EP2303603B1 - Verfahren und vorrichtung zum einbringen eines sicherheitsmerkmals in ein wert- oder sicherheitsdokument - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einbringen eines sicherheitsmerkmals in ein wert- oder sicherheitsdokument Download PDF

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EP2303603B1
EP2303603B1 EP09772197A EP09772197A EP2303603B1 EP 2303603 B1 EP2303603 B1 EP 2303603B1 EP 09772197 A EP09772197 A EP 09772197A EP 09772197 A EP09772197 A EP 09772197A EP 2303603 B1 EP2303603 B1 EP 2303603B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sonotrode
document
projecting
surface layer
document body
Prior art date
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EP09772197A
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English (en)
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EP2303603A1 (de
Inventor
Michael Radtke
Peter Stiemert
Andreas Jankowski
Detlef Märtens
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Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/24—Pressing or stamping ornamental designs on surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B5/00—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins
    • B44B5/0061—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins characterised by the power drive
    • B44B5/0066—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins characterised by the power drive producing a vibratory motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B5/00—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins
    • B44B5/02—Dies; Accessories
    • B44B5/026—Dies

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and a device according to the preamble of claim 5.
  • the invention relates to a method and apparatus for introducing a security feature into a security or value document, wherein the security document or document with a document at least one thermoplastic surface layer.
  • a relief structure is introduced by means of a stamping die, which is formed in a sonotrode.
  • the sonotrode is coupled to a sound source so that the thermoplastic surface layer is deformed during coupling of sound through the sonotrode.
  • Securities and / or security documents are documents which have at least one security feature which is intended to make copying, falsifying or duplicating difficult or impossible. From the prior art, a variety of security features is known, which are used for this purpose. Some of the security features are designed as relief structuring of a surface of the security and / or security document. Other security features include a relief-like surface structuring and together with other introduced into the document features a security feature.
  • Security and / or security documents include, for example, identity cards, passport cards, credit cards, bank cards, cash cards, customer cards, visas, driving licenses, residence permits, cards for trust centers, motor vehicle tickets and the like, postage stamps, banknotes, labels for identifying goods, etc.
  • a series of These security documents are produced so that they have a thermoplastic surface layer into which a relief-like structuring can be introduced.
  • Modern value or security documents typically include a document body comprising at least one thermoplastic surface layer. Often, the document body is made entirely or nearly entirely from thermoplastic materials. These are provided for example in the form of plastic films, individually printed or provided with other security features, collected in a stack of layers and then laminated to the document body using heat and pressure. In this lamination step, it is possible to use structured lamination sheets which abut an upper substrate layer. When the thermoplastic substrate layers are heated to bond together, the structuring of the lamination sheet is imprinted into the outer surface of the uppermost substrate layer and optionally underlying substrate layers.
  • Such laminating sheets which have a negative mold of the desired relief structure, which is incorporated in the value or security document, can be produced only at a considerable cost. Furthermore, they are subject to high wear. In particular, in the production of small series of value or security documents, the cost of a relief structure to be incorporated is often unreasonable. This applies in particular when the relief structure has a structure specially adapted to the series in order to individualize these value or security documents in relation to others. Customizations or even personalizations, i. incorporation of features characterizing a person to whom the asset or security document is associated with individual securities or security documents is impossible with the methods and apparatus of the prior art at a reasonable cost.
  • EP 1 629 994 A2 are embossing plates with three-dimensional structure for the production of documents by means of hot-cold laminating presses known.
  • EP 0 843 281 A2 For example, an apparatus and a method for producing surface structures, such as lens structures, on a data carrier are known.
  • the devices described are designed to prevent warping of the data carrier at the edge of the To avoid embossing tool. Furthermore, a method is provided to subsequently eliminate such warping, if they occurred during impressing.
  • the embossing dies are sonotrodes connected to an ultrasound source.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device with which an introduction of a surface relief in a value and / or security document in a simple manner and preferably individualizing possible.
  • a method for introducing a security feature into a security document, the security document comprising a document body having at least one thermoplastic surface layer, the method comprising the steps of: providing a document body; Providing and / or creating a structured sonotrode that is or will be coupled to a sound source; Arranging the document body relative to the sonotrode; bringing the sonotrode and the surface layer of the document body into contact with each other and at the same time coupling in sound waves via the sonotrode into the value or security document, so that a relief structure is formed in the surface layer.
  • the sonotrode is provided and / or produced with a structuring which has a target penetration plane, and the sonotrode is structured in such a way that projecting regions project from the target intrusion plane and recessed regions project into the target intrusion plane, the sonotrode remaining during the process Sound input is moved into the document body with the application of pressure until the target intrusion plane coincides with a document body surface target level and the protruding areas create recessed relief structures and the recessed areas create protruding relief structures in the surface layer.
  • the document body surface target level is typically the surface level of the document body prior to the introduction of the relief structure. This means that in the document body, a relief is introduced, which has recessed relief structures and at the same time protruding relief structures.
  • a corresponding device for introducing such a relief structure comprises a sound source, a structured sonotrode coupled to the sound source, which is movably mounted relative to an anvil, an actuator, via which the sonotrode can be moved relative to the anvil, and a control unit, which controls the Actuator and the sound source is driven to move the sonotrode and the anvil toward each other and to clamp the document body between the sonotrode and the anvil, as well as coupling sound energy through the sonotrode, so that the sonotrode structures the surface layer.
