Verfahren und Vorrichtung zum Kaltprägen auf dreidimensionale Gegenstände
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kaltprägen auf dreidimensionale Gegenstände, insbesondere auf zylindrische, ovale, rechteckige, flache Gegenstände. Zur Dekoration von Papier, Etiketten, Kunststoff- und Glasverpackungen mit Dekorationsfolien, insbesondere mit metallisierten Folien, ist das Heißprägeverfahren bekannt. Hierbei wird eine Transfer- oder Prägefolie (d.h. eine Kunststoffträgerfolie mit aufgenommenem Dekorationsmaterial, insbesondere mit einer Metallschicht) mit einem Heißkleber beschichtet. In einer Heißprägemaschine wird mit Druck und Temperatur die Klebeschicht mit einem Prägestempel aktiviert, sodass eine Haf- tung zwischen Metallschicht und Druckartikel entsteht. Anschließend wird die Trägerfolie abgezogen.
Daneben gibt es für Rollenware und Bogenware (Papier, Folien, Etiketten) das so genannte Kalt- prägeverfahren (auch als Kaltfolieren bezeichnet). Hierbei wird der Kleber in einem Druckverfahren (Offsetdruck oder Flexodruck) zunächst auf den Artikel aufgetragen. Dann wird die Folie auflami- niert und die Kleberschicht getrocknet. Dadurch haftet das Dekorationsmaterial an den vorgedruckten Stellen an und die Trägerfolie mit dem restlichen, nicht anhaftenden Dekorationsmaterial wird abgezogen. Als Kleber kommt oft ein unter UV-Strahlung aushärtender Kleber (UV-Kleber) zum Einsatz. Das Trocknen des Klebers erfolgt dann mittels UV-Strahlung durch die Folie hindurch.
Das Kaltprägeverfahren hat gegenüber dem Heißprägeverfahren eine Reihe von Vorteilen. Da kein Aufheizen des Klebers durch einen Prägestempel erforderlich ist, kommt es zu keiner Geschwindigkeitseinschränkung. Dadurch kann eine Kaltprägevorrichtung in eine Druckmaschine integriert werden; es ist kein separater Produktionsprozess notwendig. Schließlich fallen auch geringere Werkzeugkosten an, da kein Prägestempel notwendig ist.
Ein Kaltprägen auf dreidimensionale Gegenstände wie zum Beispiel Gläser, Flaschen, Tiegel, Do- sen oder Tuben ist mit den bekannten Verfahren allerdings nicht möglich. Bei den bekannten Verfahren müssen das mit der Folie zu versehende Material und die Transferfolie nach dem Laminie- ren eine Zeit lang parallel geführt werden, um ein Aushärten des Klebers durch Belichtung mit UV- Strahlung erreichen zu können. Dreidimensionale Gegenstände werden aber beispielsweise auf eine Halteeinrichtung wie beispielsweise einen im deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2004 019
382 beschriebenen Haltedorn aufgeschoben und von diesem beim Bedrucken an verschiedenen Arbeitsstationen um die Längsachse gedreht. Dadurch ist der Gegenstand von allen Seiten zugänglich und es ist möglich, den Gegenstand rundum zu bedrucken.
Das Bedrucken dreidimensionaler Gegenstände findet oftmals an sogenannten Rundtaktmaschinen oder Lineartaktmaschinen statt, bei denen an verschiedenen Arbeitsstationen der Gegenstand mit unterschiedlichen Farben bedruckt oder die Oberfläche des Gegenstands anderweitig behandelt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Kaltprägen auf dreidimensionale, insbesondere zylindrische, ovale, rechteckige, flache Gegenstände zu ermöglichen, insbesonde- re an Rundtaktmaschinen oder Lineartaktmaschinen, bei denen das Kaltprägen nur einen Teil der am Gegenstand vorgenommenen Arbeitsschritte ausmacht. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 25. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kaltprägen auf einen dreidimensionalen Gegenstand wird der Gegenstand um eine Rotationsachse drehbar von einer Halteeinrichtung gehalten. In einem ersten Schritt wird an einer ersten Arbeitsstation ein Kleber auf den Gegenstand aufgebracht. In einem zweiten Schritt wird an einer zweiten Arbeitsstation eine Transferfolie von einer Andrückeinrichtung auf den Gegenstand gedrückt. Gleichzeitig wird an der zweiten Arbeitsstation der Kleber gehärtet. Dadurch haftet das Dekorationsmaterial der Transferfolie an den mit Kleber versehenen Stellen am Gegenstand. Wenn im Anschluss daran nach dem Andrücken die Transferfolie vom dreidimensionalen Gegenstand entfernt wird, bleibt das Dekorationsmaterial an den gewünschten Stellen auf dem Gegenstand zurück. An den Stellen, an denen im ersten Schritt kein Kleber auf den Gegenstand aufgebracht wurde, haftet das Dekorationsmaterial nicht am Gegenstand, sondern verbleibt auf der Trägerfolie der Transferfolie.
Die Transferfolie weist in einer bevorzugten Ausführungsform die Trägerfolie und ein von der Trägerfolie ablösbares Dekorationsmaterial auf, wobei das Dekorationsmaterial ausgehend von der Trägerfolie eine transparente Ablöseschicht, eine optionale transparente Schutzlackschicht, mindestens eine Dekorationsschicht und mindestens eine Grundierungsschicht aus einem thermoplas- tischen Kleber umfasst, der in einem Temperaturbereich von > 90°C aktivierbar ist.
Die Transferfolie weist dabei insbesondere auf ihrer der Trägerfolie abgewandten Seite eine Grundierungsschicht aus einem thermoplastischen Kleber auf, der beim Kaltfolientransfer als Haftvermittlerschicht zu einem Kaltkleber, insbesondere einem unter UV-Bestrahlung vernetzenden Kleber,
auf einem Gegenstand wirkt. Dabei hat es sich überraschend gezeigt, dass durch eine Kombination einer auf dem Dekorationsmaterial angeordneten Grundierungsschicht aus thermoplastischem Kleber mit einem, auf dem Gegenstand angeordneten Kaltkleber, insbesondere einem unter UV- Bestrahlung vernetzenden Kleber, eine besonders feste Verbindung zwischen dem Dekorationsma- terial und dem Gegenstand und/oder der Grundierungsschicht ausbildbar ist. Dies ist insofern erstaunlich, da es sich bei thermoplastischen Klebern, auch Heißkleber genannt, und Kaltklebern, insbesondere unter UV-Bestrahlung vernetzenden Klebern, um Stoffe handelt, deren Klebwirkungen auf völlig unterschiedlichen chemisch-physikalischen Grundlagen basieren.
Das von der Trägerfolie ablösbare Dekorationsmaterial, weist ausgehend von der Trägerfolie be- vorzugt eine transparente polymere Ablöseschicht auf, die in einem Temperaturbereich von 15 °C bis 35 °C eine Ablösekraft des Dekorationsmaterials von der Trägerfolie im Bereich von 15 cN bis 35 cN, insbesondere im Bereich von 20 cN bis 30 cN, aufweist. Die Angaben zur Ablösekraft beziehen sich dabei auf einen Folienstreifen von 15 cm Breite.
Bei einer Transferfolie muss die Ablösekraft des Dekorationsmaterials von der Ablöseschicht bzw. von der Trägerfolie und die Kraft zum Herauslösen von Bereichen aus dem Dekorationsmaterial unter Transferbedingungen in Summe geringer ausgebildet sein als die Haftkraft zwischen Gegenstand und Dekorationsmaterial, welche durch die Art des eingesetzten Kaltklebers und dessen Verbund mit dem Gegenstand einerseits und der Grundierungsschicht andererseits beeinflusst wird. Nur dann kann/können sich beim Transfer das Dekorationsmaterial oder Bereiche des Dekorati- onsmaterials von der Trägerfolie ablösen und am Gegenstand haften bleiben. Vor dem Transfer muss allerdings die Ablösekraft der Ablöseschicht von der Trägerfolie so hoch sein, dass eine sichere Handhabung der Transferfolie gewährleistet ist, ohne dass das Dekorationsmaterial sich von der Trägerfolie löst, beispielsweise beim Abspulen der Transferfolie von einer Vorratsrolle und/oder beim Transport der Transferfolie, gegebenenfalls über Umlenkeinrichtungen, in eine Kaltfolientrans- fereinheit. Um die Transferfolie auf- und wieder abwickeln zu können, hat es sich dabei insbesondere bewährt, auf der dem Dekorationsmaterial abgewandten Seite der Trägerfolie eine geeignete Antihaftschicht vorzusehen.
