EP4186709A1 - Verfahren zum herstellen eines prägewerkzeugs für eine heiss-kalt-laminierpresse - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines prägewerkzeugs für eine heiss-kalt-laminierpresse Download PDF

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EP4186709A1
EP4186709A1 EP22207996.4A EP22207996A EP4186709A1 EP 4186709 A1 EP4186709 A1 EP 4186709A1 EP 22207996 A EP22207996 A EP 22207996A EP 4186709 A1 EP4186709 A1 EP 4186709A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal workpiece
recessed
produced
embossing
raised
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.)
Pending
Application number
EP22207996.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Martin SIEBERT
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.)
Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
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 Bundesdruckerei GmbH filed Critical Bundesdruckerei GmbH
Publication of EP4186709A1 publication Critical patent/EP4186709A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B5/00—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins
    • B44B5/02—Dies; Accessories
    • B44B5/026—Dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/22—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an embossing tool, in particular an embossing plate for a hot-cold laminating press.
  • Such embossing tools are used in hot-cold laminating presses, in particular in the form of embossing plates, in order to produce documents, for example security documents, by means of lamination and/or surface embossing.
  • the embossing tool has a three-dimensional structure in the area of a glossy surface, which leads to the formation of a security feature on the laminated/embossed document when the embossing tool is used in the hot/cold laminating press.
  • the three-dimensional structure on the surface of the embossing tool can be designed with recessed and/or raised structures. Deepened structures lead to raised structures on the document. Comparably, raised structures on the embossing tool then produce structures which are recessed in relation to the outer surface of the document serving as the reference plane.
  • a method for producing an embossing sheet for a hot-cold laminating press with three-dimensional structures for producing documents by means of lamination and/or surface embossing is disclosed.
  • Recessed and raised structures are produced in relation to a high-gloss surface of the embossing plate defined as a reference plane.
  • an at least two-stage structuring process is provided, in which, in a first method step, recessed or raised structures are produced in the non-structured embossing sheet surface. Then, in a second method step, the respectively missing raised or recessed structures are produced in the non-structured surface and/or in the already structured surface.
  • the object of the invention is to provide a method for producing an embossing tool, in particular an embossing plate for a hot-cold laminating press with a three-dimensional structure for forming a security feature when producing a document by means of lamination and/or surface embossing which has improved performance characteristics for use in the hot-cold laminating press.
  • a method for producing an embossing tool for a hot-cold laminating press with a three-dimensional structure for forming a security feature when producing a document by means of laminating and/or surface embossing is created as a solution.
  • a metal workpiece is provided.
  • the recessed embossed structure is produced as part of a structuring of the metal workpiece using at least one processing method from the following group: spark erosion and electrochemical removal.
  • the three-dimensional structure which leads to the formation of the security feature when the embossing tool is used to produce a document, can be produced with high precision and in an environmentally friendly manner with regard to the recessed embossed structure.
  • toxic chemical substances can be dispensed with entirely or at least in part.
  • the embossing tool produced using the method can be designed to produce or manufacture different documents, in particular security documents such as a passport, identity card, identification card, credit card, customer card, driver's license or the like.
  • security documents such as a passport, identity card, identification card, credit card, customer card, driver's license or the like.
  • the document can be in the form of a plastic card, for the production of which several layers of plastic film are laminated one on top of the other in the hot-cold laminating press. Paper or book-like documents can also be produced, for example passports.
  • the recessed embossing structure on the embossing tool causes a raised or raised embossed structure of the security feature to be formed on a surface of the document.
  • a cost-effective production of an individual three-dimensional embossing tool for producing surface-embossed documents by means of lamination, embossing and/or piecewise embossing in a hot-cold laminating press is created.
  • the embossing tool can be designed as an embossing sheet metal material.
  • the electrochemical removal can be carried out as a pulsed electrochemical removal when producing the recessed embossing structure.
  • Electrochemical removal is also known as elysing and is suitable for processing very hard materials.
  • a key feature of the different electrochemical removal processes is the lack of contact between the tool and the workpiece. There is therefore no transmission of mechanical forces.
  • the workpiece is polarized as the anode and the tool as the cathode. Due to the process, there is no wear on the tool (tool cathode).
  • a working gap width (distance) in the range of about 0.05 to 1.00 mm can be set between the tool and the metal workpiece.
  • An electrolyte solution takes over the charge transport across the working gap. The resulting electron flow releases metal ions from the metal workpiece, so that material is removed to form the recessed structure.
  • the arrangement of anode and cathode is subjected to a pulsed current.
  • the shiny surface of the metal workpiece can be produced before structuring.
  • the recessed embossing structure is then made on the gloss surface.
  • the glossy surface which can optionally be formed as a mirror finish, is provided on the metal workpiece in this embodiment before the recessed structure is then produced by the machining process. Spark erosion and electrochemical removal are suitable for not damaging the existing glossy surface when introducing the deepened embossed structure.
  • a glossy or high-gloss surface can already be created during the production of the metal workpiece (sheet metal production).
  • it can be provided that the originally produced metal workpiece is subsequently smoothed, for example by means of polishing, optionally in order to produce or increase a degree of gloss or high gloss. In this way, different gloss or smooth heating requirements can be provided.
