EP2826915A1 - Entwässerungssieb und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Publication number
EP2826915A1
EP2826915A1 EP14002434.0A EP14002434A EP2826915A1 EP 2826915 A1 EP2826915 A1 EP 2826915A1 EP 14002434 A EP14002434 A EP 14002434A EP 2826915 A1 EP2826915 A1 EP 2826915A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
watermark
screen
insert
watermark insert
perforation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14002434.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Peter Arledter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Portals Paper Ltd
Original Assignee
Arledter Hans Peter
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arledter Hans Peter filed Critical Arledter Hans Peter
Publication of EP2826915A1 publication Critical patent/EP2826915A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/44—Watermarking devices
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/0027—Screen-cloths

Definitions

  • the invention relates to a dewatering screen for the production of paper with multi-level watermark, with a carrier screen, which has a multi-level relief in the form of the watermark to be generated in partial areas.
  • the invention further relates to a method for producing such a dewatering screen.
  • the real watermark is an important security element to protect against unauthorized reproduction.
  • the quality of the presentation in terms of detail of the image and the variety of presentation options represents an important prerequisite for the future acceptance of the security feature.
  • the relief of the desired watermark is placed several times on the circumference and in the transverse direction ( Fig. 1 ), so that the paper produced with this dewatering screen has a corresponding multiplicity of watermarks in its entire production length.
  • the watermark is also already positioned in the finished paper so that it is in the further processing of the paper, for example, a security document or a banknote, at the designated Place in the final product ( Fig. 2 ).
  • the paper pulp is solidified so far that it can be removed as a moist paper web from the dewatering screen.
  • the web is further dewatered in the press, dried and smoothed at the end of the machine and rolled up as dry paper.
  • multi-level watermark Depending on the quality of the watermark in terms of its light-dark form, a distinction is made between the two-level watermark with a strong light-dark effect and multi-level (shaded) watermarks with smooth transitions between light and dark.
  • the shaded (multilevel) watermark is the most advanced form of true watermark and is used primarily in pictorial representations. Due to the light or dark gradations pictorial representations with high "depth effect" can be generated.
  • the term “multi-level” or “shaded” is to be understood in contrast to two-stage light-dark watermark and includes all watermarks with more than two brightness levels and includes in particular watermarks with continuous light-dark transitions.
  • Shaded (multi-level) watermarks are nowadays mainly produced on slow-speed round screening machines, whereas two-level watermarks are preferably produced on long-screen machines with dandy cutter.
  • the watermark relief on the dandy screen is correspondingly fine, it is also possible to produce simple shaded (multilevel) watermarks in the paper.
  • metal wires or metal moldings are soldered onto the dewatering screen (watermark round screen or watermark dicer) to seal the screen structure at these locations to obtain sharply demarcated two-level watermarks.
  • dewatering screen watermark round screen or watermark dicer
  • perforated metal moldings is also used today to create two-step watermarks with dark pixel dots on a light background (Pixel Watermark / Trademark).
  • the multilevel watermark screen on the other hand, today is primarily produced by embossing a three-dimensional relief in the screen surface by means of an embossing stamp or embossing plate.
  • the sieve material used are metallic sieves made of bronze, stainless steel, copper or other copper alloys.
  • the embossing tool consists of an elaborate metal mold with a negative and a positive relief.
  • the drainage screen is placed between these two metallic plates. By firmly pressing the molds are transferred into the sieve.
  • the embossing process can only image and depict fine structures of an image to a limited extent in the watermark relief. This limitation results from the minimum possible embossing radii of the relatively thick screen. Thus, the resolution of the image representation in the watermark are also limited. In addition, the drainage resistance in the embossed area can not be specifically influenced, apart from the costly and limited influence of soldering on perforated moldings.
  • the present invention seeks to provide a dewatering screen of the type mentioned, which avoids the disadvantages of the prior art.
  • the dewatering screen should allow the production of paper with multi-level watermark high detail accuracy with less tooling and high speed.
  • Dewatering screens with watermark relief produced in this manner should also be able to be used directly on the dewatering screen of long-screen paper machines (ie without dandy cutter), on oblique screen paper machines and short formers, in addition to the known applications on the dandy line of fourdrinier machines.
  • dewatering screen having the features of the independent claims.
  • a watermark insert which is produced by means of 3D printing or a method belonging to rapid prototyping and a method for producing a paper with multistage watermark are specified and are subject matter of the subclaims.
  • a significant advantage over the prior art is that neither an embossing tool nor an injection mold for producing the watermark relief are required.
  • the basis of the invention is to convert a previously created on the computer three-dimensional CAD drawing, which is a solid model, by means of 3D printing or belonging to rapid prototyping method in a watermark insert.
  • This "printed" 3D watermark relief replaces the embossed relief or other process used today.
  • a solid model is created that allows watermark inserts including the drainage perforation and defined contact surfaces to be made with the wire.
  • 3D printing is generally used because this is the most commonly used generic term for rapid prototyping.
  • CAD data is converted directly into a workpiece (here watermark insert), without manual detours or expensive forms.
  • the object is built up layer by layer from informal or form neutral material.
  • the basic idea behind this tool-less production is to generatively build an object from individual layers. Layer by layer, the shapeless material is solidified. The individual layers are connected with each other and gradually form the finished object.
  • plastics, synthetic resins, metals or ceramics can be used.
  • stereolithographic rapid prototyping methods have been found to be particularly suitable. These methods use liquid plastics (photopolymer) for the layered construction of the watermark relief. With this method, the required fine drainage structures can be formed. Furthermore, the light-curing plastics (UV light, or laser light) with respect to their material properties to the requirements of Suiebmaterials and the conditions of use in paper production in terms of stiffness, wear resistance and the non-positive connection to the support beam customizable.
  • the Relief is done in a bath, which is filled with the base monomers of the photosensitive (photosensitive) plastic.
  • the relief is built in the bath layer by layer either on the support or independent of the support.
  • the relief insert is produced analogously from a photopolymer.
  • the material is applied layer by layer via a printhead (similar to an inkjet printer).
  • a light source ensures exposure and thus curing of the polymers.
  • This system often works with a wax as a support material, which is liquefied by heating. Both materials are applied simultaneously in layers.
  • the multi-level relief is formed by means of 3D printing / rapid prototyping.
  • the use according to the invention of 3D printing or of a method belonging to rapid prototyping permits the production of multi-level watermark inserts with extremely detailed relief images and without additional embossing or casting molds. With a correspondingly high print resolution, the drainage perforation of the watermark insert can also be produced in the same operation.
  • the watermark insert with the relief structure including the required perforation in one Operation made (printed).
  • the watermark relief is printed directly on the dewatering screen ( Fig. 5a to Fig. 5d ).
  • the plastic or metal sieve must be designed or prepared in such a way that a firm connection between the printed material and the sieve surface occurs. Roughening or the use of adhesion primer are mentioned here by way of example. But it is also possible to choose the nature of the materials to be joined (sieve and watermark insert) so that the pressure enters into a firm connection with the sieve without additional aids.
  • the watermark insert is produced independently of the screen and, in a further working step, welded to the carrier screen, fused, glued, positively connected or connected by means of mechanical connection (eg grid connection) ( Fig. 4a to 4d ).
  • the watermark insert can be arranged in a cut-out region of the carrier screen and connected to it only in the edge region. It may be advantageous to scan the screen surface in the vicinity of the cut-out screen and / or the cut contour and to take this into account in the production of the insert in the 3D CAD models.
  • the watermark insert be introduced lowered compared to the general screening level. This can be done, for example, by embossing the screen ( Fig.4b, 4d . 5b, 5d and 6c ) can be achieved. It is also possible to print the watermark insert with the sieve cut out without a deeper sieve edge so that the maximum height of the watermark relief essentially corresponds to the sieve level ( Figure 6b ).
  • the pressure edge 12 can also be designed in the transition between sieve and watermark insert according to different criteria with respect to wear, drainage perforation ( Fig. 5a, 5b, 5c . 6c ). If the sieve is also cut out in the area of the depression so that only one lower edge remains in the sieve, the watermark insert is only connected to it ( Fig. 5d . 6c ).
  • the circumference of the printing edge 12, whether with low material thickness ( Fig. 6b ) or filling the recessed edge area of the cut-out screen ( Fig. 4d . 5d ), depending on the operating conditions of the watermark screen are possible options.
  • the watermark insert preferably has a plurality of perforations (pores, bores, channels) or a material structure-related porosity, which ensure drainage during sheet formation.
  • the open area may also be different in different areas of the relief and is typically between 10% and 90% open area, preferably 15% and 75%, more preferably between 25% and 40%.
  • the diameter of the perforation on the design side usually ranges from 0.15 mm to 1.3 mm, preferably from 0.2 mm to 0.5 mm, particularly preferably from 0.2 to 0.4 mm.
