DE3406470C2 - Verwendung einer Prägefolie zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen, insbesondere von Kunststoffkarten.

Zum fälschungssicheren Personalisieren von Identi­ tätskarten, Berechtigungskarten, wie Scheckkarten und dergleichen, aus Kunststoff ist es bekannt, Druckvor­ richtungen mit positiven Prägetypen zu verwenden, mit denen die entsprechenden personenbezogenen alpha­ numerischen Daten in die Karten eingeprägt werden, so daß sie beim Prägen von der Kartenvorderseite her erhaben vorstehen bzw. beim Prägen in die Kartenvor­ derseite hinein als Vertiefungen vorliegen.

Im erstgenannten Fall wird im allgemeinen nach dem Einprägen noch ein Einfärben der erhaben vorstehen­ den Daten mit einer Prägefolie durchgeführt. Aufbau und Funktion einer solchen Prägefolie werden nachste­ hend noch näher erläutert. Im letzteren Fall kann der Druckvorrichtung beim Prägen ein Farbband zum Ein­ färben der Daten zugeführt werden.

Bei der geschilderten bekannten Art der Personalisie­ rung können nur die in der Druckvorrichtung vorhande­ nen Buchstaben- und Zahlentypen gedruckt werden. Auch ist die Geschwindigkeit beim Drucken mit Präge­ typen bekanntlich beschränkt. Die dafür nötigen Ma­ schinen sind mechanisch sehr aufwendig, reparaturan­ fällig und teuer.

Weiterhin kann in dem für das Einprägen vorgesehe­ nen Bereich der Karte kein mit magnetisch ablesbaren Daten versehenes Magnetband vorgesehen werden, das heutzutage bei Identitäts- und Berechtigungskarten häufig vorliegt. Ein derartiges Magnetband würde näm­ lich beim Einprägen der Daten zerstört werden. Glei­ ches gilt für Karten mit integrierter Mikroschaltung (IC′s), da sich diese im allgemeinen zumindest über einen Großteil der Kartenfläche erstrecken. Mit IC′s versehe­ ne Karten sind nach den geschilderten bekannten Druckverfahren daher überhaupt nicht bedruckbar.

Auch ist es bekannt, Identitäts- und Berechtigungs­ karten mit einer Papierschicht zwischen der Kunststoff­ trägerschicht und einer Schutzfolie zu verwenden und die Papierschicht mit einem programmgesteuerten La­ serstrahl 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 au­ ßerordentlich kostspielig. Darüber hinaus dürften auch sie sich nicht zur Herstellung von mit einem IC versehe­ nen Karten eignen.

Um eine rasche Wiedergabe der Daten in der moder­ nen Datenverarbeitung und Datenübertragung zu er­ möglichen, sind sogenannte Thermodrucker entwickelt worden. Diese weisen einen Druckkopf auf, der mit ei­ nem mit thermosensitiver Farbe beschichteten Papier in Kontakt gebracht wird. Thermodrucker haben den Vor­ teil, daß mit ihnen nicht nur vorbestimmte Buchstaben und Zahlen gedruckt werden können, sondern beispiels­ weise auch Bilder, Buchstaben und Zahlen unterschiedli­ cher Größe und Schriftart sowie chinesische und arabi­ sche Schriftzeichen.

Die bekannten Thermodrucker arbeiten üblicherwei­ se nach dem Prinzip eines Punktdruckers, bei dem eine Vielzahl von Punkten zusammengesetzt und die auszu­ druckenden Zeichen ergeben. Zu diesem Zweck weist 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 aufge­ druckt. Ein derartiger Thermodruckkopf ist beispiels­ weise in dem Prospekt "Introduction to Thermal Print Head Technology" der Firma Rohm beschrieben.

Zur Personalisierung von Identitäts- und Berechti­ gungskarten sind diese Thermodrucker jedoch nicht ge­ eignet. 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 je­ doch 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 Farb­ bänder Kunststoffoberflächen mit einem Thermodruck­ kopf 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 Kunst­ stoffoberfläche 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 re­ lativ aufwendig und erlaubt darüber hinaus nur ein rela­ tiv langsames Drucken.

