DE2624017C2 - Verfahren zum Prägen eines Reliefmusters in einen thermoplastischen Informationsträger und Prägeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Prägen eines Reliefmusters in einen thermoplastischen Informationsträger und Prägeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

'S. Us
licht zwar eine verhältnismäßig hohe Durchlaufgeschwindigkeit, erfordert jedoch hohe Investitionen und ist daher nicht wirtschaftlich, wenn von einem bestimmten Reliefmuster nur eine geringe Anzahl Kopien geprägt oder das Reliefmuster sogar ständig verändert werden solL Außerdem ist es nach diesem Verfahren nicht möglich, hochqualitative Reliefmuster hoher Auflösung in ein thermoplastisches Material zu prägen, dessen Oberfläche mit einer Metallschicht beschichtet ist
" Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte gattungsgemäße Verfahren so zu verbessern» daß es wirtschaftlich und einfach durchführbar ist und auch die Fälschungsgefahr vermindert wird.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet
Es hat sich gezeigt daß die oben angegebene Aufgabe durch die erfindungsgemäße Merkmalsvereinigung sehr gut lösbar ist obwohl das thermoplastische Material des Informationsträgers bereits vor dem Prägen mit einer dünnen Schicht aus (nicht thermoplastischemJMetall beschichtet ist
Eine Prägeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Prägematrize aus mindestens einem bandförmigen elektrischen Leiter besteht an eine Stromimpulsquelle angeschlossen ist und auf einem Stempel befestigt ist
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Prägeeinrichtung,
F i g. 2 die Prägeeinrichtung der F i g. 1 in der Seitenansicht
F i g. 3 einen Stempel,
Fig.4 bis 6 Teile von Prägeeinrichtungen in der Draufsicht F i g. 7 einen geprägten Informationsträger und
F i g. 8 eine weitere Prägeeinrichtung.
In der F i g. 1 bedeutet 1 eine Prägematrize, die aus einem bandförmigen elektrischen Leiter besteht und auf der einen Oberfläche ein Reliefmuster 2 aufweist Dieses Reliefmuster ist durch ein oder mehrere Phasenbeugungsstrukturen gebildet wobei der Linienabstand des Gitters in der Größenordnung von einigen Mikron oder weniger liegen kann. Verfahren zur Herstellung von Prägematrizen aus Metall mit derartigen Reliefmustern sind bekannt und brauchen daher hier nicht näher erläutert zu werden; beispielsweise kann von einem Originalhologramm durch chemische oder galvanische Beschichtung eine als Prägematrize 1 dienende Kopie aus Nickel hergestellt werdert.
Die Prägematrize 1 ist auf einem Stempel 3 befestigt. Im dargestellten Beispiel ltegt zwischen dem Stempel 3 und der Prägematrize 1 eine Zwischenlage 4 aus elektrischem Isolierstoff, was gestattet, den Stempel 3 aus Metall zu fertigen. Zwei einander gegenüberliegende Enden der Prägematrize 1 sind zwischen elektrische Kontaktstücke 5, 6 und Spannklötze 7, 8 eingeklemmt Die Spannklötze 7, 8 sind auf zwei Seilenflächen des Stempels 3 befestigt und von diesen elektrisch isoliert. Eine nicht dargestellte Stromimpulsquelle ist an die Kontaktstüeke 5,6 angeschlossen.
Die Dicke der Prägematrize 1 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,02 mrn bis 0,15 mm. Ihre Länge und Breite sind durch die Abmessungen des Reliefmusters 2 und die zum Einspannet benötigte freie Fläche gegeben.
Zum Abformen des Reliefmusters 2 auf einen mit einer dünnen Metallschicht überzogenen thermoplastischen Informationsträger 9 wird dieser auf eine starre Unterlage 10 gelegt und mit dem Stempel 3 die Prägematrize 1 auf den Informationsträger gepreßt Mit einem die Prägematrize 1 durchfließenden Stromimpufe wird diese kurzzeitig aufgeheizt Durch den engen Kontakt zwischen der Prägematrize 1' und dem Informationsträger 9 fließt die Wärme rasch in den Informationsträger, und dessen Oberfläche wird auf eine Temperatur erwärmt bei der das thermoplastische Material plastisch verformt wird und die gewünschte Reliefstruktur annimmt Nach Beendigung des Stromimpulses kühlen die Prägematrize 1 und der Informationsträger 9 rasch ab, wobei die Wärme in die Unterlage 10 und den Stempel 3 abfließt Der auf den Informationsträger 9 einwirkende Prägedruck wird aufrechterhalten, bis die geprägte Oberfläche auf eine Temperatur abgekühlt ist, die unterhalb der Fließtemperatur des thermoplastischen Materials liegt und somit das geprägte Reliefmuster verfestigt ist Sodann kann der Informationsträger 9 von der Prägematrize 1 getrennt werden.
