DE602004001779T2 - Maschine und verfahren zum schneiden von öffnungen in ein substrat - Google Patents

Maschine und verfahren zum schneiden von öffnungen in ein substrat Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine zum Ausschneiden einer Öffnung, beispielsweise eines Fensters, aus einem ebenen Substrat nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 (siehe beispielsweise das Dokument JP-A-7/197'374).
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Ausschneiden einer Öffnung, beispielsweise eines Fensters, aus einem ebenen Substrat (siehe Patentanspruch 9).
  • Auf dem Gebiet der Banknoten und Sicherheitsdokumente besteht ein steigender Bedarf nach Sicherheitselementen, welche gegen Nachmachungen schützen. In den letzten Jahren sind nämlich Computer, Scanner und Kopiermaschinen äusserst intensiv weiterentwickelt worden, und es ist heute möglich, zu vernünftigen Preisen sehr leistungsfähige Vorrichtungen zu erwerben. Da diese Vorrichtungen immer leistungsfähiger sind, ist es gleichzeitig erforderlich geworden, für Sicherheitsdokumente, beispielsweise Banknoten, Schecks, Karten (d.h. Kreditkarten), Identitätskarten, Pässe usw., neue und verbesserte Sicherheitselemente zu entwickeln, bei denen es nicht möglich ist, dass sie mit normalen Computern oder Scannern oder selbst modernen Farbkopiermaschinen kopiert werden können.
  • Derartige Sicherheitselemente sind unter anderem spezielle Drucktinten mit irisierenden Eigenschaften, die als optisch variable Drucktinten bezeichnet werden und dazu Verwendung finden, besondere Muster auf das Substrat der Banknote zu drucken, weiterhin optisch veränderliche Elemente (beispielsweise Hologramme, Kinegramme) in Form metallisierter Flecken, oder auch spezifische Muster wie Moiré-Muster und andere ähnliche Muster, wobei sämtliche genannten Elemente sehr schwierig, wenn nicht unmöglich mittels der heutigen Maschinen zu kopieren sind, aber andererseits visuell leicht kontrolliert werden können.
  • Andere Sicherheitselemente umfassen Kombinationen von Linien und/oder Muster, welche aufgedruckt sind und farbig ausgeführt sind und nur unter besonderen Bedingungen sichtbar sind, beispielsweise im Ultraviolettlicht oder mittels Transparenz. Auch hier ist bei solchen Sicherheitselementen erforderlich, dass sie leicht auf das zu schützende Dokument aufgedruckt oder anderweitig aufgebracht werden können und auch durch einfache Apparate kontrollierbar sind, selbst visuell, aber mittels heutiger Drucker, Scanner oder Kopierapparaten unmöglich reproduzierbar sind.
  • Eine weitere spezielle Technik umfasst Wasserzeichen, wobei das Papiersubstrat durch Linien oder Muster, die nur in durchscheinendem Licht sichtbar sind, markiert wird. Eine Weiterentwicklung dieser Technik betrifft Pseudo-Wasserzeichen, welche darin besteht, dass im Substrat ein Fenster erzeugt wird, insbesondere bei Substraten auf Papierbasis, die normalerweise nicht transparent sind, wobei das genannte Fenster durchscheinend ist.
  • Es ist jedoch sehr schwierig, in einem Substrat auf Grundlage von Papier ein transparentes Fenster zu erzeugen oder zu simulieren. Transparente Fenster werden als solche häufig auf Substraten auf der Grundlage von Polymeren für Banknoten und andere Sicherheitsdokumente verwendet, um ein Sicherheitselement einzuführen. Diese Substrate auf Basis von Polymeren sind normalerweise vollständig transparent; um daher ein transparentes Fenster zu erzeugen, genügt es lediglich, den gewählten Bereich nicht zu bedrucken. Im Falle von Papier, ein Substrat, das nicht transparent ist, wurde ein erstes Verfahren entwickelt, gemäss welchem es möglich ist, örtlich die Dicke des Papiers zu vermindern, um ein transparentes Fenster im Substrat zu erzeugen. Beispielsweise beschreibt die PCT-Patentanmeldung WO 99/14433 dieses Verfahren, und der Inhalt dieser Anmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung übernommen. Gemäss diesem bekannten Verfahren wird eine Tränkungslösung auf mindestens eine Oberfläche des Papiers auf einen oder mehrere vorbestimmte Bereichen aufgebracht, dann lässt man Druck und Hitze auf den getränkten Bereich einwirken, so dass das beschichtete Papier durch Verdampfen und Verdichten im genannten Bereich gegenüber dem übrigen Papier kompakter wird. Daher weisen die genannten Bereiche eine verminderte Dicke bezüglich dem übrigen Papier auf und werden transparent.
