EP2653301A1 - Method for manufacturing a set of embossing rollers - Google Patents

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EP2653301A1
EP2653301A1 EP12164380.3A EP12164380A EP2653301A1 EP 2653301 A1 EP2653301 A1 EP 2653301A1 EP 12164380 A EP12164380 A EP 12164380A EP 2653301 A1 EP2653301 A1 EP 2653301A1
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EP
European Patent Office
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embossing
roller
rollers
roll
structures
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12164380.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Charles Boegli
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Boegli Gravures SA
Original Assignee
Boegli Gravures SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Boegli Gravures SA filed Critical Boegli Gravures SA
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Priority to PCT/EP2013/056144 priority patent/WO2013156256A1/en
Priority to EP13711433.6A priority patent/EP2838721B9/en
Priority to BR112014025767-1A priority patent/BR112014025767B1/en
Priority to SG11201405930WA priority patent/SG11201405930WA/en
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Priority to PL13711433.6T priority patent/PL2838721T4/en
Priority to MX2014012092A priority patent/MX348059B/en
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    • B31F1/00Mechanical deformation without removing material, e.g. in combination with laminating
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65B19/02Packaging cigarettes
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    • B65B19/228Preparing and feeding blanks
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    • B31F2201/0715The tools being rollers
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    • B31F2201/07Embossing
    • B31F2201/0707Embossing by tools working continuously
    • B31F2201/0715The tools being rollers
    • B31F2201/0741Roller cooperating with a non-even counter roller

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing embossing rolls for a device for embossing packaging materials with a set of two rolls, according to the preamble of claim 1 and to a set of embossing rolls produced according to the above method as well as to the use of embossing rolls in a device with two embossing rollers for embossing packaging material.
  • Packaging films for the tobacco industry or for the food industry have been embossed for quite some time with embossing roll devices, wherein z.
  • so-called inner liners which are wrapped around a number of cigarettes, or can act as packaging material for chocolate, butter or similar foods, electronic components, jewelry or watches.
  • the so-called inner liners initially consisted of pure aluminum foils, such as household foils, and these were characterized by the fact that they were carried out between two rolls, of which at least one roller had a relief, the so-called logos.
  • a pair of rollers consisted in the majority of a steel roller on which a relief was formed and a counter-roller of a resilient material, such as rubber, paper or Plexiglas.
  • the relief of the patrix roll was transferred to a layer on the die roll and became the recesses corresponding to the raised spots etched out or otherwise worked out. Recently, lasers have been used for this engraving.
  • Tactile generated Information can be read out, for example, by means of laser beams through the surface-dependent reflectivity. There are also developments today that aim to create acoustically audible effects by painting the surface.
  • Another object is to produce such a set of rolls industrially in the required precision and quantities. This object is achieved with the method according to Claim 10 solved. Other objects and advantages will be apparent from the dependent claims and the description below.
  • Fig. 1 shows a stamping device 1 according to the prior art with a set of two rollers 2 and 3 of the type pin up - pin up.
  • the steel cylinder thereof have excellent teeth 4, which are usually pyramidal and either a square or a rectangular Have base.
  • teeth 4 are usually pyramidal and either a square or a rectangular Have base.
  • the axis 5 of the driven roller 2 is fixedly mounted, while the counter-roller 3 is driven and synchronized by the driven roller.
  • more than two embossing rollers may be arranged in such an embossing device, for. B. an embossing roller and two counter-rollers.
  • the axis 5 of the counter roller 3 is movable in the three dimensions such that a tooth of a roller can get between four teeth of the other roller, so that a slip-free self-synchronization is possible.
  • teeth of the driven roller are either completely removed or only partially, giving an image that varies with the angle of incidence and viewing angle of the viewer.
  • mount on or on the teeth by means of micro engravings authentication features or to remove or modify certain teeth in a predetermined arrangement.
  • the pin-up-pin-up rollers are excellently suited and have proven themselves over decades.
  • the requirements for precision of embossing as well as adaptations to a growing variety of packaging materials such as plastic films, hybrid films, cardboard or semi-board have increased and the more stringent regulations regarding advertising and new types of embossing which have been promised cover the limits of Pin up-pin-up embossing roll devices.
  • the device 7 according to Fig. 2 has two rollers 2 and 8, wherein the Patrizenwalze 2 may be the same as in Fig. 1 while the die roller 8 is a so-called pin down roller and the recesses 9 correspond inversely congruent to the teeth 4 on roller 2.
  • roller 2 is driven by the drive 6, while the roller 8 is driven by the teeth 4.
  • the teeth and the recesses must be worked very precisely and coordinated with each other.
  • the patrone roller 2 is manufactured and brought together with a die steel cylinder such that the teeth of the patrone roller are imaged on the die cylinder, generally with a photoresist, wax or similar layer applied to the die cylinder. Then, the recesses 9 corresponding to the teeth 4 are machined in the die cylinder, generally by etching. However, it is also known to work out the depressions of the die roller mechanically or by means of a laser system.
  • the surface structures of the rolls are required in a greater variety, as well as more rationally and, more particularly, more precisely for a substantial improvement of the embossing possibilities and quality and, above all, for use in online processes can be produced. While the accuracy of the prior art could be ensured by etching or by mechanical processing with great effort, this does not apply to the rational and thus faster production of the male-die rollers in a wide variety of surface structures.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an embossing device 10 according to the invention with a Patrizenwalze P11 and a stencil roll M11 and an enlarged illustration of their surface structures, are shown in the rough structures GP1 and GM1 in the form of diamonds, see also the FIGS. 10 to 16 ,
  • the driving force is transmitted from the punching roller P11 driven by the belt drive 6 to the die roller M11 via gears 39 and 40.
  • Rolls P11E and M11E have a rough structure GPE and GME consisting of the capital letter "E".
  • rollers P11W and M11W have the same rough structure GPE and GME, which consists of the capital letter "E” and a coat of arms W.
  • This coat of arms W on the patrone roller P11W is in Fig. 6 presented in different views, in Fig. 6A from the top, in Fig. 6B in perspective and in Fig. 6C on average.
  • Fig. 7 shows a variant of the roller pair of Fig. 5 in which the two rollers P11B and M11B have, in addition to the patterns "E" and the arms W, positioning marks 27 and 28 in order to be able to synchronize the rollers and the embossing material by means of a camera.
  • Fig. 8 shows a pair of embossing rollers P11L and M11L, which have no structures except for the coat of arms and are also provided with the markings 27 and 28.
  • a laser device L12 is shown with a laser 12 connected to a control circuit 13 which controls the laser 12 and a deflection unit 14 which may include beam splitters as well as acousto-optic or electro-optic modulators or polygon mirrors.
  • the deflection unit 14, the focusing optics 15 and the deflection mirror 16 form the engraving unit 17, which can be displaced linearly in the X-axis, as symbolically indicated by the X-arrow. But it can also be provided to move the entire laser device L1 in the X-axis.
  • the control circuit 13 is connected to a position sensor 18 to receive and utilize the data of the rotating workpiece 22, here an embossing roll blank.
  • the workpiece is driven by a drive 23, which is symbolized by the rotation angle ⁇ .
  • a deflection unit which may include, for example, one or more beam splitters and electro-optic or acousto-optic modulators or one or more polygon mirrors, enables the splitting of the original laser beam into two or more laser beams impinging simultaneously on two or more tracks SL, but have such a distance from each other that they do not disturb each other.
  • the time interval between the impact of the individual pulses can be chosen so large that a thermal overload does not occur.
  • the energy is applied in a very short period of time, allowing for so-called "cold ablation" where the material vaporizes rapidly without unacceptable heating of the adjacent material becomes.
  • the undesirable liquid state of the material which produces crater edges and splashes, can be virtually completely avoided.
  • the desired structures are created on a computer that controls the laser system so that it does not matter if a surface structure is created for a punch roll or a die roll.
  • a suitable steel, carbide or ceramic is used for example.
  • Fig. 10 - 16 From the very large variety of possible surface structures, a small number of different structures are shown. Therein, the coarse structure GP1 and GM1 are the same as in FIG Fig. 3 as the superimposed fine structures change.
  • the rhombuses 21 shown in the rough structures have male lands 22P and female grooves 22M. Exemplary dimensions are a longitudinal diagonal from 4 to 6 mm, in particular 4.6 mm and a transverse diagonal of 1.5 mm to 3 mm, in particular 2.0 mm, while the width of the webs and grooves 22 is about 0.2 mm. In the enlargements, the female mold is on the left and the male on the right, with the illumination shining from the lower left.
  • the coarse structures GP1 and GM1 are each overlaid with a fine structure FP and FM, whereby these fine structures differ in their shapes.
  • the fine structure FPQ consists of squares.
  • the pitch of the squares, ie the repeating distance from each other, is about 0.04 mm.
  • the patrix and matrix structures are not exactly inversely-congruent but their shapes and dimensions differ by a certain size from each other.
  • the fine structure FPD and FMD are diamond-shaped instead of square.
  • the dimensions are in Fig. 11 a bit bigger than in Fig. 10 , that is, the pitch of fine structuring here is 0.07 mm, but may of course be less, for example 0.05 mm or have a larger amount.
  • Fig. 13 is the fine structure FPR and FMR around. Again, the pitch of the fine structure can be 0.07 mm.
  • Fig. 14 only the coarse structure GP1 and GM1 is shown, without fine structures.
  • Such a structure is particularly suitable for the production of tactile structures that are not only palpable but also aesthetically pleasing have attractive appearance. This can z. B. characters in braille or acoustically usable structures are generated.
  • Fig. 15 That is, it is shown that the male pattern GP1 is not superimposed with a fine pattern, while the template pattern GM1 is superimposed with a fine pattern FM (Q, D, Rh, R) which can be square, diamond, rhombus or round, as previously shown according to FIG. 5 a coat of arms or the like may have decoration.
  • FM Q, D, Rh, R
  • Fig. 16 It is shown that the male rough pattern GP1 is superimposed on a fine pattern FP (Q, D, Rh, R), while the template rough pattern GM1 has no fine pattern.
  • a microstructure may be overlaid to produce, for example, authentication features or other distinguishing features that are generally invisible to the naked eye.
  • Fig. 17 - 20 There are shown schematically some possibilities how the matrix structure can deviate from the patrix structure.
  • the surface structures are tooth-shaped and enlarged in order to make the deviations more visible.
  • the errors i. the manufacturing tolerances are defined.
  • the improvements in roll manufacturing are aimed at producing more accurate and suitable fine-embossing structures, and thus the problem arises of achieving close manufacturing tolerances.
  • these tolerances are also influenced by the surface quality of the rolls and it is therefore advantageous to use a hard surface.
  • These may be solid carbide rolls or metal rolls having a hard metal surface or all-ceramic rolls or metal rolls having a ceramic surface. These are all materials that are particularly suitable for fine machining by means of a laser system. In most cases, it is advantageous to provide the surface of the embossing rollers with a suitable protective layer.
  • an error of 2-4 microns and in the axial direction of such a +/- 2 microns sought and in the height, with a tooth height of 0.1 mm, one of 0.5 to 3 microns.
  • an angular error of less than 3 ° is sought. This results in a maximum linear error of +/- 5 ⁇ m for new rolls, so that the production-related deviations can be up to 10 ⁇ m.
  • the upper limit of the difference of the structures is set by the condition that the two rolls can work together unimpaired.
  • the desired difference of the respectively assigned structures on the male and on the die depends strongly on the material to be embossed.
  • the linear difference for embossing a film about 30 ⁇ m thick is about 40 ⁇ m and for embossing a semi-cardboard about 300 ⁇ m thick about 120 ⁇ m.
  • the diameter of one of the rollers is intended to be less than the remainder of the roller over at least the length of the film by an amount greater than 0.02 mm.
  • a more uniform embossing can be produced.
  • FIGS. 17-20B is such a reduction, or smaller diameter of the Patrizenwalzen designated by an 'S'.
  • spacer means may be provided, for. B. an electronic or mechanical distance control.
  • the die roll M 23 has a surface structure SM 23, wherein two opposite Flanks of the recesses have an angle ⁇ 23 and the Patrizenwalze P 23 has a structure SP 23, wherein two opposite edges of the teeth enclose an angle ⁇ 23 and ⁇ 23 is smaller than ⁇ 23.
  • the angle can be an amount of 10 ° to 110 ° and have a difference of more than 4 °.
  • the die roll M24 in Fig. 18 has a die structure SM24 whose grooves N24 have a flat groove surface.
  • the male part P24 has a surface structure SP24 whose teeth T24 are rounded.
  • the die roll M25 off Fig. 19 has the same surface texture SM24 as before, while the teeth T25 of the patrone roll P25 are flattened at the tip.
  • Fig. 20 shows a further embodiment, wherein the die roll M26 has a surface structure SM26, with rounded grooves N26, while the teeth T26 in the surface structure SP26 of the male roll P26 are also rounded, but have a smaller radius than the grooves N26.
  • Fig. 20A shows a further embodiment, wherein the die roller M27 has a surface structure SM27, here with a rounded groove N27, while the spring T27 in the surface structure SP27 of the male roll P27 is also rounded, but has a smaller radius than the groove N27.
  • Fig. 20B shows a further embodiment, wherein the die roll M28 has a surface structure SM28, with rounded grooves N28, while the teeth T28 in the surface structure SP28 of the male roll P28 also are rounded, but have a smaller radius than the grooves N28.
  • the quick-change device 30 of FIGS. 21 and 22 The roller carrier 34 serves to fix the driver roller 36, which is driven via the drive 6 (not shown), and roller carrier 35 serves to fasten the roller die 37.
  • roller carrier 34 is inserted in the receptacle 32 and roller carrier 35 in the receptacle 33.
  • the housing 31 is closed with a cover plate 38.
  • the die roll is driven by the driven male roll 36 via gears 39 and 40, respectively, located at one end of the rolls.
  • gears 39 and 40 are very finely executed.
  • other synchronization means may also be used, eg electric motors.
  • the roll axis 41 of the male roll 36 is rotatably supported in a needle bearing 42 in the roll carrier 34 and on the other side in a ball bearing 43.
  • the two ends 44 and 45 of the roller carrier are held in corresponding openings 46 and 47 in the housing, or end plate.
  • the housing bottom has a T-shaped groove 48, which corresponds to the roller carrier base a T-shaped spring 49.
  • the roll axis 50 of the die roll 37 is mounted on one side, in the drawing on the left, in a wall 51 of the roll carrier 35 and on the other side in a second wall 52 of the roll carrier.
  • the edges 53 of the cover 54 of the roller carrier are formed as springs, which can be pushed into the corresponding T-slot 55 in the housing 31.
  • one side wall 51 fits into a corresponding opening 56 in the housing wall.
  • the lid 57 projecting part of the side wall 52 fits into a recess 58 in the housing wall.
  • the housing 60 does not have a closure plate but a wall 61 having a lower half-round aperture 62 and an upper approximately rectangular aperture 63.
  • the two rollers and the roll supports are the same as before and the T-shaped groove for receiving the die roll carrier and the T-shaped Groove 48 in the housing bottom are also the same.
  • the rear openings are similar to the front openings 62 and 63 in the drawing. Also in this embodiment, the roller carriers are uniquely and accurately fixed in the housing.
  • the quick-change device 64 includes two identical roller supports 65 and 66, both having a T-shaped spring 49, wherein the one roller support 65 in the bottom and the other roller support 66 is guided and held on the ceiling of the housing 67.
  • the two roll carriers are secured by means of a closure plate 68 in opening 69 for receiving a roll end.
  • the quick-change device 70 includes a housing 71 with two opposite side walls 72, 73 in the two openings 74, 75 are arranged to receive the axes 76, 77 of the two embossing cylinders 36, 37 with gears 39 and 40. From this simplified scheme, it can be seen that first the roller is inserted into the housing and then the axle is inserted and fastened. It also follows from this example that a quick change is possible without a roll carrier.