  • the glossy surface (or high-gloss surface) is only produced subsequently, for example by means of repolishing, after the recessed structure has been produced in the area of the surface of the metal workpiece. Provision can also be made to (further) increase the gloss level of the surface of the metal workpiece after the recessed structure has already been introduced in a gloss surface.
  • the deepened embossing structure can be structured solely by means of spark erosion and/or electrochemical removal.
  • the recessed embossing structure is finally structured by means of spark erosion/and/or electrochemical removal. This eliminates the need for process steps for subsequent structuring.
  • the three-dimensional structure produced in this way can optionally be subjected to a post-treatment, for example by applying a top layer, for example of nickel.
  • a post-treatment for example by applying a top layer, for example of nickel.
  • spark erosion and electrochemical removal provision can be made for coarse structuring of the deepened embossed structure by means of spark erosion, in order to subsequently carry out fine structuring by means of electrochemical removal. Spark erosion (rough structuring) and then electrochemical removal (fine structuring) are used in successive work steps.
  • a recessed structure produced as an intermediate structure on the metal workpiece by means of spark erosion and/or electrochemical removal can be post-processed in order to produce the recessed embossing structure.
  • spark erosion/electrochemical removal is combined with at least one further structuring method, for example for coarse structuring by means of spark erosion and/or electrochemical removal and subsequent fine structuring with one or more further processing methods for structuring.
  • Such supplementary processing methods can include, for example, one or more methods from the following group: chemical processes such as chemical etching, electroplating processes and mechanical removal. In this context, it can alternatively be provided to use these processing methods at the beginning of the production of the deepened embossed structure in order to subsequently rework it by means of spark erosion and/or electrochemical removal.
  • An electrode used in spark erosion to produce the recessed embossed structure can have a surface contour corresponding to a structuring of the recessed embossed structure to be formed.
  • the electrode which is regularly designed as a tool cathode and is used to machine the metal workpiece during spark erosion, has a spatial surface contour corresponding to the deepened embossing structure to be produced. This is arranged at a distance from the metal workpiece in a surface area in which the recessed embossing structure is to be produced on the metal workpiece.
  • an embossed structure of the three-dimensional structure that is raised in relation to the shiny surface of the metal workpiece can be produced, the raised embossed structure being produced on the metal workpiece as part of a structuring of the metal workpiece using laser deposition welding and a metal material and/or a metal alloy material is applied to the metal workpiece.
  • the three-dimensional structure for forming the security feature is produced on the metal workpiece both with the recessed embossed structure and with a raised or raised embossed structure.
  • the raised embossing structure is produced on the metal workpiece in an area of the surface (flat side) that is not covered by the recessed embossing structure.
  • Depressed and raised embossing structure are elements of the three-dimensional structure for forming the (embossed) security feature or multiple security features.
  • a material to be applied to the surface of the metal workpiece is brought into the laser light in order to be melted there and applied or deposited on the surface of the metal workpiece.
  • the material to be applied can be provided as powder or wire material for build-up welding.
  • the powder particles have a particle diameter of at most about 150 ⁇ m, alternatively a particle diameter of at most about 50 ⁇ m.
  • a raised structure created by laser welding as an intermediate structure on the metal workpiece can be post-processed to produce the raised embossing structure.
  • the laser deposition welding is used to first produce the intermediate structure as a raised structure on the metal workpiece in order to then process the intermediate structure further so that the raised embossed structure is finally formed.
  • indentations are worked into the raised structure in relation to a top surface of the raised structure, which optionally end above the glossy surface serving as a reference plane. Spark erosion and/or electrochemical machining can be used to form such indentations.
  • other processing methods can be used to produce indentations, for example chemical or electroplating processes for material removal and mechanical removal.
  • At least one outer (edge) contour of the raised structure can be defined by means of laser build-up welding, which remains essentially unchanged during post-processing. Laser cladding is used here to at least cover the outer edge contour finally to produce the raised structure, i.e. then also the outer peripheral edge contour of the raised embossed structure on the glossy surface, regardless of whether further processing for structuring takes place afterwards.
  • the raised embossing structure can be produced or structured solely by means of laser welding.
  • the raised embossing structure of the three-dimensional structure on the metal workpiece is structured solely and finally by means of laser welding, with optional subsequent post-treatment being provided, for example for surface smoothing, for example by applying a smoothing layer. This is then not a further structuring, but an adjustment of the smoothness of the surface of the embossed structures.
  • the metal material and/or the metal alloy material can be selected from the following group of materials: nickel, copper, silver, gold, zinc, palladium, chromium, cobalt, molybdenum and manganese.
  • the raised embossing structure can be made on the glossy surface. Similar to the recessed embossing structure, the raised embossing structure can be formed on the previously provided gloss or mirror finish. Alternatively, the raised embossing structure is produced on the metal workpiece without a gloss/high-gloss surface already being provided, which can then be produced subsequently, for example by means of polishing.
  • the deep embossed structure and the raised embossed structure can be produced in separate work steps.
  • the recessed and the raised embossed structure are produced in separate work steps that do not take place at the same time.
  • the recessed and raised structures are produced at least partially at the same time.
  • the method steps for producing the recessed structure and the raised structure are carried out at least partially with a temporal overlap.
