-
Einrichtung und Verfahren zum Prägen von Linsenrastern aus Kunststoff
bei gleichzeitiger Kaschierung derselben mit bedruckten Papieren.
-
Anwendungsgebiet.
-
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung in der transparente Kunststoffolien
auf bedruckte Papier bogen kaschiert werden, wobei die Kunststoffolie auf der papierabgewandten
Seite durch Prägung zu eines insenraster verformt wird, wobei die Brennweiten der
zum Linsenraster zusammengeführten Stablinsen, trotz Schroumpf und Kaltflu#verformung
des Kunststoffes, den vorbestimmten Wert behalten.
-
Zweck: mit der erfindungsgemä#en Einrichtung soll die rationelle Herstellung
von räumlich wirkenden Abbildungen bzw. sogenannten 3D-Drucken durchgeführt werden.
-
Stand der tas Kaschieren aus Kunststoffolien auf Papier mit Technik:
und ohne Kleber ist bekannt, wobei die kleberlose Kaschierung dadurch ermöglicht
wird, daß die Kunststoffolie durch Wärmeeinwirkung soweit plastifiziert wird, da#
bei hinreichendem Druck Teile der Folienoberfläche zwischen die Papierfasern eindringen.
Selbstverständlich können sich hierbei Erhöhungen und Vertiefungen der Druckelemente
auf die Kunststoffolie übertragen, womit klar ist, da? im Kaschierungsprozess bei
Anwesenheit von Wärme leichzeitig geprägt werden kann, wie dies auch praktisch zur
Anwendung kommt. Die verwendeten Druckelemente bzw. Prägestöcke sind daher beheizbar
wie beispielsweise in den Patenten (deutsch 881 517 und 939 506) beschrieben ist.
Mit solchen beheizlen Prägestöcken wird sowohl auf Tiegel- als auch auf Sehnellpressen
gearbeilel. Zur Herstellung von 3D-#ildern wird auch nach den Patenten (USA j2,219,158
und
anderen ähnlichen Patenten verfahren.
-
Kritik des Standes der Technik: Mit den bekannten und beschriebenen
Einrichtungen gemäß den deutschen Patenten 881 517 und 939 508 lassen sich beim
Kaschiervorgang keine optisch wirksamen Linsenraster in die Kunststoffolie einprägen,
da nach dem Abheben der beheizten Prägestempel die Kunststoffolie zwar hinreichend
fest mit dem Papier verbunden doch nicht eingefroren ist-, insbesondere, wenn die
Folie über 0,2 mm stark gewählt werden muß, was bei 3D-Bildern als @indeststärke
zur Zeit noch erforderlich ist. Bei der Abkühlung nach dem Prägekaschiervorgang,
verfiacht sich die Prägung so erheblich, daß die Wirkung eines Linsenrasters nich-t
mehr erreicht wird Bei dünneren Folien wird die Prägung mehr oder weniger in das
zu kaschierende Papier eingebracht wobei die Folie nur zur Glanzerzeugung oder eines
farblichen Effektes dient. Bei der Erzeugung von 3D-Bildern darf der Linsenraster
nicht in das Papier eingeprägt werden weil auch dadurch der Linseneffekt aufgehoben
wird0 Das Verfahren nach den USA Patenten eignet sich zwar zum Kaschieren von mit
3D-Drucken versehenen Papierbogen, wobei auch gleichzeitig die Linsenraste ausreichend
geformt werden Da es sich aber um Rotationsverfahren handelt, wird das Papier beirl
Kaschier- und Prägeprozess gewalkt und gestreckt.
-
Dadurch wird der Anteil an Passerungenauigkei ten erheblich groß,
und das ist verständlich, wenn zu berücksichtigen ist, da# die Linsenraster auf
dem 3D-Druck Genauer passen müssen als die vierte Farbe bei einem anspruchsvollen
Vierfarben-Fllustrationsdruck Zusammenfassend ist festzustellen, da# nach den Paten-ten
(deutsch 881 517 / 939 508) und im Prinzip ähnlichen Verfahren und Einrichtungen
keine wirtschaftliche Herstellung von 3D-Bildern möglich ist, weil die Wärmezuführungs-
und Wärmeableitungsgegebenheiten
dazu nicht geeignet sind. Die
Verfahren nach den USA Patenten Nr. 2,219,158/Nr. und ähnliche zeigen den Nachteil
der Passerschwierigkeiten.