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Abstract

The method involves providing an embossing roller set comprising a male roller (P11) including a male surface structure with structural elements and logo structures and comprising a female roller (M11) with a female surface structure that is associated to the surface structure of the male roller for embossing operation with the male roller. The embossing rollers are used for fine embossing in on-line process, where the associated female surface structure is produced independently of previously produced or physically pre-existing male surface structure. An independent claim is also included for an embossing roller set.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Prägewalzen für eine Vorrichtung zum Prägen von Verpackungsmaterialien mit einem Satz von zwei Walzen, gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1 und auf einen Satz von Prägewalzen, hergestellt gemäss dem obigen Verfahren sowie auf die Verwendung von Prägewalzen in einer Vorrichtung mit zwei Prägewalzen zum Prägen von Verpackungsmaterial.The present invention relates to a method for producing embossing rolls for a device for embossing packaging materials with a set of two rolls, according to the preamble of claim 1 and to a set of embossing rolls produced according to the above method as well as to the use of embossing rolls in a device with two embossing rollers for embossing packaging material.

Verpackungsfolien für die Tabakindustrie oder für die Lebensmittelindustrie werden schon seit geraumer Zeit mit Prägewalzen-Vorrichtungen geprägt, wobei es sich z. B. um sogenannte Innerliner, die um eine Anzahl Zigaretten gehüllt werden, oder um Verpackungsmaterial für Schokolade, Butter oder ähnliche Lebensmittel, Elektronikbauteile, Schmuck oder Uhren handeln kann.Packaging films for the tobacco industry or for the food industry have been embossed for quite some time with embossing roll devices, wherein z. For example, so-called inner liners, which are wrapped around a number of cigarettes, or can act as packaging material for chocolate, butter or similar foods, electronic components, jewelry or watches.

Die sogenannten Innerliner bestanden zunächst aus reinen Aluminiumfolien, wie zum Beispiel Haushaltsfolien, und diese wurden dadurch geprägt, dass sie zwischen zwei Walzen durchgeführt wurden, wovon mindestens eine Walze ein Relief aufwies, die sogenannten Logos. Bis etwa 1980 bestand ein solches Walzenpaar mehrheitlich aus einer Stahlwalze, auf der ein Relief geformt war und aus einer Gegenwalze aus einem resilienten Material, beispielsweise Gummi, Papier oder Plexiglas. Durch das Eindrücken des Reliefs der Patrizenwalze in die Gegenwalze = Matrizenwalze wurde der spiegelbildliche Abdruck hergestellt.The so-called inner liners initially consisted of pure aluminum foils, such as household foils, and these were characterized by the fact that they were carried out between two rolls, of which at least one roller had a relief, the so-called logos. Until about 1980, such a pair of rollers consisted in the majority of a steel roller on which a relief was formed and a counter-roller of a resilient material, such as rubber, paper or Plexiglas. By impressing the relief of the Patrizenwalze in the mating roll = die roll of the mirror image impression was prepared.

Für anspruchsvollere Logos wurde das Relief der Patrizen-Walze auf eine Schicht auf der Matrizenwalze übertragen und die den erhabenen Stellen entsprechenden Vertiefungen wurden herausgeätzt oder anderweitig herausgearbeitet. In letzter Zeit wurde für diese Gravur auch Laser verwendet.For more sophisticated logos, the relief of the patrix roll was transferred to a layer on the die roll and became the recesses corresponding to the raised spots etched out or otherwise worked out. Recently, lasers have been used for this engraving.

Da diese Herstellung von Matrizenwalzen aufwendig ist, setzte sich ab etwa 1980, nach dem Anmelden der US 5 007 271 des gleichen Anmelders, ein sogenanntes Pin up-Pin up-System durch, wobei zwei identische Stahlwalzen mit einer sehr grossen Anzahl von kleinen Zähnen ineinandergreifen und das zwischendurch laufende Papier prägen. Logos werden dadurch hergestellt, dass Zähne auf einer Walze ganz oder teilweise entfernt werden.Since this production of die rollers is expensive, sat down from about 1980, after the registration of US 5,007,271 by the same Applicant, a so-called pin up pin-up system, wherein two identical steel rollers with a very large number of small teeth intermesh and stamp the paper running in between. Logos are made by removing all or part of the teeth on a roller.

Dadurch wurde es auch möglich, das sogenannte Satinieren zu erzeugen, wobei durch die grosse Anzahl von kleinen Vertiefungen, die durch die Zähne hervorgerufen worden sind, die Oberfläche ein mattes und dadurch auch edleres Aussehen erhält.As a result, it has also been possible to produce the so-called satin, whereby the surface receives a dull and thereby also more noble appearance due to the large number of small depressions which have been caused by the teeth.

Parallel zu den Entwicklungen der Prägetechnik, bzw. der Herstellung der Prägewalzen, vollzog sich auch ein Wandel in den Verpackungsmaterialien, wobei die ursprünglich ganzmetallene Aluminiumfolie durch Papierfolien ersetzt wurde, deren Oberflächen aus Umweltüberlegungen mit immer dünneren Metallschichten beschichtet wurden, wobei zuletzt die Metallschicht aufgesputtert wurde. In neuerer Zeit und auch in der Zukunft wird die Metallisierung der Innerliner noch geringer werden oder ganz verschwinden.Parallel to the developments of embossing technology, or the production of embossing rollers, also a change took place in the packaging materials, wherein the originally all-metal aluminum foil was replaced by paper foils, whose surfaces were coated from environmental considerations with ever thinner metal layers, with the last sputtered the metal layer , In more recent times, and also in the future, the metallization of inner liners will become even smaller or disappear altogether.

Gleichzeitig dazu sind Bestrebungen im Gange, vom klassischen Verpackungssystem Zigaretten in Innerlinern verpackt und diese Packung in einem Kartongehäuse gesteckt, wegzukommen, zu sogenannten Weichpackungen, wobei nur noch eine Umhüllungsfolie vorgesehen ist, die beide Funktionen, nämlich das Feuchthalten der Zigaretten und Schutz vor äusseren Geruchseinflüssen einerseits und eine gewisse Steifigkeit zum mechanischen Schutz der Zigaretten andererseits, zu übernehmen.At the same time efforts are underway, packaged by the classic packaging system cigarettes in inner liners and put this pack in a cardboard housing to get away, so-called soft packs, with only a wrapping film is provided, both functions, namely the moisturization of cigarettes and protection against external odors on the one hand and a certain Stiffness for the mechanical protection of cigarettes on the other hand, to take over.

Die Entwicklungen in der Herstellung der Prägewalzen, insbesondere durch den gleichen Anmelder bekannt, siehe beispielsweise US 7 036 347 , führten zu einem immer grösseren Umfang an dekorativen Effekten auf den Innerlinern und zu einer grösseren Werbevielfalt, was nicht nur in der Zigarettenindustrie sondern auch in der LebensmittelIndustrie angewandt wurde. Neuerdings sind jedoch Bestrebungen im Gange, die Werbung für Rauchwaren stark zu reduzieren oder ganz zu eliminieren, so dass eine Prägung der Innerliner mit werbewirksamen Designs nicht mehr im bisherigen Umfang möglich sein wird. Es werden daher vermehrt Wege gesucht, neue dekorative Effekte ohne Verwendung von auffälligen Prägungen, Goldrändern oder dergleichen Verzierungen zu erzeugen.The developments in the production of embossing rollers, in particular by the same applicant known, see, for example US Pat. No. 7,036,347 , have led to an ever-increasing amount of decorative effects on the inner liners and to a greater variety of advertising, which has been used not only in the cigarette industry but also in the food industry. Recently, however, efforts are underway to reduce the advertising of tobacco products greatly or eliminate altogether, so that an imprint of the innerliner with promotional designs will not be possible to the extent possible. There are therefore increasingly sought ways to create new decorative effects without the use of conspicuous imprints, gold edges or the like ornaments.