  • the sonotrode has a target insertion ring plane and the sonotrode is structured in such a way that protruding areas project from the target embankment plane and recessed areas project into the target insertion plane, the sonotrode being moved into the document body during the sound coupling by applying pressure until the sonotrode Target ring level coincides with a document body surface target level and the projecting areas recessed relief structures and the recessed areas create protruding relief structures in the surface layer.
  • movement of the sonotrode and the anvil toward each other may be accomplished by merely moving the sonotrode relative to the anvil. Alternatively, it is of course possible to move only the anvil.
  • complete relief of the relief structure predetermined by the sonotrode is achieved in particular by producing relief structures and projecting relief structures which are recessed with the sonotrode, a volume of the recessed relief structures corresponding to a volume of the projecting relief structures.
  • an embossing the relief structure by means of the structured sonotrode which is structured so that a high-low embossing takes place, a relief structure can be easily introduced into a value or security document. This can be done in already finished and in principle produced in any way document body, which need only have a thermoplastic surface layer. The process ensures a high dimensional stability. This means that the relief structures produced have no or very small deviations from a desired relief structure.
  • the sonotrode in such a way that the projecting regions are respectively arranged adjacent to at least one of the recessed regions, and during the coupling of the sound from the protruding regions in contact with the surface layer heated material of the surface layer in the recessed areas of the sonotrode flows. This ensures that the predetermined by the sonotrode relief structure is completely molded.
  • At least one adjacent recessed area exists for each projecting area of the sonotrode and that these are formed such that a contour of a transition area between the projecting area and the recessed region forms a continuous monotone curve in a sectional plane which is perpendicular to the target intrusion plane of the sonotrode.
  • the target insertion plane of the sonotrode is circumferentially smooth and flat.
  • the embossing process during the coupling of sound takes place until the target penetration plane reaches the surface of a smooth document body.
  • the control unit thus drives the actuator during the coupling of sound until the target insertion plane comes into contact with the surface layer of the document body.
  • the sound source is preferably an ultrasound source, which particularly preferably comprises a piezoelectric crystal.
  • an embossing process with differently structured sonotrodes successively or with a plurality of sonotrodes arranged next to each other is carried out simultaneously.
  • a positioning device which positions the document body relative to the different sonotrodes in succession can use an individual alphanumeric combination in several preliminary steps be embossed in the document body. Since the individual embossing steps can be carried out at different stations at the same time, a time required to memorize such an alphanumeric combination in a series production is increased only insignificantly.
  • Fig. 1 schematically a device for producing a value and / or security document 2 is shown.
  • the device comprises a structured sonotrode 3.
  • the sonotrode 3 is coupled to a sound source 4.
  • the sound source 4 is preferably an ultrasound source which is formed by means of a piezocrystal.
  • an anvil 5 is arranged.
  • the value or security document 2 is moved between the anvil 5 and the sonotrode 3 via a transport device 6.
  • An actuator 7 is designed to move the sonotrode 3 relative to the anvil 5 in such a way that the sonotrode 3 is brought into contact with an upper surface layer 8 of the value or security document 2.
  • the upper surface layer 8 is made of a thermoplastic plastic material.
  • the value or security document 2 is a lamination body which is assembled from the upper surface layer 8 and further layers 9 in a lamination process to form a document body 10.
  • the actuator 7 and the sound source 4 are coupled to a control unit 11.
  • the control unit 11 further controls the transport device 6.
  • the actuator 7 is driven and at the same time coupled via the sound source 4 and the sonotrode 3 sound.
  • Projecting areas 12 sonotrode 3 comes in contact with the upper surface layer 8. Due to the sound coupling and applying pressure by means of the actuator 7 occurs on the projecting portions 12 for micro friction, which leads to a heating of the material of the upper surface layer 8 at the contact points.
  • the plastic material of the upper surface layer 8 is in this case heated above its flow temperature, so that the projecting portions 12 of the sonotrode can penetrate into the upper surface layer 8.
  • the sonotrode 3 is structured so as to have adjacent recessed portions 13 to the projecting portions 12 of the sonotrode. Into these recessed areas 13 arranged adjacently flows the heated plastic material of the upper surface layer.
  • the sonotrode 3, the sound source 4, the anvil 5 and the actuator 7 form a first embossing station 24.
  • a lower smooth and flat running bottom 14 of the sonotrode 3 is set as Solleindringianae. This means that the sonotrode is driven into the upper surface layer until this smooth surface has reached a document body surface level 17 which is defined by the surface of the document body 10 or security document 2. As soon as the sonotrode 3 has penetrated into the document body 10 as far as the target penetration plane 15 or the target penetration plane 15 has penetrated to the document body surface target level 17, the sound coupling is terminated and the sonotrode 3 is moved away relative to the anvil 5 via the actuator 7.
  • the value or security document 2 or the document body 10 now has a surface relief 18, which comprises projecting relief structures 19 and recessed relief structures 20. "Projecting" and “recessed” are respectively related to the document body surface target level 17, which is typically determined by an unstructured surface of the document body 10 prior to the first embossing step.
  • FIG. 1 While in Fig. 1 a sectional view through the schematically illustrated device 1 is shown in FIG Fig. 2a a plan view of the underside 14 of the structured sonotrode 3 is shown. The section line 21 is indicated along which the section in Fig. 1 is executed. It can be seen that the structured sonotrode 3 comprises projecting regions 12 and adjacent recessed regions 13, which together form a letter "A". After the first embossing step, the document body 2 thus comprises a relief structure comprising a capital letter A as a high-low embossing. In this case, the structure of the sonotrode 3 is a negative of the relief structure 18 formed on the document body 10.
