EP1629994B1 - Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs mit dreidimensionaler Struktur zur Herstellung von Dokumenten mittels Heiss-Kalt-Laminierpresse - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs mit dreidimensionaler Struktur zur Herstellung von Dokumenten mittels Heiss-Kalt-Laminierpresse Download PDF

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EP1629994B1
EP1629994B1 EP05017575A EP05017575A EP1629994B1 EP 1629994 B1 EP1629994 B1 EP 1629994B1 EP 05017575 A EP05017575 A EP 05017575A EP 05017575 A EP05017575 A EP 05017575A EP 1629994 B1 EP1629994 B1 EP 1629994B1
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recessed
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raised
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a embossing plate for the production of documents, in particular security documents, such as identity cards, passports, identification cards, credit cards, customer cards, driver's licenses and sheet and / or card and / or book-like documents by means of surface embossing.
  • security documents such as identity cards, passports, identification cards, credit cards, customer cards, driver's licenses and sheet and / or card and / or book-like documents by means of surface embossing.
  • the present invention enables the cost-effective production of an individual three-dimensional embossing sheet for the production of surface-embossed documents by means of lamination and embossing and / or piece-by-piece embossing in a hot-cold laminating press.
  • EP 0 216 947 B1 (Maurer Electronics ) and the EP 0 219 012 B1 (GAO ) and in the scriptures EP 0 842 791 B1 (Giesecke & Devrient ) EP 0 790 898 B1 (Giesecke & Devrient ) and EP 0 843 281 A2 (Giesecke & Devrient ) data carriers with an optical authenticity feature as well as methods for producing and testing the data carrier based on lenticular elements are described.
  • information is introduced by means of a laser beam and a so-called wobbly image is generated, which can be visually recognized with different information under two different viewing angles.
  • the known production methods relate to the classical Transferlamination in multiple use, as well as the subsequent surface imprinting in a finished document by means of different methods.
  • WO 00/00921 A1 (Mazumder )
  • WO 03/103962 A1 (KBA-Giori SA)
  • EP 0 322 301 B1 (Banque de France)
  • WO 03/057494 A1 (Giesecke & Devrient GmbH) describes methods, processes and systems for the production of gravure sheets, in particular steel engraved sheets, for use in the printing of security documents, in particular banknotes.
  • This invention has the disadvantage that the security profile is embossed into the surface of the value document.
  • the DE 27 06 947 A1 discloses a method of producing embossed engravings on plate- or cylindrical-shaped molds for plastic sheets, sheets or the like by applying an etching reserve corresponding to the embossing pattern by means of a printing plate or a copying film and subsequent etching treatment, the application of the etching reserve and the subsequent etching treatment on or be repeated several times. It is therefore disclosed all the features of the preamble of independent claim 1 of the present invention.
  • the DE 197 41 998 A1 discloses that in a method for producing an embossing tool for example. Coins, medals, jewelry parts u. Like., The surface of a stamping tool by means of a laser beam at a shallow depth is changed so that certain optical effects on the embossing part can be achieved. In this case, recessed and / or raised structures are produced with respect to a high-gloss surface defined as a reference plane.
  • the object of the present invention is the cost-effective production of a structured embossing sheet for use in a laminating press for the production of, for example, laminated cards or ID cards and similar documents.
  • the reference plane is defined as a highly polished surface, which must not be damaged by the subsequent structuring in any case.
  • An embossing plate is proposed for a hot-cold laminating press, which carries a three-dimensional structure on the basis of a largely defect-free, surface-hardened metal sheet of suitable thickness and dimensions and a suitable surface in the form of a highly polished surface.
  • a second method step is connected, which realizes the desired, further structuring of the already produced three-dimensional structure.
  • a two-step process can be used if, in the first method step, the recessed structures are introduced in an enlarged processing field, leaving unprocessed areas (eg the edge areas) in this enlarged processing area in which another, recessed or raised structure (eg a micro-font) is introduced.
  • unprocessed areas eg the edge areas
  • another, recessed or raised structure eg a micro-font
  • This structure is incorporated in an at least two-stage process in the highly polished surface of the embossing plate.
  • At least two-stage process means that the structure is incorporated with two different process steps. It remains unclear whether the two process steps take place consecutively or at the same time. Of course, more than two process steps can be used.
  • photomasking is applied over the entire area by means of lamination, spraying, printing, roller coating and curtain coating and exposed by means of suitable exposure in the form of a mask exposure and / or laser exposure.
  • undercuts of the masking structures are set in such a way that substantially semicircular, recessed structures are achieved which, when used as embossing plates, produce raised lens-like structures.
  • a second photomask is applied over the entire surface and care is taken to ensure that the already produced three-dimensional depressions are well covered.
  • a second chemical or electroplating process is used and it is thus produced a raised microstructure.
  • an additive laser processing process can also be used to produce this raised structure, or a subtractive laser process can be used to produce a recessed structure.
  • a Galvanoabformblech instead of a metal sheet with a high-gloss or frosted surface already a Galvanoabformblech be used.
  • a structure in multiple use is already produced once and it will be made of it Galvanoabformungen.
  • the embossing plate produced in this way is used for the production of documents, in particular security documents, such as identity cards, passports, identification cards, credit cards, customer cards, driving licenses and sheet and / or card and / or book-like documents by lamination and embossing and / or piecewise embossing in a hot Cold laminating press used.
  • security documents such as identity cards, passports, identification cards, credit cards, customer cards, driving licenses and sheet and / or card and / or book-like documents by lamination and embossing and / or piecewise embossing in a hot Cold laminating press used.
  • transfer press systems are used.
  • a plurality of printed, non-printed sheets positioned in a hot press at typically 200 to 300 N / cm 2 and the required laminating temperature of over 100 ° C to about 200 ° C and then in a cold press at typically 200 are usually used to 550 N / cm 2 and a cooling temperature of usually below 50 ° C, but preferably below 25 ° C laminated to each other, or interconnected.
  • press plates in a multi-daylight press known in the art, special stainless steel plates with a high-gloss or semi-matt or matt structure are usually used. Usually, these press plates are used on both sides. In addition to the multi-daylight press, rotary table presses or single press systems are often used.
  • the press plates are used with thicknesses of 0.3 to 2.0 mm, preferably thicknesses between 0.8 mm and 1.5 mm are used.
  • the format used is chosen from the single benefit to the multiple benefit of typically 20 or 24 or 48 uses for credit card sized laminate elements.
  • a typical press plate is offered for example by the company Böhler Bleche GmbH in A-8680 Mürzzu Kunststoff / Austria with the type designation A-505 in the DIN steel grade 1.4301 or AISI 302.
  • Press plates with lens structures are used to produce documents with surface lens structure elements.
  • Electroplated press plates made of galvanic nickel can be used or steel or nickel sheets with lens inserts. In all cases, care must be taken that pairs of press plates are used which have a similar thermal expansion coefficient.
  • a metal sheet having a thickness of 0.3 to 2.0 mm, preferably with a thickness between 0.8 mm and 1.5 mm understood.
  • Typical formats are chosen from the single benefit to the multiple benefit of typically 20 or 24 or 48 uses for credit card sized laminate elements.
  • a typical press plate is offered for example by the company Böhler Bleche GmbH in A-8680 Mürzzu Kunststoff / Austria with the type designation A-505 in the DIN steel grade 1.4301 or AISI 302.
  • galvanically coated steel sheets or electroplated sheets for example made of nickel, can also be used.
  • press plate pairs must be used which have the highest possible thermal expansion.
  • large surface hardnesses are an advantage.
  • the surface is made highly polished.
  • press plates are used on both sides in a platen press with cassettes, wherein the first and the last press plate is used with only one side to the laminate package.
  • a document is understood to mean, in particular, security documents such as identity cards, passports, identification cards, credit cards, loyalty cards, driving licenses and sheet and / or card and / or book-type documents.
  • security documents such as identity cards, passports, identification cards, credit cards, loyalty cards, driving licenses and sheet and / or card and / or book-type documents.
  • at least the uppermost laminate layer must be thermoplastically deformable at the usual surface pressures of up to 500 N / cm 2 and often above to about 650 N / m 2 .