In der nachfolgenden Tabelle sind als Beispiel typische Bedingungen angegeben, unter Cijnen mit dem beschriebenen Verfahren Reliefmuster rrit sehr hoher Auflösung und Güte geprägt wurden.
Material der Prägematrize Nickel
Dicke dq-r Prägematrize 0,07 mm
Ma terial des Informationsträgers Hart-PVC (metallbeschichtet)
Prägedruck 20 kg · cm~2
Heizenergie/Prägefläche lOJ-cm-2
Heizdauer 0,2 s
Abkühldauer 03 s
Die oben aufgeführten Werte sind lediglich als Richtwerte zu betrachten. Zwischen den einzelnen Parametern besteht eine starke Abhängigkeit und beträchtliche Abweichungen von den angegebenen Werten sind ohne weiteres möglich. Beispielsweise ist bei zunehmendem Prägedruck eine geringere Heizenergie erforderlich, und die Wahl einer dickeren Prägematrize bedingt eine längere Abkühldauer. Die in einem bestimmten Anwendungsfall gewählten Prägebedingungen werden dann als optimal betrachtet, wenn einerseits ein getreues Abbild des Reliefmusters 2 und andererseits eine minimale Deformation des Informationsträgers 9 in den außerhalb des geprägten Reliefmusters liegenden Bereichen erzielt wird.
Das beschriebene Verfahren kann mit sehr einfachen Mitteln durchgeführt werden und gestattet deshalb auch bei kleinen Stückzahlen ein wirtschaftliches Prägen. Durch die sehr geringe Wärmekapazität der Prägematrize 1 und durch die unmittelbare Beheizung derselben durch einen Stromimpuls kann einerseits der Prägevergijijg mit minimalem Energieverbrauch durchgeführt werden, andererseits ergibt sich für die Prägematrize und den Informationsträger 9 eine sehr Vjrze Abkühlzeit, was gestattet, den Prägedruck ohne beachtenswerte Wartezeit bis zur Verfestigung des geprägten Reliefmusters aufrechtzuerhalten, was zu außerordentlich formgetreuen Reliefmustern führt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Reliefmuster durch die Metallschicht hindurch in 4e\> Informationsträger eingeprägt. So ist es beispielsweise möglich, daß die Metallschicht auf die Oberfläche des thermoplastischen Materials, in das später des Reliefmusters einzuprägen ist, aufgedampft wird. Trotz der physikalisch unterschiedlichen Eigenschaften zwischen dem thermoplastischen Informationsträger und der (nicht
thermoplastischen) Metallschicht sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren formgetreue Reliefmuster mit sehr hoher Auflösung prägbar.
Die zwischen der Prägematrize 1 und dem Stempel 3 angeordnete Zwischenlage 4 besteht vorzugsweise aus einem elastischen Material, beispielsweise aus Hartgummi, wodurch Unebenheiten des zu prägenden Informationsträgers 9 oder Abweichungen von der Parallelität zwischen der Oberfläche des Informationsträgers und jener der Prägematrize ausgeglichen werden.
Wenn die Prägematrize 1 die Oberfläche des Informationsträgers 9 nicht vollständig bedeckt, ist es möglich, daß beim Prägevorgang entlang den Kanten der Prägematrize thermoplastisches Material des Informationsträgers verdrängt wird und dadurch kleine Grate aufgeworfen werden, die in bestimmten Anwendungsfällen als störend empfunden werden können. Dies kann auf einfache Weise vermieden werden, wenn — wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist — die Kanten des Stempels 3 abgeschrägt oder abgerundet sind und die Prägematrize 1 sowie die elastische Zwischenlage 4 die anliegende Fläche des Stempels seitlich überragen.
Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung von Prägegraten ist in der Fig.3 dargestellt. Die elastische Zwi- gang wahlweise einer oder mehrere der bandförmigen Teile 16 bis 19 von einem Stromimpuls durchflossen werden. In den durch die ausgewählten Engpässe 20 bis 23 gegebenen Prägebereichen werden Reliefmuster in den Informationsträger 9 geprägt, die z. B. eine binär kodierte Dezimalzahl darstellen können.
