WO2003013839A1 - Oberflächenstrukturierter karton, vorrichtung und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Oberflächenstrukturierter karton, vorrichtung und verfahren zur herstellung desselben Download PDF

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WO2003013839A1
WO2003013839A1 PCT/CH2001/000493 CH0100493W WO03013839A1 WO 2003013839 A1 WO2003013839 A1 WO 2003013839A1 CH 0100493 W CH0100493 W CH 0100493W WO 03013839 A1 WO03013839 A1 WO 03013839A1
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WO
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embossing
cylinder
pressure
structured
plate
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PCT/CH2001/000493
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English (en)
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Inventor
Wolfgang Kern
Original Assignee
Model Holding Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F19/00—Apparatus or machines for carrying out printing operations combined with other operations
    • B41F19/02—Apparatus or machines for carrying out printing operations combined with other operations with embossing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F—MECHANICAL WORKING OR DEFORMATION OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F1/00—Mechanical deformation without removing material, e.g. in combination with laminating
    • B31F1/20—Corrugating; Corrugating combined with laminating to other layers
    • B31F1/32—Corrugating already corrugated webs

Definitions

  • the invention relates to a surface-structured cardboard and devices and a method for its production according to the preambles of the independent claims.
  • Corresponding conventional packaging consists of colored or printed cardboard, which may have additional finishing, for example by means of foil stamping.
  • special equipment for the packaging units is desired in the industrial sector.
  • foils are partially embossed on a cardboard or occasionally a texture is embossed into the flat cardboard in a flatbed embossing machine.
  • the possibilities achieved in this conventional way are severely limited due to the material strength and the manufacturing process, including costs.
  • the embossed structures appear poorly or inaccurately appearance, result in a low haptic experience and the manufacturing process (including the tools) is relatively expensive.
  • the idea of the invention does not start from a state of the art for fine packaging used and not believed usable starting material, namely a so-called open wave and here in particular so-called F or N waves, which have a wavelength of 1.2 to 1.3 mm or 0.8 to 0.9 mm.
  • This starting material is processed by a refinement process according to the invention, so that a new, surface-structured cardboard with the desired properties is produced.
  • the corrugated structure is at least partially, but over a large processing area (large area) plastically deformed or reshaped by the action of pressure.
  • the reshaping preferably and essentially exclusively fogs the corrugated parts of the open shaft and not the flat carrier material on which the Wave is applied.
  • the aim is not to flatten large areas of the shaft, but rather to deform the structure of the open shaft.
  • the deformation areas are oriented essentially parallel to the waveform of the starting material.
  • the open shaft is structured - Embossing combined or superimposed and creates a new texture
  • the statics inherent in the wave structure provide the basis for a sustainable structural change.
  • the force acting according to the invention which is transmitted to the surface by the tool, allows a large number of structures (product / manufacturer-related) to be produced with a suitable tool geometry. These can flow smoothly into one another and / or be very close together.
  • a good surface structure is achieved by means of structures whose protruding maxima have a minimum height of 0.2 mm and whose minimum distances from one another are at least 0.5 mm.
  • the carton can also be coated with a laminate that is connected to the carton in the same manufacturing process by pressure.
  • a device according to the invention for producing the surface-structured cardboard has a structure embossing cylinder for clamping a structure embossing plate and a pressure cylinder, which are arranged at a distance from one another with a passage gap for an open shaft.
  • the method according to the invention is based on a pressing pressure by means of a rotating structure embossing plate, which is on an open shaft which is carried out between the pressure and structure embossing cylinder.
  • the structural embossing plate is designed such that the open shaft is at least partially deformed over a large area, preferably plastically deformed over substantially the entire area of the starting material
  • FIG. 1 shows a surface-structured cardboard with a possible texture according to the invention
  • 2 shows a device for producing the cardboard material according to the invention
  • FIG. 3 shows another exemplary embodiment of a surface-structured cardboard with a lettering
  • 4a shows a plan view of a section of an embossing plate according to the invention for the device according to FIG. 2;
  • FIG. 4b shows a section through the structural embossing plate according to FIG.
  • FIG. 5 shows a photographic enlargement of the surface-structured cardboard according to FIG. 1; 6 shows a photographic enlargement of an only partially surface-structured cardboard with an embossed foil print;
  • Figure 1 shows a first embodiment of a surface-structured cardboard.
  • the cardboard IO has a wavy texture that is interrupted in some areas.
  • An open F-wave (wavelength 1.2 to 1.3 mm) was chosen as the starting material for this surface structuring.
  • the main direction of the structures here runs parallel to the waves present in the starting material.
  • the desired texture is brought about by means of a circumferential structure embossing plate. This structural embossing plate (not shown here) deforms the original F-wave to the desired surface structure, whereby
  • the texture has a slightly higher profile than the original wave or it is slightly flattened.
  • the present texture with its fine line structures, not only creates an optically highly structured image, but can also be experienced haptically when touched, in that the line spacing is matched to the human sense of touch, or corresponds to the tactile resolving power of average consumers.
  • structures are thus sought which combine profile heights of at least 0.2 mm and distances of at least 0.5 mm of the relevant structure maxima.
  • An additional advantage of the invention is that the starting material is solidified by the action of pressure.
  • the inventive idea is not limited to cardboard in the narrow sense, but also includes paper-like materials
  • FIG. 2 now shows the essential area of a device according to the invention for producing a surface-structured cardboard, as was explained, for example, in FIG.
  • the surface-structured cardboard should be industrially producible. Since color prints on the cardboard are generally desired at least in some areas, in a preferred embodiment the desired surface structure is integrated into the sequence of a conventional offset printing process.