Die Ablösekraft gibt die Kraft an (üblicherweise in der Einheit Kraft/Länge), die aufzuwenden ist, um zwei Schichten voneinander zu lösen; zwischen der Ablösekraft einer ersten Schicht von einer zweiten Schicht und der Haftung zwischen der ersten und der zweiten Schicht besteht eine positive Korrelation. Die Bestimmung der erforderlichen Ablösekraft zwischen der Trägerfolie und dem Dekorationsmaterial der erfindungsgemäßen Transferfolie, wurde nach der FINAT-Testmethode Nr. 3 (FTM3, low speed release force) ermittelt. Die Ablösekraft hat die Einheit N bzw. cN, wobei die Kraft unabhängig vom Weg, aber bezogen auf einen 15 cm breiten Folienstreifen bestimmt wird.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Dekorationsmaterial mit einer Ablöseschicht auf Wachs- Basis oder Silikon-Basis wurden bei einem Dekorationsmaterial mit einer polymeren Ablöseschicht Ablösekräfte von der Trägerfolie gemessen, die um bis zu 250 %, insbesondere um bis zu 150 %, höher lagen. Jedoch war das Dekorationsmaterial immer noch hinreichend ablösbar und im Gegen- satz zu Dekorationsmaterialien von Transferfolien, die Ablöseschichten auf Wachs-Basis oder Silikon-Basis aufweisen, sehr gut überdruckbar, wobei eine sehr gute Haftung der getrockneten oder ausgehärteten Druckfarbe auf dem Dekorationsmaterial erzielt werden konnte.
Für die Transferfolie ist es besonders bevorzugt, wenn die Ablöseschicht frei von Wachs und/oder frei von Silikon ausgebildet ist. Insbesondere weist die Transferfolie keine herkömmliche Ablöse- schicht auf Wachs- oder Silikonbasis auf, welche bisher bewirkte, dass Dekorationsmaterialien von Transferfolien, die damit ausgestattet waren, nur eingeschränkt oder gar nicht mit konventionellen Druckfarben, insbesondere UV-härtenden Druckfarben, UV-härtenden Lacken, Hybridfarben oder - lacken, bedruckbar waren.
Die Haftung von Druckfarben auf Dekorationsmaterialbereichen der Transferfolie, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den Gegenstand übertragen wurden, wurde ca. 1 Stunde nach dem Bedrucken mittels des folgenden Tesatests bei Raumtemperatur bestimmt:
Ein Testmuster in Form eines Gegenstands mit dem darauf kalt aufgebrachten Dekorationsmaterial und einer Bedruckung mit Dekorationsmaterial zumindest auf Teilbereichen wurde auf einer ebenen Oberfläche angeordnet. Ein 13 cm bis 16 cm langer Streifen Tesafilm 4104 wurde darauf aufgeklebt, so dass etwa 5 cm bis 7 cm des Tesafilms über den Rand des Gegenstands überstanden. Nachfolgend wurde der Tesafilm mit dem Daumen drei- bis viermal angedrückt und schließlich in einem Winkel von > 90° vom Testmuster abgezogen. Der Test galt als bestanden, wenn 90% der Druckfarbe auf dem Testmuster verblieb oder das Testmuster selbst zerrissen ist. Bedruckungen eines Dekorationsmaterials mit konventionellen Druckfarben, insbesondere mit den bereits oben genannten UV-härtenden Druckfarben, UV-härtenden Lacken, Hybridfarben oder - lacken, hafteten ausgezeichnet auf dem Dekorationsmaterial, so dass der Test als sehr gut bestanden gewertet werden konnte.
Die Ablöseschicht weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,01 μιτι bis 0,5 μιτι, vorzugsweise im Bereich von 0,01 μιτι bis 0,3 μιτι, weiter vorzugsweise von 0,1 μιτι bis 0,2 μητι, auf. Diese vergleichsweise geringe Dicke der Ablöseschicht erlaubt ein randscharfes und sauberes Ablösen des Dekorationsmaterials von der Transferfolie. Die dabei erzielbare Genauigkeit und die dabei erzielbare Auflösung kann vergleichsweise genau dem Layout der partiell, vorzugsweise auf dem Gegenstand, aufgebrachten Kaltkleberschicht entsprechen, ohne wesentlich davon abzuweichen, wo-
durch eine hohe Registerhaltigkeit des Kaltfolien-Layouts zu einem eventuell vorhandenen Drucklayout aus konventionellen Druckfarben erreichbar ist. Bei dieser erfindungsgemäßen randscharfen partiellen Ablösung entstehen durch die geringe Dicke der Ablöseschicht nur sehr kleine und sehr wenige sogenannte Flakes, also kleine Schichtreste des Dekorationsmaterials der Transferfolie, die in nachfolgenden Prozessschritten störend sein können und/oder das optische Erscheinungsbild des beschichteten Gegenstandes stören können. Durch die vergleichsweise geringe Dicke der Ablöseschicht sind Auflösungen erreichbar, die unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges liegen. Ebenfalls vorteilhaft bei einer dünnen Ablöseschicht ist die nur geringe Ablösekraft, die beim Durchtrennen der Schichten beim partiellen Übertragen aufzuwenden ist. Es hat sich bewährt, wenn die mindestens eine Grundierungsschicht eine Dicke im Bereich von 1 μιη bis 5 μιτι, insbesondere im Bereich von 1 ,5 μιτι bis 3 μιτι, aufweist.
Weiterhin kann die mindestens eine Grundierungsschicht eingefärbt und/oder mattiert ausgebildet sein, um beispielsweise einen optischen Kontrast zum Gegenstand zu verstärken oder durch eine größere Absorptionsmöglichkeit oder auch optisches Streuungsvermögen der UV-Strahlung die Initiierung der Polymerisation des unter der Grundierungsschicht vorhandenen UV-Kleber-Schicht zu verbessern oder zu beschleunigen. Unter Mattierung ist dabei die Verringerung der Transparenz bzw. Strahlendurchlässigkeit der Grundierungsschicht zu verstehen.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Grundierungsschicht, welche an den Kaltkleber angrenzen soll, eine Oberflächenrauigkeit im Bereich von 100 nm bis 180 nm, insbesondere im Bereich von 120 nm bis 160 nm, aufweist. Die Oberflächenrauigkeit wird unter anderem durch das Auftragsverfahren und die Formulierung der Grundierungsschicht bestimmt. Es wurde festgestellt, dass eine geringere Oberflächenrauigkeit, überraschender Weise jedoch auch eine höhere Oberflächenrauigkeit der Grundierungsschicht, zu einer Verminderung der erzielbaren Haftung zwischen einem Kaltkleber und dem Dekorationsmaterial führt. Die Oberflächenrauigkeit der Grundie- rungsschicht wurde mittels einer Interferenzmikroskopie bestimmt.
Es kann nicht nur eine, sondern es können auch zwei oder mehr Grundierungsschichten vorhanden sein, die sich in ihren chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften unterscheiden, um auf der einen Seite eine optimale Haftung in Richtung der angrenzenden Dekorationsschicht(en) und auf der anderen Seite eine optimale Haftung in Richtung des in Kontakt zum Dekorationsmaterial gelangenden Kaltklebers, insbesondere UV-Klebers, zu erzielen.
Die Trägerfolie weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 7 μητι bis 23 μιτι auf. Bevorzugt ist die Trägerfolie aus Polyester, Polyolefin, Polyvinyl, Polyimid oder ABS gebildet. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung von Trägerfolien aus PET, PC, PP, PE, PVC oder PS. Insbesondere eine Trägerfolie aus PET hat sich bewährt.
Die Transferfolie weist insgesamt insbesondere eine Dicke im Bereich von 9 μιτι bis 25 μιτι, insbesondere im Bereich von 13 μιτι bis 16 μιτι, auf.
Es hat sich bewährt, wenn das Dekorationsmaterial eine Schutzlackschicht aufweist. Die Schutzlackschicht stellt insbesondere einen Schutz vor mechanischer und/oder chemischer Beanspru- chung des Dekorationsmaterials auf einem Gegenstand bereit. Die Schutzlackschicht weist dabei vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,8 μιτι bis 3 μιτι, insbesondere von 0,9 μιτι bis 1 ,3 μιτι, auf und kann weiterhin glasklar farblos oder auch eingefärbt oder zumindest partiell eingefärbt sein. Zur Einfärbung können Farbstoffe und/oder Pigmente verwendet werden. Pigmente können ebenfalls dafür verwendet werden, um die Schutzlackschicht zu mattieren, d.h. die Transparenz bzw. Strah- lendurchlässigkeit der Schutzlackschicht zu verringern.