  • Diese erste Technik zeigt jedoch den Nachteil, dass das Papier im Bereich dieses Fensters örtlich geschwächt wird. Insbesondere gilt, dass je kleiner die Dicke des Fensters ist, desto stärker der Bereich geschwächt wird. Banknoten, bei denen eine solche Technik angewandt wurde, besitzen demgemäss eine verringerte Lebensdauer und müssen ausgetauscht werden, d.h. neue Banknoten müssen gedruckt werden, um die alten, beschädigten Noten zu ersetzen.
  • Eine weitere Arbeitsweise besteht darin, unmittelbar aus dem Substrat ein Loch auszuschneiden, um das transparente Fenster zu erzeugen. Beispielsweise beschreibt die PCT-Patentanmeldung Nr. WO 95/10420, deren Inhalt durch Bezugnahme ein Teil der vorliegenden Erfindung ist, eine Banknote aus Papier mit einem ausgeschnittenen Fenster. Es ist natürlich erforderlich, die Öffnung, die aus dem Substrat ausgeschnitten wurde, abzudecken, was in diesem Falle dadurch bewerkstelligt wird, dass die Öffnung durch einen Streifen eines transparenten Materials abgedeckt wird, beispielsweise eine Folie oder ein Laminat.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bekannten Maschinen und Verfahren zu verbessern.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Maschine zum Ausschneiden einer Öffnung aus einem ebenen Substrat.
  • Eine weitere erfindungsgemässe Aufgabe ist es, ein verbessertes Verfahren zum Ausschneiden einer Öffnung aus einem ebenen Substrat zu schaffen.
  • Diese Aufgaben werden dadurch erfüllt, dass die Erfindung eine Maschine zum Ausschneiden einer Öffnung gemäss Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Ausschneiden einer Öffnung gemäss Patentanspruch 9 angibt.
  • Zwecks besserem Verständnis soll nun die Erfindung durch die Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigegebenen Zeichnungen erläutert werden, in welchen darstellen:
  • 1 die Grundlagen einer Maschine gemäss vorliegender Erfindung.
  • 2 eine quergeschnittene Draufsicht eines erfindungsgemässen Saugkastens.
  • 3 eine erste Ausführungsform eines Laser-Führungssystems.
  • 4 eine Variante des Laser-Führungssystems.
  • Eine Ausführungsform der Maschine zum Ausschneiden einer Öffnung aus einem ebenen Substrat soll nun zunächst unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden.
  • Bei dieser Maschine werden aufeinanderfolgende Substrate 1, beispielsweise Blätter aus Papier oder einem anderen Material, mittels eines Zufuhrsystems herangebracht, beispielsweise mittels einer Zufuhrvorrichtung mit beweglichen Greifern 2, und die Blätter werden an eine erste Überführungswalze 3 übergeben. Sodann werden die aufeinanderfolgenden Substrate 1 mittels einer Übertragungswalze 4 weitergegeben, welche in der Technik der Druckmaschinen bekannt ist und Greifersysteme 5 aufweist.
  • Die Substrate 1 werden dann einer Transportvorrichtung übergeben, beispielsweise einem Kettengreifersystem 7 mit einer Kette, auf welcher Greiferstangen 8 montiert sind, die die aufeinanderfolgenden Substrate 1 weiterbefördern. Die Greiferstangen arbeiten mit der ersten Übertragungswalze 3 zusammen, um die aufeinanderfolgenden Substrate 1 zu übernehmen und diese zum Ausschneidebereich der Maschine zu transportieren.
