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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Prägeplatte und -walze
für die Herstellung von Beugungseffekt-Bildern, ein Verfahren
zur Herstellung solcher Bilder, und ein Verfahren zum Herstellen
einer solchen Prägeplatte bzw. -walze.
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Hologramme,
Kinegramme oder ähnliche, auf Beugungseffekten beruhende
Elemente stellen auf Grund ihres mit Änderung des Betrachtungswinkels
auftretenden Helligkeitswechselspiels oder Farbwechselspiels sowie
der Möglichkeit, betrachtungswinkelabhängig lesbare
Informationen zu speichern und darzustellen, ein beliebtes Kennzeichnungsmerkmal
dar, unter anderem, weil der optisch variable Effekt durch einfaches
Kopieren nicht reproduziert werden kann.
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Aus
der Patentanmeldung
DE
196 27 638 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Prägeform
für solche Beugungseffekt-Bilder bekannt, bei dem eine
Zylindermanteloberfläche aus einem thermoplastischen Material
mit dem gewünschten Prägemuster versehen und dann
galvanisiert wird.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE 101 46 635 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines mit Beugungseffekt-Bildern versehenen Folienmaterials bekannt,
bei dem das gewünschte Bild direkt in eine Metallschicht
des Folienmaterials eingeprägt wird, so dass das Metall
die äußere Schicht bildet.
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Die
herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Prägewalzen
für Zwecke der Herstellung von Beugungseffekt-Bildern werden
als zu aufwändig empfunden; dies besonders in Fällen,
wo vielfach wechselnde Motive in schneller Folge geprägt
werden sollen, also dort, wo Beugungseffekt-Bilder vorrangig einem ästhetischen
Zweck dienen, z. B. der optischen Aufwertung eines Produkts, wobei
auch die Haptik angenehm sein soll.
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Die
bekannten Verfahren zur Herstellung der Beugungseffekt-Bilder selbst
sind, entsprechend den Unzulänglichkeiten der verwendeten
Prägewalzen, unzureichend auf den Masseneinsatz anwendbar und/oder
führen zu wenig ansprechenden Produkten.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten
Verfahren und Vorrichtungen so weiterzubilden, dass ein Masseneinsatz
derselben erleichtert ist.
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Dazu
stellt die Erfindung die Verfahren gemäß Anspruch
1, 14 und 21, sowie die Prägewalze gemäß Anspruch
10 bereit.
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Unter
einem ersten Aspekt weist ein Verfahren zum Herstellen einer Prägewalze
für Beugungseffekt-Bilder einen Ätz-Schritt, und
einen Biegeschritt des geätzten Blechs zu einem Zylinderabschnitt
auf. Damit ist eine Verfahrensabfolge angegeben, die eine besonders
kosteneffiziente Bereitstellung von Wechsel-Prägemustern
ermöglicht. Hierbei kann auf den Biegeschritt verzichtet
werden, z. B. wenn die Prägeform in einer Flachstanze benutzt
werden soll.
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Zum Ätzen
eines Stahlblechs wird in Ausführungsformen eine salzsaure
Lösung von Eisen(III)-Chlorid verwendet, wobei die Ätztiefe
durch Stoppen des Ätzprozesses mit einer Lauge nach einer
vorbestimmten Ätzzeit in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Ätztemperatur
bestimmt wird. Das Linienmuster weist in Ausführungsformen
eine Schar von Linien untereinander gleichen Abstands auf, wobei
die Linien der Schar zueinander seitlich versetzte Zickzacklinien
sein und ihr Abstand voneinander in einem Bereich von 0,2 bis 1
mm liegen können, wobei die Einzellinien des Linienmusters
jeweils eine Breite von 0,02 bis unter 0,2 mm aufweisen.