Bekannt sind weiterhin sogenannte Prägefolien. Da­ bei handelt es sich um Verbundfolien, die aus einer Trä­ gerfolie, z. B. einer Polyesterfolie mit einer im allgemei­ nen wachshaltigen Trennschicht, einer sich an die Trennschicht anschließenden Farbschicht und einer an die Farbschicht anschließenden thermoreaktiven Kle­ berschicht bestehen, wobei zwischen Trennschicht und Farbschicht üblicherweise noch eine Lackschutzschicht vorgesehen ist.

Die Prägefolien werden mit heißen Prägepressen (so­ genannten Hot Stamping) mit einem Druck von mehre­ ren 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 akti­ viert, so daß eine Trennung der Verbundfolie an der Trennschicht herbeigeführt wird, wobei die Trägerfolie entfernt wird und die gegebenenfalls mit einer Lack­ schutzschicht versehene Farbschicht an dem betreffen den Gut haftet.

Derartige Prägefolien werden für die verschiedensten Zwecke verwendet. Dank ihrer ausgezeichneten Haftfä­ higkeit werden sie z. B. zum Beschichten von Kraftfahr­ zeugstoßstangen oder von Badewannen eingesetzt. Auch dienen sie zum Bedrucken unterschiedlichster Materialien, wie Papier, Leder, Holz usw. Das Bedrucken erfolgt dabei mit einem auf die Aktivierungstempe­ ratur des Klebers erwärmbaren, erhöhten Druckstem­ pel als Druckklischee.

Aus der DE-OS 14 49 637 ist es bekannt, mehrere derartigen Druckklischees entsprechende Druckstem­ pel, die selektiv bewegbar sind, um den bei Verwendung einer Prägefolie erforderlichen hohen Druck zu erhal­ ten, nebeneinander anzuordnen, um Buchstaben auf ir­ gendwelche Träger aufzubringen. Die bekannte Stem­ pelanordnung ist jedoch im wesentlichen mit den glei­ chen Nachteilen behaftet, wie die eingangs geschilder­ ten 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 Druck­ stempel begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunst­ stoffoberflächen durch eine einfach aufgebaute Druck­ anordnung schnell und möglichst fälschungssicher zu bedrucken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Prägefolie, die sich zum Prägen von Kunststoffkarten-Ober­ flächen mit einer Heißprägepresse eignet und auf einer Trä­ gerfolie eine Farbschicht und zwischen der Farbschicht und der Trägerfolie eine Trennschicht aufweist, als Farbübertragungs­ material für eine Vorrichtung zum Bedrucken von Identitätskar­ ten aus Kunststoff mit einem einzeln ansteuerbare Heizelemente aufweisenden Thermodruckkopf verwendet wird.

Erfindungsgemäß kann ein handelsüblicher Thermo­ druckkopf verwendet werden. Die Kosten der erfin­ dungsgemäß verwendeten Druckvorrichtung sind da­ durch um ein Vielfaches geringer als bei den vorstehend geschilderten bekannten Vorrichtungen zum fäl­ schungssicheren Bedrucken von Kunststoffoberflächen, insbesondere von Identitäts- oder Berechtigungskarten aus Kunststoff. Auch wird erfindungsgemäß die hohe Druckgeschwindigkeit des Thermodruckkopfes ausge­ nutzt, 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 Träger­ schicht z. 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, Imita­ tionsgoldfolien usw. sind geeignet.

Der Umstand, daß es im Hinblick auf die hohen Drücke, die beim Aufpressen von Prägefolien mit Prägepres­ sen erforderlich sind, möglich ist, mit einem Thermo­ druckkopf, der nur einen relativ mäßigen Andruck er­ laubt, mit einer Prägefolie einen zufriedenstellenden Abdruck auf einer Kunststoffoberfläche zu erhalten ist als überraschend anzusehen.

Der Grund für diesen nicht vorhersehbaren Umstand durfte darin bestehen, daß trotz der kurzen Ansteuer zeit die Heizelemente auf eine relativ hohe Temperatur erwärmt werden, wodurch eine explosionsartige Aus­ dehnung der Trägerfolie an den betreffenden Stellen erfolgt. Dadurch wird eine zusätzliche Druckkompo­ nente auf den sich ablosenden Farbpunkt ausgeübt und damit eine innige Verbindung desselben mit der Kunst­ stoffoberfläche herbeigeführt.

