EP1904312B1

EP1904312B1 - Datenträger und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: EP1904312B1
Application number: EP06753761.3A
Authority: EP
Inventors: Georg Depta; Peter Franz
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: US8875628B2; RU2407651C2; WO2006128607A2; PL1904312T3; DE102005025095A1; AU2006254436B2; RU2007147694A; EP1904312A2; CN101184632A; BRPI0613317A2; CN101184632B; CA2607980A1; JP2008542070A; MX2007015133A; AU2006254436A1; US20080250954A1; WO2006128607A3; ZA200710303B

Description

Die Erfindung betrifft einen Datenträger, insbesondere ein Wertdokument oder ein Sicherheitspapier, mit einem Substrat und einer auf dem Substrat aufgebrachten Beschichtung, in die durch Einwirkung von Laserstrahlung Kennzeichnungen in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern eingebracht sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Datenträgers.
Wertdokumente, wie Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gutscheine, Schecks, Eintrittskarten und dergleichen, sind in der Regel mit einem individualisierenden Kennzeichen, wie etwa einer Seriennummer, versehen. Zur Erhöhung der Sicherheit ist dieses Kennzeichen oft mehrfach auf dem Wertdokument aufgebracht. Beispielsweise sind Banknoten zweifach geziffert, so dass jede Banknotenhälfte eindeutig identifizierbar ist. Die beiden Ziffern lauten dabei in der Regel gleich.
Ausweiskarten werden bereits seit längerem mittels Lasergravur mit einer individuellen Kennzeichnung versehen. Bei der Kennzeichnung durch Lasergravur werden durch geeignete Führung eines Laserstrahls die optischen Eigenschaften des Kartenmaterials in Gestalt einer gewünschten Kennzeichnung irreversibel verändert. Beispielsweise ist in der Druckschrift DE 30 48 733 A1 eine Ausweiskarte mit aufgebrachten Informationen beschrieben, die auf einer Oberfläche unterschiedliche farbige und übereinander angeordnete Schichtbereiche aufweist, die zumindest teilweise durch visuell erkennbare Personalisierungsdaten unterbrochen sind.
Aus EP 0 372 274 A2 ist ein Aufzeichnungsträger, insbesondere eine Ausweiskarte, mit sich überlagernden, farblich kontrastierenden Schichten bekannt, wobei unter einer ersten laserstrahldurchlässigen Farbschicht eine mittels Laserstrahleinwirkung thermisch abbaubare zweite Schicht angeordnet ist. Durch die Umsetzung der Laserstrahlenergie in der zweiten Schicht und dem damit verbundenen thermischen Abbau dieser Schicht wird auch die erste Farbschicht lokal entfernt und dabei Informationen dargestellt, die durch lokale Abtragung einzelne Schichtbereiche unter Freilegung tieferliegender, andersfarbiger Schichtbereiche erzeugt werden.
Dies bedeutet, dass die erste Schicht von dem Laserstrahl, ohne wesentlich Wirkung zu zeigen, durchdrungen und erst in der darunterliegenden zweiten Schicht deren Material durch den eindringenden Laserstrahl thermisch abgebaut wird. Der thermische Abbau des Materials der zweiten Schicht bewirkt eine sprunghafte Zunahme des Innendrucks des Kartenmaterials an der betreffenden Stelle, mit der Folge, dass sich die darüberliegende erste Schicht dem hohen Druck nicht zu widersetzen vermag und gleichsam abgesprengt wird.
Zentralbanken und Banknotendesigner fordern, auf Banknoten mehr Platz für Sicherheitsmerkmale zu schaffen. Die Zifferung konkurriert dabei ebenso wie die Individualisierung durch Laserbeschriftung mit anderen Sicherheitsmerkmalen um den zu Verfügung stehenden Platz auf der Banknote. Das Problem tritt verstärkt bei der Aufwertung bestehender Banknotenserien auf, bei denen das Design im Wesentlichen nicht geändert werden soll.
Eine konventionelle Zifferung benötigt einen weißen oder zumindest hellen Untergrund, der zudem nicht im Stichtiefdruck ausgeführt sein darf, da sonst Farbreste in die Ziffernlaufwerke gelangen und deren Funktion beeinträchtigen können. Bedingt durch die üblichen Passerschwankungen muss daher ein relativ großer Platz für die Zifferung vorgehalten werden.
Auch bei einer Laserzifferung muss ein bestimmter Platz im Design speziell für die Zifferung bereitgestellt werden, wenn andere Druckbestandteile oder Sicherheitselemente nicht gestört werden sollen, da bei der Lasermarkierung von übereinander angeordneten Schichtenfolgen in der Regel mit den absorbierenden Farbschichten auch darüber liegende, nicht absorbierende Überdrucke mit entfernt werden.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Datenträger der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der in einfacher Weise mit einer individuellen Kennzeichnung mit hoher Fälschungssicherheit versehen werden kann. Insbesondere soll die Kennzeichnung wenig Platz auf dem Datenträger beanspruchen und sich leicht in bestehende Designs oder Druckbilder integrieren lassen.
Diese Aufgabe wird durch den Datenträger und das Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Datenträgers mit einer visuell erkennbaren Kennzeichnung in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern

a) ein vorbestimmtes Laserstrahlungsspektrum ausgewählt,
b) ein Substrat des Datenträgers bereitgestellt,
c) auf das Substrat des Datenträgers eine für die Laserstrahlung absorbierende Schicht aufgebracht,
d) über die absorbierende Schicht eine für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Schicht aufgedruckt,
e) das Substrat während oder nach dem Aufbringen der zumindest teilweise durchlässigen Schicht verpresst, und
f) die aufgebrachte Beschichtung mit Laserstrahlung des ausgewählten Laserstrahlungsspektrums beaufschlagt, um die visuell erkennbaren Kennzeichnungen zumindest in der absorbierenden Schicht zu erzeugen.

Ohne an eine bestimmte Erklärung gebunden zu sein, wird nach gegenwärtigem Verständnis durch den hohen Druck beim Verpressen des Substrats eine besonders gute Verbindung der zumindest teildurchlässigen Druckfarbe mit dem Substrat geschaffen, so dass die absorbierende Schicht im nachfolgenden Kennzeichnungsschritt f) entfernt werden kann, ohne die teildurchlässige Druckschicht zu zerstören.
Die individuelle Kennzeichnung kann somit, wie üblich und zweckmäßig, erst am Ende der für die Herstellung des Datenträgers erforderlichen verschiedenen Druckdurchgänge eingebracht werden. Gleichzeitig wirkt das Erscheinungsbild aufgrund der noch über der Kennzeichnung angeordneten teildurchlässigen Schicht für den Betrachter so, als sei die Kennzeichnung bereits in einem am Anfang der Produktionskette stehenden Arbeitsschritt eingebracht worden. Dies ermöglicht Designs mit einem optisch ansprechenden Gesamteindruck und führt zu einer hohen Fälschungssicherheit, da sich eine derartige individuelle Kennzeichnung nicht durch eine nachträglich aufgebrachte Druckschicht nachstellen lässt.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird die zumindest teildurchlässige Schicht in Schritt d) mittels Stichtiefdruck aufgebracht und das Substrat dabei verpresst. Nach einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Variante wird das Substrat nach dem Aufbringen der absorbierenden und der zumindest teildurchlässigen Schicht blind verprägt. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit, das bedruckte Substrat zu verpressen, besteht darin, das Substrat nach dem Aufbringen der absorbierenden und der zumindest teildurchlässigen Schicht einem Kalandrierungsschritt zu unterwerfen.