  • a vacuum-assisted lamination press can be advantageous. As a result, trapped air can be avoided.
  • a lens structure is a three-dimensionally shaped optically largely transparent structure understood by means of the structured Embossing plates raised and / or recessed in or on the surface of the document is arranged, or is produced.
  • lenticular lens systems are used, wherein the rows of lenses with different radii and different grid dimensions can be used. This results from a different embossing height or embossing depth over the embossing surface.
  • lens-like recesses are made in the embossing plate and thereby raised lenticular structures are produced on the document.
  • a planar elevation is first made on the embossing plate and in this elevation, the lens-like structure is made and it can thus be produced a document in which the lens-like structure is arranged below the high-gloss surface according to the invention.
  • lens-like structures In addition to line-like, lens-like structures, it is also possible to use hexagonal or triangular or pointwise arranged lens-like structures.
  • the design of the lens mold is often uncritical depending on the application and relatively large deviation from a radius can be accepted or desired.
  • the formation of the three-dimensionally shaped optical structures can also be rectangular, parabolic, elliptical, trapezoidal, V-shaped or irregularly shaped and / or formed composite.
  • Such three-dimensionally shaped optical structures are intended to influence the beam path during visual and / or machine viewing of information arranged underneath, ie in the interior of a document, such that a change in this information is given visually and / or mechanically.
  • the viewing angle changes, the information read out also changes.
  • An undercutting is understood to mean the production of a photomask in which the openings are made so small that a nearly isotropic etching takes place in the case of a corresponding etching bath guide, thereby achieving a strong undercutting.
  • a similar etch depth can be achieved laterally as in the depth, and thereby the desired lens-like depressions can be achieved.
  • the prerequisite for such an etching process is a suitable photomasking, a suitable bath management and defect-free sheets or defect-free surfaces.
  • Such an etching is sufficient as the only method step, already incorporated a three-dimensional structure deepened below the reference plane in the material of embossing plate.
  • a micro-typeface is a structure that is not readable by the naked eye.
  • the writing can be raised or recessed and may otherwise be linear or punctiform.
  • a diffractive structure is understood to mean a light- diffractive optical planar or line-shaped or graphically designed element which is embossed into the surface by the embossing plate.
  • the diffractive element is arranged somewhat recessed and is thereby protected from mechanical damage, such as scratching and scrubbing.
  • a lamination for example, the processing in a transfer press system, a rotary table press, a continuous press or a Einzelverslaminierstrom understood.
  • a plurality of printed, non-printed sheets positioned in a hot press at typically 200 to 300 N / cm 2 and the required laminating temperature of over 100 ° C to about 200 ° C and then in a cold press at typically 200 are usually used to 550 N / cm 2 and a cooling temperature of usually below 50 ° C, but preferably below 25 ° C to each other laminated or bonded together.
  • individual laminate packages can also be joined together in a consecutive hot pressing and cooling press operation, and the lamination process can also be carried out in a laminating press, in which the heating process and the cooling process are successively realized in the same press.
  • Small laboratory facilities or pilot plants are often based on this principle.
  • a vacuum support may be useful and thus an air inclusion can be avoided especially in uneven press layers.
  • a surface embossing and / or a piece-wise surface embossing is understood to mean the introduction of a surface structure onto a largely finished document. Since we assume at least one thermoplastic upper layer, the embossing plate must heated accordingly with a suitable surface pressure on the document surface are pressed and then the embossing plate must be cooled under pressure. This process leads to relatively long process times. An ultrasound application and / or a micro-oscillation can often give sufficiently good embossing results with substantially shorter cycle times.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a cross section of a stamping sheet (1) with a recessed lens structure (3), raised structures 1 and 2 (4, 5) and a diffractive structure (35) shown.
  • the embossing plate (2) can be made of steel, preferably stainless steel, and must have a largely defect-free and void-free surface area. However, it can also be a correspondingly less rust-resistant steel with a galvanic surface layer, for example based on nickel, can be used. Or it can be a galvanotechnisch produced sheet, for example made of nickel, can be used.
  • such galvanically produced layers or sheets provide a good defect-free material composition, which allows the incorporation of the finest and spatially designed structures (3, 7, 8, 9) and also a good connection to chemically or galvanotechnically applied elements (4, 5).
  • an exemplary embossing plate (1) is shown with a recessed and lens-like structure (3, 7, 8, 9), said recessed structure (3, 7, 8, 9) on the top of the document (28) a raised and protruding structure (30, 33, 34) - see FIGS. 10 to 13 - causes.
  • typical radii (8) will be 70 to 150 microns, especially in the range 90 microns and a typical depth (9) 50 to 120 microns, especially in the range 70 microns and as a grid (7) 100 to 300 .mu.m, in particular 170 microns specified.
  • the raised structures (4, 5) are additive structures on the surface of the embossing plate (2) and, for example, two different heights were shown.
  • the width and height (10, 11) can be selected within wide ranges.
  • the structures (4, 5) can be carried out in a point-like, linear or planar manner.
  • the first structuring process step is a photomasking of the embossing plate surface (6). Subsequently, an exposure process is performed with a mask or a direct exposure method. Depending on the photomask type, the photomask is then removed at the exposed or unexposed areas with appropriate stripping liquids.
  • an etching solution then etches a semicircular (3) or groove-shaped (13) or V-shaped (15) or U-shaped depression by means of a corresponding etching control.
  • a larger area (22) can be made deepened without undercutting.
  • the first patterning process step can also be done by electroplating and either recessed or raised structures are made heightwise on either side of and beyond a reference surface (6).
  • Such galvano-impressions are usually carried out on the basis of nickel and then, in the present case, the thickness of the galvano-molding must be prepared for suitability as a press sheet in a hot-cold laminating press.
  • the second patterning process step can now be realized photochemically or photogalvanisch and / or laser technology.
  • the structured surface obtained by the first structuring process is provided with a photomask, exposed, developed and stripped, and thus a second structure or even further structures can be produced by etching and / or electroplating.
  • the difficulty with this is that the structures produced in the first patterning process must be well covered or protected, which can be done by lamination of a photosensitive film. Most such lamination is accomplished by vacuum lamination and / or wet lamination. However, it is also possible to carry out a curtain casting process or a spray coating process.
  • the at least second structuring process can also be carried out by laser technology.
  • depressions can be realized by laser ablation and elevations by melting of corresponding surface-applied materials.
  • both fine guilloche-like structures and microstructures can be produced.
  • the shape of the depression can be controlled stepwise or spirally by appropriate pulse control.
  • the laser-building structuring can also be done by overlay or lamination or spray application or printing application of suitable materials.
  • the laser beam is guided over the surface with corresponding power and pulse duration or number of pulses and suitable focus in accordance with the desired graphic design. Subsequently, the unused material is removed.
  • the diffractive structure (35) is carried out in this embodiment almost flush with the embossing plate surface (6) and is produced by means of micro-precision etching and / or ablative laser.
  • the embossing plate surface (6) is executed according to the invention high gloss and is not affected by the various photomasking or Strukturherstellreae.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a cross section of a embossing plate (1) with a recessed groove-shaped structure (13), a V-shaped Recess (15), shown with raised structures 1 and 2 in a recess (16) and with raised structures (4, 5, 17).
  • the raised structure (16) in the recess is achieved by a multi-stage manufacturing process.
  • the cavity must be produced in a first photomasking process and a first material removal process and subsequently the two raised structures (16) must be realized in an additive process.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a cross-section of a embossing plate (1) with a photomasking (18) for the production of lens-like undercuts (19, 20, 21) shown.
  • the photomask (18) plays a very important role, since it must remain stable over the duration of the entire chemical or electroplating process and must adhere well to the surface of the embossing plate (2). Then it has to be easy to remove (strippable).
  • the vertical etching without undercut (22) shows that erosion without undercutting is also possible with suitable bath management. In principle, ablation with and without undercut is realized in separate processes.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a cross section of a embossing plate (1) with a second photomasking (23) for producing a second surface structuring (24) shown. Based on this figure, the problem of masking in an already structured surface will be shown.
  • polyester protective films are additionally used which often make embedding the recessed structures without air pockets impossible.
  • wet lamination systems and Vakuumlaminiersysteme but such systems and Processes consuming and expensive.