Um eine gute Temperaturübertragung von den Heiz­ elementen 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 Trans­ portrichtung die gleiche Dicke aufweist. Auch sollte die Rauhtiefe des zu bedruckenden Materials unter 10 µm 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 erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung beliebige Druckwerke hergestellt wer­ den, also neben alphanumerischen Daten z. B. auch Bil­ der oder Strichcodes. Auch kann die Farbe der Prägefo­ lie und damit des Druckwerks beliebig gewählt werden.

Wie erwähnt, weisen die im Handel befindlichen Prä­ gefolien eine derart große Haftung auf, daß sie selbst für hochbeanspruchte Bauteile, wie Kraftfahrzeugstoßstan­ gen, heutzutage Verwendung finden. Diese hohe Haf­ tung 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 Zeichnun­ gen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine handelsübliche Präge­ folie in stark vergrößerter Wiedergabe;

Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäß verwendbaren Druckvorrichtung;

Fig. 3 eine Ansicht des Thermodruckkopfes der Vor­ richtung von unten in stark vergrößerter, schematischer Wiedergabe; und

Fig. 4 eine nach der Erfindung mit alphanumerischen Daten bedruckte Karte.

Gemäß Fig. 1 wird eine handelsübliche Prägefolie durch eine Verbundfolie gebildet, die aus einer Träger­ schicht 1, z. B. aus Polyethylen, einer Trennschicht 2, z. B. aus Wachs oder einem wachsähnlichen Material, einer Lackschicht 3, einer Farbschicht 4 und einer bei­ spielsweise bei einer Temperatur von ca. 110°C thermo­ aktivierbaren 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 Tragerfolie 1 unter Erweichung der Wachsschicht 2 löst.

Gemäß Fig. 2 weist die Druckvorrichtung beispiels­ weise ein um Rollen 6 und 7 umlaufendes Transport­ band 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 aufgezeich­ net werden.

Weiterhin sind zwei Druckrollen 11 und 12 vorgese­ hen, die das zu bedruckende Material 9 fest gegen das Transportband 8 drucken, sowie eine Gegendruckwalze 13, die direkt unter dem Druckkopf 10 angeordnet ist und das auf dem Transportband 8 liegende, zu bedrucken­ de 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 zu ge­ führt. Die Rolle 6, die das Transportband 8 antreibt, wird ihrerseits von einem Schrittmotor 17 angetrieben.

Der Schrittmotor 17 ist so ausgelegt, daß er z. B. je ein Millimeter Transportweg des zu bedruckenden Materi­ als 9 drei Schritte durchführt.

Gemäß Fig. 3 weist der Druckkopf 10 an seiner Un­ terseite eine sich über die gesamte Druckbreite erstrecken­ de, quer zur Transportrichtung des Materials 9 ver­ laufende Reihe von Heizelementen 18 auf. Bei den Heiz­ elementen 18 kann es sich um Widerstände handeln, die auf einem Keramiksubstrat 19 angeordnet sind. Der Ab­ stand benachbarter Heizelemente voneinander beträgt dabei beispielsweise 0,3 mm, gemessen von Mitte Heiz­ element 18 zu Mitte Heizelement 18.

Die Heizelemente 18 sind über auf das Keramik-Sub­ strat 19 aufgedampfte Leiterbahnen 21 an Mikrochips 22 angeschlossen. Die Mikrochips 22 weisen dabei eine Dicke auf, die größer ist als der Vorstand der Heizele­ mente 18 über das Keramik-Substrat 19, der ca. 0,3 bis 0,4 mm beträgt. Das heißt ein ebenes, starres oder schwer biegsames Material, insbesondere eine Kunst­ stoffkarte, kann mit den Heizelementen 18 nicht in Kon­ takt gebracht werden, wenn die Mikrochips 22 und die Heizelemente 18 in einer Ebene des Keramik-Substrats 19 aufgebracht sind.