Die mindestens eine Dekorationsschicht des Dekorationsmaterials ist vorzugsweise durch eine metallische Schicht, oder eine dielektrische Schicht gebildet. Dabei hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Dekorationsschicht eine Dicke im Bereich von 8 nm bis 500 nm aufweist. Die metallische oder dielektrische Schicht kann durch zusätzliche insbesondere transparente oder transluzen- te Farbschichten eingefärbt sein. Die Dekorationsschicht kann alternativ auch nur ein oder mehrere insbesondere transparente oder transluzente oder opake Farbschichten ohne eine metallische oder dielektrische Schicht aufweisen. Die Farbschichten können insbesondere mittels Druckverfahren aufgebracht worden sein. Als Druckverfahren für die Farbschicht kommen alle verbreiteten Druckverfahren (z.B. Siebdruck, Flexodruck, Offsetdruck, Digitaldruck) in Frage. Die Dekorationsschicht kann alternativ oder zusätzlich zu metallischen oder dielektrischen Schichten oder Farbschichten einen Lack mit eingeprägten makroskopischen, insbesondere refraktiv wirksamen, oder mikroskopischen, insbesondere beugungsoptisch wirksamen, Reliefstrukturen aufweisen. Diese Reliefstrukturen können beispielsweise refraktiv wirkende Linsen- oder Prismenstrukturen sein oder beugungsoptisch, d.h. diffraktiv wirkende Gitterstrukturen wie z.B. ein Hologramm, ein KINEGRAM®. Die Re- liefstrukturen können auch isotrop oder anisotrop streuende Mattstrukturen oder regelmäßig oder unregelmäßig aufgebaute Antireflexionsstrukturen sein. Makroskopische Reliefstrukturen weisen ungefähre Größen (Strukturperiode, Strukturtiefe) von etwa 1 μητι bis 1000 μιτι auf. Mikroskopische Reliefstrukturen weisen ungefähre Größen (Strukturperiode, Strukturtiefe) von etwa 10 nm bis ca. 100 μιτι auf. Die dielektrische Schicht ist insbesondere mindestens aus einem Material der Gruppe umfassend Metalloxid, Polymer oder Lack gebildet. Eine dielektrische Schicht aus HRI-Material (HRI = High Refractive Index), wie SiOx, MgO, TiOx, Al203, ZnO, ZnS, hat sich besonders bewährt. Die Variable x liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 0 bis 3, also x=0, 1 , 2, 3.
Die Dekorationsschicht kann insbesondere auch aus einem HRI-Material gebildet sein, das im UV- Wellenlängenbereich durchlässig ist, wie CdSe, CeTe, Ge, Hf02, PbTe, Si, Te, TiCI oder ZnTe.
Die metallische oder dielektrische Schicht kann bevorzugt als Reflexionsschicht für die oben erwähnten Reliefstrukturen dienen und insbesondere direkt auf den Reliefstrukturen aufgebracht, ins- besondere aufgedampft sein und damit der Oberflächenform der eingeformten Reliefstruktur folgen.
Die Dekorationsschicht kann die erwähnten dielektrischen, metallischen oder Farbschichten jeweils vollflächig und in einer einheitlich aufgebrachten Schichtdicke aufweisen. Alternativ dazu können einzelne oder alle diese dielektrischen, metallischen oder Farbschichten auch partiell aufgebracht sein und insbesondere ein Motiv bilden. Das Motiv kann dabei aus partiellen Flächenanteilen der einzelnen Schichten zusammengesetzt sein, wobei die einzelnen Schichten nebeneinander und/oder überlappend ausbildet sein können. Insbesondere ist es möglich, die einzelnen Schichten rasterförmig aufzubringen, um beispielsweise mit drei oder vier Farben (z.B. als CMY- oder CMYK- Raster; C=Cyan, M=Magenta, Y=Gelb/Yellow, K=Black/Schwarz) ein Echtfarbenbild zu erzeugen. Die einzelnen Rasterpunkte der Farbschichten liegen dabei nebeneinander und/oder übereinander vor. Die Farbschichten können dabei auch metallische und/oder optisch variable, d.h. blickwinkelabhängige, Pigmente oder Farbstoffe enthalten. Die Farbschichten können dabei auch fluoreszierende und/oder phosphoreszierende Farbstoffe enthalten.
Weist die Dekorationsschicht ein Motiv auf, ist es vorteilhaft, das Motiv in einer gewünschten Lage, insbesondere lagegenau auf den Gegenstand aufzubringen. Die Lagegenauigkeit wird auch als Registergenauigkeit bezeichnet. Dazu weist die Dekorationsschicht bevorzugt in ihrem Randbereich Registermarken auf, die von entsprechend angeordneten Sensoren insbesondere optisch ausgelesen werden können. Auf Basis der Sensoren messwerte kann das Zuführen bzw. die Positionierung der Transferfolie beispielsweise mittels Stellmotoren so gesteuert werden, dass jeweils ein Motiv auf der Transferfolie registergenau zu einer ebenfalls entsprechend eingestellten Lage des Gegens- tands positioniert wird und anschließend ein Andrücken der Trägerfolie auf den Gegenstand erfolgt. Die erwünschte Registergenauigkeit liegt dabei insbesondere bei ± 1 mm, bevorzugt bei ± 0,5 mm, besonders bevorzugt bei <= ± 0,3 mm.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Transferfolie eine Trägerfolie und eine darauf aufgebrachte insbesondere transparente Prägelackschicht auf, wobei in diese Prägelackschicht ein oder mehrere der oben erwähnten Reliefstrukturen eingeprägt sind. Die Prägelackschicht mit den Reliefstrukturen ist bevorzugt eine äußere Schicht der Transferfolie, wobei die Reliefstrukturen auf der der Trägerfolie abgewandten Seite der Prägelackschicht eingeprägt sind. Auf der Prägelackschicht kann noch eine sehr dünne Antihaftschicht (dünner als 1 μητι) aufgebracht sein. Zwischen der Prägelackschicht und der Trägerfolie befindet sich in dieser alternativen Ausführung keine Ab-
löseschicht. Die Prägelackschicht ist bevorzugt eine UV-gehärtete oder elektronenstrahlgehärtete Lackschicht.
Alternativ können die Reliefstrukturen auch direkt in der Trägerfolie eingeprägt sein, ohne Verwendung einer zusätzlichen Prägelackschicht. Auch dabei kann noch eine sehr dünne Antihaftschicht (dünner als 1 μιτι) auf den Reliefstrukturen aufgebracht sein.
Bei dieser alternativen Ausführungsform wird der Gegenstand um eine Rotationsachse drehbar von der Halteeinrichtung gehalten. In einem ersten Schritt wird wie bisher an einer ersten Arbeitsstation ein Kleber auf den Gegenstand aufgebracht In einem zweiten Schritt wird ebenfalls wie bisher an einer zweiten Arbeitsstation eine Transferfolie von einer Andrückeinrichtung auf den Gegenstand gedrückt. Gleichzeitig wird an der zweiten Arbeitsstation der Kleber gehärtet. Dadurch wird die Reliefstruktur der Prägelackschicht in den Kleber eingedrückt und liegt dann dort als Negativform dieser Reliefstruktur vor. An den Stellen, an denen im ersten Schritt kein Kleber auf den Gegenstand aufgebracht wurde, wird keine Reliefstruktur auf den Gegenstand eingeprägt. Im Anschluss daran wird die Transferfolie vollständig, d.h. zusammen mit der vollständig auf der Trägerfolie angeordne- ten Prägelackschicht, von dem Gegenstand abgezogen, auf dem lediglich die in dem Kleber abgeformte Reliefstruktur verbleibt. Bevorzugt kann eine zusätzliche UV-Bestrahlung nach dem Abziehen der Transferfolie durchgeführt werden, um eine besonders gute Härtung des Klebers zu erreichen. Durch die optische Grenzschicht Luft/Kleber mit dem entsprechenden Unterschied des Brechungsindexes beider Medien (z.B. Kleber ca. 1 ,5; Luft ca. 1 ,0) ist die Reliefstruktur optisch wirk- sam. Die optische Wirksamkeit kann erhöht werden, wenn der Untergrund ein hohes Absorptionsvermögen im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist, also bevorzugt dunkel eingefärbt, insbesondere schwarz ist.
Die Transferfolie kann bei dieser alternativen Ausführungsform bevorzugt mehrmals verwendet werden, d.h. in mehreren unabhängigen Verfahrensdurchgängen auf mehrere Gegenstände ge- drückt und wieder abgezogen werden, Das Material der Prägelackschicht auf der Transferfolie oder alternativ das Material der Transferfolie selbst ist dabei insbesondere so ausgewählt, dass nach dem Ablösen der Transferfolie von dem Kleber keine oder nur geringste Teile des Klebers an der Prägelackschicht oder der Transferfolie haften bleiben und die Reliefstruktur verschmutzen bzw. teilweise verfüllen. D.h. die Haftung zwischen Reliefstruktur und Kleber soll bevorzugt möglichst gering sein.
