DE102004041434B4

DE102004041434B4 - Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit dreidimensionalen Strukturen

Info

Publication number: DE102004041434B4
Application number: DE102004041434A
Authority: DE
Inventors: Ing. Mitterhofer Erik; Markus Prancz; Maximilian Reissig
Original assignee: CREDIT CARD SUPPLIES
Current assignee: CREDIT CARD SUPPLIES, MARLBORO, US; CREDIT CARD SUPPLIES, US
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2024-08-28
Also published as: ES2367897T3; SI1629994T1; ATE512002T1; DE102004041434A1; US20060191861A1; US7757538B2; EP1629994A2; PL1629994T3; EP1629994A3; EP1629994B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit dreidimensionalen Strukturen (3–5, 13–16) zur Herstellung von Dokumenten (28) mittels Lamination und/oder Oberflächenprägen, wobei vertiefte (3, 13–15) und erhabene Strukturen (4, 5, 16) bezüglich einer als Bezugsebene definierten Hochglanzoberfläche (6) hergestellt werden, wobei mit einem zumindest zweistufigen Strukturierungsprozess in einem ersten Verfahrensschritt vertiefte oder erhabene Strukturen in die nichtstrukturierte Prägeblechoberfläche (6) hergestellt werden und anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt die jeweils fehlenden erhabenen bzw. vertieften Strukturen in der nichtstrukturierten Oberfläche (6) und/oder in der bereits strukturierten Oberfläche hergestellt werden.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Prägeblech für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit dreidimensionaler Struktur, die Herstellung eines derartigen Prägeblechs und die Verwendung zur Herstellung von Dokumenten, insbesondere Sicherheitsdokumenten, wie Personalausweise, Reisepässe, Identifikationskarten, Kreditkarten, Kundenkarten, Führerscheine und dergleichen blatt- und/oder karten- und/oder buchartigen Dokumenten mittels Thermotransferpressen-Lamination.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die kostengünstige Herstellung eines individuellen dreidimensionalen Prägebleches zur Herstellung von oberflächengeprägten Dokumenten mittels Lamination und/oder Prägung und/oder stückweiser Prägung in einer Heiß-Kalt-Laminierpresse.
Beschreibung des Standes der Technik
In der EP 0 216 947 B1 (Maurer Electronics) und der EP 0 219 012 B1 (GAO) und in den Schriften EP 0 842 791 B1 (Giesecke & Devrient), EP 0 790 898 B1 (Giesecke & Devrient) und EP 0 843 281 A2 (Giesecke & Devrient) werden Datenträger mit einem optischen Echtheitsmerkmal sowie Verfahren zur Herstellung und Prüfung des Datenträgers auf Basis von Linsenraster Elementen beschrieben. Es werden dabei Informationen mittels Laserstrahl eingebracht und ein sogenanntes Wackelbild generiert, das unter zwei unterschiedlichen Blickwinkeln mit unterschiedlichen Informationen visuell erkannt werden kann.
Die bekannten Herstellverfahren betreffen die klassische Transferlamination im Mehrfachnutzen, als auch die nachträgliche Oberflächeneinprägung in ein fertiges Dokument mittels unterschiedlicher Methoden.
In den Schriften DE 102 01 032 A1 , Braun Eckhard (Giesecke & Devrient GmbH, 81677 München, DE; ”Stahltiefdruckverfahren zum Herstellen eines Sicherheitsdokuments sowie Stahltiefdruckplatte und Halbzeuge dafür und Verfahren zu deren Herstellung”), WO 97/19816 A1 (Scheppers Druckformtechnik GmbH; Saueressig GmbH+Co.), WO 00/00921 A1 (Mazumder), WO 03/103962 A1 (KBA-Giori S.A.), EP 0 322 301 B1 (Banque de France) und WO 03/057494 A1 (Giesecke & Devrient GmbH) werden Methoden, Verfahren und Anlagen zur Herstellung von Gravurblechen, insbesondere Stahlgravurblechen, zur Verwendung beim Druck von Sicherheitsdokumenten, insbesondere von Banknoten, beschrieben.
In allen diesen Verfahren und Maschinen werden Druckplatten beziehungsweise Bleche für drucktechnische Anwendungen genannt; es wird jedoch keine Lösung zur Verwendung in einer Heiß-Kalt-Laminierpresse genannt.
Mit der EP 0 842 791 B1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer bündigen Prägestruktur auf Datenträgern bekannt geworden, bei der eine Kaschierplatte zu mindest in Teilbereichen eine Prägestruktur aufweist, die erhaben auf der Kaschierplatte ausgebildet ist und so ausgebildet ist, dass die auf dem Datenträger zu erzeugende Oberflächenstruktur nicht über das umgebende Oberflächenniveau herausragt. Damit ist eine schnelle Verifizierung eines damit hergestellten Dokuments nicht möglich, weil die Oberflächenstruktur bündig mit der Dokumentoberfläche ist.
Mit der DE 27 06 947 A1 ist ein Verfahren und eine Druckwalzeneinrichtung zur Herstellung von Prägegravuren auf Formwerkzeugen für Kunststoffplatten oder -bahnen durch Auftragen einer Ätzreserve bekannt geworden. Diese Druckschrift beschreibt bereits schon einen mehrstufigen Prozess zur Herstellung von Prägegravuren auf platten- oder walzenförmigen Formwerkzeugen, bei dem jedoch alle Strukturen auf einer Seite der Hochglanzoberfläche aufgebracht werden. Nach dem Auftragen der Ätzreserve wird eine nachfolgende Ätzbehandlung ein- oder mehrfach wiederholt.