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Der
Beugungseffekt besteht in Ausführungsformen darin, dass
die relative reflexionswinkelbezogene Intensität von von
dem Rillenmuster reflektiertem Licht einer Bezugswellenlänge
in einer zu dem Rillenmuster senkrechten Bezugsebene wenigstens zwei
Maxima und ein zwischen den Maxima liegendes Minimum aufweist. Bei
einer unstrukturierten Fläche ist die Reflexion andererseits
in Richtung des dem Einfallswinkel gegenüberliegenden Ausfallswinkels
maximal, und nimmt zu beiden Seiten dessen ab, bezogen auf die von
Einfalls- und Ausfallsrichtung aufgespannte Ebene. Je rauer die
Fläche, desto flacher ist die Reflexionslicht-Verteilung;
aber zusätzliche Maxima treten erst durch geeignete Strukturierung
auf, nämlich durch zueinander gleichabständige Linienscharen,
die durch ihren Beugungseffekt eine Hell-/Dunkel-Variation mit mehreren
Maxima in Abhängigkeit vom in der Bezugsebene gemessenen Winkel
bewirken. In Ausführungsformen reflektiert das Muster ferner
auftreffendes Licht derart, dass in einen ersten von der Bezugsebene
begrenzten Halbraum reflektiertes Licht eine andere Ansicht bereitgestellt
wird als in einen zweiten, dem ersten gegenüberliegenden
Halbraum reflektiertes Licht. Dadurch wird zusätzlich zu
dem Hell-/Dunkel-Wechsel auch ein Wechsel zwischen zwei verschiedenen
Bildern, beispielsweise einem Firmennamen und dem Firmen-Logo, bereitgestellt,
wie dies auf anderem Wege gemäß der Druckschrift
GB 2 306 404 A oder
der Druckschrift
DE 103 37 452 erreicht
wurde.
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Unter
einem zweiten Aspekt weist eine Prägewalze für
Beugungseffekt-Bilder eine einen Zylinderabschnitt bildende Prägeform
sowie eine Aufnahme zur Halterung der Prägeform in einem
vorbestimmten Abstand zur Walzenachse auf. Somit ist eine Prägewalze
angegeben, die gleichfalls eine besonders kosteneffiziente Bereitstellung
von Wechsel-Prägemustern ermöglicht. In Ausführungsformen beträgt
der Winkel des Zylinderabschnitts wenigstens 120° oder
240°, in einigen Fällen über 320°. Auch
eine nahtlose Anordnung zum Vollmantel, entsprechend einem Winkel
von 360°, ist möglich.
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Ferner
wird unter einem dritten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung von
Beugungseffekt-Bildern angegeben, bei welchem das gewünschte
Linienmuster in eine Metallschicht oder metallisierte Schicht eingeprägt
und die geprägte Fläche dann mit einer Kunststofffolie
beklebt wird. Auch dieses Verfahren stellt besonders kosteneffizient
Wechsel-Prägemuster bereit, weil die Musterprägung
und Laminierung bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten erfolgen kann.
Bevorzugt erfolgen Prägung und Laminierung in zwei Arbeitsgängen
nacheinander.
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Die
unbedampfte Folie ist in Ausführungsformen aus einem thermoplastischen
Kunststoff, insbesondere aus Polystyrol, Polyvinylidenchlorid, Celluloseacetat,
Polyvinylacetat oder einem Polyolefin, insbesondere aus Polypropylen
oder PVC, oder einem Copolymer aus diesen gebildet.
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Die
geprägte Folie kann einrseits eine Metallfolie sein, die
keinen Kunststoff beinhaltet. Das Metall ist in Ausführungsformen
Aluminium. Wenn andererseits eine metall- bzw. aluminiumbedampfte
Folie verwendet wird, umfasst diese in Ausführungsformen einen
Polyester oder Polystyrol, Polyvinylidenchlorid, Celluloseacetat,
Polyvinylacetat oder ein Polyolefin, beispielsweise Polypropylen
oder PVC, oder ein Copolymer aus diesen. In Ausführungsformen
ist die Folie eine Heißfolie, die zum Aufschweißen
auf ein Substrat vor dem Prägen geeignet ist. In einer
weiteren Ausführungsform wird das Prägesubstrat
durch einen Lack gebildet, der in gewünschten Bereichen
eines Objekts, beispielsweise eines aus einem Papier- oder Kartonbogen
hergestellten Substrats aufgebracht und ausgehärtet wird,
so dass in den im Wesentlichen ausgehärteten Lack das Muster
geprägt werden kann. Bei dem Lack handelt es sich in Ausführungsformen
um einen UV-Lack, der mittels UV-Belichtung ausgehärtet
wird.