In allen Verfahrensvarianten wird die zumindest teildurchlässige Schicht in Schritt d) mit Vorteil in Form feiner Strukturen, insbesondere in Form von Guillochen, Mikrotext, graphischen Elementen oder dergleichen, aufgedruckt.
Die absorbierende Schicht wird in Schritt c) bevorzugt aufgedruckt und wird besonders bevorzugt mittels Siebdruck aufgedruckt, beispielsweise mit einer metallischen Effektfarbe, wie einer Silber- oder Goldfarbe. Alternativ kann in Schritt c) auch eine beschichtete oder unbeschichtete Folie als absorbierende Schicht aufgebracht werden. Beispielsweise kann als beschichtete Folie eine farbige, selbst bei der ausgewählten Laserwellenlänge nicht absorbierende Folie verwendet werden, die mit einer dünnen Metallschicht, wie etwa einer aufgedampften Aluminiumschicht, versehen ist. In allen Varianten bietet es sich besonders an, die absorbierende Schicht in Schritt c) als Vollfläche auszubilden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die absorbierende Schicht in Schritt c) in Teilbereichen auch mit verschiedenen Druckverfahren oder Druckparametern aufgebracht werden, so dass die Teilbereiche bei der Laserbeaufschlagung in Schritt f) von der Laserstrahlung unterschiedlich beeinflusst werden. Beispielsweise kann ein erster Teilbereich der absorbierenden Schicht im Stichtiefdruck und ein zweiter Teilbereich im Nyloprint-Verfahren aufgedruckt werden. Bei der Kennzeichnung in Schritt f) wird der zweite Teilbereich dann zusammen mit der darunter liegenden absorbierenden Schicht entfernt, während der erste Teilbereich durch die Verpressung bestehen bleibt.
Wie erwähnt, können die Laserparameter in Schritt f) so gewählt werden, dass die zumindest teildurchlässige Schicht bei der Laserbeaufschlagung vollständig bestehen bleibt. Es ist jedoch auch möglich, die Laserparameter während der Beaufschlagung in Schritt f) zu verändern, um die teildurchlässige Schicht teilweise bestehen zu lassen und teilweise zu entfernen.
Weiter können Prägungen, insbesondere ohne Farbführung erhaltene Prägungen, durch geeignete Wahl der Laserparameter bei der Beaufschlagung in Schritt f) erhalten werden, wodurch die Sicherheit des Gesamtelements weiter erhöht wird. Alternativ können die Laserparameter während der Beaufschlagung in Schritt f) auch verändert werden, um die Prägungen in der Beschichtung teilweise bestehen zu lassen und teilweise zu entfernen.
Die Beaufschlagung mit Laserstrahlung in Schritt f) erfolgt mit Vorteil von der Substratvorderseite her, also von der Substratseite her, auf der die absorbierende Schicht und die teildurchlässige Schicht aufgebracht sind. Es ist jedoch auch möglich, die Laserbeaufschlagung von der Substratrückseite her vorzunehmen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Substrat bei der Laserwellenlänge eine möglichst geringe Absorption aufweist.
Die absorbierende Schicht und die zumindest teilweise durchlässige Schicht können einander ganz oder teilweise überlappend aufgebracht werden. Vor und/oder nach der Beaufschlagung mit Laserstrahlung kann darüber hinaus eine Schutzschicht aufgebracht werden.
Die Auswahl des Laserstrahlungsspektrums in Schritt a) erfolgt typischerweise durch Auswahl einer geeigneten Laserwellenlänge. Als Laserquelle wird für die Kennzeichnung in Schritt f) mit Vorteil ein Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 µm bis 3 µm, insbesondere ein Nd:YAG-Laser, verwendet. Der Laserstrahl wird bei der Beaufschlagung zweckmäßig mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1 m/s, bevorzugt von mehr als 4 m/s, besonders bevorzugt von mehr als 10 m/s, über das Substrat geführt, um den hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten im Wertpapierdruck Rechnung zu tragen.
Die Erfindung enthält auch einen Datenträger der eingangs genannten Art, dessen Beschichtung eine die Laserstrahlung absorbierende Schicht und eine über der absorbierenden Schicht angeordnete, für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Druckschicht enthält und bei dem das bedruckte Substrat während oder nach dem Aufdrucken der zumindest teilweise durchlässigen Schicht verpresst ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest teildurchlässige Schicht durch eine Stichtiefdruckschicht gebildet. In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung enthält die zumindest teildurchlässige Schicht ein Farbgemisch, das eine die Laserstrahlung absorbierende Gemischkomponente und eine für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente aufweist.
Wie weiter unten im Detail erläutert, kann die absorbierende Gemischkomponente unter der Einwirkung der Laserstrahlung beispielsweise gebleicht, verdampft, in ihren Reflexionseigenschaften verändert oder durch eine chemische Reaktion in ein Material mit anderen optischen Eigenschaften umgewandelt werden. Es ist aber auch möglich, dass die absorbierende Gemischkomponente bei Einwirkung von Laserstrahlung keine für das bloße Auge erkennbare Veränderungen erfährt. Vorzugsweise enthält das Farbgemisch optisch variable Farbpigmente, wobei als für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente insbesondere optisch variable Flüssigkristallpigmente oder eine transparente Stichtiefdruckfarbe, und für die absorbierende Gemischkomponente beispielsweise optisch variable Interferenzschichtpigmente infrage kommen. Auch andere, in ihren optischen Eigenschaften irreversible veränderbare Farbkomponenten, wie etwa eine Stichtiefdruckfarbe, eine Metalleffektfarbe oder metallische Pigmente, eine lumineszierende Farbe oder lumineszierende Pigmente, Glanzpigmente oder eine thermochrome Farbe, kommen für die absorbierende Gemischkomponente in Betracht.
Es ist auch möglich, dass sich bei der Kennzeichnung in Schritt f) nicht die optischen Eigenschaften der absorbierenden Gemischkomponente verändern, sondern dass das Farbgemisch eine mit der absorbierenden Gemischkomponente zusammenwirkende Farbkomponente enthält, deren optische Eigenschaften indirekt, nämlich durch die Absorption der Laserstrahlung in der absorbierenden Gemischkomponente, insbesondere den dadurch hervorgerufen lokalen Temperaturhub in der Beschichtung, irreversibel verändert werden.
Als eine solche zusammenwirkende Farbkomponente kommen insbesondere selbst nicht absorbierende Farbkomponenten, wie etwa bestimmte Stichtiefdruckfarben, lumineszierende Farben oder lumineszierende Pigmente, Glanzpigmente oder thermochrome Farben, infrage. Als absorbierende Gemischkomponente enthält das Farbgemisch beispielsweise Ruß, Graphit, TiO₂ oder einen Infrarot-Absorber.
Die zumindest teildurchlässige Schicht ist bevorzugt in Form feiner Strukturen, insbesondere in Form von Guillochen, Mikrotext, graphischen Elementen oder dergleichen, aufgedruckt.
Die absorbierende Schicht ist dagegen zweckmäßig als Vollfläche ausgebildet. Sie kann insbesondere durch eine Druckschicht, beispielsweise eine Siebdruckschicht oder durch eine beschichtete oder unbeschichtete Folie gebildet sein. In einer weitern Erfindungsvariante enthält die absorbierende Schicht ein Farbgemisch, das in der oben beschriebenen Art eine die Laserstrahlung absorbierende Gemischkomponente und eine für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente aufweist.