Die F i g. 7 zeigt den Informationsträger 9' nach erfolgter Prägung für den Fall, daß die bandförmigen Teile 20,22 und 23 der folienförmigen Prägematrize 14 stromdurchflossen werden. Die in den Informationsträger 9' eingeprägten Reliefmuster 29, 30 und 31 stellen die Binärzahl 1011 dar und können z. B. mit einem optischen Lesegerät in serieller oder paralleler Arbeitsweise maschinell gelesen werden. Die geprägten Reliefmuster 29 bis 31 können identisch oder verschieden sein. Der Informationsträger 9' dient vorzugsweise als Dokument, d. h. als Kreditkarte, Identitätskarte, Fahrkarte, Wertpapier u. dgl.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, nur auswählbare Bereiche des Reliefmusters 2 auf dem Informationsträger 9 abzuformen, besteht in der Verwendung einer Grundplatte, deren dem Informationsträger zugewandte Oberfläche mehrere höhenverstellbare Teilbereiche aufweist. Die F i g. 8 zeigt eine Prägeeinrichtung
schenlage 4 ist hier in einer Vertiefung des Stempels 3 25 mit einer solchen Grundplatte, die durch einen starren angeordnet, der aus einem Material mit guter Wärme- Block 32 und durch bewegbare Schieber 33 bis 35 gebilleitfähigkeit besteht Die Ränder der Prägematrize 1 det ist. Di«se Schieber liegen auf einer bezüglich der liegen auf dem Stempel 3 auf, so daß diese beim Präge- Oberfläche des Blocks 32 schiefen Ebene 36 in Ausspavorgang eine weniger hohe Temperatur erreichen als rung 37 des Blocks 32. Elektromagnete 38 bis 40 sind der das Reliefmuster tragende innere Bereich der Prä- 30 über drehbar gelagerte Magnetanker 41 bis 43 mit jeweils einem der Schieber 33 bis 35 gekoppelt. Die als Winkelhebel ausgebildeten Magnetanker 41 bis 43 greifen mit ihrem einen Ende in eine konische Nut 44 des zugehörigen Schiebers 33,34 bzw. 35. Ein Federrechen
Die Fig.4 zeigt den Informationsträger 9, die auf 35 45 drückt die Magnetanker 41 bis 43 und die Schieber 33 diesem liegende bandförmige Prägematrize 1 und die bis 35 bei nicht erregten Elektromagneten 38 bis 40 in Kontaktstücke 5, 6 in der Draufsicht Der Stempel 3 (Fig. i) und die b'nieriagc 10 sind der besseren Übersicht halber in der F i g. 4 nicht dargestellt Die Prägematrize 1 weist eine konstante Breite auf, so daß sie 40 beim Prägevorgang durch den Stromimpuls auf ihrem gesamten auf dem Informationsträger 9 aufliegenden, in der Zeichnung schraffierten Prägebereich 11 gleichmä-
gematrize. Der Stempel 3 kann z. B. aus Aluminium bestehen, dessen Oberfläche eine dünne Oxydschicht aufweist und durch diese gegen den anliegenden Rand der Prägematrize 1 elektrisch isoliert ist die Ruhelage, in welcher die Oberfläche des Blocks 32 und der Schieber 33 bis 35 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Werden einer oder mehrere der Elektromagnete 38 bis 40 erregt, wird der zugehörige Magnetanker 41, 42 bzw. 43 entgegen der Kraft des Federrechens 45 geschwenkt, und der an den Magnetanker gekoppelte Schieber 33,34 bzw. 35 wird auf der schiefen Ebene 36
In der Fig.5 ist eine Prägematrize 12 dargestellt, die 45 in Richtung des Pfeiles 46 bewegt und sinkt unter die einen Engpaß 13 aufweist Durch den Stromimpuls wird Oberfläche des Blocks 32. Beim Prägevorgang wird der
Prägedruck nur auf Bereiche des Informationsträgers 9 übertragen, die auf dem Block 32 oder auf die Ruhelage einnehmenden Schiebern 33,34 bzw. 35 liegen. Dadurch werden die über elektromagnetisch aus der Ruhelage ausgelenkte Schieber 33,34 bzw. 35 liegenden Bereiche des Informationsträgers 9 nicht geprägt, was gestattet, Kodezeichen in Form von Reliefmustern in den Informationsträger einzugeben. Durch geeignete Wahl der Steigung der schiefen Ebe-
ßig aufgeheizt wird.
nur der Engpaß 13 auf die zum Prägen erforderliche Temperatur aufgeheizt Der in der Fig.5 wiederum durch eine Schraffur angedeutete Prägebereich entspricht der Fläche des Engpasses 13.