Es handelt sich um hintereinander geschaltete Ätzprozesse, bei der in einer ersten Stufe mit einem Ätzverfahren eine bestimmte Tiefe einer Struktur geätzt wird und in einem zweiten Schritt eine weitere Struktur mit ggf. einem anderen Strukturmuster herausgeätzt wird.
Damit können nur Vertiefungen hergestellt werden. Die Erfindung liegt deshalb ausgehend von der DE 27 06 947 A1 die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Prägeblechen der einen als auch anderen Art so weiterzubilden, das in einem mehrstufigen Prozess sowohl erhabene als auch vertiefte Strukturen erzeugt werden können.
Gefordert wird die Verwendung einer hochglänzenden Prägeoberfläche und die Generierung von dreidimensional geformten Vertiefungen und die Generierung von erhabenen Mikrostrukturen und dies ohne Beschädigung der Hochglanzoberfläche. Die im Prägeblech generierten, vertieften Strukturen werden im laminierten, beziehungsweise oberflächengeprägten Dokument erhaben sein und die im Prägeblech erhabenen Strukturen werden im laminierten beziehungsweise oberflächengeprägten Dokument vertieft sein.
Mit der vorliegenden Erfindung wird demnach eine kostengünstige Herstellung eines strukturierten Prägeblechs zur Verwendung in einer Laminierpresse zur Herstellung von beispielsweise laminierten Karten oder Ausweisen oder dergleichen Dokumenten erreicht.
Die Lösung der Aufgabe
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die technische Lehre des Anspruches 1 und der übrigen unabhängigen Ansprüche.
Problem bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe war, dass man in ein hochglanzpoliertes Prägeblech dreidimensionale Strukturen einarbeiten will, ohne die Hochglanzoberfläche zu beschädigen. Damit ist die Bezugsebene als eine hochglanzpolierte Fläche definiert, die auf keinen Fall durch die nachfolgenden Strukturierungen beschädigt werden darf.
Erfindungsgemäß wird ein Prägeblech für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse vorgeschlagen, das auf Basis eines weitgehend fehlstellenfreien oberflächenharten Metallblechs geeigneter Dicke und Abmessung und einer geeigneten Oberfläche, insbesondere einer hochglanzpolierten Oberfläche eine dreidimensionale Struktur trägt.
Hierbei sieht die Erfindung in einer ersten Ausführungsform vor, eine vertiefte Struktur (die vorzugsweise optisch wirksam ist) in einem einzigen Verfahrensschritt in das Prägeblech als dreidimensionale Struktur einzuarbeiten. Die Methoden, wie eine solche Struktur erzeugt wird, sind nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Jede der dort beschriebenen Methoden soll in Alleinstellung oder in Kombination untereinander geeignet sein, die gewünschte, dreidimensionale, vertiefte Struktur zu erzeugen.
Auf die Erzeugung der dreidimensionalen vertieften Struktur in einem einzigen Verfahrensschritt ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es werden nachfolgend auch zwei- und mehrstufige Verfahrensschritte beschrieben.
Wenn es darum geht, die in einem ersten Verfahrensschritt erzeugte dreidimensionale Struktur weiter zu bearbeiten, wird ein zweiter Verfahrensschritt angeschlossen, der die gewünschte, weitere Strukturierung der bereits erzeugten dreidimensionalen Struktur verwirklicht.
Ebenso kann ein zweistufiger Prozess dann angewendet werden, wenn in dem ersten Verfahrensschritt die vertieften Strukturen in einem vergrößerten Bearbeitungsfeld eingebracht werden, und in diesem vergrößerten Bearbeitungsfeld unbearbeitete Flächen (z. B. die Randbereiche) übrig bleiben, in denen mit dem zweiten Verfahrensschritt eine andere, vertiefte oder erhabene Struktur (z. B. eine Mikroschrift) eingebracht wird.
Bei der Erzeugung von vertieften und erhabenen Strukturen werden jedoch mindestens zwei Verfahrensschritte benötigt.
Diese Struktur wird in einem mindestens zweistufigen Verfahren in die hochglanzpolierte Oberfläche des Prägeblechs eingearbeitet.
Der Begriff „mindestens zweistufiges Verfahren” bedeutet, dass die Struktur mit zwei unterschiedlichen Verfahrensschritten eingearbeitet wird. Es bleibt offen, ob die beiden Verfahrensschritte zeitlich hintereinander ablaufen oder zeitgleich geschehen. Es können selbstverständlich auch mehr als zwei Verfahrensschritte angewendet werden.
In einem ersten Verfahrensschritt wird beispielsweise eine Photomaskierung vollflächig mittels Lamination, Sprühen, Drucken, Rollenbeschichtung, Vorhanggießen und dergleichen Beschichtungsmethoden aufgetragen und mittels geeigneter Belichtung in Form einer Maskenbelichtung und/oder Laserbelichtung belichtet.
Es werden dann jene Strukturen freigelegt (gestrippt), die einem anschließenden chemischen und/oder galvanischen abtragenden Verfahren unterzogen werden. Derart werden dreidimensional vertiefte Strukturen hergestellt.