-
Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einer Prägepresse
bedruckte Papierbogen zuzuführen, und die von der Rolle kommenden Kunststoffolien
hinreichend vorplastifiziert zwischen den Präge stock und den Papierbogen zu bringen0
Dabei muß der Druck bogen bzw. die Rasterung des 3D-Druckes in eine genauestens
justierte Lage zum Prägestock gebracht werden, wenn die räumliche Wirkung des Bildes
durch das Einprägen des Linsenrasters in die Kunststoffolie entstehen soll Zur dauerhaften
Erhaltung der Linsenrasterradien in der aufkaschierten und geprägten Kunststoffolie,
muß dieselbe bei der Prägung einfrieren, und zwar so schnell, da wenigstens 800
Prägekaschierungen in der Stunde durchführbar sind.
-
Weiter ist dafür zu sorgen, daß bei eine materialbedingten Nachformung
und Schrumpfung der Kunststofffolie, der Rasterlinsenradius die Brennweite der Rasterlinsen
den vorbestimmten Wert be- oder erhält0 Lösung: Der Lösung der gestellten Aufgabe
liegt die, der durch Versuche als richtig bestätigten Idee zugrunde, den Plastifizierungs-
und Erstarrungsbereich der Kunststoffolie so zu nutzen, daß in einer optimal kurzen
Zeit die plastifizierte Kunststoffolie in die verlangte Form, d.h ausgeprägt wird
und erstarrt, wobei eine ausreichende Verbindung zwischen dem Papier und d-er Kunststoffolie
zustande kommen muß, und zwar unter der Bedingung,daf; die Linsenrasterteilung mit
dem Druekraster übereinstimmt.
-
Es wurde gefunden, daß der Prägestock nicht kalt sein darf, weil
dabei die Einfrierung des plastisch zugeführten Kunststoffes, bzwO der Kunststoffolie
schon vor der vollendeten Ausprägung erfolgt und die linsenradien des Prägestockes
nicht korrekt abgebildet werden Es sieht auf dem ersten Blick zo aus,
als
ob durch Schlagprägung das Ziel mit kaltem Prägestock erreicht werden könnte, doch
bestätigt sich diese Lösung nur, wenn die Schlagkraft als Prägekraft für eine bestimmte
Zeit erhalten bleibt.
-
Dies bedeutet jedoch einen Maschinenbauaufwand, der unwirtschaftlich
ist. Als wirtschaftlich bestätigt sich die Idee, die unterste Plastifizierungswie
die oberste Erstarrungsgrenze anzusteuern, um in der möglichst kürzesten Zeit soviel
Wärme abzuführen, wie notwendig ist, um den Kunststoff einfrieren zu lassen. Dabei
ist erforderlich, daß die Beendigung des Prägeweges mit dem Einfrierungsbeginn der
Kunststoffolie zusammenfällt. Um einen Rest an Schrumpf und Nachverformung aufzufangen,
wird erfindungsgemäß mit einer Linsenrastermatrize geprägt, die gegenüber dem Aufnahme-Linsenraster
eine überhöhte Linsenwölbung aufweist Die bestimmbare Rückverformung der Rasterprägung
hat den überhöhten Linsenwölbungen zu entsprechen. Schließlich gehört zur erfindungsgemäßen
Lösung der gestellten Aufgabe die Führung des Druckbogens, doh des bedruckten Papierblattes,
welches mit der Kunststoffolie im Prägevorgang verbunden werden soll. Erfindungsgemäß
wird der Druckbogen, bzw. der Papierbogen vom Bogenanleger an die Anlegemarken gebracht'und
dort in die Nadeln einer Leiste aufgespießt. Die Leiste wandert dann mit dem Papierbogen
zwischen die Prägepresse in eine bestimmte Lage, die genau justiert werden kann,
um die Übereinstimmung zwischen dem aufzuprägenden Linsenraster und dem Druckraster
zu gewährleisten.