  • Various suitable rotary offset printing machines are known in the prior art, for example from US 5,351,616, DE 43 44 260 or from one of the numerous specialist books in the field of the printing industry. At least one printing unit is located within such a rotary offset printing press modified according to the invention, as shown in FIG.
  • the printing unit 4 contains a printing cylinder 5, a blanket cylinder 6 and a plate cylinder 7 in a conventional manner.
  • the blanket cylinder 6 is mounted on and off relative to the other two cylinders 5, 7.
  • the center distance of the printing cylinder 5 and blanket cylinder 6 is exactly adjustable and adjustable, which is the case with various series products from rotary printing press manufacturers, for example from MAN .-Roland, is the default today.
  • the blanket cylinder 6 is now not equipped with a blanket, but according to the invention a structure embossing plate 8 is clamped onto this cylinder 6 (hereinafter also called structure embossing cylinder 6).
  • This structural embossing plate which is described in detail with reference to FIGS. 4a, 4b below, preferably consists of a steel plate coated with a plastic, preferably a photo-polymeric material.
  • This steel plate is flexible and is drawn onto the structure embossing cylinder 6 by means of a tension shaft 9 or a slot-shaped groove in a conventional manner, but by means of a specially designed pre-bend on the steel plate.
  • the structure embossing plate 8 is preferably on compensation plates 13, which have a contour and force compensation function, indirectly on the structure embossing cylinder 6.
  • impression cylinder 5 and / or structure embossing cylinder 6 can be stabilized by additional rotating support cylinders 3.
  • the open shaft 10 passes through the gap between the impression cylinder 5 and the structure embossing cylinder 6 and is plastically deformed during this run, the desired texture being structurally embossed. It is preferred that only the shaft itself, but not the flat carrier material on which the shaft is applied, is deformed. In this case, the surface-structured cardboard according to the invention has the texture only on one side, whereas the other side is essentially flat or is not deformed. For this purpose, the center distance of the embossing and impression cylinders must be adjusted accordingly and the profile of the structural embossing plate selected accordingly. In this exemplary embodiment, a desired printing of the cardboard can then take place in a subsequent printing unit.
  • the printing is carried out by means of a steel plate (cf. FIG. 4b), which, however, is colored in contrast to a mere structural embossing.
  • the inking takes place via the plate cylinder and the inking unit (run on contact).
  • the end material is formed and printed at the same time in a uniform process run.
  • the troughs of the structural embossing are colored.
  • this process can be combined with a prescribed additional (separate) structural embossing
  • Figure 3 shows a further embodiment of a surface-structured cardboard according to the invention, here already after printing and punching.
  • the material structure is characterized by circular structure embossing elements, as best shown in the
  • FIG. 4a now shows a plan view of a section of an embossing plate for the device according to FIG. 2.
  • the embossing structure of this embossing plate has, as can be seen in comparison to FIG. 1, a structure with which, in combination with an open F-wave, the starting material Texture according to the embodiment in Figure 1 is achieved.
  • the texture achieved according to the invention according to FIG. 1 is actually the result of a special effect, namely that the plastic deformation of the F-wave into the desired one Directions is steerable.
  • the structure embossing plate has a relatively simple structure, the desired complex texture as shown in FIG. 1 is obtained by deliberately superimposing the embossing structure and the wave form.
  • an effect referred to here as structural embossing is achieved in that the structures of the embossing tool are matched to the structure of the starting material, as can be seen from the exemplary embodiments, with regard to their geometry.
  • the aim is not a (binary) areal contrast effect of embossing and material, but the starting material is to be reshaped with a view to a resulting texture. This can be illustrated, for example, when considering FIG. 6, where the word "TOUCH" is embossed in the lower area in the wave, but does not create a texture, but rather a (desired) contrast effect to make the text legible.
  • embossed structure and the wave structure of the material are combined into a texture.
  • FIG. 4b schematically shows a section through a structural embossing plate 8, the proportions being exaggerated for the purpose of better illustration.
  • the structural embossing plate 8 contains a steel plate 14 as a carrier material, to which a photopolymeric but pressure-resistant layer is applied.
  • the desired embossed structure is etched from the photopolymer by means of a photo-optical etching process.
  • the steel plate has a pre-bend 17 at both ends, which is used for clamping on the embossing cylinder 6 (see FIG. 2).
  • At least one pre-bend 17 has a doubling 18, preferably made of a wooden element, so that this pre-bend 17 can be hooked in and tensioned by means of a standard tensioning shaft 9 (see FIG.
  • the coating of the steel plate can, for example. consist of Dupont DYCRIL Type 30 material. It is essential that such a photopolymer can transmit the compressive forces in the area of the contact zone to the open shaft.
  • the structure embossing plate 8 is clamped onto the structure embossing cylinder 6, the plate is compensated for by its thickness by means of a supporting sheet, so that a precise processing and uniform pressure forces are ensured during the structure embossing process.
  • the pre-bend 17 can, depending on the specific clamping device on the structural embossing roller 6, also be designed in the form of a tab or contain snap-in eyes or elements.
  • the profiling of the embossing plate is preferably chosen (in view of the purpose-based processing described below) so that it is smaller than the wave height of the starting material to be processed.
  • the production process for the surface-structured cardboard according to the invention is characterized by the use of an open shaft, preferably an F or N shaft, which is carried out between a rotating pressure and structure embossing cylinder.
  • Printing and structural embossing cylinders are spaced from one another such that the open shaft is not compressed or damaged, with the exception of the areas of a structural embossing plate clamped onto the structural embossing cylinder, the embossing structures of which deform the open shaft plastically in the desired manner.