Je nach Ausbildung des chemischen beziehungsweise galvanischen Bades können Unterätzungen der maskierenden Strukturen derart eingestellt werden, dass weitgehend halbrunde, vertiefte Strukturen erzielt werden können, welche bei Anwendung als Prägeblech erhabene linsenartige Strukturen erzeugen.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird eine zweite Photomaskierung vollflächig aufgetragen und es wird dabei darauf geachtet, dass die bereits hergestellten dreidimensionalen Vertiefungen gut abgedeckt sind. Nach einer zweiten Belichtung und Freilegung der zumindest zweiten Struktur zur Herstellung einer erhabenen Mikrostruktur auf dem Prägeblech wird ein zweiter chemischer beziehungsweise galvanotechnischer Prozess angewandt und es wird damit eine erhabene Mikrostruktur erzeugt.
Alternativ zu diesem zweiten Photomaskierungs- und Galvanoverfahren kann auch ein additiver Laserbearbeitungsprozess zur Herstellung dieser erhabenen Struktur verwendet werden oder ein subtraktiver beziehungsweise ablatierender Laserprozess zur Herstellung einer vertieften Struktur verwendet werden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann anstelle eines Metallblechs mit einer hochglänzenden oder mattierten Oberfläche bereits ein Galvanoabformblech verwendet werden. In dieser Variante wird bereits eine Struktur im Mehrfachnutzen einmalig hergestellt und es werden davon Galvanoabformungen angefertigt. Diese Galvanoabformungen können dann den weiteren Strukturierungsprozessen unterzogen werden.
Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass beispielsweise die kritischen linsenförmigen Strukturen bereits in diesem ersten Schritt eingebaut werden können und entsprechend der geforderten Produktionsleistung die notwendige Anzahl an Galvanoabformungen angefertigt werden und diese Galvanobleche dann nur mehr relativ einfachen Mikrostrukturierungsprozessen unterzogen werden müssen, aber nicht mehr den aufwändigen Linsenstrukturierungsprozessen unterworfen werden müssen. Ein weiterer Vorteil dieser Variante liegt darin, dass damit qualitativ hochwertige Pressbleche für die weiteren Mikrostrukturierungsprozesse zur Verfügung stehen.
Das derart hergestellte Prägeblech wird zur Produktion von Dokumenten, insbesondere Sicherheitsdokumenten, wie Personalausweise, Reisepässe, Identifikationskarten, Kreditkarten, Kundenkarten, Führerscheine und dergleichen blatt- und/oder karten- und/oder buchartigen Dokumenten mittels Lamination und/oder Prägung und/oder stückweiser Prägung in einer Heiß-Kalt-Laminierpresse verwendet.
Üblicherweise werden dabei Transferpressensysteme verwendet. Dabei werden meist mehrere zueinander positionierte, bedruckte und nichtbedruckte Bögen (Overlaybögen und Kernlagen) in einer Heißpresse bei typisch 200 bis 300 N/cm² und der erforderlichen Laminiertemperatur von über 100°C bis etwa 200°C und anschließend in einer Kaltpresse bei typisch 200 bis 550 N/cm² und einer Abkühltemperatur von üblicherweise unter 50°C, bevorzugt jedoch unter 25°C zueinander laminiert, beziehungsweise miteinander verbunden.
In üblichen Transferpressensystemen werden meist mehrere Etagen mit Kassetten verwendet und es werden in den Kassetten mehrere Pressbleche und Laminatpakete übereinander gestapelt angeordnet. Zwischen den Kassetten beziehungsweise den Pressblechen werden oftmals Ausgleichslagen aus Glasfasergewebe-verstärkten Gummimatten oder Papieren oder filzartigen Zwischenlagen verwendet. Diese verformbaren Lagen sollen die gleichmäßige Flächenpressung erhöhen beziehungsweise verbessern, beziehungsweise Unebenheiten ausgleichen.
Als Pressbleche in einer Mehretagenpresse werden üblicherweise spezielle Edelstahlplatten mit einer hochglänzenden oder seidenmatten oder matten Struktur verwendet. Üblicherweise sind diese Pressbleche beidseitig verwendbar. Neben der Mehretagenpresse werden oftmals Rundtischpressen oder Einzelpressanlagen verwendet.
Die Pressbleche werden mit Dicken von 0,3 bis 2,0 mm verwendet, bevorzugt werden Dicken zwischen 0,8 mm und 1,5 mm verwendet. Das verwendete Format wird vom Einzelnutzen bis zum Mehrfachnutzen von typisch 20 oder 24 oder 48 Nutzen bei kreditkartengroßen Laminatelementen gewählt. Ein typisches Pressblech wird beispielsweise von der Firma Böhler Bleche GmbH in A-8680 Mürzzuschlag/Austria mit der Typenbezeichnung A-505 in der DIN Stahlqualität 1.4301 beziehungsweise AISI 302 angeboten.
