DE4324970A1 - Verfahren zur Herstellung einer Prägewalze zum kontinuierlichen Prägen der Oberfläche einer thermoplastischen Folie mit einem Muster - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten Art.

Durch DE 34 05 985 C2 ist ein Verfahren der betreffen­ den Art zur Herstellung einer Prägewalze zum kontinuierli­ chen Prägen der Oberfläche einer thermoplastischen Folie mit einer Narbung bekannt. Die Prägefläche stellt dabei eine Negativform einer zu prägenden Narbung dar, bei der auf die Oberfläche einer Narbungsvorlage ein Kunstharz als gleichmäßig dicke Schicht aufgegossen oder aufgestrichen und danach zu einer Prägemutter ausgehärtet bzw. vernetzt wird. Anschließend wird die Prägemutter abgezogen und auf die Umfangsfläche der Prägewalze aufgebracht. Die Nar­ bungsvorlage ist ein natürliches Leder. Als Kunstharz wird ein Silikonkautschuk verwendet. Mit der Prägemutter wird unter Hitze und Druck die Oberfläche einer thermoplasti­ schen Folie geprägt, die nach dem Prägen mit ihren gegen­ überliegenden Rändern gegeneinanderstoßend zu einem Schlauch geformt wird, der eine endlose Positivform bil­ det, auf die eine Schicht Silikonkautschuk aufgegossen oder aufgestrichen wird, die zu einer Prägetochter vulka­ nisiert wird, die von der Positivform abgezogen und mit der negativen Prägeoberfläche nach außen auf die Umfangs­ fläche der Prägewalze aufgeklebt wird.

Mit diesem bekannten Verfahren wird eine äußerst hohe Naturtreue der zur Prägung dienenden Positivform und damit auch eine äußerst hohe Naturtreue der geprägten Oberfläche der thermoplastischen Folie erzielt, jedoch ist der Ver­ fahrensaufwand bis zum Erreichen der Positivform hoch, von der die später für die endgültige Prägung gewünschte Prä­ getochter abgenommen wird. Die Narbungsvorlage muß mit einem Trennmittel versehen werden, damit ein späteres Festkleben der aufgegossenen Schicht aus Silikonkautschuk nicht anklebt. Außerdem muß dafür Sorge getragen werden, daß diese aufgegossene Schicht aus Silikonkautschuk gut in alle feinen Vertiefungen und Poren der Narbungsvorlage eindringt, weil nur so eine echte Wiedergabe dieser Nar­ bungsvorlage beim späteren Prägen möglich ist.

Durch US 4 156 124 ist eine Einrichtung und ein Ver­ fahren zum kontaktfreien Gravieren mittels eines Lasers bekannt. Ein Laserstrahl wird über eine Maskenanordnung auf die Oberfläche eines Werkstückes gerichtet. Die Maske kann transparent oder reflektierend sein. Der Laserstrahl wird mittels einer Optik übertragen und so das Bild der Maske auf die Oberfläche des Werkstückes geworfen. Maske und Werkstück werden in einer festen Abstandsposition par­ allel zueinander gehalten. Die Laserstrahlquelle wird re­ lativ zur Maske und Werkstückoberfläche bewegt, so daß der Laserstrahl über die Maske und somit die Oberfläche des Werkstückes wandert. Durch die Maske wird die Intensität des Laserstrahles ortsabhängig verändert und somit auch die Einwirkung des Laserstrahles auf die Oberfläche, in die so das durch die Maske vorgegebene Muster eingraviert wird. Mittels einer solchen Anordnung lassen sich nur gro­ be Muster gravieren, so daß eine Abwandlung dieser bekann­ ten Vorrichtung und dieses bekannten Verfahrens zur Her­ stellung einer Prägewalze mit einer Silikonkautschukober­ fläche mit einem fein strukturierten Prägemuster nicht möglich ist.