Es werden auch neue Wege für die Produkteidentifizierung gesucht, die bis anhin vor allem in weltweit gepflegten Markennamen sichergestellt worden ist. Heute kommen sogenannte taktile Effekte zum Einsatz, die durch spezielle Oberflächenstrukturen der Papiere oder durch Spezialgravuren erzeugt werden. Textilien wie Papiere werden mit blähbaren IR-Absorption optimierten Farben versehen, welche sogenannte Pseudoprägungen erzeugen. Sinn dieser Technik kann eine spürbare Reliefbildung sein, um zum Beispiel eine samtartige Oberfläche oder einen Matteffekt zu erzeugen. Beim Einsatz für lebensmittelechte Zwecke sind benetzende Techniken jedoch fraglich.It is also looking for new ways for product identification, which has been ensured until now, especially in globally cultivated brand names. Today, so-called tactile effects are used, which are produced by special surface structures of the papers or by special engravings. Textiles such as papers are provided with inflatable IR absorption optimized colors, which produce so-called pseudo-embossings. Sense of this technique can be a noticeable relief formation, for example, to create a velvety surface or a matte effect. When used for food-safe purposes, however, wetting techniques are questionable.

Bei taktilen Oberflächen identifiziert der Konsument das Produkt durch seinen Tastsinn. Ausserdem kann dies zum Einsatz für Blindenschriften oder zur Erzeugung von versteckten Sicherheitsmerkmalen führen. Taktil erzeugte Informationen können zum Beispiel mittels Laserstrahlen durch die Oberflächen abhängige Reflektivität ausgelesen werden. Es gibt heute auch Entwicklungen, die zum Ziele haben, durch Bestreichen der Oberfläche akustisch hörbare Effekte zu erzeugen.In tactile surfaces, the consumer identifies the product by his sense of touch. It may also result in braille usage or hidden security features. Tactile generated Information can be read out, for example, by means of laser beams through the surface-dependent reflectivity. There are also developments today that aim to create acoustically audible effects by painting the surface.

Ein anderer Bereich der Tabakindustrie befasst sich mit der Zigarette selber, zum Beispiel mit dessen Mundstück, auch Tipping genannt.Another area of the tobacco industry deals with the cigarette itself, for example, with the mouthpiece, also called tipping.

Die immer restriktiver wirkende Gesetzgebung bezüglich Raucherwaren, sowie das Bestreben, weitere Merkmale wie taktile, akustische oder andere optische Merkmale einerseits und die immer grössere Vielfalt von verschiedenartigen Verpackungsmaterialien wie Aluminiumfolien, metallbeschichtete Papiere, Tippingpapiere, Hybridfolien, Kunststofffolien, Karton oder Halbkarton andererseits führen dazu, dass die herkömmlichen Pin up-Pin up-Prägewalzen, bei denen sowohl die angetriebene Walze als auch die Gegenwalzen eine grosse Anzahl von Zähnen aufweisen, zwar für das Prägen von Innerlinern weiterhin voll und erfolgreich einsetzbar sind, jedoch für die oben angegebenen Ziele an ihre Grenze stossen.The increasingly restrictive legislation on smokers, as well as the desire to further features such as tactile, acoustic or other optical features on the one hand and the ever-increasing variety of packaging materials such as aluminum foil, metal-coated papers, Tippingpapiere, hybrid films, plastic films, cardboard or half board on the other cause Although conventional pin-up pin-up embossing rollers, in which both the driven roller and the counter-rollers have a large number of teeth, are still fully and successfully applicable to embossing inner liners, they reach their limits for the purposes set out above bump.

Bekannte Walzensysteme mit einer Patrizenwalze mit Patrizenstrukturen und einer Matrizenwalze mit dazu invers kongruenten Matrizenstrukturen können zwar den Bereich von dekorativen Elementen erweitern, sind jedoch infolge des paarweisen Anfertigen und Sortieren in der Herstellung sehr kostenintensiv und vor allem zeitaufwendig, so dass sich deren Herstellung für eine industrielle Prägung von zum Beispiel metallisierten Innerlinern für die Tabakindustrie nicht eignet.Although known roller systems with a patrone roller with Patrizenstrukturen and a matrix roller with inversely congruent Matrizenstrukturen can extend the range of decorative elements, however, are very cost-intensive and, above all, time-consuming due to the pairwise manufacturing and sorting in the production, so that their production for an industrial Embossing of, for example, metallised inner liners is not suitable for the tobacco industry.

Ausserdem kann eine Feinprägung nur mit einem sehr grossen Aufwand bei der Herstellung solcher Walzen gewährleistet werden. Hinzu kommt, dass in diesem Fall bei der Verwendung einer Patrizenwalze und einer invers kongruenten Matrizenwalze die dazwischen liegende Folie beim Prägen derart gequetscht wird, dass in der Querrichtung Spannungen entstehen, die für Tabakwarenpapiere inakzeptabel sind. Ausserdem ergibt sich eine schwer beherrschbare Grenze zur Lochbildung und es sind sehr hohe Drücke für ein Highspeed-Online-Verfahren notwendig, wobei die Prägezeiten im Millisekunden-Bereich liegen. Schliesslich besteht eine Tendenz, dickere Papiere zu verwenden.In addition, a fine embossing can be ensured only with a very large effort in the production of such rolls. In addition, in this case, when using a patrone roller and an inversely congruent die roller, the intervening film is squeezed during embossing so as to generate tensions in the transverse direction which are unacceptable to tobacco product papers. In addition, there is a hard-to-control limit for hole formation and very high pressures are required for a high-speed on-line method, with the stamping times in the millisecond range. Finally, there is a tendency to use thicker papers.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich als eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von einem Satz Prägewalzen anzugeben mit dem es möglich ist, Feinprägungen für die verschiedensten, beschriebenen Oberflächenstrukturen der angegebenen Materialien verschiedenster Art im Online-Betrieb einer Verpackungsanlage durchzuführen. Dabei wird unter Feinprägung verstanden, dass die Konturen der Feinprägestrukturen der Walzen mit einem linearen Gesamtfehler von weniger als +/- 10 µm und einem Winkelfehler von weniger als 5° aufweisen. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.From the foregoing, it is an object of the invention to provide a method for producing a set of embossing rollers with which it is possible to carry out embossing for the most varied described surface structures of the specified materials of various kinds in the online operation of a packaging plant. Fine embossing is understood to mean that the contours of the fine embossing structures of the rolls have a total linear error of less than +/- 10 μm and an angle error of less than 5 °. This object is achieved by the method according to claim 1.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Verformungen der geprägten Folien beim Prägen von regelmässig angeordneten und gleichförmigen Strukturen quer zur Laufrichtung derart klein zu halten, dass die Walzen im Online-Betrieb einer Verpackungsanlage einsatzfähig sind. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäss Anspruch 6 gelöst.It is a further object of the invention to keep deformations of the embossed films during embossing of regularly arranged and uniform structures transversely to the running direction so small that the rollers are operational in the online operation of a packaging installation. This object is achieved by the method according to claim 6.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen solchen Satz Walzen industriell in erforderlicher Präzision und Stückzahlen herzustellen. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäss Anspruch 10 gelöst. Weitere Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Another object is to produce such a set of rolls industrially in the required precision and quantities. This object is achieved with the method according to Claim 10 solved. Other objects and advantages will be apparent from the dependent claims and the description below.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1
zeigt schematisch einen Satz Prägewalzen des Pin Up - Pin up-Typs des Standes der Technik in einer Prägevorrichtung, wobei beide Walzen aus dem Zylinder herausragende Zähne aufweisen,
Fig. 2
zeigt schematisch einen Satz Prägewalzen des Pin Up - Pin Down - Typs des Standes der Technik, wobei die Matrizen-Walze = Pin Down Walze, invers kongruent zur Patrizen-Walze = Pin Up-Walze ausgebildet ist,
Fig. 3
zeigt schematisch einen Satz Prägewalzen des Patrizen-Matrizen-Typs gemäss Erfindung,
Fig. 4
zeigt eine Ausführungsvariante zum Satz Prägewalzen von Fig. 3,
Fig. 5
zeigt eine weitere Ausführungsvariante zum Satz Prägewalzen von Fig. 3,
Fig. 6
zeigt drei verschiedene Vergrösserungen eines Details der Patrizenwalze des Prägesatzes von Fig. 5,
Fig. 7
zeigt eine Ausführungsvariante zum Satz Prägewalzen von Fig. 5,
Fig. 8
zeigt eine weitere Ausführungsvariante zum Satz Prägewalzen von Fig. 3,
Fig. 9
zeigt eine Laseranlage zur Erzeugung von Strukturen von Patrizen-Matrizen-Walzen gemäss Erfindung,
Figuren 10-16
zeigen Ausbildungsvarianten von Strukturen auf den Prägewalzen gemäss Fig. 3,
Figuren 17-20B
zeigen schematisch Schnittzeichnungen von Ausbildungen von nicht invers kongruenten Patrizen- und Matrizenstrukturen,
Fig. 21
zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht,
Fig. 22
zeigt die zusammengebaute Einrichtung von Fig. 21 in einem Schnitt,
Fig. 23
zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht,
Fig. 24
zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht, und
Fig. 25
zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht.
The invention will be explained in more detail below with reference to drawings of exemplary embodiments.
Fig. 1
1 schematically shows a prior art set of embossing rollers of the pin-up pin-up type in an embossing apparatus, both cylinders having protruding teeth from the cylinder;
Fig. 2
1 schematically shows a set of prior art pin up-pin down type embossing rolls wherein the die roll = pin down roll is inversely congruent with the punch roll = pin up roll,
Fig. 3
shows schematically a set of embossing rollers of the male-female type according to the invention,
Fig. 4
shows a variant of the set of embossing rolls of Fig. 3 .
Fig. 5
shows a further embodiment of the set embossing rolls of Fig. 3 .
Fig. 6
shows three different enlargements of a detail of the stamper roller of the stamping set of Fig. 5 .
Fig. 7
shows a variant of the set of embossing rolls of Fig. 5 .
Fig. 8
shows a further embodiment of the set embossing rolls of Fig. 3 .
Fig. 9
shows a laser system for producing structures of male-female rolls according to the invention,
Figures 10-16
show training variants of structures on the embossing rollers according to Fig. 3 .
Figures 17-20B
show schematically sectional drawings of embodiments of non-inversely congruent male and female structures,
Fig. 21
shows schematically a first embodiment of a quick-change device for the rollers according to the invention in a perspective view,
Fig. 22
shows the assembled device of Fig. 21 in a cut,
Fig. 23
shows schematically a second embodiment of a quick-change device for the rollers according to the invention in a perspective view,
Fig. 24
schematically shows a third embodiment of a quick-change device for the rollers according to the invention in a perspective view, and
Fig. 25
schematically shows another embodiment of a quick-change device for the rollers according to the invention in a perspective view.