  • the device after Fig. 1 comprises a second embossing station 25 formed substantially identically to the first embossing station 24.
  • This second embossing station 25 comprises a further anvil 5 ', a further structured sonotrode 3', which is coupled to a further sound source 4 'and a further actuator 7'.
  • the further sonotrode 3 ' has a different structure.
  • a plan view of the underside 14 'of the further sonotrode 3' is shown in FIG Fig. 2b shown. It can be seen that the further sonotrode 3 'is designed to impress the letter T in the value or security document 2 or the document body 10 as another high-relief embossed relief structure 26.
  • the value or security document or the document body 10 is transported by the transport device 6 and output.
  • the finished document body 10 or the finished value or security document is shown dotted.
  • the value or security document 2 comprises a further relief structure 26, which represents the letter T.
  • Fig. 3 is a schematic plan view of the document body 10 and the value or security document 2 shown. Good to see are the two letters A and T, which are formed as high-deep embossed relief structures 18, 26.
  • a relief structure can be formed in a particularly reliable and dimensionally stable manner if the volumes of the recessed regions correspond to the volumes of the adjacent projecting regions of the sonotrode. As a result, the recessed relief structures have the same volume as the adjacent protruding relief structures. In Fig. 1 this is indicated by hatching for the finished document body.
  • the flow of the material, which is displaced by the projecting portions 13, favors in the recessed areas 12.

Landscapes

  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
  • Credit Cards Or The Like (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen eines Sicherheitsmerkmals in ein Wert- oder Sicherheitsdokument, wobei das Wert- oder Sicherheitsdokument einen Dokumentenkörper mit mindestens einer thermoplastischen Oberflächenschicht umfasst. In die thermoplastische Oberflächenschicht wird eine Reliefstruktur mittels eines Prägestempels eingebracht, der in einer Sonotrode ausgebildet ist. Die Sonotrode ist mit einer Schallquelle gekoppelt, so dass die thermoplastische Oberflächenschicht während eines Einkoppelns von Schall durch die Sonotrode verformt wird.
    • Stand der Technik und Hintergrund der Erfindung
  • Wert- und/oder Sicherheitsdokumente sind Dokumente, die mindestens ein Sicherheitsmerkmal aufweisen, welches ein Nachahmen, Verfälschen oder Duplizieren erschweren oder unmöglich machen soll. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sicherheitsmerkmalen bekannt, die hierfür eingesetzt werden. Ein Teil der Sicherheitsmerkmale sind als Reliefstrukturierung einer Oberfläche des Wert- und/oder Sicherheitsdokuments ausgebildet. Andere Sicherheitsmerkmale umfassen eine reliefartige Oberflächenstrukturierung und bilden gemeinsam mit weiteren in das Dokument eingebrachten Merkmalen ein Sicherheitsmerkmal aus.
  • Wert- und/oder Sicherheitsdokumente umfassen beispielsweise Ausweiskarten, Reisepasskarten, Kreditkarten, Bankkarten, Barauszahlungskarten, Kundenkarten, Visa, Führerscheine, Aufenthaltstitel, Karten für Trust-Center, Kraftfahrzeugscheine und dergleichen, Postwertzeichen, Banknoten, Etiketten zum Kennzeichnen von Waren usw. Eine Reihe von diesen Sicherheitsdokumenten wird so hergestellt, dass diese eine thermoplastische Oberflächenschicht aufweisen, in die eine reliefartige Strukturierung eingebracht werden kann.
  • Um eine Fälschungssicherheit der Wert- oder Sicherheitsdokumente zu erhöhen, ist es üblich, eine Vielzahl von Sicherheitsmerkmalen in ein Wert- oder Sicherheitsdokument einzubringen. Die einzelnen Sicherheitsmerkmale müssen daher vorzugsweise kostengünstig herzustellen bzw. einzuarbeiten sein.
  • Moderne Wert- oder Sicherheitsdokumente umfassen in der Regel einen Dokumentenkörper, der mindestens eine thermoplastische Oberflächenschicht umfasst. Häufig ist der Dokumentenkörper vollständig oder nahezu vollständig aus thermoplastischen Kunststoffmaterialien hergestellt. Diese werden beispielsweise in Form von Kunststofffolien bereitgestellt, individuell bedruckt oder mit anderen Sicherheitsmerkmalen versehen, in einem Schichtenstapel zusammengetragen und anschließend unter Anwendung von Wärme und Druck zu dem Dokumentenkörper laminiert. Bei diesem Laminationsschritt ist es möglich, strukturierte Laminationsbleche zu verwenden, die an eine obere Substratschicht anliegen. Wenn die thermoplastischen Substratschichten erwärmt werden, um sich miteinander zu verbinden, wird die Strukturierung des Laminationsblechs in die äußere Oberfläche der obersten Substratschicht und gegebenenfalls darunter liegender Substratschichten eingeprägt.
  • Solche Laminationsbleche, die eine Negativform der gewünschten Reliefstruktur aufweisen, die in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingearbeitet wird, sind nur unter einem erheblichen Kostenaufwand herzustellen. Ferner unterliegen diese einem hohen Verschleiß. Insbesondere bei einer Herstellung von Kleinserien von Wert- oder Sicherheitsdokumenten sind die Kosten für eine einzuarbeitende Reliefstruktur häufig nicht vertretbar. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Reliefstruktur eine speziell an die Serie angepasste Strukturierung aufweist, um diese Wert- oder Sicherheitsdokumente gegenüber anderen zu individualisieren. Individualisierungen oder gar Personalisierungen, d.h. ein Einbringen von Merkmalen, die eine Person charakterisieren, der das Wert- oder Sicherheitsdokument zugeordnet ist, von einzelnen Wert- oder Sicherheitsdokumenten sind mit den Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zu vertretbaren Kosten unmöglich.