  • the perforation openings taper towards the uppermost design surface of the watermark insert.
  • the perforations produced during printing they can be designed in any shape, for. B. circular, star-shaped, oval, slit-shaped, etc.
  • the perforation can be designed for this purpose in the Z-direction such that it extends from a circular opening in the design surface, for example, cone-shaped to a polygon at the bottom ( Fig. 7a and b).
  • the webs formed between the individual through holes are best suited as a connecting surface to the support.
  • the targeted design of the conical enlargement which is only possible in 3-D printing / rapid prototyping, allows the pressure loss in the perforation openings to be influenced in a targeted manner. This is a prerequisite for the application on the closed screen surface, d. H. without cut out sieve surface. The manufacturing cost of the screen compared to the design with cut-out support screen is again lower.
  • the dimensions of the perforations can also be chosen so large (0.7 mm to 1.2 mm) that they are visually recognizable in the finished paper as dark marks, preferably marking points. In this case, it is advisable to arrange the perforations and thus the resulting markings in the form of characters, patterns or a coding.
  • the perforation does not occur during the printing process, it will be retrofitted introduced in a separate operation using laser beam, drill, plasma cutting, water jet cutting, etc.
  • the watermark relief may already be connected to the screen or the operation is performed outside in a position independent of the screen.
  • the perforations are preferably generated by means of a laser beam, in particular by means of an infrared laser, such as a CO 2 laser.
  • a laser beam in particular by means of an infrared laser, such as a CO 2 laser.
  • the watermark insert is acted upon by its side facing away from the design surface back with laser radiation, so that there are tapered perforations to the design surface of the watermark insert.
  • the transition from watermark insert to carrier screen in the finished paper can be laminated by the design of the drainage perforation.
  • the lamination is in the shape of the desired light-dark transition.
  • the invention also includes the process variants described below in accordance with claims 14, 15, 16, 17 and 18 for producing a dewatering screen for papermaking with multi-level watermarks.
  • the support screen can be recessed in the region of the watermark insert and / or cut, whereby the insert is connected only at the edge with this.
  • the invention further includes a watermark insert for a dewatering screen of the type described, wherein the watermark insert is a 3D printed / rapid prototyped perforated insert having a multi-level relief in the form of the watermark to be formed.
  • Fig. 2 shows a representation of a banknote 15, the multi-level watermark 16 high detail sharpness in the form of an in Fig. 2 contains only suggested portraits.
  • the production of banknotes with such detail-sharp multilevel watermarks is carried out according to the invention using one of the dewatering screens described below with watermark inserts generated on the 3D printer.
  • Fig. 1 shows how the Enticassungssieb (support wire) 11 is mounted, for example, on a cylinder mold 10 through which the dehydration takes place and the initialized paper web is formed with the watermark.
  • the watermark motif is located as a watermark insert 13 on the screen of the cylinder.
  • the relief of the desired watermark is placed multiple times on the circumference and in the transverse direction, thus, the paper produced with this dewatering screen has a corresponding plurality of watermarks in its entire production length.
  • the watermark is also already positioned in the finished paper in such a way that it is located at the designated place in the end product during the further processing of the paper, for example to a security document or a banknote ( Fig. 2 ).
  • the resulting watermark insert 13 which in Fig. 3a in supervision and in Fig. 3b is shown in cross-section, shows a very detailed illustration of the predefined as 3-D volume model CAD image motif.
  • Fig. 4a the watermark insert is connected to a sieve.
  • FIG. 4b The insert is placed in a sieve recess.
  • Fig. 4c and 4d show corresponding variants with cut-out strainer.
  • the watermark inserts are produced directly on the screen by means of 3D printing or a method belonging to rapid prototyping and connected thereto.
  • the procedure for producing the watermark inserts is already described in the above-mentioned further variants of the method.
  • Fig. 5a the watermark insert is "printed" on a flat screen.
  • Fig. 5b the insert is printed in a screen recess.
  • Fig. 5c and 5d show corresponding variants with cut-out strainer.
  • the 3D printing / rapid prototyping allows the production of extremely detailed relief representations in the watermark inserts 13.
  • the design surface 14 is shown with a shape in the figures, of course, with appropriate design of the CAD model, the back 15 a shape accordingly have a scanned surface, so that, for example, a watermark insert with the surface structure of the support screen or a use of certain material thickness arises
  • the generation of the perforation of the watermark inserts in the "print” is possible only in conjunction with correspondingly high-resolution 3D printing, since the diameter of the perforation on the design surface about 0.1 mm to 0.7 mm, preferably 0.2 mm to 0.7 mm.
  • the diameter as well as the hole spacing can vary within a relief. Due to the resulting different free surface shading in the watermark is specifically influenced.
  • the in cross section ( Fig. 6a, 6b, 6c ) drainage perforations 20 are, for example, designed such that their diameters taper from the screen support surface (underside) to the design surface. In this way it is ensured that the drainage resistance, which results from sieve and watermark insert, is not unduly increased. In this way, a sufficient drainage performance even when applying the insert on a sieve surface, as in the example Fig. 6a and Fig. 6c represented, guaranteed. It is also conceivable to provide the screen in partial areas with openings.
  • the perforation can also, as in Fig. 7a and b be designed such that the perforation openings in the design surface, for example, are round and widen conically to a polygon.
  • the webs 30 formed between the individual through holes are best suited as a contact surface to the screen. This applies both in the case of the watermark insert printed on the screen, as well as for the insert welded to the screen, fused, glued, positively connected or by means of a mechanical connection (eg grid connection).
  • a mechanical connection eg grid connection
  • the dewatering perforations are advantageously drilled with a laser beam, for example the beam of a CO 2 laser.
  • the focus diameter of the laser corresponds to the desired maximum perforation diameter and is for example 500 microns.
  • the laser irradiation is preferably carried out from the back of the watermark insert 13, so that due to the energy distribution or the heat of the laser beam to the front side surface 14 of the insert tapered perforations 20 arise, as in Fig. 6 (b) shown.
  • the design options of the through holes are compared to the 3-D pressure, however, very limited.
  • the perforation in areas with a high local material thickness, can be dispensed with, at least in part, so that in these areas, in principle, only little or no dehydration takes place, and only very few or no paper fibers are deposited. In these areas, a two-level watermark or a hole is thus created in the paper.
  • the non-perforated areas with high Material thickness act like electric types in this case. With such an application, detailed watermarks can be combined with two-level watermarks.
  • the diameter of the perforations on the back 15 of the watermark insert is between 0.2 mm and 1.8 mm.
  • the diameter at the design surface 14 is dependent on the local material thickness of the insert for laser drilled perforations because of the tapering of the perforations.
  • the perforation diameter d at the design surface 14 in regions of greater material thickness 17 is smaller than in regions of low material thickness 18.
  • the perforation diameters of laser drilled passage perforations on the design surface 14 are between 150 .mu.m with high material thickness and 350 .mu.m with low material thickness.
  • the diameter corresponds to the design specification and is variable within wide ranges.
  • the perforations 20 tapering towards the design surface offer two advantages over straight perforations: On the one hand, they create a freewheel in the direction of flow of the fiber suspension in papermaking and thus effectively prevent a permanent clogging of the drainage perforations.
  • the areas of high material thickness 17 serve to produce thin areas in the paper. Since the smaller perforation diameters in these areas inhibit drainage more than in the low gauge areas 18, thinning in the areas is further assisted by the tapered perforations.
  • the distance of the perforations depends on the desired dewatering effect and is for example about 500 microns.
  • the perforation diameter can also be chosen so large that they are recognizable after paper production in paper in addition to the watermark as a dark marker points.
  • the hole diameter for producing dark marking points is preferably at least 300 ⁇ m.
  • the perforations and thus the marking points can also be arranged in a predetermined pattern.
  • the perforations that result in dark spots in the paper may be arranged in a pattern that can be seen, for example, as a score within the pictorial representation.
  • the screen fabric may be a metal fabric, in particular a bronze fabric, a metal-plastic mixed fabric, in particular a bronze-plastic mixed fabric or a pure plastic fabric.
  • the watermark insert 13 is permeable to perforations by means of a laser beam only at those points at which a perforation of the insert 13 coincides with an open position in the screen 11, since the bronze screen itself is separated from the screen CO 2 laser is not perforated, another advantage to "print" the perforation.
  • the watermark height h which in the embodiment of FIGS Fig. 6a about 1.0 mm.
  • the watermark insert 13 can be lowered so far that its maximum height h just corresponds to the screen level.
  • this reduction leads to watermarks, which at a consistently high contrast to the design of the Fig. 3b or Fig. 6a have a slightly darker visual appearance.
  • a further variant is shown to introduce a watermark insert (13) in a dewatering screen.
  • the support screen is integrated in this case in a Entskyssansssiebverbund.