  • the carrier material of the shaft is preferably not deformed.
  • the carton structured in this way can additionally be provided with an imprint in some areas.
  • the open shaft is preferably fed in such a way that the shaft structure runs parallel to the axis of the cylinders, so that the carton can be moved around differently without damage Guide and deflection cylinders can be guided.
  • the circulation of the structural embossing plate is essential for the result of the structural embossing in order (in contrast to the flat embossing) to bring about the desired contact zone with regard to the application of force.
  • the open shaft can be coated with a thin laminate material, which preferably has adhesive properties, in the same working step.
  • the structural pressure between the pressure and embossing cylinders serves the pressure necessary for the connection between the laminate and the open shaft.
  • additional textures and surface properties can be achieved, whereby the laminate can of course consist of various starting materials, such as paper, plastic or metal foils, etc.
  • the adhesive properties can be brought about by the surface structure of the laminate, by an adhesive coating or, in a broader sense, also by the plastic deformation of the open wave and laminate.
  • FIGS. 5 to 7 show exemplary embodiments of the invention, the surface structure, for the purpose of better recognizability, each being represented by means of a photographic enlargement.
  • a surface structure created by means of the invention can be seen in detail in FIG.
  • a structure embossing plate according to FIG. 4 a (not to scale)
  • an F-wave was structure embossed according to the method described above.
  • the pressing pressure of the surrounding embossing plate plastically deforms the shaft, whereby the quasi-elastic properties of the open shaft are used in a targeted manner, since thanks to area-specific reshaping, non-hard contours (in the sense of a Negative impression of the structure embossing plate), but the complex texture according to FIG. 5 arises.
  • the purpose of the plastically deformed shaft is proportionate, due to the material compressions according to the invention
  • FIG. 5 makes it easier to see that the invention creates extremely surprising textures, which, however, can be implemented using simple structural embossing shapes.
  • FIG. 6 again illustrates how the embossed structures are formed using a test structure embossing.
  • the open F-wave is clearly visible in the lower area of the box.
  • the shaft was processed using the method according to the invention and the texture desired here was structurally embossed.
  • the texture that can be seen in the upper area of the photographic illustration shows that the wave is difficult or impossible to recognize after the material has been processed.
  • foil embossing (lettering See-Feel-Touch) was applied in this example, which was applied here in a separate operation in a flat-bed embossing machine, which is of course also possible.
  • FIG. 7 shows a variant of a surface-structured cardboard, which here has two different textures according to the invention.
  • this cardboard has the surface structure according to the example in FIG. 6.
  • a net-like structure was used in a second texture area 12b.
  • the area 12c is untreated or corresponds to the starting material, here also an open F-wave.
  • the textures according to area 12a and 12b can be combined in one with a corresponding embossing plate Printing unit or be embossed with a structure embossing cylinder structure. It is also possible that two printing units connected in series are used for the embossing or, in special embodiments, the structural embossings of two or more structural embossing plates that follow one another are superimposed.
  • the invention preferably uses structural embossing molds in which embossed structures and starting material are matched to one another with regard to the structural width and wavelength of the open wave.
  • the starting material is aligned with a predefined edge cut of the leading edge in the offset machine.
  • a further preferred embodiment uses a structure width which deviates slightly from the wavelength of the starting material and, in the sense of an interference pattern, brings about a structure periodicity at regular intervals (e.g. eight times the wavelength).
  • a correspondence of structure width and wavelength in the region 12b can be seen in FIG. 7, whereas the region 12a has a periodicity of five wavelengths. A periodicity of five to eight wavelengths is preferred.
  • a corrugated material with a line is used, so that a lacquer can be applied and gloss effects are achieved by means of the method according to the invention (structural embossing / printing).

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Abstract

Mittels der Erfindung wird eine offene Welle als Ausgangsmaterial derart plastisch deformiert, dass deren Wellenstruktur mindestens bereichsweise und grossflächig durch Durckeinwirkung plastisch deformiert wird und eine gewünschte Oberflächentexture entsteht. Die entsprechende Vorrichtung besitzt einen umlaufenden Druck- und Strukturprägezylinder, zwischen welchen die offene Welle durchgeführt und mittels einer auf den Presszylinder aufgespannten Strukturprägeplatte bereichsweise plastisch deformiert udn gegebenenfalls bedruckt wird.

Description

OBERFLÄCHENSTRUKTURIERTER KARTON, VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DESSELBEN
Die Erfindung betrifft einen oberflächenstrukturierten Karton sowie Vorrichtungen und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Im Bereich der Verpackungsindustrie werden Flachkarton sowie sog. kaschierter Wellkarton für Schachteln verwendet. Kaschierter Wellkarton wird vorab für die Herstellung grösserer Schachteln für das Transport- und Lagerwesen verwendet. Für die Verpackung von einzelnen Produkten an Endkunden in Regalsystemen, insbesonderevon hochqualita- tiven Kleinprodukten wie Parfümerieartikel etc., wird demgegenüber im Stand derTechnik Flachkarton eingesetzt.