-
Der bei Druckmaschinen übliche Greifer ist in der erfindungsgeuäßen
Einrichtung nicht verwendbar, da der Papierbogen von der Kunststoffolie beim Prägevorgang
übernommen wird. Es bleibt hierbei kein Raum für die Greiferoberkante. Auch wenn
dieser Raum eingerichtet würde, indem die Kante des Papierbogens mit dem Greifer
soweit zurückgezogen würde, daß eine Berührung mit der Kunststoffolie entfiele,
könnte der übliche Greifer nicht verwendet werden. Der Papierbogen wird bei den
üblichen Greifern durch eine Klemme gehalten
und, um eine genaue
Justierung zu ermöglichen, wird der Greifer vor dem Druck geöffnet und der Bogen
fällt in die Anlegemarken. Auch wird mit Saugstangen sum Papierbogentransport gearbeitet,
was im erfindungsgemäßen Falle auch nicht durchführbar isto Die erfindungsgemäße
Lösung ist insofern die zweckmäßigste, weil der Papierbogen in den Nadeln aufgespießt,
endgültig und ausreichend fixiert ist0 Es wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß
die Leiste, auf der sich die Nadeln befinden, mit dem aufgespießten Papierbogen
in der End- und Prägestellung durch Paßstifte der dergleichen, jedesmal ein und
dieselbe Stellung mit absoluter Genauigkeit einnimmt.
-
Nachstehend wird anhand der Zeichnungen die erfindungsgemäße Einrichtung
beschrieben.
-
Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung die wesentlichen Teile
der erfindungsgemäßen Einrichtung in Öffnungsstellung.
-
Fig. 2 die schematlsche Darstellung der wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen
Einrichtung in Prägestellung0 Fig. 3 die Seitenansicht der Papierbogen-Transportvorrichtung
der erfindungsgemäßen Einrichtung bei zwei verschiedenen Stellungen der Greifernadeln.
-
Fig. 4 die Greiferstange mit den Greifernadeln in der Stellung der
Papierbogenaufnahme.
-
Fig. 5 das Schaubild der Temperatur- und Druckführung in der erfindungsgemäßen
Einrichtung.
-
Fig. 6. das Schaubild der unzulässigen Temperatur-und Druckführung
in der erfindungsgemäßen Einrichtung.
-
Fig. 7 den Schnitt durch eine Linsenraster-Prägematrize und durch
ein geprägtes 3D-Bild ohne erfindungsgemäßer Radienkorrektur.
-
(erg)
Fig. 8 den Schnitt durch eine Linsenraster-Prägematrize
und durch ein geprägtes 3D-Bild mit erfindungsgemäßer Radienkorrektur. (vergrößert)
Fig. 9 die Draufsicht auf den leil eines geprägten Linsenrasters und dem darunter
liegenden Druckbogens.
-
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in eine liegende, hydraulische
oder mechanische Presse bzw. eingebaut.
-
Die typischen merkmale einer solchen Presse, nämlich die Kopfplatte
(6), die Grundplatte (13) und die Druckplatte (7 ) sind auf Fig. 1 und 2 ohne die
üblichen Holme dargestellt. Der Zylinder (12) soll lediglich andeuten, daß die Druckplatte
(7) unter Druck bewegt wird.
-
Erfindungsgemäß wird eine liegende Presse verwendet, weil die plastifizierte,
erwärmte Kunststoffolie (1) senkrecht hängend geprägt werden mu#, da in einer anderen
Lage die weiche Kunststoffolie durchhängt und sich wölbt. Wenn, wie dies in der
erfindungsgemäßen Einrichtung verlangt wird, der Papierbogen (2) in einer genau
justierten Lage gegenüber der Linsenraster-Prägematrize (3) mit der Kunststoffolie
beprägt werden muß, dann würde eine gewölbt durchhängende Kunststoffolie schon vor
der Prägung den Papierbogen berühren und diesen unbedingt bewegen und die Justierung
aufheben.