Es werden Pressbleche mit Linsenstrukturen, meist in Form von erhabenen oder vertieften Lenticularlinsensystemen, zur Herstellung von Dokumenten mit oberflächigen Linsenstrukturelementen verwendet. Dabei können galvanisch hergestellte Pressbleche aus Galvanonickel verwendet werden oder Stahl- oder Nickelbleche mit Linseneinsätzen. In allen Fällen muss darauf geachtet werden, dass Pressblechpaare verwendet werden, die einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Unter einem Prägeblech wird ein metallisches Blech mit einer Dicke von 0,3 bis 2,0 mm, bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,8 mm und 1,5 mm, verstanden. Übliche Formate werden vom Einzelnutzen bis zum Mehrfachnutzen von typisch 20 oder 24 oder 48 Nutzen bei kreditkartengroßen Laminatelementen gewählt. Ein typisches Pressblech wird beispielsweise von der Firma Böhler Bleche GmbH in A-8680 Mürzzuschlag/Austria mit der Typenbezeichnung A-505 in der DIN Stahlqualität 1.4301 beziehungsweise AISI 302 angeboten. Alternativ können auch galvanisch beschichtete Stahlbleche oder galvanisch aufgebaute Bleche, beispielsweise aus Nickel, verwendet werden.
In allen Fällen müssen Pressblechpaare verwendet werden, die eine möglichst vergleichbare Wärmeausdehnung aufweisen. Für hohe Standzeiten sind große Oberflächenhärten von Vorteil. In bevorzugter Weise wird die Oberfläche hochglanzpoliert ausgeführt. Für spezielle Anforderungen können auch seidenmatt oder matt ausgeführte Oberflächen verwendet werden. Üblicherweise werden Pressbleche in einer Etagenpresse mit Kassetten beidseitig verwendet, wobei das erste und das letzte Pressblech nur mit einer Seite zum Laminatpaket verwendet wird.
Im Fall der Verwendung von strukturierten Pressblechen beziehungsweise Prägeblechen ist die Möglichkeit der beidseitigen Benutzbarkeit ebenfalls von Vorteil, stößt jedoch auf technische und kostenmäßige Grenzen. Es müssen hier die geforderte Stückzahl beziehungsweise Kalkulationsserie und die geforderte Lieferzeit gegen die Mehrkosten bei der Herstellung beidseitig strukturierter Prägebleche gegenübergestellt werden.
Unter einem Dokument werden insbesondere Sicherheitsdokumente wie Personalausweise, Reisepässe, Identifikationskarten, Kreditkarten, Kundenkarten, Führerscheine und dergleichen blatt- und/oder karten- und/oder buchartige Dokumente verstanden. Dabei muss zumindest die oberste Laminatlage thermoplastisch bei den üblichen Flächenpresskräften bis zu 500 N/cm² und oftmals darüber bis etwa 650 N/m² verformbar sein. Bei kritischen Prägeformen kann eine vakuumunterstützte Laminierpresse von Vorteil sein. Dadurch können Lufteinschlüsse gesichert vermieden werden.
Unter einer Linsenstruktur wird ein dreidimensional geformtes optisch weitgehend transparentes Gebilde verstanden, das mittels der strukturierten Prägebleche erhaben und/oder vertieft in beziehungsweise auf der Oberfläche des Dokumentes angeordnet ist, beziehungsweise hergestellt wird.
In einer üblichen Ausbildungsform werden Lenticularlinsensysteme verwendet, wobei die Linsenreihen mit unterschiedlichen Radien und unterschiedlichen Rastermaßen verwendet werden können. Dies ergibt sich aus einer unterschiedlichen Prägehöhe beziehungsweise Prägetiefe über die Prägefläche.
In einer einfachen Ausführungsform werden linsenartige Aussparungen in das Prägeblech gefertigt und dadurch werden auf dem Dokument erhabene linsenförmige Strukturen erzeugt.
In einer weiteren Ausführungsform wird zunächst eine flächige Erhöhung auf dem Prägeblech angefertigt und in diese Erhöhung wird die linsenartige Struktur gefertigt und es kann damit ein Dokument hergestellt werden, bei dem die linsenartige Struktur unterhalb der (bevorzugt hochglänzenden) Oberfläche angeordnet ist.
Neben linienartigen, linsenartigen Strukturen können ebenso hexagonal oder dreiecksförmig oder punktweise angeordnete, linsenartige Strukturen verwendet werden. Die Ausbildung der Linsenform ist je nach Anwendung oftmals unkritisch und es können relativ große Abweichung von einem Radius akzeptiert oder gewünscht werden. Die Ausbildung der dreidimensional geformten optischen Gebilde kann auch rechteckförmig, parabolartig, elliptisch, trapezförmig, V-förmig oder unregelmäßig geformt und/oder zusammengesetzt geformt erfolgen.
Derartige dreidimensional geformte optische Gebilde sollen beim visuellen und/oder maschinellen Betrachten einer darunter, also im Innenbereich eines Dokumentes, angeordneten Information, den Strahlengang derart beeinflussen, dass eine Veränderung dieser Information visuell und/oder maschinell gegeben ist. Bei Veränderung des Blickwinkels ändert sich auch die ausgelesene Information.
Bei Verwendung von positiv gekrümmten optischen Gebilden ist überdies eine optische Vergrößerung eines Elementes der darunter angeordneten Information gegeben, wohingegen bei geradflächigen optischen Gebilden eine entsprechend der Winkelverhältnisse gegebene optische Abbildung erreicht wird.