Entsprechende herkömmliche Verpackungen bestehen aus eingefärbtem oder bedrucktem Karton, die unter Umständen eine zusätzliche Veredelung, z.B. mittels Folienprägung aufweisen. Aus Marketing- und Designgründen werden im industriellen Bereich be- sondere Ausstattungen der Verpackungseinheiten gewünscht. So werden teilweise Folien auf einen Karton geprägt oder gelegentlich in einer Flachbettprägemaschine dem Flachkarton eine Textureingeprägt. Die auf diese herkömmliche Weise erzielten Möglichkeiten sind jedoch aufgrund der Materialfestigkeit und des Herstellungsprozesses, einschliesslich Kosten, stark beschränkt. Insbesondere treten die Prägestrukturen schlecht oder ungenü- gend in Erscheinung, bewirken ein nur geringes haptisches Erlebnis und der Herstell ungs- prozess (einschliesslich der Werkzeuge) ist verhältnismässig teuer. Aus DE 4102214 ist ein flächiges Erzeugnis aus gewelltem oder geriffeltem Material bekannt, dessen Wellen innerhalb oder ausserhalb von Konturen mittels einer Flach bettprägemasch ine nieder- oder plattgedrückt sind, um bildhafte Muster oder Informationen, allenfalls auch durch zusätzliches Einfärben der Wellenscheitel, flächig durch Kontrastwirkung sichtbar zu machen. Solche Prägungen in Flachbettprägemaschinen sind aufwendig und Prägungen über sehr grosse Bereiche des Ausgangsmaterial sind nicht erreichbar, sofern Genauigkeitsanforderungen an die resultierende Oberflächenstruktur gestellt werden. Ein wesentlicher Nachteil der Lösung gemäss DE 4102 214 liegt darin, dass keine neuen Oberflächenstrukturen erreichbar sind, sondern nur ein visueller Informationsträger im Sinne eines binären flächigen Kontrastes geschaffen wird.
Es ist Aufgabe dervorliegenden Erfindung, einen oberflächenstrukturierten Karton sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zu dessen Herstellungzu schaffen, welche hinsichtlich haptischen Eigenschaften und Design im Rahmen industrieller Fertigung eine breite Gestaltungsfreiheit, insbesondere auch für hochqualitative Verpackungen, ermöglichen und eine kostengünstige, maschinelle Fertigung erlauben.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindungsidee geht aus von einem im Stand derTechnikfür edle Verpackungen nicht genutzten und nicht nutzbar geglaubten Ausgangsmaterial, nämlich einer sog. offenen Welle und hier insbesondere von sog. F- oder N-Wellen, die eine Wellenlänge von 1.2 bis 1.3 mm bzw. 0.8 bis 0.9 mm aufweisen. Dieses Ausgangsmaterial wird durch einen erfin- dungsgemässenVeredelungsprozess bearbeitet, so dass ein neuer, oberflächenstrukturier- ter Karton mit den gewünschten Eigenschaften entsteht.
Zu diesem Zwecke wird die Wellenstruktur mindestens teilweise, jedoch über einen grossen Bearbeitungsbereich (Grossbereich),durch Druckeinwirkung plastisch deformiert bzw. umgeformt Die Umformung beschlägt vorzugsweise und im wesentlichen aus- schliesslich die gewellten Teile der offenen Welle und nicht das flächige Trägermaterial, auf dem die Welle aufgebracht ist. Im Unterschied zum oben beschriebenen Stand der Technik gemäss DE 41 02 214 wird so nicht ein Plattdrücken von grossen Bereichen der Welle, sondern eine Strukturverformung der offenen Welle bezweckt In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verformungsbereiche im wesentlichen parallel zur Wellenform des Ausgangsmaterials ausgerichtet Dieoffene Welle wird miteinerStruktur- prägung kombiniert bzw. überlagert und eine neue Textur bewirkt
Die der Wellenstruktur eigene Statik gibt die Grundlage für eine nachhaltige Strukturveränderung. Die erfindungsgemäss einwirkende Kraft, die durch das Werkzeug auf die Oberfläche übertragen wird, erlaubt es, bei geeigneter Werkzeuggeometrie eine Vielzahl von Strukturen (Produkt-/Herstellerbezogen) zu erzeugen. Diese können fliessend inein- ander übergehen und/oder sehr eng beieinander liegen. Erfindungsgemäss wird eine gute Oberflächenstruktur mittels Strukturen erreicht, deren vorstehende Maxima eine minimale Höhe von 0.2 mm aufweisen und deren minimalen Abstände zueinander mindestens 0.5 mm aufweisen. In besonderen Ausführungen kann der Karton zusätzlich mit einem Laminat beschichtet sein, dass im gleichen Herstellungs- prozess durch Druckeinwirkung mit dem Karton verbunden wird.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung des oberflächenstrukturierten Kartons besitzt einen Strukturprägezylinder zum Aufspannen einer Strukturprägeplatte und einen Druckzylinder, welche mit einem Durchlaufspalt für eine offene Welle zueinander beabstandet angeordnet sind. Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf einem Pressdruck mittels einer umlaufenden Strukturprägeplatte, der auf eine offene Welle, die zwischen dem Druck- und Strukturprägezylinder durchgeführt wird. Die Strukturprägeplatte ist so ausgestaltet, dass die offene Welle über einen Grossbereich mindestens teilweise verformt wird, bevorzugt im Wesentlichen über den gesamten Bereich des Ausgangsmaterials plastisch deformiert ist