-
Auf der Matrizenplatte (5) ist die Linsenraster-Prägematrize (3) befestigt.
In einer bestimmt justierten Lage wird gegenüber der Matrizenplatte (5) der Papierbogen
(2) gehalten.
-
Alsdann fährt die Presse zu, d. h., die Druckplatte bewegt sich in
die Prägestellung. Mit der Druckplatte (7) zusammen bewegt sich die hängende, erweichte
Kunststoffolie, mitsamt dem Strahl-Heizkasten (8) und dem Abheberahmen (9) auf die
Linsenraster-Prägematrize (3) zuf.
-
Dieser Bewegungsvorgang ist erfindungsgemäß so gesteuert, daß die
Kunststoffolie in dem Augenblick in dem der Prägeteller (4) mit dem Papierbogen
die Eunststoffolie berührt, ebenfalls die Lin s enras ter-Prägematnze berutirt;
und der Prägevorgang beginnt. Diese Situation ist mit Fig. 2. dargestellt.
-
Die Figuren (1) und (2) zeigen am Prägeteller (4) befestigt, die Greifer-Transportkettenräder
(10), deren Funktion mit den Figuren (3) und (4) erläutert wird. Es handelt sich
um je ein Paar, mit starrer Achse verbundenen Greifer-Transportkettenräder, wovon
ein Paar auf dem Prägeteller und ein Paar unter dem Prägeteller (4) befestigt ist.
Parallel miteinander laufen über die Greifer-Transportkettenräder die Ketten (18),
zwischen denen die Greiferleiste (14) eingehängt ist0 An der Greiferleiste befinden
sich die Greifernadeln (15).
-
Fig. 3 zeigt die Greiferleiste (14) in den beiden maßgeblichen Stationen.
In der Ausgangsstellung liegt die Greiferleiste (14) auf dem Scheitel der Kettenräder
(10) unter dem Anlegetisch (16) und in der Endstellung steht die Greiferleiste unter
dem Prägeteller (4), wo sie gegen den einstellbaren Anschlag (26) angefahren ist0
Dabei haben die Nadeln (15) in der Greiferleiste (14) den Papierbogen (1) mitgenommen,
der gemäß FiF. 4 dadurch in die Nadeln (15) gelangt ist, daß sich der Anlegetisch
(16) mit dem Papierbogen (2) gesenkt hat, wobei der Nadelschuh (17) den darunter
liegenden Papierbogen in die Nadeln spießte.
-
Die Anlagemarke (19), gegen die der Papierbogen (2) durch den Bogenanleger
geführt wird, ist wie bei Druckmaschinen einstellbar. Nachdem sich der Anlegetisch
gesenkt hat, ziehen die Nadeln den Papierbogen unter der Anlagemarke weg in die
Endstellung. Bei dieser erfingungsgemäßen Konstruktion werden Passungsfehler auf
das mögliche Mindestmaß reduziert.
-
Die Fig. 3 lässt auch erkennen, was mit dem Papierbogen geschieht,
nachdem er auf der Kunststoffolie haftet, nämlich, daß der Papierbogen einfach aus
den Nadeln herausgehoben wird, wenn die Presse in ihre Ausgangsstellung zurückfährt.
-
Es wurde gefunden, daß eine optimale Abbildung der Linsenrastermatrize
in der Eunststoffolie dann von ganz eng begrenzten Werten abhängt, wenn die Forderung
gestellt ist, weinigstens 900 Prägungen in der Stunde durchzuführen. Die Schaubilder
gemäß Fig. 5 und Fig. 6 zeigen diese Werte.