  • Wie schon erwähnt wurde, werden die Substrate 1 vom Kettengreifersystem 7 aufgenommen, bis sie unter dem Ausschneidebereich der Maschine angekommen sind. Dieser Ausschneidebereich weist einen Saugkasten 9 auf, welcher in seiner Bodenwandung Saugöffnungen 10 aufweist, die mit einer Ansaugquelle 11 verbunden sind, wobei diese Ansaugquelle 11 Luft mit Unterdruck zur Verfügung stellt, damit die Substrate 1 im Verlaufe des Ausschneidevorgangs gegen die Aussenfläche der Bodenwandung des Kastens 9 angedrückt werden.
  • Das Ausschneiden selbst wird von einem Laser ausgeführt, wobei der Laserstrahl 13 gegen eine Schneidöffnung 14 in der Bodenwandung des Kastens 9 gerichtet ist. Der Laserstrahl 13 wird entweder unmittelbar auf das auszuschneidende Substrat gerichtet, oder es werden Spiegel oder andere äquivalente Vorrichtungen zur indirekten Ausrichtung verwendet. Während des Ausschneidevorgangs wird das Substrat angehalten und gegen die Aussenfläche der Bodenwandung gedrückt gehalten, so dass der Laserstrahl die gewünschte Öffnung im Substrat durch die Schneidöffnung 14 der Bodenwandung ausschneiden kann. Diese Schneidöffnung 14 kann die gleiche Form besitzen wie das aus dem Substrat auszuschneidende Fenster, oder sie kann auch grösser sein. Um das Ausschneiden auszuführen, wird der Laserstrahl 13 entweder unmittelbar gerichtet abgegeben, indem der Laser 12 selbst entlang zweier Achsen X und Y, die senkrecht aufeinander stehen, mit Hilfe geeigneter mechanischer Mittel bewegt wird, oder aber der Laserstrahl 13 kann indirekt mit Hilfe von Spiegeln (siehe 4) gerichtet werden, welche ihrerseits beweglich sind, um den Strahl 13 entlang zweier orthogonaler Achsen X und Y zu führen. Das System ist daher dazu befähigt, Fenster mit einigen unterschiedlichen Grössen auszuschneiden, ohne dass die Maschine gewechselt oder verstellt werden muss, sondern lediglich durch ein passendes Ausrichten des Strahls 13 entlang der Achsen X und Y.
  • Wenn ein Ausschneidvorgang beendet ist, wird das ausgeschnittene Teil entweder durch die Unterdruckluft in den Kasten 9 gesaugt und von dort beseitigt, oder das Teil kann, ebenfalls mittels Unterdruckluft, durch einen Entleerungsauslass 15 beseitigt werden.
  • Wenn das ausgeschnittene Teil durch den Entleerungsauslass 15 in den Kasten eingesaugt wurde, wird bevorzugt, dass die Schneidöffnung 14 durch ein transparentes Material verschlossen wird, beispielsweise Glas, damit Ausgleichsprob leme des Vakuums, das im Kasten 9 und im Auslass 15 herrscht, vermieden werden. Wenn das ausgeschnittene Teil im Vergleich zur Grösse des Substrats klein genug ist, bleibt das Substrat stets zuverlässig an der Aussenfläche der Bodenwandung im Verlaufe des Ausschneidvorganges angedrückt, selbst wenn die Schneidöffnung mittels eines transparenten Materials verschlossen wird.
  • Gemäss einer Variante ist es ebenfalls möglich, den Entleerungsauslass 15 wegzulassen und das ausgeschnittene Teil durch den Kasten 9 zu entfernen.
  • Der Kasten 9 und der Entleerungsauslass 15 (wenn vorhanden) sind ebenfalls von Vorteil, um den Rauch abzuführen, der bei dem Ausschneidvorgang gebildet wird.
