DE102021002867A1

DE102021002867A1 - Stichtiefdruckplatte mit verlängerter Haltbarkeitsdauer und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102021002867A1
Application number: DE102021002867.8A
Authority: DE
Inventors: Christoph Mengel; Reinhard Plaschka; Christian Schulze; Hubert Petratschek
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-12-08
Also published as: EP4098769A3; EP4098769A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stichtiefdruckplatte, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/oder Kupfer besteht und auf deren Oberfläche, die einem zu bedruckenden Substrat zugewandt ist, eine abriebvermindernde Schicht angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Stichtiefdruckplatte.Erfindungsgemäß ist zwischen der Oberfläche der Stichtiefdruckplatte aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/ oder Kupfer und der abriebvermindernden Schicht eine Haftvermittlungsschicht angeordnet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Stichtiefdruckplatte bereitgestellt, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/oder Kupfer besteht, anschließend auf die Oberfläche der Stichtiefdruckplatte, die einem zu bedruckenden Substrat zugewandt ist, eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht und daran anschließend auf die Haftvermittlungsschicht eine abriebvermindernde Schicht aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stichtiefdruckplatte, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/oder Kupfer besteht und auf deren Oberfläche, die einem zu bedruckenden Substrat zugewandt ist, eine abriebvermindernde Schicht angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Stichtiefdruckplatte.
Beim Druck von hochwertigen Druck-Erzeugnissen, wie Wertpapieren, Banknoten oder ähnlichem wird üblicherweise das Stichtiefdruckverfahren benutzt. Es zeichnet sich dadurch aus, dass in eine Stichtiefdruckplatte linien- oder punktförmige Vertiefungen eingebracht sind, die teilweise oder vollständig mit Farbe gefüllt werden. Ein Substrat, wie beispielsweise Papier, wird mit hohem Druck in die Vertiefungen der Stichtiefdruckplatte gepresst, so dass die Farbe auf das Substrat übertragen und das Substrat verformt wird. Alternativ ist es auch möglich, die Vertiefungen in der Stichtiefdruckplatte nicht mit Farbe zu füllen, so dass das Substrat ohne Farbauftrag lediglich verformt bzw. geprägt wird. In beiden Fällen entstehen auf dem Substrat erhabene und fühlbare Strukturen.
Aus EP 1578604 A2 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Stichtiefdruckplatten bekannt, bei der zunächst eine einer Originalplatte in Form eines Einzel-Nutzens erzeugt wird, aus der anschließend durch mehrere galvanische Abform- und Rekombinationsschritte die Stichtiefdruckplatte hergestellt wird, deren Basismaterial üblicherweise aus Nickel besteht. Abschließend wird die ebene Stichtiefdruckplatte derartig gebogen, dass sie in einen walzenförmigen Druckzylinder eingespannt werden kann.
Durch den hohen Liniendruck, dem permanenten Wischprozess und den abrasiven Bestandteilen in Substrat und Farbe im Stichtiefdruckverfahren müssen die verwendeten Stichtiefdruckplatten mit einer abriebvermindernden Schicht versehen werden, die eine ausreichende Standzeit von etwa 1.000.000 Überrollungen ermöglicht.
Im Stand der Technik wird dies durch Aufbringung einer Chromschicht als abriebvermindernde Schicht auf die Oberfläche einer Stichtiefdruckplatte gelöst, die entweder galvanisch oder auch in der Gasphase (physical vapour deposition - PVD) abgeschieden werden kann. Beispielsweise aus EP 2836370 A2 , EP 3103650 A1 und EP 2832555 A1 ist bekannt, die galvanischer Abscheidung von Chrom aufgrund von Umweltrichtlinien durch ein andere Form der Aufbringung zu ersetzen, insbesondere durch einen PVD-Prozess.
