EP0659935A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausstattung von Wertpapieren mit Echtheitsmerkmalen - Google Patents

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EP0659935A2
EP0659935A2 EP94120572A EP94120572A EP0659935A2 EP 0659935 A2 EP0659935 A2 EP 0659935A2 EP 94120572 A EP94120572 A EP 94120572A EP 94120572 A EP94120572 A EP 94120572A EP 0659935 A2 EP0659935 A2 EP 0659935A2
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EP
European Patent Office
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feature
paper web
mixture
gas
nozzle
Prior art date
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Granted
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EP94120572A
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English (en)
French (fr)
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EP0659935A3 (de
EP0659935B1 (de
Inventor
Dr. Thomas Attenberger
Dieter Stein
Dr. Gerhard Stentel
Dr. Wilhelm Ilgmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient GmbH
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Publication date
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Publication of EP0659935A3 publication Critical patent/EP0659935A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M3/00—Printing processes to produce particular kinds of printed work, e.g. patterns
    • B41M3/14—Security printing
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/14—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by function or properties in or on the paper
    • D21H21/40—Agents facilitating proof of genuineness or preventing fraudulent alteration, e.g. for security paper
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22—Addition to the formed paper
    • D21H23/50—Spraying or projecting

Definitions

  • the invention relates to a method for equipping securities with authenticity features, in which at least one feature substance is applied to a moving, still wet paper web in the course of paper manufacture, in particular a paper web for the production of securities.
  • Securities in the sense of the invention are banknotes, passports, check forms, shares, certificates, stamps, air tickets and the like.
  • the simplified term “security paper” or “security” therefore always includes documents of the type mentioned below.
  • those authenticity features have proven particularly useful that can only be incorporated into the security paper during manufacture.
  • Such features are, for example, watermarks, security threads, chemically reacting additives and mottled fibers. These features are particularly suitable for the usual visual authenticity check of security papers. Although these features are visually recognizable, they guarantee a high level of security because that includes Paper equipped with these features can only be produced with complex machines to which the counterfeiter has no access and whose purchase or replica is not economically worthwhile for counterfeiting purposes.
  • GB-PS 643 430 is a method for Production of a paper web known, which is provided with watermarks.
  • an endless metal strip is guided over the resulting paper web of a Fourdrinier machine and moves at the same speed as the resulting paper web.
  • the metal band is provided with cutouts in the form of the desired watermark.
  • a method is finally known in which features such as dyes or chemicals are placed in the interior of a paper web.
  • a first paper web is produced in a first step and the feature substance, in Liquid dissolved, applied to one of the surfaces of this paper web using an inkjet printer.
  • the side of the first paper web loaded with the feature substance is covered with a second, separately produced paper web.
  • the object of the present invention is to propose a security as well as a method and a device for its production, in which feature substances can be introduced in a defined manner and concentration in a localized manner without the fiber structure of the paper being visibly changed.
  • the basic idea of the invention is that in a first process step a feature substance in powder form is mixed with a gas in such a way that agglomerates of feature particles easily disintegrate and that the particles are then present and held in the gas in a defined homogeneous concentration.
  • the still wet paper web is loaded with the mixture via a nozzle in such a way that the feature particles hit the security in the free gas jet with a relatively sharply defined scattering cone.
  • the method according to the invention it is possible for the first time to provide a paper web along one or more tracks with a feature substance which is present in a homogeneous distribution in the paper over large production batches even at a very low concentration.
  • the process ensures that no changes in the paper structure are visible on the finished paper web are.
  • a powdery characteristic substance which can be kept in a gas in a very low concentration in a homogeneous distribution and which is transferred to the wet web via at least one nozzle positioned at a certain distance from the paper web.
  • Two limits can be defined for the distance of the nozzle to the paper web, which should not be exceeded or undershot.
  • the minimum distance between the nozzle and the paper web should be chosen so large that the paper web does not touch the nozzle even in the event of fluctuations perpendicular to the direction of transport.
  • the maximum distance depends on various parameters, including the speed at which the gas / feature mixture emerges from the nozzle and the size, shape and weight of the individual particles. Given predetermined parameters, the distance is selected such that a directed particle stream is applied to the paper web, the particles hitting the paper web at a speed sufficient to firmly anchor the particles in the paper pulp.
  • the parameters for the concentration of the feature in the paper are the time throughput through the nozzle, the average particle size, the average fiber length of the paper, the location of the introduction or the water content of the paper web and the speed of the running paper web.
  • Fig. 1 shows schematically a circular screen paper machine, as is typically used for the production of security papers.
  • a paper web 3 is formed on the circular wire 2, which is removed by a take-off felt 6 and transported away.
  • the gas / feature mixture is generated in a unit 4, which will be discussed in more detail later, and guided to the nozzles 7 via a pipe system 8, a distribution and control system 5.