Die Beschichtung weist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung optisch variable Eigenschaften auf. Auch kann sie eine oder mehrere Schutzschichten enthalten, die vor oder nach der Laserbeaufschlagung aufgebracht werden. Die absorbierende Schicht und die zumindest teilweise durchlässige Schicht können einander in allen Ausgestaltungen ganz oder teilweise überlappen.
Unterhalb der absorbierenden Schicht kann die Beschichtung eine weitere, für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Schicht enthalten, die durch die Kennzeichnung im Verfahrensschritt f) freigelegt wird. Die weitere Schicht kann in Bereich der Kennzeichnungen beispielsweise visuell erkennbare Merkmale, durch bestimmte Betrachtungsbedingungen, wie etwa UV-Beleuchtung, aktivierbare Merkmale und/ oder maschinenlesbare Merkmale enthalten.
Als Substrat des Datenträgers kann ein Papiersubstrat, wie etwa ein Baumwollpapier, oder ein Kunststoffsubstrat, wie eine PET- oder PP-Folie, zum Einsatz kommen. Mit Vorteil stellt der Datenträger ein Sicherheitselement, eine Banknote, ein Wertdokument, einen Pass, eine Ausweiskarte, eine Urkunde oder ein anderes Produktschutzmittel dar.
Die Erfindung enthält auch eine Druckmaschine mit einer Laseranlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Die Laseranlage ist dabei über einem Druckzylinder der Druckmaschine angeordnet, um die zu kennzeichnenden Datenträger am Druckzylinder mit Laserstrahlung zu beaufschlagen. Vorzugsweise ist die Laseranlage auf die in der Druckmaschine beim Druckvorgang auftretenden Schwingungen ausgelegt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Laseranlage mit einem tragenden Rahmen ausgebildet wird, der entsprechend einer Finite-Elemente-Methode-Analyse der auftretenden Schwingungen so ausgelegt wird, dass die Laseranlage die Schwingungen der Druckmaschine mit ausführt, ohne aufgeschaukelt zu werden.
Die Laseranlage enthält mit Vorteil zumindest einen Kennzeichnungslaser mit einem waagrecht angeordneten Laserresonator, der über ein Strahlrohr mit einem Scankopf zur Ablenkung des Laserstrahls verbunden ist. In zweckmäßigen Ausgestaltungen enthält die Laseranlage mehr als einen Kennzeichnungslaser, beispielsweise 2, 4 oder 6 Kennzeichnungslaser.
Bevorzugt ist die Laseranlage zwischen einer oder mehreren Arbeitspositionen zur Laserbeaufschlagung der Datenträger und einer Wartungsposition vertikal bewegbar, wobei der Druckzylinder und nachfolgende Farbwerke der Druckmaschine in der Wartungsposition zugänglich sind.
Die Laseranlage weist vorteilhaft weiter eine unmittelbar über dem Druckzylinder angeordnete Abschirmkammer auf, die Laserstrahlung abschirmt und auf die Absaugung der bei der Kennzeichnung entstehenden Gase und Stäube ausgelegt ist.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer gekennzeichneten Banknote nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2: einen Querschnitt durch die Banknote von Fig. 1 entlang der Linie II-II im Bereich der Kennzeichnung,
Fig. 3: eine Aufsicht auf die Kennzeichnung einer Banknote nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4: eine Aufsicht auf die Kennzeichnung einer Banknote nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5: einen Querschnitt durch die Banknote von Fig. 4 entlang der Linie V-V im Bereich der Kennzeichnung,
Fig. 6 und 7: eine Aufsicht auf bzw. einen Querschnitt durch ein Wertdokument nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 8 bis 10: Querschnitte von Banknoten nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung,
Fig. 11: eine schematische Darstellung eines Vektorlaserbeschrifters zur erfindungsgemäßen Kennzeichnung von Datenträgern,
Fig. 12: eine schematische Darstellung von Vektor-Laserbeschriftern zur Beschriftung eines Wertpapierbogens,
Fig. 13: eine schematische Ansicht einer Druckmaschine, die mit einer erfindungsgemäßen Laseranlage zur Kennzeichnung von Banknoten und dergleichen versehen ist, und
Fig. 14: die Laseranlage der Fig. 13 im Querschnitt.

Das Grundprinzip der Erfindung wird nun zunächst anhand der Figuren 1 und 2 am Beispiel einer Banknote erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Banknote 10, auf deren Vorderseite eine Beschichtung 12 aufgebracht ist, in die durch die Einwirkung eines Infrarot-Laserstrahls eine Kennzeichnung 14, im Ausführungsbeispiel in Form der Ziffernfolge "1234", eingebracht ist. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Banknote 10 entlang der Linie II-II von Fig. 1 im Bereich der Kennzeichnung 14.
Wie in Zusammenschau der Figuren 1 und 2 zu erkennen, enthält die auf das Papiersubstrat 20 der Banknote 10 aufgebrachte Beschichtung 12 zwei Teilschichten: eine erste Schicht 22, die die Laserstrahlung des zur Kennzeichnung verwendeten Infrarotlasers absorbiert und eine zweite Schicht 24, die für die verwendete Laserstrahlung transparent ist.
Bei der Laserbeaufschlagung greift die von der Vorderseite des Substrats einfallende Laserstrahlung durch die transparente zweite Schicht 24 hindurch und erzeugt in der absorbierenden ersten Schicht 22 die Kennzeichnung 14. Je nach verwendetem Material kann die absorbierende Schicht 22 dabei beispielsweise lokal gebleicht, verdampft, in ihren Reflexions- oder Absorptionseigenschaften verändert oder durch eine chemische Reaktion in ein Material mit abweichenden optischen Eigenschaften umgewandelt werden.
Die zweite, transparente Schicht 24 bleibt dabei auch im Bereich der Kennzeichnung 14 erhalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Substrat 20 während oder nach dem Aufdrucken der zweiten Schicht 24 verpresst wird. Durch den dabei auftretenden Druck wird nach gegenwärtigem Verständnis eine besonders stabile Verbindung von Druckschicht 24 und Substrat 20 erzeugt, die es erlaubt, eine Kennzeichnung in die absorbierende Schicht 22 einzubringen, ohne die transparente Schicht 24 zu zerstören.
Das Verpressen des Substrats wird im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 dadurch erreicht, dass die transparente Schicht 24 im Stichtiefdruckverfahren mit einem hohen Druck von beispielsweise 50.000 kPa aufgedruckt wird. Die Stichtiefdrucktechnik lässt im Vergleich zu anderen gängigen Drucktechniken einen relativ dicken Farbauftrag zu. Die dicke Farbschicht 24 ist zusammen mit der partiellen Verformung 26 der Papieroberfläche, die durch das Einpressen des Papiers in die Gravur der Druckplatte zustande kommt, auch für den Laien leicht manuell fühlbar und so anhand ihrer Taktilität als Echtheitsmerkmal einfach zu erkennen.
Ein komplexeres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt, die eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäß gestaltete Banknote 30 zeigt. Zur Kennzeichnung der Banknote 30 wird beispielsweise ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,064 µm verwendet, wie weiter unten im Detail beschrieben.
Bei der Herstellung der Banknote 30 wird auf das Banknotensubstrat zunächst im Siebdruckverfahren vollflächig eine silberfarbene Effektfarbschicht 32 in Form einer Münze aufgebracht. Die Effektfarbschicht 32 bildet dabei die für die ausgewählte Infrarot-Laserstrahlung absorbierende Schicht. In die Effektfarbschicht wird anschließend mit einer Stichtiefdruckplatte ein in Fig. 3 nur schematisch dargestelltes Portrait 34 blind geprägt und ein guillochenförmiges Randmuster 36 im Stichtiefdruck aufgedruckt.