  • spray painting or knife coating or screen printing or curtain coating or roller coating are simpler and more efficient methods of confirming coating.
  • the openings (24) for the second surface structuring are produced in any desired manner.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a cross section of a embossing plate (1) with a photomasking (18) for producing a surface structure (25) shown.
  • This step for producing a structuring on a embossing plate (2) serves to expose a planar structure (25) for a galvanic deposition (26).
  • FIG. 6 is a schematic representation of a cross-section of a embossing plate (1) with a photomasking (18) for producing a Galvanoabscheidung (26) shown.
  • This Galvanoabscheidung (26) must adhere well to the surface of the embossing plate (2), must be as free of defects as possible and should have a similar thermal expansion coefficient as the embossing plate (2).
  • the preferred electrodeposition material used is nickel, which on the one hand has sufficient surface hardness and on the other hand has good resistance to a lamination or embossing process.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a cross-section of a embossing plate (1) with a second photomask (23) for producing a recessed lens structure with undercut (27).
  • the masking openings (24) must be matched very precisely to the desired undercut (27).
  • FIG. 8 is a schematic representation of a cross section of a embossing plate (1) with a Galvanoabscheidung (26) with recessed lens structure with undercut (27) shown.
  • a lens structure (27) makes it possible to produce a recessed lens structure (32) on a document (28).
  • FIG. 9 is a schematic representation of a cross section of a embossing plate (1) with a Galvanoabscheidung (26) and produced thereon diffractive structure (35) shown.
  • a diffractive structure (35) produced in this way makes it possible to produce a recessed diffractive structure (35) on a document (28).
  • FIG. 10 an exemplary representation of a document (28) with a lettering (29, 34) is shown, wherein the lettering "Austria Card” is made by means of a embossing plate, which forms, for example by means of photomasking with a subsequent chemically or galvanically ablating process recessed structures, or in a subsequent second process step after a second exposure and exposure with a subsequent chemical or galvanic process forms a raised microstructure.
  • the lenticular element (30, 32) shown here likewise has raised and / or recessed structures, which are produced on the embossing plate by means of lens-like recesses or by means of a lens-like structure on a surface elevation on the embossing plate, the rows of lenses having different radii and different grid dimensions are formed, which result from a different embossing height or embossing depth.
  • a diffractive element (35) is designed as a light diffraction optical, flat or linear or graphic element, which is preferably arranged somewhat recessed, in order to protect it from mechanical damage and a horizontal, vertical or arcuate structure having.
  • An element having a diffractive structure may be formed by an element having a lenticular structure.
  • the illustrated micro-writing element (31, 33) has a structure which is not legible with the naked eye and is also designed to be raised and / or recessed, wherein the structure is linear and / or point-shaped.
  • the raised structures are generally referenced to the reference plane (36) which forms the surface of the document without the indentations and indentations created.
  • the document (28) is usually produced by means of a prior art transfer press system.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a cross-section AB through the exemplary document (28) with the likewise recessed structures (29, 31, 35) and raised structures (30).
  • This illustration clearly shows that the lenticular element (30, 32) is in the form of a raised structure and the microprint (31) is in the form of a recessed structure.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a cross-section AB through the exemplary document (28) with recessed structures (29, 31, 35, 30), wherein the aforementioned structures (31, 29, 32,) in this illustrated embodiment of a document (28) as Recesses and the micro-writing structure (33) are additionally designed as a constrictions.
  • FIG. 13 A schematic representation of a cross-section AB through the exemplary document (28) with recessed structures (32, 35) and raised structures (33, 34) is shown, the determination of the Recessed or sublime structures partly a reversal to the FIGS. 10 to 12 and is determined according to the use of the document (28), wherein the micro-font (31, 33) within a document (28) can have both raised and recessed structures.

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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs zur Herstellung von Dokumenten, insbesondere Sicherheitsdokumenten, wie Personalausweise, Reisepässe, Identifikationskarten, Kreditkarten, Kundenkarten, Führerscheine und blatt- und/oder karten- und/oder buchartigen Dokumenten mittels Oberflächenprägen.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die kostengünstige Herstellung eines individuellen dreidimensionalen Prägebleches zur Herstellung von oberflächengeprägten Dokumenten mittels Lamination und Prägung und/oder stückweiser Prägung in einer Heiß-Kalt-Laminierpresse.
    • Beschreibung des Standes der Technik
  • In der EP 0 216 947 B1 (Maurer Electronics ) und der EP 0 219 012 B1 (GAO ) und in den Schriften EP 0 842 791 B1 (Giesecke & Devrient ), EP 0 790 898 B1 (Giesecke & Devrient ) und EP 0 843 281 A2 (Giesecke & Devrient ) werden Datenträger mit einem optischen Echtheitsmerkmal sowie Verfahren zur Herstellung und Prüfung des Datenträgers auf Basis von Linsenraster Elementen beschrieben. Es werden dabei Informationen mittels Laserstrahl eingebracht und ein sogenanntes Wackelbild generiert, das unter zwei unterschiedlichen Blickwinkein mit unterschiedlichen Informationen visuell erkannt werden kann.
  • Die bekannten Herstellverfahren betreffen die klassische Transferlamination im Mehrfachnutzen, als auch die nachträgliche Oberflächeneinprägung in ein fertiges Dokument mittels unterschiedlicher Methoden.
  • In den Schriften DE 102 01 032 A1 , Braun Eckhard (Giesecke & Devrient GmbH, 81677 München, DE; "Stahltiefdruckverfahren zum Herstellen eines Sicherheitsdokuments sowie Stahltiefdruckplatte und Halbzeuge dafür und Verfahren zu deren Herstellung."), WO 97/19816 A1 (Scheppers Druckformtechnik GmbH; Saueressig GmbH+Co. ), WO 00/00921 A1 (Mazumder ), WO 03/103962 A1 (KBA-Giori S.A.) EP 0 322 301 B1 (Banque de France) und WO 03/057494 A1 (Giesecke & Devrient GmbH) werden Methoden, Verfahren und Anlagen zur Herstellung von Gravurblechen, insbesondere Stahlgravurblechen, zur Verwendung beim Druck von Sicherheitsdokumenten, insbesondere von Banknoten, beschrieben.
  • In allen diesen Verfahren und Maschinen werden Druckplatten beziehungsweise Bleche für drucktechnische Anwendungen genannt; es wird jedoch keine Lösung zur Verwendung in einer Heiß-Kalt-Laminierpresse genannt.
    Mit der GB 401,579 wird eine verbesserte Prägeplatte aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, wie zum Beispiel Tiefdruckplatten offenbart, welche einen harten, abnutzungsbeständigen, anhaftenden Oxid-Film oder eine aus im wesentlichen aus Aluminiumoxiden aufweisende Oberfläche besteht.
    Diese Erfindung weist den Nachteil auf, dass hier die Druckplatte lediglich als Vorrichtung, nicht jedoch Ihre Anwendung beziehungsweise Verwendung beansprucht wird.
  • Mit der US 5,106,125 A wird eine Anordnung zur Verbesserung der Fälschungssicherheit eines Wertdokumentes offenbart, wobei eine Folie lokal mit der Oberfläche des Wertdokumentes verbunden ist und die Folie mindestens ein Sicherheitsmerkmal aufweist und das Sicherheitsmerkmal eine Mikrostruktur für beugungsoptischen Lichteinfall und ein in der Oberfläche des Wertdokumentes eingeprägtes Sicherheitsprofil in Form einer Makrostruktur aufweist und sich das Sicherheitsmerkmal und das Sicherheitsprofil teilweise überlagern, wobei die Relieflinien der Makrostruktur des Sicherheitsprofils von der Ebene der Wertdokumentenoberfläche weg gewölbt sind und ausreichend erkennbare Glanzeffekte infolge von einfallendem Licht aufweisen, wobei bei der Verwendung dieser Anordnung eine oder mehrere Sollbruchstellen im Sicherheitsmerkmal entstehen, wenn das Sicherheitsmerkmal von dem Wertdokument entfernt wird und derart deformiert wird, dass die Deformation leicht sichtbar ist, wenn das Sicherheitsmerkmal auf ein zweites Wertdokument aufgebracht wird.
