EP3509806A1 - Verfahren zur bearbeitung eines substrats mit einem stanzstempel - Google Patents

Verfahren zur bearbeitung eines substrats mit einem stanzstempel

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EP3509806A1
EP3509806A1 EP17765409.2A EP17765409A EP3509806A1 EP 3509806 A1 EP3509806 A1 EP 3509806A1 EP 17765409 A EP17765409 A EP 17765409A EP 3509806 A1 EP3509806 A1 EP 3509806A1
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EP
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punch
substrate
punching
plane
opening
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EP17765409.2A
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Christoph Von Czapiewski
Alexander GÖDECKE
Roland HERES
Alexander Straub
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Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for processing a substrate with a punch and a machining tool for processing a substrate.
  • Documents such as value or security documents are usually constructed from one or more substrate layers.
  • the choice of the materials used in this case and the special structure, in particular of multilayer documents, is frequently such that a subsequent copy or forgery of the document is made considerably more difficult.
  • One possibility for increasing the security against forgery of a document is that individual or multiple substrate layers do not consist of the same material in a planar manner, but that at least in sections different materials are used. For example, it is possible for a document to have a transparent window.
  • DE 10 2014 000 133 B4 discloses a method for processing a planar, at least single-layered substrate by passing the substrate through a processing tool together with a film material at different levels and by producing a punch at a predetermined location of the substrate. The punch is then moved in an area outside the opening and in a further stroke of a filling material is stamped by the punch a cross-section of the opening corresponding element, then moved by the punch in the direction of the opening of the fixed substrate and the element through the punch inserted into the opening of the substrate.
  • the invention has for its object to provide a method for processing a substrate and a corresponding processing tool for processing a substrate.
  • the punch again performing a relative movement of the punch and the substrate in a direction parallel to the plane, the punch, as a result of the relative movement in the direction of the plane, being located above the opening of the substrate in the first punching position,
  • a substrate is generally understood to be a single-layer layer of a material or a multilayer layer of one or more materials, it being possible to use paper, cardboard or plastic as well as metal foils as the material.
  • the substrate may generally be the substrate of a value or security document or at least one layer of the substrate of a value or security document.
  • the carrier material may in turn be, for example, a card body, if the security document is a card-shaped document.
  • a document Under a document are generally paper-based and / or plastic-based documents understood, such as identity documents, in particular passports, identity cards, visas and driving licenses, vehicle registration documents, vehicle registration documents, company cards, health cards or other ID documents, as well as smart cards, means of payment, especially bank cards and Credit cards, bills of lading or other credentials. Value documents can also be bills in particular.
  • Embodiments of the invention could have the advantage that, with a mechanically simple and thus, in the case of use, error-prone tool construction of the machining mechanism used for carrying out the method. With high precision, a filling element can be inserted into a substrate.
  • the filling material used for this purpose can in turn be constructed in one or more layers and in this case consist of different material layers and likewise be paper-, cardboard-, metal- or plastic-based.
  • the substrate and filling material are not arranged one above the other but next to one another. This could, for example, eliminate the need to use movable anvil strips. Another advantage could be that a flexible selectability of the first and second punching position is parallel to the plane.
  • a substrate element corresponding to the cross section of the opening results, the substrate element being removed from the punching punch before the filling element is punched out.
  • a ram could be used here, which pushes the substrate element located therein through the punch through downwards through the punch.
  • the punch is preferably located above a corresponding receptacle for receiving the substrate element resulting as a waste product.
  • the punch is subjected to the punching of the opening and / or the punching of the desired filling material with ultrasound.
  • the ultrasound application could cause an ultrasound-induced softening of the material to be punched out, so that the force required by the punch for the actual punching out is reduced. So instead of punching out a hard material, a material softened by the ultrasound is punched out due to the application of ultrasound.
  • the requirements for the performance of the punching robot can be reduced with regard to the forces to be applied. This could, for example, allow the punch to be guided by a robot that does not have to impose extreme demands on efficiency and high precision. It could thus be used a relatively simple robot, which only has a high precision as the main requirement, since the forces to be applied by the robot on the punch could be reduced due to the ultrasound.
  • the insertion of the filling element comprises:
  • the in-plane portion of the substrate is supported by a stationary stop in the direction perpendicular to the plane.
  • a stationary stop in the direction perpendicular to the plane.
  • the punch has an outer cut surface, wherein the punch angle of the cut surface is smaller than 90 °.
  • this could be realized by moving various elements of the punch. In the case of a rectangular punch, this would require four movable elements, which individually perform the punching operation in a punching angle ⁇ 90 °.
  • a trapezoidal cut could be made possible which limits the possible degrees of freedom of the filling element in the opening to a single degree of freedom due to the trapezoidal shape and with respect to the filling element to be inserted into the opening. Both side and down the filler material is held in the opening due to the trapezoidal shape.
  • the punch touched when inserting the filling element of the punch the edge of the opening of the substrate.
  • the punch is subjected to ultrasound.
  • This could have the advantage that, in particular in the case of plastic substrates, when the filling element is inserted, the edge of the opening is softened, e.g. is plasticized. The thus softened edge can now enter into a preferably cohesive composite with the filler when retracting the punch.
  • the filling element in the punched-out opening could not only be mechanically “clamped", but even be welded into the opening.
  • the substrate is held during the punching of the opening and insertion of the filling element by a machining tool, wherein the relative movement with the transfer of the punch between the first punching position and the second punching position by a method of the punch stem is relative to the processing tool.
  • the machining tool could therefore be designed to be rigid and the punch could, for example, be moved along by a robot on the machining tool.
  • the punch is arranged on an arm, wherein the method of the punch comprises a rotation of the arm about an axis of the machining tool extending perpendicular to the plane. This, too, could simplify the mechanical construction of the device used for carrying out the method, so that a corresponding device could be produced in a cost-effective manner.
  • a first magazine comprises a set of filling materials, wherein the filling materials of the set of filling materials are arranged one behind the other in the first magazine, the method further comprising moving the first magazine so that the desired filling material prior to punching out the filling element seen in the direction of the plane to lie in the second punched position.
  • the first magazine comprises a first turntable, wherein the filling materials of the set of filling materials on the first turntable are arranged in a circle one behind the other, wherein the movement of the magazine comprises rotating the first turntable.
  • the use of the magazine with the filling materials arranged one behind the other could have the advantage that, with constant flexibility and movement of the punch, flexible availability of filling materials can be ensured.
  • flexible availability of filling materials can be ensured.
  • stratindividuell or document-individual filler materials are used.
  • the individual filling materials of the set of filling materials are arranged on a carriage one behind the other, so that the carriage must be moved along a linear path only in the appropriate second punching position, so that the desired filling material in the direction of Level seen in the second punching position comes to rest.
  • a second magazine may comprise a set of substrates, wherein the substrates of the set of substrates are arranged in the second magazine one behind the other and the substrate comprises an opening to be punched out, the method also entering before punching out the opening Moving the second magazine so includes that the substrate with the punched-out opening does not come to lie in the first punching position as seen in the plane.
  • the second magazine may comprise a second turntable, wherein the substrate and the set of substrates on the second turntable are arranged in a circle one behind the other and moving the magazine comprises rotating the second turntable.
  • substrates prepared in a prepared working step could be prefixed in a suitable manner in the second magazine in a different stamping position from the first punching position. Thereafter, the thus pre-fixed substrate is conveyed to the first punching position to be subsequently subjected to the above-described method.
  • the removal of the thus processed substrate for insertion of the filling element in the generated opening could be carried out by advancing the processed substrate in a further, preferably different from the first punching position punching position.
  • the further conveyance automatically causes a substrate subsequently provided subsequently to be conveyed again into the first punching position.
  • a supply of substrates and a removal of processed substrates could be ensured in a mechanically simple and space-saving manner.
  • the substrate is the carrier material, for example the card body, a security or security document or at least one layer of a carrier material of a security or security document.