Die Halteeinrichtung kann beispielsweise ein Haltedorn sein, auf den der Gegenstand aufgeschoben wird. Der Gegenstand wird dann ausschließlich von innen durch Reibung des Haltedorns mit der Innenfläche des Gegenstands gehalten. Alternativ kann die Halteeinrichtung den Gegenstand
auch von außen halten, wenn nicht die gesamte Oberfläche des Gegenstands bedruckt bzw. beschichtet werden soll.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Andrücken der Transferfolie auf den Gegenstand dadurch, dass der Gegenstand um die Rotationsachse gedreht wird, dass die Transferfolie tangential zum äußeren Umfang des Gegenstands geführt wird und dass die Andrückeinrichtung entlang der Berührungslinie zwischen Gegenstand und Transferfolie die Transferfolie auf den Gegenstand drückt. Durch eine Rotation des Gegenstandes um 360° um die Rotationsachse kann somit das Dekorationsmaterial an allen Stellen auf den Gegenstand aufgebracht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Andrückeinrichtung so be- wegt, dass die Oberflächenflächengeschwindigkeit der Andrückeinrichtung der Oberflächengeschwindigkeit des Gegenstands entspricht. Außerdem wird die Transferfolie so bewegt, dass die Oberflächengeschwindigkeit der Transferfolie der Oberflächengeschwindigkeit des Gegenstands entspricht. Hierdurch wird sichergestellt, dass Andrückeinrichtung, Transferfolie und Gegenstand nicht aneinander reiben. Dadurch wird ein Verschmieren des Klebers auf dem Gegenstand verhin- dert. Ebenso sinkt die Gefahr einer Beschädigung der Transferfolie oder des Gegenstands.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist die Andrückeinrichtung einen um die Zylinderachse drehbaren Zylinder auf. Ein Andrücken der Transferfolie auf den Gegenstand kann dadurch erfolgen, dass die Transferfolie bei gleichzeitiger Rotation des Zylinders um die Zylinderachse und des Gegenstands um die Rotationsachse zwischen Zylinder und Gegenstand ge- führt wird.
Ein Andrücken der Transferfolie auf flache Gegenstände kann alternativ dadurch erfolgen, dass der Zylinder bei gleichzeitiger Rotation des Zylinders um die Zylinderachse linear über den feststehenden Gegenstand geführt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist die Andrückeinrichtung eine Platte auf. Die Transferfolie kann in diesem Fall direkt an der Platte entlang geführt werden und dadurch gegen den Gegenstand gedrückt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der Kleber ein UV-Kleber, d.h. ein unter Energieeintrag mittels ultravioletter Strahlung (UV=ultraviolett) polymerisierbarer und damit aushärtender Kleber. Als UV-Strahlungsquellen können beispielsweise Quecksilberdampflam- pen, beispielsweise Quecksilber-Hochdrucklampen, dotierte Quecksilber-Hochdrucklampen, Kohlebogenlampen, Xenonbogenlampen, Metallhalogenlampen, UV-Laser oder UV-Leuchtdioden zum Einsatz kommen. Alternativ kann auch eine Elektronenstrahlhärtung durchgeführt werden.
Die Dauer einer Bestrahlung des Klebers während des Andrückens der Transferfolie mit UV- Strahlung liegt vorzugsweise im Bereich von weniger als einer Sekunde. Die Dauer einer Bestrahlung des Klebers nach Abziehen der Trägerfolie von dem applizierten Dekorationsmaterial mit UV- Strahlung liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 0,005 s bis 0,05 s, bevorzugt ca. 0,015 s für 5 mm Referenzlänge mit einer UV-LED mit einer Strahlungsleistung von 5 W/cm2 bis 20 W/cm2, bevorzugt max. 16 W/cm2 und einer Leistungseinstellung zwischen 40 % und 100 %.
Alternativ zu einem Aufbringen des Kaltklebers, insbesondere des unter UV-Bestrahlung vernetzenden Klebers, auf den Gegenstand kann Kaltkleber selbstverständlich auch oder zusätzlich auf die mindestens eine Grundierungsschicht der Transferfolie aufgebracht werden. Es hat sich bewährt, wenn der Kaltkleber, insbesondere der unter UV-Bestrahlung vernetzende Kleber bzw. UV-Kleber, in einer Auftragsmenge im Bereich von 1 g/m2 bis 3 g/m2 auf den Gegenstand aufgebracht wird. Dabei ist je nach Saugfähigkeit des eingesetzten Gegenstands die Menge an Kaltkleber zu variieren, wobei wenig saugende und/oder von offenen Poren freie Gegenstände insbesondere mit Kaltklebermengen im Bereich von 1 g/m2 bis 2 g/m2 und stärker saugende und/oder offenporige Gegenstände insbesondere mit Kaltklebermengen im Bereich von 2 g/m2 bis 3 g/m2 beaufschlagt werden. Als Kleber bzw. Kaltkleber kann auch ein ausreichend auf dem Gegenstand und später an dem Dekorationsmaterial haftender Lack, insbesondere ein klarer oder eingefärbter und dabei transparenter, transluzenter oder opaker Siebdrucklack oder Flexodrucklack eingesetzt werden. Wird der Kleber als transparente, transluzente oder opake farbige Schicht auf- getragen, können auch mehrere Kleber in unterschiedlichen Farben und/oder Graustufen verwendet werden, um damit beispielsweise ein mehrfarbiges Motiv in Form eines Symbols, Logos, Wappen, Buchstaben oder Zahlen zu bilden, das heißt das Motiv kann dabei aus partiellen Flächenanteilen der einzelnen Farben und/oder Graustufen zusammengesetzt sein, wobei die Flächenanteile nebeneinander und/oder überlappend angeordnet sein können. Dabei können der oder die einzel- nen Farben und/oder Graustufen auch aufgerastert aufgetragen werden, das heißt es ist möglich, die einzelnen Farben und/oder Graustufen rasterförmig aufzubringen, um beispielsweise mit drei oder vier Farben (z.B. als CMY- oder CMYK-Raster; C=Cyan, M=Magenta, Y=Gelb/Yellow, K=Black/Schwarz) ein Echtfarbenbild zu erzeugen. Die einzelnen Rasterpunkte der Farbschichten liegen dabei nebeneinander und/oder übereinander vor. Besonders bevorzugt ist es, wenn als UV-Strahlung zur Bestrahlung des unter UV-Bestrahlung vernetzenden Klebers eine Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 250 nm bis 420 nm eingesetzt wird oder die eingesetzte Strahlung in diesem Wellenlängenbereich ein Intensitäts-Maximum aufweist. Vorzugsweise kommt eine LED-UV-Einheit mit einer Wellenlänge im Bereich 380 nm bis 420 nm, besonders bevorzugt 380 nm bis 400 nm, zum Einsatz.
Der eingesetzte UV-vernetzende Kleber weist insbesondere folgende Viskositäten auf, gemessen mit dem Messgerät Rheometer MCR 101 der Firma Physica (Messkegel: CP25-1/Q1 ; Messtemperatur: 20 °C): Viskosität bei Scherrate 25 1/s: vorzugsweise 120 bis 220 Pas, insbesondere 180 Pas
Viskosität bei Scherrate 100 1/s: vorzugsweise 40 bis 90 Pas, insbesondere 80 Pas
Weiterhin weist der eingesetzte UV-vernetzende Kleber vorzugsweise einen Tack-Wert im Bereich von 18 bis 25, insbesondere von 22, auf. Der "Tack" oder die sogenannte Anfangshaftung wird mittels des Messgeräts Inkomat 90T/600 der Firma Prüfbau bestimmt. Dabei wurden folgende Mess- bedingungen gewählt:
UV-Klebermenge: 1 g
Walzengeschwindigkeit: 100 m/min
Messtemperatur: 20 °C
Messdauer: 2 min.
Es wird insbesondere eine tesafeste Haftung (Tesatest, siehe oben) zwischen dem Dekorationsmaterial der Transferfolie und dem Gegenstand erreicht, wobei bei Verwendung eines konventionell trocknenden Kaltklebers der Tesatest bereits nach wenigen Minuten und bei Verwendung eines UV-Klebers der Tesatest unmittelbar nach der Bestrahlung mit UV-Strahlung als bestanden gewer- tet werden konnte. Es verblieben über 90% dem Dekorationsmaterial am Gegenstand.
Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die Transferfolie, gegebenenfalls auch nur deren Dekorationsmaterial, für UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von 250 nm bis 420 nm, bevorzugt im Bereich 380 nm bis 420 nm, besonders bevorzugt 380 nm bis 400 nm, eine Durchlässigkeit im Bereich von 5 % bis 70 %, insbesondere im Bereich von 20 % bis 40 %, aufweist. Dadurch wird eine be- sonders schnelle und insbesondere vollständige Aushärtung eines Kaltklebers auf Basis eines unter UV-Bestrahlung vernetzenden Klebers auf dem Gegenstand möglich, wodurch die Haftung dem Dekorationsmaterial am Gegenstand noch weiter verbessert wird. Denn erst bei ausreichend hoher Bestrahlungsmenge wird der unter UV-Bestrahlung vernetzende Kleber vollständig vernetzt und ausgehärtet und erzielt eine hohe Klebkraft, so dass ein Ablösen der auf den Gegenstand übertra- genen Dekorationsmaterialbereiche vom Gegenstand zuverlässig verhindert wird. Bestimmend für die UV-Durchlässigkeit einer Transferfolie ist hierbei die Schicht einer Transferfolie, welche die niedrigste UV-Durchlässigkeit aller vorhandenen Schichten aufweist.