Unter einer Unterätzung wird die Herstellung eine Photomaske verstanden, bei der die Öffnungen derart klein ausgeführt sind, dass bei einer entsprechenden Ätzbadführung eine nahezu isotrope Ätzung stattfindet und dadurch eine starke Unterätzung erreicht wird. Damit kann lateral eine ähnliche Ätztiefe erreicht werden wie in die Tiefe und es können dadurch die gewünschten linsenartigen Vertiefungen erzielt werden. Voraussetzung für einen derartigen Ätzprozess ist eine geeignete Photomaskierung, eine geeignete Badführung und fehlstellenfreie Bleche beziehungsweise fehlstellenfreie Oberflächen. Eine solche Ätzung reicht als einziger Verfahrensschritt schon aus, eine dreidimensionale Struktur vertieft unter der Bezugsebene in das Material des Prägeblechs einzuarbeiten.
Unter einer Mikroschrift wird eine Struktur verstanden, die mit freiem Auge nicht lesbar ist. Die Schrift kann erhaben oder vertieft ausgeführt sein und kann im Übrigen linienförmig oder punktförmig ausgebildet sein.
Unter einer diffraktiven Struktur wird ein lichtbeugungsoptisches flächiges oder linienförmiges oder grafisch gestaltetes Element verstanden, das durch das Prägeblech in die Oberfläche geprägt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das diffraktive Element etwas vertieft angeordnet und wird dadurch vor mechanischer Beschädigung, wie Zerkratzen und Scheuern geschützt.
Unter einer Lamination wird beispielsweise die Bearbeitung in einer Transferpressensysteme, einer Rundtischpresse, einer Durchlaufpresse oder einer Einzelpaketlaminieranlage verstanden. Dabei werden meist mehrere zueinander positionierte, bedruckte und nichtbedruckte Bögen (Overlaybögen und Kernlagen) in einer Heißpresse bei typisch 200 bis 300 N/cm² und der erforderlichen Laminiertemperatur von über 100°C bis etwa 200°C und anschließend in einer Kaltpresse bei typisch 200 bis 550 N/cm² und einer Abkühltemperatur von üblicherweise unter 50°C, bevorzugt jedoch unter 25°C zueinander laminiert beziehungsweise miteinander verbunden.
Es können jedoch auch einzelne Laminatpakete in einem nacheinander folgenden Heizpress- und Kühlpressvorgang miteinander verbunden werden und es kann auch der Laminiervorgang in einer Laminierpresse erfolgen, bei der der Heizvorgang und der Kühlvorgang nacheinander in derselben Presse realisiert wird. Kleine Laboranlagen oder Versuchsanlagen beruhen oftmals auf diesem Prinzip.
In einer besonderen Variante der Lamination kann eine Vakuumunterstützung sinnvoll sein und kann damit besonders bei unebenen Press-Lagen ein Lufteinschluß vermieden werden.
Unter einer Oberflächenprägung und/oder einer stückweisen Oberflächenprägung wird das Einbringen einer Oberflächenstruktur auf ein weitgehend fertiges Dokument verstanden. Da wir von zumindest einer thermoplastischen oberen Lage ausgehen, muß das Prägeblech entsprechend beheizt mit einer geeigneten Flächenpressung auf die Dokumentenoberfläche gepresst werden und es muß dann das Prägeblech unter Druck abgekühlt werden. Dieser Vorgang führt zu relativ langen Prozesszeiten. Eine Ultraschallbeaufschlagung und/oder eine Mikroschwingung kann oftmals ausreichend gute Prägeergebnisse bei wesentlich kürzen Taktzeiten ergeben.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägebleches (1) mit einer vertieften Linsenstruktur (3), erhabenen Strukturen 1 und 2 (4, 5) und einer diffraktiven Struktur (35),
2: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer vertieften nutförmigen Struktur (13), einer V-förmigen Vertiefung (15), mit erhabenen Strukturen 1 und 2 in einer Vertiefung (16), mit erhabenen Strukturen (4, 5, 17),
3: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung von linsenartigen Unterätzungen (19, 20, 21),
4: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer zweiten Photomaskierung (23) zur Herstellung einer zweiten Oberflächenstrukturierung (24),
5: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (25),
6: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung einer Galvanoabscheidung (26),
7: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer zweiten Photomaskierung (23) zur Herstellung einer vertieften Linsenstruktur mit Unterätzung (27),
8: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit vertiefter Linsenstruktur mit Unterätzung (27),
9: eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Galvanoabscheidung (26) und darauf hergestellter diffraktiver Struktur (35),
10: eine beispielhafte Darstellung eines Dokumentes (28) mit einem Schriftzug (29, 34), einem Linsenrasterelement (30, 32), einem diffraktiven Element und einem Mikroschriftelement (31, 33),
11: eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (29, 31) und erhabenen Strukturen (30),
12: eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (29, 31, 32),
13: eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (32) und erhabenen Strukturen (34).
In 1 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägebleches (1) mit einer vertieften Linsenstruktur (3), erhabenen Strukturen 1 und 2 (4, 5) und einer diffraktiven Struktur (35) aufgezeigt.
Das Prägeblech (2) kann dabei aus Stahl, bevorzugt rostfreiem Edelstahl, bestehen und muss einen weitgehend fehlstellenfreien und lunkerfreien Oberflächenbereich aufweisen. Es kann jedoch auch ein entsprechend weniger rostbeständiger Stahl mit einer galvanischen Oberflächenschicht, beispielsweise auf Basis Nickel, verwendet werden. Oder es kann ein galvanotechnisch hergestelltes Blech, beispielsweise aus Nickel, verwendet werden.