  • the mixture emerges from the nozzles at high speed, as a result of which the feature substance reaches the paper web which is still wet at this point.
  • the components mentioned and in particular the nozzles can be installed at different points in the production process.
  • the highly schematic arrangement in FIG. 1 only adjusts Example.
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 in the area of the nozzle opening.
  • the distance A which should be maintained from the nozzle opening to the paper web, is essentially determined by the exit velocity of the gas and the shape and size of the feature substance. It is important to note that the distance should be at least large enough to prevent damage to the paper web from the gas / characteristics mixture flowing out. With a discharge speed between 100 and 300 m / s and a particle size between 0.1 and 20 ⁇ m, a value between 0.5 and 5 cm must be set for the distance A.
  • the distance must be at least so large that any movement of the paper web at this point perpendicular to the transport direction does not lead to contact of the web with the nozzle, which easily clog could.
  • the impact velocity of the particles can be up to 200 m / s depending on the particle size and nozzle configuration. A visible change in the paper web is nevertheless avoided on the one hand because of the small size of the particles and on the other hand because of the low concentration of the particles in the gas stream.
  • Suitable materials are all materials that can be produced in powder form and that are visually or mechanically recognizable, that is, that have a physically measurable or detectable effect.
  • substances which have fluorescent, magnetic or electrical properties or a combination of these properties are particularly suitable.
  • the unit 4 with the aid of which the gas / feature mixture is generated, can consist, for example, of a so-called fluidized bed generator, which is shown schematically in FIG. 3.
  • the basic functioning of a fluid bed generator is e.g. B. described in U.S. Patent 3,997,433.
  • a reservoir of the feature powder 15 is located in a storage container 14.
  • the coarse material 19 which preferably consists of spherical particles, is located in a so-called aerosol chamber 18 Wall 16 can still penetrate the pores of the partially permeable wall 17.
  • the feature substance is continuously fed to the coarse material in small doses via a conveyor device 20, which can be designed, for example, as a chain or screw conveyor system.
  • An aerosol chamber is supplied with a gas stream 21 of an inert gas, so that agglomerates of the feature substances on the coarse material are rubbed and crushed, and the comminuted feature substances are passed through the gas stream into the pipe system 8.
  • the coarse material is chosen so that it cannot get into the pipe system 8 due to its own weight due to the applied gas stream 21.
  • the feature substance on the other hand, is torn upwards by the gas stream and leaves the fluidized bed generator with the gas in a homogeneous distribution and predetermined concentration.
  • the delivery capacity of the chain or screw conveyor is also available as a parameter for setting the concentration of the feature substance in the gas.
  • concentrations of the feature in the gas can be generated in a wide range. This typically ranges from 5 mg / m3 to 50 g / m3 and is largely determined by the delivery rate of the chain or screw feeder.
  • the coarse material which shows practically no abrasion, so that no foreign particles are introduced into the paper with the feature substances.
  • the coarse material is selected from the same material from which the feature substance consists, that is to say it differs only in the grain size from the feature substance to be introduced. It has also been shown that such coarse material can also be used as those which are added to the pulp during their production, such as crystalline whitening agents.
  • the coarse material When selecting the coarse material, however, it must always be ensured that substances are used that have at least the same hardness as the feature substances, so that the abrasion on the coarse material is as low as possible and at the same time Agglomerates of the feature powder are broken up by collisions with the coarse material.
  • gases which are inert with regard to the feature powder and the coarse material, ie which do not undergo a chemical reaction with them. Nitrogen, argon and air are particularly suitable.
  • the fluidized bed generator In order to prevent feature powder from being deposited on the walls of the fluidized bed generator, it is possible to provide the fluidized bed generator with a vibration-generating vibration motor at a suitable point. On the one hand, this measure reduces the probability that feature particles are deposited on the walls at all and, on the other hand, leads to feature particles that have already been deposited being able to detach from the walls.
  • vibrations such.
  • the vibrator used should be operated in a frequency range between 20 and 150 Hz. In principle, the vibrator can be attached to the outside of the fluidized bed generator. It then transmits the vibrations generated to the housing.
  • the coupling of an interval knocker to the base plate of the fluidized bed generator is also possible and has the additional advantage that a much larger part of the system can be made to vibrate.
  • the coupling of vibrators can also have a negative influence on the conveying system of the fine material, which can be expressed in an irregular delivery rate or a dependency of the delivery rate on the vibrator frequency, it is advantageous to use the vibrator in the upper part of the fluidized bed generator to couple outside.
  • the vibration Appropriate measures are then used to dampen or completely interrupt the conveyor unit.
  • the part of the fluidized bed generator set in vibration can be mechanically decoupled from the rest of the system, for example by means of an elastic intermediate piece.
  • a device can be attached which makes it possible to selectively control individual nozzles, so that on the one hand by the number of nozzles and on the other hand by the possibility of individually controlling each nozzle, i. H. to open or close, there is a possibility to apply the feature substance in the form of a coding on the paper web.