  • the filling material in the wavelength range of the visible light, is transparent and the substrate element is opaque.
  • Transparent is understood to mean a transmission t> 0.7
  • an opaque material is understood to mean a transmission t ⁇ 0.1.
  • the invention relates to a machining tool for machining a substrate, wherein the machining tool has a punch, wherein the substrate extends at least partially in a plane, wherein the machining tool is designed to:
  • the punch again performing a relative movement of the punch and the substrate in a direction parallel to the plane, the punch, as a result of the relative movement in the direction of the plane, being located above the opening of the substrate in the first punching position,
  • FIG. 1 is a schematic view of a security document
  • FIG. 2 shows different method steps for processing a substrate with a punch
  • FIG. 3 shows a schematic view of a processing tool for processing a substrate with a turntable for substrates and filling materials
  • FIG. 4 shows a schematic view of a processing tool for processing a substrate with a common turntable for a substrate and a filling material
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of a substrate with an opening and a substrate element to be inserted therein.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a security document, for example an identity card.
  • the badge has a body, which is referred to below as the substrate 100.
  • the badge carries, in addition to various security features and identification features such as a photograph of the owner of the badge and its name and address, an element 102, e.g. a transparent window 102.
  • an element 102 e.g. a transparent window 102.
  • the transparent window 102 is provided only as a pure transparent window in the card or it is also possible that the transparent window itself carries various security features. It is possible, for example, that when looking through the transparent window again structures contained in the window are visible, which should thus ensure a forgery-proof identity.
  • the transparent window 102 can also have various microstructures which only reveal correspondingly defined information by projecting laser light which illuminates through the window onto a surface.
  • the substrate 100 is the substrate, that is to say the card body or a part of a card body of an ID card, and that the element 102 is a transparent transparent window.
  • the substrate 100 may represent any desired carrier material of a value or security document or a layer of the carrier material of a value or security document.
  • the element 102 is any type of filling element, but which preferably represents a certain security feature of the value or security document. A corresponding transparency of the filling element 102 is not absolutely necessary.
  • the substrate 100 extends in one plane.
  • this plane is a horizontal plane.
  • “Extending in the plane” is to be understood generally in the context of the entire description in such a way that in the case of a three-dimensional body, the greatest extent and extent of the body lies precisely in the said plane.
  • the said plane is identified by reference numeral 206 in FIG. 2 and extends in the horizontal direction.
  • FIG. 2 a shows how the substrate 100 is processed with a stamping punch 204.
  • the punch 204 performs a lifting movement toward the substrate 100 and punches an opening in the in-plane portion of the substrate.
  • the punch 204 is located in the direction of the plane 206 seen in a first punching position.
  • FIG. 2b The result of the punching process is shown in FIG. 2b, where now the punched opening 208 in the substrate 100 can be seen.
  • the substrate element 200 still located in the punch 204 due to the punching process will now be removed from the punch 204 in the next step.
  • a plunger 201 are used, which pushes through the punch through the remaining in the punch still substrate member 200 down.
  • the punch 204 is further moved parallel to the plane 206 to a second punching position.
  • the ejection of the substrate element is therefore at a punching position of the punch, which is different from the first punching position and the second punching position of the punch.
  • FIG. 2c the punch 204 is shown in said second punching position. It is now above the filling material 202, from which the filling element 102 is to be equipped.
  • the filling material and the substrate extend along a common plane 206, this is not absolutely necessary for the realization of the described method. It is also possible that substrate and filling material are on different, preferably parallel planes. However, they should be spatially side-by-side and not stacked or overlapped with respect to the plane 206. In FIG. 2c, in the second punching position, the filling element 102 is now removed from the
  • Filler 202 performed by the punch 204 by performing a lifting movement of the punch in the direction of the filling material 202.
  • the result is shown in FIG. 2b. Due to the punching operation of the filling element, the filling element 102 is located in the punch 204. In this state, the punch 204 is moved back from the second punching position (in FIG. 2, the right punching position) to the first punching position (left punching position). The punched-out filling element 102 leaves an opening 210 in the filling material 202, which, however, has no relevance for the present description (FIG. 2d). Finally, in the last step according to FIG. 2e, insertion of the filling element 102 remaining in the punch 204 into the opening 208 of the substrate 100 is effected by the punch.
  • the insertion can again take place with the aid of the plunger 201, which after lowering the punch 200 on the upper side of the substrate 100 pushes the filling element 102 into the opening 208.
  • the corresponding result is shown in FIG. 2e, wherein now the opening 208 with the filling element 102 is closed.
  • a first advantage could be that, due to the lower required
  • Punching force required for guiding the punching tool part must be designed mechanically only for the correspondingly lower force input. Therefore, a robot could be used for the leadership of the punch in particular, which has a high positioning accuracy, but a reduced ability to apply the required punching force. This results in the possibility of choosing appropriately low-cost robots.
  • a second advantage could be that due to the reduced forces, the resulting compression of the material to be punched during the punching process is also reduced. Thus, a corresponding punching process could deliver much more precise punching results than would be possible with the direct processing of the material in the hard state.
  • Another advantage could be that a reduction of the mechanical tool wear is possible, resulting in a better service life of the punch.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a processing tool for processing the substrate 100.
  • the punch 204 which is arranged on an arm 302, is used.
  • the arm is pivotable about an axis 310, so that the punch 204 is pivotable from its left in FIG. 3, the first punching position in the right second punching position (shown in phantom).
  • the left punching position corresponds to that punching position of the punching punch 204, in which both the opening 208 can be punched and the filling element 102 is inserted into the substrate 100.
  • the right punching position of the punch 204 in FIG. 3 corresponds to that punching position in FIG. 2, in which the punch punches the filling element out of the filling material.
  • a substrate located in this particular case in FIG. 3 in the 1 o'clock position can be subjected to the stamping process, whereas a substrate located at 3 o'clock position with inserted filling element is removed there and further processing, for example lamination or personalization can be supplied.
  • a substrate blank may be fed to the turntable 301.
  • a turntable 303 is shown in FIG. 3 for different filling materials arranged in a circle on the turntable 303 one behind the other. Also this turntable is arbitrarily rotatable about an axis (direction of rotation 306), for example, again in the clockwise direction.
  • the person skilled in the art will be able to transfer the principle explained with respect to the turntable 301 to the turntable 303 and the filling materials 202 located there.
  • the 1 o'clock position would be the removal position of the filling material subjected to the stamping process, and the 3 o'clock position would be the feed position at which new filling material can be fed to the turntable 303.
  • a rigid arm 302 which is rotatable about an axis 310
  • a three-dimensionally movable robot is used, which leads the punch 204.
  • the arm 302 is also movable in the extension direction of the arm, so that an arbitrary punching position in connection with the rotation about the axis 310 can be approached on the substrate 100 or the filling material 202 before the punching process.
  • this can also be controlled substrate-individually, so that the required in terms of Industry 4.0 flexibility in the processing of any substrates and fillers is guaranteed.
  • the filling materials 202 on the turntable 303 it should also be noted that it is possible for the filling materials 202 located on the turntable 303 to have partially different material compositions or else also different security features. Thus, it is also possible here to punch out the desired substrate element from the filling material rotated to the right punching position substrate-individually by appropriate rotation of the turntable 303 and to insert it into the opening previously produced in the substrate.
  • the punch it could be of great use, if the punch is fully movable in all directions, because then at one and the same filling material (eg a sheet of material) at different points the punching of the filling elements is possible and thus a given filling material (a given arc of a filling material) used several times and can be used accordingly often.
  • the substrate 100 and filling material 202 are located on a turntable 400 and are thus seen from the perspective of the substrate or filling material in the corresponding punching position by means of any rotation in the direction 402 in corresponding punching positions.
  • the punching process of the opening of the substrate 100 and the insertion of the filling element into the opening can thus take place, whereas the punching of the filling element requires that the filling material 202 is rotated to the punching position in which 4, the substrate 100 is located instantaneously.