Aus EP 0906193 A1 und EP 2039529 A2 ist bekannt, die zu druckenden oder prägenden Vertiefungen direkt mittels eines Bearbeitungsmoduls in die Oberfläche einer Stichtiefdruckplatte einzubringen. Das Bearbeitungsmodul ist hierbei ein mechanisches Fräsmodul zur mechanischen Gravur oder ein Lasermodul zur Lasergravur oder ein Ritzmodul zum Ritzen bzw. Drehen. Die Herstellung dieser Stichtiefdruckplatte erfolgt dabei ohne galvanische Abformung von einem Master. Nickel als Material für diese Stichtiefdruckplatten eignet sich aus technischen aber auch gesundheitlichen Gründen nicht, so dass sie aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/ oder Stahl und/ oder Kupfer bestehen. Bei Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/ oder Kupfer ist eine ausreichend große Abtragrate bei gleichzeitiger gesundheitlicher Unbedenklichkeit gegeben.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Haftung einer Schicht aus Chrom auf einem Werkstück aus Messing nicht ausreicht und dass sich die Chromschicht bereits frühzeitig vom Messing ablöst. Dies ist unabhängig vom Beschichtungsverfahren, denn sowohl galvanisch als auch mittels PVD verchromte Werkstücke weisen die genannte Haftungsschwäche auf, die Schichtdicke der Chromschicht spielt hierbei eine untergeordnete Rolle. Beispielsweise ist die im galvanischen Prozess aufgebrachte Schicht mit einer Schichtdicke von ca. 4 µm bis 6 µm dicker als die mittels PVD bedampfte Schicht mit einer Schichtdicke von ca. 1 µm bis 2 µm, beide lösen sich aber ab.
Aufgabe der Erfindung ist, die Standzeit der mit einer abriebvermindernden Schicht versehenen Stichtiefdruckplatten zu verbessern, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/oder Kupfer bestehen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist zwischen der Oberfläche der Stichtiefdruckplatte aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/ oder Kupfer und der abriebvermindernden Schicht eine Haftvermittlungsschicht angeordnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Stichtiefdruckplatte bereitgestellt, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/oder Kupfer besteht, anschließend auf die Oberfläche der Stichtiefdruckplatte, die einem zu bedruckenden Substrat zugewandt ist, eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht und daran anschließend auf die Haftvermittlungsschicht eine abriebvermindernde Schicht aufgebracht.
Die Dicke dieser Haftvermittlungsschicht sollte möglichst gering gehalten werden, bevorzugt beträgt die Dicke 0,05 µm bis 5 µm. Sicherzustellen ist eine gleichmäßige, homogene Benetzung der Oberfläche der Stichtiefdruckplatte mit der Haftvermittlungsschicht.
Die Haftvermittlerschicht kann sowohl chemisch, galvanisch als auch mit einem PVD-Verfahren auf die Stichtiefdruckplatte aufgebracht werden oder aber mit einem Tauch- oder Sprühverfahren. Im Anschluss daran wird dann die abriebvermindernde Schicht auf die Haftvermittlerschicht aufgebracht, bevorzugt galvanisch oder mit einem PVD-Verfahren.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Stichtiefdruckplatte, die abriebvermindernde Schicht und die Haftvermittlungsschicht unterschiedliche Metalle auf. Die Stichtiefdruckplatte weist hierbei ein elektrochemisch edleres Metall auf als das Metall der abriebvermindernden Schicht. Die Haftvermittlungsschicht weist ein Metall auf, dessen elektrochemisches Potential zwischen dem elektrochemischen Potential des Metalls der Stichtiefdruckplatte und dem elektrochemischen Potential des Metalls der abriebvermindernde Schicht liegt. Durch die große elektrochemische Potentialdifferenz zwischen dem Metall der Stichtiefdruckplatte und dem Metall der abriebvermindernden Schicht ergibt sich eine verminderte Haftung zwischen der Stichtiefdruckplatte und der abriebvermindernden Schicht. Das elektrochemisches Potential des Metalls der Haftvermittlungsschicht liegt dabei zwischen dem elektrochemischen Potential des Metalls der Stichtiefdruckplatte und dem elektrochemischen Potential des Metalls der abriebvermindernde Schicht. Diese Abstufung der Differenz des elektrochemischen Potentials führt nach derzeitiger Auffassung letztendlich zu einer Verbesserung der Haftung der abriebvermindernden Schicht auf der Stichtiefdruckplatte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die abriebvermindernde Schicht aus Chrom.