  • This consists of the fine-mesh sieve (11), a cut-out intermediate sieve (31) and a support sieve (32).
  • the fine strainer is also cut out and provided with a deep embossing in the edge area.
  • the watermark insert also has a circumferential raster connection (33) on the underside. This can be carried out in one or more stages and optionally also be supported by gluing.
  • the insert may have nubs (34) at the bottom which correspond to the screening of the support screen structure and thus engage in the screen interstices of the support screen. These nubs have the same perforation holes with the same perforation structure like the watermark insert. Thus, a sufficient drainage performance is guaranteed in the nubs.
  • the watermark insert can be welded to the support screen via the knobs, fused, glued, positively connected or connected by means of a mechanical connection (eg grid connection). These pimples also prevent a shifting of the watermark insert.
  • FIGS. 9 and 10 Based on FIGS. 9 and 10 a preferred embodiment of the invention will be described. It creates a solid model that makes it possible to make watermark inserts, including the drainage perforation and defined contact surfaces with the wire.
  • the starting point for making a watermark insert is a solid model constructed in CAD.
  • the image of the watermark to be generated is generated as a "grayscale model" with fine light-dark shades.
  • the gray levels are then translated into height nodes for the volume model and determine the thickness of the solid model at the appropriate locations. This procedure corresponds to the current procedure for the production of embossing dies or injection molds.
  • the volume model still fulfills the following two requirements.
  • the perforations required for drainage are part of the solid model and are included in the CAD.
  • the complex surface 91 is represented by a corrugated surface.
  • the thickness C of the volume element is limited by a flat surface on the underside and said corrugated surface on the upper side.
  • This illustration also shows the perforation.
  • These are tapered through-pores 92, which taper to the surface of the watermark insert.
  • the mean cone diameters are of the order of about 0.3 mm to 0.5 mm. Depending on where the tips of the cones are cut by the corrugated surface contour, resulting in larger or smaller through holes.
  • all cones are the same in terms of height and base diameter. Variants with polygonal cones or with cones of different heights or different base areas are possible. This results in the possibility of varying the open area at the top of the watermark insert in the entirety or locally.
  • watermark inserts are produced by injection molding and subsequently perforated by means of laser.
  • the perforation is not a constructional element in terms of its shape.
  • the resulting passage perforations essentially depend on the power of the laser used and can therefore be influenced only to a limited extent in terms of their shape.
  • the introduction of the watermark element in the Siebober materials takes place without consideration of the Siebober construction.
  • the anchoring of the watermark insert is done arbitrarily by the flow of the liquefied material in the screen structure. According to the invention, these disadvantages are avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Entwässerungssieb für die Herstellung von Papier mit mehrstufigen Wasserzeichen, mit einem Trägersieb, das in Teilbereichen ein mehrstufiges Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Entwässerungssiebs. Erfindungsgemäß ist das mehrstufige Relief durch einen mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren erzeugten, perforierten Wasserzeicheneinsatz gebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Entwässerungssieb für die Herstellung von Papier mit mehrstufigen Wasserzeichen, mit einem Trägersieb, das in Teilbereichen ein mehr-stufiges Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Entwässerungssiebs.
  • Bei Banknoten- und Sicherheitspapieren stellt das echte Wasserzeichen ein wichtiges Sicherheitselemente zum Schutz vor unerlaubter Reproduktion dar. Die Qualität der Darstellung hinsichtlich Detailschärfe der Abbildung sowie die Variantenvielfalt der Darstellungsmöglichkeiten stellt eine wichtige Voraussetzung für die zukünftige Akzeptanz des Sicherheitsmerkmales dar.
  • Heute wird Papier mit echtem Wasserzeichen entweder auf Rundsiebpapiermaschinen oder auf Langsiebpapiermaschinen mit Egoutteur erzeugt. Das Wasserzeichenmotiv befindet sich dabei auf dem Sieb des Rundsiebzylinders oder im Fall der Langsiebmaschine auf dem Sieb des Egoutteurs. Man spricht von einem Wasserzeichenrundsieb oder von einem Wasserzeichen-Egoutteur.
  • Auf dem Wasserzeichensieb ist das Relief des gewünschten Wasserzeichens am Umfang und in Querrichtung mehrfach platziert (Fig. 1), damit verfügt das mit diesem Entwässerungssieb erzeugte Papier über eine entsprechende Vielzahl von Wasserzeichen in seiner gesamten Produktionslänge.
  • Das Wasserzeichen ist zudem im fertigen Papier bereits derart positioniert, dass es sich bei der Weiterverarbeitung des Papieres, beispielsweise zu einem Sicherheitsdokument oder einer Banknote, an der dafür vorgesehenen Stelle im Endprodukt befindet (Fig. 2).
  • Bei der Papierherstellung lagert sich Papiermasse kontinuierlich auf dem bewegten Entwässerungssieb an. Zum Wasserzeichen kommt es, indem sich die Fasern um das Wasserzeichenmotiv, das sich als Relief auf dem Sieb befindet, unterschiedlich anlagern. An den tiefen Stellen lagern sich mehr Fasern ab, als an den höheren Stellen. Die an den tieferen Stellen erhöhte Fasermasse des Papiers erscheint im Durchblick dunkler als die faserarmen Stellen der höheren Reliefstellen.
  • Beim Entwässerungsvorgang wird die Papiermasse soweit verfestigt, dass sie als feuchte Papierbahn vom Entwässerungssieb abgezogen werden kann. Im kontinuierlichen Prozess der Papiermaschine wird die Bahn in der Presse noch weiter entwässert, getrocknet und am Ende der Maschine geglättet und als trockenes Papier aufgerollt.
  • Je nach Qualität des Wasserzeichens bezüglich seiner Hell-Dunkel-Ausprägung unterscheidet man zwischen dem zweistufigen Wasserzeichen mit einem starken Hell-Dunkel-Effekt und mehrstufigen (schattierten) Wasserzeichen mit weichen Übergängen zwischen Hell und Dunkel. Das schattierte (mehrstufige) Wasserzeichen ist die höchst entwickelte Form des echten Wasserzeichens und findet vor allem bei bildhaften Darstellungen Verwendung. Durch die hellen bzw. dunklen Abstufungen können bildhafte Darstellungen mit hoher "Tiefenwirkung" erzeugt werden. Der Begriff "mehrstufig" oder "schattiert" ist dabei in Abgrenzung zu zweistufigen Hell-Dunkel-Wasserzeichen zu verstehen und umfasst alle Wasserzeichen mit mehr als zwei Helligkeitsstufen und schließt insbesondere auch Wasserzeichen mit kontinuierlichen Hell-Dunkel-Übergängen ein.
  • Schattierte (mehrstufige) Wasserzeichen werden heute zum überwiegenden Teil auf langsam laufenden Rundsiebmaschinen erzeugt, zweistufige Wasserzeichen hingegen vorzugsweise auf Langsiebmaschinen mit Egoutteur. Bei entsprechender feiner Ausprägung des Wasserzeichenreliefs auf dem Egoutteursieb ist es jedoch möglich, auch hier einfache schattierte (mehrstufige) Wasserzeichen im Papier zu erzeugen.
  • Zur Erzeugung von zweistufigen Wasserzeichen werden typischerweise Metalldrähte oder Metallformteile, auf das Entwässerungssieb (Wasserzeichenrundsieb oder Wasserzeichen-Egoutteur) aufgelötet, um die Siebstruktur an diesen Stellen zu verschließen und scharf abgegrenzte zweistufige Wasserzeichen zu erhalten. Sind diese Metallformteile ohne Perforierung zur Entwässerung, spricht man von Elektrotypen. Das Aufbringen von perforierten Metallformteilen wird heute auch verwendet, um zweistufige Wasserzeichen mit dunklen Pixelpunkten auf hellem Hintergrund zu erzeugen (Pixel Watermark/Trademark).
  • Das mehrstufige Wasserzeichensieb wird heute hingegen vornehmlich durch Prägen eines dreidimensionalen Reliefs in die Sieboberfläche mittels Prägestempel oder Prägeplatte erzeugt. Als Siebmaterial werden metallische Siebe aus Bronze, Edelstahl, Kupfer oder anderen Kupferlegierungen verwendet.
  • Das Prägewerkzeug besteht aus einer aufwendig hergestellten Metallform mit einem Negativ- und einem Positivrelief. Zwischen diesen beiden metallischen Platten wird das Entwässerungssieb gelegt. Durch festes Zusammenpressen werden die Formen in das Sieb übertragen.
  • Das Prägeverfahren kann feine Strukturen eines Bildes nur begrenzt im Wasserzeichenrelief abbilden und darstellen. Diese Begrenzung resultiert aus den minimal möglichen Prägeradien des relativ dicken Siebes. Somit sind auch der Auflösung der Bilddarstellung im Wasserzeichen Grenzen gesetzt. Dazu kommt noch, dass der Entwässerungswiderstand im geprägten Bereich nicht gezielt beeinflusst werden kann, sieht man vom dem aufwendigen und begrenzten Einfluss durch Auflöten von perforierten Formteilen ab.