Fig. 1 zeigt eine Prägevorrichtung 1 gemäss Stand der Technik mit einem Satz von zwei Walzen 2 und 3 des Typs Pin up - Pin up. Bei dieser Konfiguration besitzen die Stahlzylinder daraus hervorragende Zähne 4, die in der Regel pyramidenförmig sind und dabei entweder eine quadratische oder eine rechteckige Basis haben. In den Zigarettenverpackungsanlagen und anderen Verpackungsanlagen werden solche Walzen desselben Anmelders seit über zwanzig Jahren verwendet, wobei die Achse 5 der angetriebenen Walze 2 fest gelagert ist, während die Gegenwalze 3 von der angetriebenen Walze angetrieben und synchronisiert wird. Bekanntlich können mehr als zwei Prägewalzen in einer solchen Prägevorrichtung angeordnet sein, z. B. eine Prägewalze und zwei Gegenwalzen. Fig. 1 shows a stamping device 1 according to the prior art with a set of two rollers 2 and 3 of the type pin up - pin up. In this configuration, the steel cylinder thereof have excellent teeth 4, which are usually pyramidal and either a square or a rectangular Have base. In the cigarette packaging machines and other packaging machines such rollers of the same applicant are used for over twenty years, with the axis 5 of the driven roller 2 is fixedly mounted, while the counter-roller 3 is driven and synchronized by the driven roller. As is known, more than two embossing rollers may be arranged in such an embossing device, for. B. an embossing roller and two counter-rollers.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Achse 5 der Gegenwalze 3 in den drei Dimensionen beweglich ist derart, dass ein Zahn einer Walze zwischen vier Zähnen der anderen Walze gelangen kann, so dass eine schlupffreie Selbstsynchronisation möglich ist. Um Logos oder Authentifizierungsmerkmale herzustellen, werden Zähne der angetriebenen Walze entweder ganz entfernt oder nur teilweise, welches ein Bild ergibt, dass sich je nach Einfallswinkel und Betrachtungswinkel des Betrachters ändert. Ausserdem ist es bekannt, auf oder an den Zähnen mittels Mikrogravuren Authentifizierungsmerkmale anzubringen oder aber bestimmte Zähne in einer vorher bestimmten Anordnung zu entfernen oder zu modifizieren.It is advantageous if the axis 5 of the counter roller 3 is movable in the three dimensions such that a tooth of a roller can get between four teeth of the other roller, so that a slip-free self-synchronization is possible. To make logos or authentication features, teeth of the driven roller are either completely removed or only partially, giving an image that varies with the angle of incidence and viewing angle of the viewer. In addition, it is known to mount on or on the teeth by means of micro engravings authentication features or to remove or modify certain teeth in a predetermined arrangement.

Für das Versehen mit Authentifizierungsmerkmalen oder Dekorieren von Innerlinern, das heisst metallbeschichtetes Papier, sind die Pin up-Pin up-Walzen hervorragend geeignet und haben sich über Jahrzehnte bewährt. Wie eingangs erwähnt worden ist, sind die Anforderungen an die Präzision der Prägung sowie die Anpassungen an eine immer grössere Vielfalt von Verpackungsmaterialien wie Kunststofffolien, Hybridfolien, Karton oder Halbkarton gestiegen und auch die in Aussicht gestellten strengeren Vorschriften bezüglich Werbung und damit verbundenen neuen Prägungsarten decken die Grenzen von Pin up-Pin up-Prägewalzen-Vorrichtungen auf.For providing authentication features or decorating inner liners, ie metal-coated paper, the pin-up-pin-up rollers are excellently suited and have proven themselves over decades. As mentioned at the beginning The requirements for precision of embossing as well as adaptations to a growing variety of packaging materials such as plastic films, hybrid films, cardboard or semi-board have increased and the more stringent regulations regarding advertising and new types of embossing which have been promised cover the limits of Pin up-pin-up embossing roll devices.

Neben den Vorrichtungen mit Pin up-Pin up-Walzen, das heisst mit zwei oder mehreren Patrizenwalzen, sind auch Prägungen mit Vorrichtungen mit Patrizen-Matrizen-Walzen durchgeführt worden oder, wie in Fig. 2 veranschaulicht, mit sogenannten Pin-up - Pin-down-Walzenpaaren.In addition to the devices with pin-up pin-up rollers, that is, with two or more Patrizenwalzen, embossments have been carried out with devices with male-female rolls or, as in Fig. 2 illustrated with so-called pin-up pin-down roller pairs.

Die Vorrichtung 7 gemäss Fig. 2 weist zwei Walzen 2 und 8 auf, wobei die Patrizenwalze 2 die gleiche sein kann wie in Fig. 1, während die Matrizenwalze 8 eine sogenannte Pin down-Walze ist und die Vertiefungen 9 invers kongruent den Zähnen 4 auf Walze 2 entsprechen. Wie in Fig. 1 ist Walze 2 durch den Antrieb 6 angetrieben, während die Walze 8 über die Zähne 4 angetrieben wird. Um ein reibungsloses Prägen zu gewährleisten, müssen die Zähne und die Vertiefungen sehr exakt gearbeitet und aufeinander abgestimmt sein.The device 7 according to Fig. 2 has two rollers 2 and 8, wherein the Patrizenwalze 2 may be the same as in Fig. 1 while the die roller 8 is a so-called pin down roller and the recesses 9 correspond inversely congruent to the teeth 4 on roller 2. As in Fig. 1 Roller 2 is driven by the drive 6, while the roller 8 is driven by the teeth 4. In order to ensure a smooth embossing, the teeth and the recesses must be worked very precisely and coordinated with each other.

Zuerst wird die Patrizenwalze 2 hergestellt und mit einem Matrizen-Stahlzylinder zusammengebracht derart, dass die Zähne der Patrizenwalze sich auf dem Matrizenzylinder abbilden, wobei im Allgemeinen eine Photolack-, Wachs- oder ähnliche Schicht auf dem Matrizenzylinder aufgebracht ist. Dann werden die den Zähnen 4 entsprechenden Vertiefungen 9 im Matrizenzylinder herausgearbeitet, im Allgemeinen durch Ätzen. Es ist aber auch bekannt, die Vertiefungen der Matrizenwalze mechanisch oder mittels einer Laseranlage herauszuarbeiten.First, the patrone roller 2 is manufactured and brought together with a die steel cylinder such that the teeth of the patrone roller are imaged on the die cylinder, generally with a photoresist, wax or similar layer applied to the die cylinder. Then, the recesses 9 corresponding to the teeth 4 are machined in the die cylinder, generally by etching. However, it is also known to work out the depressions of the die roller mechanically or by means of a laser system.

Ausgehend von diesen zwei Grundmustern an Prägewalzen ist es bekannt, auf deren harten Oberfläche eine sehr grosse Vielzahl von Zeichen, Bildern, Buchstaben und dergleichen, im Allgemeinen 'Logos' genannt, sowie Sicherheitsmerkmale oder Authentifizierungsmerkmale, die oft von blossem Auge nicht entdeckt und durch geeignete optische Geräte gelesen werden können, zu formen.Based on these two basic patterns of embossing rollers, it is known on the hard surface of a very large variety of characters, images, letters and the like, generally called 'logos', as well as security features or authentication features that are often not detected by the naked eye and by appropriate optical devices can be read, shape.

Infolge der sehr aufwendigen Technik bei der Herstellung eines Patrizen-Matrizen-Walzenpaares gemäss Stand der Technik ist deren Anwendung für industrielle Zwecke sehr beschränkt. Im Allgemeinen werden solche Systeme für Einzelanfertigungen oder für Sonderzwecke verwendet. Ausserdem weist ein herkömmliches Patrizen-Matrizen-System mit invers kongruenten Strukturen unter anderem den gravierenden Nachteil auf, dass die Folie, insbesondere nach der Prägung von Reihenstrukturen, eine Verzerrung in Querrichtung aufweist, die das Weiterverarbeiten in einer Verpackungsanlage sehr erschwert. Ausserdem können die entstehenden Querspannungen zu Löchern in der Folie führen, so dass sie für die Anwendung im Lebensmittelbereich und in der Tabakwarenindustrie nicht verwendbar ist.Due to the very expensive technology in the production of a Patrizen-Matrizen roller pair according to the prior art, their application for industrial purposes is very limited. In general, such systems are used for one-off or special purpose. Moreover, a conventional male-female system with inversely congruent structures has, among other things, the serious disadvantage that the film, in particular after embossing of row structures, has a distortion in the transverse direction, which makes further processing in a packaging installation very difficult. In addition, the resulting transverse stresses can lead to holes in the film, so that it is not suitable for use in the food industry and in the tobacco industry.

Ausgehend von obiger Beschreibung wird für eine wesentliche Verbesserung der Prägemöglichkeiten und -qualität und vor allem auch für einen Einsatz im Online-Verfahren in erster Linie gefordert, dass die Oberflächenstrukturen der Walzen, insbesondere der Matrizenwalzen, in einer grösseren Vielfalt sowie rationeller und vor allem genauer hergestellt werden können. Während die Genauigkeit gemäss Stand der Technik durch Ätzen oder durch mechanische Bearbeitung mit grossem Aufwand gewährleistet werden könnte, gilt dies nicht für die rationelle und dadurch auch schnellere Herstellung der Patrizen-Matrizenwalzen in einer grossen Vielfalt der Oberflächenstrukturen.Based on the above description, the surface structures of the rolls, in particular the die rolls, are required in a greater variety, as well as more rationally and, more particularly, more precisely for a substantial improvement of the embossing possibilities and quality and, above all, for use in online processes can be produced. While the accuracy of the prior art could be ensured by etching or by mechanical processing with great effort, this does not apply to the rational and thus faster production of the male-die rollers in a wide variety of surface structures.

Des Weiteren besteht die Anforderung, dass Massnahmen ergriffen werden, um die Querspannungen in der geprägten Folie, die bei invers kongruenten Strukturen verstärkt auftreten, derart herabzusetzen, dass sie für die weitere Verarbeitung nicht mehr störend sind.Furthermore, there is a requirement that measures be taken in order to reduce the transverse stresses in the embossed foil, which increase in ingrated congruent structures, in such a way that they are no longer disturbing for further processing.

Eine Lösung liegt darin, die Oberflächenstrukturen der Walzen eines Satzes unabhängig voneinander zu formen, d.h. dass nicht zuerst die Patrizenwalze und davon physikalisch abhängig die Matrizenwalze geformt werden muss. Zur Zeit ist dies für die geforderte Präzision und Herstellungszeit vorzugsweise bei Verwendung einer geeigneten Laseranlage denkbar, die es ermöglicht, nicht nur Patrizenwalzen sondern auch Matrizenwalzen rationell, genau und vor allem sehr vielgestaltig und unabhängig voneinander herzustellen.One solution is to form the surface structures of the rolls of a set independently, i. that not first the patrone roller and physically dependent on the die roller must be formed. At present, this is for the required precision and production time preferably using a suitable laser system conceivable, which makes it possible not only Patrizenwalzen but also Matrizenwalzen rationally, accurately and above all very vielgestaltig and independently produce.

Es wurde erkannt, dass es die individuelle Herstellung von Patrizen- und Matrizenwalzen ermöglicht, eine Verminderung der Querspannungen dadurch zu erzielen, dass die Matrizenstrukturen nicht invers-kongruent, das heisst nicht genau, den zugeordneten Patrizenstrukturen entsprechen. Dadurch, dass die Dimensionen und Formen der Patrizenstrukturen, beispielsweise Zähne, nicht exakt den Vertiefungen in der Matrizenwalze entsprechen, wird nicht nur die Qualität der Prägung verbessert, sondern auch in vielen Fällen eine hinreichende Verminderung der Querspannungen in der geprägten Folie bewirkt.It has been recognized that the individual fabrication of male and female rolls enables a reduction in transverse strains by not matching the die structures inversely, that is, not exactly, with the associated male patterns. The fact that the dimensions and shapes of the male structures, for example teeth, do not correspond exactly to the depressions in the die roll not only improves the quality of the embossing, but also in many cases causes a sufficient reduction in the transverse stresses in the embossed film.

Speziell beim Prägen von zwei Tipping-Bahnen auf je einer Walze kann dies unter anderem zu einem Verziehen des Folienbandes führen, das insbesondere beim Schneiden zum Tragen kommen kann. Dieses Problem kann gemäss Wo-2011/098376 des gleichen Anmelders, die sich ausschliesslich auf Pin up - Pin up Walzen bezieht, dadurch gelöst werden, dass die Logozeilen auf den beiden Tippingbahnen je versetzt zueinander angeordnet sind. Das bewirkt, dass beim Schneiden der Tippingbahnen keine Spannungen entstehen und dass nachher die Tippingbahnstücke problemlos um das Zigarettenmundstück geklebt werden können, um ein Tipping zu ergeben, bei dem keine Naht ersichtlich ist.Especially when embossing two tipping webs on one roller each, this can lead to warping of the film web, which can come to fruition, in particular during cutting. This problem can according to Wo-2011/098376 of the same applicant, which relates exclusively to pin up - pin up rollers, thereby that the logo lines on the two Tippingbahnen are each arranged offset from each other. This means that when cutting the Tippingbahnen no tensions arise and that subsequently the Tippingbahnstücke can be easily glued around the cigarette mouthpiece to give a Tipping, where no seam is visible.