Um bei Verwendung eines UV-Klebers als Kaltkleber die gewünschte hohe UV-Durchlässigkeit der Transferfolie auch bei einer Dekorationsschicht in Form einer metallischen Schicht zu erzielen, ist
es besonders bevorzugt, wenn die metallische Schicht lediglich eine Schichtdicke im Bereich von 8 nm bis 15 nm, bevorzugt im Bereich von 10 nm bis 12 nm, aufweist. Es ist auch möglich, dass die metallische Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 12 nm bis 15 nm aufweist. So wird eine gute Sichtbarkeit und dekorative Wirkung der metallischen Schicht in Kombination mit einer hohen Durchlässigkeit für UV-Strahlung erreicht (optische Dichte (OD) ca. 1 ,2). Bei herkömmlichen Transferfolien werden üblicherweise Metallschichten mit einer Dicke im Bereich von mehr als 15 nm eingesetzt, um eine optimale Brillanz zu erzielen. Aufgrund der resultierenden großen optischen Dichte von etwa 2 sind derartige herkömmliche Metallschichten allerdings nicht ausreichend UV- durchlässig für die Verwendung eines UV-Klebers als Kaltkleber. Es hat sich bewährt, wenn die metallische Schicht aus Aluminium, Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Chrom oder einer Legierung umfassend mindestens zwei dieser Metalle gebildet ist.
Weist die Dekorationsschicht zusätzlich oder alternativ zu der metallischen Schicht weitere Farbschichten auf, ist es vorteilhaft, wenn die Dekorationsschicht insgesamt eine optische Dichte von etwa 1 ,2 nicht überschreitet, um eine ausreichende UV-Durchlässigkeit zu erreichen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Andrückeinrichtung zumindest in Teilbereichen für UV-Strahlung transparent. Dies ermöglicht, dass die Andrückeinrichtung zwischen einer UV-Strahlungsquelle, die die UV-Strahlung erzeugt, und der Halteeinrichtung angeordnet sein kann.
Beispielsweise kann die UV-Strahlungsquelle innerhalb eines Zylinders der Andrückeinrichtung an- geordnet sein. Hierzu ist der Zylinder zumindest stellenweise als Hohlzylinder ausgeführt. Das Material des Zylinders ist dabei so gewählt, dass die Wellenlängen der UV-Strahlung, die für das Härten des Klebers benötigt werden, durch den Zylinder transmittiert werden können. Der Zylinder kann vollständig für das UV-Strahlung transparent sein; es können aber auch im Zylinder transparente Fenster vorgesehen sein, sodass nur dann UV-Strahlung aus dem Zylinder austritt, wenn ge- rade das UV-Strahlung zum Härten des Klebers benötigt wird.
Bevorzugterweise kann der Bereich des Gegenstands, der mit UV-Strahlung belichtet werden soll, eingestellt werden, damit die Härtung des UV-Klebers beim Andrücken der Transferfolie auf den Kleber so weit fortgeschritten ist, dass die Dekorationsschicht der Transferfolie am Gegenstand haftet und von der Trägerfolie gelöst werden kann. Je nach verwendetem Kleber und nach Intensität der UV-Strahlung kann es hierzu erforderlich sein, den Kleber am Gegenstand schon vor der Berührlinie zwischen Gegenstand und Transferfolie zu belichten. Die Einstellung des zu belichtenden Bereichs kann beispielsweise durch (ggf. einstellbare oder wechselbare) Blenden zwischen UV- Strahlungsquelle und Gegenstand erfolgen. Eine oder mehrere Blenden können auch direkt an der Andrückeinrichtung angebracht sein. Die Einstellung kann auch durch Einstellen der Divergenz der
von der UV-Strahlungsquelle emittierten UV-Strahlung erfolgen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist die Andrückvorrichtung ferner eine flexible Andrückschicht auf der Halteeinrichtung auf. Hierdurch können Unregelmäßigkeiten des dreidimensionalen Gegenstandes, der Transferfolie und/oder des maschinellen Aufbaus ausgeglichen werden. Die flexible Andrückschicht kann beispielsweise aus Silikon bestehen.
Weiterhin ist es zur Erhöhung der Beständigkeit gegen äußere mechanische, chemische oder thermische Einflüsse des auf den Gegenstand applizierten Dekorationsmaterials der Trägerfolie vorteilhaft, das applizierte Dekorationsmaterial nach Abziehen der Trägerfolie auf dem Gegenstand noch einmal mit UV-Strahlung zu belichten, um den unter dem Dekorationsmaterial angeordnete Kleber ausreichend auszuhärten und damit die Haftung des Dekorationsmaterials auf dem Gegenstand zu erhöhen. Dafür kann eine Zusatz-UV-Strahlungsquelle vorgesehen sein oder die UV- Strahlungsquelle kann beispielsweise durch (ggf. einstellbare oder wechselbare) Blenden entsprechend verstellt werden. Die Einstellung kann auch durch Einstellen der Divergenz der von der UV- Strahlungsquelle emittierten UV-Strahlung erfolgen. Ist eine ausreichende Aushärtung des Klebers erreicht und die Haftung des Dekorationsmaterials auf dem Gegenstand ausreichend gut, kann in weiteren Arbeitsstationen eine zusätzliche Beschichtung des Gegenstands im Bereich des Dekorationsmaterials und/oder in dazu benachbarten Bereichen oder auf seiner gesamten Oberfläche erfolgen. Eine Beschichtung kann beispielsweise mittels ein oder mehrerer zusätzlich aufgebrachter transparenter, transluzenter oder opaker Lackschichten erfolgen, um die Beständigkeit des Gegenstands und/oder des Dekorationsmaterials zu verbessern und/oder den optischen Eindruck des Gegenstands und/oder des Dekorationsmaterials zu verändern. Diese zusätzliche Beschichtung kann durch nachgeordnete Druckwerke, beispielsweise Siebdruckwerke oder Flexodruckwerke erfolgen. Die Beschichtung eines Dekorationsmaterials mit einer metallisch spiegelnden Schicht kann beispielsweise mittels transluzenter Farben zur Erzielung ei- nes insbesondere farbigen Metallic-Effekts erfolgen. Die Beschichtung des Dekorationsmaterials kann beispielsweise mittels transparenter Relieflacke für optisch sichtbare und/oder taktil fühlbare 3D-Effekte erfolgen.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die erste Arbeitsstation zur Aufbringung des Klebers, die zweite Arbeitsstation zum Andrücken der Transferfolie sowie alle weiteren Arbeitsstationen inline angeordnet sind, d.h. dass die Bearbeitung unterbrechungsfrei erfolgt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Gegenstand in allen Arbeitsstationen auf der Halteeinrichtung verbleibt und gemeinsam mit der Halteeinrichtung alle Arbeitsstationen passiert. Dadurch kann eine hohe Passergenauigkeit mit geringer Lagertoleranz zwischen Dekorationsmaterial und der nachfolgend aufgebrachten Beschichtung erzielt werden, da der Gegenstand die Haltevorrichtung während des kom- pletten Prozesses nicht verlässt und auf der Haltevorrichtung zuverlässig fixiert ist.