  • Aus der EP 1 629 994 A2 sind Prägebleche mit dreidimensionaler Struktur zur Herstellung von Dokumenten mittels Heiß-Kalt-Laminierpressen bekannt. Aus der EP 0 843 281 A2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise Linsenstrukturen, auf einem Datenträger bekannt. Die beschriebenen Vorrichtungen sind ausgebildet, um Verwölbungen des Datenträgers am Rand des Prägewerkzeugs zu vermeiden. Ferner wird ein Verfahren angegeben, um nachträglich solche Verwölbungen, sofern diese beim Einprägen aufgetreten sind, zu beseitigen. Als Prägestempel sind mit einer Ultraschallquelle verbundene Sonotroden beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen ein Einbringen eines Oberflächenreliefs in ein Wert- und/oder Sicherheitsdokument auf einfache Weise und vorzugsweise individualisierend möglich ist.
  • Die Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patenanspruchs 4 erfindungsgemäß gelöst. Insbesondere wird ein Verfahren zum Einbringen eines Sicherheitsmerkmals in ein Wert- oder Sicherheitsdokument vorgeschlagen, wobei das Wert- oder Sicherheitsdokument ein Dokumentenkörper mit mindestens einer thermoplastischen Oberflächenschicht umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Dokumentenkörpers; Bereitstellen und/oder Erstellen einer strukturierten Sonotrode, die mit einer Schallquelle gekoppelt ist oder wird; Anordnen des Dokumentenkörpers relativ zu der Sonotrode; in Kontakt bringen der Sonotrode und der Oberflächenschicht des Dokumentenkörpers und zeitgleiches Einkoppeln von Schallwellen über die Sonotrode in das Wert- oder Sicherheitsdokument, so dass sich eine Reliefstruktur in der Oberflächenschicht ausbildet. Hierbei ist vorgesehen, dass die Sonotrode mit einer Strukturierung bereitgestellt wird und/oder hergestellt wird, die eine Solleindringebene aufweist, und die Sonotrode so strukturiert ist, dass aus der Solleindringebene vorspringende Bereiche und in die Solleindringebene hineinragende vertiefte Bereiche existieren, wobei die Sonotrode während der Schalleinkopplung unter Anwendung von Druck in den Dokumentenkörper bewegt wird, bis die Solleindringebene mit einem Dokumentenkörperoberflächensollniveau übereinstimmt und die vorspringenden Bereiche vertiefte Reliefstrukturen und die vertieften Bereiche hervorspringende Reliefstrukturen in der Oberflächenschicht erzeugen. Das Dokumentenkörperoberflächensollniveau ist in der Regel das Oberflächenniveau des Dokumentenkörpers vor dem Einbringen der Reliefstruktur. Dies bedeutet, dass in den Dokumentenkörper ein Relief eingebracht wird, welches vertiefte Reliefstrukturen und zugleich hervorspringende Reliefstrukturen aufweist. Das beschriebene Verfahren ist somit ein Hoch-Tief-Prägeverfahren. Eine entsprechende Vorrichtung zum Einbringen einer solchen Reliefstruktur umfasst eine Schallquelle, eine mit der Schallquelle gekoppelte strukturierte Sonotrode, die beweglich relativ zu einem Amboss gelagert ist, ein Stellglied, über das die Sonotrode relativ zu dem Amboss bewegt werden kann, und eine Steuereinheit, die das Stellglied und die Schallquelle ansteuert, um die Sonotrode und den Amboss aufeinander zu zu bewegen und den Dokumentenkörper zwischen der Sonotrode und dem Amboss zu klemmen, sowie Schallenergie über die Sonotrode einzukoppeln, so dass die Sonotrode die Oberflächenschicht strukturiert. Hierbei ist vorgesehen, dass die Sonotrode eine Solleindringebene aufweist und die Sonotrode so strukturiert ist, dass aus der Solleindringebene vorspringende Bereiche und in die Solleindringebene hineinragende vertiefte Bereiche existieren, wobei die Sonotrode während der Schalleinkopplung unter Anwendung von Druck in den Dokumentenkörper bewegt wird, bis die Solleindringebene mit einem Dokumentenkörperoberflächensollniveau übereinstimmt und die vorspringenden Bereiche vertiefte Reliefstrukturen und die vertieften Bereiche hervorspringende Reliefstrukturen in der Oberflächenschicht erzeugen. Es versteht sich für den Fachmann, dass ein Bewegen der Sonotrode und des Amboss aufeinander zu in der Weise erfolgen kann, dass lediglich die Sonotrode relativ zu dem Amboss bewegt wird. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, nur den Amboss zu bewegen.
  • Erfindungsgemäß wird eine vollständige Abformung der durch die Sonotrode vorgegebenen Reliefstruktur besonders dadurch erreicht, dass mit der Sonotrode vertiefte Reliefstrukturen und vorspringende Reliefstrukturen erzeugt werden, wobei ein Volumen der vertieften Reliefstrukturen einem Volumen der vorspringenden Reliefstrukturen entspricht. Dieses bedeutet, dass die Volumina der vertieften Bereiche den Volumina der vorspringenden Bereiche der Sonotrode entsprechen.