  • Diese Erfindung weist den Nachteil auf, dass das Sicherheitsprofil in die Oberfläche des Wertdokuments eingeprägt wird.
  • Die DE 27 06 947 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Prägegravuren auf platten- oder walzenförmigen Formwerkzeugen für Kunststoffplatten, -bahnen oder dgl. durch Auftragen einer dem Prägemuster entsprechenden Ätzreserve mittels einer Druckform oder eines Kopierfilmes und anschließender Ätzbehandlung, wobei das Auftragen der Ätzreserve und die folgende Ätzbehandlung ein- oder mehrfach wiederholt werden. Es sind daher sämtliche Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruches 1 der vorliegenden Erfindung offenbart.
  • Die DE 197 41 998 A1 offenbart dass bei einem Verfahren zum Herstellen eines Prägewerkzeugs für bspw. Münzen, Medaillen, Schmuckteile u. dgl., die Oberfläche eines Prägewerkzeugs mittels eines Laserstrahls in geringer Tiefe so verändert wird, dass bestimmte optische Effekte am Prägeteil erzielt werden. Hierbei werden vertiefte und/oder erhabene Strukturen bezüglich einer als Bezugsebene definierten Hochglanzoberfläche hergestellt.
  • Gefordert wird die Verwendung einer hochglänzenden Prägeoberfläche und die Generierung von dreidimensional geformten Vertiefungen und die Generierung von erhabenen Mikrostrukturen und dies ohne Beschädigung der Hochglanzoberfläche. Die im Prägeblech generierten, vertieften Strukturen werden im laminierten, beziehungsweise oberflächengeprägten Dokument erhaben sein und die im Prägeblech erhabenen Strukturen werden im laminierten beziehungsweise oberflächengeprägten Dokument vertieft sein.
    • Die Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die kostengünstige Herstellung eines strukturierten Prägeblechs zur Verwendung in einer Laminierpresse zur Herstellung von beispielsweise laminierten Karten oder Ausweisen und dergleichen Dokumenten.
    • Die Lösung der Aufgabe
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die technische Lehre des unabhängigen Patentanspruches 1.
  • Problem bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe war, dass man in ein hochglanzpoliertes Prägeblech dreidimensionale Strukturen einarbeiten will, ohne die Hochglanzoberfläche zu beschädigen. Damit ist die Bezugsebene als eine hochglanzpolierte Fläche definiert, die auf keinen Fall durch die nachfolgenden Strukturierungen beschädigt werden darf.
  • Es wird ein Prägeblech für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse vorgeschlagen, das auf Basis eines weitgehend fehlstellenfreien oberflächenharten Metallblechs geeigneter Dicke und Abmessung und einer geeigneten Oberfläche in Form einer hochglanzpolierten Oberfläche eine dreidimensionale Struktur trägt.
  • Es werden nachfolgend zwei- und mehrstufige Verfahrensschritte beschrieben.
  • Wenn es darum geht, die in einem ersten Verfahrensschritt erzeugte dreidimensionale Struktur weiter zu bearbeiten, wird ein zweiter Verfahrensschritt angeschlossen, der die gewünschte, weitere Strukturierung der bereits erzeugten dreidimensionalen Struktur verwirklicht.
  • Ebenso kann ein zweistufiger Prozess dann angewendet werden, wenn in dem ersten Verfahrensschritt die vertieften Strukturen in einem vergrößerten Bearbeitungsfeld eingebracht werden, und in diesem vergrößerten Bearbeitungsfeld unbearbeitete Flächen (z.B. die Randbereiche) übrig bleiben, in denen mit dem zweiten Verfahrensschritt eine andere, vertiefte oder erhabene Struktur (z.B. eine Mikroschrift) eingebracht wird.
  • Bei der Erzeugung von vertieften und erhabenen Strukturen werden jedoch mindestens zwei Verfahrensschritte benötigt.
  • Diese Struktur wird in einem mindestens zweistufigen Verfahren in die hochglanzpolierte Oberfläche des Prägeblechs eingearbeitet.
  • Der Begriff "mindestens zweistufiges Verfahren" bedeutet, dass die Struktur mit zwei unterschiedlichen Verfahrensschritten eingearbeitet wird. Es bleibt offen, ob die beiden Verfahrensschritte zeitlich hintereinander ablaufen oder zeitgleich geschehen. Es können selbstverständlich auch mehr als zwei Verfahrensschritte angewendet werden.
  • In einem ersten Verfahrensschritt wird beispielsweise eine Photomaskierung vollflächig mittels Lamination, Sprühen, Drucken, Rollenbeschichtung und Vorhanggießen aufgetragen und mittels geeigneter Belichtung in Form einer Maskenbelichtung und/oder Laserbelichtung belichtet.
  • Es werden dann jene Strukturen freigelegt (gestrippt), die einem anschließenden chemisch und/oder galvanisch abtragenden Verfahren unterzogen werden. Derart werden dreidimensional vertiefte Strukturen hergestellt.
  • Je nach Ausbildung des chemischen, beziehungsweise galvanischen Bades, werden Unterätzungen der maskierenden Strukturen derart eingestellt, dass weitgehend halbrunde, vertiefte Strukturen erzielt werden, welche bei Anwendung als Prägeblech erhabene linsenartige Strukturen erzeugen.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt wird eine zweite Photomaskierung vollflächig aufgetragen und es wird dabei darauf geachtet, dass die bereits hergestellten dreidimensionalen Vertiefungen gut abgedeckt sind. Nach einer zweiten Belichtung und Freilegung der zumindest zweiten Struktur zur Herstellung einer erhabenen Mikrostruktur auf dem Prägeblech wird ein zweiter chemischer beziehungsweise galvanotechnischer Prozess angewandt und es wird damit eine erhabene Mikrostruktur erzeugt.
  • Alternativ zu diesem zweiten Photomaskierungs- und Galvanoverfahren kann auch ein additiver Laserbearbeitungsprozess zur Herstellung dieser erhabenen Struktur verwendet werden oder ein subtraktiver beziehungsweise ablatierender Laserprozess zur Herstellung einer vertieften Struktur verwendet werden.
  • In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann anstelle eines Metallblechs mit einer hochglänzenden oder mattierten Oberfläche bereits ein Galvanoabformblech verwendet werden. In dieser Variante wird bereits eine Struktur im Mehrfachnutzen einmalig hergestellt und es werden davon Galvanoabformungen angefertigt. Diese Galvanoabformungen können dann den weiteren Strukturierungsprozessen unterzogen werden.
  • Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass beispielsweise die kritischen linsenförmigen Strukturen bereits in diesem ersten Schritt eingebaut werden können und entsprechend der geforderten Produktionsleistung die notwendige Anzahl an Galvanoabformungen angefertigt werden und diese Galvanobleche dann nur mehr relativ einfachen Mikrostrukturierungsprozessen unterzogen werden müssen, aber nicht mehr den aufwändigen Linsenstrukturierungsprozessen unterworfen werden müssen. Ein weiterer Vorteil dieser Variante liegt darin, dass damit qualitativ hochwertige Pressbleche für die weiteren Mikrostrukturierungsprozesse zur Verfügung stehen.
  • Das derart hergestellte Prägeblech wird zur Produktion von Dokumenten, insbesondere Sicherheitsdokumenten, wie Personalausweise, Reisepässe, Identifikationskarten, Kreditkarten, Kundenkarten, Führerscheine und blatt- und/oder karten- und/oder buchartigen Dokumenten mittels Lamination und Prägung und/oder stückweiser Prägung in einer Heiß-Kalt-Laminierpresse verwendet.
  • Üblicherweise werden dabei Transferpressensysteme verwendet. Dabei werden meist mehrere zueinander positionierte, bedruckte und nichtbedruckte Bögen (Overlaybögen und Kernlagen) in einer Heißpresse bei typisch 200 bis 300 N/cm2 und der erforderlichen Laminiertemperatur von über 100°C bis etwa 200°C und anschließend in einer Kaltpresse bei typisch 200 bis 550 N/cm2 und einer Abkühltemperatur von üblicherweise unter 50°C, bevorzugt jedoch unter 25°C zueinander laminiert, beziehungsweise miteinander verbunden.