Ebenso ist es dadurch möglich, bereits vor Applikation des Dekorationsmaterials an dem Gegenstand auf dem Gegenstand insbesondere mittels Siebdruck, Flexodruck oder Digitaldruck Beschich- tungen aufzudrucken. Diese vorherigen Beschichtungen können als transparente, transluzente oder opake Schichten ausgeführt sein. Das Dekorationsmaterial kann danach, wie oben erwähnt in vor- teilhafter Weise registergenau zu den zuvor aufgebrachten Beschichtungen appliziert werden. Insbesondere die Kombination aus vorheriger Beschichtung, anschließend appliziertem Dekorationsmaterial und nachfolgender nochmaliger Beschichtung ermöglicht einer Vielzahl von optischen Effekten und Designs.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Andrückschicht zumindest in Teilbereichen für UV-Strahlung transparent. Die Bereiche, in denen die Andrückschicht transparent ist, können sich dabei an den Bereichen, an denen die Halteeinrichtung transparent ist, orientieren. Es kann aber auch die Andrückschicht vollkommen transparent sein, während die Halteeinrichtung nur stellenweise transparent ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die erste Arbeitsstation eine Fle- xodruckstation. Der Kleber kann dann mittels einer auf dem Druckformzylinder angebrachten
Druckplatte auf den dreidimensionalen Gegenstand aufgebracht werden. Alternativ kann die erste Arbeitsstation auch eine Siebdruckstation oder eine Digitaldruckstation (beispielsweise Inkjet) sein.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zum Kaltprägen auf einen dreidimensionalen Gegenstand. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Halteeinrichtung auf, mit der der Gegenstand um eine Rotationsachse drehbar gehalten werden kann. Die Vorrichtung weist weiterhin eine erste Arbeitsstation mit einer Druckstation auf, an der der Kleber auf den Gegenstand aufgebracht werden kann. Die Vorrichtung weist außerdem eine zweite Arbeitsstation mit einer Andrückeinrichtung zum Andrücken einer Transferfolie auf den Gegenstand und einer Härtungseinrichtung zum Härten des Klebers auf. Dabei ist die zweite Arbeitsstation so eingerichtet, dass das Andrücken der Transferfolie und das Härten des Klebers gleichzeitig erfolgen können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung eine Transferfolienführung auf, die so beschaffen ist, die Transferfolie tangential zum äußeren Umfang des Gegenstands zu führen. Die Andrückeinrichtung ist dabei so angeordnet, dass sie entlang der Berührungslinie zwischen Gegenstand und Transferfolie die Transferfolie auf den Gegenstand drückt. Durch eine Rotation des Gegenstandes um 360° um die Rotationsachse kann somit das Dekorationsmaterial an allen Stellen auf den Gegenstand aufgebracht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Andrückeinrichtung so bewegbar, dass die Oberflächenflächengeschwindigkeit der Andrückeinrichtung an die Oberflächengeschwindigkeit des Gegenstands angepasst werden kann. Außerdem ist die Transferfolie so be-
wegbar, dass die Oberflächenflächengeschwindigkeit der Transferfolie an die Oberflächengeschwindigkeit des Gegenstands angepasst werden kann. Hierdurch wird sichergestellt, dass Andrückeinrichtung, Transferfolie und Gegenstand nicht gegeneinander reiben, also keinen Schlupf aufweisen. Dadurch wird ein Verschmieren des Klebers auf dem Gegenstand verhindert. Ebenso sinkt die Gefahr einer Beschädigung der Transferfolie oder des Gegenstands.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die Andrückeinrichtung einen um die Zylinderachse drehbaren Zylinder auf. Ein Andrücken der Transferfolie auf den Gegenstand kann dadurch erfolgen, dass die Transferfolie bei gleichzeitiger Rotation des Zylinders um die Zylinderachse und des Gegenstands um die Rotationsachse zwischen Zylinder und Gegenstand ge- führt wird.
Ein Andrücken der Transferfolie auf flache Gegenstände kann alternativ dadurch erfolgen, dass der Zylinder bei gleichzeitiger Rotation des Zylinders um die Zylinderachse linear über den feststehenden Gegenstand geführt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die Andrückeinrichtung eine Platte auf. Die Transferfolie kann in diesem Fall direkt an der Platte entlang geführt werden und dadurch gegen den Gegenstand gedrückt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Kleber ein UV-Kleber. Die Härtungseinrichtung weist dann zum Härten des Klebers eine UV-Strahlungsquelle auf. Als UV- Strahlungsquellen können beispielsweise Quecksilberdampflampen, UV-Laser oder UV- Leuchtdioden zum Einsatz kommen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Andrückeinrichtung zumindest in Teilbereichen für UV-Strahlung transparent. Dies ermöglicht, dass die Andrückeinrichtung zwischen der UV-Strahlungsquelle, die die UV-Strahlung erzeugt, und der Halteeinrichtung angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die UV-Strahlungsquelle innerhalb eines Zylinders der Andrückeinrichtung angeordnet sein. Hierzu ist der Zylinder zumindest stellenweise als Hohlzylinder ausgeführt. Das Material des Zylinders ist dabei so gewählt, dass die Wellenlängen der UV-Strahlung, die für das Härten des Klebers benötigt werden, durch den Zylinder transmittiert werden können. Der Zylinder kann vollständig für UV-Strahlung transparent sein; es können aber auch im Zylinder transparente Fenster vorgesehen sein, sodass nur dann UV-Strahlung aus dem Zylinder austritt, wenn verfahrensbedingt UV-Strahlung zum Härten des Klebers benötigt wird.
Bevorzugterweise kann der Bereich des Gegenstands, der mit UV-Strahlung belichtet werden soll, eingestellt werden, damit die Härtung des UV-Klebers beim Andrücken der Transferfolie auf den Kleber so weit fortgeschritten ist, dass die Dekorationsschicht der Transferfolie am Gegenstand haftet und von der Trägerfolie gelöst werden kann. Je nach verwendetem Kleber und nach Intensität der UV-Strahlung kann es hierzu erforderlich sein, den Kleber am Gegenstand schon vor der Berührlinie zwischen Gegenstand und Transferfolie zu belichten. Die Einstellung des zu belichtenden Bereichs kann beispielsweise durch (ggf. einstellbare oder wechselbare) Blenden zwischen UV- Strahlungsquelle und Gegenstand erfolgen. Eine oder mehrere Blenden können auch direkt an der Andrückeinrichtung angebracht sein. Die Einstellung kann auch durch Einstellen der Divergenz der von der UV-Strahlungsquelle emittierten UV-Strahlung erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die Andrückvorrichtung ferner eine flexible Andrückschicht auf der Halteeinrichtung auf. Hierdurch können Unregelmäßigkeiten des dreidimensionalen Gegenstandes, der Transferfolie und/oder des maschinellen Aufbaus ausgeglichen werden. Die flexible Andrückschicht kann beispielsweise aus Silikon bestehen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Andrückschicht zumindest in Teilbereichen für UV-Strahlung transparent. Die Bereiche, in denen die Andrückschicht transparent ist, können sich dabei an den Bereichen, an denen die Halteeinrichtung transparent ist, orientieren. Es kann aber auch die Andrückschicht vollkommen transparent sein, während die Halteeinrichtung nur stellenweise transparent ist. Bevorzugt ist die Andrückeinrichtung und/oder die Andrückschicht im Wellenlängenbereich von
250 nm bis 420 nm, bevorzugt im Bereich von 380 nm bis 420 nm, besonders bevorzugt 380 nm bis 400 nm, für UV-Strahlung transparent oder transluzent. Die Transparenz oder Transluzenz soll dabei insbesondere 30% bis 100% betragen, bevorzugt 40% bis 100%. Die Transparenz oder Transluzenz ist dabei von der Dicke der Andrückschicht abhängig. Eine niedrigere Transparenz oder Transluzenz kann durch höhere UV-Intensität ausgeglichen werden.
Bevorzugt ist die Andrückeinrichtung und/oder die Andrückschicht aus Silikon und hat in dem mit UV-Strahlung zu durchstrahlenden Bereich eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 3 mm bis 10 mm. Das Silikon hat bevorzugt eine Härte von 30° Shore A bis 70° Shore A, bevorzugt 35° Shore A bis 50° Shore A. Das Silikon kann ein Heiß-Vulkanisat oder Kalt-Vulkanisat sein, bevorzugt ein Heiß-Vulkanisat sein.
Die Form der Andrückschicht kann flach oder dreidimensional geformt (dreidimensional gewölbte oder gebogene Kontur mit einer glatten oder strukturierten/texturierten Oberfläche) sein. Flache Andrückschichten eignen sich besonders zur Prägung zylindrischer Geometrien und dreidimensional geformte Andrückschichten eignen sich besonders für unrunde, ovale und eckige Geometrien.
Eine strukturierte und/oder texturierte Oberfläche der Andrückschicht kann auch dazu vorteilhaft sein, um diese Struktur und/oder Textur beim Transferieren des Dekorationsmaterials überlagernd mit auf die Oberfläche des Gegenstands zu übertragen. Die Struktur und/oder Textur kann dabei ein Endlosmuster oder Endlosmotiv sein oder auch ein einzelnes Muster und/oder Motiv oder eine Kombination daraus.
Es hat sich insbesondere in Versuchsreihen ergeben, dass die Oberfläche einer Silikon-Oberfläche der Andrückschicht für die zu verarbeitetende Transferfolie adhäsiv sein kann. Dabei liegt die Oberflächenrauigkeit (Mittenrauwert) einer solchen adhäsiven Oberfläche erfahrungsgemäß unterhalb von ca. 0,5 μιτι, insbesondere zwischen 0,06 μιτι und 0,5 μιτι, bevorzugt zwischen etwa 0, 1 μιτι und 0,5 μιτι. Bei einer solchen adhäsiven Oberfläche ist es vorteilhaft, wenn eine Zwischenfolie insbesondere aus PET, zwischen Andrückschicht und Transferfolie vorgesehen ist. Die Zwischenfolie verringert die Adhäsivität der Andrückschicht und erleichtert die Verarbeitung der Transferfolie erheblich, weil die Transferfolie nicht mehr störend an der Oberfläche der Andrückschicht haften bleibt. Die Dicke der Zwischenfolie erhöht die effektive Härte des Ausgleichseffektes des Sili- konstempels. Nachfolgend einige beispielhafte Ausführungsformen:
5 mm dicke Andrückschicht aus Silikon (49° Shore A) mit 15 μιτι dicker PET-Folie ergibt 73° Shore A (entspricht 49 % Erhöhung).
5 mm dicke Andrückschicht aus Silikon (49° Shore A) mit 50 μιτι dicker PET-Folie ergibt 85° Shore A (entspricht 70 % Erhöhung).