  • Nach Beendigung des Ausschneidvorganges und nach Abführen des ausgeschnittenen Teils kann das Substrat mittels des Kettengreifersystems 7 zwecks Weiterbehandlung abtransportiert werden, d.h. dass das Kettengreifersystem 7 einen Vorschub ausführt und dabei das mit Ausschnitt versehene Substrat 1 an eine weitere Überführungswalze 16 übergibt, und das mit Ausschnitt versehene Substrat 1 kann einer weiteren Behandlung zugeführt werden, beispielsweise das Aufbringen einer Folie über dem Fenster, und zwar in einer weiteren, nicht dargestellten Maschine. Ein Beispiel einer Maschine zum Laminieren einer Folie wird in der europäischen Patentanmeldung gegeben, welche unter dem Titel "Machine for applying and cutting strips of laminate" (Maschine zum Aufbringen und Abschneiden von Streifen eines Laminats) am 30. April 2003 im Namen der Firma KBA-GIORI S.A. hinterlegt wurde, und der Inhalt der Anmeldung wird durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung. Ein weiteres Beispiel des Aufbringens eines solchen Streifens einer Laminatfolie ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 02405782.0 beschrieben, hinterlegt am 10. September 2002 im Namen der Firma KBA-GIORI S.A., und der Inhalt der Anmeldung bildet durch Bezugnahme einen Teil der vorliegenden Anmeldung.
  • Das Aufbringen eines Streifens einer Folie, wie es in der Technik bekannt und oben beschrieben ist, ermöglicht dann die Anwendung der Technologie, wie sie in der Patentanmeldung Nr. EP 1'291'195 und der EP-Patentanmeldung Nr. 02405782.0, hinterlegt am 10. September 2002 im Namen der Firma KBA-GIORI S.A. beschrieben ist, und beide Anmeldungen werden durch Bezugnahme mit der vorliegenden Anmeldung vereinigt. Dabei wird ein Sicherheits- und Prüfelement auf beide Seiten des mit Ausschnitt versehenen Substrats aufgebracht.
  • In der 2 ist eine Draufsicht des Saugkastens 9 im Querschnitt dargestellt. Die Bodenwandung 17 besitzt als nicht einschränkendes Beispiel eine rechteckige Form und weist mehrere Löcher 10 auf, die dazu bestimmt sind, dass die Unterdruckluft in Kasten 9 auf das Substrat einwirken kann und sich das Substrat gegen die Aussenfläche der Bodenwandung 17 im Verlaufe des Ausschneidvorganges anlegen kann. Die Bodenwandung 17 besitzt ferner die Öffnung 14, durch welche das Ausschneiden durch den Laserstrahl 13 vorgenommen wird. Die Form der Öffnung 14 ist als Beispiel rechteckig angegeben, jedoch sind auch andere Formen möglich (quadratisch, rund, dreieckig usw.).
  • Wie vorstehend schon beschrieben wurde, kann die Öffnung 14 durch ein transparentes Material verschlossen werden, um Probleme eines Vakuumausgleiches zwischen dem Kasten 9 und dem Auslass 15 zu vermeiden.
  • In 3 ist ein erstes System zur Bewegung des Laserstrahles 13 entlang zweier Schneidrichtungen dargestellt. Bei diesem System, dessen Prinzip aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird der Laser 12 selbst bewegt, beispielsweise durch Drehung oder Linearverschiebung, und zwar entlang zweier Achsen X und Y mittels geeigneter Antriebsmittel 18, 19 (welche rotieren oder sich linear bewegen), um den Ausschneidvorgang am Substrat 1 auszuführen, indem der Laserstrahl 13 durch die Bodenfläche 17 und in die Öffnung 14 geschickt wird.
  • Gemäss einer in 4 dargestellten Variante ist der Laser 12 ortsfest angeordnet, und lediglich der Laserstrahl 13 wird durch die Öffnung 14 der Bodenwandung 17 entlang der im Substrat auszuschneidenden Form geführt, beispielsweise mit Hilfe eines Spiegels 20, der sich um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen drehen kann, wobei geeignete Antriebsmittel 21, 22, Verwendung finden, beispielsweise motorgetriebene Betätigungsmittel, und dieses Prinzip ist in der Technik bekannt.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung angegebenen Ausführungsformen der Erfindung stellen lediglich Erläuterungsbeispiele dar und dürfen nicht einschränkend interpretiert werden. Andere Varianten und äquivalente Lösungen sind im Geltungsbereich der anliegenden Ansprüche möglich.