Dies gilt für Patrizen-Matrizen-Walzen gemäss Erfindung nicht nur für das Prägen von relativ schmalen Tippingbahnen sondern allgemein für eine reihenweise Anordnung von Prägestrukturen.This applies to male-female rolls according to the invention not only for the embossing of relatively narrow Tippingbahnen but generally for a row-wise arrangement of embossed structures.

Fig. 3 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Prägevorrichtung 10 gemäss Erfindung mit einer Patrizenwalze P11 und einer Matrizenwalze M11 sowie eine vergrösserte Abbildung ihrer Oberflächenstrukturen, in der Grobstrukturen GP1 und GM1 in Form von Rhomben eingezeichnet sind, siehe auch die Figuren 10 bis 16. Fig. 3 shows a schematic representation of an embossing device 10 according to the invention with a Patrizenwalze P11 and a stencil roll M11 and an enlarged illustration of their surface structures, are shown in the rough structures GP1 and GM1 in the form of diamonds, see also the FIGS. 10 to 16 ,

Da es sich bei den Grobstrukturen nicht um Zähne handelt, wird die Antriebskraft von der über den Riemenantrieb 6 angetriebenen Patrizenwalze P11 auf die Matrizenwalze M11 über Zahnräder 39 und 40 übertragen.Since the rough structures are not teeth, the driving force is transmitted from the punching roller P11 driven by the belt drive 6 to the die roller M11 via gears 39 and 40.

In der Ausführungsvariante von Fig. 4 weisen die Walzen P11E und M11E eine Grobstruktur GPE und GME auf, die aus dem Grossbuchstaben "E" besteht.In the embodiment of Fig. 4 Rolls P11E and M11E have a rough structure GPE and GME consisting of the capital letter "E".

In der Ausführungsvariante von Fig. 5 weisen die Walzen P11W und M11W dieselbe Grobstruktur GPE und GME auf, die aus dem Grossbuchstaben "E" besteht sowie ein Wappen W. Dieses Wappen W auf der Patrizenwalze P11W ist in Fig. 6 in verschiedenen Sichten dargestellt, in Fig. 6A von Oben, in Fig. 6B perspektivisch und in Fig. 6C im Schnitt.In the embodiment of Fig. 5 the rollers P11W and M11W have the same rough structure GPE and GME, which consists of the capital letter "E" and a coat of arms W. This coat of arms W on the patrone roller P11W is in Fig. 6 presented in different views, in Fig. 6A from the top, in Fig. 6B in perspective and in Fig. 6C on average.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante zum Walzenpaar von Fig. 5 in der die beiden Walzen P11B und M11B ausser den Mustern "E" und dem Wappen W Positionierungsmarkierungen 27 und 28 aufweisen, um die Walzen und das Prägematerial mittels einer Kamera synchronisieren zu können. Fig. 7 shows a variant of the roller pair of Fig. 5 in which the two rollers P11B and M11B have, in addition to the patterns "E" and the arms W, positioning marks 27 and 28 in order to be able to synchronize the rollers and the embossing material by means of a camera.

Fig. 8 zeigt ein Paar Prägewalzen P11L und M11L, die bis auf das Wappen keine Strukturen aufweisen und ebenfalls mit den Markierungen 27 und 28 versehen sind. Fig. 8 shows a pair of embossing rollers P11L and M11L, which have no structures except for the coat of arms and are also provided with the markings 27 and 28.

In Fig. 9 ist eine beispielhafte Laseranlage schematisch dargestellt, die es ermöglicht, die in den Fig. 10 - 16 dargestellten Grob- und Feinstrukturen zu erzeugen, die für eine kontinuierliche Feingravur = Makrostrukturierung geeignet sind. Darin ist eine Laservorrichtung L12 mit einem Laser 12 dargestellt, der mit einer Steuerschaltung 13 verbunden ist, die den Laser 12 und eine Ablenkeinheit 14 steuert, die Strahlteiler sowie akusto-optische oder elektro-optische Modulatoren oder Polygonspiegel enthalten kann. Die Ablenkeinheit 14, die Fokussieroptik 15 und der Ablenkspiegel 16 bilden die Gravureinheit 17, die linear in der X-Achse verschoben werden kann, wie symbolisch mit dem X-Pfeil angedeutet. Es kann aber auch vorgesehen werden, die gesamte Laservorrichtung L1 in der X-Achse zu verschieben.In Fig. 9 is an exemplary laser system shown schematically, which makes it possible in the Fig. 10 - 16 To produce coarse and fine structures shown, which are suitable for a continuous fine engraving = macrostructuring. Therein a laser device L12 is shown with a laser 12 connected to a control circuit 13 which controls the laser 12 and a deflection unit 14 which may include beam splitters as well as acousto-optic or electro-optic modulators or polygon mirrors. The deflection unit 14, the focusing optics 15 and the deflection mirror 16 form the engraving unit 17, which can be displaced linearly in the X-axis, as symbolically indicated by the X-arrow. But it can also be provided to move the entire laser device L1 in the X-axis.

Die Steuerschaltung 13 ist mit einem Positionsgeber 18 verbunden, um die Daten des drehenden Werkstücks 22, hier ein Prägewalzen-Rohling, aufzunehmen und zu verwerten. Das Werkstück wird durch einen Antrieb 23 angetrieben, welches durch den Drehwinkel ϕ symbolisiert ist. Durch die Kombination der Linearverschiebung der Gravureinheit und Drehung der Walze entsteht eine konstante Schraubenlinie SL die eine gleichmässige Bearbeitung ermöglicht.The control circuit 13 is connected to a position sensor 18 to receive and utilize the data of the rotating workpiece 22, here an embossing roll blank. The workpiece is driven by a drive 23, which is symbolized by the rotation angle φ. By combining the linear displacement of the engraving unit and rotation of the roller creates a constant helix SL which allows a uniform machining.

Die Verwendung einer Ablenkeinheit, die beispielsweise einen oder mehrere Strahlteiler sowie elektro-optische oder akusto-optische Modulatoren oder ein oder mehrere Polygonspiegel enthalten kann, ermöglicht die Aufspaltung des ursprünglichen Laserstrahls in zwei oder mehrere Laserstrahlen, die auf zwei oder mehrere Spuren SL gleichzeitig auftreffen, aber einen derartigen Abstand voneinander aufweisen, dass sie sich gegenseitig nicht stören. Ausserdem kann die Zeitspanne zwischen dem Auftreffen der einzelnen Pulse so gross gewählt werden, dass eine thermische Überbeanspruchung nicht erfolgt.The use of a deflection unit, which may include, for example, one or more beam splitters and electro-optic or acousto-optic modulators or one or more polygon mirrors, enables the splitting of the original laser beam into two or more laser beams impinging simultaneously on two or more tracks SL, but have such a distance from each other that they do not disturb each other. In addition, the time interval between the impact of the individual pulses can be chosen so large that a thermal overload does not occur.

Durch die Verwendung von Kurzpulslasern, deren Laserpulse zwischen 10 Femtosekunden und 100 Picosekunden liegen, wird die Energie in einem sehr kurzen Zeitraum aufgebracht, so dass eine sogenannte "kalte Abtragung" möglich wird, bei der das Material ohne inakzeptable Erhitzung des benachbarten Materials sehr schnell verdampft wird. Der unerwünschte flüssige Zustand des Materials, der Kraterränder und Spritzer erzeugt, kann dabei praktisch vollständig vermieden werden. Die gewünschten Strukturen werden auf einem Computer erzeugt, der die Laseranlage steuert, so dass es keine Rolle spielt, ob eine Oberflächenstruktur für eine Patrizenwalze oder für eine Matrizenwalze erzeugt wird. Für die Walzen, bzw. deren Oberfläche, wird zum Beispiel ein geeigneter Stahl, Hartmetall oder Keramik verwendet.By using short pulse lasers with laser pulses of between 10 femtoseconds and 100 picoseconds, the energy is applied in a very short period of time, allowing for so-called "cold ablation" where the material vaporizes rapidly without unacceptable heating of the adjacent material becomes. The undesirable liquid state of the material, which produces crater edges and splashes, can be virtually completely avoided. The desired structures are created on a computer that controls the laser system so that it does not matter if a surface structure is created for a punch roll or a die roll. For the rollers, or their surface, for example, a suitable steel, carbide or ceramic is used.

In den Fig. 10 - 16 ist aus der sehr grossen Vielfalt von möglichen Oberflächenstrukturen eine kleine Anzahl von verschiedenen Strukturen dargestellt. Darin ist die Grobstruktur GP1 und GM1 jeweils dieselbe wie in Fig. 3 dargestellt, während sich die überlagerten Feinstrukturen ändern. Die in den Grobstrukturen dargestellten Rhomben 21 weisen Patrizenstege 22P und Matrizennuten 22M auf. Beispielhafte Dimensionen sind eine Längsdiagonale von 4 bis 6 mm, insbesondere 4,6 mm und eine Querdiagonale von 1,5 mm bis 3 mm, insbesondere 2,0 mm, während die Breite der Stege und Nuten 22 etwa 0,2 mm beträgt. Bei den Vergrösserungen ist die Matrize jeweils links und die Patrize jeweils rechts angeordnet, wobei die Beleuchtung von links unten scheint.In the Fig. 10 - 16 From the very large variety of possible surface structures, a small number of different structures are shown. Therein, the coarse structure GP1 and GM1 are the same as in FIG Fig. 3 as the superimposed fine structures change. The rhombuses 21 shown in the rough structures have male lands 22P and female grooves 22M. Exemplary dimensions are a longitudinal diagonal from 4 to 6 mm, in particular 4.6 mm and a transverse diagonal of 1.5 mm to 3 mm, in particular 2.0 mm, while the width of the webs and grooves 22 is about 0.2 mm. In the enlargements, the female mold is on the left and the male on the right, with the illumination shining from the lower left.

Wie insbesondere aus den Vergrösserungen hervorgeht, ist den Grobstrukturen GP1 und GM1 jeweils eine Feinstruktur FP und FM überlagert, wobei sich diese Feinstrukturen in ihren Formen unterscheiden. In Fig. 10 besteht die Feinstruktur FPQ aus Quadraten. Der Pitch der Quadrate, d.h. der sich wiederholende Abstand voneinander, beträgt etwa 0,04 mm. Wie aus den Fig. 17 - 20 hervorgehen wird, sind die Patrizen- und Matrizenstrukturen nicht exakt invers-kongruent sondern deren Formen und Dimensionen weichen um eine bestimmten Grösse voneinander ab.As can be seen in particular from the enlargements, the coarse structures GP1 and GM1 are each overlaid with a fine structure FP and FM, whereby these fine structures differ in their shapes. In Fig. 10 the fine structure FPQ consists of squares. The pitch of the squares, ie the repeating distance from each other, is about 0.04 mm. Like from the Fig. 17 - 20 will emerge, the patrix and matrix structures are not exactly inversely-congruent but their shapes and dimensions differ by a certain size from each other.

In Fig. 11 ist die Feinstruktur FPD und FMD anstatt quadratisch diamantförmig ausgebildet. Die Dimensionen sind in Fig. 11 etwas grösser als in Fig. 10, das heisst der Pitch der Feinstrukturierung beträgt hier 0,07 mm, kann jedoch auch selbstverständlich weniger, zum Beispiel 0,05 mm betragen oder auch einen grösseren Betrag aufweisen.In Fig. 11 For example, the fine structure FPD and FMD are diamond-shaped instead of square. The dimensions are in Fig. 11 a bit bigger than in Fig. 10 , that is, the pitch of fine structuring here is 0.07 mm, but may of course be less, for example 0.05 mm or have a larger amount.