  • a mobility of the arm 302 both in the extension direction of the arm, ie in the radial direction to the axis 310, as well as a mobility of the arm in any direction 300, ie, a rotation of the arm about the axis 310 be helpful.
  • the punching positions are limited to a relatively small area within the substrate, the required mobility of the punch is limited to just that area and a corresponding robot guidance of the punch can be limited to just this area. This could significantly simplify the mechanical construction of the robot used for this purpose.
  • a robot is generally understood to mean a device which is able to transfer the punch into a desired punching position. This may be a robot in the conventional sense, which may have a plurality of different joints around which respective robot arms for positioning the punch are pivoted or rotated. However, a robot is also understood to mean a device as described above with respect to FIG. 3 and FIG. 4 with a rotation axis 310 and an arm 302.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view through a substrate 100 with a trapezoidal opening 208.
  • the filling element 102 has a trapezoidal shape with an oblique edge 500.
  • the punch has a plurality of outer cut surfaces, wherein the punching angle ⁇ of the cut surface is smaller than 90 °.
  • the case of a rectangular cross-section of opening or substrate or filling element seen in plane 206 could be realized by four punching blades which perform the punching operation at said four edges of this rectangle at said angle ⁇ .
  • the punching blades thus cut at an angle ⁇ into the substrate or the filling material in order to punch out and maintain trapezoidal openings or the corresponding trapezoidal filling element.
  • the use of, for example, a trapezoidal shape or generally a cutting surface ⁇ 90 ° would be advantageous in that after insertion of the filling element 302 into the opening 208, the degrees of freedom of the filling element 102 are limited to only one direction opposite to the direction of insertion. This could increase the mechanical stability with which the filling element is held in the substrate.
  • the above-described softening of both filling element 102 and substrate 100 also results in the edge region of the opening. so that an adhesive bond after insertion of the filling element 102 into the substrate 100 is made possible. This further increases the force with which the filling element 102 is fixed in the substrate 100.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats (100) mit einem Stanzstempel, wobei sich das Substrat (100) zumindest teilweise in einer Ebene (206) erstreckt, wobei das Verfahren umfasst: - Ausstanzen einer Öffnung (208) in dem sich in der Ebene (206) erstreckenden Teil des Substrats (100) durch den Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel (204) beim Ausstanzen in Richtung der Ebene (206) gesehen in einer ersten Stanzposition befindet, - Nach dem Ausstanzen, Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel (204) und Substrat (100) in einer Richtung parallel zu der Ebene (206), wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene (206) gesehen der Stanzstempel (204) übereinem gewünschten Füllmaterial (202) in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt, - In der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements (102) aus dem gewünschten Füllmaterial (202) durch den Stanzstempel, wobei das Füllelement (102) in dem Stanzstempel (204) verbleibt, - Erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel (204) und Substrat (100) in einer Richtung parallel zu der Ebene (206), wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene (206) gesehen der Stanzstempel (204) über der Öffnung (208) des Substrats (100) in der ersten Stanzposition zu liegen kommt, - Einsetzen des in dem Stanzstempel (204) verbliebenen Füllelements (102) durch den Stanzstempel (204) in die Öffnung (208) des Substrats (100).

Description

Bundesdruckerei GmbH
Kommandantenstraße 18
10969 Berlin
Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel sowie ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Substrats.
Dokumente wie z.B. Wert- oder Sicherheitsdokumente sind üblicherweise aus einer oder mehrerer Substratschichten aufgebaut. Die Wahl der hierbei verwendeten Materialien und der spezielle Aufbau insbesondere mehrschichtiger Dokumente erfolgt dabei häufig so, dass eine nachträgliche Kopie bzw. Fälschung des Dokuments er- heblich erschwert wird. Eine Möglichkeit, die Fälschungssicherheit eines Dokuments zu erhöhen, besteht darin, dass einzelne oder mehrere Substratschichten nicht flächig aus demselben Material bestehen, sondern dass zumindest abschnittsweise unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Dokument ein transparentes Fenster aufweist.
Die DE 10 2014 000 133 B4 offenbart ein Verfahren zur Bearbeitung eines ebenen, zumindest einlagigen Substrats, indem das Substrat gemeinsam mit einem Filmmaterial auf unterschiedlichen Ebenen durch ein Bearbeitungswerkzeug hindurchgeführt wird und ein Stanzstempel an einer vorgegebenen Stelle des Substrats eine Öffnung erzeugt. Der Stanzstempel wird anschließend in einem Bereich außerhalb der Öffnung bewegt und in einem weiteren Hub aus einem Füllmaterial wird durch den Stanzstempel ein dem Querschnitt der Öffnung entsprechendes Element ausgestanzt, dann durch den Stanzstempel in Richtung der Öffnung des fixierten Substrats bewegt und das Element durch den Stanzstempel in die Öffnung des Substrats eingesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats sowie ein entsprechendes Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Substrats bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Beschrieben ist ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel, wobei sich das Substrat zumindest teilweise in einer Ebene erstreckt, wo- bei das Verfahren umfasst:
- Ausstanzen einer Öffnung in dem sich in der Ebene erstreckenden Teil des Substrats durch den Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel beim Ausstanzen in der Richtung der Ebene gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,
- nachdem Ausstanzen Durchführung einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Rela- tivbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über einem gewünschten Füllmaterial in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt,
- in der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements aus dem gewünschten Füllmaterial durch den Stanzstempel, wobei das Füllelement in dem Stanzstempel verbleibt,
- erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über der Öffnung des Substrats in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,
- Einsetzen des in dem Stanzstempel verbliebenen Füllelements durch den Stanzstempel in die Öffnung des Substrats.
Als Substrat wird allgemein eine einlagige Schicht aus einem Material oder eine mehrlagige Schicht aus einem oder mehrerer Materialien verstanden, wobei als Ma- terial Papier, Pappe oder Kunststoff sowie Metallfolien Verwendung finden können. Bei dem Substrat kann es sich allgemein um das Trägermaterial eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder zumindest eine Schicht des Trägermaterials eines Wertoder Sicherheitsdokuments handeln. Bei dem Trägermaterial kann es sich wiederum um zum Beispiel einen Kartenkörper handeln, wenn es sich bei dem Wert- oder Sicherheitsdokument um ein kartenförmiges Dokument handelt.
Unter einem Dokument werden allgemein Papier-basierte und/oder Kunststoffbasierte Dokumente verstanden, wie zum Beispiel Ausweisdokumente, insbesondere Reisepässe, Personalausweise, Visas sowie Führerscheine, Fahrzeugscheine, Fahrzeugbriefe, Firmenausweise, Gesundheitskarten oder andere ID-Dokumente sowie auch Chipkarten, Zahlungsmittel, insbesondere Bankkarten und Kreditkarten, Frachtbriefe oder sonstige Berechtigungsnachweise. Wertdokumente können auch insbesondere Geldscheine sein. Ausführungsformen der Erfindung könnten den Vorteil haben, dass mit einem mechanisch einfachen und damit bei der Verwendung wenig fehleranfälligen Werkzeugaufbau des zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Bearbeitungswerk- zeugs mit hoher Präzision ein Füllelement in ein Substrat eingesetzt werden kann. Das hierzu verwendete Füllmaterial kann wiederum ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein und dabei aus unterschiedlichen Materialschichten bestehen und ebenfalls Papier-, Pappe-, Metall- oder Kunststoff-basiert sein.