Dann wird der Kennzeichnungsbereich von der bedruckten Seite der Banknote 30 her belasert und dabei in der Effektschicht 32 eine gewünschte Kennzeichnung 38, beispielsweise in Form eine Seriennummer oder ein anderes individualisierendes Kennzeichen, erzeugt. Im Ausführungsbeispiel ist die Kennzeichnung 38 schematisch als Ziffernfolge "12345" dargestellt. Aufgrund ihrer hohen Absorption ist die silberne Effektfarbe 32 im belaserten Bereich 38 vollständig entfernt, so dass die Kennzeichnung im Auflicht und besonders im Durchlicht kontrastreich hervortritt.
Weiter ist in den Bereichen 38 noch die über der Effektschicht 32 liegende, für die Laserstrahlung transparente Stichtiefdruckfarbe des Randmusters 36 zu erkennen, die aufgrund der durch den hohen Druck entstandenen guten Verbindung von Druckfarbe und Papier bei der Laserbeaufschlagung nicht zerstört wurde. Auf diese Weise entsteht eine individuelle Kennzeichnung 38 im Druckbild, die, obwohl sie erst am Ende der verschiedenen Druckdurchgänge der Banknote eingebracht wurde, für den Betrachter so wirkt, als sei sie bereits in einem früheren Arbeitsschritt ausgeführt worden. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Fälschungssicherheit, da der Aufwand für Nachstellungen erheblich ist, und die Kennzeichnung 38 wegen der sie teilweise überdeckenden Druckschicht 36 nicht nachträglich mit weißer oder heller Farbe aufgedruckt werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt, wobei Fig. 4 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Banknote und Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V von Fig. 4 im Bereich der Kennzeichnung zeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf das Papiersubstrat 40 der Banknote zunächst ein farbiger linienförmiger Aufdruck 42 aufgebracht, der für die zur Kennzeichnung verwendete Laserstrahlung transparent ist. Dieser Aufdruck kann beispielsweise im Nyloprint-Verfahren aufgedruckt sein. Der Aufdruck 42 ist mit einer Effektfarbschicht 44 überdruckt, die die ausgewählte Laserwellenlänge absorbiert. Dann wird das bedruckte Substrat mit einer für die Laserstrahlung transparenten Stichtiefdruckfarbe 46 bedruckt und dabei zugleich verpresst.
Im nachfolgenden Kennzeichnungsschritt wird die Schichtenfolge von der bedruckten Seite her mit Laserstrahlung einer zuvor ausgewählten Wellenlänge, beispielsweise 1,064 µm, beaufschlagt, um die gewünschte Kennzeichnung 48, im Ausführungsbeispiel durch die Ziffernfolge "1234" dargestellt, einzubringen. Die absorbierende Effektfarbschicht 44 wird durch die Einwirkung der Laserstrahlung lokal entfernt, so dass der darunter liegende und von der Laserstrahlung wegen seiner Transparenz nicht beeinflusste Aufdruck 42 sichtbar wird. Die Stichtiefdruckfarbe 46 ist für die Laserstrahlung ebenfalls transparent und bleibt aufgrund der durch die Verpressung erreichten guten Haftung zum Papier auch in den belaserten Bereichen 48 erhalten, so dass sich ein Bildeindruck wie in Fig. 4 gezeigt ergibt.
In anderen Varianten kann der Aufdruck 42 beispielsweise auch im Irisdruck ausgeführt werden, dessen Farbübergang in den Kenrizeichnungsbereichen freigelegt wird. Der Aufdruck kann auch Merkmale enthalten, die für das bloße Auge unsichtbar sind und erst durch bestimmte Beleuchtungsbedingungen, wie etwa UV-Bestrahlung, aktiviert und/ oder sichtbar gemacht werden. Auch andere, insbesondere maschinenlesbare Merkmale können vorgesehen sein.
In ähnlicher Weise kann auch die absorbierende Schicht 22 oder 44 der Ausführungsbeispiele der Figuren 2 oder 5 im Irisdruck ausgeführt sein, wobei für den Irisdruck zweckmäßig zwei Farben verwendet werden, die sich in ihrem Absorptionsverhalten bei der ausgewählten Laserwellenlänge unterscheiden. Im Kennzeichnungsschritt lassen sich dann unterschiedliche Erscheinungsbilder für die beiden Farben erzeugen. Die beiden verwendeten Farben können im sichtbaren Spektralbereich farbtongleich erscheinen und sich nur durch ihre Infrarot-Absorption bei Laserwellenlänge unterscheiden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann für die zumindest teilweise durchlässige Schicht 24 oder 46 im Stahlstich ein Farbschnitt verwendet werden, der für das menschliche Auge unsichtbar ist, jedoch bei der IR-Laserwellenlänge zu einer unterschiedlichen Absorption führt. Die teilweise durchlässige Schicht kann auf diese Weise in Teilbereichen mit hoher IR-Absorption entfernt werden, während sie in Teilbereichen mit niedriger IR-Absorption bestehen bleibt.
Die Figuren 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem anstelle einer transparenten Schicht eine nur teilweise durchlässige Schicht aufgedruckt ist, welche die Laserstrahlung auch teilweise absorbiert. Fig. 6 zeigt dabei eine Aufsicht, Fig. 7 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wertdokument. Die in den Figuren 2 und 5 angedeutete Verprägung der Schichten durch den Stichtiefdruck ist in den nachfolgenden Figuren der Einfachheit halber nicht mehr dargestellt, auch wenn Stichtiefdruckverfahren zum Einsatz kommen.
Auf einem Substrat 50, beispielsweise einer Banknote oder eines anderen Wertdokuments, ist zunächst eine die Laserstrahlung absorbierende Schicht 52, beispielsweise eine vollflächige silberfarbene Siebdruckschicht, aufgebracht. Auf diese absorbierende Schicht 52 ist eine für die Laserstrahlung teilweise durchlässige Markierungsschicht 54 in Form eines feinen Linienmusters aufgedruckt. Je nach farblicher Ausgestaltung der Schicht 52 und des feinen Linienmusters 54 ist letztere im Überlappungsbereich mehr oder weniger deutlich mit bloßem Auge erkennbar. Die Markierungsschicht 54 besteht aus einem Farbgemisch aus zwei Gemischkomponenten 56 und 58, wobei eine der Gemischkomponenten 56 für die Strahlung des nachfolgend zur Markierung verwendeten Infrarotlasers transparent ist, während die andere Gemischkomponente 58 die Laserstrahlung absorbiert. Im Ausführungsbeispiel besteht das Farbgemisch aus einer hellen, für die Laserstrahlung transparenten Grundfarbe 56, der absorbierende Rußpartikel 58 beigemischt sind.
Im Bereich 60 wurde die Markierungsschicht 54 mit dem Markierungslaser mit geeignet gewählten Laserparametern bestrahlt, wodurch die absorbierende Gemischkomponente 58 durch die Einwirkung der Laserstrahlung entfernt, verändert oder deaktiviert wurde. Je nach verwendetem Material wird die absorbierende Gemischkomponente 58 dabei beispielsweise gebleicht, verdampft, in ihren Reflexionseigenschaften verändert oder durch eine chemische Reaktion in ein Material mit anderen optischen Eigenschaften umgewandelt, so dass durch die Bestrahlung die optischen Eigenschaften des Farbgemisches im Bereich 60 irreversibel verändert werden. Als mögliche Effekte kommen dabei unter anderem eine Farbveränderung, die Erzeugung eines Farbumschlags, das Aufhellen einer Farbe, die Änderung der Kippfarbe eines Effektfarbengemisches oder die lokale Änderung der Polarisationseigenschaften oder der Lumineszenzeigenschaften der Markierungsschicht 54 infrage. Im Ausführungsbeispiel werden die Rußpartikel 58 bei Beaufschlagung mit Laserstrahlung aus dem Farbgemisch entfernt, so dass in dem bestrahlten Bereich 60 lediglich die helle Farbe 56 übrig bleibt, wie in der Aufsicht der Fig. 6 zu erkennen.
