiten Magazin in einer von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition vorfixiert werden. Daraufhin wird das so vorfixierte Substrat in die erste Stanzposition befördert, um anschließend dem obig beschriebenen Verfahren unterworfen zu werden. Das Entnehmen des so bearbeiteten Substrats zum Einsetzen des Füllelements in die erzeugte Öffnung könnte durch ein Weiterbefördern des bearbeiteten Substrats in eine weitere, vorzugsweise von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition erfolgen. Insbesondere bei einem Drehteller führt das Weiterbefördern dazu, dass automatisch ein zwischenzeitlich nachfolgend bereitgestelltes Substrat wieder in die erste Stanzposition befördert wird. Damit könnte mechanisch einfach und platzsparend eine Zuführung von Substraten und eine Entnahme von bearbeiteten Substraten gewährleistet werden.This could make it possible, for example, for the substrates to be positioned in the second magazine at a punching position that differs from the first punching position. For example, laminated or partially laminated substrates provided in a prepared work step could be prefixed in a suitable manner in the second magazine in a punching position that differs from the first punching position. The substrate pre-fixed in this way is then conveyed to the first punching position in order to then be subjected to the method described above. The removal of the substrate processed in this way for inserting the filling element into the opening produced could take place by conveying the processed substrate further into a further punching position, preferably different from the first punching position. In particular in the case of a turntable, the onward conveyance means that a substrate which has subsequently been made available in the meantime is automatically conveyed back into the first punching position. In this way, a supply of substrates and a removal of processed substrates could be ensured in a mechanically simple and space-saving manner.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Substrat um das Trägermaterial, zum Beispiel den Kartenkörper, eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder zumindest eine Schicht eines Trägermaterials eines Wert- oder Sicherheitsdokuments.According to one embodiment of the invention, the substrate is the carrier material, for example the card body, of a valuable or security document or at least one layer of a carrier material of a valuable or security document.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes das Füllmaterial transparent und das Substratelement opak. Unter transparent wird dabei eine Transmission t > 0,7 verstanden und unter einem opaken Material wird hierbei eine Transmission t < 0,1 verstanden.According to one embodiment of the invention, the filling material is transparent and the substrate element is opaque in the wavelength range of visible light. In this context, transparent is understood to mean a transmission t>0.7 and an opaque material is understood to mean a transmission t<0.1.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Substrats, wobei das Bearbeitungswerkzeug einen Stanzstempel aufweist, wobei sich das Substrat zumindest teilweise in einer Ebene erstreckt, wobei das Bearbeitungswerkzeug ausgebildet ist zum:
- - Ausstanzen einer Öffnung in dem sich in der Ebene erstreckenden Teil des Substrats auf dem Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel beim Ausstanzen in Richtung der Ebene gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,
- - nach dem Ausstanzen, Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempeln im Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel mit einem gewünschten Füllmaterial in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt,
- - in der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements aus dem gewünschten Füllmaterial durch den Stanzstempel,
- - erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über der Öffnung des Substrats in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,
- - Einsetzen des Füllelements durch den Stanzstempel in die Öffnung des Substrats.
- - punching out an opening in the part of the substrate extending in the plane on the punch, the punch being in a first punching position when punching out, viewed in the direction of the plane,
- - after the punching, performing a relative movement of punches in the substrate in a direction parallel to the plane, wherein due to the relative movement seen in the direction of the plane, the punch comes to rest with a desired filling material in a second punching position,
- - in the second punching position, punching out a filling element from the desired filling material using the punch,
- - performing a relative movement of the punch and the substrate again in a direction parallel to the plane, with the punch coming to lie over the opening of the substrate in the first punching position due to the relative movement in the direction of the plane,
- - Insertion of the filling element through the punch in the opening of the substrate.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Sicherheitsdokuments, -
2 verschiedene Verfahrensschritte zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel, -
3 eine schematische Ansicht eines Bearbeitungswerkzeugs zur Bearbeitung eines Substrats mit Drehteller für Substrate und Füllmaterialien, -
4 eine schematische Ansicht eines Bearbeitungswerkzeugs zur Bearbeitung eines Substrats mit einem gemeinsamen Drehteller für ein Substrat und ein Füllmaterial, -
5 eine schematische Querschnittsansicht eines Substrats mit Öffnung und einem darin einzusetzendes Substratelements.
