DE3406470C1 - Verwendung einer Praegefolie zum Bedrucken von Kunststoffoberflaechen - Google Patents

Verwendung einer Praegefolie zum Bedrucken von Kunststoffoberflaechen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bedrukken von Kunststoffoberflächen, insbesondere von Kunststoffkarten.
Zum fälschungssicheren Personalisieren von Identitätskarten, Berechtigungskarten, wie Scheckkarten und dergleichen, aus Kunststoff ist es bekannt, Druckvorrichtungen mit positiven Prägetypen zu verwenden, mit denen die entsprechenden personenbezogenen alphanumerischen Daten in die Karten eingeprägt werden, so daß sie beim Prägen von der Kartenvorderseite her erhaben vorstehen bzw. beim Prägen in die Kartenvorderseite hinein als Vertiefungen vorliegen.
Im erstgenannten Fall wird im allgemeinen nach dem Einprägen noch ein Einfärben der erhaben vorstehenden Daten mit einer Prägefolie durchgeführt. Aufbau und Funktion einer solchen Prägefolie werden nachstehend noch näher erläutert. Im letzteren Fall kann der Druckvorrichtung beim Prägen ein Farbband zum Einfärben der Daten zugeführt werden.
Bei der geschilderten bekannten Art der Personalisierung können nur die in der Druckvorrichtung vorhandenen Buchstaben- und Zahlentypen gedruckt werden. Auch ist die Geschwindigkeit beim Drucken mit Prägetypen bekanntlich beschränkt. Die dafür nötigen Maschinen sind mechanisch sehr aufwendig, reparaturanfällig und teuer.
Weiterhin kann in dem für das Einprägen vorgesehenen Bereich der Karte kein mit magnetisch ablesbaren Daten versehenes Magnetband vorgesehen werden, das heutzutage bei Identitäts- und Berechtigungskarten häufig vorliegt. Ein derartiges Magnetband würde nämlich beim Einprägen der Daten zerstört werden. Gleiches gilt für Karten mit integrierter Mikroschaltung (ICs), da sich diese im allgemeinen zumindest über einen Großteil der Kartenfläche erstrecken. Mit ICs versehene Karten sind nach den geschilderten bekannten Druckverfahren daher überhaupt nicht bedruckbar.
Auch ist es bekannt, Identitäts- und Berechtigungskarten mit einer Papierschicht zwischen der Kunststoffträgerschicht und einer Schutzfolie zu verwenden und die Papierschicht mit einem programmgesteuerten Laserstrahl zu verfärben. Damit können zwar nicht nur vorgegebene Buchstaben und Zahlen erzeugt werden, vielmehr ist es auch möglich, die Größe der Buchstaben und Zahlen zu variieren oder chinesische oder arabische Schriftzeichen oder Bilder aufzuzeichnen. Die mit einem Laserstrahl arbeitenden Vorrichtungen sind jedoch außerordentlich kostspielig. Darüber hinaus dürften auch sie sich nicht zur Herstellung von mit einem IC versehenen Karten eignen.
Um eine rasche Wiedergabe der Daten in der modernen Datenverarbeitung und Datenübertragung zu ermöglichen, sind sogenannte Thermodrucker entwickelt worden. Diese weisen einen Druckkopf auf, der mit einem mit thermosensitiver Farbe beschichteten Papier in Kontakt gebracht wird. Thermodrucker haben den Vorteil, daß mit ihnen nicht nur vorbestimmte Buchstaben und Zahlen gedruckt werden können, sondern beispielsweise auch Bilder, Buchstaben und Zahlen unterschiedlicher Größe und Schriftart sowie chinesische und arabisehe Schriftzeichen.
Die bekannten Thermodrucker arbeiten üblicherweise nach dem Prinzip eines Punktdruckers, bei dem eine Vielzahl von Punkten zusammengesetzt und die auszudruckenden Zeichen ergeben. Zu diesem Zweck weist
ίο der Druckkopf eine Vielzahl von Heizelementen auf, welche in einer Reihe angeordnet sind und diese Punkte ausdrucken. Das thermosensitive Druckpapier wandert dabei im rechten Winkel zu der Heizelementen-Reihe. Die Heizelemente werden einzeln angesteuert, so daß sich die Farbe des thermosensitiven Papiers nur an den angesteuerten Heizelementen ändert. Auf diese Weise wird das gewünschte Muster auf das Papier aufgedruckt. Ein derartiger Tbermodruckkopf ist beispielsweise in dem Prospekt »Introduction to Thermal Print Head Technology« der Firma Rohm beschrieben.