Im Gegensatz zum oben genannten Stand der Technik DE 10 2014 000 133 B4 wird gemäß dem Gedanken der vorliegenden Erfindung Substrat und Füllmaterial nicht übereinander, sondern nebeneinander angeordnet. Damit könnte zum Beispiel die Notwendigkeit der Verwendung von beweglichen Ambossstreifen entfallen. Ein weiterer Vorteil könnte sein, dass eine flexible Wählbarkeit der ersten und zweiten Stanzposition parallel zu der Ebene gegeben ist. Anstatt also, wie im Stand der Technik DE 10 2014 000 133 B4 beschrieben, Substrat und Füllmaterial an exakt vordefinierten Stellen mit dem Stanzstempel zu bearbeiten, könnte es das beschriebene Verfahren ermöglichen, flexibel und sogar individuell pro Substrat und/oder Füllmaterial die jeweiligen Stanzpositionen festzulegen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung resultiert aufgrund des Ausstanzens der Öffnung ein dem Querschnitt der Öffnung entsprechendes Substratelement, wobei das Substratelement vor dem Ausstanzen des Füllelements von dem Stanzstempel entfernt wird. Beispielsweise könnte hier ein Stößel zum Einsatz kommen, welcher durch den Stanzstempel hindurch das hierin befindliche Substratelement nach unten durch den Stanzstempel hindurch hinausdrückt. Vorzugsweise befindet sich der Stanzstempel beim Hinausdrücken des Substratelements über einem entsprechenden Behältnis zur Aufnahme des als Abfallprodukt resultierenden Substratelements.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stanzstempel beim Ausstanzen der Öffnung und/oder beim Ausstanzen des gewünschten Füllmaterials mit Ultraschall beaufschlagt. Die Ultraschallbeaufschlagung könnte eine Ultraschallinduzierte Erweichung des auszustanzenden Materials bewirken, sodass die durch den Stanzstempel zum eigentlichen Ausstanzen benötigte Kraft reduziert wird. Anstatt also ein hartes Material auszustanzen wird aufgrund der Ultraschallbeaufschlagung ein durch den Ultraschall erweichtes Material ausgestanzt. Dies wiede- rum könnte zufolge haben, dass die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des den Stanzstempel führenden Roboters bezüglich der aufzubringenden Kräfte reduziert werden kann. Dies könnte es zum Beispiel ermöglichen, dass der Stanzstempel durch einen Roboter geführt wird, bei dem keine extremen Anforderungen be- züglich der kräftemäßigen Leistungsfähigkeit bei hoher Präzision gestellt werden muss. Es könnte also ein verhältnismäßig einfacher Roboter zum Einsatz kommen, welcher als Hauptanforderung lediglich eine hohe Präzision aufweist, da die durch den Roboter über den Stanzstempel aufzubringenden Kräfte aufgrund der Ultraschallbeaufschlagung reduziert werden könnten.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einsetzen des Füllelements:
- Durchführung einer Hubbewegung des Stanzstempels senkrecht zu der Ebene, wobei aufgrund der Hubbewegung der Stanzstempel in der Öffnung des Substrats oder in einer Ebene unmittelbar oberhalb der Ebene des Substrats zu liegen kommt,
- Bewegung des Füllelements in die Öffnung durch den Stößel.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der sich in der Ebene erstreckende Teil des Substrats durch einen unbeweglichen Anschlag in Richtung senkrecht zu der Ebene gestützt. Wie bereits obig erwähnt, kann also insbesondere auf die Verwendung bewegbarer Ambossstreifen verzichtet werden, da ein Ausstoßen des Substratelements an der ersten Stanzposition aufgrund der Verfahrbarkeit des Stanzstempels nicht notwendig ist. Z.B. erfolgt das Entfernen des Substratelements in einer von der ersten und der zweiten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition des Stanzstempels.
Das Entfernen des Substratelements erfolgt also nicht wie im Stand der Technik DE 10 2014 000 133 B4 beschrieben durch die erzeugte Öffnung des Substrats hindurch, sondern hier besteht eine nahezu beliebige Freiheit, an welcher Stanzposition das Entfernen des Substratelements zu erfolgen hat. Auch dies könnte den geometrischen Aufbau der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrich- tung, insbesondere im Hinblick auf die Abfuhr der Substratelemente als Abfallprodukt, vereinfachen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Stanzstempel eine äußere Schnittfläche auf, wobei der Stanzwinkel der Schnittfläche kleiner als 90° ist. Zunächst einmal könnte dies durch bewegliche verschiedene Elemente des Stanzstempels realisiert werden. Im Falle eines rechteckigen Stanzstempels würde dies vier bewegliche Elemente erfordern, welche in einem Stanzwinkel < 90° einzeln den Stanzvorgang durchführen. Beispielsweise könnte eine trapezförmige Ausstanzung ermöglicht werden, welche aufgrund der Trapezform und bezüglich des für in die Öffnung einzusetzenden Füllelements die mögliche Freiheitsgrade des Füllelements in der Öffnung auf einen einzigen Freiheitsgrad einschränkt. Sowohl seitlich als auch nach unten wird aufgrund der Trapezform das Füllmaterial in der Öffnung gehalten.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung berührt beim Einsetzen des Füllelements der Stanzstempel den Rand der Öffnung des Substrats. Außerdem wird beim Einsetzen des Füllelements der Stanzstempel hierbei mit Ultraschall beaufschlagt. Dies könnte den Vorteil haben, dass insbesondere im Fall von Substraten aus Kunststoff beim Einsetzen des Füllelements der Rand der Öffnung erweicht, z.B. plastifiziert wird. Der so erweichte Rand kann nun mit dem Füllelement bei Zurückziehen des Stanzstempels einen vorzugsweise stoffschlüssigen Verbund eingehen. Damit könnte das Füllelement in der ausgestanzten Öffnung nicht nur mechanisch „geklemmt" gehalten werden, sondern sogar in die Öffnung eingeschweißt sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat beim Ausstanzen der Öffnung und Einsetzen des Füllelements durch ein Bearbeitungswerkzeug gehalten, wobei die Relativbewegung mit dem Überführen des Stanzstempels zwischen der ersten Stanzposition und der zweiten Stanzposition durch ein Verfahren des Stanz- stempeis relativ zum Bearbeitungswerkzeug erfolgt. Das Bearbeitungswerkzeug könnte also starr ausgelegt werden und der Stanzstempel könnte zum Beispiel durch einen Roboter am Bearbeitungswerkzeug entlangbewegt werden. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stanzstempel an einem Arm angeordnet, wobei das Verfahren des Stanzstempels eine Drehung des Arms um eine sich senkrecht zur Ebene erstreckende Achse des Bearbeitungswerkzeugs umfasst. Auch dies könnte den mechanischen Aufbau der für die Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung vereinfachen, damit in kostengünstiger Weise eine entsprechende Vorrichtung hergestellt werden könnte: Es müsste z.B. sichergestellt werden, dass der Arm um eine Achse rotiert werden kann, wobei zusätzlich in Richtung senkrecht zur Ebene eine Beweglichkeit des Stanzstempels entweder zusam- men mit dem Arm oder relativ zum Arm notwendig wäre. Zwar könnte dies auch mit einem in allen drei Dimensionen beliebig bewegbaren Roboterarm und daran befindlichem Stanzstempel realisiert werden, jedoch zu deutlich höheren Kosten und gegebenenfalls geringerer Präzision der Durchführung des Verfahrens. Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist ein erstes Magazin einen Satz von Füllmaterialien auf, wobei die Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien im ersten Magazin hintereinander angeordnet sind, wobei das Verfahren ferner vor dem Ausstanzen des Füllelements ein Bewegen des ersten Magazins so umfasst, dass das gewünschte Füllmaterial in Richtung der Ebene gesehen in der zweiten Stanz- position zu liegen kommt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste Magazin einen ersten Drehteller, wobei die Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien auf dem ersten Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet sind, wobei das Bewegen des Ma- gazins ein Drehen des ersten Drehtellers umfasst.