10 mm dicke Andrückschicht aus Silikon (47° Shore A) mit 15 μιτι dicker PET-Folie ergibt 71 ° Shore A (entspricht 51 % Erhöhung).
10 mm dicke Andrückschicht aus Silikon (47° Shore A) mit 50 μιτι dicker PET-Folie ergibt 78° Shore A (entspricht 59 % Erhöhung).
Bei diesen Angaben ist zu beachten, dass seitens der Definition der Messvoraussetzungen für das Shore A-Messverfahren die Messung des Sandwiches aus Andrückschicht und Folie eigentlich nicht mehr zulässig ist. Das Shore-A-Messverfahren misst eine Eindringtiefe eines Prüfkörpers zwischen 0 mm und 2,5 mm und schreibt eine Mindestdicke des Prüflings von 6 mm vor. Durch die Folie in Verbindung mit dem Shore-A-Messverfahren wird somit eine größere Härte vorgetäuscht, als tatsächlich vorhanden ist. Ein Rückschluss vom Messwert auf die tatsächliche / effektive Härte ist nicht möglich. Es lässt sich lediglich sagen, dass die effektive Härte des Sandwiches größer als die Härte des Silikonstempels ist und die Folie die Gesamthärte des Sandwiches dominiert und definiert, unabhängig von der Dicke der Silikonschicht.
Bevorzugt ist die Andrückschicht mit einer nicht adhäsiven Oberfläche versehen, sodass der Einsatz einer Zwischenfolie entfallen kann. In diesem Fall verhält sich die Gesamtanordnung weicher,
sodass in Folge eine kleinere Anpresskraft zur Anpressung des Gegenstandes an die Andrückschicht ausreichend ist. Dabei liegt die Oberflächenrauigkeit (Mittenrauwert) einer solchen nicht adhäsiven Oberfläche erfahrungsgemäß oberhalb von ca. 0,5 μιτι, insbesondere zwischen 0,5 μιτι und 1 μιτι, bevorzugt zwischen etwa 0,6 μιτι und 7 μητι, weiter bevorzugt zwischen etwa 0,8 μιτι und 3 μιτι.
Die Andrückeinrichtung bzw. die Andrückschicht sorgt für das sichere und gleichmäßige Abrollen des Gegenstands unter definierten Bedingungen und gleicht hierbei Form- und Bewegungstoleranzen desselben aus. Die Andrückeinrichtung bzw. die Andrückschicht weist beispielsweise bei Gegenständen aus Kunststoff nur eine leichte Anpresskraft auf, da diese ansonsten deformiert wer- den, bei Gegenständen aus härteren bzw. widerstandsfähigeren Materialien wie beispielsweise Glas, Porzellan oder Keramik sind in Folge höherer Formtoleranzen und/oder höherer mechanischer Stabilität des Gegenstands auch etwas höhere Anpresskräfte vorteilhaft. Die Anpresskraft liegt etwa bei 1 N bis 1000 N. Beispielsweise kann die Anpresskraft bei Gegenständen aus Kunststoff bei etwa 50 N bis 200 N liegen und bei Gegenständen aus Glas, Porzellan oder Keramik bei etwa 75 N bis 300 N. Um Deformationen von Kunststoffteilen zusätzlich zu verhindern, kann beispielsweise der zu dekorierende Gegenstand während des Prägevorgangs in einer entsprechend ausgestalteten Halteeinrichtung mit Druckluft befüllt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die erste Arbeitsstation eine Flexodruckstation. Der Kleber kann dann mittels einer auf dem Druckformzylinder angebrachten Druckplatte auf den dreidimensionalen Gegenstand aufgebracht werden. Alternativ kann die erste Arbeitsstation auch eine Siebdruckstation oder eine Digitaldruckstation (beispielsweise Inkjet) sein.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehend erläutert. Es zeigt:
Fig. 1a eine schematische Darstellung einer ersten Arbeitsstation einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 1 b eine schematische Darstellung einer ersten Arbeitsstation einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (i) in Seitenansicht und (ii) in perspektivischer Ansicht;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Arbeitsstation einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der ersten Arbeitsstation nach Fig. 1 und der zweiten Arbeitsstation nach Fig. 2 in perspektivischer Ansicht;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Halteeinrichtung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Halteeinrichtung; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Arbeitsstation einer weiteren bevorzugten Aus- führungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 1a zeigt eine erste Arbeitsstation 1 , die als Flexodruckstation ausgebildet ist. Auf einem Druckformzylinder 1 1 ist eine Druckplatte 12 angebracht, die das Motiv, in dem der Kleber auf den Gegenstand 4 aufgetragen werden soll, bestimmt. Über eine Rasterwalze 13 wird der Kleber aus einem Reservoir (nicht dargestellt) auf die Druckplatte 12 übertragen. Der Kleber wird beispielswei- se mit einem Tauchwalzendruckwerk oder mit einem Kammerrakelsystem auf die Rasterwalze 13 aufgebracht.
Der Gegenstand 4 wird von einer als Haltedorn 31 ausgeführten Halteeinrichtung 3 von innen gehalten. Durch Rotation des Haltedorns 31 um die Rotationsachse 32 kann auch der Gegenstand 4 um diese Achse gedreht werden. Gleichzeitig mit dem Haltedorn 31 wird auch der Druckformzylin- der 1 1 mit der Druckplatte 12 gedreht, so dass der auf die Druckplatte 12 aufgebrachte Kleber auf die Oberfläche des Gegenstands 4 übertragen wird.
Figur 1 b zeigt eine erste Arbeitsstation 1 , die als Siebdruckstation ausgebildet ist. Ein Sieb 15 mit einem feinmaschigen Gewebe bestimmt das Motiv, in dem der Kleber auf den Gegenstand 4 aufgetragen werden soll, dadurch, dass die Maschenöffnungen des Gewebes an den Stellen, an denen kein Kleber aufgetragen werden soll, für den Kleber undurchlässig gemacht werden, beispielsweise mit einer Schablone. Mit einer Rakel 14 wird der Kleber durch das Gewebe des Siebs 15 hindurch auf den Gegenstand 4 gedruckt.
Der Gegenstand 4 wird von einer als Haltedorn 31 ausgeführten Halteeinrichtung 3 von innen gehalten. Durch Rotation des Haltedorns 31 um die Rotationsachse 32 kann auch der Gegenstand 4 um diese Achse gedreht werden. Gleichzeitig mir der Drehung des Haltdorns 31 erfolgt eine relative lineare Bewegung zwischen Haltedorn 31 und Sieb 15, sodass im Ergebnis der Gegenstand 4 entlang dem Sieb 15 abgerollt wird. Die Rakel 14 bleibt dabei relativ zum Haltedorn 31 stationär. Somit wird der Kleber gemäß dem durch die Schablone definierten Motiv auf den Gegenstand 4 aufgetragen. Figuren 2 und 3 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer zweiten Arbeitsstation 2. Die Halteeinrichtung 3 mit dem darauf gehaltenen Gegenstand 4 wurde von der ersten Arbeitsstation 1 zur zweiten Arbeitsstation 2 weiter bewegt, nachdem der Kleber auf den Gegenstand 4 aufgebracht wurde. Die zweite Arbeitsstation weist eine Folienabwicklung 22 auf, auf der der Vorrat an Transferfolie 21 aufgenommen ist. Über mehrere Führungsrollen 23 wird die Transferfolie 21 zum Gegens- tand 4 geführt. Über die Führungsrollen 23 lässt sie unter anderem die Bahnspannung der Transferfolie 21 einstellen, um die Transferfolie 21 faltenfrei zum Gegenstand 4 zu führen. Zwei weitere Führungsrollen 23a stellen sicher, dass die Transferfolie tangential am Gegenstand 4 vorbeigeführt
wird. Über weitere Führungsrollen 23 wird die verbrauchte Transferfolie 21 schließlich zu einer Fo- lienaufwicklung 24 geführt und auf dieser aufgewickelt.
Im Berührungsbereich 29 zwischen Gegenstand 4 und Transferfolie 21 wird die Transferfolie 21 von einer Andrückeinrichtung gegen den Gegenstand 4 gedrückt. Die Andrückeinrichtung weist einen Zylinder 25 auf, der mit einer Silikonschicht 26 zum Ausgleichen von Unebenheiten beschichtet ist. Der Zylinder 25 ist als Hohlzylinder ausgebildet, sodass in seinem Inneren eine UV-Strahlungsquelle 27 angeordnet werden kann. Damit die von der UV-Strahlungsquelle 27 in Richtung des Gegenstands 4 emittierte UV-Strahlung aus dem Zylinder 25 austreten kann, sind sowohl der Zylinder 25 als auch die Beschichtung 26 aus Materialien ausgeführt, die für die zum Härten benötigte UV- Strahlung transparent sind. Der Zylinder 25 kann insbesondere aus Kalk-Natronglas, Borosilikat- glas, PMMA (Polymethylmethacrylat, umgangssprachlich Plexiglas) oder Polycarbonat (PC) sein. Die Beschichtung 26 ist auf dem Zylinder 25 insbesondere mittels Klemmleisten mechanisch befestigt. Aber auch ein Verkleben mittels insbesondere für die verwendete UV-Strahlung hochtransparenten und unter UV-Strahlung langzeitstabilen Kleber ist möglich. Im Betrieb der zweiten Arbeitsstation 2 wird der Haltedorn 31 mit dem darauf befindlichen Gegenstand 4 um die Rotationsachse 32 gedreht, während gleichzeitig die Transferfolie 21 am Gegenstand 4 vorbeigeführt wird. Außerdem wird gleichzeitig der Zylinder 25 um die Zylinderachse 28 gedreht, sodass die Transferfolie 21 gegen den Gegenstand 4 gedrückt wird. Dabei sind die Rotationsgeschwindigkeiten des Zylinders 25 und des Haltedorns 31 sowie die Transportgeschwindigkeit der Transferfolie 21 so aufeinander abgestimmt, dass diese drei Elemente bewegt werden ohne aneinander zu reiben.