Zur Personalisierung von Identitäts- und Berechtigungskarten sind diese Thermodrucker jedoch nicht geeignet. Das thermosensitive Papier ist nämlich weder UV- noch chemikalienbeständig, so daß es sich mit der Zeit verfärbt. Auch ein Aufpressen einer Schutzschicht ist wegen der dazu erforderlichen erhöhten Temperatur nicht möglich. Ferner läßt sich die thermosensitive Schicht mit sichtbarer Farbe kaum bedrucken, was jedoch für unveränderbare, z. B. nicht personenbezogene Daten häufig gefordert wird.
Aus der DE-OS 23 15 226 ist ein Farbband für einen Thermodrucker bekannt, das aus einer Trägerfolie und einer Schicht aus einem Gemisch von einem Harz und einem Farbstoff besteht und zum Bedrucken von Papier bestimmt ist. Um unter Verwendung derartiger Farbbänder Kunststoffoberflächen mit einem Thermodruckkopf zu bedrucken, ist es bekannt, die Farbschicht mit einem sublimierbaren Farbstoff zu versehen, wobei der abgelöst Farbpunkt auf der Kunststoffoberfläche mit einer Infrarotquelle bestrahlt wird, um ihn in die Kunststoffoberfläche eindringen zu lassen (Prospekt »A new method of non-impact printing«, Seite 10, der Firma Armor S.A., Nantes, Frankreich). Die Anordnung ist durch das spezielle Farbband und die Infrarotquelle relativ aufwendig und erlaubt darüber hinaus nur ein relativ langsames Drucken.
Bekannt sind weiterhin sogenannte Prägefolien. Dabei handelt es sich um Verbundfolien, die aus einer Trägerfolie, z. B. einer Polyesterfolie mit einer im allgemeinen wachshaltigen Trennschicht, einer sich an die Trennschicht anschließenden Farbschicht und einer an die Farbschicht anschließenden thermoreaktiven Kleberschicht bestehen, wobei zwischen Trennschicht und Farbschicht üblicherweise noch eine Lackschutzschicht vorgesehen ist.
Die Prägefolien werden mit heißen Prägepressen (sogenannten Hot Stamping) mit einem Druck von mehreren 100 kp der gar mehreren Tonnen aufgepreßt, wie beispielsweise dem Prospekt »Prägefolien Programm«, letzte Seite, der Firma Leonhard Kurz, Fürth, vom Mai 1978 zu entnehmen. Dabei wird die Kleberschicht aktiviert, so daß eine Trennung der Verbundfolie an der Trennschicht herbeigeführt wird, wobei die Trägerfolie entfernt wird und die gegebenenfalls mit einer Lackschutzschicht versehene Farbschicht an dem betreffenden Gut haftet.
Derartige Prägefolien werden für die verschiedensten Zwecke verwendet. Dank ihrer ausgezeichneten Haftfä-
higkeit werden sie ζ. B. zum Beschichten von Kraftfahrzeugstoßstangen oder von Badewannen eingesetzt. Auch dienen sie zum Bedrucken unterschiedlichster Materialien, wie Papier, Leder, Holz usw. Das Bedrukken erfolgt dabei mit einem auf die Aktivierungstemperatur des Klebers erwärmbaren, erhöhten Druckstempel als Druckklischee.
Aus der DE-OS 14 49 637 ist es bekannt, mehrere derartigen Druckklischees entsprechende Druckstempel, die selektiv bewegbar sind, um den bei Verwendung einer Prägefolie erforderlichen hohen Druck zu erhalten, nebeneinander anzuordnen, um Buchstaben auf irgendwelche Träger aufzubringen. Die bekannte Stempelanordnung ist jedoch im wesentlichen mit den gleichen Nachteilen behaftet, wie die eingangs geschilderten Prägevorrichtungen, d. h. die Druckgeschwindigkeit ist gering, die dazu erforderliche Druckvorrichtung ist mechanisch aufwendig, reparaturanfällig und teuer und der Zeichenvorrat wird durch die Anzahl der Druckstempel begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunststoffoberflächen durch eine einfach aufgebaute Druckanordnung schnell und möglichst fälschungssicher zu bedrucken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Prägefolie als Farbübertragungsmaterial für eine Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen mit einem einzeln ansteuerbare Heizelemente aufweisenden Thermodruckkopf verwendet wird. .