Zusätzlich zur Veränderung der Markierungsschicht 54 selbst greift die Laserstrahlung im Bereich 60 durch die teilweise durchlässige Schicht 54 hindurch und erzeugt in der absorbierenden Schicht 52 ebenfalls eine visuell wahrnehmbare Änderung, wie oben bereits beschrieben. Die Kennzeichnung 60, die im Ausführungsbeispiel als Ziffernfolge "12" dargestellt ist, wird so passergenau in die beiden Schichten 52 und 54 eingeschrieben. Da das von der Markierungsschicht 54 gebildete Linienmuster in einem einzigen Arbeitsschritt aufgedruckt wurde, stehen die hellen Musterteile und dunklen Musterteile innerhalb bzw. außerhalb der Kennzeichnung 60 im perfekten Register zueinander. Auf diese Weise entsteht eine Passersituation, die mit herkömmlichen Verfahren nicht nachgestellt werden kann.
Bei dem in Fig. 8 im Querschnitt dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf einem Substrat 70 eine absorbierende Markierungsschicht 72 aufgedruckt, die ein Farbgemisch aus zwei Gemischkomponenten 74 und 76 der eben beschriebenen Art gebildet ist. Über diese Markierungsschicht ist eine für die Laserstrahlung transparente Schicht 78 gedruckt, die beispielsweise im Stichtiefdruckverfahren aufgedruckt sein kann, wie oben geschildert. Alternativ kann das Substrat auch nach dem Aufbringen einer nicht-prägenden Druckschicht 78 einem Kalandrierungsschritt unterworfen werden, um das gedruckte Substrat zu verpressen.
Bei der nachfolgenden Laserbeaufschlagung des bedruckten Substrats im Bereich 80 wird die absorbierende Gemischkomponente 76 aus der Markierungsschicht 72 entfernt, verändert oder deaktiviert, und so die Kennzeichnung in die Beschichtung eingebracht. Die transparente Schicht 78 bleibt dabei aufgrund der guten Haftung zwischen Farbe und Papier auch im belaserten Bereich 80 erhalten.
Fig. 9 zeigt eine Banknote 90 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die absorbierende Schicht 92 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine farbige Folie 94 gebildet, die mit einer dünnen Aluminiumschicht 96 bedampft ist. Auf die beschichtete Folie ist wieder eine für die Laserstrahlung transparente Schicht 98 aufgedruckt, wobei das bedruckte Substrat bei oder nach diesem Druckvorgang verpresst wird. Zur Kennzeichnung wird die Banknote in den gewünschten Bereichen 100 mit Infrarot-Laserstrahlung beaufschlagt, wodurch die Aluminiumschicht 96 lokal verdampft oder in eine transparente Modifikation umgewandelt wird. Auch hier bleibt die transparente Schicht 98 erhalten.
Das Ausführungsbeispiel der Fig.10 zeigt eine Gestaltung, bei der sowohl die absorbierenden Schicht 110 als auch die teilweise durchlässige Schicht 120 durch ein Farbgemisch aus zwei Gemischkomponenten der oben beschriebenen Art gebildet ist und jeweils eine für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente 112 bzw. 122 und eine absorbierende Gemischkomponente 114 bzw. 124 enthalten. Nach dem Aufbringen der beiden Schichten 110,120 wird das bedruckte Substrat kalandriert und dadurch verpresst.
Nach der Laserbestrahlung sind die absorbierenden Gemischkomponenten 114 und 124 der beiden Schichten im beaufschlagten Kennzeichnungsbereich 116 entfernt, verändert oder deaktiviert, so dass dieser Bereich eine Mischfarbe zeigt, die sich von der Umgebungsfarbe kontrastreich abhebt.
Fig. 11 zeigt schematisch den Scankopf 200 eines Vektorlaserbeschrifters, mit welchem ein zu kennzeichnendes Substrat 202 mit einer Seriennummer 204 oder einer anderen individualisierenden Kennzeichnung versehen wird. Das Substrat 202 kann ein bereits fertig geschnittenes Wertdokument, ein Bogen mit mehreren Nutzen eines Wertdokuments oder ein Sicherheitspapier in Endlosform sein.
Ein Infrarot-Laserstrahl 220 wird im Laserresonator 222 zwischen Rückspiegel und Auskoppelspiegel erzeugt und mit einer Modenblende 224 auf einen bestimmten Strahldurchmesser und bestimmte, räumlich verteilte Schwingungszustände, die so genannten Moden, eingeschränkt. Der ausgekoppelte Strahl 226 läuft durch ein Strahlaufweitungsteleskop 228, passiert als aufgeweiteter Strahl 206 die Eingangsapertur 212 des Scankopfes 200 und wird über zwei bewegliche Spiegel 208 abgelenkt, wobei einer der Spiegel die Ablenkung in x- Richtung, der andere Spiegel die Ablenkung in y-Richtung erzeugt. Eine Planfeldlinse 210 fokussiert den Laserstrahl 206 auf das Substrat 202, wo er in der oben beschriebenen Art und Weise eine Kennzeichnung in der beaufschlagten Beschichtung erzeugt.
Das Strahlaufweitungsteleskop 228 wird verwendet, um eine gute Fokussierbarkeit des Strahls zu gewährleisten. Je größer die Aufweitung, desto besser ist die Fokussierbarkeit durch die Planfeldlinse 210 am Ende des Strahlengangs. Allerdings muss bei größerer Aufweitung auch mit größeren Scannerspiegeln 208 gearbeitet werden, die eine größere Trägheit aufweisen und somit eine langsamere Strahlablenkung zur Folge haben. Die Strahlaufweitung wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Strahltaille, in der die Lichtstrahlen parallel laufen, in der Ebene der Planfeldlinse 210 liegt, was eine gute Fokussierbarkeit des Strahls zur Folge hat.
Eine andere Einstellmöglichkeit besteht darin, die Strahltaille auf die Eingangsapertur 212 des Scankopfes 200 einzustellen, um Verluste am Rand des Strahlbildes zu vermeiden; dies ergibt eine höhere Strahlintensität auf dem Substat 202.
Die verwendeten Planfeldlinsen weisen typischerweise Brennweiten zwischen 100 und 420 mm auf, wobei gegenwärtig eine Brennweite von etwa 160 mm bevorzugt wird. Das Substrat 202 bewegt sich während des Kennzeichnungsvorgangs mit einer gewissen Geschwindigkeit v. Diese Geschwindigkeit wird von Sensoren erfasst und an einen Rechner übermittelt, um die Bewegung der Spiegel 208 so zu steuern, dass die Substratgeschwindigkeit v bei der Kennzeichnung kompensiert wird. Dieses Kennzeichnungsverfahren kann daher besonders vorteilhaft zur berührungslosen Kennzeichnung von Wertdokumenten eingesetzt werden, die, wie in Druckereien üblich, mit hohen Geschwindigkeiten verarbeitet werden.