  • a post-smoothing treatment may be carried out in which a surface smoothness (surface gloss) promoting material is applied.
  • a surface smoothness surface gloss
  • the smoothing material such as nickel.
  • the post-treatment can be limited to the area of the three-dimensional structure or can cover the surface of the embossing tool more extensively, up to the point where the smoothing material is applied essentially over the entire surface.
  • gloss treatment can be used to make a previously non-smooth or non-glossy surface of the metal workpiece (enhanced) glossy.
  • provision can be made to use the smoothing material to further improve a previously existing surface gloss, in particular to optimize the smoothness of the surface.
  • the metal workpiece can consist of a material from the following group: iron-based steel such as stainless steel, chromium-nickel steel such as V2A steel, nickel-based steel, cobalt-based steel and copper-based alloy. Sheet metal materials can be used here, for example.
  • the metal workpiece 1 shows a schematic representation of a metal workpiece for producing an embossing tool, in the case of using a sheet metal workpiece, for example an embossing plate, for a hot-cold laminating press in section.
  • the metal workpiece 1 consists, for example, of one of the following materials: iron-based steel such as stainless steel, Chromium-nickel steel such as V2A steel, nickel-based steel, cobalt-based steel and copper-based alloy.
  • a recessed embossing structure 3 is produced in the area of a glossy surface 2 of the metal workpiece 1 2 shows.
  • an electrode tool 4 is arranged at a working distance from the surface 2 of the metal workpiece 1, for example at a distance between about 0.005 to about 0.5 mm.
  • An applied voltage is increased to generate the flashover of sparks.
  • the sparks cause the metal sheet material of the metal workpiece 1 to melt and vaporize at points. This results in material removal, which can be influenced by means of the process parameter intensity, frequency, duration, length, gap width and/or polarity of the discharge.
  • the recessed embossing structure 3 is produced by means of electrochemical removal, in which a tool electrode (usually tool cathode) 5 is also arranged with a working gap opposite the surface 2 of the metal workpiece 1 .
  • the tool electrode 5 has an outer contour 6 which is formed in accordance with the recessed embossed structure 3 .
  • Tool electrode 5 and metal workpiece 1 are positively and negatively polarized.
  • a voltage is applied, a charge transport takes place in the working gap, which is taken over by an electrolyte solution in the area of the working gap.
  • the resulting current releases metal ions from the metal workpiece 1 so that the recessed embossing structure 3 is produced.
  • the tool electrode 5 has an outer contour corresponding to the deepened embossing structure to be produced, a so-called imaging structuring method is involved.
  • the in the 2 and 3 The metal workpieces shown can be used with the recessed embossing structure 3 as embossing tools or sheets.
  • an increased or raised embossed structure 7 in addition to the recessed embossed structure 3 .
  • This is done using laser deposition welding.
  • a metal material and/or a metal alloy material is brought into the laser light in order to melt the material and apply it to the surface 2 of the metal workpiece 1 .
  • FIG 5 be provided in accordance with 4 produced increased embossed structure 8 to structure the surface side further, so that depressions 9 are produced.
  • Spark erosion and/or electrochemical removal can be used to produce the depressions 9, but alternatively or additionally other structuring methods that serve to remove material can also be used, for example chemical etching and/or mechanical processing.

Landscapes

  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Prägewerkzeugs für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit einer dreidimensionalen Struktur zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals beim Herstellen eines Dokuments mittels Laminieren und / oder Oberflächenprägen, mit Bereitstellen eines Metallwerkstücks und Herstellen einer in Bezug auf eine Glanzoberfläche des Metallwerkstücks vertieften Prägestruktur der dreidimensionalen Struktur auf dem Metallwerkstück, wobei die vertiefte Prägestruktur im Rahmen einer Strukturierung des Metallwerkstücks unter Verwendung mindestens eines Bearbeitungsverfahrens aus der folgenden Gruppe hergestellt wird: Funkenerodieren und elektrochemisches Abtragen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Prägewerkzeugs, insbesondere eines Prägeblechs für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse.
    • Hintergrund
  • Solche Prägewerkzeuge werden in Heiß-Kalt-Laminierpressen verwendet, insbesondere in Form von Prägeblechen, um mittels Laminieren und / oder Oberflächenprägen Dokumente herzustellen, zum Beispiel Sicherheitsdokumente.
  • Das Prägewerkzeug weist im Bereich einer Glanzoberfläche eine dreidimensionale Struktur auf, die bei der Verwendung des Prägewerkzeugs in der Heiß-Kalt-Laminierpresse zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals bei dem laminierten / geprägten Dokument führt. Hierzu kann die dreidimensionale Struktur an der Oberfläche des Prägewerkzeugs mit vertieften und / oder erhöhten Strukturen ausgebildet sein. Vertiefte Strukturen führen am Dokument zu erhabenen Strukturen. Vergleichbar erzeugen erhöhte Strukturen am Prägewerkzeug dann Strukturen, die gegenüber der als Bezugsebene dienenden äußeren Oberfläche des Dokuments vertieft sind.