  • Eine weitere bekannte Möglichkeit ein mehrstufiges Wasserzeichensieb herzustellen, ist in der Offenlegungsschrift DE 10 2006 058 513 A1 beschrieben. In diesem Fall wird die Siebprägung durch einen spritzgegossenen perforierten Einsatz ersetzt. Das spritzgegossene perforierte Relief kann entweder auf dem Entwässerungssieb befestigt sein oder in einem entsprechend ausgeschnittenen Bereich des Entwässerungssiebes angeordnet und nur im Randbereich mit diesem verbunden sein.
  • Bei diesem Verfahren lassen sich zwar deutlich feinere Strukturen abbilden im Gegensatz zur Prägetechnik, die Werkzeugherstellung für Spritzgussformen, die aufwendige Einbringung in das Sieb sowie die Bearbeitung zur Erzeugung der für die Entwässerung notwendigen Perforierung sind als Nachteile dieses Verfahren zu sehen.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Entwässerungssieb der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll das Entwässerungssieb die Herstellung von Papier mit mehrstufigen Wasserzeichen hoher Detailgenauigkeit bei geringerem Werkzeugaufwand und hoher Geschwindigkeit ermöglichen.
  • In dieser Art hergestellte Entwässerungssiebe mit Wasserzeichenrelief sollen zusätzlich zu den bekannten Anwendungen am Egoutteur von Langsiebmaschinen und an Rundsiebmaschinen auch direkt am Entwässerungssieb von Langsiebpapiermaschinen (also ohne Egoutteur), an Schrägsiebpapiermaschinen und Kurzformern einsetzbar sein.
  • Diese Aufgabe wird durch das Entwässerungssieb mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Mehrere Verfahrensvarianten zur Herstellung erfindungsgemäßer Entwässerungssiebe, ein Wasserzeicheneinsatz, der mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird und ein Verfahren zur Herstellung eines Papiers mit mehrstufigem Wasserzeichen sind angegeben und Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist es, dass weder ein Prägewerkzeug noch eine Spritzgussform zur Herstellung des Wasserzeichenreliefs erforderlich sind.
  • Grundlage der Erfindung ist es, eine am Computer zuvor erstellte dreidimensionale CAD-Zeichnung, die ein Volumenmodell ist, mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren in einen Wasserzeicheneinsatz umzusetzen. Dieses "gedruckte" 3D-Wasserzeichenrelief ersetzt das geprägte oder durch ein anderes Verfahren hergestellte Relief, das heute verwendet wird.
  • In bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird ein Volumenmodell erstellt, das es ermöglicht, Wasserzeicheneinsätze einschließlich der Entwässerungsperforation und definierter Kontaktflächen mit dem Sieb herzustellen.
  • Im Folgenden wird in der Regel die Bezeichnung 3D-Druck verwendet, weil das im Umgang der am häufigsten genutzte Oberbegriff für das Rapid Prototyping ist. Bei dem Verfahren werden CAD-Daten möglichst ohne manuelle Umwege oder teuere Formen direkt in ein Werkstück (hier Wasserzeicheneinsatz) umgesetzt. Das Objekt wird schichtweise aus formlosem oder formneutralem Material aufgebaut. Der Grundgedanke bei dieser werkzeuglosen Fertigung ist es, ein Objekt aus einzelnen Schichten generativ aufzubauen. Schicht für Schicht wird das formlose Material verfestigt. Die einzelnen Schichten werden so miteinander verbunden und formen nach und nach das fertige Objekt. Als Werkstoff sind unter anderem Kunststoffe, Kunstharze, Metalle oder Keramik verwendbar.
  • Typische Rapid-Prototyping/3-D -Druck-Verfahren sind beispielsweise
    • selektive Lasersysteme, bei denen Kunststoff- oder Metallpulver schichtweise zu einem Element aufgebaut wird,
    • Stereolithografie, bei der ein flüssiger Kunststoff schichtweise zum Modell aufgebaut wird,
    • Multijet Printing, bei dem ein Polymer (Photopolymer) in Form extrem feiner Teilchen schichtweise aufgetragen wird und mit Licht (z.B. UV) nachgehärtet wird.
  • Bei jenen Verfahrensvarianten, bei denen das Wasserzeichenrelief einschließlich der erforderlichen Entwässerungsperforation erzeugt wird, haben sich stereolithografische Verfahren des Rapid Prototyping als besonders geeignet herausgestellt. Diese Verfahren verwenden flüssige Kunststoffe (Photopolymer) zum schichtweisen Aufbau des Wasserzeichenreliefs. Mit diesem Verfahren lassen sich die erforderlich feinen Entwässerungsstrukturen ausbilden. Weiters sind die lichtaushärtenden Kunststoffe (UV-Licht, oder Laser-Licht) bezüglich ihrer Materialeigenschaften den Erfordernissen des Trägersiebmaterials und der Einsatzbedingungen in der Papiererzeugung bezüglich Steifigkeit, Verschleißfestigkeit und der kraftschlüssigen Verbindung zum Trägersieb anpassbar.
  • Es sind hier zwei Methoden der Stereolithografie, die hier besonders angesprochen sind. Im ersten Fall geschieht die Reliefeinsatzerzeugung in einem Bad, welches mit den Basismonomeren des lichtempfindlichen (photosensitiven) Kunststoff gefüllt ist. Das Relief wird im dem Bad schichtweise entweder auf dem Trägersieb oder unabhängig vom Trägersieb aufgebaut. Bei dem zweiten zur Stereolithografie gehörenden Methode wird der Reliefeinsatz analog aus einem Photopolymer erzeugt. Das Material wird über einen Druckkopf (ähnlich einem Tintenstrahldrucker) schichtweise aufgetragen. Zusätzlich sorgt eine Lichtquelle für Belichtung und damit Aushärtung der Polymere. Dieses System arbeitet häufig mit einem Wachs als Stützmaterial, welches durch Erwärmen verflüssigt wird. Beide Materialien werden zeitgleich schichtweise aufgetragen.
  • Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung ist bei einem Entwässerungssieb der eingangs genannten Art das mehrstufige Relief mittels 3D-Druck/ Rapid Prototyping gebildet. Die erfindungsgemäße Verwendung des 3D-Drucks oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahrens erlaubt dabei die Erzeugung von mehrstufigen Wasserzeicheneinsätzen mit außerordentlich detaillierten Reliefdarstellungen und ohne zusätzliche Präge- oder Gussform. Bei entsprechend hoher Druckauflösung kann zudem die Entwässerungsperforation des Wasserzeicheneinsatzes im selben Arbeitsgang erzeugt werden.
  • In einer bevorzugten Erfindungsvariante wird der Wasserzeicheneinsatz mit der Reliefstruktur einschließlich der erforderlichen Perforierung in einem Arbeitsgang hergestellt (gedruckt).
  • Es gibt nun mehrere Arten, das derart gebildete Wasserzeichenrelief in das Entwässerungssieb zu integrieren.
  • In einer Variante der Erfindung wird das Wasserzeichenrelief direkt auf das Entwässerungssieb aufgedruckt (Fig. 5a bis Fig. 5d). Das Kunststoff- oder Metallsieb muss dabei so beschaffen, beziehungsweise vorbereitet sein, dass es zu einer festen Verbindung zwischen dem gedruckten Werkstoff und der Sieboberfläche kommt. Aufrauen oder die Verwendung von Haftprimer sind hier beispielhaft genannt. Es ist aber auch möglich, die Beschaffenheit der zu verbindenden Werkstoffe (Sieb und Wasserzeicheneinsatz) so zu wählen, dass der Druck ohne zusätzliche Hilfsmittel eine feste Verbindung mit dem Sieb eingeht.
  • In einer alternativen, ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante wird der Wasserzeicheneinsatz unabhängig vom Sieb erzeugt und in einem weiteren Arbeitsschritt mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden (Fig. 4a bis 4d).
  • In beiden Varianten kann der Wasserzeicheneinsatz in einem ausgeschnittenen Bereich des Trägersiebs angeordnet und nur im Randbereich mit diesem verbunden sein. Es kann dabei vorteilhaft sein, die Sieboberfläche im Umfeld des ausgeschnittenen Siebes und /oder die Schnitt-Kontur zu scannen und diese in dem 3D-CAD-Modellen bei der Herstellung des Einsatzes zu berücksichtigen.