Anhand der nachfolgend beschriebenen Figuren sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen oberflächenstrukturierten Karton mit einer möglichen Textur gemäss der Erfindung; Fig. 2 eine Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgemässen Kartonmaterials Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines oberflächenstrukturierten Kartons mit einem Schriftzug; Fig.4a eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemässen Prägeplatte für die Vorrichtung gemäss Figur 2;
Fig.4b einen Schnitt durch die Strukturprägeplatte gemäss Fig.4a;
Fig. 5 eine photographische Vergrösserung des oberflächenstrukturierten Kartons gemäss Figur 1; Fig. 6 eine photographische Vergrösserung eines nur teilweise oberflächenstrukturier- ten Kartons mit einem Prägefolienaufdruck;
Fig.7 eine photographische Vergrösserung eines (teilweise) oberflächenstrukturierten
Kartons mit zwei unterschiedlichen Strukturen.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines oberflächenstrukturierten Kartons. Der Karton IO weist hier in seiner Endform einewellenförmige Texturll auf, die bereichsweise unterbrochen ist Als Ausgangsmaterial wurde für diese Oberflächenstrukturierung eine offene F-Welle gewählt (Wellenlänge 1.2 bis 1.3 mm). Die Hauptrichtung der hiervorliegenden Strukturen verläuft parallel zu den im Ausgangsmaterial vorhandenen Wellen. Die gewünschte Textur wird, wie weiter unten im Einzelnen erläutert wird, mittels einer umlaufenden Strukturprägeplatte bewirkt. Diese (hier nicht dargestellte) Strukturprägeplatte verformtdie ursprüngliche F-Wellezurgewünschten Oberflächenstruktur, wobei
sich überraschenderweise gezeigt hat, dass die Materialverformungen nicht in uner- wünschte Richtungen verlaufen, sondern mittels der Strukturprägung vielmehr sehr exakte Resultate erzielt werden können. Je nach verwendeter Strukturprägestruktur besitzt die Textur im Vergleich zur ursprünglichen Welle ein leicht höheres Profil oder sie ist leicht abgeflacht. Die vorliegende Textur, mit ihren feinen Linienstrukturen, bewirkt nicht nur ein optisch stark strukturiertes Bild, sondern wird bei Berührung auch haptisch erfahrbar, indem der Linienabstand auf den menschlichen Tastsinn abgestimmt, bzw. dem taktilen Auflösungsvermögen von durchschnittlichen Konsumenten entspricht. Erfin- dungsgemäss werden somit Strukturen angestrebt, welche Profilhöhen von mindestens 0.2 mm und Abstände von mindestens 0.5 mm der massgeblichen Strukturmaxima kombinieren. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Ausgangsmaterial durch die Druckeinwirkung verfestigt wird. Der Fachmann erkennt, dass der Erfindungsgedanke nicht auf Karton im engen Sinn beschränkt ist, sondern auch papierartige Materialien umfasst
Figur 2 zeigt nun den wesentlichen Bereich einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Herstellung eines oberflächenstrukturierten Kartons, wie er z.B. in Figuri erläutert wurde. Aufgabengemäss soll der oberflächenstrukturierte Karton industriell herstellbar sein. Da in der Regel mindestens bereichsweise Farbdrucke auf dem Karton gewünscht sind, wird in einer bevorzugten Ausführungsform die gewünschteOberflächenstrukturin den Ablauf eines herkömmlichen Offsetdruckprozesses integriert. Im Stand der Technik sind ver- schiedene geeignete Rotationsoffsetdruckmaschinen bekannt, z.B. aus US 5,351,616, DE 43 44 260 oder aus einem der zahlreichen Fachbücher im Bereich der Druckindustrie. Innerhalb einer solchen Rotationsoffsetdruckmaschine wird mindestens ein Druckwerk erfindungsgemäss, wie in Figur 2 dargestellt ist, abgeändert. Das Druckwerk 4 enthält in herkömmlicher Weise einen Druckzylinder 5, einen Gummituchzylinder 6 und einen Plattenzylinder 7. Der Gummituchzylinder 6 ist gegenüber den beiden anderen Zylindern 5, 7 an- und abstellbar gelagert. Im Hinblick auf die variable Materialstärke des durch- laufenden Ausgangsmaterials (offene Welle) und dessen Empfindlichkeit gegenüber unerwünschten Verformungen ist es wesentlich, dass der Achsabstand von Druckzylinder 5 und Gummituchzylinder 6 exakt justierbar und einstellbar ist, was bei verschiedenen Serienprodukten von Rotationsdruckmaschinenherstellern, z.B. von MAN.-Roland, heute standardmässig der Fall ist. Der Gummituchzylinder 6 wird nun nicht mit einem Gummi- tuch bestückt, sondern es wird erfindungsgemäss eine Strukturprägeplatte 8 auf diesen Zylinder 6 (im Folgenden auch Strukturprägezylinder 6 genannt) aufgespannt. Entsprechend ist ersichtlich, dass der Plattenzylinder 7 deaktiviert werden kann bzw. dass er wegen Fehlens des üblichen Gummituches hier keine Einfärbefunktion übernimmt. Diese Strukturprägeplatte, die im Einzelnen anhand von Figur4a,4b untenstehend beschrieben wird, besteht vorzugsweise aus einer mit einem Kunststoff, bevorzugt einem photo- polymeren Material, beschichteten Stahlplatte. Diese Stahlplatte ist biegsam und wird in herkömmlicher Weise, jedoch mittels eines speziell ausgestalteten Vorknicks an der Stahlplatte, auf den Strukturprägezylinder 6 mittels einer Spannwelle 9 bzw. einer schlitzförmigen Nut