  • In dem Dokument DE 10 2004 041 434 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit dreidimensionalen Strukturen zur Herstellung von Dokumenten mittels Lamination und / oder Oberflächenprägen offenbart. Bezüglich einer als Bezugsebene definierten Hochglanzoberfläche des Prägeblechs werden vertiefte und erhabene Strukturen hergestellt. Hierzu ist ein zumindest zweistufiger Strukturierungsprozess vorgesehen, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt vertiefte oder erhabene Strukturen in die nicht strukturierte Prägeblech Oberfläche hergestellt werden. Anschließend werden in einem zweiten Verfahrensschritt die jeweils fehlenden erhabenen beziehungsweise vertieften Strukturen in der nicht strukturierten Oberfläche und / oder in der bereits strukturierten Oberfläche hergestellt.
    • Zusammenfassung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Prägewerkzeugs, insbesondere Prägeblech für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit einer dreidimensionalen Struktur zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals beim Herstellen eines Dokuments mittels Laminieren und / oder Oberflächenprägen anzugeben, welches für die Verwendung in der Heiß-Kalt-Laminierpresse verbesserte Nutzungseigenschaften aufweist.
  • Zur Lösung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Prägewerkzeugs für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit einer dreidimensionalen Struktur zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals beim Herstellen eines Dokuments mittels Laminieren und / oder Oberflächenprägen geschaffen. Bei dem Verfahren wird ein Metallwerkstück bereitgestellt. Auf dem Metallwerkstück wird eine in Bezug auf eine Glanzoberfläche des Metallwerkstücks vertiefte Prägestruktur der dreidimensionalen Struktur hergestellt. Die vertiefte Prägestruktur wird im Rahmen einer Strukturierung des Metallwerkstücks unter Verwendung mindestens eines Bearbeitungsverfahrens aus der folgenden Gruppe hergestellt: Funkenerodieren und elektrochemisches Abtragen.
  • Mithilfe der vorgeschlagenen Bearbeitungsverfahren kann die dreidimensionale Struktur, welche bei der Nutzung des Prägewerkzeugs zum Herstellen eines Dokuments zur Ausbildung des Sicherheitsmerkmals führt, hinsichtlich der vertieften Prägestruktur mit hoher Präzision und umweltverträglich hergestellt werden. So kann im Vergleich zu nasschemischen Ätzverfahren, die im Stand der Technik zum Herstellen vertiefter Strukturen angewendet werden, auf giftige chemische Substanzen ganz oder wenigstens teilweise verzichtet werden.
  • Das mittels des Verfahrens hergestellte Prägewerkzeug kann zum Produzieren oder Herstellen von unterschiedlichen Dokumenten hergerichtet sein, insbesondere Sicherheitsdokumente wie Reisepass, Personalausweis, Identifikationskarte, Kreditkarte, Kundenkarte, Führerschein oder dergleichen. Das Dokument kann als eine Kunststoffkarte ausgebildet sein, zu deren Herstellung mehrere Kunststofffolienschichten in der Heiß-Kalt-Laminierpresse übereinander laminiert werden. Auch blatt- oder buchartige Dokumente können hergestellt werden, beispielsweise Reisepässe.
  • Beim Laminieren und / oder Oberflächenprägen bewirkt die vertieften Prägestruktur auf dem Prägewerkzeug das Ausbilden einer erhabenen oder erhöhten geprägten Struktur des Sicherheitsmerkmals auf eine Oberfläche des Dokuments.
  • Es ist kostengünstige Herstellung eines individuellen dreidimensionalen Prägewerkzeugs zum Herstellung von oberflächengeprägten Dokumenten mittels Laminieren, Prägen und / oder stückweiser Prägung in einer Heiß-Kalt-Laminierpresse geschaffen.
  • Das Prägewerkzeug kann als ein Prägeblech aus einem Blechmaterial ausgeführt sein.
  • Das elektrochemische Abtragen kann beim Herstellen der vertieften Prägestruktur als gepulstes elektrochemisches Abtragen ausgeführt werden. Das elektrochemische Abtragen, sei es in gepulster oder nicht gepulster Form, wird auch als Elysieren bezeichnet und ist geeignet, sehr harte Werkstoffe zu bearbeiten. Wesentliches Merkmal der unterschiedlichen elektrochemischen Abtrageverfahren ist der fehlende Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück. Es fehlt daher an einer Übertragung mechanischer Kräfte. Üblicherweise wird das Werkstück als Anode und das Werkzeug als Kathode polarisiert. Am Werkzeug (Werkzeugkathode) findet prozessbedingt kein Verschleiß statt. Zwischen dem Werkzeug und dem Metallwerkstück kann eine Arbeitsspaltweite (Abstand) im Bereich von etwa 0,05 bis 1,00 mm eingestellt. Eine Elektrolytlösung übernimmt den Ladungstransport über den Arbeitsspalt. Der hierbei entstehende Elektronenstrom löst Metallionen aus dem Metallwerkstück, sodass ein Materialabtrag zum Ausbilden der vertieften Struktur stattfindet. Beim gepulsten elektrochemischen Abtragen wird die Anordnung von Anode und Kathode mit einem gepulsten Strom beaufschlagt.