Üblicherweise bieten derartige galvanisch hergestellte Schichten oder Bleche eine gute fehlstellenfreie Materialzusammensetzung, die das Einarbeiten von feinsten und räumlich gestalteten Strukturen (3) und ferner eine gute Anbindung an chemisch beziehungsweise galvanotechnisch aufgebrachte Elemente (4, 5) ermöglicht.
In dieser Figur wird ein beispielhaftes Prägeblech (1) mit einer vertieften und linsenartig angeordneten Struktur (3) dargestellt, wobei diese vertiefte Struktur (3) auf der Oberseite des Dokumentes (26) eine erhabene und vorstehende Struktur (30) – siehe Figuren 10 bis 13 – bewirkt.
Als typische Radien (8) werden 70 bis 150 μm, insbesondere im Bereich 90 μm und als typische Tiefe (9) werden 50 bis 120 μm, insbesondere im Bereich 70 μm und als Rastermaß (7) werden 100 bis 300 μm, insbesondere 170 μm angegeben.
Durch die Ausbildung solcher Linsenrasterelemente (3) können sogenannte Wackeleffekte von Druckelementen im Inneren eines Dokumentes (28) wahrgenommen werden.
Die erhabenen Strukturen (4, 5) sind additive Strukturen auf der Oberfläche des Prägeblechs (2) und wurden beispielhaft zwei unterschiedliche Höhen aufgezeigt. Die Breite und Höhe (10, 11) ist in weiten Bereichen wählbar. Die Strukturen (4, 5) können dabei punktartig, linienartig oder flächig ausgeführt werden.
Die Herstellung dieser vertieften und erhabenen Strukturen diesseits und jenseits der (hochglänzend ausgebildeten) Referenzoberfläche (6) erfolgt dabei grundsätzlich durch einen zweistufigen Strukturierungsprozess.
Der erste Strukturierungsprozess- Schritt ist eine Photomaskierung der Prägeblechoberfläche (6). Anschließend wird ein Belichtungsvorgang mit einer Maske oder einem Direktbelichtungsverfahren durchgeführt. Die Photomaske wird anschließend je nach Photomaskentyp an den belichteten oder unbelichteten Stellen mit entsprechenden Stripp-Flüssigkeiten entfernt.
An den freigelegten Strukturen ätzt dann eine Ätzlösung durch eine entsprechende Ätz-Steuerung eine halbkreisförmige (3) oder nutförmige (13) oder V-förmige (15) oder U-förmige Vertiefung. Grundsätzlich kann auch ein größerer Bereich (22) ohne Unterätzung vertieft hergestellt werden.
Der erste Strukturierungsprozess-Schritt kann jedoch ebenso durch eine Galvanoabformung erfolgen und es werden dabei entweder vertiefte oder erhabene Strukturen höhenmäßig diesseits und jenseits einer Referenzoberfläche (6) hergestellt. Derartige Galvanoabformungen werden üblicherweise auf Basis Nickel durchgeführt und es muss dann im vorliegenden Fall die Dicke der Galvanoabformung für die Eignung als Pressblech in einer Heiz-Kalt-Laminierpresse hergestellt werden.
Der zweite Strukturierungsprozess-Schritt kann nun photochemisch beziehungsweise photogalvanisch und/oder lasertechnisch realisiert werden.
Es wird dabei die mit dem ersten Strukturierungsprozess gewonnene strukturierte Oberfläche mit einer Photomaske versehen, belichtet, entwickelt und gestrippt und damit kann dann ätztechnisch und/oder galvanisch eine zweite Struktur oder auch weitere Strukturen hergestellt werden.
Die Schwierigkeit dabei ist, dass die im ersten Strukturierungsprozess hergestellten Strukturen gut abgedeckt, beziehungsweise geschützt werden müssen, was mittels Lamination eines photosensitiven Films erfolgen kann. Meist wird eine solche Lamination durch eine Vakuumlamination und/oder eine Nasslamination bewerkstelligt. Es kann aber auch ein Vorhanggiessprozess oder ein Sprühbeschichtungsvorgang erfolgen.
Der zumindest zweite Strukturierungsprozess kann jedoch auch lasertechnisch erfolgen. Dabei können Vertiefungen durch Laserablation und Erhöhungen durch Aufschmelzen von entsprechenden oberflächig applizierten Materialien realisiert werden.
Mittels Laserablation können sowohl feine guillochenartige Strukturen als auch Mikrostrukturen hergestellt werden. Die Form der Vertiefung kann dabei treppenartig oder spiralförmig durch entsprechende Impulssteuerung gesteuert werden.
Die Laser-aufbauende Strukturierung kann ferner durch Auflage beziehungsweise Lamination oder Sprühapplikation oder drucktechnische Applikation geeigneter Materialien erfolgen. Dabei wird der Laserstrahl mit entsprechender Leistung und Impulsdauer beziehungsweise Impulsanzahl und geeignetem Fokus entsprechend der gewünschten grafischen Gestaltung über die Oberfläche geführt. Anschließend wird das nicht verwendete Material entfernt.
Die diffraktive Struktur (35) wird in dieser Ausführungsvariante nahezu bündig mit der Prägeblechoberfläche (6) ausgeführt und wird mittels Mikropräzisionsätzung und/oder ablativer Laserung hergestellt.
Die Prägeblechoberfläche (6) wird in der bevorzugten Variante hochglänzend ausgeführt und wird durch die diversen Photomaskierungen beziehungsweise Strukturherstellprozesse nicht beeinträchtigt.