Die Verwendung des Magazins mit den darin hintereinander angeordneten Füllmaterialien könnte den Vorteil haben, dass bei gleichbleibender Beweglichkeit und Bewegung des Stanzstempels eine flexible Verfügbarkeit an Füllmaterialien gewähr- leistet werden kann. Insbesondere im Hinblick auf Industrie 4.0 und die damit einhergehende Notwendigkeit der Flexibilität könnte zum Beispiel erfordern, das sub- stratindividuell oder dokumentenindividuell Füllmaterialien zum Einsatz kommen sollen.
Zwar könnte dies dadurch gelöst werden, dass ein dreidimensional beweglicher Ro- boter unterschiedliche Füllmaterialien an unterschiedlichen Stanzpositionen in Richtung der Ebene gesehen anfahren und hieraus entsprechende Füllelemente ausstanzen kann. Dies würde jedoch hohe mechanische Anforderungen bezüglich der Beweglichkeit bei gleichbleibender Präzision eines entsprechendes Roboters erfordern. Insbesondere wenn das Magazin einen ersten Drehteller umfasst, ist durch die kreisförmige Anordnung der Füllmaterialien auf dem ersten Drehteller und das „Hindrehen" des für den augenblicklichen Stanzvorgang benötigten Füllmaterials diese Herausforderung umgangen, da üblicherweise bezüglich der Drehteller aufgrund des einzigen Rotationsfreiheitsgrades eine von Haus aus hohe Präzision der Positionierung von Füllmaterial gewährleistet werden kann.
Statt der Verwendung eines Drehtellers ist es auch möglich, dass die einzelnen Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien auf einem Schlitten hintereinander angeordnet sind, sodass der Schlitten entlang einer linearen Bahn lediglich in die geeignete zweite Stanzposition verfahren werden muss, sodass das gewünschte Füllmaterial in der Richtung der Ebene gesehen in der zweiten Stanzposition zu liegen kommt.
Wie bezüglich der Füllmaterialien beschrieben, ist es analog auch möglich, mit unterschiedlichen Substraten zu verfahren. So kann beispielsweise nach einer Ausfüh- rungsform der Erfindung ein zweites Magazin einen Satz von Substraten aufweisen, wobei die Substrate des Satzes von Substraten im zweiten Magazin hintereinander angeordnet sind und das Substrat eine auszustanzende Öffnung umfasst, wobei das Verfahren ferner vor dem Ausstanzen der Öffnung ein Bewegen des zweiten Magazins so umfasst, dass das Substrat mit der auszustanzenden Öffnung nicht in der Ebene gesehen in der ersten Stanzposition zu liegen kommt. Auch hier kann das zweite Magazin einen zweiten Drehteller umfassen, wobei das Substrat und der Satz von Substraten auf dem zweiten Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet sind und das Bewegen des Magazins ein Drehen des zweiten Drehtellers umfasst.
Damit könnte zum Beispiel ermöglicht werden, dass das Positionieren der Substrate im zweiten Magazin an einer von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition erfolgen kann. So könnten in einem vorbereiteten Arbeitsschritt bereitgestellte, zum Beispiel laminierte oder teillaminierte Substrate in einer geeigneten Weise im zweiten Magazin in einer von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition vorfixiert werden. Daraufhin wird das so vorfixierte Substrat in die erste Stanzposition befördert, um anschließend dem obig beschriebenen Verfahren unterworfen zu werden. Das Entnehmen des so bearbeiteten Substrats zum Einsetzen des Füllelements in die erzeugte Öffnung könnte durch ein Weiterbefördern des bearbeiteten Substrats in eine weitere, vorzugsweise von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition erfolgen. Insbesondere bei einem Drehteller führt das Weiterbefördern dazu, dass automatisch ein zwischenzeitlich nachfolgend bereitgestelltes Substrat wieder in die erste Stanzposition befördert wird. Damit könnte mechanisch einfach und platzsparend eine Zuführung von Substraten und eine Ent- nähme von bearbeiteten Substraten gewährleistet werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Substrat um das Trägermaterial, zum Beispiel den Kartenkörper, eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder zumindest eine Schicht eines Trägermaterials eines Wert- oder Sicherheitsdokuments.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes das Füllmaterial transparent und das Substratelement opak. Unter transparent wird dabei eine Transmission t > 0,7 verstanden und unter einem opa- ken Material wird hierbei eine Transmission t < 0,1 verstanden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Substrats, wobei das Bearbeitungswerkzeug einen Stanzstempel aufweist, wobei sich das Substrat zumindest teilweise in einer Ebene erstreckt, wobei das Bearbeitungswerkzeug ausgebildet ist zum:
- Ausstanzen einer Öffnung in dem sich in der Ebene erstreckenden Teil des Substrats auf dem Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel beim Ausstanzen in Richtung der Ebene gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,
- nach dem Ausstanzen, Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstem- peln im Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der
Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel mit einem gewünschten Füllmaterial in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt,
- in der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements aus dem ge- wünschten Füllmaterial durch den Stanzstempel,
- erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über der Öffnung des Substrats in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,
- Einsetzen des Füllelements durch den Stanzstempel in die Öffnung des Substrats.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Sicherheitsdokuments,
Figur 2 verschiedene Verfahrensschritte zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel,
Figur 3 eine schematische Ansicht eines Bearbeitungswerkzeugs zur Bearbeitung eines Substrats mit Drehteller für Substrate und Füllmaterialien, Figur 4 eine schematische Ansicht eines Bearbeitungswerkzeugs zur Bearbeitung eines Substrats mit einem gemeinsamen Drehteller für ein Substrat und ein Füllmaterial,
Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht eines Substrats mit Öffnung und einem darin einzusetzendes Substratelements.
Im Folgenden werden einander ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Sicherheitsdokuments, beispielsweise eines Ausweises. Der Ausweis besitzt einen Körper, welcher im Folgenden als Substrat 100 bezeichnet wird.
Der Ausweis trägt neben verschiedenen Sicherheitsmerkmalen und Identifikationsmerkmalen wie Lichtbild des Besitzers des Ausweises und dessen Name und Anschrift auch ein Element 102, z.B. ein transparentes Fenster 102. Es ist dabei sowohl möglich, dass das transparente Fenster 102 lediglich als reines transparentes Fenster im Ausweis vorgesehen ist oder es ist auch möglich, dass das transparente Fenster selbst verschiedene Sicherheitsmerkmale trägt. Möglich ist zum Beispiel, dass beim Durchblicken durch das transparente Fenster wiederum im Fenster enthaltene Strukturen Sichtbar werden, welche somit eine Fälschungssicherheit des Ausweises gewährleisten sollen. Das transparente Fenster 102 kann neben unmit- telbar sichtbaren Strukturen auch verschiedene Mikrostrukturen aufweisen, welche erst durch Projektion von durch das Fenster hindurchleuchtenden Laserlichts auf eine Fläche eine entsprechende definierte Information preisgeben.
Im Folgenden sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass es sich bei dem Substrat 100 um das Substrat, das heißt den Kartenkörper oder einen Teil eines Kartenkörpers eines Ausweises, handelt und dass es sich bei dem Element 102 um ein transparentes Durchsichtfenster handelt. Allgemein gespro- chen kann jedoch das Substrat 100 ein beliebiges Trägermatehal eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder eine Schicht des Trägermaterials eines Wert- oder Si- cherheitsdokuments darstellen. Ebenfalls ist es möglich, dass das Element 102 eine beliebige Art des Füllelements ist, welches jedoch vorzugsweise ein bestimmtes Sicherheitsmerkmal des Wert- oder Sicherheitsdokuments repräsentiert. Eine entsprechende Transparenz des Füllelements 102 ist dabei nicht zwingend notwendig.
Um nun das Füllelement 102 in das Substrat 100 beim Herstellungsvorgang einzubringen, ist ein entsprechendes Verfahren zur Bearbeitung des Substrats notwen- dig. Dieses Verfahren ist schematisch mit verschiedenen Verfahrensschritten in den Figuren 2a bis 2e dargestellt.