  • the process sequence is shown schematically in FIG. 4.
  • the feature substance passes from a storage container 30 into a homogenizer 4, which produces fine feature particles and mixes these with a gas in the desired, adjustable concentration.
  • the homogeneous mixture reaches one or more nozzles 7 via a distributor 5, it also being possible for a control unit to be present which can control the opening of the nozzles individually or in groups.
  • a measuring unit 35 which the actual concentration of the feature substance in the gas or another relevant for this Detected size, it is possible to generate a control signal, on the basis of which a control unit 36 influences the supply of the feature substance from the storage container or directly the changeable parameters of the homogenizer, so that deviations from the gas / feature concentration set can be compensated for.
  • the concentration can be measured at various points, such as B. in the homogenizer, at the nozzle outlet or in the distributor.
  • the homogeneous gas / feature mixture is then optionally fed via a distributor and under the influence of a nozzle control to one or more nozzles from which the feature particles emerge at high speed together with the gas stream, the exit velocity of the feature particles being below that of the gas.
  • the exit velocity of the feature particles can be determined by the choice of the nozzle geometry and the air throughput through the nozzles. This must be selected so that the speed of the particles when they hit the paper web is still high enough to ensure that the particles penetrate the paper web or that the particles adhere to the surface.
  • the web After the feature substance has been applied to the paper web, the web is subjected to the usual further treatment, such as, for. B. glue, drying or Gautschen subjected.
  • This post-treatment process increases the quality of the security.
  • those feature particles that only adhere weakly to the web are also removed from the web. After gluing, the feature substances are finally fixed in their position and as defined particles applied to their respective physical Properties can be checked.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Ausstattung von Wertpapieren mit Echtheitsmerkmalen wird ein homogenes Gemisch aus einem in Pulverform vorliegenden Merkmalsstoff und einem Gas in definierter Konzentration hergestellt. Dieses Gemisch wird aus wenigstens einer, in einem vorgegebenen Abstand zur Papierbahn angeordneten Düse mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen und auf die laufende Papierbahn übertragen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausstattung von Wertpapieren mit Echtheitsmerkmalen, bei dem mindestens ein Merkmalsstoff im Zuge der Papierherstellung auf eine sich bewegende, noch nasse Papierbahn aufgebracht wird, insbesondere eine Papierbahn zur Herstellung von Wertpapieren.
  • Wertpapiere im Sinne der Erfindung sind Banknoten, Pässe, Scheckformulare, Aktien, Urkunden, Briefmarken, Flugscheine und ähnliches. Die vereinfachende Benennung "Sicherheitspapier" oder "Wertpapier" schließt deshalb im folgenden stets Dokumente der genannten Art mit ein.
  • Derartige Dokumente von hohem Wert müssen in Bezug auf ihre Originalität und Herkunft einwandfrei identifizierbar sein, weil ihr Materialwert nur Bruchteile des Handelswertes ausmacht. Die Identifizierbarkeit wird u.a. durch besondere, nur für den Echtheitsnachweis verwendete Kennzeichen erreicht. Im Idealfall sind diese Echtheitskennzeichen nicht oder nur mit sehr großem Aufwand nachahmbar und nicht verfälschbar. Ihr Vorhandensein in der vorgesehenen Form garantiert deshalb die Echtheit des Sicherheitspapiers. Je näher ein Echtheitsmerkmal an das Ideal "nicht verfälschbar" und "nicht nachahmbar" heranreicht, um so größer ist sein Wert für die Echtheitssicherung.
  • In der Vergangenheit haben sich besonders diejenigen Echtheitsmerkmale bewährt, die nur während der Herstellung in das Sicherheitspapier eingebracht werden können. Derartige Merkmale sind z.B. Wasserzeichen, Sicherheitsfäden, chemisch reagierende Zusätze und Melierfasern. Diese Merkmale eignen sich besonders für die üblicherweise vorgenommene visuelle Echtheitsprüfung von Sicherheitspapieren. Obwohl diese Merkmale visuell erkennbar sind, garantieren sie eine hohe Sicherheit, weil das mit diesen Merkmalen ausgestattete Papier nur mit aufwendigen Maschinen hergestellt werden kann, zu denen der Fälscher keinen Zugang hat und deren Kauf oder Nachbau sich für Fälschungszwecke schon wirtschaftlich nicht lohnt.
  • Neben den visuell durch den Menschen und ohne Hilfsmittel identifizierbaren Merkmalen werden Sicherheitspapiere seit langem auch mit nur durch spezielle Einrichtungen identifizierbaren Merkmalen ausgestattet. Bei dieser Art von Merkmalen hat der Fälscher zusätzlich das Problem, das Merkmal bzw. dessen besondere Eigenschaften zunächst identifizieren zu müssen, wobei die Identifizierung noch erschwert werden kann, wenn man die Merkmale ausschließlich an genau definierten Stellen in das Papier einbringt.