  • Vorteil der Erfindung ist es, dass über ein Einprägen die Reliefstruktur mittels der strukturierten Sonotrode, die so strukturiert ist, dass eine Hoch-Tief-Prägung stattfindet, eine Reliefstruktur auf einfache Weise in ein Wert- oder Sicherheitsdokument eingebracht werden kann. Dieses kann in bereits fertige und im Prinzip auf beliebige Weise hergestellte Dokumentenkörper erfolgen, die lediglich eine thermoplastische Oberflächenschicht aufweisen müssen. Das Verfahren gewährleistet eine hohe Formhaltigkeit. Dieses bedeutet, dass die erzeugten Reliefstrukturen keine oder sehr geringe Abweichungen gegenüber einer Sollreliefstruktur aufweisen.
  • Besonders bevorzugt wird es, die Sonotrode in der Weise auszugestalten, dass die vorspringenden Bereiche jeweils benachbart zu mindestens einem der vertieften Bereiche angeordnet sind oder werden und während der Einkopplung des Schalls von den mit der Oberflächenschicht in Kontakt stehenden vorspringenden Bereichen erwärmtes Material der Oberflächenschicht in die vertieften Bereiche der Sonotrode fließt. Hierdurch wird erreicht, dass die durch die Sonotrode vorgegebene Reliefstruktur vollständig abgeformt wird.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zu jedem vorspringenden Bereich der Sonotrode mindestens ein benachbarter vertiefter Bereich existiert und diese so ausgebildet sind, dass eine Kontur eines Übergangsbereichs zwischen dem vorspringenden Bereich und dem vertieften Bereich in einer Schnittebene, die senkrecht zu der Solleindringebene der Sonotrode steht, eine stetige monotone Kurve bildet. Dies bedeutet, dass ein stetiger Übergang einer die vorspringenden Bereiche bildenden Kontur in die die vertieften Bereiche bildende Kontur der Sonotrode gewährleistet ist. Hierüber kann sichergestellt werden, dass ein Materialfluss während des Prägevorgangs in der Weise stattfindet, dass die Reliefstruktur der Sonotrode vollständig abgeformt wird.
  • Um die vorspringenden und vertieften Bereiche, die gemeinsam eine Negativform des zu erzeugenden Reliefs bilden, zu erzeugen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsführungsform vorgesehen, dass die Solleindringebene der Sonotrode umlaufend glatt und eben ausgebildet ist. Der Prägevorgang während des Einkoppelns von Schall findet solange statt, bis die Solleindringebene die Oberfläche eines glatten Dokumentenkörpers erreicht. Die Steuereinheit treibt das Stellglied somit solange während des Einkoppelns von Schall an, bis die Solleindringebene in Kontakt mit der Oberflächenschicht des Dokumentenkörpers gelangt.
  • Die Schallquelle ist vorzugsweise eine Ultraschallquelle, die besonders bevorzugt einen Piezokristall umfasst.
  • Um eine Individualisierung einzelner Dokumentenkörper und/oder eine Personalisierung zu ermöglichen, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Prägevorgang mit unterschiedlich strukturierten Sonotroden nacheinander oder mit mehreren nebeneinander anordenbaren Sonotroden zeitgleich ausgeführt. Sind beispielsweise unterschiedliche Sonotroden vorgesehen, die jeweils eine Ziffer oder einen Buchstaben in einer Hoch-Tief-Prägung in eine Dokumentenkörperoberfläche einprägen können, so kann über eine Positioniereinrichtung, die den Dokumentenkörper relativ nacheinander zu den unterschiedlichen Sonotroden positioniert, in mehreren Prägeschritten eine individuelle alphanumerische Kombination in den Dokumentenkörper eingeprägt werden. Da die einzelnen Prägeschritte an unterschiedlichen Stationen zeitgleich ausgeführt werden können, wird ein Zeitaufwand zum Einprägen einer solchen alphanumerischen Kombination bei einer Serienfertigung nur unwesentlich erhöht. Es ist lediglich erforderlich, dass eine Anzahl der Sonotroden, Schallquellen und Stellglieder erhöht wird sowie eine oder mehrere Transport- und Positioniereinrichtung an den unterschiedlichen Prägestationen vorgesehen sind. Diese positioniert oder positionieren den Dokumentenkörper unterschiedlich relativ zu den Sonotroden, so dass unterschiedliche Dokumentenkörper mit unterschiedlichen individualisierten und/oder personalisierten Reliefstrukturen versehen werden können.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines Wert- oder Sicherheitsdokuments, welches eine Hoch-Tief-Prägung als Sicherheitsmerkmal aufweist;
    Fig. 2a
    eine Draufsicht auf eine Unterseite einer ersten Sonotrode;
    Fig. 2b
    eine Draufsicht auf eine Unterseite einer zweiten Sonotrode; und
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf ein Wert- oder Sicherheitsdokument, welches mit der Vorrichtung nach Fig. 1 hergestellt ist.
  • In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wert- und/oder Sicherheitsdokumentes 2 dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine strukturierte Sonotrode 3. Die Sonotrode 3 ist mit einer Schallquelle 4 gekoppelt. Bei der Schallquelle 4 handelt es sich vorzugsweise um eine Ultraschallquelle, welche mittels eines Piezokristalls ausgebildet ist. Gegenüber der strukturierten Sonotrode 3 ist ein Amboss 5 angeordnet. Über eine Transporteinrichtung 6 wird das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zwischen den Amboss 5 und die Sonotrode 3 bewegt. Ein Stellglied 7 ist ausgebildet, die Sonotrode 3 relativ zu dem Amboss 5 so zu bewegen, dass die Sonotrode 3 mit einer oberen Oberflächenschicht 8 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 in Kontakt gebracht wird.