aufgezogen. Die Strukturpräge platte 8 liegt bevorzugt auf Ausgleichs- platten 13, welche eine Kontur- und Kraftausgleichende Funktion bezwecken, indirekt auf dem Strukturprägezylinder 6 auf. Bei Bedarf können Druckzylinder 5 und/oder Strukturprägezylinder 6 durch zusätzliche, mitumlaufende Stützzylinder 3 stabilisiert werden. Die offene Welle 10 durchläuft den Spalt zwischen Druckzylinder 5 und Strukturprägezylinder 6 und wird während dieses Durchlaufs plastisch deformiert, wobei die gewünschte Textur strukturgeprägt wird. Es wird bevorzugt angestrebt, dass nur die Welle selber, nicht jedoch das flächige Trägermaterial, auf dem die Welle aufgebracht ist, verformt wird. Der erfindungsgemässe oberflächenstrukturierte Karton weist in diesem Fall die Textur nur an einer Seite auf, wohingegen die andere Seite im wesentlichen eben ist, bzw. nicht deformiert ist. Zu diesem Zwecke ist der Achsabstand von Präge- und Druckzylinder entsprechend zu justieren und die Profilierung der Strukturprägeplatte entsprechend zu wählen. In einem nachfolgenden Druckwerk kann bei diesem Ausführungsbeispiel dann eine gewünschte Bedruckung des Kartons erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bedruckung mittels einer Stahlplatte (vgl. Fig. 4b), die jedoch im Unterschied zu einer blossen Stukturprägung eingefärbt wird. Die Einfärbung erfolgt über den Plattenzylinder und das Farbwerk (auf Kontakt gefahren). Auf diese Weise wird in einem einheitlichen Prozessdurchlauf das Endmaterial geformt und gleichzeitig bedruckt Dabei werden, wie gut erkannt werden kann, die Wellentäler der Strukturprägung eingefärbt. Selbstverständlich kann dieser Vorgang miteinervorbeschriebenen zusätzlichen (separaten) Strukturprägung kombiniert
werden.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines oberflächenstrukturierten Kartons gemäss der Erfindung, hier bereits nach dem Bedrucken und Stanzen. Die Materialstruktur ist hier durch kreisrunde Strukturprägeelemente gekennzeichnet, wie dies am besten im
Bereich 21 sichtbar ist. Aufgrund des Ausgangsmaterials, das hier wiederum eine offene F- Welle ist, entsteht ein netzartiger optischer Eindruck, der die kreisrunden Strukturprägebereiche nicht dominant in Erscheinung treten lässt Es zeigt sich, dass Strukturprägeform und Ausgangsmaterial, bei geeigneter Abstimmung aufeinander, mit Interferenzmustern vergleichbare Texturen entstehen lassen. In diesem Ausführungsbeispiel ist gut sichtbar, dass drei Texteindrucke 23 nachträglich vorgenommen wurden, welche sich insbesondere farblich aufgrund eines herkömmlichen Foliendrucks, deutlich von der Textur des Kartons abheben. Aus Figur 3 istzudem gut erkennbar, dass die Wellenstruktur, gemäss der verwendeten Prägestruktur der Prägeplatte, nur bereichsweise durch Druckeinwirkung plastisch deformiert ist. Diejenigen Bereiche, in denen die Strukturprä- geplatte keine Prägestrukturen aufweist (keine Überhöhungen, vgl. Figur 4b), werden somit nicht oder kaum verformt. Im Unterschied zum Stand der Technik (Flachbettprägung) erfolgen die Deformationen jedoch nicht nur in eng begrenzten Teilen des Materials, sondern über grosse Bearbeitungsbereiche, d.h. über einen wesentlichen Teil der nutzbaren Materialfläche, hier über den gesamten (ausgestanzten) Teil einer Ver- packung, von der hier die vier Seitenflächen gezeigt sind.
Figur 4a zeigt nun eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Prägeplatte für die Vorrichtung gemäss Figur 2. Die Prägestruktur dieser Strukturprägeplatte weist, wie im Vergleich zu Figur 1 erkennbar ist, eine Struktur auf, mit der in Kombination mit einer offenen F-Welle als Ausgangsmaterial die Textur gemäss Ausführungsbeispiel in Figur 1 erzielt wird. Bei Gegenüberhalten der beiden Strukturen wird deutlich, dass die erfindungsgemäss erzielte Textur gemäss Figur 1 tatsächlich Ergebnis eines besonderen Effektes ist, nämlich dass die plastische Deformation der F-Welle in die gewünschten Richtungen lenkbar ist. Obwohl die Strukturprägeplatte eine relativ einfache Struktur aufweist, ergibt sich die gewünschte, komplexe Textur gemäss Darstellung in Figur 1, durch gezielte Überlagerung der Prägestruktur und der Wellenform. Es ist für die vorliegende Erfindung wesentlich, dass ein hier als Strukturprägung bezeichneter Effekterreicht wird, indem die Strukturen des Prägewerkzeugs auf die Struktur des Ausgangsmaterials abgestimmt ist, wie aus den Ausführungsbeispielen erkennbar, hinsichtlich deren Geometrie. Es ist mit anderen Worten nicht eine (binäre) flächenhafte Kontrastwirkung von Prägung und Material bezweckt, sondern das Ausgangsmaterial soll im Hinblick auf eine resultierende Textur umgeformt werden. Verdeutlicht werden kann dies z.B. bei Betracht von Figur 6, wo das Wort „TOUCH" im unteren Bereich zwar in die Welle eingeprägt ist, jedoch nichteineTexturschafft, sondern eine (dort gewünschte) Kontrastwirkung um den Text lesbar zu machen. Man könnte auch sagen, Prägestruktur und Wellenstruktur des Materials werden zu einer Textur kombiniert.