Erfindungsgemäß kann ein handelsüblicher Thermodruckkopf verwendet werden. Die Kosten der erfindungsgemäß verwendeten Druckvorrichtung sind dadurch um ein Vielfaches geringer als bei den vorstehend geschilderten bekannten Vorrichtungen zum fälschungssicheren Bedrucken von Kunststoffoberflächen, insbesondere von Identitäts- oder Berechtigungskarten aus Kunststoff. Auch wird erfindungsgemäß die hohe Druckgeschwindigkeit des Thermodruckkopfes ausgenutzt, d. h. es lassen sich beispielsweise Scheckkarten in wenigen Sekunden personifizieren.
Als Prägefolien können gleichfalls handelsübliche Prägefolien mit Erfolg eingesetzt werden. Dabei kann es sich um Metallfolien handeln, bei denen als Trägerschicht ζ. B. ein Polyesterfilm dient und als Metall aufgedampftes Reinst-Aluminium zur Anwendung kommt. Weitere geeignete Metallfolien sind z. B. Echtgoldfolien, Chromfolien oder Bronzefolien. Auch Farbfolien, Imitationsgoldfolien usw. sind geeignet.
Der Umstand, daß es im Hinblick auf die hohen Drükke, die beim Aufpressen von Prägefolien mit Prägepressen erforderlich sind, möglich ist, mit einem Thermodruckkopf, der nur einen relativ mäßigen Andruck erlaubt, mit einer Prägefolie einen zufriedenstellenden Abdruck auf einer Kunststoffoberfläche zu erhalten, ist als überraschend anzusehen.
Der Grund für diesen nicht vorhersehbaren Umstand dürfte darin bestehen, daß trotz der kurzen Ansteuerzeit die Heizelemente auf eine relativ hohe Temperatur erwärmt werden, wodurch eine explosionsartige Ausdehnung der Trägerfolie an den betreffenden Stellen erfolgt. Dadurch wird eine zusätzliche Druckkomponente auf den sich ablösenden Farbpunkt ausgeübt und damit eine innige Verbindung desselben mit der Kunststoffoberfläche herbeigeführt.
Um eine gute Temperaturübertragung von den Heizelementen des Thermodruckkopfes auf die Prägefolie bzw. die Kleberschicht zu gewährleisten, ist eine plane Auflage für das zu bedruckende Material erforderlich.
Aus dem gleichen Grund ist es erforderlich, daß das zu bedruckende Material zumindest quer zur Transportrichtung die gleiche Dicke aufweist. Auch sollte die Rauhtiefe des zu bedruckenden Materials unter 10 μιη liegen. Andernfalls muß die Einwirkungszeit und/oder der Druck des Druckkopfs erhöht werden.
Da die Heizelemente des Thermodruckkopfes einzeln EDV-ansteuerbar sind, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beliebige Druckwerke hergestellt werden, also neben alphanumerischen Daten z. B. auch Bilder oder Strichcodes. Auch kann die Farbe der Prägefolie und damit des Druckwerks beliebig gewählt werden. Wie erwähnt, weisen die im Handel befindlichen Prägefolien eine derart große Haftung auf, daß sie selbst für hochbeanspruchte Bauteile, wie Kraftfahrzeugstoßstangen, heutzutage Verwendung finden. Diese hohe Haftung kommt auch nach der Erfindung voll zur Geltung und hat eine entsprechende hohe Fälschungssicherheit der erfindungsgemäß hergestellten Druckwerke zur Folge.
Weiterhin können erfindungsgemäß auch mit einem Magnetband oder einem IC versehene Identitäts- oder Berechtigungskarten fälschungssicher bedruckt werden, und zwar über die volle Fläche der Karte. Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch eine handelsübliche Prägefolie in stark vergrößerter Wiedergabe; F i g. 2 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Druckvorrichtung;
F i g. 3 eine Ansicht des Thermodruckkopfes der Vorrichtung von unten in stark vergrößerter, schematischer Wiedergabe; und
F i g. 4 eine nach der Erfindung mit alphanumerischen Daten bedruckte Karte.