-
1 a schematic view of a security document, -
2 various process steps for processing a substrate with a punch, -
3 a schematic view of a processing tool for processing a substrate with a turntable for substrates and filling materials, -
4 a schematic view of a processing tool for processing a substrate with a common turntable for a substrate and a filling material, -
5 a schematic cross-sectional view of a substrate with an opening and a substrate element to be inserted therein.
Im Folgenden werden einander ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements that are similar to one another are identified below with the same reference symbols.
Die
Der Ausweis trägt neben verschiedenen Sicherheitsmerkmalen und Identifikationsmerkmalen wie Lichtbild des Besitzers des Ausweises und dessen Name und Anschrift auch ein Element 102, z.B. ein transparentes Fenster 102. Es ist dabei sowohl möglich, dass das transparente Fenster 102 lediglich als reines transparentes Fenster im Ausweis vorgesehen ist oder es ist auch möglich, dass das transparente Fenster selbst verschiedene Sicherheitsmerkmale trägt. Möglich ist zum Beispiel, dass beim Durchblicken durch das transparente Fenster wiederum im Fenster enthaltene Strukturen sichtbar werden, welche somit eine Fälschungssicherheit des Ausweises gewährleisten sollen. Das transparente Fenster 102 kann neben unmittelbar sichtbaren Strukturen auch verschiedene Mikrostrukturen aufweisen, welche erst durch Projektion von durch das Fenster hindurchleuchtenden Laserlichts auf eine Fläche eine entsprechende definierte Information preisgeben.In addition to various security features and identification features such as a photo of the owner of the ID card and his name and address, the ID card also has an
Im Folgenden sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass es sich bei dem Substrat 100 um das Substrat, das heißt den Kartenkörper oder einen Teil eines Kartenkörpers eines Ausweises, handelt und dass es sich bei dem Element 102 um ein transparentes Durchsichtfenster handelt. Allgemein gesprochen kann jedoch das Substrat 100 ein beliebiges Trägermaterial eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder eine Schicht des Trägermaterials eines Wert- oder Sicherheitsdokuments darstellen. Ebenfalls ist es möglich, dass das Element 102 eine beliebige Art des Füllelements ist, welches jedoch vorzugsweise ein bestimmtes Sicherheitsmerkmal des Wert- oder Sicherheitsdokuments repräsentiert. Eine entsprechende Transparenz des Füllelements 102 ist dabei nicht zwingend notwendig.In the following it is assumed, without loss of generality, that the
Um nun das Füllelement 102 in das Substrat 100 beim Herstellungsvorgang einzubringen, ist ein entsprechendes Verfahren zur Bearbeitung des Substrats notwendig. Dieses Verfahren ist schematisch mit verschiedenen Verfahrensschritten in den
In der
Die besagte Ebene ist in der
In der
Das Resultat des Stanzvorgangs ist in der
Anschließend wird der Stanzstempel 204 weiter parallel zu der Ebene 206 auf eine zweite Stanzposition verschoben. Das Ausstoßen des Substratelements erfolgt daher an einer Stanzposition des Stanzstempels, welche verschieden ist von der ersten Stanzposition und der zweiten Stanzposition des Stanzstempels.The
In der
Obwohl sich in der
In
Aufgrund des Stanzvorgangs des Füllelements befindet sich das Füllelement 102 im Stanzstempel 204. In diesem Zustand wird der Stanzstempel 204 von der zweiten Stanzposition (in den
Schließlich erfolgt im letzten Schritt gemäß
Möglich ist nun, dass beim Stanzen der Öffnung, beim Stanzen des Füllelements, als auch beim Einsetzen des Füllelements in die Öffnung 208 der Stanzstempel 204 so mit Ultraschall beaufschlagt wird, dass eine Erweichung des vom Stanzstempel berührten Substrats bzw. des Füllmaterials resultiert. Aufgrund der Beaufschlagung des Stanzstempels mit Ultraschall erfolgt bei Berühren des Substrats bzw. des Füllmaterials durch den Stanzstempel eine Ultraschallenergieübertragung auf das Substrat bzw. Füllmaterial, sodass im Kontaktbereich zwischen Stanzstempel und Substrat bzw. Füllmaterial eine Erwärmung und daraus resultierende Erweichung des vom Stanzstempel berührten Materials resultiert.It is now possible that when the opening is punched, when the filling element is punched and when the filling element is inserted into the
Dies führt dazu, dass der anschließende eigentliche Stanzvorgang bezüglich eines erweichten Materials durchgeführt wird. Der eigentliche Stanzvorgang kann also mit verringerter Kraft und damit verringertem mechanischem Energieeintrag im Vergleich zum erhärteten Material erfolgen. Dies könnte zwei verschiedene Vorteile haben:
- Ein erster Vorteil könnte darin bestehen, dass aufgrund der geringer benötigten Stanzkraft das zur Führung des Stanzstempels benötigte Werkzeugteil auch nur für den entsprechend geringeren Krafteintrag mechanisch ausgelegt werden muss. Daher könnte für die Führung des Stanzstempels insbesondere ein Roboter zum Einsatz kommen, welche eine hohe Positioniergenauigkeit, jedoch eine reduzierte Fähigkeit zur Aufbringung der benötigten Stanzkraft aufweist. Dies resultiert damit in der Möglichkeit der Wahl entsprechend kostengünstiger Roboter.