Figur 4b zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Strukturprägeplatte 8, wobei die Proportionen zwecks besserer Darstellung überhöht wurden. Die Strukturprägeplatte 8 enthält eine Stahlplatte 14 als Trägermaterial, auf die eine photopolymere, jedoch druck- resistente Schicht aufgebracht ist. Mittels photooptischem Ätzverfahren wird die gewünschte Prägestruktur aus dem Photopolymer geätzt Die Stahlplatte weist an beiden Enden einen Vorknick 17 auf, der dem Einspannen auf dem Prägezylinder 6 (vgl. Figur 2) dient Mindestens ein Vorknick 17 weist eine Aufdoppelung 18, vorzugsweise aus einem Holzelement, auf, damit dieser Vorknick 17 mittels einer Standard-Spannwelle 9 (vgl. Figur 2) eingehängt und gespannt werden kann. Die Beschichtung der Stahlplatte kann bspw. aus dem Material DYCRIL Typ 30 der Firma Dupont bestehen. Wesentlich ist, dass ein derartiges Photopolymer die Druckkräfte im Bereich der Kontaktzone auf die offene Welle übertragen kann. Beim Aufspannen der Strukturprägeplatte 8 auf den Strukturprägezylinder 6 wird die Platte entsprechend ihrer Dicke mittels Unterlagebogen ausgeglichen, so dass eine passgenaue Abwicklung und gleichmässige Druckkräfte während des Strukturprägeprozesses gewährleistet sind. Es ist ohne weiteres erkennbar, dass der Vorknick 17 je nach konkreter Einspannvorrichtung an der Strukturprägewalze 6 auch laschenför- mig ausgebildet sein kann oder Einrastösen oder -elemente enthalten kann. Die Profilierung der Prägeplatte wird (im Hinblick auf die nachstehend beschriebene, bezweckte Bearbeitung) bevorzugt so gewählt, dass sie kleiner ist, als die Wellenhöhe des Ausgangsmaterials, das zu bearbeiten ist.
Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahrenfürden oberflächenstrukturierten Karton zeichnet sich aus durch Verwendung einer offenen Welle, vorzugsweise einer F oder N- Welle, die zwischen einem umlaufenden Druck- und Strukturprägezylinder durchgeführt wird. Druck- und Strukturprägezylinder sind sovoneinander beabstandet, dass die offene Welle nicht komprimiert oder beschädigt wird, mit Ausnahme der Bereiche einer auf den Strukturprägezylinder aufgespannten Strukturprägeplatte, deren Prägestrukturen die offene Welle in gewünschter Weise plastisch verformen. Vorzugsweise wird das Trägermaterial der Welle nicht verformt. In einem zweiten Verfahrensschritt kann der derart strukturierte Karton zusätzlich bereichsweise mit einem Aufdruck versehen werden. Vorzugsweise wird die offene Welle so zugeführt, dass die Wellenstruktur parallel zur Achse der Zylinder verläuft, so dass der Karton ohne Beschädigung um verschiedene Führungs- und Umlenkzylindergeführtwerden kann. Der Umlauf der Strukturprägeplatte ist für das Resultat der Strukturprägung wesentlich, um (im Unterschied zur Flachprägung) die gewünschte Kontaktzone im Hinblick auf die Krafteinwirkung zu bewirken.
In einer besonderen Ausführungsform kann im gleichen Arbeitsschritt die offene Welle mit einem dünnen Laminatmaterial, welches vorzugsweise adhäsive Eigenschaften aufweist, beschichtetwerden. DerStrukturdruck zwischen Druck- und Prägezylinderdient dabei dem notwendigen Druck für die Verbindung zwischen Laminat und offener Welle. Auf diese Weise können zusätzliche Texturen und Oberflächeneigenschaften erreicht werden, wobei das Laminat selbstverständlich aus verschiedensten Ausgangsmaterialien, wie Papier, Kunststoff- oder Metallfolien usw. bestehen kann. Die adhäsiven Eigenschaften können durch die Oberflächenstruktur des Laminats, durch eine Klebstoff- beschichtung oder aber, im weiteren Sinne, auch aufgrund der plastischen Verformung von offener Welle und Laminat bewirkt werden.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei die Oberflächen- Struktur, zwecks besserer Erkennbarkeit, je mittels einer photographischen Vergrösserung dargestellt wird. In Figur 5 ist eine mittels der Erfindung geschaffene Oberflächenstruktur (vgl. Figur!) im Einzelnen erkennbar. Mit einer Strukturprägeplatte gemäss Figur4a (nicht massstabgetreu) wurde hier eine F-Welle gemäss dem vorstehend beschriebenen Verfahren strukturgeprägt. Der Pressdruck der umlaufenden Prägeplatte verformt die Welle plastisch, wobei die quasi-elastischen Eigenschaften der offenen Welle gezielt genutzt werden, da dank bereichsweisen Rückformungen nicht harte Konturen (im Sinne eines Negativabdrucks der Strukturprägeplatte) bewirkt werden, sondern die komplexe Textur gemäss Figur 5 entsteht. Die plastisch deformierte Welle weist in bezweckter Weise, aufgrund der erfindungsgemässen Materialkomprimierungen, eine verhältnismässig
steife Oberfläche auf. Figur 5 lässt leichterkennen, dass die Erfindung höchst überraschen- de Texturen schafft, die jedoch mittels einfachen Strukturprägeformen realisiert werden können.
Figur 6 verdeutlicht nochmals, anhand einerTeststrukturprägung, wie die Prägestrukturen gebildet werden. Im unteren Bereich des Kartons ist die offene F-Welle gut erkennbar. Im oberen Bereich wurde die Welle mittels dem erfindungsgemässen Verfahren bearbeitet und die hier gewünschte Textur strukturgeprägt. Die im oberen Bereich der photographischen Abbildung erkennbare Textur zeigt auf, dass hier die Welle nach der Materialbearbeitung nicht oder nur noch schwer erkennbar ist. Zusätzlich wurde bei diesem Beispiel eine Folienprägung (Schriftzug See-Feel-Touch) aufgebracht, die hier in einem separaten Arbeitsgang in einer Flachbettprägemaschine aufgebracht wurde, was selbst- verständlich ebenfalls möglich ist.