  • Aus der GB-PS 696 673 ist ein Verfahren zur Herstellung von Wertpapieren bekannt, bei dem Echtheitsmerkmale in Form von Farbmustern im Innern einer Papierbahn dadurch erzeugt werden, daß in die Pulpe einer Ein-Zylinder-Rundsiebmaschine an einer Stelle, an der die Blattbildung etwa zur Hälfte fortgeschritten ist, ein Farbstoff, Pigment oder eine Tinte in Lösung oder Suspension in das entstehende Faservlies eingespritzt wird. Durch das direkte Einspritzen der Merkmalsstoffe in die Pulpe werden diese jedoch den Strömungen und Wirbeln, die in einer sich drehenden Rundsiebmaschine vorhanden sind, ausgesetzt. Die daraus resultierende Durchmengung der eingebrachten Merkmalsstoffe mit der Pulpe führt dazu, daß die Pulpe mit zunehmender Zeit homogen mit dem eingespritzten Farbstoff angereichert bzw. eingefärbt wird, so daß das entstehende Papier schließlich in seiner Gesamtsubstanz eingefärbt bzw. mit Merkmalsstoffen versehen wird.
  • Aus der GB-PS 643 430 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Papierbahn bekannt, die mit Wasserzeichen versehen ist. Zur Herstellung des möglicherweise farbigen Wasserzeichens wird über der entstehenden Papierbahn einer Langsiebmaschine ein Endlosmetallband geführt, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die entstehende Papierbahn bewegt. Das Metallband ist mit Aussparungen in Form der gewünschten Wasserzeichen versehen. Durch das diffuse Aufsprühen von Farbstoffen auf die Innenseite des Metallbandes wird das Wasserzeichen nun dadurch erzeugt, daß sich der Farbstoff nur in den Bereichen der Aussparungen auf die Papierbahn niederschlagen kann. Dieses Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, daß zum einen das Aufbringen bestimmter Formen nur durch Schablonen erfolgen kann und zum anderen die Farbstoffe mit Hilfe von Lösungsmitteln der feuchten Papierbahn zugeführt werden, so daß die Papierbahn an diesen Stellen zusätzlich angefeuchtet wird. Gerade jedoch die Wasserführung, d. h. die Zu- oder Abgabe von Flüssigkeit kann die Eigenschaften des Papiers maßgeblich stören. Die lokale Zugabe von Flüssigkeit verändert die Papierkonsistenz in diesen Bereichen, so daß der Ort der Merkmalsaufbringung erkannt werden kann. Für geringe Merkmalskonzentrationen kann außerdem beim Aufbringen des Merkmals auf das Papier mit Hilfe einer Flüssigkeit als Träger nicht gewährleistet werden, daß der Merkmalsstoff in der erforderlichen homogenen Verteilung aufgebracht wird. Darüber hinaus besteht beim Aufbringen der Farbstoffe mit flüssigen Trägermedien die Gefahr, daß, bedingt durch einen zu hohen Strahldruck, die Faserstruktur der Papierbahn sichtbar verändert wird.
  • Aus der DE-PS 29 05 441 ist schließlich ein Verfahren bekannt, bei dem Merkmale, wie etwa Farbstoffe oder Chemikalien plaziert in das Innere einer Papierbahn eingebracht werden. Hierzu wird in einem ersten Schritt eine erste Papierbahn hergestellt und der Merkmalstoff, in Flüssigkeit gelöst, mit Hilfe eines Tintenstrahldruckers auf eine der Oberflächen dieser Papierbahn aufgebracht. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die mit dem Merkmalstoff beaufschlagte Seite dieser ersten Papierbahn mit einer zweiten, separat hergestellten Papierbahn abgedeckt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wertpapier sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung vorzuschlagen, bei dem Merkmalsstoffe in definierter Form und Konzentration örtlich begrenzt eingebracht werden können, ohne daß die Faserstruktur des Papiers sichtbar verändert wird.
  • Die Aufgabe wird durch die in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß in einem ersten Verfahrensschritt ein in Pulverform vorliegender Merkmalsstoff mit einem Gas derart vermischt wird, daß Agglomerate von Merkmalspartikeln leicht zerfallen und daß die Partikel dann in definierter homogener Konzentration im Gas vorliegen und gehalten werden. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die noch nasse Papierbahn mit dem Gemisch über eine Düse derart beaufschlagt, daß die Merkmalspartikel im freien Gasstrahl mit relativ scharf begrenzten Streukegel auf das Wertpapier auftreffen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, eine Papierbahn entlang einer oder mehrer Spuren mit einem Merkmalsstoff zu versehen, der über große Produktionschargen auch bei sehr geringer Konzentration in homogener Verteilung im Papier vorliegt. Darüber hinaus gewährleistet das Verfahren, daß an der fertigen Papierbahn keine Veränderungen in der Papierstruktur sichtbar sind.