  • Die Glanzoberfläche des Metallwerkstücks kann vor der Strukturierung hergestellt werden. Die vertiefte Prägestruktur wird dann auf der Glanzoberfläche hergestellt. Die Glanzoberfläche, die wahlweise als Hochglanzoberfläche ausgebildet sein kann, ist an dem Metallwerkstück bei dieser Ausführungsform bereitgestellt, bevor dann die vertiefte Struktur mittels des Bearbeitungsverfahrens hergestellt wird. Funkenerodieren und elektrochemischem Abtragen sind geeignet, beim Einbringen der vertieften Prägestruktur die bestehende Glanzoberfläche nicht zu beschädigen. Eine Glanz- oder Hochglanzoberfläche kann bereits beim Herstellen des Metallwerkstücks (Blechherstellung) erzeugt werden. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, das ursprünglich hergestellte Metallwerkstück nachträglich zu glätten, beispielsweise mittels Polieren, wahlweise um einen Glanz- oder Hochglanzgrad herzustellen oder zu erhöhen. Auf diese Weise können unterschiedliche Glanz- oder Glattheizanforderungen bereitgestellt werden. In einer alternativen Ausgestaltung wird die Glanzoberfläche (oder Hochglanzoberfläche) erst nachträglich hergestellt, beispielsweise mittels Nachpolieren, nachdem die vertiefte Struktur im Bereich der Oberfläche des Metallwerkstücks hergestellt wurde. Auch kann vorgesehen sein, den Glanzgrad der Oberfläche des Metallwerkstücks (weiter) zu erhöhen, nachdem die vertiefte Struktur schon in einer Glanzoberfläche eingebracht wurde.
  • Die vertiefte Prägestruktur kann allein mittels Funkenerodieren und / oder elektrochemischen Abtragen strukturiert werden. Bei dieser Ausführungsform wird die vertiefte Prägestruktur abschließend mittels Funkenerodieren / und oder elektrochemischem Abtragen strukturiert. Es entfallen so Verfahrensschritte zur nachträglichen Strukturierung. Die so hergestellte dreidimensionale Struktur kann wahlweise einer Nachbehandlung unterzogen werden, beispielsweise mittels Auftragen einer Deckschicht, zum Beispiel aus Nickel. Bei der abschließenden Strukturierung der vertieften Prägestruktur mittels Funkenerodieren und elektrochemischem Abtragen kann vorgesehen sein, mittels Funkenerodieren zunächst eine Grobstrukturierung der vertieften Prägestruktur vorzunehmen, um anschließend eine Feinstrukturierung mittels des elektrochemischen Abtragens durchzuführen. In aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten kommen dann zunächst das Funkenerodieren (Grobstrukturierung) und im Anschluss das elektrochemische Abtragen (Feinstrukturierung) zum Einsatz.
  • Eine mittels des Funkenerodieren und / oder elektrochemischem Abtragen als Zwischenstruktur auf dem Metallwerkstück hergestellte vertiefte Struktur kann nachbearbeitet werden, um die vertiefte Prägestruktur herzustellen. Bei dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, Funkenerodieren / elektrochemisches Abtragen mit zumindest einem weiteren Strukturierungsverfahren zu kombinieren, zum Beispiel für eine Grobstrukturierung mittels Funkenerodieren und / oder elektrochemischem Abtragen und eine anschließende Feinstrukturierung mit einem oder mehreren weiteren Bearbeitungsverfahren zum Strukturieren. Solche ergänzenden Bearbeitungsverfahren können beispielsweise einen oder mehrere Verfahren aus der folgenden Gruppe umfassen: chemische Prozesse wie chemisches Ätzen, galvanotechnische Prozesse sowie mechanisches Abtragen. In diesem Zusammenhang kann alternativ vorgesehen sein, diese Bearbeitungsverfahren am Beginn des Herstellens der vertieften Prägestruktur zu nutzen, um im Anschluss mittels Funkenerodieren und / oder elektrochemischen Abtragen nachzuarbeiten.
  • Eine beim Funkenerodieren zum Herstellen der vertieften Prägestruktur verwendete Elektrode kann eine Oberflächenkontur entsprechend einer auszubildenden Strukturierung der vertieften Prägestruktur aufweisen. Die regelmäßig als Werkzeugkathode ausgebildete Elektrode, die zum Bearbeiten des Metallwerkstücks beim Funkenerodieren verwendet wird, weist hier eine räumliche Oberflächenkontur entsprechend der herzustellenden vertieften Prägestruktur auf. Diese wird beabstandet gegenüber dem Metallwerkstück in einem Oberflächenbereich angeordnet, in dem die vertiefte Prägestruktur am Metallwerkstück herzustellen ist.