Um einen Kontakt zwischen den Heizelementen 18 und einer nicht oder schwer biegsamen Karte herzustel­ len, wird bevorzugt der Thermodruckkopf 10 so ausge­ staltet, daß die Heizelemente 18 die am weitesten vor­ stehenden Bereiche an der Unterseite des Thermo­ druckkopfes 10 bilden, d. h. von dem Keramik-Substrat 19 weiter vorstehen als die Mikrochips 22. Die kann beispielsweise durch Anordnung der Mikrochips 22 in einer Ausnehmung im Keramik-Substrat 19 erreicht werden oder durch Anordnung der Mikrochips an einer Fläche des Keramik-Substrats 19, die mit der Ebene der Unterseite des Thermodruckkopfs, an der sich die Heiz­ 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 Aktivie­ rung der Kleberschicht 5 erforderliche Temperatur von z. B. 120°C bei einem Strom im Bereich von 1 mA in wenigen ms.

Die Heizelemente 18 sind mit einer EDV-Anlage an­ steuerbar. Der Druckkopf 10 ist um eine quer zur Trans­ portrichtung bzw. parallel zur Reihe der Heizelemente 18 verlaufende Achse, wie in Fig. 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 schen jeweils zwei Transportschritten gegen das zu be­ druckende Material 9 gedrückt und während des Trans­ ports des Materials 9 entlastet. Auch kann eine Entla­ stung des Druckkopfes dann durchgeführt werden, wenn die Heizelemente 18 nicht angesteuert sind. Die 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 erstreckt sich dabei in der Transportrichtung des zu bedruckenden Materials, die y-Koordinate im rechten Winkel dazu. Die Daten für die x-Koordinate, also das Zeitraster, bestehen aus einem Bit. Die Daten für die y-Koordinate, aufgrund deren die EDV-Anlage die zu aktivierenden Heizelemente 18 ansteuert, bestehen aus mehreren Bit. Die Steuerungen und Taktung des Trans­ ports des zu bedruckenden Materials erfolgt mit dem x-Bit in der Weise, daß nach dem Setzen des x-Bits der Motor 17 das zu bedruckende Material 9 um beispiels­ weise 0,3 mm am Druckkopf vorbeitransportiert. Wie erwähnt, wird im Intervall zwischen zwei aufeinander­ folgenden Transportschritten die Einrichtung angesteu­ ert, die den Druckkopf gegen das Material 9 drückt. Gleichzeitig werden aufgrund der y-Bit die zu aktivie­ renden Heizelemente 18 angesteuert und dadurch er­ wärmt. Jedes angesteuerte Heizelement 18 führt zu ei­ ner punktförmigen Aktivierung der Kleberschicht 5 und damit zu einem fixierten Punkt der Farbschicht 4. Durch die Größe des Abstands benachbarter Heizelemente 18 und die Größe der Transportschritte in x-Richtung wird die Rasterdichte des mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung erzeugten Druckwerks bestimmt.

In Fig. 4 ist eine Kunststoffkarte abgebildet, die mit der Vorrichtung mit alphanumerischen Daten versehen worden ist.

Da der Druckkopf 10 die Prägefolie 14 gegen das zu bedruckende Material 9 drückt, braucht bei der Vor­ richtung keine separate Transportvorrichtung für die Prägefolie 14 vorgesehen werden.

Weiterhin kann die Vorrichtung statt des in Fig. 2 gezeigten stationären Druckkopfes 10 auch so ausgebil­ det sein, daß der Druckkopf 10 schrittweise über das zu bedruckende Material bewegt wird, was beispielsweise beim Bedrucken schwerer großer Gegenstände sinnvoll ist.

Beispielsweise ist diese Ausführungsform der Vor­ richtung beim Bedrucken von Skiern anwendbar, um z. B. abhängig von variablen Daten, wie der Fabrika­ tionsnummer, einen Strichcode aufzubringen.

Claims (1)

1. Verwendung einer Prägefolie, die sich zum Prägen von Kunst­ stoffkarten-Oberflächen mit einer Heißprägepresse eignet und auf einer Trägerfolie eine Farbschicht und zwischen der Farb­ schicht und der Trägerfolie eine Trennschicht aufweist, als Farbübertragungsmaterial für eine Vorrichtung zum Bedrucken von Identitätskarten aus Kunststoff mit einem einzeln ansteu­ erbare Heizelemente aufweisenden Thermodruckkopf.