In 2 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer vertieften nutförmigen Struktur (13), einer V-förmigen Vertiefung (15), mit erhabenen Strukturen 1 und 2 in einer Vertiefung (16) und mit erhabenen Strukturen (4, 5, 17) gezeigt.
Neben diesen nutförmigen (13) und V-förmigen (15) Vertiefungen mit einer Tiefe (14) von wenigen μm bis zu einigen 50 μm bis etwa maximal 100 μm können weitere sehr vielfältige Formen realisiert werden und es muss dabei die Photomaskierung und der Ätzprozess beziehungsweise der Galvanoprozess darauf abgestimmt werden.
Die erhabene Struktur in der Vertiefung (16) wird durch einen mehrstufigen Herstellprozess erreicht. Dabei müssen in einem ersten Photomaskierungsprozess und einem ersten Materialabtragprozess die Kavität hergestellt werden und müssen anschließend in einem additiven Prozess die beiden erhabenen Strukturen (16) realisiert werden.
Neben der Herstellung erhabener Strukturen (4, 5) können auch negative Strukturen hergestellt werden. Dazu wird zuerst eine erhabene flächige Struktur hergestellt und anschließend werden die Vertiefungen (17) realisiert. Die damit auf einem Dokument (28) hergestellten Strukturen liegen naturgemäß vertieft (29).
In 3 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung von linsenartigen Unterätzungen (19, 20, 21) aufgezeigt.
In dieser 3 wird schematisch das Prinzip der Unterätzung (19, 20, 21) erklärt, wobei die halbrundförmige Unterätzung nur eine beispielhafte mögliche Form darstellt. Grundsätzlich kann bei einer geeigneten Badführung eine isotrope Ätzgeschwindigkeit angenommen werden. Derart kann in erster Näherung lateral etwa so tief geätzt werden wie in die Tiefe.
Auf diese Art und Weise können punktförmige oder linienförmige linsenartige vertiefte Strukturen hergestellt werden.
Dabei spielt die Photomaske (18) eine sehr wesentliche Rolle, da diese über die Zeitdauer des gesamten chemischen beziehungsweise galvanotechnischen Prozesses beständig bleiben muss und gut auf der Oberfläche des Prägeblechs (2) haften muss. Anschließend muss sie einfach ablösbar (strippbar) sein.
Die senkrechte Ätzung ohne Unterätzung (22) zeigt auf, dass bei geeigneter Badführung Abtragungen ohne Unterätzung ebenfalls möglich sind. Grundsätzlich werden Abtragungen mit und ohne Unterätzung in getrennten Prozessen realisiert.
In 4 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer zweiten Photomaskierung (23) zur Herstellung einer zweiten Oberflächenstrukturierung (24) aufgezeigt. Anhand dieser Figur soll das Problem der Maskierung bei einer bereits strukturierten Oberfläche aufgezeigt werden.
Bei Verwendung von Filmen als Photomaske (23) mit einer photopolymeren Schichtstärke von typisch 25 μm oder 50 μm oder 75 μm werden zusätzlich Polyester Schutzfolien verwendet, die eine Einbettung der vertieften Strukturen ohne Lufteinschlüsse oftmals unmöglich machen. Es sind zwar gemäß dem Stand der Technik Nasslaminierfolien-Systeme und Vakuumlaminiersysteme bekannt, allerdings sind derartige Anlagen und Prozesse aufwändig und teuer. Oftmals sind Sprühlackierung oder Rakeln oder Siebdrucken oder Vorhanggießen oder Rollenbeschichten einfachere und effizientere Verfahren zur konfirmierenden Beschichtung. Die Öffnungen (24) für die zweite Oberflächenstrukturierung werden in beliebiger Weise hergestellt.
In 5 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (25) aufgezeigt. Dieser Schritt zur Herstellung einer Strukturierung auf einem Prägeblech (2) dient zur Freilegung einer flächigen Struktur (25) für eine galvanotechnische Abscheidung (26).
In 6 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Photomaskierung (18) zur Herstellung einer Galvanoabscheidung (26) aufgezeigt. Diese Galvanoabscheidung (26) muss gut auf der Oberfläche des Prägeblechs (2) haften, muß möglichst fehlstellenfrei sein und sollte einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Prägeblech (2) aufweisen.
Als bevorzugtes galvanisches Abscheidematerial wird Nickel verwendet, das einerseits eine ausreichende Oberflächenhärte aufweist und andererseits eine gute Beständigkeit für einen Laminier- beziehungsweise Prägevorgang hat.
In 7 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer zweiten Photomaskierung (23) zur Herstellung einer vertieften Linsenstruktur mit Unterätzung (27) aufgezeigt. Die Maskierungsöffnungen (24) müssen sehr genau auf die gewünschte Unterätzungsform (27) abgestimmt werden.
In 8 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Galvanoabscheidung (26) mit vertiefter Linsenstruktur mit Unterätzung (27) aufgezeigt. Eine derartige Linsenstruktur (27) ermöglicht die Herstellung einer vertieft angeordneten Linsenstruktur (32) auf einem Dokument (28).
In 9 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Prägeblechs (1) mit einer Galvanoabscheidung (26) und darauf hergestellter diffraktiver Struktur (35) aufgezeigt. Eine derart hergestellte diffraktive Struktur (35) ermöglicht die Herstellung einer vertieft angeordneten diffraktiven Struktur (35) auf einem Dokument (28).