  • In üblichen Transferpressensystemen werden meist mehrere Etagen mit Kassetten verwendet und es werden in den Kassetten mehrere Pressbleche und Laminatpakete übereinander gestapelt angeordnet. Zwischen den Kassetten beziehungsweise den Pressblechen werden oftmals Ausgleichslagen aus Glasfasergewebe-verstärkten Gummimatten oder Papieren oder filzartigen Zwischenlagen verwendet. Diese verformbaren Lagen sollen die gleichmäßige Flächenpressung erhöhen beziehungsweise verbessern, beziehungsweise Unebenheiten ausgleichen.
  • Als Pressbleche in einer zum Stand der Technik bekannten Mehretagenpresse werden üblicherweise spezielle Edelstahlplatten mit einer hochglänzenden oder seidenmatten oder matten Struktur verwendet. Üblicherweise sind diese Pressbleche beidseitig verwendbar. Neben der Mehretagenpresse werden oftmals Rundtischpressen oder Einzelpressanlagen verwendet.
  • Die Pressbleche werden mit Dicken von 0,3 bis 2,0 mm verwendet, bevorzugt werden Dicken zwischen 0,8 mm und 1,5 mm verwendet. Das verwendete Format wird vom Einzelnutzen bis zum Mehrfachnutzen von typisch 20 oder 24 oder 48 Nutzen bei kreditkartengroßen Laminatelementen gewählt. Ein typisches Pressblech wird beispielsweise von der Firma Böhler Bleche GmbH in A-8680 Mürzzuschlag/Austria mit der Typenbezeichnung A-505 in der DIN Stahlqualität 1.4301 beziehungsweise AISI 302 angeboten.
  • Es werden Pressbleche mit Linsenstrukturen, meist in Form von erhabenen oder vertieften Lenticuarlinsensystemen, zur Herstellung von Dokumenten mit oberflächigen Linsenstrukturelementen verwendet. Dabei können galvanisch hergestellte Pressbleche aus Galvanonickel verwendet werden oder Stahl- oder Nickelbleche mit Linseneinsätzen. In allen Fällen muss darauf geachtet werden, dass Pressblechpaare verwendet werden, die einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  • Unter einem Prägeblech wird ein metallisches Blech mit einer Dicke von 0,3 bis 2,0 mm, bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,8 mm und 1,5 mm, verstanden. Übliche Format werden vom Einzelnutzen bis zum Mehrfachnutzen von typisch 20 oder 24 oder 48 Nutzen bei kreditkartengroßen Laminatelementen gewählt. Ein typisches Pressblech wird beispielsweise von der Firma Böhler Bleche GmbH in A-8680 Mürzzuschlag/Austria mit der Typenbezeichnung A-505 in der DIN Stahlqualität 1.4301 beziehungsweise AISI 302 angeboten. Alternativ können auch galvanisch beschichtete Stahlbleche oder galvanisch aufgebaute Bleche, beispielsweise aus Nickel, verwendet werden.
  • In allen Fällen müssen Pressblechpaare verwendet werden, die eine möglichst vergleichbare Wärmeausdehnung aufweisen. Für hohe Standzeiten sind große Oberflächenhärten von Vorteil. Erfindungsgemäß wird die Oberfläche hochglanzpoliert ausgeführt. Üblicherweise werden Pressbleche in einer Etagenpresse mit Kassetten beidseitig verwendet, wobei das erste und das letzte Pressblech nur mit einer Seite zum Laminatpaket verwendet wird.
  • Im Fall der Verwendung von strukturierten Pressblechen beziehungsweise Prägeblechen ist die Möglichkeit der beidseitigen Benützbarkeit ebenfalls von Vorteil, stößt jedoch auf technische und kostenmäßige Grenzen. Es müssen hier die geforderte Stückzahl beziehungsweise Kalkulationsserie und die geforderte Lieferzeit gegen die Mehrkosten bei der Herstellung beidseitig strukturierter Prägebleche gegenübergestellt werden.
  • Unter einem Dokument werden insbesondere Sicherheitsdokumente, wie Personalausweise, Reisepässe, Identifikationskarten, Kreditkarten, Kundenkarten, Führerscheine und blatt- und/oder karten- und/oder buchartigen Dokumente verstanden. Dabei muss zumindest die oberste Laminatlage thermoplastisch bei den üblichen Flächenpresskräften bis zu 500 N/cm2 und oftmals darüber bis etwa 650 N/m2 verformbar sein. Bei kritischen Prägeformen kann eine vakuumunterstützte Laminierpresse von Vorteil sein. Dadurch können Lufteinschlüsse gesichert vermieden werden.
  • Unter einer Linsenstruktur wird ein dreidimensional geformtes optisch weitgehend transparentes Gebilde verstanden, das mittels der strukturierten Prägebleche erhaben und/oder vertieft in beziehungsweise auf der Oberfläche des Dokumentes angeordnet ist, beziehungsweise hergestellt wird.
  • In einer üblichen Ausbildungsform werden Lenticularlinsensysteme verwendet, wobei die Linsenreihen mit unterschiedlichen Radien und unterschiedlichen Rastermaßen verwendet werden können. Dies ergibt sich aus einer unterschiedlichen Prägehöhe beziehungsweise Prägetiefe über die Prägefläche.
  • In einer einfachen Ausführungsform werden linsenartige Aussparungen in das Prägeblech gefertigt und dadurch werden auf dem Dokument erhabene linsenförmige Strukturen erzeugt.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird zunächst eine flächige Erhöhung auf dem Prägeblech angefertigt und in diese Erhöhung wird die linsenartige Struktur gefertigt und es kann damit ein Dokument hergestellt werden, bei dem die linsenartige Struktur unterhalb der erfindungsgemäß hochglänzenden Oberfläche angeordnet ist.
  • Neben linienartigen, linsenartigen Strukturen können ebenso hexagonal oder dreiecksförmig oder punktweise angeordnete, linsenartige Strukturen verwendet werden. Die Ausbildung der Linsenform ist je nach Anwendung oftmals unkritisch und es können relativ große Abweichung von einem Radius akzeptiert oder gewünscht werden. Die Ausbildung der dreidimensional geformten optischen Gebilde kann auch rechteckförmig, parabolartig, elliptisch, trapezförmig, V-förmig oder unregelmäßig geformt und/oder zusammengesetzt geformt erfolgen.
  • Derartige dreidimensional geformte optische Gebilde sollen beim visuellen und/oder maschinellen Betrachten einer darunter, also im Innenbereich eines Dokumentes, angeordneten Information, den Strahlengang derart beeinflussen, dass eine Veränderung dieser Information visuell und/oder maschinell gegeben ist. Bei Veränderung des Blickwinkels ändert sich auch die ausgelesene Information.
  • Bei Verwendung von positiv gekrümmten optischen Gebilden ist überdies eine optische Vergrößerung eines Elementes der darunter angeordneten Information gegeben, wohingegen bei geradflächigen optischen Gebilden eine entsprechend der Winkelverhältnisse gegebene optische Abbildung erreicht wird.
  • Unter einer Unterätzung wird die Herstellung eine Photomaske verstanden, bei der die Öffnungen derart klein ausgeführt sind, dass bei einer entsprechenden Ätzbadführung eine nahezu isotrope Ätzung stattfindet und dadurch eine starke Unterätzung erreicht wird. Damit kann lateral eine ähnliche Ätztiefe erreicht werden, wie in der Tiefe und es können dadurch die gewünschten linsenartigen Vertiefungen erzielt werden. Voraussetzung für einen derartigen Ätzprozess ist eine geeignete Photomaskierung, eine geeignete Badführung und fehlstellenfreie Bleche beziehungsweise fehlstellenfreie Oberflächen. Eine solche Ätzung reicht als einziger Verfahrensschritt schon aus, eine dreidimensionale Struktur vertieft unter der Bezugsebene in das Material des Prägeblechs einzuarbeiten.
  • Unter einer Mikroschrift wird eine Struktur verstanden, die mit freiem Auge nicht lesbar ist. Die Schrift kann erhaben oder vertieft ausgeführt sein und kann im übrigen linienförmig oder punktförmig ausgebildet sein.