  • Wesentlich für diesen Erfolg ist die Verwendung eines pulverigen Merkmalstoffes, der in einem Gas auch in sehr geringer Konzentration in homogener Verteilung gehalten werden kann und der über mindestens eine in einem bestimmten Abstand zur Papierbahn positionierte Düse auf die nasse Bahn übertragen wird. Für den Abstand der Düse zur Papierbahn lassen sich zwei Grenzen definieren, die nicht unter- bzw. überschritten werden sollten. Der Minimalabstand der Düse zur Papierbahn ist so groß zu wählen, daß die Papierbahn auch bei Schwankungen senkrecht zur Transportrichtung die Düse nicht berührt. Der maximale Abstand ist von verschiedenen Parametern abhängig, unter anderem von der Austrittsgeschwindigkeit des Gas-/Merkmalgemisches aus der Düse, sowie von der Größe, Form und dem Gewicht der einzelnen Partikel. Bei vorgegebenen Parametern wird der Abstand so gewählt, daß die Papierbahn mit einem gerichteten Partikelstrom beaufschlagt wird, wobei die Partikel mit einer Geschwindigkeit auf die Papierbahn auftreffen, die ausreicht, um die Partikel fest in der Papiermasse zu verankern.
  • Für die Konzentration des Merkmals im Papier gehen als einstellbare Parameter neben der Merkmalskonzentration der zeitliche Durchsatz durch die Düse, die durchschnittliche Partikelgröße, die durchschnittliche Faserlänge des Papiers, der Ort des Einbringens bzw. der Wassergehalt der Papierbahn sowie die Geschwindigkeit der laufenden Papierbahn ein.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, Zeichen und Muster ohne die Verwendung von Schablonen mit relativ scharfen Konturen auf eine Papierbahn aufzubringen.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und Inhalt der Beschreibung anhand der Figuren.
  • Darin zeigen:
    • Fig. 1
    die schematische Darstellung einer Rundsiebpapiermaschine zur Herstellung eines Sicherheitspapiers,
    Fig. 2
    einen Ausschnitt aus der Fig. 1 im Bereich einer Düse,
    Fig. 3
    die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines homogenen Luft-/Pulvergemisches und
    Fig. 4
    den schematisierten Ablauf zum Einbringen der Merkmalsstoffe in ein Sicherheitspapier.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Rundsiebpapiermaschine, wie sie zur Herstellung von Sicherheitspapieren typischerweise verwendet wird. In der Papiermaschine 1 wird auf dem Rundsieb 2 eine Papierbahn 3 gebildet, die von einem Abnahmefilz 6 abgenommen und wegtransportiert wird. Das Gas-/Merkmalsgemisch wird in einer Einheit 4, auf die später noch genauer eingegangen wird, erzeugt und über ein Rohrsystem 8, ein Verteil- und Ansteuerungssystem 5 zu den Düsen 7 geführt. Aus den Düsen tritt das Gemisch mit hoher Geschwindigkeit aus, wodurch der Merkmalsstoff auf die an dieser Stelle noch nasse Papierbahn gelangt. Die genannten Komponenten und insbesondere die Düsen können an unterschiedlichen Stellen im Produktionsprozeß installiert werden. Die stark schematisierte Anordnung in der Fig. 1 stellt lediglich ein Beispiel dar.
  • Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Fig. 1 im Bereich der Düsenöffnung. Der Abstand A der von der Düsenöffnung zur Papierbahn eingehalten werden sollte, wird dabei wesentlich durch die Austrittsgeschwindigkeit des Gases und der Form und Größe des Merkmalstoffes bestimmt. Hierbei ist grundsätzlich zu beachten, daß der Abstand mindestens so groß gewählt wird, daß eine Beschädigung der Papierbahn durch das ausströmende Gas-/Merkmalsgemisch ausgeschlossen wird. Bei einer Austrittsgeschwindigkeit zwischen 100 und 300 m/s und einer Partikelgröße zwischen 0,1 und 20 µm ist für den Abstand A ein Wert zwischen 0,5 und 5 cm einzustellen. Neben der Einhaltung dieses Maximal-Abstandes ist darüber hinaus zu berücksichtigen, daß der Abstand wenigstens so groß sein muß, daß eine evtl. an dieser Stelle vorhandene Bewegung der Papierbahn senkrecht zur Transportrichtung nicht zum Kontakt der Bahn mit der Düse führt, die dabei leicht verstopfen könnte. Bei den oben erwähnten Austrittsgeschwindigkeiten der Merkmalspartikel aus der Düse und dem vorgegebenen Abstand A ist gewährleistet, daß die Partikel mit einer Geschwindigkeit auf die Papierbahn auftreffen, die eine sichere Einlagerung im Papier gewährleistet. Die Auftreffgeschwindigkeit der Partikel kann je nach Partikelgröße und Düsenkonfiguration bis 200 m/s betragen. Eine sichtbare Veränderung der Papierbahn wird dennoch zum einen wegen der geringen Größe der Partikel und zum anderen wegen der geringen Konzentration der Partikel im Gasstrom vermieden.