In 10 wird eine beispielhafte Darstellung eines Dokumentes (28) mit einem Schriftzug (29, 34), einem Linsenrasterelement (30, 32), einem diffraktiven Element und einem Mikroschriftelement (31, 33) in Draufsicht aufgezeigt.
In 11 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes A-B durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (29, 31) und erhabenen Strukturen (30) aufgezeigt.
In 12 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes A-B durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (29, 31, 32) aufgezeigt.
In 13 wird eine schematische Darstellung eines Querschnittes A-B durch das beispielhafte Dokument (28) mit vertieften Strukturen (32) und erhabenen Strukturen (33, 34) aufgezeigt.
Bezugszeichenliste

1: Prägeblech (Pressblech) mit dreidimensionaler Struktur
2: Prägeblech (Pressblech)
3: Vertiefte Linsenstruktur (im Prägeblech)
4: Erhabene Struktur 1 (auf dem Prägeblech)
5: Erhabene Struktur 2 (auf dem Prägeblech)
6: Hochglanzoberfläche (= Bezugsfläche; optional: seidenmatt oder mattiert)
7: Rastermaß des Linsensystems
8: Radius des Linsensystems
9: Tiefe des Linsensystems
10: Höhe der erhabenen Struktur 1
11: Höhe der erhabenen Struktur 2
12: Dicke des Prägebleches
13: Vertiefte Struktur nutförmig
14: Tiefe der nutförmigen beziehungsweise V-förmigen Nut
15: V-förmige Vertiefung
16: Erhabene Strukturen 1 und 2 in einer Vertiefung
17: Vertiefte Strukturen in einer erhabenen Struktur
18: Photomaskierung (photopolymere Maske, belichtet, entwickelt und gestrippt)
19: Öffnung in der Ätzmaskierung
20: Unterätzung (halbkugelförmig)
21: Ätztiefe
22: Senkrechte Ätzung ohne Unterätzung
23: Zweite Photomaskierung
24: Zweite Oberflächenstrukturierung (chemisch abtragend und/oder galvanisch auftragend und/oder auf-/ab-tragend per Laser)
25: Oberflächenstruktur
26: Galvanoabscheidung
27: Vertiefte Linsenstruktur mit Unterätzung
28: Dokument (ID-Karte)
29: Schriftzug (z. B. Austria Card – Vertieft oder Erhaben)
30: Linsenrasterelement erhaben
31: Mikroschrift vertieft
32: Linsenrasterelement vertieft
33: Mikroschrift erhaben
34: Schriftzug erhaben
35: Diffraktive Struktur

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) für eine Heiß-Kalt-Laminierpresse mit dreidimensionalen Strukturen (3–5, 13–16) zur Herstellung von Dokumenten (28) mittels Lamination und/oder Oberflächenprägen, wobei vertiefte (3, 13–15) und erhabene Strukturen (4, 5, 16) bezüglich einer als Bezugsebene definierten Hochglanzoberfläche (6) hergestellt werden, wobei mit einem zumindest zweistufigen Strukturierungsprozess in einem ersten Verfahrensschritt vertiefte oder erhabene Strukturen in die nichtstrukturierte Prägeblechoberfläche (6) hergestellt werden und anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt die jeweils fehlenden erhabenen bzw. vertieften Strukturen in der nichtstrukturierten Oberfläche (6) und/oder in der bereits strukturierten Oberfläche hergestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertieften Strukturen (3, 13–15) und/oder die erhabenen Strukturen (4, 5, 16) kreisförmige, parabolförmige, rechteckförmige, V-förmige und/oder trapezförmige Formen aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vertieften Strukturen (3, 13–15) mittels chemischer und/oder galvanotechnischer und/oder Laser-ablatierender Verfahren hergestellt und die erhabenen Strukturen (4, 5, 16 ) mittels galvanotechnischer und/oder Laserauftragender Verfahren hergestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vertieften Strukturen (3, 13–15) und die erhabenen Strukturen (4, 5, 16) mit mindestens einem Photomaskierungsprozess hergestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine vertiefte Struktur (3) oder eine erhabene Struktur (4, 5, 16) linsenförmig ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die linsenförmige Struktur (3) durch Unterätzung hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (3, 13) durch chemische Abtragung hergestellt werden und dabei die Flankenformen durch die entsprechende Prozessführung des Ätzmediums eingestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die linsenförmige Struktur (3, 4, 5, 16) rasterartig oder zeilenartig ausgeführt ist und dabei Rasterabstände (7, 15, 20) von 100 bis 300 μm eingestellt sind und Strukturtiefen (9, 14, 21) beziehungsweise Strukturhöhen (10, 11) von 2 bis 150 μm eingestellt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochglanzoberfläche durch ein fehlstellenfreies und rostfreies Stahlblech oder ein Stahlblech mit galvanischer Nickelabscheidung oder ein galvanisch hergestelltes Nickelblech gegeben ist und dabei die Oberfläche (6) hochglanzpoliert ist und diese Oberfläche nur in den Bereichen der Strukturherstellung verändert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verfahrensschritt die ersten Strukturen (3, 4, 5, 13, 16) gemeinsam mit der Hochglanzoberfläche durch eine Galvanoabformung hergestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Prägeblechs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zudem auf einer erhabenen Struktur (26) eine diffraktive Struktur (35) angeordnet wird.