In der Figur 2a wird davon ausgegangen, dass sich das Substrat 100 in einer Ebene erstreckt. In Figur 2 ist diese Ebene eine horizontale Ebene.„In der Ebene erstre- cken" sei dabei allgemein im Rahmen der gesamten Beschreibung so verstanden, dass bei einem dreidimensionalen Körper die flächenmäßig größte Erstreckung und Ausdehnung des Körpers eben in der besagten Ebene liegt.
Die besagte Ebene ist in der Figur 2 mit dem Bezugszeichen 206 gekennzeichnet und erstreckt sich in horizontaler Richtung.
In der Figur 2a ist nun gezeigt, wie das Substrat 100 mit einem Stanzstempel 204 bearbeitet wird. Der Stanzstempel 204 führt eine Hubbewegung in Richtung des Substrats 100 durch und stanzt eine Öffnung in dem sich in der Ebene erstrecken- den Teil des Substrats. Der Stanzstempel 204 befindet sich dabei in Richtung der Ebene 206 gesehen in einer ersten Stanzposition.
Das Resultat des Stanzvorgangs ist in der Figur 2b gezeigt, wo nun die ausgestanzte Öffnung 208 im Substrat 100 ersichtlich ist. Das aufgrund des Stanzvorgangs noch im Stanzstempel 204 befindliche Substratelement 200 wird nun im nächsten Schritt vom Stanzstempel 204 entfernt. Beispielsweise kann hierbei ein Stößel 201 zum Einsatz kommen, welcher durch den Stanzstempel hindurch das im Stanzstempel noch befindliche Substratelement 200 nach unten herausdrückt.
Anschließend wird der Stanzstempel 204 weiter parallel zu der Ebene 206 auf eine zweite Stanzposition verschoben. Das Ausstoßen des Substratelements erfolgt daher an einer Stanzposition des Stanzstempels, welche verschieden ist von der ersten Stanzposition und der zweiten Stanzposition des Stanzstempels.
In der Figur 2c ist der Stanzstempel 204 in der besagten zweiten Stanzposition ge- zeigt. Er befindet sich nun oberhalb vom Füllmaterial 202, aus welchem das Füllelement 102 ausgestattet werden soll.
Obwohl sich in der Figur 2 das Füllmaterial und das Substrat entlang einer gemeinsamen Ebene 206 erstrecken, ist dies zur Realisierung des beschriebenen Verfah- rens nicht zwingend notwendig. Möglich ist auch, dass sich Substrat und Füllmaterial auf unterschiedlichen, vorzugsweise parallelen Ebenen befinden. Sie sollten jedoch bezüglich der Ebene 206 gesehen räumlich nebeneinander und nicht übereinander oder überlappend Positioniert sein. In Figur 2c wird nun in der zweiten Stanzposition das Füllelement 102 aus dem
Füllmaterial 202 durch den Stanzstempel 204 durch die Durchführung einer Hubbewegung des Stanzstempels in Richtung des Füllmaterials 202 durchgeführt. Das Resultat ist in Figur 2b gezeigt. Aufgrund des Stanzvorgangs des Füllelements befindet sich das Füllelement 102 im Stanzstempel 204. In diesem Zustand wird der Stanzstempel 204 von der zweiten Stanzposition (in den Figuren 2 die rechte Stanzposition) auf die erste Stanzposition (linke Stanzposition) zurückverfahren. Das ausgestanzte Füllelement 102 hinterlässt eine Öffnung 210 im Füllmaterial 202, was jedoch für die vorliegende Beschreibung keine Relevanz hat (Figur 2d). Schließlich erfolgt im letzten Schritt gemäß Figur 2e ein Einsetzen des in dem Stanzstempel 204 verbleibenden Füllelements 102 durch den Stanzstempel in die Öffnung 208 des Substrats 100. Das Einsetzen kann dabei wiederum unter Zuhilfenahme des Stößels 201 erfolgen, welcher nach Absenken des Stanzstempels 200 auf die Oberseite des Substrats 100 das Füllelement 102 in die Öffnung 208 hineindrückt. Das entsprechende Resultat ist in der Figur 2e gezeigt, wobei nun die Öffnung 208 mit dem Füllelement 102 verschlossen ist.
Möglich ist nun, dass beim Stanzen der Öffnung, beim Stanzen des Füllelements, als auch beim Einsetzen des Füllelements in die Öffnung 208 der Stanzstempel 204 so mit Ultraschall beaufschlagt wird, dass eine Erweichung des vom Stanzstempel berührten Substrats bzw. des Füllmaterials resultiert. Aufgrund der Beaufschlagung des Stanzstempels mit Ultraschall erfolgt bei Berühren des Substrats bzw. des Füllmaterials durch den Stanzstempel eine Ultraschallenergieübertragung auf das Substrat bzw. Füllmaterial, sodass im Kontaktbereich zwischen Stanzstempel und Substrat bzw. Füllmaterial eine Erwärmung und daraus resultierende Erweichung des vom Stanzstempel berührten Materials resultiert.
Dies führt dazu, dass der anschließende eigentliche Stanzvorgang bezüglich eines erweichten Materials durchgeführt wird. Der eigentliche Stanzvorgang kann also mit verringerter Kraft und damit verringertem mechanischem Energieeintrag im Vergleich zum erhärteten Material erfolgen. Dies könnte zwei verschiedene Vorteile haben: Ein erster Vorteil könnte darin bestehen, dass aufgrund der geringer benötigten
Stanzkraft das zur Führung des Stanzstempels benötigte Werkzeugteil auch nur für den entsprechend geringeren Krafteintrag mechanisch ausgelegt werden muss. Daher könnte für die Führung des Stanzstempels insbesondere ein Roboter zum Einsatz kommen, welche eine hohe Positioniergenauigkeit, jedoch eine reduzierte Fähigkeit zur Aufbringung der benötigten Stanzkraft aufweist. Dies resultiert damit in der Möglichkeit der Wahl entsprechend kostengünstiger Roboter. Ein zweiter Vorteil könnte darin bestehen, dass aufgrund der reduziert herrschenden Kräfte die bei dem Stanzvorgang resultierende Kompression des zu stanzenden Materials ebenfalls reduziert wird. Damit könnte ein entsprechender Stanzvorgang wesentlich präzisere Stanzergebnisse liefern als dies bei der unmittelbaren Bearbeitung des Materials im harten Zustand möglich wäre.
Ein weiterer Vorteil könnte darin bestehen, dass eine Reduktion des mechanischen Werkzeugverschleißes möglich ist, woraus eine bessere Standzeit des Stanzwerkzeuges resultiert.
Da das Ziel des Verfahrens ist, das ausgestanzte Füllelement wieder in die Öffnung des Substrats einzubringen, ist insbesondere hierbei ein präzises Stanzergebnis sowohl für die Substratöffnung als auch für das Füllelement von Nutzen. Die Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung des Substrats 100. Zum Einsatz kommt wiederum der Stanzstempel 204, welcher an einem Arm 302 angeordnet ist. Der Arm ist um eine Achse 310 schwenkbar, sodass der Stanzstempel 204 von seiner in Figur 3 linken ersten Stanzposition in die rechte zweite Stanzposition (gestrichelt dargestellt) schwenkbar ist. Die linke Stanzposition entspricht dabei in der Figur 2 jener Stanzposition des Stanzstempels 204, bei welcher sowohl die Öffnung 208 stanzbar ist als auch das Füllelement 102 in das Substrat 100 eingesetzt wird. Entsprechend entspricht die rechte Stanzposition des Stanzstempels 204 in der Figur 3 jener Stanzposition in der Figur 2, bei welcher der Stanzstempel das Füllelement aus dem Füllmaterial herausstanzt.