  • Bei allen genannten Aufbringungsvarianten kann der Wasserzeicheneinsatz gegenüber dem allgemeinen Siebniveau abgesenkt eingebracht sein. Dies kann beispielsweise durch eine Tiefprägung des Siebes (Fig.4b, 4d, 5b, 5d und 6c) erreicht werden. Es ist bei ausgeschnittenem Sieb ohne tiefer liegenden Siebrand auch möglich, den Wasserzeicheneinsatz so zu drucken, dass die maximale Höhe des Wasserzeichenreliefs im Wesentlichen dem Siebniveau entspricht (Fig.6b).
  • Der Druckrand 12 kann zudem im Übergang zwischen Sieb und Wasserzeicheneinsatz dabei nach unterschiedlichen Kriterien bezüglich Verschleiß, Entwässerungsperforation gestaltet sein (Fig. 5a, 5b, 5c, 6c). Wird das Sieb im Bereich der Vertiefung zudem ausgeschnitten, so dass nur ein tiefer liegender Rand im Sieb verbleibt, wird der Wasserzeicheneinsatz nur mit diesem verbunden (Fig. 5d, 6c). Der Umfang des Druckrandes 12, ob mit geringer Materialstärke (Fig. 6b) oder mit Auffüllen des vertieften Randbereiches des ausgeschnittenen Siebes (Fig. 4d, 5d), sind je nach Einsatzbedingungen des Wasserzeichensiebes mögliche Optionen.
  • Weiter weist der Wasserzeicheneinsatz vorzugsweise eine Mehrzahl von Perforationen (Poren, Bohrungen, Kanäle) oder eine materialstrukturbedingte Porosität auf, die die Entwässerung bei der Blattbildung sicherstellen. Die offene Fläche kann in verschiedenen Bereichen des Reliefs zudem unterschiedlich sein und liegt in der Regel zwischen 10% und 90% offener Fläche, vorzugsweise 15% und 75%, besonders bevorzugt zwischen 25% und 40%.
  • Der Durchmesser der Perforierung an der Designseite reicht in der Regel von 0,15 mm bis 1,3 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,4 mm.
  • Bevorzugt verjüngen sich die Perforationsöffnungen zur oben liegenden Designfläche des Wasserzeicheneinsatzes hin.
  • Im Fall der beim Druck erzeugten Perforationsöffnungen, können diese in jeder Form gestaltet sein, z. B. kreisförmig, sternförmig, oval, schlitzförmig etc. Die Perforierung kann dazu auch in Z-Richtung derart gestaltet sein, dass sie sich von einer kreisförmigen Öffnung in der Designoberfläche beispielsweis kegelförmig zu einem Vieleck an der Unterseite erweitert (Fig. 7a und b). Dabei ergibt sich beispielsweise eine wabenförmige Auflagefläche mit definierten Stegen an der dem Sieb zugewandten Seite des Wasserzeicheneinsatzes. Die dabei gebildeten Stege zwischen den einzelnen Durchgangslöchern sind als Verbindungsfläche zum Trägersieb bestens geeignet.
  • Durch die gezielte Gestaltung der kegelförmigen Erweiterung, wie diese nur beim 3-D-Druck/Rapid Prototyping möglich ist, kann der Druckverlust in den Perforationsöffnungen gezielt beeinflusst werden. Dies ist eine Voraussetzung für die Applikation auf der geschlossenen Sieboberfläche, d. h. ohne ausgeschnittene Siebfläche. Der Fertigungsaufwand des Siebes gegenüber der Ausführung mit ausgeschnittenem Trägersieb ist dabei wiederum geringer.
  • Die Abmessungen der Perforationen können auch so groß gewählt sein (0,7 mm bis 1,2 mm), dass sie im fertigen Papier als dunkle Markierungen, vorzugsweise Markierungspunkte, visuell erkennbar sind. In diesem Fall bietet es sich an, die Perforationen und damit die entstehenden Markierungen in Form von Zeichen, Muster oder einer Codierung anzuordnen.
  • Entsteht die Perforation nicht beim Druckvorgang, wird diese nachträglich in einem separaten Arbeitsgang unter Verwendung von Laserstrahl, Bohrer, Plasmaschneiden, Wasserstrahlschneiden etc. eingebracht. Dabei kann das Wasserzeichenrelief bereits mit dem Sieb verbunden sein oder der Arbeitsgang wird außerhalb in einer vom Sieb unabhängigen Position durchgeführt.
  • Die Perforationen werden dabei vorzugsweise mittels Laserstrahl erzeugt, insbesondere mittels eines Infrarot-Lasers, wie beispielsweise eines CO2-Lasers. Vorzugsweise wird der Wasserzeicheneinsatz dabei von seiner der Designfläche abgewandten Rückseite mit Laserstrahlung beaufschlagt, so dass sich zur Designfläche des Wasserzeicheneinsatzes hin verjüngende Perforationen ergeben.
  • Besonders bei jenen Varianten, bei denen die Perforierung bereits beim Druck entsteht, aber auch bei der Variante, wo der Wasserzeicheneinsatz in einem separatem Arbeitsgang perforiert wird, kann der Übergang von Wasserzeicheneinsatz zum Trägersieb im fertigen Papier durch die Gestaltung der Entwässerungsperforierung kaschiert werden. Im fertigen Papier stellt sich die Kaschierung in der Gestalt des gewünschten Hell- Dunkel Überganges dar.
  • Die Erfindung umfasst auch die im Folgenden beschriebenen Verfahrensvarianten gemäß den Patentansprüchen 14,15,16,17 und 18 zur Herstellung eines Entwässerungssiebes für die Papierherstellung mit mehrstufigen Wasserzeichen.
  • Die Verfahrenslösung nach Anspruch 14 ist dadurch gekennzeichnet, dass
    1. a) ein Trägersieb bereitgestellt wird, und
    2. b) der Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens einschließlich der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren schichtweise aus formlosem oder formneutralem Material direkt auf dem Trägersieb hergestellt (gedruckt) und mit diesem im selben Arbeitsgang verbunden wird. Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und/oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
  • Die Verfahrenslösung nach Anspruch 15 ist dadurch gekennzeichnet, dass
    1. a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
    2. b) der Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren direkt auf dem Trägersieb erzeugt (gedruckt) und verbunden wird, und
    3. c) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatz vorzugsweise mittels Laserstrahl am Sieb erzeugt wird. Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und /oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
  • Die Verfahrenslösung nach Anspruch 16 ist dadurch gekennzeichnet, dass
    1. a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
    2. b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens einschließlich der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Drucker oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird, und
    3. c) der Wasserzeicheneinsatz mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden wird.
  • Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und/ oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
  • Die Verfahrenslösung nach Anspruch 17 ist dadurch gekennzeichnet, dass
    1. a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
    2. b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Drucker oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird,
    3. c) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatz vorzugsweise mittels Laserstrahl in einem eigenen Arbeitsgang erzeugt wird, und
    4. d) der Wasserzeicheneinsatz nachträglich mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden wird. Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und/ oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
  • Die Verfahrenslösung nach Anspruch 18 ist dadurch gekennzeichnet, dass
    • a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
    • b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird,
    • d) der Wasserzeicheneinsatz mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden wird und
    • c) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatzes vorzugsweise mittels Laserstrahl in einem eigenen Arbeitsgang an dem im Sieb fixierten Wasserzeicheneinsatz erzeugt wird. Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
  • Die Erfindung enthält weiter einen Wasserzeicheneinsatz für ein Entwässerungssieb der beschriebenen Art, wobei der Wasserzeicheneinsatz ein mittels 3D-Druck/ Rapid Prototyping erzeugten, perforierten Einsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichen darstellt.
    • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Rundsiebzylinder mit aufgezogenem Entwässerungssieb, welches als Trägersieb für die Wasserzeicheneinsätze dient,
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem mehrstufigen Wasserzeichen hoher Detailschärfe,
    Fig. 3
    in a und b einen in einem Trägersieb fixierten Wasserzeicheneinsatz. In a als Aufsicht und in b den Querschnitt des mit dem Siebgewebe eines Trägersiebs im Randbereich des ausgeschnittenen Siebes verbundenen, perforierten Wasserzeicheneinsatzes (Perforation nicht dargestellt).