Durch DE 42 13 106 A1 ist ein Verfahren ähnlich dem zuvor genannten Verfahren bekannt, in dem das Licht eines Lasers über eine Maske auf die zu bearbeitende Oberfläche projiziert wird. Anders als bei dem zuvor beschriebenen bekannten Verfahren ist die Maske nicht fest, sondern mit­ tels einer numerischen Ansteuerung variierbar, um so das Abtragen von Werkstoff der Oberfläche des Werkstückes in Schichten durchzuführen, wobei die Maskenkonturen für die verschiedenen Schichten unterschiedlich sind. Die Durch­ führung dieses bekannten Verfahrens ist verhältnismäßig aufwendig und außerdem auf einfachere Maskenstrukturen begrenzt, die z. B. durch ein oder mehrere, sich über­ schneidende, drehende Maskenscheiben erzeugt werden sol­ len.

Durch US 4 734 558 ist eine Einrichtung zur Bearbei­ tung der Oberfläche eines Werkstückes mittels eines Lasers bekannt. Der von einem Laser kommende Strahl wird zu einem Parallelstrahl erweitert, der durch eine steuerbare opti­ sche Blende läuft und danach auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes fokussiert ist. Durch die Steue­ rung der Blende sollen mechanische Masken vermieden wer­ den, deren Austausch als gefährlich und zeitaufwendig be­ schrieben ist. Über die Übertragung eines feinstrukturier­ ten Musters auf die Oberfläche einer Prägewalze zum Prägen einer thermoplastischen Folie ist dieser Veröffentlichung nichts zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art anzugeben, die zu einem hohen Maß an Naturtreue der Prä­ geoberfläche führt, bei dem jedoch die Arbeitsgänge bis dahin vereinfacht sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre ge­ löst.

Der Grundgedanke dieser Lehre besteht darin, die im wesentlichen von Hand durchzuführenden und somit arbeits­ aufwendigen Verfahrensschritte des bekannten Verfahrens durch jeweils für sich bekannte Verfahrensschritte zu ersetzen, indem die Mustervorlage optisch abgetastet und in eine entsprechende elektrische Information oder ent­ sprechende elektrische Signale umgewandelt wird, mit der dann ein Laserstrahl moduliert wird, der dann entsprechend der Mustervorlage ein Muster in die Oberfläche der Walze eingraviert. Von dieser so im wesentlichen maschinell er­ zeugten Oberfläche kann dann wieder wie bei dem bekannten Verfahren eine Prägetochter hergestellt werden, die von der Positivform der Walze abgezogen und mit der negativen Prägeoberfläche nach außen auf die Umfangsfläche der Prä­ gewalze aufgeklebt wird. Mit dieser Umfangsfläche erfolgt dann die kontinuierliche Prägung der Oberfläche einer thermoplastischen Folie.

Die Mustervorlage kann beliebiger Art sein. Es kann sich z. B. um ein Gewebe oder eine andere Struktur han­ deln. Besonders wirken sich die Vorteile jedoch dann aus, wenn als Mustervorlage natürliches Leder verwendet wird.

Die optoelektrische bzw. optoelektronische Übertragung des Musters von der Mustervorlage auf die Oberfläche der auf einer Walze angeordneten Schicht eines Materials, des­ sen Oberfläche mittels eines auf sie gerichteten Laser­ strahles gravierbar ist, kann grundsätzlich in jeder be­ liebigen Weise erfolgen. Eine zweckmäßige Ausführungsform dieses Verfahrensschrittes besteht darin, daß die optische Abtastung und die Bewegung des Laserstrahles in bezug zu der Oberfläche der Walze zeilenförmig nach Art einer Fern­ sehübertragung erfolgt. Die optische Abtastung und die Bewegung des Laserstrahles können dabei so langsam erfol­ gen, daß die Gravur bei einem Durchlauf fertiggestellt ist. Es ist aber auch möglich, den gleichen Abtast- und Graviervorgang mehrmals zu wiederholen, was besonders dann zweckmäßig ist, wenn die Gravurwirkung des Laserstrahles bei einem Durchlauf nicht ausreicht. Sind mehrere Durch­ läufe erforderlich, so ist es nicht unbedingt erforder­ lich, die Mustervorlage jeweils neu abzutasten, vielmehr ist es möglich, die durch die optische Abtastung gewonnene Information zu speichern, so daß sie mehrmals abrufbar ist, um die Gravurtiefe durch mehrmalige Gravurdurchläufe zu verstärken. Außerdem ist es bei dieser Verfahrensweise möglich, die gleiche Information von einer Mustervorlage zur Erzeugung beliebig vieler Walzen mit gravierter Ober­ fläche zu verwenden, so daß über die Zeit eine hohe Gleichförmigkeit des geprägten Musters erzielt wird. Prä­ gewalzen bedürfen nämlich häufig der Erneuerung, da sie sich im Laufe der Zeit abnutzen.