- A first advantage could be that due to the lower required punching force, the tool part required to guide the punching die also only has to be mechanically designed for the correspondingly lower force input. Therefore, a robot in particular could be used for guiding the punching die, which has a high positioning accuracy but a reduced ability to apply the required punching force. This results in the possibility of choosing correspondingly more cost-effective robots.
Ein zweiter Vorteil könnte darin bestehen, dass aufgrund der reduziert herrschenden Kräfte die bei dem Stanzvorgang resultierende Kompression des zu stanzenden Materials ebenfalls reduziert wird. Damit könnte ein entsprechender Stanzvorgang wesentlich präzisere Stanzergebnisse liefern als dies bei der unmittelbaren Bearbeitung des Materials im harten Zustand möglich wäre.A second advantage could be that due to the reduced forces that prevail, the compression of the material to be punched that results during the punching process is also reduced. A corresponding punching process could thus deliver significantly more precise punching results than would be possible with direct processing of the material in the hard state.
Ein weiterer Vorteil könnte darin bestehen, dass eine Reduktion des mechanischen Werkzeugverschleißes möglich ist, woraus eine bessere Standzeit des Stanzwerkzeuges resultiert.A further advantage could be that a reduction in mechanical tool wear is possible, resulting in a better service life of the punching tool.
Da das Ziel des Verfahrens ist, das ausgestanzte Füllelement wieder in die Öffnung des Substrats einzubringen, ist insbesondere hierbei ein präzises Stanzergebnis sowohl für die Substratöffnung als auch für das Füllelement von Nutzen.Since the aim of the method is to reinsert the punched-out filling element into the opening of the substrate, a precise punching result is particularly useful here both for the substrate opening and for the filling element.
Die
Zur Durchführung des Verfahrens werden im Wesentlichen zwei Bewegungsvorgänge durchgeführt, nämlich zum einen ein Verschwenken und damit Bewegen des Stanzstempels 204 in der Ebene 206 zwischen der linken und der rechten Stanzposition und zum anderen ein Bewegen des Stanzstempels senkrecht zur Ebene 206 zur Durchführung des eigentlichen Stanzvorgangs, das heißt die Durchführung einer Hubbewegung.To carry out the method, essentially two movements are carried out, namely on the one hand pivoting and thus moving the
In der
Ein in diesem speziellen Fall in der
In analoger Weise ist in der
Um die Flexibilität des Bearbeitungswerkzeugs noch weiter zu erhöhen ist es ferner möglich, dass anstatt eines starren Arms 302, welcher um eine Achse 310 rotierbar ist, ein dreidimensional bewegbarer Roboter zum Einsatz kommt, welcher den Stanzstempel 204 führt. In einer einfachen Variante ist es beispielsweise möglich, dass der Arm 302 in Erstreckungsrichtung des Arms ebenfalls beweglich ist, sodass eine in Verbindung mit der Rotation um die Achse 310 beliebige Stanzposition auf dem Substrat 100 bzw. dem Füllmaterial 202 vor dem Stanzprozess angefahren werden kann. Insbesondere kann dies auch substratindividuell gesteuert werden, sodass die im Hinblick auf Industrie 4.0 geforderte Flexibilität bei der Bearbeitung von beliebigen Substraten und Füllmaterialien gewährleistet ist.In order to increase the flexibility of the machining tool even further, it is also possible that instead of a