In Fig. 12 ist die Feinstruktur FPRh und FMRh rhombenförmig. Auch hier sind die Dimensionen die gleichen wie vorhergehend.In Fig. 12 the fine structure FPRh and FMRh is rhombic. Again, the dimensions are the same as before.

In Fig. 13 ist die Feinstruktur FPR und FMR rund. Auch hier kann der Pitch der Feinstruktur 0,07 mm betragen.In Fig. 13 is the fine structure FPR and FMR around. Again, the pitch of the fine structure can be 0.07 mm.

In Fig. 14 ist nur die Grobstruktur GP1 und GM1 dargestellt, ohne Feinstrukturen. Eine solche Struktur eignet sich besonders für die Erzeugung von taktilen Strukturen, die nicht nur gut fühlbar sind sondern auch ein ästhetisch ansprechendes Aussehen aufweisen. Damit können z. B. Zeichen in Blindenschrift oder akustisch verwertbare Strukturen erzeugt werden.In Fig. 14 only the coarse structure GP1 and GM1 is shown, without fine structures. Such a structure is particularly suitable for the production of tactile structures that are not only palpable but also aesthetically pleasing have attractive appearance. This can z. B. characters in braille or acoustically usable structures are generated.

In Fig. 15 ist dargestellt, dass der Patrizen-Grobstruktur GP1 keine Feinstruktur überlagert ist, während der Matrizen-Grobstruktur GM1 eine Feinstruktur FM (Q,D,Rh,R) überlagert ist, die wie vorher gezeigt quadratisch, diamantförmig, rhombenförmig oder rund kann, oder wie gemäss Figur 5 ein Wappen oder dergleichen Dekoration aufweisen kann.In Fig. 15 That is, it is shown that the male pattern GP1 is not superimposed with a fine pattern, while the template pattern GM1 is superimposed with a fine pattern FM (Q, D, Rh, R) which can be square, diamond, rhombus or round, as previously shown according to FIG. 5 a coat of arms or the like may have decoration.

In Fig. 16 ist dargestellt, dass der Patrizen-Grobstruktur GP1 eine Feinstruktur FP (Q,D,Rh,R) überlagert ist, während die Matrizen-Grobstruktur GM1 keine Feinstruktur aufweist.In Fig. 16 It is shown that the male rough pattern GP1 is superimposed on a fine pattern FP (Q, D, Rh, R), while the template rough pattern GM1 has no fine pattern.

Es ist festzuhalten, dass die gezeigten Ausführungsformen nur ein kleiner Ausschnitt aus sämtlichen möglichen Formen darstellt, sowohl was die Grobstruktur als auch die Feinstruktur betrifft. Davon ausgehend kann eine sehr grosse Anzahl verschiedenartiger Strukturen erstellt werden, die beispielsweise nur aus einzelnen, wenigen Logos oder Schriftzügen und dergleichen bestehen, auf die eine Feinstruktur überlagert werden kann. Zusätzlich dazu kann, wie bereits vorbekannt, eine Mikrostruktur überlagert werden, um beispielsweise Authentifizierungsmerkmale oder sonstige Unterscheidungsmerkmale zu erzeugen, die in der Regel von blossem Auge nicht sichtbar sind.It should be noted that the embodiments shown represent only a small portion of all possible shapes, both in terms of coarse structure and fine structure. On this basis, a very large number of different structures can be created, for example, consist only of individual, a few logos or logotypes and the like, to which a fine structure can be superimposed. In addition, as already previously known, a microstructure may be overlaid to produce, for example, authentication features or other distinguishing features that are generally invisible to the naked eye.

In den Fig. 17 - 20 sind schematisch einige Möglichkeiten dargestellt, wie die Matrizenstruktur von der Patrizenstruktur abweichen kann. Zur besseren Darstellung und Veranschaulichung sind die Oberflächenstrukturen zahnförmig und vergrössert dargestellt, um die Abweichungen besser sichtbar machen zu können.In the Fig. 17 - 20 There are shown schematically some possibilities how the matrix structure can deviate from the patrix structure. For better illustration and illustration, the surface structures are tooth-shaped and enlarged in order to make the deviations more visible.

Um die gewollten Abweichungen angeben zu können, müssen zunächst die Fehler, d.h. die Toleranzen bei der Herstellung definiert werden. Wie bereits erwähnt, zielen die Verbesserungen bei der Walzenherstellung unter anderem darauf ab, genauere und geeignete Strukturen für die Feinprägung herzustellen und somit ergibt sich das Problem, enge Toleranzen bei der Herstellung zu erzielen. Diese Toleranzen werden unter anderem auch von der Oberflächenqualität der Walzen beeinflusst und es ist daher vorteilhaft, eine harte Oberfläche zu verwenden. Dabei kann es sich um Vollhartmetallwalzen oder Metallwalzen mit einer Oberfläche aus Hartmetall oder um Vollkeramikwalzen oder Metallwalzen mit einer Keramikoberfläche handeln. Dies sind alles Stoffe, die sich besonders für die Feinbearbeitung mittels einer Laseranlage eignen. In den meisten Fällen ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Prägewalzen mit einer geeigneten Schutzschicht zu versehen.In order to be able to specify the desired deviations, the errors, i. the manufacturing tolerances are defined. As mentioned above, among other things, the improvements in roll manufacturing are aimed at producing more accurate and suitable fine-embossing structures, and thus the problem arises of achieving close manufacturing tolerances. Among other things, these tolerances are also influenced by the surface quality of the rolls and it is therefore advantageous to use a hard surface. These may be solid carbide rolls or metal rolls having a hard metal surface or all-ceramic rolls or metal rolls having a ceramic surface. These are all materials that are particularly suitable for fine machining by means of a laser system. In most cases, it is advantageous to provide the surface of the embossing rollers with a suitable protective layer.

Zum Beispiel wird für eine Prägewalze mit einer Länge von 150 mm und einem Durchmesser von 70 mm und bei der beabsichtigten Bearbeitung mittels einer Laseranlage in Drehrichtung ein Fehler von 2-4 µm und in axialer Richtung ein solcher von +/- 2 µm angestrebt und in der Höhe, bei einer Zahnhöhe von 0,1 mm ein solcher von 0,5 bis 3 µm. Bei einem Winkel von zwei gegenüberliegenden Zahnflanken von z.B. 80° wird ein Winkelfehler von unter 3° erstrebt. Daraus ergibt sich für neue Walzen ein maximaler linearer Fehler von +/- 5 µm, so dass die fabrikationsbedingten Abweichungen etwa bis 10 µm betragen können.For example, for an embossing roller having a length of 150 mm and a diameter of 70 mm and the intended processing by means of a laser device in the direction of rotation, an error of 2-4 microns and in the axial direction of such a +/- 2 microns sought and in the height, with a tooth height of 0.1 mm, one of 0.5 to 3 microns. At an angle of two opposite tooth flanks of e.g. 80 ° an angular error of less than 3 ° is sought. This results in a maximum linear error of +/- 5 μm for new rolls, so that the production-related deviations can be up to 10 μm.

Da diese Werte jedoch stark von den Messungen und der Herstellung beeinflusst sind, kann erst ab einer linearen Abweichung der Patrizenstrukturen von den Matrizenstrukturen von 15 µm und mehr sowie von einer Winkelabweichung von 4° und mehr von einer gewollten Differenz gesprochen werden.However, since these values are strongly influenced by the measurements and the production, it is only possible to speak of a desired difference starting from a linear deviation of the male structures from the female structures of 15 μm and more and from an angle deviation of 4 ° and more.

Die obere Grenze der Differenz der Strukturen wird durch die Bedingung gesetzt, dass die beiden Walzen unbeeinträchtigt miteinander arbeiten können.The upper limit of the difference of the structures is set by the condition that the two rolls can work together unimpaired.

Die gewollte Differenz der jeweils zugeordneten Strukturen auf der Patrize und auf der Matrize hängt stark von dem zu prägenden Material ab. So beträgt zum Beispiel die lineare Differenz für das Prägen einer etwa 30 µm dicken Folie um die 40 µm und beim Prägen eines etwa 300 µm dicken Halbkartons um die 120 µm.The desired difference of the respectively assigned structures on the male and on the die depends strongly on the material to be embossed. For example, the linear difference for embossing a film about 30 μm thick is about 40 μm and for embossing a semi-cardboard about 300 μm thick about 120 μm.

In den Figuren 17 - 20B ist dargestellt, dass es für gewisse Strukturen von Vorteil ist, wenn die Walzen einen gewissen konstanten Abstand voneinander aufweisen. Für ein Pin Up - Pin Up Walzensystem ist ein solcher konstanter Abstand in der Form einer Absenkung einer Walze, bzw. eines kleineren Durchmessers mindestens über die Länge der Folie um 0,02 bis 0,2 mm, in der WO 2011/161002 A1 des gleichen Anmelders beschrieben.In the FIGS. 17-20B It is shown that it is advantageous for certain structures when the rolls are at a certain constant distance from each other. For a Pin Up - Pin Up roller system, such a constant distance is in the form of a reduction of a roller, or a smaller diameter at least over the length of the film by 0.02 to 0.2 mm, in the WO 2011/161002 A1 described by the same applicant.

In den Fällen gemäss den Figuren 17 - 20B wird der Durchmesser einer der Walzen, vorteilhafterweise der Patrizenwalze, über mindestens der Länge der Folie um einen Betrag von über 0,02 mm geringer vorgesehen als der Rest der Walze. Dadurch kann eine gleichmässigere Prägung erzeugt werden. In den Figuren 17 - 20B ist eine solche Absenkung, bzw. kleinerer Durchmesser der Patrizenwalzen mit einem 'S' bezeichnet.In cases according to FIGS. 17-20B For example, the diameter of one of the rollers, advantageously the patrone roller, is intended to be less than the remainder of the roller over at least the length of the film by an amount greater than 0.02 mm. As a result, a more uniform embossing can be produced. In the FIGS. 17-20B is such a reduction, or smaller diameter of the Patrizenwalzen designated by an 'S'.

Statt einer Absenkung können auch andere Abstandhaltermittel vorgesehen werden, z. B. eine elektronische oder mechanische Abstandregelung.Instead of lowering also other spacer means may be provided, for. B. an electronic or mechanical distance control.

In Fig. 17 weist die Matrizenwalze M 23 eine Oberflächenstruktur SM 23 auf, wobei zwei gegenüberliegende Flanken der Vertiefungen einen Winkel α 23 aufweisen und die Patrizenwalze P 23 weist eine Struktur SP 23 auf, wobei zwei gegenüberliegende Flanken der Zähne einen Winkel β 23 umschliessen und β 23 kleiner ist als α 23. Die Winkel können einen Betrag von 10° bis 110° und eine Differenz von mehr als 4° aufweisen.In Fig. 17 the die roll M 23 has a surface structure SM 23, wherein two opposite Flanks of the recesses have an angle α 23 and the Patrizenwalze P 23 has a structure SP 23, wherein two opposite edges of the teeth enclose an angle β 23 and β 23 is smaller than α 23. The angle can be an amount of 10 ° to 110 ° and have a difference of more than 4 °.

Die Matrizenwalze M24 in Fig. 18 weist eine Matrizenstruktur SM24 auf, deren Nuten N24 eine ebene Nutenfläche aufweisen. Die Patrize P24 weist eine Oberflächenstruktur SP24 auf, deren Zähne T24 abgerundet sind.The die roll M24 in Fig. 18 has a die structure SM24 whose grooves N24 have a flat groove surface. The male part P24 has a surface structure SP24 whose teeth T24 are rounded.

Die Matrizenwalze M25 aus Fig. 19 weist dieselbe Oberflächenstruktur SM24 auf wie vorhergehend, während die Zähne T25 von Patrizenwalze P25 an der Spitze abgeflacht sind.The die roll M25 off Fig. 19 has the same surface texture SM24 as before, while the teeth T25 of the patrone roll P25 are flattened at the tip.