    Fig. 4
    in a bis d vier mögliche Varianten, um einen Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren unabhängig vom Trägersieb herzustellen und nachträglich mit dem Sieb zu verbinden (Perforation nicht dargestellt), in (a) auf das geschlossene Trägersieb, in (b) auf ein Trägersieb mit Vertiefung, in (c) auf ein Trägersieb mit ausgeschnittenem Sieb in Form des Wasserzeicheneinsatzes, in (c) auf ein Trägersieb mit ausgeschnittenem Sieb in Form des Wasserzeicheneinsatzes, in (d) auf ein Trägersieb mit Vertiefung und mit ausgeschnittenem Sieb in Form des Wasserzeicheneinsatzes,
    Fig. 5
    in a bis d vier mögliche Varianten, um einen Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens, mittels 3D-Drucker oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren direkt auf das Sieb zu "Drucken" (Perforation nicht dargestellt), in (a) auf das geschlossene Trägersieb, in (b) auf ein Trägersieb mit Vertiefung, in (c) auf ein Trägersieb mit ausgeschnittenem Sieb in Form des Wasserzeicheneinsatzes, in (d) auf ein Trägersieb mit Vertiefung und mit ausgeschnittenem Sieb in Form des Wasserzeicheneinsatzes,
    Fig. 6
    in a bis c im Querschnitt: drei auf einem Trägersieb fixierte Wasserzeicheneinsätze einschließlich der Perforierung (nicht maßstäblich). In a ein auf dem Sieb, deutlich erhaben gegenüber dem Siebniveau, aufgebrachten Einsatz, in b ein Wasserzeicheneinsatz bei dem der Wasserzeicheneinsatz gegenüber dem Ausführungsbeispiel Fig. 6 a in einem ausgeschnittenen Bereich des Siebes angebracht ist und der Einsatz deutlich gegenüber dem Siebniveau abgesenkt ist, in Fig. 6c ein in einer Siebvertiefung ohne ausgeschnittenem Sieb aufgebrachter Wasserzeicheneinsatz, bei dem das Relief gegenüber dem allgemeinem Siebniveau abgesenkt ist.
    Fig. 7
    in a einen Querschnitt und b eine Aufsicht eines Wasserzeicheneinsatzes mit spezieller wabenförmiger Perforierung,
    Fig. 8
    einen Querschnitt einer Variante eines im Entwässerungssieb eingebrachten Wasserzeichensatzes,
    Fig. 9
    einen Ausschnitt aus einem Volumenmodell,
    Fig. 10
    einen Ausschnitt eines typischen Siebes.
  • Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Banknote erläutert. Fig. 2 zeigt dazu eine Darstellung einer Banknote 15, die ein mehrstufiges Wasserzeichen 16 hoher Detailschärfe in Gestalt eines in Fig. 2 nur angedeuteten Portraits enthält. Die Herstellung von Banknoten mit derartigen detailscharfen mehrstufigen Wasserzeichen erfolgt erfindungsgemäß unter Verwendung eines der nachfolgend beschriebenen Entwässerungssiebe mit am 3D-Drucker erzeugten Wasserzeicheneinsätzen. Fig. 1 zeigt wie das Entwässerungssieb (Trägersieb) 11 beispielsweise auf einem Rundsiebzylinder 10 aufgezogen ist, durch das die Entwässerung erfolgt und die initialisierte Papierbahn mit den Wasserzeichen gebildet wird.
  • Das Wasserzeichenmotiv befindet sich als Wasserzeicheneinsatz 13 auf dem Sieb des Rundsiebzylinders. Auf dem Wasserzeichensieb ist das Relief des gewünschten Wasserzeichen am Umfang und in Querrichtung mehrfach platziert, somit verfügt das mit diesem Entwässerungssieb erzeugte Papier über eine entsprechende Vielzahl von Wasserzeichen in seiner gesamten Produktionslänge.
  • Das Wasserzeichen ist zudem im fertigen Papier bereits derart positioniert, dass es sich bei der Weiterverarbeitung des Papieres, beispielsweise zu einem Sicherheitsdokument oder einer Banknote, an der dafür vorgesehenen Stelle im Endprodukt befindet (Fig. 2).
  • In einer ersten, mit Bezug auf die Fig. 4a bis d beschriebenen Erfindungsvariante werden zunächst separate Wasserzeicheneinsätze mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt. Diese werden, wie bereits in den Verfahrensvarianten gemäß Patentansprüchen 16, 17 und 18 beschrieben, mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden.
  • Der entstandene Wasserzeicheneinsatz 13, der in Fig. 3a in Aufsicht und in Fig. 3b im Querschnitt dargestellt ist, zeigt einen sehr detailreiche Abbildung des als 3-D-Volumenmodell vorgegebenen CAD-Bildmotivs.
  • Wie in Fig. 3 und in den folgenden Figuren ist der Querschnitt des detaillierten Reliefs jeweils jedoch nur schematisch durch eine geschwungene Linie dargestellt.
  • In Fig. 4a wird der Wasserzeicheneinsatz mit einem Sieb verbunden. In Fig. 4b wird der Einsatz in eine Siebvertiefung platziert. Fig. 4c und 4d zeigen entsprechende Varianten mit ausgeschnittenem Trägersieb.
  • In weiteren, mit Bezug auf die Fig. 5a bis d, beschriebenen Erfindungsvarianten werden die Wasserzeicheneinsätze mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren direkt am Sieb erzeugt und mit diesem verbunden. Der Ablauf zur Herstellung der Wasserzeicheneinsätze ist bereits in den o. g. weiteren Verfahrensvarianten beschrieben.
  • In Fig. 5a wird der Wasserzeicheneinsatz auf einem ebenen Sieb "gedruckt". In Fig. 5b wird der Einsatz in eine Siebvertiefung gedruckt. Fig. 5c und 5d zeigen entsprechende Varianten mit ausgeschnittenem Trägersieb.
  • In allen Varianten ist es vorteilhaft, die Sieboberfläche, die Vertiefung im Sieb oder das Umfeld des ausgeschnittenen Siebes und/ oder die Schnitt-Kontur zu scannen und diese in dem 3D-CAD-Modellen bei der Herstellung des Einsatzes zu berücksichtigen. Auf diese Art kann ein Wasserzeicheneinsatz passgenau für den Siebausschnitt oder die Siebvertiefung hergestellt werden oder es ist möglich, die Stege der Perforierung der Siebstruktur anzupassen.
  • Der 3D-Druck/ Rapid Prototyping erlaubt die Erzeugung außerordentlich detaillierter Reliefdarstellungen in den Wasserzeicheneinsätzen 13. Auch wenn in den Figuren stets nur die Designfläche 14 mit einer Formgebung gezeigt ist, kann bei entsprechender Gestaltung des CAD-Modells selbstverständlich auch die Rückseite 15 eine Form entsprechend einer gescannten Oberfläche aufweisen, so dass beispielsweise ein Wasserzeicheneinsatz mit der Oberflächenstruktur des Trägersiebes oder ein Einsatz bestimmten Materialstärke entsteht
  • Die Abbildungen der perforierten Wasserzeicheneinsätze in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 sind ohne Perforation dargestellt.
  • Die Perforationslöcher der Wasserzeicheneinsätze die zur Entwässerung bei der Papierherstellung erforderlich sind, entstehen, wie bereits im Anspruch 14, 15, 16, 17 und 18 beschrieben, entweder beim Druck des Wasserzeicheneinsatzes oder diese werden in einem separaten Arbeitsgang am Sieb oder außerhalb des Siebes nachträglich eingebracht.
  • Die Erzeugung der Perforation der Wasserzeicheneinsätze beim "Druck" ist nur in Verbindung mit entsprechend hochauflösendem 3D-Druck möglich, da der Durchmesser der Perforation an der Designfläche etwa 0,1 mm bis 0,7 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 0,7 mm beträgt. Dabei kann der Durchmesser wie auch der Lochabstand innerhalb eines Reliefs variieren. Durch die dabei entstehende unterschiedliche freie Oberfläche wird die Schattierung im Wasserzeichen gezielt beeinflusst.
  • Die im Querschnitt (Fig. 6a, 6b, 6c) dargestellten Entwässerungsperforationen 20 sind beispielsweise derart ausgeführt, dass sich ihre Durchmesser von der Siebauflagefläche (Unterseite) zur Designfläche verjüngen. Auf diese Art ist sichergestellt, dass der Entwässerungswiderstand, der sich aus Sieb und Wasserzeicheneinsatz ergibt, nicht unzulässig erhöht wird. Auf diese Art kann eine ausreichende Entwässerungsleistung auch beim Aufbringen des Einsatzes auf eine Sieboberfläche, wie im Beispiel Fig. 6a und Fig. 6c dargestellt, gewährleistet werden. Es ist auch vorstellbar, das Sieb in Teilbereichen mit Öffnungen zu versehen.
  • Die Perforierung kann zudem, wie in Fig. 7a und b, derart gestaltet sein, dass die Perforationsöffnungen in der Designoberfläche beispielsweise rund sind und sich kegelförmig zu einem Vieleck erweitern. Die dabei gebildeten Stege 30 zwischen den einzelnen Durchgangslöchern sind als Kontaktfläche zum Sieb bestens geeignet. Dies gilt sowohl im Fall des auf das Sieb aufgedruckten Wasserzeicheneinsatzes, wie auch für den mit dem Sieb verschweißten, verschmolzenen, verklebten, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbundenen Einsatz. Die Herstellung derart komplexer Durchgangsöffnungen ist nur im 3-D-Druck möglich.
  • Es besteht auch die Möglichkeit, die Siebstruktur durch eine Laserperforation im Vorfeld der Perforationsstruktur des Einsatzes anzupassen.