  • In einem Bereich außerhalb der vertieften Prägestruktur kann eine in Bezug auf die Glanzoberfläche des Metallwerkstücks erhöhte Prägestruktur der dreidimensionalen Struktur hergestellt werden, wobei die erhöhte Prägestruktur im Rahmen einer Strukturierung des Metallwerkstücks unter Verwendung von Laserauftragsschweißen auf dem Metallwerkstück hergestellt wird und hierbei ein Metallmaterial und / oder ein Metalllegierungsmaterial auf das Metallwerkstück aufgetragen wird. Bei dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, am Metallwerkstück die dreidimensionale Struktur zum Ausbilden des Sicherheitsmerkmals sowohl mit der vertieften Prägestruktur wie auch mit einer erhöhten oder erhabenen Prägestruktur herzustellen. Die erhöhte Prägestruktur wird auf dem Metallwerkstück in einem Bereich der Oberfläche (Flachseite) hergestellt, der nicht von der vertieften Prägestruktur erfasst ist. Vertiefte und erhöhte Prägestruktur sind Elemente der dreidimensionalen Struktur zum Ausbilden des (geprägten) Sicherheitsmerkmals oder von mehreren Sicherheitsmerkmalen. Beim Laserauftragsschweißen wird ein auf der Oberfläche des Metallwerkstücks aufzutragendes Material in das Laserlicht gebracht, um dort aufgeschmolzen und auf der Oberfläche des Metallwerkstücks aufgetragen oder abgeschieden zu werden. Das aufzutragende Material kann als Pulver- oder Drahtmaterial zum Auftragsschweißen bereitgestellt werden. In Verbindung mit der Verwendung eines Pulvermaterials kann vorgesehen sein, dass die Pulverpartikel einen Partikeldurchmesser von höchstens etwa 150 µm aufweisen, alternativ einen Partikeldurchmesser von höchstens etwas 50 µm.
  • Eine mittels Laserschweißen als Zwischenstruktur auf dem Metallwerkstück hergestellte erhöhte Struktur kann nachbearbeitet werden, um die erhöhte Prägestruktur herzustellen. Bei dieser Ausführungsform dient das Laserauftragsschweißen dazu, zunächst die Zwischenstruktur als erhöhte Struktur auf dem Metallwerkstück herzustellen, um die Zwischenstruktur dann weiter zu bearbeiten, sodass schließlich die erhöhte Prägestruktur ausgebildet wird. Hierbei kann vorgesehen sein, dass in die erhöhte Struktur in Bezug auf eine Deckfläche der erhöhten Struktur Vertiefungen eingearbeitet werden, die wahlweise oberhalb der als Bezugsebene dienenden Glanzfläche enden. Zum Ausbilden solcher Vertiefungen können das Funkenerodieren und / oder das elektrochemische Abtragen verwendet werden. Alternativ oder ergänzend können andere Bearbeitungsverfahren zum Herstellen von Vertiefungen genutzt werden, zum Beispiel chemische oder galvanotechnische Prozesse zum Materialabtrag und mechanisches Abtragen.
  • Mittels Laserauftragsschweißen kann zumindest eine äußere (Rand-)Kontur der erhöhten Struktur festgelegt werden, welche beim Nachbearbeiten im Wesentlichen unverändert verbleibt. Das Laserauftragsschweißen wird hier genutzt, um wenigstens die äußere Randkontur der erhöhten Struktur abschließend herzustellen, also dann auch die äußere umlaufende Randkontur der erhöhten Prägestruktur auf der Glanzoberfläche, unabhängig davon, ob im Anschluss eine weitere Bearbeitung zur Strukturierung stattfindet.
  • Die erhöhte Prägestruktur kann allein mittels Laserschweißen hergestellt oder strukturiert werden. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erhöhte Prägestruktur der dreidimensionalen Struktur auf dem Metallwerkstück mittels Laserschweißen allein und abschließend strukturiert wird, wobei optional eine anschließende Nachbehandlung vorgesehen sein kann, zum Beispiel für eine Oberflächenglättung, beispielweise mittels Auftragen einer Glättungsschicht. Hierbei handelt es sich dann nicht um eine weitere Strukturierung, sondern eine Anpassung der Glattheit der Oberfläche der Prägestrukturen.
  • Das Metallmaterial und / oder das Metalllegierungsmaterial können aus der folgenden Gruppe von Materialien ausgewählt werden: Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Palladium, Chrom, Kobalt, Molybdän und Mangan.
  • Die erhöhte Prägestruktur kann auf der Glanzoberfläche hergestellt werden. Vergleichbar der vertieften Prägestruktur kann die erhöhte Prägestruktur auf der zuvor bereitgestellten Glanz- oder Hochglanzoberfläche gebildet werden. Alternativ wird die erhöhte Prägestruktur auf dem Metallwerkstück hergestellt, ohne dass schon eine Glanz- / Hochglanzoberfläche bereitgestellt ist, welche dann nachträglich herstellbar ist, beispielsweise mittels Polieren.
  • Die vertiefte Prägestruktur und die erhöhte Prägestruktur können in getrennten Arbeitsschritten hergestellt werden. Bei dieser Ausgestaltung werden die vertiefte und die erhöhte Prägestruktur in getrennten und zeitlich nicht gleichzeitig stattfindenden Arbeitsschritten hergestellt. Alternativ kann vorgesehen sein, die vertiefte und die erhöhte Struktur zumindest teilweise gleichzeitig herzustellen. Die Verfahrensschritte zum Herstellen der vertieften Struktur und der erhöhten Struktur werden hierbei zumindest teilweise zeitlich überlappend ausgeführt.