  • Unter einer diffraktiven Struktur wird ein lichtbeugungsoptisches flächiges oder linienförmiges oder grafisch gestaltetes Element verstanden, das durch das Prägeblech in die Oberfläche geprägt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das diffraktive Element etwas vertieft angeordnet und wird dadurch vor mechanischer Beschädigung, wie Zerkratzen und Scheuern geschützt.
  • Unter einer Lamination wird beispielsweise die Bearbeitung in einem Transferpressensystem, einer Rundtischpresse, einer Durchlaufpresse oder einer Einzelpaketlaminieranlage verstanden. Dabei werden meist mehrere zueinander positionierte, bedruckte und nichtbedruckte Bögen (Overlaybögen und Kernlagen) in einer Heißpresse bei typisch 200 bis 300 N/cm2 und der erforderlichen Laminiertemperatur von über 100°C bis etwa 200°C und anschließend in einer Kaltpresse bei typisch 200 bis 550 N/cm2 und einer Abkühltemperatur von üblicherweise unter 50°C, bevorzugt jedoch unter 25°C zueinander laminiert beziehungsweise miteinander verbunden.
  • Es können jedoch auch einzelne Laminatpakete in einem nacheinander folgenden Heizpress- und Kühlpressvorgang miteinander verbunden werden und es kann auch der Laminiervorgang in einer Laminierpresse erfolgen, bei welcher der Heizvorgang und der Kühlvorgang nacheinander in derselben Presse realisiert wird. Kleine Laboranlagen oder Versuchsanlagen beruhen oftmals auf diesem Prinzip.
  • In einer besonderen Variante der Lamination kann eine Vakuumunterstützung sinnvoll sein und kann damit besonders bei unebenen Press-Lagen ein Lufteinschluss vermieden werden.
  • Unter einer Oberflächenprägung und/oder einer stückweisen Oberflächenprägung wird das Einbringen einer Oberflächenstruktur auf ein weitgehend fertiges Dokument verstanden. Da wir von zumindest einer thermoplastischen oberen Lage ausgehen, muss das Prägeblech entsprechend beheizt mit einer geeigneten Flächenpressung auf die Dokumentenoberfläche gepresst werden und es muss dann das Prägeblech unter Druck abgekühlt werden. Dieser Vorgang führt zu relativ langen Prozesszeiten. Eine Ultraschallbeaufschlagung und/oder eine Mikroschwingung kann oftmals ausreichend gute Prägeergebnisse bei wesentlich kürzen Taktzeiten ergeben.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
  • Dabei zeigt:
    • Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägebleches (1) mit einer vertieften Linsenstruktur (3), erhabenen Strukturen 1 und 2 (4, 5) und einer diffraktiven Struktur (35),
    • Figur 2 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer vertieften nutförmigen Struktur (13), einer V-förmigen Vertiefung (15), mit erhabenen Strukturen 1 und 2 in einer Vertiefung (16), mit erhabenen Strukturen (4, 5, 17),
    • Figur 3 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung von linsenartigen Unterätzungen (19, 20, 21),
    • Figur 4 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer zweiten Photomaskierung (23) zur Herstellung einer zweiten Oberflächenstrukturierung (24),
    • Figur 5 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (25),
    • Figur 6 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung einer Galvanoabscheidung (26),
    • Figur 7 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer zweiten Photomaskierung (23) zur Herstellung einer vertieften Linsenstruktur mit Unterätzung (27),
    • Figur 8 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit vertiefter Linsenstruktur mit Unterätzung (27),
    • Figur 9 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Galvanoabscheidung (26) und darauf hergestellter diffraktiver Struktur (35),
    • Figur 10 : eine beispielhafte Darstellung eines Dokumentes (28) mit einem Schriftzug (29, 34), einem Linsenrasterelement (30, 32), einem diffraktiven Element (35) und einem Mikroschriftelement (31, 33),
    • Figur 11 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (29, 31, 35) und erhabenen Strukturen (30),
    • Figur 12 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (29, 31, 35, 30),
    • Figur 13 : eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (32, 35) und erhabenen Strukturen (33, 34).
  • In Figur 1 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägebleches (1) mit einer vertieften Linsenstruktur (3), erhabenen Strukturen 1 und 2 (4, 5) und einer diffraktiven Struktur (35) aufgezeigt.
  • Das Prägeblech (2) kann dabei aus Stahl, bevorzugt rostfreiem Edelstahl, bestehen und muss einen weitgehend fehlstellenfreien und lunkerfreien Oberflächenbereich aufweisen. Es kann jedoch auch ein entsprechend weniger rostbeständiger Stahl mit einer galvanischen Oberflächenschicht, beispielsweise auf Basis Nickel, verwendet werden. Oder es kann ein galvanotechnisch hergestelltes Blech, beispielsweise aus Nickel, verwendet werden.
  • Üblicherweise bieten derartige galvanisch hergestellte Schichten oder Bleche eine gute fehlstellenfreie Materialzusammensetzung, die das Einarbeiten von feinsten und räumlich gestalteten Strukturen (3, 7, 8, 9) und ferner eine gute Anbindung an chemisch beziehungsweise galvanotechnisch aufgebrachte Elemente (4, 5) ermöglicht.
  • In dieser Figur wird ein beispielhaftes Prägeblech (1) mit einer vertieften und linsenartig angeordneten Struktur (3, 7, 8, 9) dargestellt, wobei diese vertiefte Struktur (3, 7, 8, 9) auf der Oberseite des Dokumentes (28) eine erhabene und vorstehende Struktur (30, 33, 34) - siehe Figuren 10 bis 13 - bewirkt.
  • Als typische Radien (8) werden 70 bis 150 µm, insbesondere im Bereich 90 µm und als typische Tiefe (9) werden 50 bis 120 µm, insbesondere im Bereich 70 µm und als Rastermaß (7) werden 100 bis 300 µm, insbesondere 170 µm angegeben.
  • Durch die Ausbildung solcher Linsenrasterelemente (3) können sogenannte Wackeleffekte von Druckelementen im Inneren eines Dokumentes (28) wahrgenommen werden.
  • Die erhabenen Strukturen (4, 5) sind additive Strukturen auf der Oberfläche des Prägeblechs (2) und wurden beispielhaft zwei unterschiedliche Höhen aufgezeigt. Die Breite und Höhe (10, 11) ist in weiten Bereichen wählbar. Die Strukturen (4, 5) können dabei punktartig, linienartig oder flächig ausgeführt werden.
  • Die Herstellung dieser vertieften und erhabenen Strukturen diesseits und jenseits der hochglänzend ausgebildeten Referenzoberfläche (6) erfolgt dabei grundsätzlich durch einen zweistufigen Strukturierungsprozess.
  • Der erste Strukturierungsprozess- Schritt ist eine Photomaskierung der Prägeblechoberfläche (6). Anschließend wird ein Belichtungsvorgang mit einer Maske oder einem Direktbelichtungsverfahren durchgeführt. Die Photomaske wird anschließend je nach Photomaskentyp an den belichteten oder unbelichteten Stellen mit entsprechenden Stripp-Flüssigkeiten entfernt.
  • An den freigelegten Strukturen ätzt dann eine Ätzlösung durch eine entsprechende Ätz-Steuerung eine halbkreisförmige (3) oder nutförmige (13) oder V-förmige (15) oder U-förmige Vertiefung. Grundsätzlich kann auch ein größerer Bereich (22) ohne Unterätzung vertieft hergestellt werden.
  • Der erste Strukturierungsprozess-Schritt kann jedoch ebenso durch eine Galvanoabformung erfolgen und es werden dabei entweder vertiefte oder erhabene Strukturen höhenmäßig diesseits und jenseits einer Referenzoberfläche (6) hergestellt. Derartige Galvanoabformungen werden üblicherweise auf Basis Nickel durchgeführt und es muss dann im vorliegenden Fall die Dicke der Galvanoabformung für die Eignung als Pressblech in einer Heiß-Kalt-Laminierpresse hergestellt werden.
  • Der zweite Strukturierungsprozess-Schritt kann nun photochemisch beziehungsweise photogalvanisch und/oder lasertechnisch realisiert werden.