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In
Ausführungsformen umfasst das Verfahren vor dem eigentlichen
Prägen das Schweißen der Folie auf ein Substrat.
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Weiter
vorteilhafte Ausgestaltungen, Details und Aspekte der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
herkömmliche Prägewalze;
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2 eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Schema zur Herstellung von Beugungsbildern;
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4 ein
Ausführungsbeispiel eines Beugungsbildes; und.
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5 eine
Prägewalze gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
eine herkömmliche Prägewalze 11, bei
der in ein thermoplastisches Material 12 eine Vielzahl
von Abschnitten mit einem Linienmuster 10 eingeprägt
sind. Die Abschnitte sind einander gleich, da von demselben Prägestempel
erzeugt. Wie man deutlich erkennt, bestehen zwischen den geprägten Bereichen
Abstandsbereiche ohne Prägung, es ist also keine vollflächige
Prägung mit Linienmuster möglich und somit keine
Herstellung eines großflächigen Beugungseffekt-Bilds.
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Erfindungsgemäß wird
ein (flachliegendes) Stahlblech zunächst mit einem Fotoresist
beschichtet S1. Je nachdem, ob es sich um ein Positiv-Resist oder
ein Negativ-Resist handelt, wird das gewünschte Rillenmuster
oder das Stegmuster darauf belichtet S2 und der belichtete bzw.
unbelichtete Lack entfernt S3. Daran anschließend erfolgt
ein Ätzprozess S4, beispielsweise mit einer erwärmten,
0,04 molar-salzsauren Eisen(III)-Chlorid-Lösung (z. B.
3.2 molar). Nach Ablauf der bei der gewählten Temperatur
(z. B. 40°C–90°C) für die gewünschte Ätztiefe
maßgebenden Ätzzeit (z. B. 3 min) wird der Prozess
mit Natronlauge gestoppt und das Blech gereinigt und getrocknet.
Es wird dann auf eine Prägewalze aufgespannt, indem eine
Haltevorrichtung das Blech in gebogener Form S5 so auf der Walze
befestigt, dass es überall denselben Abstand von der Walzenachse
aufweist S6 und somit ein einwandfreier Rundlauf ermöglicht ist.
Alternativ wird eine Flachstanze verwendet, bevorzugt mit einer
heizbaren flachen Aufnahmeplatte für das geätzte
Blech mit dem Rillen- oder Stegmuster.
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Übrigens
sind je nach Wahl des Materials des Blechs auch andere, insbesondere
außenstromlose Ätzverfahren möglich.
Hier wurde rostfreier Stahl verwendet. In einer Variante wird Aluminium verwendet
und mit etwa 11 molarer Phosphorsäure, unter Zusatz von
je etwa 1 molarer Salpeter-, Fluss- oder Essigsäure bei
20°C bis 50°C geätzt. Es ist jeweils
zweckmäßig, die Platte während des Ätzvorgang
z. B. in einer Drehbewegung durch das Ätzbad zu bewegen.
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In
einer Ausführungsform wird die geätzte, gereinigte
und getrocknete Platte in eine flache Aufnahme oder auf eine Walze
ein- bzw. aufgeschraubt. Ein Papier-Substrat wird mit einer Folie
mit Reflexionsschicht laminiert und durch Druck bei einer Temperatur
von z. B. 80°C geprägt. Dabei wird die Prägestruktur
in die reflektierende Folie und das Papier geprägt. Danach
wird das geprägte Substrat mit einer durch sichtigen Folie
laminiert, wodurch ein schimmernder Effekt entsteht. Allerdings
kann auf dieses abschließende Laminieren in einigen Anwendungen auch
verzichtet werden, oder durch Beschichten mit einem UV-Lack ersetzt
oder ergänzt werden. Als Reflexionsschicht kann eine metallisierte
Schicht, oder ein Laminat aus zwei Schichten mit stark unterschiedlichem
Brechungsindex verwendet werden (z. B. Δn > 0,3). In Ausführungsformen
dient die z. B. mittels UV-Licht ausgehärtete Lackschicht
als Reflexionsschicht.