Bezüglich der Füllmaterialien 202 auf dem Drehteller 303 sei noch angemerkt, dass es möglich ist, dass die auf dem Drehteller 303 befindlichen Füllmaterialien 202 teilweise unterschiedliche Materialzusammensetzungen oder aber auch unterschiedliche Sicherheitsmerkmale aufweisen können. So ist es auch hier möglich, substratindividuell durch entsprechende Rotation des Drehtellers 303 das gewünschte Substratelement aus dem auf die rechte Stanzposition rotierten Füllmaterials auszustanzen und in die zuvor im Substrat erzeugte Öffnung einzusetzen. Hier könnte es von großem Nutzen sein, wenn der Stanzstempel in allen Richtungen vollbeweglich ist, da dann bei ein und demselben Füllmaterial (z.B. einem Materialbogen) an verschiedenen Stellen das Ausstanzen der Füllelemente möglich ist und somit ein gegebenes Füllmaterial (ein gegebener Bogen eines Füllmaterials) mehrmals verwendet und entsprechend oft gebraucht werden kann.With regard to the filling
Die
Um auch hier wiederum die Flexibilität bezüglich der Positionierung des Stanzstempels relativ zum Substrat 100 bzw. zum Füllmaterial 202 zu erhöhen, könnte wiederum eine Beweglichkeit des Arms 302 sowohl in Erstreckungsrichtung des Arms, d.h. in radialer Richtung zur Achse 310, als auch eine Beweglichkeit des Arms in beliebiger Richtung 300, d.h. eine Rotation des Arms um die Achse 310 hilfreich sein. Da hier jedoch die Stanzpositionen auf einen relativ kleinen Bereich innerhalb des Substrats beschränkt sind, ist die hierzu erforderliche Beweglichkeit des Stanzstempels auf eben jenen Bereich beschränkt und eine entsprechende Roboterführung des Stanzstempels kann beschränkt auf genau diesen Bereich erfolgen. Dies könnte den mechanischen Aufbau des entsprechend hierzu verwendeten Roboters deutlich vereinfachen.In order to increase the flexibility with regard to the positioning of the stamping die relative to the
Unter einem Roboter wird allgemein im Rahmen der gesamten Beschreibung eine Vorrichtung verstanden, welche in der Lage ist, den Stanzstempel in eine gewünschte Stanzposition zu verbringen. Dies kann ein Roboter im konventionellen Sinn sein, welcher unter Umständen über eine Mehrzahl von verschiedenen Gelenken verfügt, um welche entsprechende Roboterarme zur Positionierung des Stanzstempels geschwenkt oder rotiert werden. Unter einem Roboter wird jedoch auch eine Vorrichtung verstanden, wie sie obig bezüglich der
Die
Die Verwendung beispielsweise einer Trapezform oder allgemein einer Schnittfläche < 90° würde insofern vorteilhaft sein, dass nach dem Einsetzen des Füllelements 302 in die Öffnung 208 die Bewegungsfreiheitsgrade des Füllelements 102 lediglich auf eine Richtung entgegengesetzt zur Einsetzrichtung beschränkt sind. Dies könnte die mechanische Stabilität erhöhen, mit welcher das Füllelement im Substrat gehalten wird.The use of a trapezoidal shape, for example, or generally a cut surface <90° would be advantageous in that after inserting the filling
Durch ein optionales beim Einsetzvorgang des Füllelements in die Öffnung stattfindende Berühren des mit Ultraschall beaufschlagten Stanzstempels von sowohl Rand der Öffnung 208 als auch Füllelement 102 resultiert auch hier wiederum die obig beschriebene Erweichung von sowohl Füllelement 102 als auch Substrat 100 im Randbereich der Öffnung, sodass ein Stoffschluss nach Einsetzen des Füllelements 102 in das Substrat 100 ermöglicht wird. Dies erhöht weiter die Kraft, mit welcher das Füllelement 102 im Substrat 100 fixiert ist.Optionally, during the process of inserting the filling element into the opening, the edge of the
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Substratsubstrate
- 102102
- Füllelementfilling element
- 200200
- Substratelementsubstrate element
- 201201
- Stößelpestle
- 202202
- Füllmaterialfilling material
- 204204
- Stanzstempelpunch stamp
- 206206
- Ebenelevel
- 208208
- Öffnungopening
- 300300
- Rotationsrichtungdirection of rotation
- 301301
- Drehtellerturntable
- 302302
- Achseaxis
- 303303
- Drehtellerturntable
- 304304
- Rotationsrichtungdirection of rotation
- 306306
- Rotationsrichtungdirection of rotation
- 310310
- Achseaxis
- 400400
- Drehtellerturntable
- 402402
- Rotationsrichtungdirection of rotation
- 500500
- Schnittstelleinterface
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