Es ist zweckmäßig, die Walze mit der Zeilenfrequenz synchron zu drehen. Das bedeutet, daß die Zeilen in Um­ fangsrichtung verlaufen, wobei sie sich natürlich zweckmä­ ßigerweise über den gesamten Umfang erstrecken. Es ist aber auch zweckmäßig, die Walze mit einem Bruchteil der Zeilenfrequenz zu drehen. Das bedeutet, daß die Zeilen in Umfangsrichtung mehrfach hintereinander wiedergegeben wer­ den, so daß sich mehrere Bilder der abgetasteten Muster­ fläche über die Umfangsfläche aneinanderschließen. Dabei ist der abgetastete Bereich der Oberfläche der Mustervor­ lage zweckmäßigerweise quadratisch oder rechteckig.

Die Modulation des Laserstrahles kann grundsätzlich in beliebiger Weise erfolgen, natürlich immer so, daß abgeta­ steten Bildpunkten der Mustervorlage bestimmte Punkte der Oberfläche der Walze entsprechen. Bei gepulten Lasern kann die Impulsstärke und Impulsdauer moduliert werden. Auch ist es möglich, in bekannter Weise einen steuerbaren Ma­ trixspiegel in dem Strahlengang des Lasers anzuordnen. Weiter ist die Verwendung einer abdeckenden oder teilre­ flektierenden Maske möglich.

Anhand der schematischen Zeichnung soll das erfin­ dungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.

Die Fig. 1 bis 8 verdeutlichen die einzelnen Ver­ fahrensschritte.

Fig. 1 zeigt eine Mustervorlage in Form einer Nar­ bungsvorlage 1 aus natürlichem Leder. Bei dem in Fig. 2 verdeutlichten Verfahrensschritt wird die Oberfläche der Narbungsvorlage durch eine optoelektronische Abtastein­ richtung 2 abgetastet. Die so gewonnenen elektrischen In­ formationssignale gelangen in eine in Fig. 3 dargestellte Steuervorrichtung 3, die auch einen schematisch darge­ stellten Speicher 4 für die gewonnene Information auf­ weist.

Die Steuervorrichtung 3 steuert über nicht dargestell­ te Leitungen die zeilenförmige Bewegung der optoelektroni­ schen Abtasteinrichtung 2 und außerdem über eine Leitung 5 die durch einen Pfeil 6 angedeutete Rotation einer Walze 7, auf deren Oberfläche sich eine Schicht 8 eines Materi­ als befindet, das mittels eines Laserstrahles gravierbar ist.

Eine Graviervorrichtung 9 ist in Richtung von Pfeilen 10 und 11 in Achsrichtung der Walze 7 bewegbar gelagert, wobei die Bewegung durch die Steuervorrichtung 3 in Bild­ richtung, also quer zur Richtung der Zeilen und damit quer zur Umfangsrichtung der Walze, gesteuert wird. Der in der Graviereinrichtung 9 angeordnete Laser ist auf die Ober­ fläche der Schicht 8 der Walze 7 fokussiert.