  • Es wird dabei die mit dem ersten Strukturierungsprozess gewonnene strukturierte Oberfläche mit einer Photomaske versehen, belichtet, entwickelt und gestrippt und damit kann dann ätztechnisch und/oder galvanisch eine zweite Struktur oder auch weitere Strukturen hergestellt werden.
  • Die Schwierigkeit dabei ist, dass die im ersten Strukturierungsprozess hergestellten Strukturen gut abgedeckt, beziehungsweise geschützt werden müssen, was mittels Lamination eines photosensitiven Films erfolgen kann. Meist wird eine solche Lamination durch eine Vakuumlamination und/oder eine Nasslamination bewerkstelligt. Es kann aber auch ein Vorhanggießprozess oder ein Sprühbeschichtungsvorgang erfolgen.
  • Der zumindest zweite Strukturierungsprozess kann jedoch auch lasertechnisch erfolgen. Dabei können Vertiefungen durch Laserablation und Erhöhungen durch Aufschmelzen von entsprechenden oberflächig applizierten Materialien realisiert werden.
  • Mittels Laserablation können sowohl feine guillochenartige Strukturen als auch Mikrostrukturen hergestellt werden. Die Form der Vertiefung kann dabei treppenartig oder spiralförmig durch entsprechende Impulssteuerung gesteuert werden.
  • Die Laser-aufbauende Strukturierung kann ferner durch Auflage beziehungsweise Lamination oder Sprühapplikation oder drucktechnische Applikation geeigneter Materialien erfolgen. Dabei wird der Laserstrahl mit entsprechender Leistung und Impulsdauer beziehungsweise Impulsanzahl und geeignetem Fokus entsprechend der gewünschten grafischen Gestaltung über die Oberfläche geführt. Anschließend wird das nicht verwendete Material entfernt.
  • Die diffraktive Struktur (35) wird in dieser Ausführungsvariante nahezu bündig mit der Prägeblechoberfläche (6) ausgeführt und wird mittels Mikropräzisionsätzung und/oder ablativer Laserung hergestellt.
  • Die Prägeblechoberfläche (6) wird erfindungsgemäß hochglänzend ausgeführt und wird durch die diversen Photomaskierungen beziehungsweise Strukturherstellprozesse nicht beeinträchtigt.
  • In Figur 2 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer vertieften nutförmigen Struktur (13), einer V-förmigen Vertiefung (15), mit erhabenen Strukturen 1 und 2 in einer Vertiefung (16) und mit erhabenen Strukturen (4, 5, 17) gezeigt.
  • Neben diesen nutförmigen (13) und V-förmigen (15) Vertiefungen mit einer Tiefe (14) von wenigen µm bis zu einigen 50 µm bis etwa maximal 100 µm können weitere sehr vielfältige Formen realisiert werden und es muss dabei die Photomaskierung und der Ätzprozess beziehungsweise der Galvanoprozess darauf abgestimmt werden.
  • Die erhabene Struktur (16) in der Vertiefung wird durch einen mehrstufigen Herstellprozess erreicht. Dabei müssen in einem ersten Photomaskierungsprozess und einem ersten Materialabtragprozess die Kavität hergestellt werden und müssen anschließend in einem additiven Prozess die beiden erhabenen Strukturen (16) realisiert werden.
  • Neben der Herstellung erhabener Strukturen (4, 5) können auch negative Strukturen hergestellt werden. Dazu wird zuerst eine erhabene flächige Struktur hergestellt und anschließend werden die Vertiefungen (17) realisiert. Die damit auf einem Dokument (28) hergestellten Strukturen liegen naturgemäß vertieft (29).
  • In Figur 3 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung von linsenartigen Unterätzungen (19, 20, 21) aufgezeigt.
  • In dieser Figur 3 wird schematisch das Prinzip der Unterätzung (19, 20, 21) erklärt, wobei die halbrundförmige Unterätzung nur eine beispielhafte mögliche Form darstellt. Grundsätzlich kann bei einer geeigneten Badführung eine isotrope Ätzgeschwindigkeit angenommen werden. Derart kann in erster Näherung lateral etwa so tief geätzt werden wie in die Tiefe.
  • Auf diese Art und Weise können punktförmige oder linienförmige linsenartige vertiefte Strukturen hergestellt werden.
  • Dabei spielt die Photomaske (18) eine sehr wesentliche Rolle, da diese über die Zeitdauer des gesamten chemischen beziehungsweise galvanotechnischen Prozesses beständig bleiben muss und gut auf der Oberfläche des Prägeblechs (2) haften muss. Anschließend muss sie einfach ablösbar (strippbar) sein.
  • Die senkrechte Ätzung ohne Unterätzung (22) zeigt auf, dass bei geeigneter Badführung Abtragungen ohne Unterätzung ebenfalls möglich sind. Grundsätzlich werden Abtragungen mit und ohne Unterätzung in getrennten Prozessen realisiert.
  • In Figur 4 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer zweiten Photomaskierung (23) zur Herstellung einer zweiten Oberflächenstrukturierung (24) aufgezeigt. Anhand dieser Figur soll das Problem der Maskierung bei einer bereits strukturierten Oberfläche aufgezeigt werden.
  • Bei Verwendung von Filmen als Photomaske (23) mit einer photopolymeren Schichtstärke von typisch 25 µm oder 50 µm oder 75 µm werden zusätzlich Polyester Schutzfolien verwendet, die eine Einbettung der vertieften Strukturen ohne Lufteinschlüsse oftmals unmöglich machen. Es sind zwar gemäß dem Stand der Technik Nasslaminierfolien Systeme und Vakuumlaminiersysteme bekannt, allerdings sind derartige Anlagen und Prozesse aufwändig und teuer. Oftmals sind Sprühlackierung oder Rakeln oder Siebdrucken oder Vorhanggießen oder Rollenbeschichten einfachere und effizientere Verfahren zur konfirmierenden Beschichtung. Die Öffnungen (24) für die zweite Oberflächenstrukturierung werden in beliebiger Weise hergestellt.
  • In Figur 5 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (25) aufgezeigt. Dieser Schritt zur Herstellung einer Strukturierung auf einem Prägeblech (2) dient zur Freilegung einer flächigen Struktur (25) für eine galvanotechnische Abscheidung (26).
  • In Figur 6 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung einer Galvanoabscheidung (26) aufgezeigt. Diese Galvanoabscheidung (26) muss gut auf der Oberfläche des Prägeblechs (2) haften, muß möglichst fehlstellenfrei sein und sollte einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Prägeblech (2) aufweisen.
  • Als bevorzugtes galvanisches Abscheidematerial wird Nickel verwendet, das einerseits eine ausreichende Oberflächenhärte aufweist und andererseits eine gute Beständigkeit für einen Laminier- beziehungsweise Prägevorgang hat.
  • In Figur 7 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer zweiten Photomaskierung (23) zur Herstellung einer vertieften Linsenstruktur mit Unterätzung (27) aufgezeigt. Die Maskierungsöffnungen (24) müssen sehr genau auf die gewünschte Unterätzungsform (27) abgestimmt werden.
  • In Figur 8 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Galvanoabscheidung (26) mit vertiefter Linsenstruktur mit Unterätzung (27) aufgezeigt. Eine derartige Linsenstruktur (27) ermöglicht die Herstellung einer vertieft angeordneten Linsenstruktur (32) auf einem Dokument (28).
  • In Figur 9 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Galvanoabscheidung (26) und darauf hergestellter diffraktiver Struktur (35) aufgezeigt. Eine derart hergestellte diffraktive Struktur (35) ermöglicht die Herstellung einer vertieft angeordneten diffraktiven Struktur (35) auf einem Dokument (28).
  • In Figur 10 wird eine beispielhafte Darstellung eines Dokumentes (28) mit einem Schriftzug (29, 34) dargestellt, wobei der Schriftzug "Austria Card" mittels einem Prägeblech hergestellt ist, welches zum Beispiel mittels Photomaskierung mit einem anschließenden chemisch oder galvanisch abtragenden Verfahren vertiefte Strukturen ausbildet, oder in einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt nach einer zweiten Belichtung und Freilegung mit einem nachfolgenden chemischen bzw. galvanischen Prozess eine erhabene Mikrostruktur ausbildet.