  • Die obere Oberflächenschicht 8 ist aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial hergestellt. Vorzugsweise ist das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 ein Laminationskörper, der aus der oberen Oberflächenschicht 8 und weiteren Schichten 9 in einem Laminationsprozess zu einem Dokumentenkörper 10 zusammengefügt ist.
  • Das Stellglied 7 und die Schallquelle 4 sind mit einer Steuereinheit 11 gekoppelt. Die Steuereinheit 11 steuert ferner die Transporteinrichtung 6. Um eine Reliefstruktur in die obere Oberflächenschicht 8 des Dokumentenkörpers 10 bzw. des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 einzubringen, wird das Stellglied 7 angesteuert und zugleich über die Schallquelle 4 und die Sonotrode 3 Schall eingekoppelt. Vorspringende Bereiche 12 der Sonotrode 3 gelangen in Kontakt mit der oberen Oberflächenschicht 8. Aufgrund der Schalleinkopplung und eines Anwendens von Druck mittels des Stellglieds 7 kommt es an den vorspringenden Bereichen 12 zur Mikroreibung, die zu einer Erwärmung des Materials der oberen Oberflächenschicht 8 an den Kontaktstellen führt. Das Kunststoffmaterial der oberen Oberflächenschicht 8 wird hierbei über seine Fließtemperatur erwärmt, so dass die vorspringenden Bereiche 12 der Sonotrode in die obere Oberflächenschicht 8 eindringen können. Ferner ist die Sonotrode 3 so strukturiert, dass sie benachbarte zu den vorspringenden Bereichen 12 der Sonotrode vertiefte Bereiche 13 aufweist. In diese benachbart angeordneten vertieften Bereiche 13 fließt das erwärmte Kunststoffmaterial der oberen Oberflächenschicht. Die Sonotrode 3, die Schallquelle 4, der Amboss5 und das Stellglied 7 bilden eine erste Prägestation 24.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine untere glatt und eben ausgeführte Unterseite 14 der Sonotrode 3 als Solleindringtiefe festgelegt. Dies bedeutet, dass die Sonotrode solange in die obere Oberflächenschicht getrieben wird, bis diese glatte Oberfläche ein Dokumentenkörperoberflächensoliniveau 17 erreicht hat, welches durch die Oberfläche des Dokumentenkörpers 10 bzw. Wertsicherheitsdokuments 2 festgelegt ist. Sobald die Sonotrode 3 bis zur Solleindringebene 15 in den Dokumentenkörper 10 eingedrungen ist bzw. die Solleindringebene 15 bis auf das Dokumentenkörperoberflächensollniveau 17 eingedrungen ist, wird die Schalleinkopplung beendet und die Sonotrode 3 über das Stellglied 7 relativ von dem Amboss 5 wegbewegt. Das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 bzw. der Dokumentenkörper 10 weist nun ein Oberflächenrelief 18 auf, welches vorspringende Reliefstrukturen 19 und vertiefte Reliefstrukturen 20 umfasst. "Vorspringend" und "vertieft" sind jeweils auf das Dokumentenkörperoberflächensollniveau 17 bezogen, welches in der Regel durch eine unstrukturierte Oberfläche des Dokumentenkörpers 10 vor dem ersten Prägeschritt festgelegt ist.
  • Während in Fig. 1 eine Schnittansicht durch die schematisch dargestellte Vorrichtung 1 gezeigt ist, ist in Fig. 2a eine Draufsicht auf die Unterseite 14 der strukturierten Sonotrode 3 dargestellt. Die Schnittlinie 21 ist angegeben entlang derer der Schnitt in Fig. 1 ausgeführt ist. Zu erkennen ist, dass die strukturierte Sonotrode 3 hervorspringende Bereiche 12 und benachbarte vertiefte Bereiche 13 umfasst, die gemeinsam einen Buchstaben "A" ausbilden. Nach dem ersten Prägeschritt umfasst der Dokumentenkörper 2 somit eine Reliefstruktur, die einen Großbuchstaben A als Hoch-Tief-Prägung umfasst. Hierbei ist die Struktur der Sonotrode 3 ein Negativ der auf dem Dokumentenkörper 10 gebildeten Reliefstruktur 18.
  • Die Vorrichtung nach Fig. 1 umfasst eine im Wesentlichen identisch zu der ersten Prägestation 24 ausgebildete zweite Prägestation 25. Diese zweite Prägestation 25 umfasst einen weiteren Amboss 5', eine weitere strukturierte Sonotrode 3', die mit einer weiteren Schallquelle 4' und einem weiteren Stellglied 7' gekoppelt ist. Die weitere Sonotrode 3' ist abweichend strukturiert. Eine Draufsicht auf die Unterseite 14' der weiteren Sonotrode 3' ist in Fig. 2b dargestellt. Zu erkennen ist, dass die weitere Sonotrode 3' ausgebildet ist, den Buchstaben T als weitere hoch-tief-geprägte Reliefstruktur 26 in das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 bzw. den Dokumentenkörper 10 einzuprägen. Dieser ist gemeinsam mit der Transporteinrichtung 6 und der bereits ausgebildeten Reliefstruktur 18 gestrichelt dargestellt, um anzudeuten, dass dieser Prägeschritt zeitlich nachfolgend nach dem ersten Prägeschritt ausgeführt wird. Nachdem auch dieser zweite Prägeschritt ausgeführt ist, wird das Wert- oder Sicherheitsdokument bzw. der Dokumentenkörper 10 durch die Transporteinrichtung 6 weitertransportiert und ausgegeben. Der fertig gestellte Dokumentenkörper 10 bzw. das fertig gestellte Wert- oder Sicherheitsdokument ist gepunktet dargestellt. Zusätzlich zu der Reliefstruktur 18 umfasst das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 eine weitere Reliefstruktur 26, die den Buchstaben T darstellt.