Figur 7 zeigt eine Variante eines oberflächenstrukturierten Kartons, der hier gemäss der Erfindung zwei verschiedene Texturen besitzt. In einem ersten Texturbereich 12a besitzt dieser Karton die Oberflächenstruktur gemäss dem Beispiel in Figur 6. In einem zweiten Texturbereich 12b wurde eine netzförmige Struktur verwendet Der Bereich 12c ist unbe- handelt bzw. entspricht dem Ausgangsmaterial, hier ebenfalls einer offenen F-Welle. Die Texturen gemäss Bereich 12a und 12b können bei entsprechender Prägeplatte in einem Druckwerk bzw. miteinem Strukturprägezylinderstrukturgeprägtwerden. Es i staber auch möglich, dass zwei nacheinander geschaltete Druckwerke für die Prägung verwendet werden oder, bei besonderen Ausführungsformen, die Strukturprägungen zweier oder mehrerer sich in Serie folgender Strukturprägeplatten überlagert werden.
Die Erfindung verwendet bevorzugt Strukturprägeformen, bei denen Prägestrukturen und Ausgangsmaterial hinsichtlich Strukturbreite und Wellenlänge der offenen Welle aufeinander abgestimmt sind. Zu diesem Zwecke wird das Ausgangsmaterial mitvordefiniertem Kantenschnitt der vorlaufenden Kante in der Offsetmaschine ausgerichtet. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform verwendet eine Strukturbreite, die leichtvon der Wellenlän- gedes Ausgangsmaterials abweichtund im Sinneeines Interferenzmusters in regelmässi- gen Abständen (z.B. achtfache Wellenlänge) eine Strukturperiodizität bewirkt. In Figur7 ist eine Übereinstimmung von Strukturbreite und Wellenlänge im Bereich 12b erkennbar, wohingegen der Bereich 12a eine Periodizitätvon fünf Wellenlängen aufweist. Bevorzugt wird eine Periodizität von fünf bis acht Wellenlängen.
Für besondere Anwendungen wird ein Wellenmaterial mit einem Strich verwendet, so dass ein Lack auftragbar ist und mittels des erfindungsgemässen Verfahrens (Strukturprägen/Bedrucken) Glanzwirkungen erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 Oberflächenstrukturierter, aus einer offenen Welle hergestellter Karton, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Grossbereich der Wellenstruktur mindestens teilweise durch Druckeinwirkung mit durch eine Strukturprägung verformt ist
2 Oberflächenstrukturierter Karton gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungsbereiche im wesentlichen parallel zur Wellenform ausgerichtet sind.
3 Oberflächenstrukturierter Karton gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-
zeichnet, dass die Maxima der vorstehenden Strukturprägungen eine minimale
Höhe von 0.2 mm aufweisen und deren minimale Abstände zueinander mindestens 0.5 mm aufweisen.
4 Oberflächenstrukturierter Karton gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser nur auf seiner wellenseitigen Seite plastisch deformiert ist und das Trägermaterial der Welle im wesentlichen undeformiert ist.
5 Oberflächenstrukturierter Karton gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Karton mit einem durch Druckeinwirkung mit diesem verbundenen Laminat beschichtet ist.
6 Vorrichtung zur Herstellungeines oberflächenstrukturierten Kartons gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Prägezylinder (6) zum
Aufspannen einer Strukturprägeplatte (8) und einen Druckzylinder (5), die miteinem Durchlaufs palt für eine offene Welle derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass die Strukturprägeplatte (8) die offene Welle verformt.
Vorrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturpräge¬
zylinder (6) durch den Gummituchzylinder einer Offsetmaschine mit mindestens einem Druckwerk gebildet wird, wobei auf den Gummituchzylinder eine druckfeste Strukturprägeplatte (8) aufgespannt ist, der mit dem Druckzylinder (5) desselben Druckwerks unter Bewirkung eines Pressdrucks zusammenwirkt
Vorrichtung gemäss Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgleichs¬
platten (13) zwischen der Strukturprägeplatte (8) und dem Strukturprägezylinder (6) angeordnet sind.
Strukturprägeplatte für eine Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet
durch eine mit einem druckresistenten Kunststoff (15) für die grossflächige Struktur- prägung beschichtete Stahlplatte (14), die zwei Vorknicke (17) an zwei gegenüberliegenden Kanten aufweist.
Strukturprägeplatte gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der druck- resistente Kunststoff ein Photopolymer ist, auf das mittels photooptischer Ätzung eine Prägestruktur (16) aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung eines oberflächenstrukturierten Kartons gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Aufbringen eines Pressdrucks mittels einer umlaufenden Strukturprägeplatte auf eine offene Welle, die zwischen einem Druck- und Strukturprägezylinder durchgeführt und mittels der auf den Presszylinder aufgespannten Strukturprägeplatte bereichsweise plastisch deformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Strukturprägeplatte eingefärbt wird und eine Farbübertragung auf die offene Welle im Bereich der Strukturprägung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Strukturplatte in einem Druckwerk einer Offsetdruckmaschine auf einen Druckzylinder aufgespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüchen bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätz¬
lich zur offenen Welle ein Laminat mit adhäsiven Eigenschaften zwischen Strukturpräge- und Druckzylinder durchgeführt und mit der offenen Welle verbun- den wird.
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