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In
einer Variante wird in einem ersten Schritt eine Heißfolie,
also eine partiell mit einem hitzeaktivierbaren Kleber beschichtete
Folie, auf ein Substrat geschweißt S7. Die Aktivierung
besorgt ein etwa 120°C heißer Messingstempel.
Allerdings kann auch in einer Offsetmaschine ein Kleber in einem
Druckwerk aufgedruckt und dann in einem zweiten Druckwerk die reflektierende
Folie daran vorbeigeleitet werden. An den Stellen, an denen Kleber
aufgedruckt ist, haftet dann die Folie. Dadurch kann nicht nur vollflächig,
sondern auch partiell die reflektierende Folie aufgebracht werden.
In diese Anordnung wird mit der Prägewalze oder -platte
das Linienmuster eingeprägt S8, welches aus einer Abfolge
von zueinander seitlich versetzten, abschnittsweise geraden Zickzackrillen
oder -stegen besteht. Anschließend kann auf die geprägte
Seite eine Glanzfolie aufgeklebt werden S9, wobei der Kleber in
die Rillen bzw. zwischen die Stege des Prägemusters läuft.
Die Außenseite des Laminats ist demzufolge glatt und bietet
eine ansprechende Haptik, während das dargestellte Motiv
je nach Betrachtungswinkel zwischen verschiedenen Darstellungen
und/oder variierender Hell-/Dunkelverteilung changiert. Auch ein
Farbwechselspiel ist bei ausreichender Präzision des Linienmusters
möglich.
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Im Übrigen
muss das Linienmuster nicht zwingend aus durchgehenden Zickzacklinien
bestehen; es reicht aus, wenn in benachbarten Bereichen Linienscharen
zueinander gewinkelt angeordnet sind. Jede Linienschar stellt ein
ihr eigenes Reflexionsprofil bereit, nämlich eine destruktive
Interferenz senkrecht zur Linienrichtung in einem Winkel, der von der
Lichtwellenlänge, dem Einfallswinkel und dem Linienabstand
abhängt. Der benachbarte Bereich mit anderem Linienscharwinkel
(in der Fläche) und ggf. -abstand weist demzufolge ein
davon verschiedenes Reflexionsprofil auf, insbesondere einen anderen Winkel,
unter dem die destruktive Interferenz anhand des Intensitätsminimums
erkennbar ist. Beispielsweise sind die Linienscharen so angeordnet,
dass von schräg rechts betrachtet ein Firmenname zu erkennen
ist, je nach Oben-/Unten-Kippwinkel hell auf dunkel oder umgekehrt;
und von schräg links betrachtet das zugehörige
Firmenlogo, wiederum je nach Oben-/Unten-Kippwinkel hell auf dunkel
oder umgekehrt.
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Dieses
Schema ist in 3 dargestellt. In diesem Beispiel
sind die motivfreien Bereiche (Hintergründe) durch Bereiche
gebildet, in denen die Linienschar Winkel von 45° (Winkel
1) bzw. 112,5° (Winkel 2) zur horizontalen Bezugsrichtung
(strichpunktiert) bildet. In den Bereichen, in denen das erste Motiv
dargestellt erscheinen soll, beträgt der Winkel 135° (Winkel
4); in den dem zweiten Motiv zugeordneten Bereich beträgt
der Winkel 67,5° (Winkel 3). Damit ist der minimale Winkelabstand Δϕ (Winkel
3 – Winkel 1) 22,5°. Wegen der Symmetrie der Anordnung
zur Bezugsrichtung ist in diesem Beispiel der Winkelabstand zwischen
Winkel 4 und Winkel 2 ebenso groß. Die hier angegebenen
Winkel sind als bloß beispielhaft, und nicht beschränkend
zu verstehen.