Gemäß F i g. 1 wird eine handelsübliche Prägefolie durch eine Verbundfolie gebildet, die aus einer Trägerschicht 1, ζ. Β. aus Polyethylen, einer Trennschicht 2, ζ. B. aus Wachs oder einem wachsähnlichen Material, einer Lackschicht 3, einer Farbschicht 4 und einer beispielsweise bei einer Temperatur von ca. 110° C thermoaktivierbaren Kleberschicht 5 besteht.
Wird ein z. B. auf 120° C erhitztes Preßwerkzeug auf die Trägerschicht 1 gedrückt, so wird die Kleberschicht 5 aktiviert, wodurch sie die Farbschicht 4 einschließlich der Schutzlackschicht 3 mit der Unterlage verbindet, während sich die Trägerfolie 1 unter Erweichung der Wachsschicht 2 löst.
Gemäß F i g. 2 weist die Druckvorrichtung beispielsweise ein um Rollen 6 und 7 umlaufendes Transportband 8 auf, auf dem das zu bedruckende Material 9, z. B. Scheckkarten, dem Thermodruckkopf 10 zugeführt wird. Falls sie einen magnetisierbaren Träger (z. B. ein Magnetband) aufweisen, können auf die Scheckkarten vorher die gewünschten Daten magnetisch aufgezeichnet werden.
Weiterhin sind zwei Druckrollen 11 und 12 vorgesehen, die das zu bedruckende Material 9 fest gegen das Transportband 8 drücken, sowie eine Gegendruckwalze 13, die direkt unter dem Druckkopf 10 angeordnet ist und das auf dem Transportband 8 liege'nde, zu bedrukkende Material 9 beim Drucken gegen die Unterseite des Thermodruckkopfes 10 hält.
Die Prägefolie 14 wird von einer Abwickelwalze 15 abgewickelt und dem zu bedruckenden Material 9 und dem Druckkopf 10 über eine Umlenkwalze 16 zugeführt. Die Rolle 6, die das Transportband 8 antreibt, wird ihrerseits von einem Schrittmotor 17 angetrieben.
5 6
Der Schrittmotor 17 ist so ausgelegt, daß er z. B. je ein x-Bit in der Weise, daß nach dem Setzen des x-Bits der Millimeter Transportweg des zu bedruckenden Materi- Motor 17 das zu bedruckende Material 9 um beispielsals 9 drei Schritte durchführt. weise 0,3 mm am Druckkopf vorbeitransportiert. Wie
Gemäß F i g. 3 weist der Druckkopf 10 an seiner Un- erwähnt, wird im Intervall zwischen zwei aufeinanderterseite eine sich über die gesamte Druckbreite erstrek- 5 folgenden Transportschritten die Einrichtung angesteukende, quer zur Transportrichtung des Materials 9 ver- ert, die den Druckkopf gegen das Material 9 drückt, laufende Reihe von Heizelementen 18 auf. Bei den Heiz- Gleichzeitig werden aufgrund der y-Bit die zu aktivieelementen 18 kann es sich um Widerstände handeln, die renden Heizelemente 18 angesteuert und dadurch erauf einem Keramiksubstrat 19 angeordnet sind. Der Ab- wärmt. Jedes angesteuerte Heizelement 18 führt zu eistand benachbarter Heizelemente voneinander beträgt 10 ner punktförmigen Aktivierung der Kleberschicht 5 und dabei beispielsweise 0,3 mm, gemessen von Mitte Heiz- damit zu einem fixierten Punkt der Farbschicht 4. Durch element 18 zu Mitte Heizelement 18. die Größe des Abstands benachbarter Heizelemente 18
Die Heizelemente 18 sind über auf das Keramik-Sub- und die Größe der Transportschritte in ^-Richtung wird strat 19 aufgedampfte Leiterbahnen 21 an Mikrochips die Rasterdichte des mit der erfindungsgemäßen Vor-22 angeschlossen. Die Mikrochips 22 weisen dabei eine 15 richtung erzeugten Druckwerks bestimmt. Dicke auf, die größer ist als der Vorstand der Heizele- In F i g. 4 ist eine Kunststoffkarte abgebildet, die mit
menle 18 über das Keramik-Substrat 19, der ca. 0,3 bis der Vorrichtung mit alphanumerischen Daten versehen 0,4 mm beträgt. Das heißt ein ebenes, starres oder worden ist.