  • Während das ausströmende Gas an der Papierbahn abgeleitet wird, ohne diese zu beeinträchtigen, kann in Abhängigkeit von der Länge und Art der Fasern 10 und des Durchmessers der aufgebrachten Merkmalsstoffe 9 ein mehr oder weniger großer Teil der Merkmalsstoffe schwach in das Innere der feuchten Papierbahn eindringen. Ein zweiter Teil verbindet sich dagegen - wahrscheinlich bedingt durch Adhäsionskräfte - fest mit der Oberfläche der Papierbahn. Durch die nachfolgenden Verfahrensschritte werden diese beiden Anteile der Merkmalsstoffe nicht mehr vom Papier entfernt. Darüber hinaus existiert ein dritter Anteil an Merkmalsstoffen, der nur lose an der Oberfläche der Papierbahn haftet, von wo er durch nachfolgende Produktionsschritte in der Papierherstellung entfernt wird.
  • Als Merkmalsstoffe eignen sich alle Materialien, die sich in Pulverform herstellen lassen und visuell oder maschinell erkennbar sind, also einen physikalisch meßbaren oder nachweisbaren Effekt aufweisen. Neben Farbstoffen kommen dabei insbesondere solche Stoffe in Frage, die fluoreszierende, magnetische oder elektrische Eigenschaften bzw. eine Kombination dieser Eigenschaften aufweisen.
  • Die Einheit 4, mit deren Hilfe das Gas-/Merkmalsgemisch erzeugt wird, kann beispielsweise in einem sog. Wirbelbettgenerator bestehen, der in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Die grundsätzliche Funktionsweise eines Wirbelbettgenerators ist z. B. in der US-PS 3,997,433 beschrieben. In einem Vorratsbehälter 14 befindet sich ein Reservoir des Merkmalspulvers 15. Durch eine Wand 16 getrennt, liegt in einer sog. Aerosolkammer 18 das Grobgut 19, das bevorzugt aus kugelförmigen Teilchen besteht, deren Größe so gewählt ist, daß sie weder die vorhandenen Spalten 38 der Wand 16 noch die Poren der teildurchlässigen Wand 17 durchdringen können. Über eine Fördereinrichtung 20, die beispielsweise als Ketten- oder Schneckenförderanlage ausgeführt sein kann, wird der Merkmalsstoff dem Grobgut in geringen Dosierungen ständig zugeführt. Über die gasdurchlässige Wand 17 wird der Aerosolkammer ein Gasstrom 21 eines inerten Gases zugeführt, so daß zum einen Agglomerate der Merkmalsstoffe am Grobgut aufgerieben und zerkleinert und zum anderen die zerkleinerten Merkmalsstoffe durch den Gasstrom in das Rohrsystem 8 geleitet werden.
  • Das Grobgut wird dabei so gewählt, daß es durch den angelegten Gasstrom 21 wegen seines Eigengewichtes nicht in das Rohrsystem 8 gelangen kann. Der Merkmalsstoff hingegen wird von dem Gasstrom nach oben gerissen und verläßt den Wirbelbettgenerator mit dem Gas in homogener Verteilung und vorgegebener Konzentration. Als Parameter für die Einstellung der Konzentration des Merkmalstoffes im Gas stehen neben dem Druck des Gasstroms 21 auch die Förderleistung des Ketten- oder Schneckenförderers zur Verfügung. In der Einheit 4 lassen sich Konzentrationen des Merkmals im Gas in einer großen Bandbreite erzeugen. Typischerweise reicht diese von 5 mg/m³ bis 50 g/m³ und wird wesentlich durch die Fördermenge des Ketten- oder Schneckendosierers bestimmt. Für das Einbringen von Merkmalsstoffen in Papier hat es sich als günstig erwiesen, wenn für das Grobgut ein Material Verwendung findet, das praktisch keinen Abrieb zeigt, so daß mit den Merkmalsstoffen keine Fremdpartikel in das Papier eingebracht werden. Dieses Problem kann jedoch auch dadurch gelöst werden, daß das Grobgut aus dem gleichen Material gewählt wird, aus dem der Merkmalsstoff besteht, sich also lediglich in der Korngröße von dem einzubringenden Merkmalsstoff unterscheidet. Es hat sich auch gezeigt, daß als Grobgut auch solche Stoffe Verwendung finden können, die der Pulpe bereits bei ihrer Produktion zugesetzt werden, wie etwa kristalline Weißmacher. Bei der Auswahl des Grobguts ist jedoch immer darauf zu achten, daß solche Stoffe verwendet werden, die mindestens die gleiche Härte wie die Merkmalsstoffe aufweisen, so daß der Abrieb am Grobgut möglichst gering ist und gleichzeitig Agglomerate des Merkmalspulvers durch Stöße mit dem Grobgut aufgespalten werden. Für den Gasstrom bieten sich Gase an, die in Bezug auf das Merkmalspulver und das Grobgut inert sind, d. h. mit diesen keine chemische Reaktion eingehen. Insbesondere kommen dabei Stickstoff, Argon und Luft in Frage.