Die Haftvermittlungsschicht besteht besonders bevorzugt aus Nickel, Kupfer oder einer Legierung mit Nickel und/oder Kupfer. Bei einer Stichtiefdruckplatte aus Messing wird bevorzugt Nickel verwendet. Bei einer Stichtiefdruckplatte aus Stahl werden bevorzugt Mehrschichtsysteme wie beispielsweise aus Kupfer und Nickel verwendet, um eine abgestufte elektrochemische Potentialdifferenz zwischen der Stichtiefdruckplatte und der abriebvermindernden Schicht zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Haftvermittlungsschicht aus einer Zink-Phosphatierung, die eine chemische Aktivierung der Stichtiefdruckplatte oder der Stichtiefdruckzylinder bewirkt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Oberfläche einer Stichtiefdruckplatte zu druckenden oder prägenden Vertiefungen auf, wobei die zu druckenden oder prägenden Vertiefungen direkt mittels eines Bearbeitungsmoduls in die Oberfläche einer Stichtiefdruckplatte eingebracht werden, bevor die Haftvermittlungsschicht und die abriebvermindernde Schicht auf die Stichtiefdruckplatte aufgebracht werden. Das Bearbeitungsmodul ist insbesondere ein mechanisches Fräsmodul zur mechanischen Gravur oder ein Lasermodul zur Lasergravur oder ein Ritzmodul zum Ritzen bzw. Drehen. Hierbei ist die Stichtiefdruckplatte besonders bevorzugt bereits vor dem Einbringen der zu druckenden oder prägenden Vertiefungen gebogen oder walzenförmig ausgeführt, so dass sie direkt auf einen Stichtiefdruckzylinder aufgespannt werden kann oder diesen bereits bildet.
Die erfindungsgemäße Stichtiefdruckplatte besteht aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/oder Kupfer. Die Stichtiefdruckplatte besteht dabei bevorzugt im Wesentlichen bzw. zum überwiegenden Anteil aus den genannten Materialien, wobei den genannten Materialien weitere Materialien wie z.B. Kohlenstoff im geringen Umfang hinzugefügt werden können, um die mechanischen Eigenschaften der Stichtiefdruckplatte zu beeinflussen bzw. zu verbessern.
Besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die verbesserte Haftung der abriebvermindernden Schicht auf der Stichtiefdruckplatte zu einer Erhöhung der Standzeit von mit einer abriebvermindernden Schicht versehenen Stichtiefdruckplatten aus Messing, Stahl oder Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/ oder Kupfer führt.
Wertdokumente, die mit einer erfindungsgemäßen Stichtiefdruckplatte bedruckt werden können, sind insbesondere Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gutscheine, Schecks, hochwertige Eintrittskarten, aber auch andere fälschungsgefährdete Papiere, wie Pässe und sonstige Ausweisdokumente, sowie Karten, wie beispielsweise Kredit- oder Debitkarten, deren Kartenkörper mindestens eine Lage eines Sicherheitspapiers aufweist, und auch Produktsicherungselemente, wie Etiketten, Siegel, Verpackungen, Faltschachteln, Beipackzettel und dergleichen. Die vereinfachte Benennung Wertdokument schließt alle oben genannten Materialien, Dokumente und Produktsicherungsmittel ein. Das zu bedruckende Substrat derartiger Wertdokumente besteht besonders bevorzugt aus Papier aus Baumwollfasern, wie es beispielsweise für Banknoten verwendet wird, oder aus anderen natürlichen Fasern oder aus Synthesefasern oder einer Mischung aus natürlichen und synthetischen Fasern, oder aus mindestens einer Kunststofffolie. Weiterhin bevorzugt besteht das Substrat aus einer Kombination aus mindestens zwei übereinander angeordneten und miteinander verbundenen unterschiedlichen Substraten, einem sogenannten Hybrid. Hierbei besteht das Substrat beispielsweise aus einer Kombination Kunststofffolie-Papier-Kunststofffolie, d.h. ein Substrat aus Papier wird auf jeder seiner beiden Seiten durch eine Kunststofffolie bedeckt, oder aus einer Kombination Papier-Kunststofffolie-Papier, d.h. ein Substrat aus einer Kunststofffolie wird auf jeder seiner beiden Seiten durch Papier bedeckt.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, soweit dies von dem Schutzumfang der Ansprüche erfasst ist.
Anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels und der ergänzenden Figuren werden die Vorteile der Erfindung erläutert. Das Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, auf die jedoch die Erfindung in keinerlei Weise beschränkt sein soll. Des Weiteren sind die Darstellungen in den Figuren des besseren Verständnisses wegen stark schematisiert und spiegeln nicht die realen Gegebenheiten wider. Insbesondere entsprechen die in den Figuren gezeigten Proportionen nicht den in der Realität vorliegenden Verhältnissen und dienen ausschließlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit. Des Weiteren ist die in dem folgenden Ausführungsbeispiel beschriebene Ausführungsform der besseren Verständlichkeit wegen auf die wesentlichen Kerninformationen reduziert. Bei der praktischen Umsetzung können wesentlich komplexere Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
Im Einzelnen zeigen schematisch:

1 eine erfindungsgemäße Stichtiefdruckplatte in Seitenansicht,
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.

1 und 2 zeigen schematisch eine Stichtiefdruckplatte 1, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/ oder Stahl und/oder Kupfer besteht und auf deren Oberfläche, die einem zu bedruckenden Substrat zugewandt ist, eine abriebvermindernde Schicht 2 auch Chrom angeordnet ist. Zwischen der Oberfläche der Stichtiefdruckplatte 1 und der abriebvermindernden Schicht 2 ist eine Haftvermittlungsschicht 3 aus Nickel, Kupfer oder einer Legierung mit Nickel und/ oder Kupfer oder aus einer Zink-Phosphatierung ein- bzw. aufgebracht. Die Dicke der Haftvermittlungsschicht beträgt 0,05 µm bis 5 µm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1578604 A2 [0003]
EP 2836370 A2 [0005]
EP 3103650 A1 [0005]
EP 2832555 A1 [0005]
EP 0906193 A1 [0006]
EP 2039529 A2 [0006]

Claims

Stichtiefdruckplatte, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/ oder Stahl und/oder Kupfer besteht und auf deren Oberfläche, die einem zu bedruckenden Substrat zugewandt ist, eine abriebvermindernde Schicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberfläche der Stichtiefdruckplatte und der abriebvermindernden Schicht eine Haftvermittlungsschicht angeordnet ist.
Stichtiefdruckplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke die Haftvermittlungsschicht 0,05 µm bis 5 µm beträgt.
Stichtiefdruckplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stichtiefdruckplatte, die abriebvermindernde Schicht und die Haftvermittlungsschicht unterschiedliche Metalle aufweisen, wobei die Stichtiefdruckplatte ein elektrochemisch edleres Metall aufweist als das Metall der abriebvermindernden Schicht und die Haftvermittlungsschicht ein Metall aufweist, dessen elektrochemisches Potential zwischen dem elektrochemischen Potential des Metalls der Stichtiefdruckplatte und dem elektrochemischen Potential des Metalls der abriebvermindernde Schicht liegt.
Stichtiefdruckplatte nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abriebvermindernde Schicht aus Chrom besteht.
Stichtiefdruckplatte nach einem der vorigen Ans 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht aus Nickel, Kupfer oder einer Legierung mit Nickel und/oder Kupfer oder aus einer Zink-Phosphatierung besteht.
Verfahren zur Herstellung einer Stichtiefdruckplatte, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/oder Kupfer besteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stichtiefdruckplatte bereitgestellt wird, die aus Messing, Stahl, Kupfer oder einer Legierung mit Messing und/oder Stahl und/oder Kupfer besteht, auf die Oberfläche der Stichtiefdruckplatte, die einem zu bedruckenden Substrat zugewandt ist, eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht wird und anschließend auf die Haftvermittlungsschicht eine abriebvermindernde Schicht aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke die Haftvermittlungsschicht 0,05 µm bis 5 µm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stichtiefdruckplatte, die abriebvermindernde Schicht und die Haftvermittlungsschicht unterschiedliche Metalle aufweisen, wobei die Stichtiefdruckplatte ein elektrochemisch edleres Metall aufweist als das Metall der abriebvermindernden Schicht und die Haftvermittlungsschicht ein Metall aufweist, dessen elektrochemisches Potential zwischen dem elektrochemischen Potential des Metalls der Stichtiefdruckplatte und dem elektrochemischen Potential des Metalls der abriebvermindernde Schicht liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht chemisch, galvanisch, mit einem PVD-Verfahren oder mit einem Tauch- oder Sprühverfahren auf die Stichtiefdruckplatte aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die abriebvermindernde Schicht galvanisch oder mit einem PVD-Verfahren auf die Haftvermittlerschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die abriebvermindernde Schicht aus Chrom besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht aus Nickel, Kupfer oder einer Legierung mit Nickel und/oder Kupfer oder aus einer Zink-Phosphatierung besteht.