Zur Durchführung des Verfahrens werden im Wesentlichen zwei Bewegungsvorgänge durchgeführt, nämlich zum einen ein Verschwenken und damit Bewegen des Stanzstempels 204 in der Ebene 206 zwischen der linken und der rechten Stanzpo- sition und zum anderen ein Bewegen des Stanzstempels senkrecht zur Ebene 206 zur Durchführung des eigentlichen Stanzvorgangs, das heißt die Durchführung einer Hubbewegung. In der Figur 3 sind nun verschiedene Substrate 100 auf einem Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet. Der Drehteller 301 ist in einer Drehrichtung 304 beliebig drehbar, sodass das gewünschte Substrat 100 der auf dem Drehteller 301 befindli- chen Satzes von Substraten in der ersten Stanzposition zu liegen kommt. Denkbar ist beispielsweise, dass sich der Drehteller 301 im Uhrzeigersinn drehen kann.
Ein in diesem speziellen Fall in der Figur 3 in 1 -Uhr-Position befindliches Substrat kann dem Stanzvorgang unterworfen werden, wobei hingegen ein in 3-Uhr-Position befindliches Substrat mit eingesetztem Füllelement dort entnommen und einer weiteren Verarbeitung, beispielsweise einer Lamination oder einer Personalisierung zugeführt werden kann. Auf der 5-Uhr-Position kann ein Substratrohling dem Drehteller 301 zugeführt werden. Durch Taktung des Verfahrens ist es nun möglich, hintereinander verschiedene Substrate dem Stanzverfahren zu unterwerfen, anschlie- ßend zu entnehmen, neue Substrate hinzuzuführen usw., um auf diesen Wege für einen reibungslosen Ablauf des Verfahrens zu sorgen.
In analoger Weise ist in der Figur 3 ein Drehteller 303 für verschiedene kreisförmig auf dem Drehteller 303 hintereinander angeordnete Füllmaterialien gezeigt. Auch dieser Drehteller ist um eine Achse beliebig drehbar (Drehrichtung 306), beispielsweise auch hier wieder im Uhrzeigersinn. Der Fachmann wird in der Lage sein, das bezüglich des Drehtellers 301 erläuterte Prinzip auf den Drehteller 303 und die dort befindliche Füllmaterialien 202 zu übertragen. Die 1 -Uhr-Position wäre dabei die Entnahmeposition des dem Stanzverfahren unterworfenen Füllmaterials und die 3- Uhr-Position wäre die Zuführposition, an welcher neues Füllmaterial dem Drehteller 303 zugeführt werden kann.
Um die Flexibilität des Bearbeitungswerkzeugs noch weiter zu erhöhen ist es ferner möglich, dass anstatt eines starren Arms 302, welcher um eine Achse 310 rotierbar ist, ein dreidimensional bewegbarer Roboter zum Einsatz kommt, welcher den Stanzstempel 204 führt. In einer einfachen Variante ist es beispielsweise möglich, dass der Arm 302 in Erstreckungsrichtung des Arms ebenfalls beweglich ist, sodass eine in Verbindung mit der Rotation um die Achse 310 beliebige Stanzposition auf dem Substrat 100 bzw. dem Füllmaterial 202 vor dem Stanzprozess angefahren werden kann. Insbesondere kann dies auch substratindividuell gesteuert werden, sodass die im Hinblick auf Industrie 4.0 geforderte Flexibilität bei der Bearbeitung von beliebigen Substraten und Füllmaterialien gewährleistet ist.
Bezüglich der Füllmaterialien 202 auf dem Drehteller 303 sei noch angemerkt, dass es möglich ist, dass die auf dem Drehteller 303 befindlichen Füllmaterialien 202 teilweise unterschiedliche Materialzusammensetzungen oder aber auch unter- schiedliche Sicherheitsmerkmale aufweisen können. So ist es auch hier möglich, substratindividuell durch entsprechende Rotation des Drehtellers 303 das gewünschte Substratelement aus dem auf die rechte Stanzposition rotierten Füllmaterials auszustanzen und in die zuvor im Substrat erzeugte Öffnung einzusetzen. Hier könnte es von großem Nutzen sein, wenn der Stanzstempel in allen Richtungen vollbeweglich ist, da dann bei ein und demselben Füllmaterial (z.B. einem Materialbogen) an verschiedenen Stellen das Ausstanzen der Füllelemente möglich ist und somit ein gegebenes Füllmaterial (ein gegebener Bogen eines Füllmaterials) mehrmals verwendet und entsprechend oft gebraucht werden kann. Die Figur 4 zeigt eine Variante, bei welcher in der einfachsten Form der Arm 302 starr und insbesondere bezüglich der Achse 310 unbeweglich ist. Um dennoch die erste und zweite Stanzposition zu realisieren, befinden sich Substrat 100 und Füllmaterial 202 auf einem Drehteller 400 und werden somit aus Sicht des Substrats bzw. Füllmaterials gesehen in die entsprechende Stanzposition mittels einer belie- bigen Drehung in Richtung 402 in entsprechende Stanzpositionen verbracht. In der in der Figur gezeigten Stellung des Drehtellers 400 kann damit der Stanzprozess der Öffnung des Substrats 100 und das Einsetzen des Füllelements in die Öffnung erfolgen, wohingegen das Ausstanzen des Füllelements erfordert, dass das Füllmaterial 202 auf jene Stanzposition verdreht wird, in der sich in der Figur 4 augenblick- lieh das Substrat 100 befindet. Um auch hier wiederum die Flexibilität bezüglich der Positionierung des Stanzstempels relativ zum Substrat 100 bzw. zum Füllmaterial 202 zu erhöhen, könnte wiederum eine Beweglichkeit des Arms 302 sowohl in Erstreckungsrichtung des Arms, d.h. in radialer Richtung zur Achse 310, als auch eine Beweglichkeit des Arms in beliebiger Richtung 300, d.h. eine Rotation des Arms um die Achse 310 hilfreich sein. Da hier jedoch die Stanzpositionen auf einen relativ kleinen Bereich innerhalb des Substrats beschränkt sind, ist die hierzu erforderliche Beweglichkeit des Stanzstempels auf eben jenen Bereich beschränkt und eine entsprechende Roboterführung des Stanzstempels kann beschränkt auf genau diesen Bereich erfolgen. Dies könnte den mechanischen Aufbau des entsprechend hierzu verwendeten Roboters deutlich vereinfachen.
Unter einem Roboter wird allgemein im Rahmen der gesamten Beschreibung eine Vorrichtung verstanden, welche in der Lage ist, den Stanzstempel in eine ge- wünschte Stanzposition zu verbringen. Dies kann ein Roboter im konventionellen Sinn sein, welcher unter Umständen über eine Mehrzahl von verschiedenen Gelenken verfügt, um welche entsprechende Roboterarme zur Positionierung des Stanzstempels geschwenkt oder rotiert werden. Unter einem Roboter wird jedoch auch eine Vorrichtung verstanden, wie sie obig bezüglich der Figur 3 und der Figur 4 mit einer Rotationsachse 310 und einem Arm 302 beschrieben wurde.
Die Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht durch ein Substrat 100 mit trapezförmiger Öffnung 208. Analog verfügt das Füllelement 102 über eine Trapezform mit schräger Kante 500. Um eine solche Trapezform mit dem Stanzstempel zu realisieren ist es notwendig, dass der Stanzstempel mehrere äußere Schnittflächen aufweist, wobei der Stanzwinkel α der Schnittfläche kleiner als 90° ist. So könnte beispielsweise der Fall eines in der Ebene 206 gesehenen rechteckigen Querschnitts von Öffnung bzw. Substrat bzw. Füllelement durch vier Stanzmesser realisiert werden, welche unter dem besagten Winkel α an den vier Kanten dieses Rechtecks den Stanzvor- gang durchführen. Die Stanzmesser schneiden also unter dem Winkel α in das Substrat bzw. das Füllmaterial, um so trapezförmige Öffnungen bzw. das korrespondierende trapezförmige Füllelement auszustanzen und zu erhalten. Die Verwendung beispielsweise einer Trapezform oder allgemein einer Schnittfläche < 90° würde insofern vorteilhaft sein, dass nach dem Einsetzen des Füllelements 302 in die Öffnung 208 die Bewegungsfreiheitsgrade des Füllelements 102 lediglich auf eine Richtung entgegengesetzt zur Einsetzrichtung beschränkt sind. Dies könnte die mechanische Stabilität erhöhen, mit welcher das Füllelement im Substrat gehalten wird.
