EP2705948A1 - Method for manufacturing a set of embossing rollers - Google Patents
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- EP2705948A1 EP2705948A1 EP12183455.0A EP12183455A EP2705948A1 EP 2705948 A1 EP2705948 A1 EP 2705948A1 EP 12183455 A EP12183455 A EP 12183455A EP 2705948 A1 EP2705948 A1 EP 2705948A1
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- rollers
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- B31F1/07—Embossing, i.e. producing impressions formed by locally deep-drawing, e.g. using rolls provided with complementary profiles
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
- B65B19/00—Packaging rod-shaped or tubular articles susceptible to damage by abrasion or pressure, e.g. cigarettes, cigars, macaroni, spaghetti, drinking straws or welding electrodes
- B65B19/02—Packaging cigarettes
- B65B19/22—Wrapping the cigarettes; Packaging the cigarettes in containers formed by folding wrapping material around formers
- B65B19/228—Preparing and feeding blanks
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B31F2201/00—Mechanical deformation of paper or cardboard without removing material
- B31F2201/07—Embossing
- B31F2201/0707—Embossing by tools working continuously
- B31F2201/0715—The tools being rollers
- B31F2201/0717—Methods and means for forming the embossments
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- B31F2201/0741—Roller cooperating with a non-even counter roller
Definitions
- the present invention relates to a method for the production of a set of embossing rolls for a device for embossing packaging materials with two rolls, according to the preamble of claim 1 and to a set of embossing rolls produced according to the above method and to the use of these embossing rolls in a device 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 the pits corresponding to the raised spots were 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 become. 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 by the method according to claim 10.
- 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 outstanding 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 ideal and have proven themselves over decades.
- the requirements for the precision of the embossing as well as the adjustments to an ever greater variety of packaging materials such as plastic films, hybrid films, cardboard or semi-board have increased and also the prospective stricter regulations regarding advertising and related new types of embossing cover 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. But it is also known, the wells of To machine out 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 thereby faster production of the male-female 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 in 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 shown while the superimposed fine structures to change.
- the rhombuses 21 shown in the rough structures have male lands 22P and female grooves 22M. Exemplary dimensions are a longitudinal diagonal of 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 male and female 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 have an aesthetically pleasing 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.
- 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 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 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 as ⁇ 23.
- the angles may have an amount of 10 ° to 110 ° and 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 Patrizenwalze P27 is also rounded, but has a smaller radius than the groove N27.
- Fig. 20B shows a further embodiment, wherein the die roller M28 has a surface structure SM28, with rounded grooves N28, while the teeth T28 in the surface structure SP28 of the patrone roller P28 are also rounded, but have a smaller radius than the grooves N28.
- the variants according to the FIGS. 21 to 35 have also been made on the principle that the template structures are not exactly inversely congruent with the male structures.
- These variants are roller pairs which contain zones for producing creases, creasings, whereby the creases can also serve decorative purposes. Such creases are advantageous if it is difficult to wrap the film around articles such as tobacco without disturbing the on-line packaging process.
- FIGS. 21 to 35 In each case a device 80 with a pair of rollers 81P and 81M is shown, wherein the Patrizenwalze 81P driven by drive 6 and synchronized by means of the gears 39, 40 with the die roller. All rollers have in the illustrated embodiments, a z. B. triangles TP or TM existing basic structure and a number, eg. B. four, wrinkle zones 82, these Quetschfaltenzonen may have different structures that also act decorative.
- the squish zones of the roller pair P81R1 and M81R1 of Fig. 21 a grid structure R on, wherein the grid of the male and the die are raised.
- these structures are usually raised, or deepened than the triangle structures. This applies to all shown Quetschfalten Modellen.
- the crimp zones of the roller pairs P81R2 and M81R2 have the Fig. 22 recessed grid structures on the patrone roller and raised raster structures on the die roller.
- the grid structures of the squish zones of the roller pair P81R3, M81R3 of Fig. 23 correspond to those of Fig. 21 with the difference that the creases are not arranged to the edge of the rollers.
- the squish zones of the roller pairs P81LR1-3 and M81LR1-3 of the FIGS. 24-26 include radially disposed webs W which are raised either on the male or on the die, with corresponding recesses on the die or male.
- the creases on the pair of rolls P81LR3 and M81LR3 are shorter than the length of the rolls.
- the squish zones of roller pairs P81LL1-3 and M81LL1-3 of FIGS. 27-29 include longitudinally arranged ribs L raised either on the male or on the female with corresponding recesses on the female or male.
- the creases on the pair of rolls P81LL3 and M81LL3 are shorter than the length of the rolls.
- the squish zones of the roller pairs P81Z1-3 and M81Z1-3 of the Figures 30-32 contain teeth Z, which are raised either on the patrix or on the matrix, with appropriate recesses on the matrix or patrix.
- the squish zones on the pair of rolls P81Z3 and M81Z3 are shorter than the length of the rolls.
- the squish zones of roller pairs P81K1-3 and M81K1-3 of FIGS. 33-35 include teeth K which have a circular cross-section and taper conically towards the tip and which are raised either on the male or on the female with corresponding recesses on the female or male.
- the creases on the pair of rolls P81K3 and M81K3 are shorter than the length of the rolls.