Mit der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Einrichtung wird eine Gravur wie folgt durchgeführt. Die Steuervor­ richtung 3 steuert die optoelektronische Abtasteinrichtung 2 zeilenförmig über die Oberfläche der Narbungsvorlage 1. Die so gewonnene Oberflächeninformation wird in dem Spei­ cher 4 gespeichert. Zur Durchführung der Gravur auf der Schicht 8 bewirkt die Steuereinrichtung 3 eine Rotation der Walze 7 in Richtung des Pfeiles 6 mit einer Drehge­ schwindigkeit entsprechend der Zeilenfrequenz, so daß eine Zeilenlänge einer Umfangslänge der Walze 7 entspricht. Während der Abtastung Zeile für Zeile wird die Gravierein­ richtung 9 in Richtung eines der Pfeile 10 oder 11 entwe­ der schrittweise oder wendelförmig bewegt. Dabei trifft der fokussierte Strahl des in der Graviereinrichtung 9 angeordneten Lasers auf die Oberfläche der Walze 7. Der Laser wird durch die von der Steuervorrichtung 3 aus dem Speicher 4 abgerufene Oberflächeninformation entsprechend der von der optoelektronischen Abtasteinrichtung 2 abgeta­ steten Oberfläche moduliert, so daß entsprechend die Oberfläche in der Schicht 8 der Walze 7 bearbeitet, d. h. graviert wird. Die Tiefe der Gravur wird durch die Dauer und Intensität der Einwirkung des Laserstrahles bestimmt. Hat die Gravur die gewünschte Tiefe, so wird die Walze 7 wie folgt weiter verwendet.

Fig. 5 zeigt die durch einen Laserstrahl 5 gravierte Walze 7. Diese Walze 7 dient nun mit ihrer Oberfläche als eine endlose Positivform. In dem weiteren, in Fig. 6 ge­ zeigten Verfahrensschritt wird aus einem Behälter 12 Sili­ konkautschuk auf die Oberfläche der Walze 7 aufgegossen, gegebenenfalls auch aufgestrichen. Die so aufgebrachte Silikonschicht wird zu einer Prägetochter vulkanisiert, die, wie das in Fig. 7 gezeigt ist, durch Umkrempeln von der Positivform abgezogen wird. Danach wird diese Präge­ tochter erneut umgekrempelt, und schließlich wird sie durch Rückkrempeln mit der negativen Prägeoberfläche nach außen auf die Umfangsfläche einer Prägewalze 13 aufge­ klebt, mit der dann kontinuierlich eine thermoplastische Folie unter Wärme und Druck geprägt werden kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Prägewalze zum kontinu­ ierlichen Prägen der Oberfläche einer thermoplastischen Folie, wobei die aus Silikonkautschuk bestehende Prägeflä­ che eine Negativform eines zu prägenden Musters darstellt, bei dem von der Oberfläche einer Mustervorlage eine endlo­ se Positivform erzeugt wird, auf die eine Schicht Silikon­ kautschuk aufgegossen oder aufgestrichen wird, die zu ei­ ner Prägetochter vulkanisiert wird, die von der Positiv­ form abgezogen und mit der negativen Prägeoberfläche nach außen auf die Umfangsfläche der Prägewalze aufgeklebt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung der endlosen Positivform die Ober­ fläche der Mustervorlage mechanisch oder optisch ab­ getastet wird,
daß die so gewonnene optische Information in eine ent­ sprechende elektrische Information umgewandelt wird,
daß auf den Umfang einer Walze eine Schicht eines Ma­ terials aufgebracht wird, dessen Oberfläche mittels eines auf sie gerichteten Laserstrahls gravierbar ist,
daß ein Laserstrahl auf die Oberfläche des Materials auf der Walze gerichtet wird,
daß der Laserstrahl und die Oberfläche der Walze zu­ einander bewegt werden und
daß die Intensität des Laserstrahls in Abhängigkeit von der elektrischen Information moduliert wird, der­ art, daß das Muster durch den Laserstrahl in die Ober­ fläche des Materials der Walze eingraviert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mustervorlage natürliches Leder verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abtastung und die Bewegung des Laserstrahls in bezug zu der Oberfläche der Walze zeilenförmig nach Art einer Fernsehübertragung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Mustervorlage gewonnene Information gespei­ chert und mehrmals zur Modulation des Laserstrahls verwen­ det wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze mit der Zeilenfrequenz synchron gedreht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze mit einem Bruchteil der Zeilenfrequenz gedreht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein quadratischer oder rechteckiger Bereich der Oberfläche der Mustervorlage abgetastet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modulation des Laserstrahls in dem Strahlengang des Lasers eine Maske, eine teilreflektierende Maske oder ein durch die elektrische Information steuerbarer Matrixspie­ gel angeordnet werden.