Fig. 20 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei die Matrizenwalze M26 eine Oberflächenstruktur SM26 aufweist, mit abgerundeten Nuten N26, während die Zähne T26 in der Oberflächenstruktur SP26 von Patrizenwalze P26 ebenfalls abgerundet sind, jedoch einen kleineren Radius aufweisen als die Nuten N26. Fig. 20 shows a further embodiment, wherein the die roll M26 has a surface structure SM26, with rounded grooves N26, while the teeth T26 in the surface structure SP26 of the male roll P26 are also rounded, but have a smaller radius than the grooves N26.

Fig. 20A zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei die Matrizenwalze M27 eine Oberflächenstruktur SM27 aufweist, mit hier einer abgerundeten Nut N27, während die Feder T27 in der Oberflächenstruktur SP27 von Patrizenwalze P27 ebenfalls abgerundet ist, jedoch einen kleineren Radius aufweist als die Nut N27. Fig. 20A shows a further embodiment, wherein the die roller M27 has a surface structure SM27, here with a rounded groove N27, while the spring T27 in the surface structure SP27 of the male roll P27 is also rounded, but has a smaller radius than the groove N27.

Fig. 20B zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei die Matrizenwalze M28 eine Oberflächenstruktur SM28 aufweist, mit abgerundeten Nuten N28, während die Zähne T28 in der Oberflächenstruktur SP28 von Patrizenwalze P28 ebenfalls abgerundet sind, jedoch einen kleineren Radius aufweisen als die Nuten N28. Fig. 20B shows a further embodiment, wherein the die roll M28 has a surface structure SM28, with rounded grooves N28, while the teeth T28 in the surface structure SP28 of the male roll P28 also are rounded, but have a smaller radius than the grooves N28.

Aus den schematisch dargestellten Figuren 17 - 20B geht hervor, dass dadurch, dass die Strukturen der Matrizenwalzen nicht invers-kongruent zu den Strukturen der Patrizenwalzen geformt sind, das heisst, dass die Dimensionen und auch Formen der Strukturen der Patrizenwalze und die zugeordneten Strukturen der Matrizenwalze verschieden sind, ergibt sich eine weniger grosse Quetschung in der Folie zwischen den beiden Walzen, wodurch für eine Anzahl Prägungsarten eine Verzerrung der geprägten Folie in Querrichtung entweder stark vermindert oder ganz eliminiert wird.From the schematically illustrated FIGS. 17-20B It can be seen that the fact that the structures of the die rollers are not inversely congruent with the structures of the patrone rollers, that is, that the dimensions and also shapes of the structures of the patrone roller and the associated structures of the die roller are different, results in a smaller size Squeezing in the film between the two rollers, which greatly reduces or eliminates distortion of the embossed film in the transverse direction for a number of embossing types.

Das hat den grossen Vorteil, dass bei den erforderlichen hohen Drücken zwischen den Walzen eine Löcherung der Folie vermieden wird und die Weiterbearbeitung in einer Verpackungsanlage erleichtert wird. Dadurch wird es erst möglich, solche Walzen analog den an sich bekannten und häufig eingesetzten Pin up-Pin up-Walzen im Online-Verfahren in einer Verpackungsanlage einzusetzen. Im Falle von Prägen von Tippings oder von in Bahnen angeordneten Strukturen ist es von Vorteil, die Strukturelemente der beiden Bahn versetzt zueinander anzuordnen.This has the great advantage that at the required high pressures between the rollers, a perforation of the film is avoided and the further processing is facilitated in a packaging system. This makes it possible for the first time to use such rolls analogously to the pin-up-pin-up rolls known per se and frequently used in the online process in a packaging installation. In the case of embossing of Tippings or arranged in web structures, it is advantageous to arrange the structural elements of the two web offset from each other.

Die vorbekannten Patrizen-Matrizen-Walzen wurden stets paarweise hergestellt und dadurch, dass die Matrizenwalzen invers-kongruent zu den Patrizenwalzen ausgebildet worden sind, musste jedes Mal, wenn eine der Walzen ersetzt werden musste, zwingend auch die andere Walze ersetzt werden. Durch das Verfahren gemäss Erfindung, das eine individuelle Herstellung ermöglicht, ist es denkbar, sowohl die Patrizenwalze als auch die Matrizenwalze einzeln auszuwechseln, welches nicht nur bezüglich des verschiedenen Abnutzungsverhalten sondern auch bezüglich Gestaltungsmöglichkeiten einen grossen Vorteil bringt.The prior art male-female rolls were always made in pairs, and because the female rolls were formed in inverse congruence with the male rolls, it was imperative that each time one of the rolls be replaced, the other roll also be replaced. By the method according to the invention, which allows an individual production, it is conceivable to exchange individually both the male and the female die, which not only with respect to the different Wear behavior but also in terms of design options brings a big advantage.

Schnellwechsel-Einrichtungen für die üblichen Pin-up - Pin-up Walzen sind aus der US-6 665 998 des gleichen Anmelders bekannt und seither für die Mehrzahl aller Zigarettenpapier-Prägevorrichtungen weltweit im Einsatz. Die Achse der Gegenwalze ist dort in den drei Koordinatenrichtungen beweglich, um eine Selbstsynchronisation der Prägewalzen zu ermöglichen.Quick-change devices for the usual pin-up pin-up rollers are made of U.S. 6,665,998 by the same applicant and since then for the majority of all cigarette paper stamping machines in use worldwide. The axis of the counter roll is there in the three coordinate directions movable to allow self-synchronization of the embossing rollers.

Die Schnellwechseleinrichtung 30 der Figuren 21 und 22 enthält ein Gehäuse 31 mit zwei Aufnahmen 32 und 33 zur Aufnahme von je einem Walzenträger 34 und 35. Walzenträger 34 dient der Befestigung der über den nicht gezeigten Antrieb 6 angetriebenen Patrizenwalze 36 und Walzenträger 35 dient der Befestigung der Matrizenwalze 37. Gemäss Fig. 20 ist der Walzenträger 34 in der Aufnahme 32 eingeschoben und Walzenträger 35 in der Aufnahme 33. Das Gehäuse 31 ist mit einer Abschlussplatte 38 abgeschlossen.The quick-change device 30 of FIGS. 21 and 22 The roller carrier 34 serves to fix the driver roller 36, which is driven via the drive 6 (not shown), and roller carrier 35 serves to fasten the roller die 37. According to FIGS Fig. 20 the roller carrier 34 is inserted in the receptacle 32 and roller carrier 35 in the receptacle 33. The housing 31 is closed with a cover plate 38.

In vorliegendem Beispiel wird wie in den Beispielen gemäss den Figuren 3 - 8 die Matrizenwalze jeweils über Zahnräder 39 und 40, die sich an einem Ende der Walzen befinden, von der angetriebenen Patrizenwalze 36 angetrieben. Um die geforderte hohe Präzision der Synchronisation zu gewährleisten, sind die Zahnräder sehr fein ausgeführt. Es können jedoch auch andere Synchronisationsmittel verwendet werden, z.B. Elektromotoren.In the present example, as in the examples according to the FIGS. 3 to 8 the die roll is driven by the driven male roll 36 via gears 39 and 40, respectively, located at one end of the rolls. In order to ensure the required high precision of the synchronization, the gears are very finely executed. However, other synchronization means may also be used, eg electric motors.

Aus dem Schnitt von Fig. 22 ist ersichtlich, dass auf der externen Antriebseite, in der Zeichnung links, die Walzenachse 41 der Patrizenwalze 36 in einem Nadellager 42 im Walzenträger 34 und auf der andern Seite in einem Kugellager 43 drehbar gehalten ist. Die beiden Enden 44 und 45 des Walzenträgers sind in entsprechenden Öffnungen 46 und 47 im Gehäuse, bzw. Abschlussplatte gehalten. Zur exakten und eindeutigen Einführung und Positionierung des Walzenträgers in das Gehäuse weist der Gehäuseboden eine T-förmige Nut 48 auf, dem am Walzenträgerboden eine T-förmige Feder 49 entspricht.From the cut of Fig. 22 It can be seen that on the external drive side, left in the drawing, the roll axis 41 of the male roll 36 is rotatably supported in a needle bearing 42 in the roll carrier 34 and on the other side in a ball bearing 43. The two ends 44 and 45 of the roller carrier are held in corresponding openings 46 and 47 in the housing, or end plate. For the exact and unambiguous introduction and positioning of the roller carrier in the housing, the housing bottom has a T-shaped groove 48, which corresponds to the roller carrier base a T-shaped spring 49.

Die Walzenachse 50 der Matrizenwalze 37 ist auf einer Seite, in der Zeichnung links, in einer Wand 51 des Walzenträgers 35 und auf der anderen Seite in einer zweiten Wand 52 des Walzenträgers gelagert. Die Kanten 53 von Deckel 54 des Walzenträgers sind als Federn ausgebildet, die in die entsprechende T-Nut 55 im Gehäuse 31 geschoben werden können. Dabei passt die eine Seitenwand 51 in eine entsprechende Öffnung 56 in der Gehäusewand. Der den Deckel überragende Teil 57 von Seitenwand 52 passt in eine Ausnehmung 58 in der Gehäusewand.The roll axis 50 of the die roll 37 is mounted on one side, in the drawing on the left, in a wall 51 of the roll carrier 35 and on the other side in a second wall 52 of the roll carrier. The edges 53 of the cover 54 of the roller carrier are formed as springs, which can be pushed into the corresponding T-slot 55 in the housing 31. In this case, one side wall 51 fits into a corresponding opening 56 in the housing wall. The lid 57 projecting part of the side wall 52 fits into a recess 58 in the housing wall.

Bei den gezeigten Versionen, bei denen die zweite Walze über Zahnräder angetrieben wird, ist eine Justierung der Walzen nach dem Montieren im Walzenträger erforderlich. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe der Zahnräder.In the versions shown, in which the second roller is driven by gears, an adjustment of the rollers after mounting in the roll carrier is required. This happens, for example, with the help of the gears.

In der Ausführungsvariante der Schnellwechseleinrichtung 59 der Figur 23 weist das Gehäuse 60 keine Abschlussplatte auf sondern eine Wand 61 mit einer unteren halbrunden Öffnung 62 und einer oberen etwa rechteckigen Öffnung 63. Die beiden Walzen und die Walzenträger sind dieselben wie vorhergehend und die T-förmige Nut zur Aufnahme des Matrizenwalzenträgers sowie die T-förmige Nut 48 im Gehäuseboden sind ebenfalls dieselben. Die hinteren Öffnungen sind ähnlich den in der Zeichnung vorderen Öffnungen 62 und 63. Auch in dieser Ausführung sind die Walzenträger eindeutig und genau im Gehäuse befestigt.In the embodiment of the quick-change device 59 of FIG. 23 For example, the housing 60 does not have a closure plate but a wall 61 having a lower half-round aperture 62 and an upper approximately rectangular aperture 63. The two rollers and the roll supports are the same as before and the T-shaped groove for receiving the die roll carrier and the T-shaped Groove 48 in the housing bottom are also the same. The rear openings are similar to the front openings 62 and 63 in the drawing. Also in this embodiment, the roller carriers are uniquely and accurately fixed in the housing.