  • Um zu verhindern, daß sich Merkmalspulver an den Wänden des Wirbelbettgenerators absetzen kann, besteht die Möglichkeit, den Wirbelbettgenerator an einer geeigneten Stelle mit einem schwingungserzeugenden Vibrationsmotor zu versehen. Diese Maßnahme reduziert zum einen die Wahrscheinlichkeit, daß sich Merkmalspartikel überhaupt an den Wänden ablagern und führt zum anderen dazu, daß sich bereits abgelagerte Merkmalspartikel wieder von den Wänden lösen können. Für die Schwingungserzeugung kommen z. B. elektrische oder pneumatische Vibratoren, Druckluftintervallklopfer oder ähnliches in Frage. Je nach den physikalischen Eigenschaften des verwendeten Merkmalspulvers sollte der verwendete Vibrator in einem Frequenzbereich zwischen 20 und 150 Hz betrieben werden. Der Vibrator kann prinzipiell an jeder Stelle des Wirbelbettgenerators außen angebracht werden. Er überträgt dann die erzeugten Schwingungen auf das Gehäuse. Auch die Ankopplung eines Intervallklopfers an die Grundplatte des Wirbelbettgenerators ist möglich und hat darüber hinaus den Vorteil, daß ein weit größerer Teil der Anlage in Schwingung gebracht werden kann.
  • Da bei der Ankopplung von Vibratoren jedoch auch ein negativer Einfluß auf die Förderanlage des Feingutes ausgeübt werden kann, der sich in einer unregelmäßigen Fördermenge oder einer Abhängigkeit der Fördermenge von der Vibratorfrequenz ausdrücken kann, ist es von Vorteil, den Vibrator im oberen Teil des Wirbelbettgenerators von außen anzukoppeln. Darüber hinaus kann die Schwingung zur Fördereinheit hin dann durch geeignete Maßnahmen gedämpft oder vollständig unterbrochen werden. Hierzu kann der in Schwingung versetzte Teil des Wirbelbettgenerators beispielsweise durch ein elastisches Zwischenstück von dem Rest der Anlage mechanisch entkoppelt werden.
  • Um zu vermeiden, daß sich am Gehäuse Schwingungsknoten ausbilden, die wiederum eine Anlagerung des Merkmalspulvers an den Wänden zulassen würden, können mehrere Vibratoren oder Klopfer mit unterschiedlichen Frequenzen an verschiedenen Stellen des Wirbelbettgenerators angebaut werden.
  • Zum Aufbringen des Merkmalspulvers in einer besonderen Form auf die Papierbahn kann es günstig sein, die Düse 7 durch eine Mehrzahl von Düsen zu ersetzen. Außerdem kann hierbei eine Vorrichtung angebracht werden, die es ermöglicht, einzelne Düsen gezielt anzusteuern, so daß zum einen durch die Anzahl der Düsen und zum andern durch die Möglichkeit, jede Düse einzeln anzusteuern, d. h. zu öffnen oder zu schließen, eine Möglichkeit gegeben ist, auf die Papierbahn den Merkmalsstoff in Form einer Codierung aufzubringen.
  • In Fig. 4 ist der Verfahrensablauf schematisch dargestellt. Aus einem Vorratsbehälter 30 gelangt der Merkmalsstoff in einen Homogenisierer 4, der feine Merkmalspartikel erzeugt und diese mit einem Gas in der gewünschten, einstellbaren Konzentration einmischt. Das homogene Gemisch gelangt über einen Verteiler 5 an ein oder mehrere Düsen 7, wobei auch eine Steuereinheit vorhanden sein kann, die die Öffnung der Düsen einzeln oder auch in Gruppen anzusteuern vermag. Mit Hilfe einer Meßeinheit 35, welche die tatsächliche Konzentration des Merkmalsstoffes im Gas oder einer anderen hierfür relevanten Größe erfaßt, ist es möglich, ein Regelsignal zu erzeugen, aufgrund dessen eine Steuereinheit 36 die Zuführung des Merkmalsstoffs aus dem Vorratsbehälter oder direkt die veränderbaren Parameter des Homogenisierer beeinflußt, so daß Abweichungen von der eingestellten Gas-/Merkmalskonzentration ausgeglichen werden können. Je nach örtlichen Gegebenheiten kann die Konzentration an verschiedenen Stellen gemessen werden, wie z. B. im Homogenisierer, am Düsenausgang oder im Verteiler.