  • Das hier dargestellte Linsenrasterelement (30, 32) weist ebenfalls erhabene und/oder vertiefte Strukturen auf, welche mittels linsenartiger Aussparungen auf dem Prägeblech oder mittels einer linsenartigen Struktur auf einer flächigen Erhöhung auf dem Prägeblech erzeugt wird, wobei die Linsenreihen mit unterschiedlichen Radien und unterschiedlichen Rastermaßen ausgebildet sind, welche sich aus einer unterschiedlichen Prägehöhe bzw. Prägetiefe ergeben.
  • Ein diffraktives Element (35) ist als lichtbeugungsoptisches, flächiges oder linienförmiges oder grafisches Element ausgebildet, welches vorzugsweise etwas vertieft angeordnet ist, um dieses vor mechanischer Beschädigung zu schützen und eine horizontale, vertikale oder bogenförmige Struktur aufweist. Ein Element mit einer diffraktiven Struktur kann durch ein Element mit einer Linsenrasterstruktur ausgebildet sein.
  • Das dargestellte Mikroschriftelement (31, 33) weist eine Struktur auf, welche mit freiem Auge nicht lesbar ist und ebenfalls erhaben und/oder vertieft ausgeführt ist, wobei die Struktur linien- und/oder punktförmig ausgebildet ist.
  • Die erhabenen beziehungsweise vertieft ausgeführten Strukturen werden im allgemeinen auf die Bezugsebene (36) bezogen, welche die Oberfläche des Dokumentes ohne den erzeugten Erhabungen und Vertiefungen ausbildet.
  • Das Dokument (28) wird üblicherweise mittels einem aus dem Stand der Technik bekannten Transferpressensystem hergestellt.
  • In Figur 11 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes A-B durch das beispielhafte Dokument (28) mit den ebenfalls vertieften Strukturen (29, 31, 35) und erhabenen Strukturen (30) dargestellt. Diese Darstellung zeigt deutlich, dass das Linsenrasterelement (30, 32) als erhabene Struktur und die Mikroschrift (31) als vertiefte Struktur ausgebildet ist.
  • In Figur 12 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes A-B durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (29, 31, 35, 30) aufgezeigt, wobei die vorbenannten Strukturen (31, 29, 32,) in dieser dargestellten Ausführungsform eines Dokumentes (28) als Vertiefungen und die Mikroschriftstruktur (33) zusätzlich auch als Erhabungen ausgebildet sind.
  • In Figur 13 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes A-B durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (32, 35) und erhabenen Strukturen (33, 34) aufgezeigt, wobei die Festlegung der vertieften oder erhabenen Strukturen teilweise eine Umkehrform zu den Figuren 10 bis 12 darstellt und je nach Verwendung des Dokumentes (28) festgelegt ist, wobei die Mikroschrift (31, 33) innerhalb eines Dokumentes (28) sowohl erhabene als auch vertiefte Strukturen aufweisen kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Prägeblech (Pressblech) mit dreidimensionaler Struktur
    2
    Prägeblech (Pressblech)
    3
    Vertiefte Linsenstruktur (im Prägeblech)
    4
    Erhabene Struktur 1 (auf dem Prägeblech)
    5
    Erhabene Struktur 2 (auf dem Prägeblech)
    6
    Hochglanzoberfläche (=Bezugsfläche)
    7
    Rastermaß des Linsensystems
    8
    Radius des Linsensystems
    9
    Tiefe des Linsensystems
    10
    Höhe der erhabenen Struktur 1
    11
    Höhe der erhabenen Struktur 2
    12
    Dicke des Prägebleches
    13
    Vertiefte Struktur nutförmig
    14
    Tiefe der nutförmigen beziehungsweise V-förmigen Nut
    15
    V-förmige Vertiefung
    16
    Erhabene Strukturen 1 und 2 in einer Vertiefung
    17
    Vertiefte Strukturen in einer erhabenen Struktur
    18
    Photomaskierung (photopolymere Maske, belichtet, entwickelt und gestrippt)
    19
    Öffnung in der Ätzmaskierung
    20
    Unterätzung (halbkugelförmig)
    21
    Ätztiefe
    22
    Senkrechte Ätzung ohne Unterätzung
    23
    Zweite Photomaskierung
    24
    Zweite Oberflächenstrukturierung (chemisch abtragend und/oder galvanisch auftragend und/oder auf-/ab-tragend per Laser)
    25
    Oberflächenstruktur
    26
    Galvanoabscheidung
    27
    Vertiefte Linsenstruktur mit Unterätzung
    28
    Dokument (ID-Karte)
    29
    Schriftzug (z.B. Austria Card - Vertieft oder Erhaben)
    30
    Linsenrasterelement erhaben
    31
    Mikroschrift vertieft
    32
    Linsenrasterelement vertieft
    33
    Mikroschrift erhaben
    34
    Schriftzug erhaben
    35
    Diffraktive Struktur
    36
    Bezugsebene (Null-Ebene) Dokument

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit dreidimensionalen Strukturen (3-5), zur Herstellung von Dokumenten (28) mittels Oberflächenprägen, wobei mit einem zumindest zweistufigen Strukturierungsprozess in einem ersten Verfahrensschritt vertiefte (3, 13) und/oder erhabene Strukturen (4, 5, 17) in die nichtstrukturierte Prägeblechoberfläche (6) hergestellt werden und anschließen in einem zweiten Verfahrensschritt zusätzliche vertiefte (3, 13) und/oder erhabene Strukturen (4, 5, 17) in der nichtstrukturierten Oberfläche (6) und/oder in der bereits strukturierten Oberfläche (3, 13; 4, 5, 17) hergestellt werden, und wobei die vertieften Strukturen (3, 13) und die erhabenen Strukturen (4, 5, 17) mit mindestens einem Photomaskierungsprozess (18, 23) hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die vertieften (3, 13) und erhabenen Strukturen (4, 5, 17) bezüglich einer als Bezugsebene definierten Hochglanzoberfläche (6) hergestellt werden, wobei zumindest eine vertiefte Struktur (3, 13) oder eine erhabene Struktur (4, 5, 17) linsenförmig ausgebildet ist, wobei die linsenförmige Struktur (3, 4, 5, 17) vertieft oder erhaben ausgeführt wird, wobei die linsenförmige Struktur (3, 4, 5, 17) durch Unterätzung (19, 20, 21; 24, 27) hergestellt wird, wobei unter einer Unterätzung (19, 20, 21; 24, 27) die Herstellung einer Photomaske (18, 23) verstanden wird, bei der die Öffnungen (19) derart klein ausgeführt sind, dass eine nahezu isotrope Ätzung stattfindet und dadurch eine starke Unterätzung (19, 20, 21; 24, 27) erreicht wird, wodurch lateral eine ähnliche Ätztiefe (20) erreicht wird, wie in der Tiefe (21).
  2. Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertieften Strukturen (3, 13) und die erhabenen Strukturen (4, 5, 17) kreisförmige, parabolförmige, rechteckförmige, V-förmige, trapezförmige und/oder zusammengesetzte Formen aufweisen.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die linsenförmige Struktur (3, 4, 5, 17) rasterartig oder zeilenartig ausgeführt ist und dabei Rasterabstände (7, 15, 20) von 100 bis 300 µm eingestellt sind und Strukturtiefen (9, 14, 21) beziehungsweise Strukturhöhen (10, 11) von 2 bis 150 µm, oder 5 bis 100 µm, eingestellt sind.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundblech (2) für das Prägeblech (1) ein fehlstellenfreies und rostfreies Stahlblech oder ein Stahlblech mit galvanischer Nickelabscheidung oder ein galvanisch hergestelltes Nickelblech verwendet wird.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundblech (2) ein Galvanoabformblech mit bereits hergestellter erster Struktur (3, 4, 5, 13, 17) für die Herstellung weiterer Strukturen (3, 4, 5, 13, 17) verwendet wird.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer erhabenen Struktur (26) eine diffraktive Struktur (35) angeordnet wird, welche ein lichtbeugungsoptisches flächiges oder linienförmiges oder grafisch gestaltetes Element ist.
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