In der Ausführungsvariante von Fig. 24 enthält die Schnellwechseleinrichtung 64 zwei gleiche Walzenträger 65 und 66, die beide eine T-förmige Feder 49 aufweisen, wobei der eine Walzenträger 65 im Boden und der andere Walzenträger 66 an der Decke von Gehäuse 67 geführt und gehalten ist. Die beiden Walzenträger werden mittels einer Abschlussplatte 68 in Öffnung 69 zur Aufnahme eines Walzenendes gesichert.In the embodiment of Fig. 24 the quick-change device 64 includes two identical roller supports 65 and 66, both having a T-shaped spring 49, wherein the one roller support 65 in the bottom and the other roller support 66 is guided and held on the ceiling of the housing 67. The two roll carriers are secured by means of a closure plate 68 in opening 69 for receiving a roll end.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 25 enthält die Schnellwechseleinrichtung 70 ein Gehäuse 71 mit zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 72, 73 in die je zwei Öffnungen 74, 75 angeordnet sind, um die Achsen 76, 77 der beiden Prägezylinder 36, 37 mit Zahnräder 39 und 40 aufzunehmen. Aus diesem stark vereinfachten Schema ist ersichtlich, dass zuerst die Walze in das Gehäuse und danach die Achse eingeführt und befestigt wird. Es geht ferner aus diesem Beispiel hervor, dass ein Schnellwechsel auch ohne Walzenträger möglich ist.In the embodiment of Fig. 25 The quick-change device 70 includes a housing 71 with two opposite side walls 72, 73 in the two openings 74, 75 are arranged to receive the axes 76, 77 of the two embossing cylinders 36, 37 with gears 39 and 40. From this simplified scheme, it can be seen that first the roller is inserted into the housing and then the axle is inserted and fastened. It also follows from this example that a quick change is possible without a roll carrier.

Claims (23)

Verfahren zur Herstellung von Prägewalzen für eine Vorrichtung zum Prägen von Verpackungsmaterial mit einem Satz von zwei Prägewalzen, von denen eine angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz Prägewalzen eine Patrizenwalze mit einer Strukturelemente und/oder Logostrukturen enthaltenden Patrizen-Oberflächenstruktur und eine Matrizenwalze, welche eine zum gemeinsamen Prägevorgang mit der Patrizenwalze eine der Oberflächenstruktur der Patrize zugeordnete Matrizen-Oberflächenstruktur aufweist und derart ausgebildet wird, um die Prägewalzen im On-line-Verfahren für die Feinprägung zu verwenden, wobei die Matrizen-Oberflächenstruktur unabhängig von einer vorgängig erzeugten oder physikalisch bereits existierenden Patrizen-Oberflächenstruktur hergestellt wird.Method for the production of embossing rolls for a device for embossing packaging material with a set of two embossing rollers, one of which is driven, characterized in that the set of embossing rollers comprises a patrone roller having a patrix surface structure comprising structural elements and / or logo structures and a die roller a die surface structure associated with said patrice for co-embossing with said patrice and adapted to use said embossing rolls in the on-line fine embossing process, said die surface structure being independent of one generated previously or physically already existing Patrizen surface structure is produced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Oberflächenstrukturen der Walzen für die Feinprägung mit einem linearen Gesamtfehler von weniger als +/- 15 µm und einem Winkelfehler von weniger als 4° hergestellt werden.A method according to claim 1, characterized in that the contours of the surface structures of the rolls for the fine embossing are produced with a total error of less than +/- 15 microns and an angle error of less than 4 °. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen der Prägewalzen derart ausgebildet werden, dass beim On-Line-Prägen von regelmässig angeordneten und gleichförmigen Prägemustern in einer Verpackungsanlage in Querrichtung zur Laufrichtung der Walzen keine Restspannungen im Verpackungsmaterial erzeugt werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the surface structures of the embossing rollers are formed such that in on-line embossing of regularly arranged and uniform embossing patterns in a packaging system in the transverse direction to the running direction of the rollers no residual stresses in the packaging material are produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen der Prägewalzen derart ausgebildet werden, dass die geprägte Folie ein taktil erfassbares Prägemuster aufweist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surface structures of the embossing rollers are formed such that the embossed film has a tactile detectable embossing pattern. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das taktil erfassbare Prägemuster spezielle Zeichen wie Blindenschrift oder akustisch verwertbare Zeichen aufweist.A method according to claim 4, characterized in that the tactile detectable embossing pattern has special characters such as Braille or acoustically usable characters. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der Strukturelemente der Patrizenwalze einerseits und die Dimensionen der zugeordneten Strukturelemente der Matrizenwalze andererseits um einen bestimmtem Betrag voneinander abweichen, ohne jedoch deren Zusammenarbeit zu beeinträchtigen.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the dimensions of the structural elements of the male roll on the one hand and the dimensions of the associated structural elements of the die roll on the other hand differ by a certain amount, but without affecting their cooperation. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gewollten Abweichungen der linearen Dimensionen der Strukturelemente der Walzen voneinander oberhalb 15 µm betragen und/oder die Winkel der Kanten der Strukturelemente oberhalb von 4° voneinander abweichen.A method according to claim 6, characterized in that the desired deviations of the linear dimensions of the structural elements of the rollers from each other above 15 microns and / or the angles of the edges of the structural elements above 4 ° differ from each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der Querspannungen im geprägten Material die Logostrukturen der Prägewalzen derart angeordnet und gestaltet werden, dass beim Durchlauf eines Folienbandes zwischen den Prägewalzen auf dem Folienband mindestens zwei Abschnitte prägbar sind derart, dass die auf einem Abschnitt geprägten Logostrukturen jeweils in Ablaufrichtung versetzt zu den Logostrukturen auf dem anderen Abschnitt angeordnet sind.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that to reduce the transverse stresses in the embossed material, the logo structures of the embossing rollers are arranged and designed so that when passing a film strip between the embossing rollers on the film strip at least two sections are embossed such that the On a section embossed logo structures are arranged offset in each case in the direction of flow to the logo structures on the other section. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Patrizenwalze erhabene und auf der Matrizenwalze vertiefte Positionierungsmarkierungen (27, 28) erzeugt werden, oder umgekehrt.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that on the male roll raised and on the die roller recessed positioning marks (27, 28) are generated, or vice versa. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen der Prägewalzen mittels einer Femto- oder Pikosekundenlaser-Anlage hergestellt werden.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the surface structures of Embossing rollers are produced by means of a femto or picosecond laser system. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Walzen eine Grobstruktur und eine überlagerte Feinstruktur hergestellt wird.A method according to claim 10, characterized in that on the surface of the rolls, a coarse structure and a superimposed fine structure is produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser einer der Prägewalzen mindestens über die Länge die der Breite der Bahn des Verpackungsmaterials entspricht, mit einem um einen Betrag S geringeren Durchmesser als der Rest der Prägewalze hergestellt wird, wobei S einen Wert von über 0,02 mm aufweist.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the diameter of one of the embossing rolls at least over the length corresponding to the width of the web of the packaging material, with a smaller by an amount S diameter than the rest of the embossing roll is produced, wherein S a Value greater than 0.02 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsmaterial für die Verpackung von Lebensmitteln und Medikamenten verwendbar ist, oder Tipping Papier, Zigarettenpapier, Innerliner, Innerframe-Papier, Hybrid-Papier, Kunststofffolien oder Karton oder Halbkarton zum Verpacken von Tabakwaren ist.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the packaging material for the packaging of food and medicines is usable, or tipping paper, cigarette paper, innerliner, innerframe paper, hybrid paper, plastic films or cardboard or semi-cardboard for packaging tobacco goods is. Prägewalzen-Satz mit einer nach dem Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 bis 13 hergestellten Patrizenwalze (P11, P11B, P11E, P11L, P11W, P23-28, 36) und Matrizenwalze (M11, M11B, M11E, M11L, M11W, M23-28, 37), dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (GP1, GPB, GPE, GPL, GPW, FP-Q,D,Rh,R) auf der Patrizenwalze und die zugeordneten Strukturelemente (GM1, GMB, GME, GML, GMW, FM-Q,D,Rh,R) auf der Matrizenwalze um einen definiertem Betrag von oberhalb 15 µm linear und 4° im Winkelbereich nicht invers kongruent sind.Embossing roller set comprising a patrone roller (P11, P11B, P11E, P11L, P11W, P23-28, 36) produced by the method according to claims 1 to 13 and a die roller (M11, M11B, M11E, M11L, M11W, M23-28, 37), characterized in that the structural elements (GP1, GPB, GPE, GPL, GPW, FP-Q, D, Rh, R) on the Patrizenwalze and the associated structural elements (GM1, GMB, GME, GML, GMW, FM- Q, D, Rh, R) on the die roll are not inversely congruent by a defined amount of above 15 μm linear and 4 ° in the angular range. Prägewalzen-Satz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Oberfläche der Walzen aus Metall, Hartmetall oder Keramik besteht, wobei die Oberfläche gegebenenfalls mit einer Schutzschicht versehen ist.Embossing roll set according to claim 14, characterized in that at least the surface of the rolls made of metal, hard metal or ceramic, wherein the surface is optionally provided with a protective layer. Prägewalzen-Satz nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der Prägewalzen über Synchronisationsmittel, vorzugsweise Zahnräder (39, 40), mit der anderen Prägewalze verbunden ist.Embossing roller set according to claim 14 or 15, characterized in that the one of the embossing rollers via synchronization means, preferably gears (39, 40), is connected to the other embossing roller. Verwendung eines Prägewalzen-Satzes nach den Ansprüchen 14 bis 16 in einer Prägevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägevorrichtung entweder direkt oder über einen Roboter on-line in einer Verpackungsanlage eingebaut ist.Use of an embossing roll set according to claims 14 to 16 in an embossing device, characterized in that the embossing device is installed either on-line or directly via a robot in a packaging installation. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen in einem bestimmten Abstand, vorzugsweise von über 0.02 mm, voneinander angeordnet sind.Use according to claim 17, characterized in that the rollers are arranged at a certain distance, preferably greater than 0.02 mm from each other. Verwendung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägewalzensatz in einer Schnellwechsel-Einrichtung (30, 59, 64, 70) angeordnet ist, die derart ausgeführt ist, dass die Prägewalzen (36, 37) einzeln und unabhängig voneinander austauschbar sind.Use according to claim 17 or 18, characterized in that the embossing roller set in a quick-change device (30, 59, 64, 70) is arranged, which is designed such that the embossing rollers (36, 37) are individually and independently interchangeable. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägewalzen (36, 37) je in einem Walzenträger (34, 35; 65, 66) drehbar gehalten sind und die Walzenträger einzeln und unabhängig voneinander entfernbar in einem Schnellwechselgehäuse in einer eindeutigen Lage befestigt sind, wobei ein Ende des Patrizen-Walzenträgers (34) in einem Nadellager (42) und sein andere Ende in einem Kugellager (43) gehalten ist.Use according to claim 19, characterized in that the embossing rollers (36, 37) are each rotatably supported in a roller carrier (34, 35, 65, 66) and the roller carriers are individually and independently removably mounted in a quick release housing in a unique position, wherein one end of the male roll carrier (34) is held in a needle bearing (42) and the other end is held in a ball bearing (43). Verwendung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Walzenträger (34, 65) an seinem Unterteil eine Feder (49) und der Boden des Gehäuses (31, 60, 67) eine entsprechende Nut (48) aufweist.Use according to claim 19 or 20, characterized in that the one roller carrier (34, 65) has at its lower part a spring (49) and the bottom of the housing (31, 60, 67) has a corresponding groove (48). Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Walzenträger (66) an seinem Oberteil eine Feder (49) und im Oberteil des Gehäuses (67) eine Nut (48) angeordnet ist oder die Kanten (53) seiner Oberseite als T-Feder ausgebildet ist und die Oberseite des Gehäuses (60) eine T-Nut aufweist.Use according to claim 21, characterized in that the other roller carrier (66) at its upper part a spring (49) and in the upper part of the housing (67) has a groove (48) is arranged or the edges (53) of its upper side as a T-spring is formed and the top of the housing (60) has a T-slot. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellwechseleinrichtung (70) ein Gehäuse (71) mit zwei gegenüberliegenden Wänden (72, 73) mit je zwei Öffnungen (74, 75) mit Befestigungsmittel aufweist, um die Achsen (76, 77) der Walzen (36, 37) aufzunehmen und zu befestigen.Use according to claim 20, characterized in that the quick-change device (70) has a housing (71) with two opposite walls (72, 73) each having two openings (74, 75) with fastening means around the axes (76, 77) of the Take up rollers (36, 37) and secure.
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