Durch die Anordnung des Engpasses 13 in der Prägematrize 12 kann dafür gesorgt werden, daß das Reliefmuster der Prägematrize nur in einem ausgewählten Prägebereich in den Informationsträger 9 eingeprägt wird, während ein allenfalls auch außerhalb des Engpas ses liegendes Reliefmuster der Prägematrize auf dem Informationsträger nicht abgeformt wird. Selbstverständlich ist es möglich, in der Prägematrize mehrere solche Engpässe vorzusehen, die elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Die in der Fig.6 dargestellte Prägematrize 14 besteht aus einem bandförmigen Teil 15 und aus mehreren von diesem abzweigenden bandförmigen Teilen 16 bis 19, die Engpässe 20 bis 23 aufweisen. Jeder der bandförmigen Teile 15 bis 19 ist mit einem Kontaktstück 24 bis 28 elektrisch verbunden. An diese Kontakistüeke sind über einen nicht gezeichneten Kodierschalter Stromimpulsquellen derart angeschlossen, daß beim Prägevor- ne 36 ist dafür gesorgt, daß nicht betätigte Schieber 33, 34 oder 35 beim Prägevorgang dem Prägedruck nicht ausweichen können und durch Selbsthemmung in der Ruhelage verharren.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 2 tionsträger (9) zugewandte Oberfläche einer Grund-Patentansprüche: . platte mehrere höhenverstellbare Teilbereiche (Schieber33 bis 35) aufweist.
1. Verfahren zum Herstellen mindestens eines mit II. Prägeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch einer dünnen Metallschicht überzogenen, eine Pha- s gekennzeichnet,daß die Grundplatte durch einen senbeugungsstruktur darstellenden Reliefmusters starren Block (32) und durch bewegbare Schieber hoher Auflösung in einem thermoplastischen Infor- (33 bis 35) gebildet ist und daß die Schieber (33 bis mationsträger durch Prägen mittels einer das Relief- 35) auf einer bezüglich der Oberfläche des Blocks muster tragenden beheizbaren Prägematrize, d a - (32) schiefen Ebene (36) in Aussparung (37> des durch gekennzeichnet, daß der thermopla- to Blocks (32) liegen und an Magnetanker (41 bis 43) stische Informationsträger (9) vor dem Prägen mit von Elektromagneten (38 bis 40) gekoppelt sind,
der Metallschicht beschichtet wird, daß eine folien-
förmige Prägematrize (1; 12; 14) verwendet, mit ei-
nem Stempel (3) auf den Informationsträger (9) gepreßt und mit einem die Prägematrize (1; 12; 14) 15
durchfließenden Stromimpuls aufgeheizt wird, daß "Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach
das Reliefmuster (29; 30; 31) durch die Metallschicht dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
hindurch in den Informationsträger (9) geprägt wird Ein solches Verfahren ist bereits bekannt (DE-AS
und daß der auf den Informationsträger (9) einwir- 14 97 565). Dabei wird nach Art der Schallplattenher-
kende Prägedruck bis zur Verfestigung des gepräg- 20 stellung in die Oberfläche des Informationsträgers das
ten Reliefmusisrs(29;30; 31) aufrechterhalten wird. Reliefmuster eingeprägt, worauf dieses oberflächlich
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- metallisiert wird, damit es möglichst vollkommen reflekzeichnet, daß ausgewählte Teilbereiche (13; 20 bis tieren kann. Die dünne Metallschicht wird beispielswei-23) der Prägematrize (12; 14) mit einem diese Teilbe- se durch Aufdampfen in Vakuum, Kathodenzerstäuben, reiche durchfließenden Stromimpuls aufgeheizt 25 Aufspritzen oder Elektroplattieren aufgebracht Auch werden. das galvanische Oberziehen eines Oberflächenreliefho-
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekenn- Iogramms ist bereits begannt (Einführung in die Technik zeichnet, daß ausgewählte Teilbereiche der Präge- der Holographie, Kiemle und Röss, München, 1969, S. matrize (1) auf den Informationsträger (9) gepreßt 182). Dieses bekannte Verfahren bringt Nachteile in werden. 30 Form organisatorischer Schwierigkeiten mit sich, und es
4. Prägeeinrichtung zur Durchführung des Verfah- besteht auch die Gefahr, daß die in Form von HoIorens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer das grammen gespeicherten Informationen von Unbefugten Reliefmuster tragenden fczheizb^.cn folienförmigen ausgelesen und kopiert werden können, ehe die HoIo-Prägematrize, dadurch gekennzeichnet, daß die Prä- gramme in einem anschließenden Arbeitsgang durch gematrize(l; 12; 14) aus mindeste; i einem bandför- 35 Auftragen einer Schutzschicht geschützt und für Unbemigen elektrischen Leiter (15 bis 19) besteht, an eine fugte verborgen werden. Das Aufbringen der Metall-Stromimpulsquelle angeschlossen ist und auf einem schicht erfolgt nämlich vielfach nicht im gleichen Fach-Stempel (3) befestigt ist. betrieb wie das Prägen der Hologramme.
5. Prägeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- Zum Glänzendmachen von Oberflächen thermoplakennzeichnet, daß zwischen der Prägematrize (1; 12; 40 stischer Kunststoffolien ist es darüber hinaus bekannt 14) und dem Stempel (3) eine elastische Zwischenla- (DE-AS 11 11 371), die Kunststoffolie zwischen dünnen ge (4) angeordnet ist Oberflächenplatten dem Einfluß von Druck und Wärme
6. Prägeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- auszusetzen und die Wärme dadurch zu erzeugen, daß kennzeichnet, daß die Kanten des Stempels (3) abge- die Oberflächenpreßplatten als elektrische Heizwiderschrägt oder abgerundet sind und daß die Prägema- 45 stände ausgebildet sind. Dieses Erwärmen von Prägetrize (1; 12; 14) sowie die elastische Zwischenlage (4) matrizen mittels elektrischem Strom ist auch beim Presdie anliegende Fläche des Stempels (3) seitlich über- sen von Schallplatten bekannt (DE-OS 20 35 973). Darragen, über hinaus ist es bekannt, auf thermoplastischem Trä-
7. Prägeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- germaterial Informationen in Form von Reliefmustern kennzeichnet, daß die elastische Zwischenlage (4) in 50 hoher Auflösung, wie Phasenhologrammen, Phasenbeueiner Vertiefung des Stempels (3) angeordnet ist, daß gungsgittern u. dgl, zu speichern. Hierbei wird das Reder Stempel (3) aus einem Material mit guter War- liefmuster unter Anwendung von Druck und Wärme in meleitfähigkeit besteht und daß die Ränder der Prä- den thermoplastischen Träger eingeprägt, der entspregematrize (1; 12; 14) auf dem Stempel (3) aufliegen. chend seinem Bestimmungszweck die Form einer Karte,
8. Prägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 55 eines Bandes, einer Folie oder einer Scheibe aufweisen bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägematrize kann. Die geprägten Reliefmuster, die z. B. Video-Infor-(12; 14) mindestens einen derart bemessenen Eng- mationen oder Echtheits-Informationen enthalten, könpaß (13; 20 bis 23) für den Stromimpuls aufweist, daß nen mit optischen Mitteln maschinell gelesen werden,
das Reliefmuster (29; 30; 31) nur im Bereich des Bei einem bekannten Verfahren zum Prägen von Pha-Engpasses in den Informationsträger (9; 9') geprägt 60 senhologrammen werden ein thermoplastischer Film wird. und eine als endloses Band ausgebildete, das HoIo-
9. Prägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 grammreliefmuster tragende Prägematrize gemeinsam bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägematrize zwischen zwei Kalanderrollen hindurchgeführt. Der (14) aus mehreren Teilbereichen (15 bis 23) besteht thermoplastische Film wird bei seinem Durchgang zwi- und daß auswählbare Teilbereiche an Stromimpuls- 65 sehen den Kalanderrollen, von denen die eine beheizt quellen anschließbar sind. ist, auf eine geeignete Temperatur erhitzt und danach
10. Prägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 von der Hologrammatrize getrennt (Electronics, Nobis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Informa- vember 10,1969, S. 108— 114). Dieses Verfahren ermög-
DE2624017A 1976-05-04 1976-05-28 Verfahren zum Prägen eines Reliefmusters in einen thermoplastischen Informationsträger und Prägeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired DE2624017C2 (de)

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