Das Beschriftungsfeld auf dem Substrat 202 weist typischerweise die Größenordnung einer Banknote auf. Beispielsweise kann das Beschriftungsfeld bei einer Brennweite der Planfeldlinse 210 von 163 mm durch eine Ellipse mit Achsenlängen von etwa 190 mm und etwa 140 mm gebildet sein.
Als Strahlungsquellen kommen je nach verwendetem Substrat CO₂-Laser, Nd:YAG-Laser oder andere Lasertypen im Wellenlängenbereich von UV bis zum Fernen Infrarot infrage, wobei die Laser oft auch vorteilhaft mit Frequenzverdoppelung oder -verdreifachung arbeiten. Vorzugsweise werden allerdings Laserquellen im Nahen Infrarot und insbesondere Nd:YAG-Laser mit einer Grundwellenlänge von 1064 nm eingesetzt, da dieser Wellenlängenbereich gut zu den Absorptionseigenschaften der verwendeten Substrate und Druckfarben passt. Die Spotgröße der Laserstrahlung kann je nach Anwendungsfall von wenigen Mikrometern bis hin zu einigen Millimetern variiert werden, beispielsweise durch Veränderung des Abstands von Planfeldlinse 210 und Substrat 202. Zumeist liegt die Spotgröße in der Größenordnung von 100 µm.
Durch Änderung des Abstands der Planfeldlinse 210 vom zu beschriftenden Substrat 202 oder durch die Verstellung der Strahlaufweitung 228 vor dem Scankopf 200 kann die Spotgröße gezielt verändert werden, um feine Markierungen mit hoher Energiedichte oder breitere Markierungen mit geringerer Energiedichte zu erzeugen. Für feine Markierungen kann insbesondere die Strahlaufweitung 228 so eingestellt werden, dass die Strahltaille in der Ebene der Planfeldlinse 210 liegt. Der Strahldurchmesser muss in diesem Fall gegebenenfalls durch die Modenblende 224 verkleinert werden, um zu verhindern, dass der Rand des Strahlbildes den Rand der Eingangsapertur erfasst. Die Gesamtenergie des Strahls kann dadurch verringert sein. Energiedichte und Gesamtenergie beeinflussen ihrerseits wiederum die Art und das Aussehen der Markierungen.
Der Scankopf 200 kann entweder direkt am Laser befestigt sein oder das Laserlicht wird durch einen Lichtleiter oder über Strahlablenkungen zum Scankopf geleitet. Strahlablenkungen sind gegenwärtig bevorzugt, da die Leistungs- und Strahlqualitätsverluste dabei sehr gering sind.
Die Dauerleistung der verwendeten Laserbeschrifter liegt typischerweise zwischen einigen wenigen Watt und einigen 100 Watt. Nd:YAG-Laser können für niedrigere Gesamtleistung bei kleineren Baumaßen und hoher Strahlqualität mit Laserdioden, oder für hohe Leistungen mit Pumplampen betrieben werden. Um die Geschwindigkeiten einer industriellen Fertigungslinie von Wertdokumenten nicht zu verringern, werden die Kennzeichnungen vorteilhaft mit sehr schnell bewegten Galvanometern ausgeführt, die den Strahl mit mehr als 1 m/ s, bevorzugt mit mehr als 4 m/s über das Substrat führen können. Besonders bevorzugt und vor allem für Effekte geeignet, die keine große Gesamtenergie benötigen, sind Geschwindigkeiten oberhalb von 10 m/s. Bei diesen Geschwindigkeiten wird nur ein geringer Energieanteil pro Strecke im Substrat oder der Beschichtung deponiert, so dass vorteilhaft lampengepumpte Nd:YAG-Laser mit einer Leistung von etwa 100 Watt eingesetzt werden.
Beispiele für typische Beschriftungsparameter und Einstellungen sind: Eine Modenblende mit einer Öffnung zwischen 1 und 5 mm, bevorzugt 2 mm; eine Strahlaufweitung, die zwischen 3 und 9fach, bevorzugt 4,5-fach liegt; eine Einstellung des Fokus des Strahlaufweitungsteleskopes, die so erfolgt, dass ein maximaler Leistungsdurchsatz an der Eingangsapertur des Scankopfes erzielt wird; ein Scankopf, der für Strahlaperturen zwischen 7 und 15 mm, bevorzugt etwa 10 mm, ausgelegt ist; eine Planfeldlinse, die eine Brennweite zwischen 100 und 420 mm, bevorzugt von etwa 163 mm aufweist; ein Arbeitsabstand zwischen Linse und Substrat, der so gewählt ist, dass eine gewisse Defokussierung durch einen geringeren Strahlabstand, als er der Brennweite entspricht, entsteht; und Pulsfrequenzen, die zwischen 20 kHz und kontinuierlichem Betrieb liegen.
Durch Variation der Beschriftungsparameter, wie der Laserleistung, Belichtungszeit, Spotgröße, Beschriftungsgeschwindigkeit, Arbeitsmodus des Lasers etc., lassen sich die Kennzeichnungsergebnisse in weitem Rahmen variieren. So können durch den Laser linienförmige Markierungen, wie etwa eine Beschriftung, oder auch mit einem Linienmuster gefüllte flächige Markierungen, erzeugt werden.
Zur Erzeugung einer linienförmigen Markierung, beispielsweise einer Beschriftung, wird die Laserleistung mit Vorteil auf einen Wert zwischen 50 und 100 W, bevorzugt auf etwa 80 W, und die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls auf einen Wert zwischen 2 und 10 m/s, bevorzugt auf etwa 7 m/ s, eingestellt.
Bei der Erzeugung einer flächige Markierung liegt die Laserleistung mit Vorteil zwischen 50 und 100 W, bevorzugt bei etwa 95 W, und die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls wird auf einen Wert zwischen 5 und 30 m/s, bevorzugt auf etwa 20 m/s, eingestellt. Der Linienabstand der das Flächenmuster bildenden Einzellinien liegt mit Vorteil zwischen 50 und 380 µm, besonders bevorzugt zwischen 180 und 250 µm.
Neben der gezeigten Beaufschlagung des Substrats 202 von der Vorderseite, also der bedruckten Seite her, kommt auch eine Laserung von der Rückseite des Substrats her in Betracht. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn das Substrat 202 eine möglichst geringe Absorption bei der Laserwellenlänge aufweist.
Die Laserparameter können auch während der Laserung so geändert werden, dass sich unterschiedliche Effekte ergeben. Beispielsweise kann die Pulsfolgenfrequenz bei gepulster Laserung während des Verfahrens so geändert werden, dass auch die teilweise durchlässige Schicht in bestimmten Bereichen entfernt wird.
Banknoten oder Wertträger werden üblicherweise in Bogenform bedruckt, aber auch das Bedrucken von Bahnen ist möglich. Allgemein lassen sich beim Bedrucken von Bögen geringere Passerschwankungen erreichen, die in der Größenordnung von +/-1,5 mm liegen. Die einzelnen Noten, nachfolgend auch Einzelnutzen genannt, sind in Nutzenzeilen neben- und Nutzenreihen untereinander angeordnet. Vorzugsweise werden die Geräte zur Lasermarkierung so angebracht, dass sie einer Nutzenreihe zugeordnet sind, wie in Fig. 12 dargestellt.