Claims (15)

  1. Maschine zum Schneiden einer Öffnung, z.B. eines Fensters, in ein ebenes Substrat (1), mit wenigstens einem Schneidwerkzeug (12, 13), mit einem Transfersystem (7, 8), welches das erwähnte Substrat (1) festhält und längs einer bestimmten Richtung bewegt, und mit einem Saugkasten (9) zum Halten des Substrats (1) während des Schneidvorgangs, wobei das erwähnte Schneidwerkzeug einen Laser (12) zum Erzeugen eines Laserstrahl (13), welcher in zwei zu einander senkrechten Richtungen bewegt werden kann, und Entleerungsmittel (9, 11; 15) zum Entfernen eines ausgeschnittenen Teils des Substrats (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Saugkasten (9) auf derselben Seite des Substrats wie das Schneidwerkzeug (12, 13) angeordnet ist und ferner eine Bodenwand (17) mit Saugöffnungen (10), gegen die das Substrat (1) angesaugt wird, sowie eine Schneidöffnung (14) aufweist, durch welche der erwähnte Laserstrahl (13) hindurch auf das Substrat gerichtet ist.
  2. Maschine nach Anspruch 1, wobei die erwähnten Entleerungsmittel (9, 11) das ausgeschnittene Teil durch den erwähnten Saugkasten absaugen.
  3. Maschine nach Anspruch 1, wobei die erwähnten Entleerungsmittel einen Entleerungsauslass (15) zum Absaugen des ausgeschnittenen Teils aufweisen, welcher auf der anderen Seite des Substrats in bezug auf die Bodenwand (17), gegen welche das Substrat (1) während des Schneidvorgangs angedrückt wird, angeordnet ist.
  4. Maschine nach Anspruch 3, wobei die Schneidöffnung (14) durch ein transparentes Material wie Glas verschlossen ist.
  5. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Transfersystem ein Kettengreifersystem (7) mit einer Kette ist, an der Greiferstangen (8) montiert sind.
  6. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erwähnte Laser (12) geradlinig verschiebbar oder drehbar angeordnet ist.
  7. Maschine mach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Laserstrahl (13) linear verschiebbar oder drehbar ist.
  8. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche ferner eine Anordnung zum Anlegen eines Laminatstreifens auf die Schneidöffnung des Substrats aufweist.
  9. Verfahren, welches das Schneiden einer Öffnung, z.B. eines Fensters, in ein ebenes Substrat (1) einschliesst, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Festhalten des Substrats (1) mit einem Greifer (8), – Bewegen dieses Substrats (1) mit Hilfe des Greifers (8), längs einer gegebenen Richtung, – Anlegen des Substrats (1) gegen eine Oberfläche (17) unter Verwendung von Saugluft, – Ausrichten eines Laserstrahls (13) auf das Substrat (1) durch eine Schneidöffnung (14) hindurch, die in der erwähnten Oberfläche (17) vorgesehen ist, um eine Öffnung in das Substrat (1) zu schneiden, – Entfernen des ausgeschnittenen Teils des Substrats (1).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das ausgeschnittene Teil durch Saugkasten (9) abgesaugt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das ausgeschnittene Teil durch einen Entleerungsauslass (15) abgesaugt wird, der auf der anderen Seite des Substrats in bezug auf die Oberfläche (17) vorgesehen ist, gegen die das Substrat (1) während des Schneidvorgangs angedrückt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Laser (12) linear verschoben oder gedreht wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Laserstrahl (13) linear verschoben oder gedreht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Spiegel (20) den Laserstrahl (13) bewegt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, welches ferner den Schritt zum Anlegen eines Laminats auf die Schneidöffnung des Substrats (1) einschliesst.
DE602004001779T 2003-05-02 2004-04-21 Maschine und verfahren zum schneiden von öffnungen in ein substrat Expired - Lifetime DE602004001779T2 (de)

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EP03009986A EP1473107A1 (de) 2003-05-02 2003-05-02 Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden Öffnungen in einem Werkstück
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