  • In Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf den Dokumentenkörper 10 bzw. das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 dargestellt. Gut zu erkennen sind die beiden Buchstaben A und T, die als hoch-tief-geprägte Reliefstrukturen 18, 26 ausgebildet sind.
  • Über eine seitliche relative Positionierung des Dokumentenkörpers relativ zu der Sonotrode 3 und/oder weiteren Sonotrode 3', d.h. in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der Stellglieder 7, 7', ist es möglich, die jeweils durch die Strukturierungen der Sonotroden 3, 3' festgelegten unterschiedlichen Reliefstrukturen an unterschiedlichen Stellen des Dokumentenkörpers einzuprägen. Hierdurch wird es möglich, variable, das heißt, individuelle Gesamtreliefstrukturen zu schaffen. Beispielsweise können mit der Vorrichtung nach Fig. 1 auch Reliefstrukturen erzeugt werden, die Buchstabenkombinationen wie "TA", "AA". "TT", "ATA",... umfassen.
  • Besonders zuverlässig und formtreu lässt sich eine Reliefstruktur ausbilden, wenn die Volumina der vertieften Bereiche den Volumina der angrenzenden vorspringenden Bereiche der Sonotrode entsprechen. Dies führt dazu, dass die vertieften Reliefstrukturen dasselbe Volumen wie die benachbarten vorspringenden Reliefstrukturen aufweisen. In Fig. 1 ist dies für den fertig gestellten Dokumentkörper über Schraffuren angedeutet. Ferner ist es vorteilhaft, die vertieften Bereiche 13 und der vorspringenden Bereiche 12 der Sonotrode so auszubilden, dass eine Kontur, die einen Übergangsbereich von einem vorspringenden Bereich 12 zu einem vertieften Bereich 13 der Sonotrode 3 darstellt, in einer Schnittebene senkrecht zur Solleindringebene, wie sie beispielsweise die Zeichenebene darstellt, einen stetigen monotonen Verlauf aufweist, d.h. durch eine stetige monotone Kurve approximierbar sind. Hierdurch wird das Fließen des Materials, welches durch die vorspringenden Bereiche 13 verdrängt wird, in die vertieften Bereiche 12 begünstigt.
  • Es versteht sich für den Fachmann, dass lediglich vereinfachte beispielhafte Ausführungsformen dargestellt sind. Insbesondere die Abmessungen und Dimensionen der Reliefstrukturen sind stark vergrößert im Verhältnis zum Dokumentkörper. Gut zu erkennen ist jedoch, dass das beschriebene Verfahren in der Lage ist, individualisierte Reliefstrukturen auf einfache Weise in Sicherheitsdokumente einzuprägen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zum Herstellen eines Wert- und/oder Sicherheitsdokuments
    2
    Wert- oder Sicherheitsdokument
    3
    Sonotrode
    3'
    weitere Sonotrode
    4
    Schallquelle
    4'
    weitere Schallquelle
    5
    Amboss
    5'
    weiterer Ambos
    6
    Transporteinrichtung
    7
    Stellglied
    7'
    weiteres Stellglied
    8
    obere Oberflächenschicht
    9
    weitere Schichten
    10
    Dokumentenkörper
    11
    Steuereinheit
    12
    vorspringende Bereiche der Sonotrode
    13
    vertiefte Bereiche der Sonotrode
    14
    Unterseite der Sonotrode
    14'
    Unterseite der weiteren Sonotrode
    15
    Solleindringebene
    16
    Oberfläche des Dokumentenkörpers
    17
    Dokumentenkörperoberflächensollniveau
    18
    Oberflächenrelief
    19
    vorspringende Reliefstrukturen
    20
    vertiefte Reliefstrukturen
    21
    Schnittlinie
    24
    erste Prägestation
    25
    zweite Prägestation
    26
    weitere Reliefstruktur

Claims (10)

  1. Verfahren zum Einbringen eines Sicherheitsmerkmals in ein Wert- oder Sicherheitsdokument (2), wobei das Wert- oder Sicherheitsdokument (2) einen Dokumentenkörper (10) mit mindestens einer thermoplastischen Oberflächenschicht (8) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    Bereitstellen des Dokumentenkörpers (10);
    Bereitstellen und/oder Erstellen einer strukturierten Sonotrode (3), die mit einer Schallquelle (4) gekoppelt ist oder wird,
    Anordnen des Dokumentenkörpers (10) relativ zu der Sonotrode (3) in Kontakt bringen der Sonotrode (3) und der Oberflächenschicht (8) des Dokumentenkörpers (10) und zeitgleiches Einkoppeln von Schallwellen über die Sonotrode (3) in das Wert- oder Sicherheitsdokument (2), so dass sich eine Reliefstruktur in der Oberflächenschicht (8) ausbildet,
    wobei