  • Zumindest für die dreidimensionalen Struktur kann nach dem Herstellen der vertieften Prägestruktur und dem wahlweisen Herstellen der erhöhten Prägestruktur eine Nachbehandlung zum Glätten ausgeführt werden, bei der ein eine Oberflächenglattheit (Oberflächenglanz) unterstützendes Material aufgetragen wird. Nachdem das Strukturieren der dreidimensionalen Struktur mit der vertieften Prägestruktur und der wahlweise vorgesehenen erhöhten Prägestruktur ausgeführt wurde, ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, zumindest die strukturierte Oberfläche zu glätten, indem ein Glättungsmaterial aufgetragen wird, zum Beispiel Nickel. Die Nachbehandlung kann sich auf den Bereich der dreidimensionalen Struktur beschränken oder die Oberfläche des Prägewerkzeugs weitergehend erfassen, bis hin zur im Wesentlichen vollflächigen Auftragung des Glättungsmaterials. Mithilfe der Nachbehandlung (zum Beispiel Glanzbehandlung) kann eine zuvor nicht geglättete oder nicht glänzende Oberfläche des Metallwerkstücks (verbessert) glänzend gemacht werden. Alternativ kann vorgesehen sein, mithilfe des Glättungsmaterials einen vorher bereits bestehenden Oberflächenglanz weiter zu verbessern, insbesondere die Glattheit der Oberfläche zu optimieren.
  • Das Metallwerkstück kann aus einem Material aus der folgenden Gruppe bestehen: Eisen basierter Stahl wie Edelstahl, Chrom-Nickel-Stahl wie V2A-Stahl, Nickel basierter Stahl, Kobalt basierter Stahl und Kupfer basierte Legierung. Hierbei können zum Beispiel Blechmaterialien zur Anwendung kommen.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittdarstellung eines Abschnitts eines Prägewerkzeugs, insbesondere Prägeblechs für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse zum Herstellen eines Dokuments mittels Laminieren und / oder Oberflächenprägen;
    Fig. 2
    eine schematische Schnittdarstellung des Metallwerkstücks aus Fig. 1, wobei auf der Oberfläche des Metallwerkstücks eine vertiefte Prägestruktur mittels Funkenerodieren hergestellt wurde;
    Fig. 3
    eine schematische Schnittdarstellung des Metallwerkstücks aus Fig. 1, wobei in dieser Ausgestaltung eine vertiefte Prägestruktur mittels elektrochemischen Abtragens hergestellt wird;
    Fig. 4
    eine schematische Schnittdarstellung des Metallwerkstücks aus Fig. 3, wobei mittels Laserauftragschweißen eine erhöhte Prägestruktur hergestellt ist; und
    Fig. 5
    eine schematische Schnittdarstellung des Metallwerkstücks aus Fig. 4, wobei die erhöhte Prägestruktur mit Vertiefungen versehen ist.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Metallwerkstücks zum Herstellen eines Prägewerkzeug, im Fall der Verwendung eines Blechwerkstücks zum Beispiel eines Prägeblechs, für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse im Schnitt. Das Metallwerkstück 1 besteht beispielsweise aus einem der folgenden Materialien: Eisen basierter Stahl wie Edelstahl, Chrom-Nickel-Stahl wie V2A-Stahl, Nickel basierter Stahl, Kobalt basierter Stahl und Kupfer basierte Legierung.
  • Zum Herstellen des Prägewerkzeugs, insbesondere des Prägeblechs wird im Bereich einer Glanzoberfläche 2 des Metallwerkstücks 1 eine vertiefte Prägestruktur 3 hergestellt, was Fig. 2 zeigt. Bei der Ausgestaltung in Fig. 2 erfolgt das Herstellen der vertieften Prägestruktur 3 unter Verwendung des Funkenerodierens. Hierbei wird ein Elektrodenwerkzeug 4 in einem Arbeitsabstand gegenüber der Oberfläche 2 des Metallwerkstücks 1 angeordnet, zum Beispiel in einem Abstand zwischen etwa 0,005 bis etwa 0,5 mm. Eine anliegende Spannung wird erhöht, um den Überschlag von Funken zu Erzeugen. Die Funken lassen das Blechmaterial des Metallwerkstücks 1 punktförmig aufschmelzen und verdampfen. Hierdurch erfolgt ein Materialabtrag, welcher mittels der Prozessparameterintensität, -frequenz, -dauer, -länge, -spaltbreite und / oder -polung der Entladung beeinflusst werden kann.
  • Bei einer anderen Ausführungsform wird gemäß Fig. 3 die vertiefte Prägestruktur 3 mittels elektrochemischen Abtragen erzeugt, bei dem eine Werkzeugelektrode (üblicherweise Werkzeugkathode) 5 ebenfalls mit einem Arbeitsspalt gegenüber der Oberfläche 2 des Metallwerkstücks 1 angeordnet. Die Werkzeugelektrode 5 weist eine äußere Kontur 6 auf, welche der vertieften Prägestruktur 3 entsprechend gebildet ist. Werkzeugelektrode 5 und Metallwerkstück 1 werden positiv und negativ polarisiert. Bei angelegter Spannung findet im Arbeitsspalt ein Ladungstransport statt, welchen eine Elektrolytlösung im Bereich des Arbeitsspalts übernimmt. Der entstehende Strom löst Metallionen vom Metallwerkstück 1, sodass die vertiefte Prägestruktur 3 hergestellt wird. Da die Werkzeugelektrode 5 eine äußere Kontur entsprechend der herzustellenden vertieften Prägestruktur aufweist, handelt es sich um ein so genanntes abbildendes Strukturierungsverfahren.
  • Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Metallwerkstücke können mit der vertieften Prägestruktur 3 als Prägewerkzeuge oder - bleche eingesetzt werden.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist gemäß Fig. 4 vorgesehen, zusätzlich zu der vertieften Prägestruktur 3 eine erhöhte oder erhabene Prägestruktur 7 herzustellen. Dieses erfolgt unter Verwendung des Laserauftragsschweißens. Hierbei wird ein Metallmaterial und / oder ein Metalllegierungsmaterial, sei es in Form eines Pulvers oder mittels eines Drahts, in das Laserlicht gebracht, um das Material aufzuschmelzen und auf der Oberfläche 2 des Metallwerkstücks 1 aufzutragen.
  • Ergänzend kann gemäß Fig. 5 vorgesehen sein, die gemäß Fig. 4 hergestellte erhöhte Prägestruktur 8 oberflächenseitig weiter zu strukturieren, sodass Vertiefungen 9 hergestellt werden. Zum Herstellen der Vertiefungen 9 können das Funkenerodieren und / oder das elektrochemische Abtragen verwendet werden, alternativ oder ergänzend aber auch andere Strukturierungsverfahren, die dem Materialabtrag dienen, beispielsweise chemisches Ätzen und / oder mechanisches Bearbeiten.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Metallwerkstück
    2
    Glanzoberfläche
    3
    vertiefte Prägestruktur
    4
    Elektrodenwerkzeug
    5
    Werkzeugelektrode
    6
    äußere Kontur
    7
    erhabene Prägestruktur
    8
    erhöhte Prägestruktur
    9
    Vertiefung

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Prägewerkzeugs für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit einer dreidimensionalen Struktur zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals beim Herstellen eines Dokuments mittels Laminieren und / oder Oberflächenprägen, mit
    - Bereitstellen eines Metallwerkstücks und
    - Herstellen einer in Bezug auf eine Glanzoberfläche des Metallwerkstücks vertieften Prägestruktur der dreidimensionalen Struktur auf dem Metallwerkstück,
    wobei die vertiefte Prägestruktur im Rahmen einer Strukturierung des Metallwerkstücks unter Verwendung mindestens eines Bearbeitungsverfahrens aus der folgenden Gruppe hergestellt wird: Funkenerodieren und elektrochemisches Abtragen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische Abtragen beim Herstellen der vertieften Prägestruktur als gepulstes elektrochemisches Abtragen ausgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glanzoberfläche des Metallwerkstücks vor der Strukturierung erzeugt wird und die vertiefte Struktur auf der Glanzoberfläche hergestellt wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vertiefte Prägestruktur allein mittels Funkenerodieren und / oder elektrochemischen Abtragen strukturiert wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels des Funkenerodieren und / oder elektrochemischen Abtragen als Zwischenstruktur auf dem Metallwerkstück hergestellte vertiefte Struktur nachbearbeitet wird, um die vertiefte Prägestruktur herzustellen.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine beim Funkenerodieren zum Herstellen der vertieften Prägestruktur verwendete Elektrode eine Oberflächenkontur entsprechend einer auszubildenden Strukturierung der vertieften Prägestruktur aufweist.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass in einem Bereich außerhalb der vertieften Prägestruktur eine in Bezug auf die Glanzoberfläche des Metallwerkstücks erhöhte Prägestruktur der dreidimensionalen Struktur hergestellt wird, wobei die erhöhte Prägestruktur im Rahmen der Strukturierung des Metallwerkstücks unter Verwendung von Laserauftragsschweißen auf dem Metallwerkstück hergestellt wird und hierbei ein Metallmaterial und / oder ein Metalllegierungsmaterial auf dem Metallwerkstück aufgetragen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels Laserschweißen als Zwischenstruktur auf dem Metallwerkstück hergestellte erhöhte Struktur nachbearbeitet wird, um die erhöhte Prägestruktur herzustellen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserauftragsschweißen zumindest eine äußere Kontur der erhöhten Struktur festgelegt wird, welche beim Nachbearbeiten im Wesentlichen unverändert verbleibt.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erhöhte Prägestruktur allein mittels Laserschweißen strukturiert wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallmaterial und / oder das Metalllegierungsmaterial aus der folgenden Gruppe von Materialien ausgewählt werden: Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Palladium, Chrom, Kobalt, Molybdän und Mangan.
  12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erhöhte Prägestruktur auf der Glanzoberfläche hergestellt wird.
  13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vertiefte Prägestruktur und die erhöhte Prägestruktur in getrennten Arbeitsschritten hergestellt werden.
  14. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für die dreidimensionalen Struktur nach dem Herstellen der vertieften Prägestruktur und / oder dem wahlweisen Herstellen der erhöhten Prägestruktur eine Nachbehandlung zum Glätten ausgeführt wird, bei der ein eine Oberflächenglattheit unterstützendes Material aufgetragen wird.
  15. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Metallwerkstück aus einem Material aus der folgenden Gruppe besteht: Eisen basierter Stahl wie Edelstahl, Chrom-Nickel-Stahl wie V2A-Stahl, Nickel basierter Stahl, Kobalt basierter Stahl und Kupfer basierte Legierung.
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