Der UV-Kleber wird durch die UV-Strahlung gleichzeitig mit dem Andrücken der Transferfolie 21 auf den Gegenstand 4 gehärtet. Durch die Drehung des Gegenstands 4 und den tangentialen Verlauf der Transferfolie 21 zum Gegenstand 4 wird die Transferfolie 21 unmittelbar nach dem Härten wie- der vom Gegenstand 4 abgezogen. An den Stellen, an denen Kleber auf den Gegenstand 4 aufgebracht war, haftet nach dem Härten des Klebers das Dekorationsmaterial (beispielsweise die Metallschicht) der Transferfolie 21 am Gegenstand 4. An den Stellen, an denen sich kein Kleber befand, verbleibt das Dekorationsmaterial an der Transferfolie 21.
An weiteren (nicht dargestellten) Arbeitsstationen können weitere Schritte zur Behandlung des Ge- genstands 4 durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Gegenstand 4 mit verschiedenen Farben bedruckt werden, es kann eine Behandlung der Oberfläche des Gegenstands 4 erfolgen, um beispielsweise eine bessere Farbaufnahme zu gewährleisten, oder es kann der Gegenstand 4 ab-
schließend mit einer Schutzschicht versehen werden. Diese Schritte können an Arbeitsstationen vor oder auch nach den für das Kaltprägen zuständigen Arbeitsstationen erfolgen. Die Arbeitsstationen können beispielsweise in einer Längstaktanlage oder in einer Rundtaktanlage angeordnet sein.
Dadurch, dass das erfindungsgemäße Kaltprägeverfahren an Arbeitsstationen einer Längstaktanla- ge oder einer Rundtaktanlage ausgeführt werden kann, ohne dass der Gegenstand auf eine andere Halteeinrichtung übergeben werden muss, ist es möglich, das Kaltprägeverfahren problemlos in den Produktionsprozess des Gegenstands zu integrieren.
Die Figuren 4 und 5 zeigen beispielhafte Ausführungsformen von Halteeinrichtungen, die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können. Die in Figur 4 dargestellte Halteeinrichtung weist einen Haltedorn 31 auf, auf den der Gegenstand aufgeschoben wird. Der Durchmesser des Haltedorns 31 ist dabei so gewählt, dass der Gegenstand reibschlüssig auf dem Haltedorn 31 gehalten wird. Um das Halten des Gegenstands auf dem Haltedorn 31 zu verbessern, kann durch Öffnungen 33 am freien Ende des Haltedorn 31 Luft abgesaugt werden, wodurch der Gegenstand aufgrund des Unterdrucks im Inneren an den Hal- tedorn 31 heran gezogen wird. Dadurch sitzt der Gegenstand fest auf dem Haltedorn 31 und kann an den Arbeitsstationen bearbeitet werden, bei Bedarf auch auf der gesamten Oberfläche.
Die in Figur 5 dargestellte Halteeinrichtung hält den Gegenstand 4 (hier beispielhaft eine Flasche) dadurch, dass der Gegenstand 4 an einem Ende in einer Halterung 35 eingespannt wird und am gegenüberliegenden Ende drehbar in einem Gegenlager 36 gelagert wird. Durch Drehen der Halte- rung 35 um eine Achse wird auch der Gegenstand 4 um seine Rotationsachse gedreht und kann an Arbeitsstationen bearbeitet werden. Eine solche Halteeinrichtung kann beispielsweise dann zum Einsatz kommen, wenn der Gegenstand 4 nicht auf einer Seite eine Öffnung aufweist, die groß genug für einen Haltedorn ist.
Figur 6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer zweiten Arbeitsstation 2. Die Führung der Transferfolie 21 entspricht im Wesentlichen der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsform und wird hier nicht noch einmal beschrieben. Die Andrückeinrichtung, die im Berührungsbereich 29 zwischen Gegenstand 4 und Transferfolie 21 die Transferfolie 21 gegen den Gegenstand 4 drückt, weist in der Ausführungsform nach Figur 6 eine ebene Andrückplatte 34 auf, die mit einer Silikonschicht 26, beispielsweise zum Ausgleichen von Unebenheiten und zum Verringern der Reibung zwischen Andrückeinrichtung und Transferfolie 21 , beschichtet ist.
Die UV-Strahlungsquelle 27 ist oberhalb der Andrückplatte 34, d.h. auf der anderen Seite der Andrückplatte 34 als die Transferfolie 21 angeordnet. Die Andrückplatte 34 und die Beschichtung 26
sind aus Materialien ausgeführt, die für die zum Härten benötigte UV-Strahlung transparent sind, sodass die von der UV-Strahlungsquelle 27 in Richtung des Gegenstands 4 emittierte UV-Strahlung durch die Andrückplatte 34 und die Beschichtung 26 hindurch treten kann. Die Andrückplatte 34 kann insbesondere aus Kalk-Natronglas, Borosilikatglas, PMMA (Polymethylmethacrylat, umgangs- sprachlich Plexiglas) oder Polycarbonat (PC) sein. Die Beschichtung 26 ist an der Andrückplatte 34 insbesondere mittels Klemmleisten oder Schrauben mechanisch befestigt. Aber auch ein Verkleben mittels insbesondere für die verwendete UV-Strahlung hochtransparenten und unter UV-Strahlung langzeitstabilen Kleber ist möglich. Im Betrieb der zweiten Arbeitsstation 2 wird der Haltedorn 31 mit dem darauf befindlichen Gegenstand 4 um die Rotationsachse 32 gedreht, während gleichzeitig die Transferfolie 21 am Gegenstand 4 vorbeigeführt wird.
Der UV-Kleber wird durch die UV-Strahlung gleichzeitig mit dem Andrücken der Transferfolie 21 auf den Gegenstand 4 gehärtet. Durch die Drehung des Gegenstands 4 und den tangentialen Verlauf der Transferfolie 21 zum Gegenstand 4 wird die Transferfolie 21 unmittelbar nach dem Härten wieder vom Gegenstand 4 abgezogen. An den Stellen, an denen Kleber auf den Gegenstand 4 aufge- bracht war, haftet nach dem Härten des Klebers das Dekorationsmaterial (beispielsweise die Metallschicht) der Transferfolie 21 am Gegenstand 4. An den Stellen, an denen sich kein Kleber befand, verbleibt das Dekorationsmaterial an der Transferfolie 21.
Wie bei der Ausführungsform nach Figuren 2 und 3 können an weiteren (nicht dargestellten) Arbeitsstationen weitere Schritte zur Behandlung des Gegenstands 4 durchgeführt werden. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Halteeinrichtungen beschränkt. Für die Erfindung kann jede Halteeinrichtung Verwendung finden, die es erlaubt, den dreidimensionalen Gegenstand so zu halten, dass alle zu bearbeitenden Stellen des Gegenstands zugänglich sind.
Die in den Zeichnungen dargestellten zweiten Arbeitsstationen müssen nicht notwendigerweise zusammen mit der in den Zeichnungen dargestellten ersten Arbeitsstation verwendet werden. Insbe- sondere ist es nicht erforderlich, dass die erste Arbeitsstation eine Siebdruck- oder eine Fle- xodruckstation ist. Die erste Arbeitsstation könnte auch eine Digitaldruckstation (beispielsweise Ink- jet) sein.
Bezuqszeichenliste
1 erste Arbeitsstation
2 zweite Arbeitsstation
3 Halteeinrichtung
4 Gegenstand
1 1 Druckformzylinder
12 Druckplatte
13 Rasterwalze
14 Rakel
15 Sieb
21 Transferfolie
22 Folienabwicklung
23 Führungsrollen
23a Führungsrollen
24 Folienaufwicklung
25 Andrückzylinder
26 Andrückschicht
27 UV-Strahlungsquelle
28 Zylinderachse
29 Berührpunkt
31 Haltedorn
32 Rotationsachse
33 Öffnungen
34 Andrückplatte
35 Halterung
36 Gegenlager