Fig. 12 zeigt einen Laserbeschrifter 230, bei dem ein Bogen 232 mit einer Vielzahl von Lasern gleichzeitig mit einer Lasermarkierung und einem Lasermodifikationsbereich versehen wird. Im gezeigten Beispiel weist der Bogen 232 sechs Spalten und sechs Reihen auf, so dass auf diesem Bogen 36 Einzelnutzen 234 an Banknoten oder anderen Datenträgern angeordnet sind. Der Bogen bewegt sich in Pfeilrichtung. Für jede Spalte ist über dem Druckbogen 232 eine Laserröhre 236 angeordnet, die zusammen mit dem zugehörigen Scankopf 238 jeweils in den in dieser Spalte angeordneten Einzelnutzen 234 die Lasermarkierungen oder Modifikationen erzeugt. Durch diese Anordnung kann der Durchsatz stark erhöht werden, da nicht ein einzelner Laserstrahl über den gesamten Druckbogen bewegt werden muss, sondern lediglich eine Bewegung in den Grenzen der Spalten des Druckbogens erforderlich ist. Die Beaufschlagung der einzelnen Nutzen erfolgt, wie bei Fig. 11 beschrieben, über die Ablenkung der Laserstrahlung mittels in den Scanköpfen 238 enthaltenen Spiegeln.
Die typische Geschwindigkeit einer Bogendruckmaschine liegt bei 10.000 Bg/h. Das entspricht je nach Ausführungsform Bahngeschwindigkeiten von 2 m/s bis 3,3 m/ s. Diese Bahngeschwindigkeiten werden auch beim Bedrucken von bahnförmigen Materialien erreicht. Da der Lasermarkierungsvorgang in seiner Geschwindigkeit an die typischen Gegebenheiten einer Drucklinie angepasst werden soll, müssen die Markierungen auf Substrate erfolgen können, die sich mit den genannten Geschwindigkeiten bewegen. Auch die gegebenenfalls vorgenommene Erfassung des Druckbildes muss bei diesen Geschwindigkeiten stattfinden.
Fig. 13 zeigt eine schematische Ansicht einer Druckmaschine 250, die mit einer erfindungsgemäßen Laseranlage 270 zur Kennzeichnung von Banknoten und dergleichen versehen ist. Die Laseranlage 270 selbst ist in Fig. 14 im Querschnitt genauer dargestellt.
Die Druckmaschine 250 weist einen Schuppenanleger 252, einen Druckturm 254 mit einer Stopptrommel 256 zur Aufnahme der Bögen, einem Druckzylinder 258 und Farbwerken 260, sowie eine Ablage 262 auf. Der Druckzylinder 258 hat Teile des Umfangs, die zwei Bögen aufnehmen (schwarz in Fig. 13) und Unterbrechungen (weiß in Fig. 13).
Im Schuppenanleger 252 können sich bereits bedruckte und nur noch zu belasernde Papierbögen befinden, die die Druckmaschine 250 nur mehr zum Einbringen der Kennzeichnungen durchlaufen. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Laseranlage 270 ist es nun allerdings auch möglich, die Papierbögen in der Druckmaschine 250 sowohl zu bedrucken als auch zu belasern. Bei dem zusammen mit der Laserung durchgeführten Druckvorgang kann es sich insbesondere um eine Bezifferung bereits bedruckter Banknotenbogen, oder um einen allgemeinen Druckschritt, beispielsweise einen Stichtiefdruck-Aufdruck, handeln.
Die Erfinder haben nun gefunden, dass der am besten für die Laserung zugängliche Ort der Druckzylinder 258 ist. Im Schuppenanleger 252 werden die Bögen übereinander gelegt, so dass der jeweils als nächster eingezogene Bogen unter den folgenden geführt wird. In der Ablage 262 werden die Bögen "frei flatternd", das heißt nur an der Greiferkante fixiert geführt, bis sie auf dem Stapel liegen.
Der Druckzylinder 258 hat zudem von den zylinderförmigen Elementen den Vorteil, dass der Umfang für zwei Bögen bemessen ist und deshalb die geringste Krümmung aufweist. Je kleiner die Krümmung, desto geringer sind die Verzerrungen, die kompensiert werden müssen, und desto geringer ist die Änderung des Strahldurchmessers durch den sich ändernden Abstand von Planfeldlinse 210 (Fig. 11) und dem Druckbogen.
Ein besonderer Vorteil des Aufbaus der Laseranlage 270 besteht darin, dass der Anleger 252 und der Druckzylinder 258 mit seiner Papierführung und die nachfolgenden Farbwerke 260 zugänglich bleiben. Dadurch können mit der Druckmaschine 250 auch herkömmliche Zifferungen, insbesondere auch gleichzeitig mit der Laserung, ausgeführt werden. Eine Anordnung der Laseranlage 270 über dem Anleger 252 ist aus diesem Grund ungünstiger. Der Resonator 222 und der Scankopf 200 jedes der Laser sind erfindungsgemäß räumlich getrennt, da die Laser-Resonatoren 222 nicht gekippt werden können, sondern für einen geregelten Kühlwasserfluss waagrecht eingebaut werden müssen.
Prinzipiell können Spiegel oder Lichtleiter verwendet werden, um den Laserstrahl aus dem Resonator 222 in den Scankopf 200 zu leiten. Lichtleiter haben allerdings den Nachteil, dass die Strahlqualität sich verschlechtert und Leistungsverluste auftreten. Außerdem ist der Parameterbereich eingeschränkt, da zu starke Pulse, wie sie bei gütegeschalteten Pulslasern auftreten können, den Lichtleiter zerstören. Wie am besten in Fig. 14 zu erkennen, werden in der erfindungsgemäßen Laseranlage 270 daher Spiegel 272 verwendet, die an den Ecken von Strahlrohren 274 angeordnet sind. Im Querschnitt der Fig. 14 ist nur ein Laser dargestellt, es versteht sich jedoch, dass in der Praxis mehrere, beispielsweise sechs Laser hintereinander angeordnet sind, wie in Fig. 12 gezeigt.
Das Gestell der Laseranlage 270 besteht aus einem verstärkten Rahmen 276, der nach einer Finite-Elemente-Methode-Analyse der auftretenden Schwingungen entworfen wurde. Ziel ist dabei, dass die Laser die beim gleichzeitigen Drucken unvermeidlichen Schwingungen der Druckmaschine 250 mit ausführen, ohne aufgeschaukelt zu werden. Der Rahmen 276 ist so über dem Gehäuse der Farbwerke 260 angebracht, dass die Kühlwasserleitungen der Laser in Richtung des Auslegers zeigen, und ist an den Schraubgewinden für Krane zum Transport der Druckmaschine 250 befestigt, die eine große Kraftaufnahme bieten.
Der Rahmen 276 ist zweiteilig ausgebildet, wobei in einem äußeren Rahmen ein innerer Rahmen aufgehängt ist. Der äußere Rahmen kann mithilfe von außen angebrachten Gasdruckfedern (nicht gezeigt) schnell zwischen mehreren Rastpositionen und einer oberen Position hin- und herbewegt werden. Dazu kann beispielsweise eine Markisenkurbel und eine Seilwinde eingesetzt werden. Die Rastpositionen sind den verschiedenen möglichen Brennweiten der Planfeldlinsen 210 und damit den verschiedenen Arbeitsabständen zugeordnet.
Der innere Rahmen ist beispielsweise mithilfe von Kurbeln in seiner Höhe und in seinem Winkel fein verstellbar, um eine genaue Justage von Höhe der Planfeldlinse 210 und Richtung der Strahlung 206 zu ermöglichen. Die Höhenlage kann durch Maßstäbe angezeigt werden und ist somit genau reproduzierbar. Durch die Rastpositionen geht diese Justage nicht verloren, wenn beispielsweise für Arbeiten an den Farbwerken 260 die Laser nach oben und wieder zurückgefahren werden sollen.