schwer biegsames Material, insbesondere eine Kunst- Da der Druckkopf 10 die Prägefolie 14 gegen das zu
stoffkarte, kann mit den Heizelementen 18 nicht in Kon- 20 bedruckende Material 9 drückt, braucht bei der Vortakt gebracht werden, wenn die Mikrochips 22 und die richtung keine separate Transportvorrichtung für die Heizelemente 18 in einer Ebene des Keramik-Substrats Prägefolie 14 vorgesehen werden. 19 aufgebracht sind. Weiterhin kann die Vorrichtung statt des in F i g. 2
Um einen Kontakt zwischen den Heizelementen 18 gezeigten stationären Druckkopfes 10 auch so ausgebil- und einer nicht oder schwer biegsamen Karte herzustel- 25 det sein, daß der Druckkopf 10 schrittweise über das zu len, wird bevorzugt der Thermodruckkopf 10 so ausge- bedruckende Material bewegt wird, was beispielsweise staltet, daß die Heizelemente 18 die am weitesten vor- beim Bedrucken schwerer großer Gegenstände sinnvoll stehenden Bereiche an der Unterseite des Thermo- ist.
druckkopfes 10 bilden, d. h. von dem Keramik-Substrat Beispielsweise ist diese Ausführungsform der Vor-
19 weiter vorstehen als die Mikrochips 22. Die kann 30 richtung beim Bedrucken von Skiern anwendbar, um beispielsweise durch Anordnung der Mikrochips 22 in z. B. abhängig von variablen Daten, wie der Fabrikaeiner Ausnehmung im Keramik-Substrat 19 erreicht tionsnummer, einen Strichcode aufzubringen.
werden oder durch Anordnung der Mikrochips an einer
Fläche des Keramik-Substrats 19, die mit der Ebene der Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Unterseite des Thermodruckkopfs, an der sich die Heiz- 35
elemente 18 befinden, einen Winkel von vorzugsweise
weniger als 90° einschließt, um scharfe Kanten für die
Leiterbahnen 21 zu verhindern.
Die Heizelemente 18 erreichen die für die Aktivierung der Kleberschicht 5 erforderliche Temperatur von 40
z. B. 1200C bei einem Strom im Bereich von 1 mA in
wenigen ms.
Die Heizelemente 18 sind mit einer EDV-Anlage ansteuerbar. Der Druckkopf 10 ist um eine quer zur Transportrichtung bzw. parallel zur Reihe der Heizelemente 45
18 verlaufende Achse, wie in F i g. 2 durch den Pfeil 20
angedeutet, mittels einer nicht dargestellten Einrichtung
von dem Transportband 8 bzw. dem darauf liegenden
Material 9 weg und auf dieses zu verschwenkbar. Auf
diese Weise wird der Druckkopf beim Drucken zwi- 50
sehen jeweils zwei Transportschritten gegen das zu bedruckende Material 9 gedrückt und während des Transports des Materials 9 entlastet. Auch kann eine Entlastung des Druckkopfes dann durchgeführt werden,
wenn die Heizelemente 18 nicht angesteuert sind. Die 55
Ansteuerung der Einrichtung, mit der der Druckkopf 10
gegen das zu bedruckende Material 9 gedrückt wird,
erfolgt ebenfalls mittels der EDV-Anlage.
Die in Fig.2 und 3 dargestellte Druckvorrichtung
kann in zwei Koordinaten schreiben. Die x-Koordinate 60
erstreckt sich dabei in der Transportrichtung des zu
bedruckenden Materials, die y-Koordinate im rechten
Winkel dazu. Die Daten für die ^-Koordinate, also das
Zeitraster, bestehen aus einem Bit. Die Daten für die
y-Koordinate, aufgrund deren die EDV-Anlage die zu 65
aktivierenden Heizelemente 18 ansteuert, bestehen aus
mehreren Bit. Die Steuerungen und Taktung des Transports des zu bedruckenden Materials erfolgt mit dem

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verwendung einer Prägefolie als Farbübertragungsmaterial für eine Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen mit einem, einzeln ansteuerbare Heizelemente aufweisenden Thermodruckkopf.
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