    die Sonotrode (3) mit einer Strukturierung bereitgestellt wird und/oder hergestellt wird, die eine Solleindringebene (15) aufweist und die Sonotrode (3) so strukturiert ist, dass aus der Solleindringebene (15) vorspringende Bereiche und in die Solleindringebene (15) hineinragende vertiefte Bereiche existieren, wobei die Sonotrode (3) während der Schalleinkopplung unter Anwenden von Druck in den Dokumentenkörper (10) bewegt wird, bis die Solleindringebene (15) mit einem Dokumentkörperoberflächensollniveau (17) übereinstimmt und die vorspringenden Bereiche (12) vertiefte Reliefstrukturen (20) und die vertieften Bereiche (13) hervorspringende Reliefstrukturen (19) in der Oberflächenschicht (8) erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen der vertieften Reliefstrukturen (20) einem Volumen der vorspringenden Reliefstrukturen (19) entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (3) in der Weise ausgestaltet wird oder ist, dass die vorspringenden Bereiche (12) jeweils benachbart zu mindestens einem vertieften Bereich (13) an geordnet sind oder werden und während der Einkopplung des Schalls von den mit der Oberflächenschicht (8) in Kontakt stehenden vorspringenden Bereichen (12) erwärmtes Material der Oberflächenschicht (8) in die vertieften Bereiche (13) der Sonotrode (3) fließt.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere strukturierte Sonotrode (3') bereitgestellt wird, die mit einer weiteren Schallquelle (4') gekoppelt ist und über ein weiteres Stellglied (7') relativ zu einem weiteren Amboss (5') beweglich angeordnet ist, und der Dokumentenkörper relativ zu der Sonotrode (3)und/oder der weiteren Sonotrode (3') unterschiedlich positioniert wird, und mittels der Sonotrode und/oder der mindestens einen weiteren Sonotrode (3') an unterschiedlichen Stellen des Dokumentenkörpers (10) vorspringende Reliefstrukturen (19) und vertiefte Reliefstrukturen (20) ausgebildet werden, um eine individualisierte und/oder personalisierte Gesamtreliefstruktur zu schaffen.
  4. Vorrichtung (1) zum Einbringen eines Sicherheitsmerkmals in eine Wert- oder Sicherheitsdokument (2), welches einen Dokumentenkörper (10) mit einer thermoplastischen Oberflächenschicht (8) umfasst, wobei die Vorrichtung (1) umfasst:
    eine Schallquelle (4),
    eine mit der Schallquelle (4) gekoppelte strukturierte Sonotrode (3), die beweglich relativ zu einem Amboss (5) gelagert ist,
    ein Stellglied, über das die Sonotrode (3) relativ zu dem Amboss (5) bewegt werden kann, und eine Steuereinheit (11), die das Stellglied (7) und die Schallquelle (4) ansteuert, um die Sonotrode (3) und den Amboss (5) aufeinander zu zu bewegen und den Dokumentenkörper (10) zwischen der Sonotrode (3) und dem Amboss (5) zu klemmen sowie Schallenergie über die Sonotrode (3) einzukoppeln, so dass die Sonotrode (3) die Oberflächenschicht (8) strukturiert,
    wobei
    die Sonotrode (3) eine Solleindringebene (15) aufweist und die Sonotrode (3) so strukturiert ist, dass aus der Solleindringebene (15) vorspringende Bereiche (12) und in die Solleindringebene (15) hineinragende vertiefte Bereiche (13) existieren, wobei die Sonotrode (3) während der Schalleinkopplung unter Anwenden von Druck in den Dokumentenkörper (10) bewegbar ist, bis die Solleindringebene (15) mit einem Dokumentkörperoberflächensollniveau (17) übereinstimmt und die vorspringenden Bereiche (12) vertiefte Reliefstrukturen (20) und die vertieften Bereiche (13) hervorspringende Reliefstrukturen (19) in der Oberflächenschicht (8) erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen der vertieften Bereiche (13) einem Volumen der vorspringenden Bereiche (12) entspricht.
  5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (3) in der Weise ausgestaltet wird oder ist, dass die vorspringenden Bereiche (12) jeweils benachbart zu mindestens einem vertieften Bereich (13) an geordnet sind, so dass während der Einkopplung des Schalls von den mit der Oberflächenschicht (8) in Kontakt stehenden vorspringenden Bereichen (12) erwärmtes Material der Oberflächenschicht (8) in die vertieften Bereiche (13) der Sonotrode (3) fließen kann.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem vorspringenden Bereich (12) der Sonotrode (3) mindestens ein benachbarter vertiefter Bereich (13) existiert und diese ausgebildet sind, dass eine Kontur eines Übergangsbereichs zwischen dem vorspringenden Bereich (12) und dem vertieften Bereich (13) in einer Schnittebene, die senkrecht zu der Solleindringebene (15) der Sonotrode (3) steht, eine stetige monotone Kurve bildet.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Solleindringebene (15) der Sonotrode (3) umlaufend um die vertieften Bereiche (13) und vorspringenden Bereiche (12) glatt und eben ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das die Steuereinheit (11) ausgebildet ist, das Stellglied (7) solange während des Einkoppelns von Schall anzutreiben, bis die Solleindringebene (15) in Kontakt mit der Oberflächenschicht (8) des Dokumentenkörpers (10) gelangt.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das die Schallquelle (4) eine Ultraschallquelle ist.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere strukturierte Sonotrode (3') mit einer weiteren Schallquelle (4') gekoppelt ist und über ein weiteres Stellglied (7') relativ zu einem weiteren Amboss (5') beweglich angeordnet ist und mindestens eine Transporteinrichtung (6) vorgesehen ist, über die der Dokumentenkörper (10) relativ zu der Sonotrode (3) und/oder der weiteren Sonotrode (3') unterschiedlich positionierbar ist, so dass die Reliefstruktur individualisiert in dem Dokumentenkörper ausbildbar ist.
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