  • Bei nachträglich erzeugter Perforation geschieht dies durch Wasserstrahl oder Laser. Die Entwässerungsperforationen werden mit Vorteil mit einem Laserstrahl gebohrt, beispielsweise mit dem Strahl eines CO2-Lasers. Der Fokusdurchmesser des Lasers entspricht dabei dem gewünschten maximalen Perforationsdurchmesser und beträgt beispielsweise 500 µm. Die Laserbestrahlung erfolgt vorzugsweise von der Rückseite des Wasserzeicheneinsatzes 13 her, so dass aufgrund der Energieverteilung bzw. der Wärmeeinwirkung des Laserstrahls sich zur vorderseitigen Designfläche 14 des Einsatzes hin verjüngende Perforationen 20 entstehen, wie in Fig. 6 (b) dargestellt. Die Gestaltungsmöglichkeiten der Durchgangsöffnungen sind gegenüber dem 3-D-Druck jedoch sehr begrenzt.
  • In speziellen Ausführungsformen kann in Bereichen mit hoher lokaler Materialstärke zumindest teilweise auf die Perforierung verzichtet werden, so dass in diesen Bereichen im Prinzip nur eine geringe bzw. keine Entwässerung erfolgt und so sich nur sehr wenige bis keine Papierfasern ablagern. In diesen Bereichen wird somit ein zweistufiges Wasserzeichen bzw. ein Loch im Papier erzeugt. Die nicht perforierten Bereiche mit hoher Materialstärke wirken in diesem Fall wie Elektrotypen. Mit einem derartigen Einsatz können detailreiche Wasserzeichen mit zweistufigen Wasserzeichen kombiniert werden.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6a bis c beträgt der Durchmesser der Perforationen auf der Rückseite 15 des Wasserzeicheneinsatzes zwischen 0,2 mm und 1,8 mm. Der Durchmesser an der Designfläche 14 hängt bei lasergebohrten Perforationen, wegen der Verjüngung der Perforationen, von der lokalen Materialstärke des Einsatzes ab. Wie bei Fig. 3 (b) ersichtlich, fällt der Perforationsdurchmesser d an der Designfläche 14 in Bereichen großer Materialstärke 17 kleiner aus, als in Bereichen geringer Materialstärke 18. Beispielsweise liegen die Perforationsdurchmesser bei lasergebohrten Durchgangsperforationen an der Designfläche 14 zwischen 150 µm bei großer Materialstärke und 350 µm bei geringer Materialstärke. Bei "gedruckten" Perforationsöffnungen entspricht der Durchmesser der Konstruktionsvorgabe und ist in weiten Bereichen variabel.
  • Die sich zur Designfläche hin verjüngenden Perforationen 20 bieten gegenüber geradflächigen Perforationen zwei Vorteile: Zum einen schaffen sie einen Freilauf in Fließrichtung der Fasersuspension bei der Papierherstellung und verhindern so wirkungsvoll ein dauerhaftes Zusetzen der Entwässerungsperforationen.
  • Zum anderen dienen die Bereiche großer Materialstärke 17 der Erzeugung von Dünnstellen im Papier. Da die kleineren Perforationsdurchmesser in diesen Bereichen die Entwässerung stärker, als in den Bereichen geringer Materialstärke 18 hemmen, wird die Dünnstellenbildung in den Bereichen durch die sich verjüngenden Perforationen weiter unterstützt.
  • Der Abstand der Perforationen hängt von der gewünschten Entwässerungswirkung ab und beträgt beispielsweise etwa 500 µm.
  • Die Perforationsdurchmesser können auch so groß gewählt werden, dass sie nach der Papierherstellung im Papier zusätzlich zum Wasserzeichen als dunkle Markierungspunkte zu erkennen sind. Vorzugsweise beträgt der Lochdurchmesser zur Erzeugung dunkler Markierungspunkte mindestens 300 µm.
  • Diese dunklen Punkte können als zusätzliches Sicherheitsmerkmal und/ oder als Erkennungsmerkmal für das verwendete Herstellungsverfahren dienen. Die Perforationen und damit die Markierungspunkte können auch in einem vorgegebenen Muster angeordnet sein. Beispielweise können die Perforationen, die dunkle Punkte im Papier ergeben, in einem Muster angeordnet sein, das beispielsweise als Wertzahl innerhalb der bildhaften Darstellung zu erkennen ist.
  • Zurückkommend auf die in Fig. 4 und Fig. 5 möglichen Fertigungsvarianten des Wasserzeichensiebes mit "gedrucktem" Wasserzeicheneinsatz, ist fast jedes zur Papierherstellung geeignete Sieb (ein- oder mehrlagig) als Trägersieb für einen "gedruckten" Wasserzeicheneinsatz vorstellbar. Erfindungsgemäß kann das Siebgewebe ein Metallgewebe, insbesondere ein Bronzegewebe, ein Metall-Kunststoff-Mischgewebe, insbesondere ein Bronze-Kunststoff-Mischgewebe oder auch ein reines Kunststoffgewebe sein.
  • Wird als Trägersieb 11 ein Bronzesieb eingesetzt, so wird der Wasserzeicheneinsatz 13 durch die Perforierung mittels Laserstrahl allerdings nur an den Stellen durchlässig, an denen eine Perforation des Einsatzes 13 mit einer offenen Stelle im Sieb 11 zusammenfällt, da das Bronzesieb selbst von dem CO2-Laser nicht perforiert wird, ein weiterer Vorteil die Perforation zu "drucken".
  • Um den Verschleiß des Wasserzeicheneinsatzes 13 bei der Papierherstellung zu reduzieren, kann die Wasserzeichenhöhe h, die bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6a etwa 1,0 mm beträgt, verringert werden. Wie in Fig. 6b oder 6c gezeigt, kann der Wasserzeicheneinsatz 13 dabei soweit abgesenkt werden, dass seine maximale Höhe h gerade dem Siebniveau entspricht. Neben einem reduzierten Verschleiß der Wasserzeicheneinsätze führt diese Absenkung zu Wasserzeichen, die bei gleich bleibend hohem Kontrast ein gegenüber der Gestaltung der Fig. 3b oder Fig. 6a etwas dunkleres visuelles Erscheinungsbild aufweisen.
  • In Fig. 8 ist eine weitere Variante gezeigt, einen Wasserzeicheneinsatz (13) in ein Entwässerungssieb einzubringen. Das Trägersieb ist in diesem Fall in einem Entwässerungssiebverbund integriert. Dieser besteht aus dem feinmaschigen Sieb (11), einem ausgeschnittenen Zwischensieb (31) und einem Stützsieb (32). Das feine Trägersieb ist ebenfalls ausgeschnitten und im Randbereich mit einer Tiefprägung versehen. Dadurch liegt die Oberkante des Wasserzeicheneinsatzes im eingebauten Zustand etwa auf Siebniveau. Der Wasserzeicheneinsatz verfügt zudem an der Unterseite über eine umlaufende Rasterverbindung (33). Diese kann einstufig oder mehrstufig ausgeführt sein und gegebenenfalls auch durch Verkleben unterstützt werden.
  • Um die Positionsgenauigkeit und Positionsstabilität des Wasserzeicheneinsatzes sicherzustellen, kann der Einsatz an der Unterseite über Noppen (34) verfügen, die der Rasterung des Stützsiebstruktur entsprechen und somit in den Siebzwischenräumen des Stützsiebes einrasten. Diese Noppen verfügen über dieselben Perforationslöcher mit derselben Perforationsstruktur wie der Wasserzeicheneinsatz. Somit ist eine ausreichende Entwässerungsleistung im Bereich der Noppen gewährleistet. Über die Noppen kann der Wasserzeicheneinsatz mit dem Stützsieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden sein. Durch diese Noppen wird zudem ein Verschieben des Wasserzeicheneinsatzes verhindert.
  • Anhand der Fig. 9 und 10 wird eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. Bei dieser wird ein Volumenmodell erstellt, das es ermöglicht, Wasserzeicheneinsätze einschließlich der Entwässerungsperforation und definierter Kontaktflächen mit dem Sieb herzustellen.
  • Standardmäßig ist der Ausgangspunkt bei der Herstellung eines Wasserzeicheneinsatzes ein im CAD konstruiertes Volumenmodell. Dabei wird die Abbildung des zu erzeugenden Wasserzeichens als "Graustufenmodell" mit feinen Hell-Dunkel-Schattierungen erzeugt. Die Graustufen werden danach für das Volumenmodell in Höhenknoten übersetzt und bestimmen die Dicke des Volumenmodells an den entsprechenden Stellen. Dieses Verfahren entspricht dem heutigen Vorgehen zur Erstellung von Prägestempeln bzw. Spritzgussformen.