Durch ein optionales beim Einsetzvorgang des Füllelements in die Öffnung stattfin- dende Berühren des mit Ultraschall beaufschlagten Stanzstempels von sowohl Rand der Öffnung 208 als auch Füllelement 102 resultiert auch hier wiederum die obig beschriebene Erweichung von sowohl Füllelement 102 als auch Substrat 100 im Randbereich der Öffnung, sodass ein Stoffschluss nach Einsetzen des Füllelements 102 in das Substrat 100 ermöglicht wird. Dies erhöht weiter die Kraft, mit welcher das Füllelement 102 im Substrat 100 fixiert ist.
Bezugsze ich en i is te
100 Substrat
102 Füllelement
200 Substratelement
201 Stößel
202 Füllmaterial
204 Stanzstempel
206 Ebene
208 Öffnung
300 Rotationshchtung
301 Drehteller
302 Achse
303 Drehteller
304 Rotationshchtung
306 Rotationshchtung
310 Achse
400 Drehteller
402 Rotationshchtung
500 Schnittstelle

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats (100) mit einem Stanzstempel, wobei sich das Substrat (100) zumindest teilweise in einer Ebene (206) erstreckt, wobei das Verfahren umfasst:
- Ausstanzen einer Öffnung (208) in dem sich in der Ebene (206) erstreckenden Teil des Substrats (100) durch den Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel (204) beim Ausstanzen in Richtung der Ebene (206) gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,
- Nach dem Ausstanzen, Durchführen einer Relativbewegung von
Stanzstempel (204) und Substrat (100) in einer Richtung parallel zu der Ebene (206), wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene (206) gesehen der Stanzstempel (204) über einem gewünschten Füllmaterial (202) in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt,
- In der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements (102) aus dem gewünschten Füllmaterial (202) durch den Stanzstempel, wobei das Füllelement (102) in dem Stanzstempel (204) verbleibt,
- Erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel (204) und Substrat (100) in einer Richtung parallel zu der Ebene (206), wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene (206) gesehen der Stanzstempel (204) über der Öffnung (208) des Substrats (100) in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,
- Einsetzen des in dem Stanzstempel (204) verbliebenen Füllelements (102) durch den Stanzstempel (204) in die Öffnung (208) des Substrats (100).
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei aufgrund des Ausstanzens der Öffnung (208) ein dem Querschnitt der Öffnung (208) entsprechendes Substratelement (200) resultiert, wobei das Substratelement (200) vor dem Ausstanzen des Füllelements (102) vom Stanzstempel (204) entfernt wird.
3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Stanzstempel (204) beim Ausstanzen der Öffnung (208) und/oder beim Ausstanzen des gewünschten Füllmaterials (202) mit Ultraschall beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Einsetzen des Füllelements (102) umfasst:
- Durchführen einer Hubbewegung des Stanzstempels (204) senkrecht zu der Ebene (206), wobei aufgrund der Hubbewegung der Stanzstempel (204) in Öffnung (208) des Substrats (100) oder in einer Ebene (206) unmittelbar oberhalb der Ebene (206) des Substrats (100) zu liegen kommt,
- Bewegung des Füllelements (102) in die Öffnung (208) durch einen Stößel (201 ).
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei beim Einsetzen des Füllelements (102) der Stanzstempel (204) den Rand der Öffnung (208) des Substrats (100) berührt und mit Ultraschall beaufschlagt wird.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der sich in der Ebene (206) erstreckende Teil des Substrats (100) durch einen unbeweglichen Anschlag in der Richtung senkrecht zu der Ebene (206) gestützt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Entfernen des Substratelements
(200) in einer von der ersten und der zweiten Stanzposition unterschiedlichen Position des Stanzstempels (204) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Stanzstempel (204) eine äußere Schnittfläche (500) aufweist, wobei der Stanzwinkel der Schnittfläche kleiner als 90 Grad ist.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Substrat (100) beim Ausstanzen der Öffnung (208) und Einsetzen des Füllelements (102) durch ein Bearbeitungswerkzeug gehalten wird, wobei die Relativbewegung mit dem Überführen des Stanzstempels (204) zwischen der ersten Stanzposition und der zweiten Stanzposition durch ein Verfahren des Stanzstempels (204) relativ zum Bearbeitungswerkzeug erfolgt.
10.Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren des Stanzstempels (204) durch einen Roboter erfolgt.
1 1 .Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Stanzstempel (204) an einem Arm (302) angeordnet ist, wobei das Verfahren des Stanzstempels (204) eine Drehung des Arms (302) um eine sich senkrecht zur Ebene (206) erstreckende Achse des Bearbeitungswerkzeugs umfasst.
12. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein erstes Magazin einen Satz von Füllmaterialien aufweist, wobei die Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien im ersten Magazin hintereinander angeordnet sind, wobei das Verfahren ferner vor dem Ausstanzen des Füllelements (102) ein Bewegen des ersten Magazins so umfasst, dass das gewünschte Füllmaterial (202) in Richtung der Ebene (206) gesehen in der zweiten Stanzposition zu liegen kommt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das erste Magazin einen ersten Drehteller (303) umfasst, wobei die Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien auf dem ersten Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet sind, wobei das Bewegen des Magazins ein Drehen des ersten Drehtellers (303) umfasst.
14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein zweites Magazin einen Satz von Substraten aufweist, wobei die Substrate des Satzes von Substraten im zweiten Magazin hintereinander angeordnet sind und das Substrat (100) mit der auszustanzenden Öffnung (208) umfassen, wobei das Verfahren ferner vor dem Ausstanzen der Öffnung (208) ein Bewegen des zweiten Magazins so umfasst, dass das Substrat (100) mit der auszustanzenden Öffnung (208) in Richtung der Ebene (206) gesehen in der ersten Stanzposition zu liegen kommt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das zweite Magazin einen zweiten Drehteller (301 ) umfasst, wobei die Substrate des Satzes von Substraten auf dem zweiten Drehteller (301 ) kreisförmig hintereinander angeordnet sind, wobei das Bewegen des Magazins ein Drehen des zweiten Drehtellers (301 ) umfasst.
16. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Substrat (100) um das Trägermaterial eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder zumindest eine Schicht des Trägermaterials eines Wert- oder Sicherheitsdokuments handelt.
17. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes das Füllmaterial (202) transparent ist und das Substratelement (200) opak ist.
18. Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Substrats (100), wobei das Bearbeitungswerkzeug einen Stanzstempel (204) aufweist, wobei sich das Substrat (100) zumindest teilweise in einer Ebene (206) erstreckt, wobei das Bearbeitungswerkzeug ausgebildet ist zum:
- Ausstanzen einer Öffnung (208) in dem sich in der Ebene (206) erstreckenden Teil des Substrats (100) durch den Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel (204) beim Ausstanzen in Richtung der Ebene (206) gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,
- Nach dem Ausstanzen, Durchführen einer Relativbewegung von
Stanzstempel (204) und Substrat (100) in einer Richtung parallel zu der Ebene (206), wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene (206) gesehen der Stanzstempel (204) über einem gewünschten Füllmaterial (202) in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt, - In der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements (102) aus dem gewünschten Füllmaterial (202) durch den Stanzstempel,
- Erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel (204) und Substrat (100) in einer Richtung parallel zu der Ebene (206), wo- bei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene (206) gesehen der Stanzstempel (204) über der Öffnung (208) des Substrats (100) in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,
- Einsetzen des Füllelements (102) durch den Stanzstempel (204) in die Öffnung (208) des Substrats (100).
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