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In
dem Beispiel von 4 werden mit handelsüblicher
Grafiksoftware zwei Kästen erstellt, jeweils einen pro
Motiv. In diesen Kästen zeichnet man Querlinien mit beispielsweise
0,08 mm Stärke und 0,3 mm Rasterabstand. In dem einen Kasten
haben die Hintergrund-Linien einen Winkel von 75°, in dem anderen
von 285° (oder, was dasselbe ist, 105°) zur Bezugsrichtung.
In die Teile, die Motive (”A” bzw. ”B”) darstellen
sollen, zeichnet man Linien mit einem Winkel von 25° bzw.
155° im zweiten Kasten; möglich wären
auch 55° bzw. 125°. Dann legt man beide Kästen streifenweise
im Rasterabstand P neben- und/oder übereinander. Beim später
geprägten Bogen sieht man entweder das eine Motiv (”A”)
vor seinem Hintergrund (a), oder das andere (”B”),
je nachdem, wie man das geprägte Substrat ansieht. Der
Winkelabstand zwischen den Linienscharen sollte, damit die Motive
vor ihrem jeweiligen Hintergrund (a, b) gut zu erkennen sind, wenigstens
20°, in einigen Anwendungen wenigstens 30°, oder
wenigstens 40° betragen. In Ausführungsformen
sind die Winkel paarweise symmetrisch zu einer Bezugsrichtung gewählt.
Die Paare können durch je ein Motiv und seinen Hintergrund,
die Motive bzw. Hintergründe untereinander oder durch jeweils
ein Motiv und den Hintergrund des anderen Motivs (und vice versa)
gebildet sein. Es ist auch möglich, dass ein Hintergrund
selbst ein (größeres) Motiv darstellt.
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In
der 5 ist schematisch eine Prägewalze 1 gemäß der
Erfindung (zusammen mit der Gegenwalze 3) dargestellt.
Wie man erkennt, ist an ihrer Umfangsfläche eine Aufnahme
für das geätzte Blech 2 gebildet. In
diesem Beipiel beträgt der Umfangswinkel der Aufnahme etwa
300°; er kann aber auch mehr, beispielsweise 320° bis
360°, oder weniger, beispielsweise ab 240° betragen.
Auch noch kleinere Winkel sind möglich, insbesondere solche,
bei denen zwei Bleche in zwei getrennte Aufnahmen gespannt werden,
also beipielsweise 120° bis 180°. Die Aufnahme-
und Haltevorrichtung umfasst im dargestellten Beispiel Halteschrauben 7;
jedoch sind auch andere Aufnahme-Mechanismen möglich. In
der 3 ist statt des Zylinderwinkels φ der
Aufnahme sein Gegenwinkel φ' = 360° – φ eingezeichnet,
sowie auch die Walzenrotationsachse 4. Die Drehachse der
Gegenwalze 3 ist mit 5 indiziert und zweckmäßigerweise zur
Drehachse 4 der Präge walze parallel. Die Gegenwalze 3 ist
zweckmäßig mit einer Gummiauflage 6 ausgerüstet.
Somit kann eine Anordnung aus Papierunterlage und Aluminiumfolie
oder aluminisierter Polyesterfolie unter Druck durch den so gebildeten
Walzenspalt 8 treten, da die Gummiauflage 6 eine
gewisse elastische Nachgiebigkeit aufweist. Dieser Druck bewirkt
die Prägung der jeweiligen reflektierenden Schicht. Nach
Lösen der Halteverschraubung 7 kann das Blech 2 axial
von der Prägewalze 1 entfernt und gewünschtenfalls
durch ein anderes Blech mit anderem Linienmuster ersetzt werden.
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Die
Erfindung stellt somit eine Prägeplatte bzw. -walze, ein
Herstellungsverfahren für eine solche und ein Herstellungsverfahren
für Beugungseffekt-basierende Bilder bereit, die wenig
aufwändig und daher kostengünstig auch für
kurzfristig wechselnden Motiv-Bedarf anwendbar sind. Die nachfolgenden
Ansprüche sind als nicht limitierender Versuch einer Beschreibung
der Erfindung in allgemeiner Form zu verstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19627638
A1 [0003]
- - DE 10146635 B4 [0004]
- - GB 2306404 A [0011]
- - DE 10337452 [0011]