  • Erfindungsgemäß erfüllt das Volumenmodell noch folgende beide Voraussetzungen. Die zur Entwässerung erforderlichen Perforationen sind Bestandteil des Volumenmodells und werden im CAD berücksichtigt. Des Weiteren ist die Oberfläche, auf die der Wasserzeicheneinsatz aufgebracht bzw. aufgedruckt wird, Bestandteil des Volumenmodells, d.h. das Volumenmodell stellt die Sieboberfläche als negatives Abbild des Siebes an der Unterseite im Bereich der Kontaktfläche zwischen Sieb und Wasserzeicheneinsatz dar.
  • Im CAD-Modell sind diese drei Voraussetzungen über Funktionen verknüpft. Diese können auch als "Varianten-Programme" gestaltet sein.
  • Fig. 9 zeigt einen kleinen Ausschnitt 90 (Breite b = 2,5mm; Länge 1= 2,5 mm) eines Volumenmodells zu einem Wasserzeicheneinsatzes. Der Einfachheit halber wird die komplexe Oberfläche 91 durch eine gewellte Fläche dargestellt. Im dargestellten Fall ist die Dicke C des Volumenelements durch eine ebene Fläche an der Unterseite und die genannte gewellte Fläche an der Oberseite begrenzt.
  • In dieser Abbildung ist auch die Perforation dargestellt. Es handelt sich um kegelförmige Durchgangsporen 92, die sich zur Oberfläche des Wasserzeicheneinsatzes verjüngen. Die mittleren Kegeldurchmesser liegen in der Größenordnung von etwa 0,3 mm bis0,5 mm. Je nachdem, an welcher Stelle die Spitzen der Kegel von der gewellten Oberflächenkontur geschnitten werden, ergeben sich größere oder kleinere Durchgangslöcher. Im dargestellten Volumenmodell sind alle Kegel bezüglich Höhe und Basisdurchmesser gleich. Varianten mit vieleckigen Kegeln oder mit Kegeln unterschiedlicher Höhe bzw. unterschiedlicher Grundfläche sind möglich. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die offene Fläche an der Oberseite des Wasserzeicheneinsatzes in der Gesamtheit bzw. lokal zu variieren.
  • Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt 11 eines typischen Siebs (Breite B= 5mm; Länge L = 7,5 mm) mit seiner Oberflächenstruktur. Um direkt auf eine derartige Oberfläche zu drucken, ist es vorteilhaft, die dargestellte Oberfläche im Volumenmodell an der Kontaktfläche zwischen WasserzeichenEinsatz und Sieb im CAD-Modell zu berücksichtigen. Dies gilt sowohl für ein vollflächig aufgebrachtes Wasserzeichenrelief als auch für den Fall, dass das Relief in einem ausgeschnittenen Bereich des Siebes platziert wird. Im letzteren Fall wird sich die Sieboberfläche nur im Bereich der Überlappung zwischen Sieb und Einsatz finden. Im ausgeschnittenen Bereich des Siebes kann die Unterseite des Wasserzeicheneinsatzes eine ebene Fläche sein oder auch die Siebstruktur oder eine andere Gestaltung haben.
  • Im Stand der Technik werden Wasserzeicheneinsätze im Spritzguss hergestellt und nachträglich mittels Laser perforiert. Die Perforation ist hinsichtlich ihrer Form kein Konstruktionselement. Die sich ergebenden Durchgangsperforationen hängen im Wesentlichen von der eingesetzten Leistung des Lasers ab und können damit nur begrenzt hinsichtlich ihrer Form beeinflusst werden. Ebenso erfolgt die Einbringung des Wasserzeichenelementes in die Sieboberfläche ohne Berücksichtigung der Sieboberfläche. Die Verankerung des Wasserzeicheneinsatzes erfolgt willkürlich durch das Verfließen des verflüssigten Materials in der Siebstruktur. Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile vermieden.

Claims (29)

  1. Entwässerungssieb für die Herstellung von Papier mit mehrstufigen Wasserzeichen, mit einem Trägersieb, das in einem Teilbereich ein mehrstufiges Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Relief durch einen mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren erzeugten, perforierten Wasserzeicheneinsatz gebildet ist.
  2. Entwässerungssieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden ist.
  3. Entwässerungssieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz direkt auf das Trägersieb gedruckt ist.
  4. Entwässerungssieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz in einer Siebvertiefung liegt.
  5. Entwässerungssieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz in einem ausgeschnittenen Bereich des Trägersiebs angeordnet und nur im Randbereich mit diesem verbunden ist.
  6. Entwässerungssieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Höhe des Wasserzeicheneinsatzes im Wesentlichen dem Siebniveau entspricht.
  7. Entwässerungssieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entwässerungssieb aus Kunststoff, Metall oder Kombinationen beider Werkstoffe als Trägersieb für den Wasserzeicheneinsatz besteht.
  8. Entwässerungssieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz aus jedem für den 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren geeignetem Werkstoff hergestellt ist.
  9. Entwässerungssieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz Perforationen mit einem Durchmesser zwischen 0,10 mm bis 2,0 mm aufweist.
  10. Entwässerungssieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen in unterschiedlichen Bereichen des Wasserzeicheneinsatzes unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
  11. Entwässerungssieb nach Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz eine offene Fläche zwischen 10% und 90% aufweist.
  12. Entwässerungssieb nach Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen sich zur oben liegenden Designfläche des Wasserzeicheneinsatzes hin verjüngen.
  13. Entwässerungssieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Perforationsöffnungen von einer runden Öffnung in der Designfläche zu einem Vieleck an der Unterseite erweitern.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Entwässerungssiebs für die Papierherstellung mit mehrstufigen Wasserzeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) ein Trägersieb bereitgestellt wird und
    b) der Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens einschließlich der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren schichtweise aus formlosem oder formneutralem Material direkt auf dem Trägersieb hergestellt (gedruckt) und mit diesem im selben Arbeitsgang verbunden wird.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Entwässerungssiebs für die Papierherstellung mit mehrstufigen Wasserzeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
    b) der Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne die erforderliche Entwässerungsperforierung mittels 3D-Drucker oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren direkt auf dem Trägersieb erzeugt (gedruckt) und verbunden wird und
    c) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatz vorzugsweise mittels Laserstrahl am Sieb erzeugt wird.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Entwässerungssiebs für die Papierherstellung mit mehrstufigen Wasserzeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
    b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens einschließlich der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird und
    c) der Wasserzeicheneinsatz mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden wird.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Entwässerungssiebs für die Papierherstellung mit mehrstufigen Wasserzeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
    b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne die erforderliche Entwässerungsperforierung mittels 3D-Drucker oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird,
    c) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatz vorzugsweise mittels Laserstrahl in einem eigenen Arbeitsgang erzeugt wird und
    d) der Wasserzeicheneinsatz nachträglich mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden wird.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Entwässerungssiebs für die Papierherstellung mit mehrstufigen Wasserzeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
    b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Drucker oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird,
    c) der Wasserzeicheneinsatz mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z.B. Rasterverbindung) verbunden wird und
    d) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatzes vorzugsweise mittels Laserstrahl in einem eigenen Arbeitsgang an dem im Sieb fixierten Einsatz erzeugt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14,15,16,17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz auf einem Trägersieb derart aufgebracht wird, dass die maximale Höhe des Wasserzeicheneinsatzes deutlich über dem Siebniveau liegt.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz auf einem Trägersieb in einer etwa der Wasserzeichengröße entsprechenden Vertiefung im Sieb derart aufgebracht wird, dass die maximale Höhe des Wasserzeicheneinsatzes entweder unter, auf oder über dem Siebniveau liegt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14,15,16,17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz in einem ausgeschnittenen Bereich des Trägersiebs angeordnet und nur im Randbereich mit diesem verbunden wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14,15,16,17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Entwässerungssieb aus Kunststoff, Metall oder Kombinationen beider Werkstoffe als Trägersieb für den Wasserzeicheneinsatz besteht.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14,15,16,17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz aus jedem für den 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren geeignetem Werkstoff hergestellt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen mittels Laserstrahl erzeugt werden, vorzugsweise mittels Infrarot-Laser.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzeicheneinsatz mit einer Mehrzahl von Perforationen versehen wird, die einen Perforationsdurchmesser von 0,1 mm bis 2,0 mm aufweisen.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen zur oben liegenden Designfläche des Wasserzeicheneinsatzes hin verjüngend ausgeführt werden.
  27. Verfahren nach Anspruch 14 und 26 oder 16 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Perforationsöffnungen von einer runden Öffnung in der Designfläche zu einem Vieleck an der Unterseite erweitern.
  28. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforierung des Wasserzeicheneinsatzes im Rahmen der Herstellung des 3D-Reliefs erzeugt wird.
  29. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforierung des Wasserzeicheneinsatzes in einem separaten Arbeitsgang erzeugt wird.
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