Die Resonatoren 222 sind auf Platten 278 angeordnet, die zusammen mit den Strahlrohren 274 verschoben werden können, um die Beschriftungseinheiten an den Nutzenreihen auszurichten. Über dem Druckzylinder 258 ist eine Abschirmkammer 280 angeordnet, die Laserstrahlung abschirmt und zur Absaugung der entstehenden Gase und Stäube über in der Figur nicht dargestellte Rohrleitungen dient. Die Abschirmkammer 280 ist dabei so gelagert, dass ihre Position bei den verschiedenen Rastpositionen für die Standard-Arbeitsabstände nicht geändert wird; erst bei der Position für Arbeiten am Farbwerk 260 wird sie mit nach oben gefahren. Die Abschirmkammer 280 schließt zum Druckzylinder 258 mit für das Laserlicht undurchlässigen Bürsten ab und zu den Scanköpfen 200 mithilfe von Faltenbälgen 282.
Die Steuerung der Laserung erfolgt über einen Sensor zur Erkennung des Bogens bzw. des Drucks und über die Messung der Geschwindigkeit. Bei dem Bogenkantensensor handelt es sich um einen hochgenauen und schnellen Reflexionslichttaster.
Die Geschwindigkeit des Druckzylinders 258 wird über periodisch magnetisierte Bänder, die unter den Auflagen des Druckzylinders eingebracht wurden, von einem Magnettaster abgegriffen. Der Druckzylinder weist ja Teile des Umfangs auf, auf denen kein Bogen zu liegen kommt. Bei der Abtastung wird eine Auflösung von 25 µm erreicht. Die Annahme einer konstanten Geschwindigkeit ist nicht möglich, da die verschiedenen gleichzeitigen Vorgänge der Druckmaschine 250 typischerweise über einen zentralen Motor angetrieben werden und der Bogenlauf deshalb periodischen Schwankungen unterliegt.
Das Signal des Reflexionslichttasters wird einer "Triggerbox" zugeführt, die die Steuerung der Laser übernimmt. Sie kann so programmiert werden, dass für die Laserungen der Startabstand, gemessen über die Magnetbänder, und die Abstände der Folgemarkierungen jeweils unabhängig voneinander über ein Computerprogramm eingegeben werden können.
Eine Sperrung für weitere Signale des Reflexionslichttasters kann entweder als Sperrungsabstand oder durch eine Bestimmung der Bogenlage durch die Magnetbänder bestimmt werden. Dabei wird erst nach einem Ende des Magnetbandes (und damit Bogenende) ein Startsignal zugelassen und ab einem Startsignal so lange gesperrt, bis wieder ein Ende des Magnetbandes erreicht ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Datenträgers (10, 30, 90) mit einer visuell erkennbaren Kennzeichnung (14, 38, 48, 60, 80,100,116) in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern, bei dem
a) ein vorbestimmtes Laserstrahlungsspektrum ausgewählt wird,

b) ein Substrat (20, 40, 50, 70) des Datenträgers (10, 30, 90) bereitgestellt wird,

c) auf das Substrat (20, 40, 50, 70) des Datenträgers (10, 30, 90) eine für die Laserstrahlung absorbierende Schicht (22, 44, 52, 72, 92, 110) aufgebracht wird,

d) über die absorbierende Schicht (22, 44, 52, 72, 92, 110) eine für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) aufgedruckt wird,

e) das Substrat (20, 40, 50, 70) während oder nach dem Aufbringen der zumindest teilweise durchlässigen Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) verpresst wird, und

f) die aufgebrachte Beschichtung mit Laserstrahlung des ausgewählten Laserstrahlungsspektrums beaufschlagt wird, um die visuell erkennbaren Kennzeichnungen (14, 38, 48, 60, 80,100,116) zumindest in der absorbierenden Schicht (22, 44, 52, 72, 92,110) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) in Schritt d) mittels Stichtiefdruck aufgebracht wird und das Substrat dabei verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat nach dem Aufbringen der absorbierenden (22, 44, 52, 72, 92,110) und der zumindest teildurchlässigen Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) blind verprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat nach dem Aufbringen der absorbierenden (22, 44, 52, 72, 92,110) und der zumindest teildurchlässigen Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) kalandriert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) in Schritt d) in Form feiner Strukturen, insbesondere in Form von Guillochen, Mikrotext, graphischen Elementen oder dergleichen, aufgedruckt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht (22, 44, 52, 72, 92,110) in Schritt c) aufgedruckt wird, insbesondere mittels Siebdruck aufgedruckt wird, oder in Schritt c) eine beschichtete oder unbeschichtete Folie (94) als absorbierende Schicht aufgebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht (22, 44, 52, 72, 92,110) in Schritt c) in Teilbereichen mit verschiedenen Druckverfahren oder Druckparametern aufgebracht wird, so dass die Teilbereiche bei der Laserbeaufschlagung in Schritt f) unterschiedlich beeinflusst werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserparameter in Schritt f) so gewählt werden, dass die zumindest teildurchlässige Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) bei der Laserbeaufschlagung vollständig bestehen bleibt, oder die Laserparameter während der Beaufschlagung in Schritt f) verändert werden, um die teildurchlässige Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) teilweise bestehen zu lassen und teilweise zu entfernen.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserparameter bei der Beaufschlagung in Schritt f) so gewählt werden, dass Prägungen in der Beschichtung bestehen bleiben, oder die Laserparameter während der Beaufschlagung in Schritt f) verändert werden, um die Prägungen in der Beschichtung teilweise bestehen zu lassen und teilweise zu entfernen.
Datenträger (10, 30, 90), insbesondere Wertdokument oder Sicherheitspapier, mit einem Substrat (20, 40, 50, 70) und einer auf dem Substrat (20, 40, 50, 70) aufgebrachten Beschichtung, in die durch Einwirkung von Laserstrahlung Kennzeichnungen (14, 38, 48, 60, 80,100, 116) in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern eingebracht sind, wobei die Beschichtung eine die Laserstrahlung absorbierende Schicht (22, 44, 52, 72, 92, 110) und eine über der absorbierenden Schicht (22, 44, 52, 72, 92,110) angeordnete, für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Druckschicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das bedruckte Substrat (20, 40, 50, 70) verpresst ist, erhältlich durch Verpressen während oder nach dem Aufdrucken der zumindest teilweise durchlässigen Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120).
Datenträger (10, 30, 90) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) durch eine Stichtiefdruckschicht gebildet ist.
Datenträger (10, 30, 90) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger im Bereich der Kennzeichnung (14, 38, 48, 60, 80, 100, 116) eine Blindprägung aufweist.
Datenträger (10, 30, 90) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht (24, 46, 54, 78, 98, 120) in Form feiner Strukturen, insbesondere in Form von Guillochen, Mikrotext, graphischen Elementen oder dergleichen, aufgedruckt ist.
Datenträger (10, 30, 90) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht (22, 44, 52, 72, 92, 110) durch eine Druckschicht, insbesondere eine Siebdruckschicht, gebildet ist, oder die absorbierende Schicht (22, 44, 52, 72, 92, 110) durch eine beschichtete oder unbeschichtete Folie gebildet ist.
Verwendung eines Datenträgers (10, 30, 90) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Fälschungssicherung von Waren beliebiger Art.
Druckmaschine (250) mit einer Laseranlage (270) zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseranlage (270) über einem Druckzylinder (258) der Druckmaschine (250) angeordnet ist, um die zu kennzeichnenden verpressten Datenträger (10, 30, 90) am Druckzylinder (258) mit Laserstrahlung zu beaufschlagen.