-
Die Erwärmung der Folie in 2 sec. ist lediglich eine Frage der Leistung
des lleizaggregates. Bei einer Hart-PVC-Folie von 0o5 mm Stärke hat sich eine Erwärmung
auf 1800
als optimal für den weiteren Verlauf der Prägekaschierung
gezeigt. Ferner wurde gefunden, daß bei einer Prägezeit von 2 sec*-die Erstarrung
der Kunststoffolie mit der Beendigung der Prägung zusammenfällt, wenn die Linsenraster-Prägematrize
und der Prägeteller bis an die Erweichungs- bzw. Erstarrungsgrenze der Kunststoffolie
erwärmt sind. Das Schaubild gemäß Fig. 5 zeigt die Beendigung des Prägeweges (Pw)
im Augenblick, in dem die Erstarrungsgrenze erreicht ist.
-
Fig. 6 zeigt was passiert, wenn mit kaltem Prägeteller und kalter
Linsenraster-Prägematrize gearbeitet wird. Hier ist die Erstarrungsgrenze schon
vor Beendigung des Prägeweges (PW) erreicht und dadurch ist die Ausprägung des Linsenrasters
in der Kunststoffolie unzureichend. Die simpel erscheinende Folgerung, in diesem
Falle den Prägeweg und die Prägezeit zu verkürzen, erweist sich als unrichtig. Der
schnellere Druckanstieg erwirkt eine schnellere Abkühlung der Folie und der Erstarrungsvorsprung
gegenüber der Beendigung des Prägeweges bleibt.
-
Trotz der erfindungsgemäß gesteuerten Vorgänge, wie Wärmezu- und -abfuhr
in Verbindung mit dem Prägeweg und der Prägezeit, bilden sich nach der Erstarrung
des Kunststoffes die geprägten Formen um einen bestimmten Anteil zurück.
-
Diese Rückbildung stellt den Wirkungseffekt eines 3D-Bildes infrage,
da fest gelegte Linsenrasterradien die 3D-Wirkung erzeugen. ErCindungsgemäß wird
die Rückbildung dadurch eliminiert, daß mit zwei Linsenraster-Prägematrizen gearbeitet
wird. Aus einer linsenrastermatrize mit den errechneten Linsenradien wird ein schrumpffreies
Linsenraster abgezogen, welches mit verschiedenen, transparenten Gußmassen möglich
ist. Zum Prägen des Linsenrasters wird eine genau gleiche Linsenraster-Prägematrize
verwendet, die sich von der ersteren dadurch unterscheidet, daß ihr Linsenradius
kleiner' und tiefer eingebracht ist. Es entstehen zwar dadurch gradlinige Schenkel
indessen bei dem errechneten Radius der Linsenbogen am nächsten Linsenbogen anliegt.
-
Fig. 7 zeigt eine Linsenraster-Prägematrize mit den, zur Erzeugung
der 3D-Wirkung errechneten Radien (20) und. die auf den Papierbogen kaschierte und
geprägte Kunststoffolie (1).
-
Die Radien (21) sind gegenüber den Radien (20) vergrößert, d.h., der
Linsenbogen ist durch Schrumpf und Rückbildung verflacht.
-
Fig. 8 zeigt eine Linsenraster-Prägematrize mit korrigierten Linsenradien
(22), die sich nach der Prägung der Kunststoffolie (1) auf die errechneten Linsenradien
(23) zurückverfrmen. Die Rückformung hat die Eigenschaft, beispielsweise die Schenkel
eines Prisma zu runden. Der Linsenbogen gemäß dem Linsenradius (22) läuft deshalb
erfindungsgemäß in zwei geraden Schenkeln aus, die sich bei der Abformung in der
Kunststoffolie runden.
-
Mit Fig. 9 soll noch einmal erläutert werden, wie genau die zum Linsenraster
geprägte Kunststoffolie auf die Rasterung des Papierbogens passen muß. Das 3D-Bild
besteht aus den Raster-Streifen, die durch die Grenzlinien (24) erkenntlich sind.
Die Grenzlinien (25) der Rasterlinsen müssen genau auf den Grenzlinien (24) liegen,
wenn ein brauchbares fD-Bild entstehen soll. Im Hinblick auf diese Genauigkeitsforderungen
gehören die einzelnen Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung zusammen.