  • Die Zuführung des homogenen Gas-/Merkmalsgemisches erfolgt dann gegebenenfalls über einen Verteiler und unter Einfluß einer Düsensteuerung an eine oder mehrere Düsen, aus denen die Merkmalspartikel zusammen mit dem Gasstrom unter hoher Geschwindigkeit austreten, wobei die Austrittsgeschwindigkeit der Merkmalspartikel unter der des Gases liegt.
  • Durch die Wahl der Düsengeometrie und des Luftdurchsatzes durch die Düsen läßt sich die Austrittsgeschwindigkeit der Merkmalspartikel festlegen. Diese muß so gewählt werden, daß die Geschwindigkeit der Teilchen beim Auftreffen auf die Papierbahn noch groß genug ist, um ein Eindringen der Partikel in die Papierbahn oder ein Haften der Partikel auf der Oberfläche zu gewährleisten.
  • Nachdem der Merkmalsstoff auf die Papierbahn aufgebracht ist, wird die Bahn der üblichen Weiterbehandlung, wie z. B. Leimen, Trocknen oder Gautschen, unterzogen. Durch dieses Nachbehandlungsverfahren wird zum einen die Qualität des Wertpapieres erhöht. Zum anderen werden aber auch diejenigen Merkmalspartikel von der Bahn entfernt, die nur schwach auf ihr haften. Nach dem Leimen sind die Merkmalsstoffe endgültig in ihrer Lage fixiert und als definiert aufgebrachte Partikel auf ihre jeweiligen physikalischen Eigenschaften hin prüfbar.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Ausstattung von Wertpapieren mit Echtheitsmerkmalen, bei dem mindesten ein Merkmalsstoff im Zuge der Papierherstellung auf eine sich bewegende, noch nasse Papierbahn aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein homogenes Gemisch aus einem in Pulverform vorliegenden Merkmalsstoff und einem Gas in definierter Konzentration hergestellt wird und daß dieses Gemisch aus wenigstens einer, in einem vorgegebenen Abstand zu Papierbahn angeordneten Düse mit hoher Geschwindigkeit austritt und der Merkmalsstoff auf die laufende Papierbahn übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Düse zur Papierbahn mindestens so groß gewählt wird, daß die laufende Papierbahn die Düse nicht berührt, jedoch höchstens so groß ist, daß der Merkmalsstoff in einem gerichteten Partikelstrom mit ausreichend hoher Geschwindigkeit auf die laufende Papierbahn auftrifft.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendungen von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 20 µm und einer Austrittsgeschwindigkeit des Gas-/Merkmalsgemisches aus der Düse zwischen 100 und 300 m/s der Abstand zwischen 0,5 und 5 cm liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Stickstoff, Argon oder Luft verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver im Gas beim Düsenaustritt in einer Konzentration von 10 mg/m³ - 10 g/m³, bevorzugt 2 - 10 g/m³, vorliegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Merkmalsstoff mit Hilfe mehrerer Düsen aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen so angeordnet sind, daß der Merkmalsstoff in Form einer Codierung aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch mit Hilfe eines Wirbelbetts erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Wirbelbettgenerators durch geeignete Maßnahmen in Schwingungen versetzt wird.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung enthält:
    - eine Einrichtung zur Erzeugung eines homogenen Gemisches aus Merkmalspartikeln und einem Gas mit definierter Konzentration des Merkmalsstoffes in dem Gas,
    - mindestens eine Düse, aus der das Gemisch unter Druck austritt,
    - eine Einrichtung zur Erzeugung des Drucks an den Düsen,
    - eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Gemisches zu den Düsen.
  11. Eine Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Gemisches ein Wirbelbettgenerator ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobgut im Wirbelbett-generator aus einem Material besteht, daß bei der Herstellung des Papiers bereits zugegeben wird.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobgut aus dem gleichen Material besteht wie das Merkmalspulver.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Gemisches unter Druck betrieben werden kann.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung zum Erzeugen von Schwingungen enthält.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen der Schwingungen ein Vibrator oder ein Intervallklopfer ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere schwingungserzeugende Einrichtungen enthält, die bei verschiedenen Frequenzen betrieben werden können.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung darüber hinaus eine Einrichtung zum örtlichen Begrenzen der Wirkung der Schwingungen enthält.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Begrenzen der Wirkung der Schwingungen ein elastisches Zwischenstück ist.
  20. Wertpapier mit lokal definiert eingebrachten Merkmalsstoffen, die im Kontrast zu ihrer Umgebung visuell und/oder maschinell identifizierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Wertpapier mit dem Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Merkmalsstoff ausgestaltet wird.
  21. Wertpapier nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachten Stoffe Farbstoffe, Fluoreszenzstoffe, magnetische und/oder elektrisch leitfähige Materialien sind.
  22. Wertpapier nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel so eingebracht werden, daß sie Zeichen oder Muster, insbesondere Codierungen bilden.
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