- the quick-change device 30 of Figures 36 and 37 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 has no end plate but a wall 61 having a lower half-round opening 62 and an upper approximately rectangular opening 63.
- the two rolls and the roll supports are the same as before and the T-shaped groove for receiving the die roll carrier as well as 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
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von einem Satz Prägewalzen für eine Vorrichtung zum Prägen von Verpackungsmaterialien mit zwei Walzen, gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1 und auf einen Satz von Prägewalzen, hergestellt gemäss obigem Verfahren sowie auf die Verwendung dieser Prägewalzen in einer Vorrichtung zum Prägen von Verpackungsmaterial.The present invention relates to a method for the production of a set of embossing rolls for a device for embossing packaging materials with two rolls, according to the preamble of
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 the pits corresponding to the raised spots were 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
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 in the packaging materials took place, whereby the originally all-metal aluminum foil was replaced by paper foils, whose surfaces were coated from environmental considerations with ever thinner metal layers, whereby the metal layer was sputtered last , 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 traditional 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 the cigarettes on the other.
Die Entwicklungen in der Herstellung der Prägewalzen, insbesondere durch den gleichen Anmelder bekannt, siehe beispielsweise
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 become. 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 board on the other hand lead to 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 roll systems with a patroller roll with Patrizenstrukturen and a die roll with inversely matching die structures can extend the range of decorative elements, however, are very costly and, above all, time-consuming due to the pairwise making 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, in use a punching roller and an inwardly congruent die roller, the intermediate film is squeezed during embossing such that in the transverse direction tensions arise, which are unacceptable for tobacco products 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
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
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, zum Beispiel die Herstellung von Walzenpaaren zur Erzeugung von Quetschfalten, 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 by the method according to
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,
- Figuren 21-35
- zeigen Ausbildungsvarianten von Walzenpaaren mit Zonen zur Erzeugung von Falzrillen,
- Fig. 36
- zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht,
- Fig. 37
- zeigt die zusammengebaute Einrichtung von
Fig. 21 in einem Schnitt, - Fig. 38
- zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht,
- Fig. 39
- zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht, und
- Fig. 40
- zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schnellwechsel-Einrichtung für die Walzen gemäss Erfindung in perspektivischer Sicht.
- Fig. 1
- 1 schematically shows a prior art set of embossing rollers of the pin-up pin-up type in an embossing apparatus, both of which cylinders have 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,
- Figures 21-35
- show training variants of roller pairs with zones for the production of rabbet grooves,
- Fig. 36
- schematically shows a first embodiment of a quick-change device for the rollers according to the invention in a perspective view,
- Fig. 37
- shows the assembled device of
Fig. 21 in a cut, - Fig. 38
- schematically shows a second embodiment of a quick-change device for the rollers according to the invention in a perspective view,
- Fig. 39
- schematically shows a third embodiment of a quick-change device for the rollers according to the invention in a perspective view, and
- Fig. 40
- schematically shows a further embodiment of a quick-change device for the rollers according to the invention in a perspective view.
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
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 ideal and have proven themselves over decades. As mentioned at the beginning, the requirements for the precision of the embossing as well as the adjustments to an ever greater variety of packaging materials such as plastic films, hybrid films, cardboard or semi-board have increased and also the prospective stricter regulations regarding advertising and related new types of embossing cover 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
Die Vorrichtung 7 gemäss
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
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 thereby faster production of the male-female 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
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.
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
In der Ausführungsvariante von
In der Ausführungsvariante von
In
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
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
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
In
In
In
In
In
In
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
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, for example, 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. Die obere Grenze der Differenz der Strukturen wird durch die Bedingung gesetzt, dass die beiden Walzen unbeeinträchtigt miteinander arbeiten können.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. 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
In den Fällen gemäss den
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
Die Matrizenwalze M24 in
Die Matrizenwalze M25 aus
Die Ausführungsvarianten gemäss den
In den
So weisen die Quetschfaltenzonen des Walzenpaars P81R1 und M81R1 von
Umgekehrt dazu weisen die Quetschfaltenzonen des Walzenpaars P81R2 und M81R2 der
Die Rasterstrukturen der Quetschfaltenzonen des Walzenpaares P81R3, M81R3 von
Die Quetschfaltenzonen der Walzenpaare P81LR1-3 und M81LR1-3 der
Die Quetschfaltenzonen der Walzenpaare P81LL1-3 und M81LL1-3 der
Die Quetschfaltenzonen der Walzenpaare P81Z1-3 und M81Z1-3 der
Die Quetschfaltenzonen der Walzenpaare P81K1-3 und M81K1-3 der
Aus den schematisch dargestellten
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 by forming the female rolls in inverse congruence with the male rolls each time one of the rollers had to be replaced, the other roller had to be replaced as well. By the method according to the invention, which allows an individual production, it is conceivable to replace both the male and the female die individually, which brings a great advantage not only in terms of different wear behavior but also in terms of design options.
Schnellwechsel-Einrichtungen für die üblichen Pin-up - Pin-up Walzen sind aus der
Die Schnellwechseleinrichtung 30 der
In vorliegendem Beispiel wird wie in den Beispielen gemäss den
Aus dem Schnitt von
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
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
In der Ausführungsvariante von
Im Ausführungsbeispiel von
Claims (25)
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