BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Träger der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie er für elektronische Ausweiskarten oder ähnliche Datenträger Verwendung findet.
Eine elektronische Ausweiskarte weist das für Kreditkarten u. ä.
übliche Format auf und enthält eine Halbleiterschaltung, deren Informationsinhalt in speziellen, signalverarbeitenden Geräten gelesen und/oder verändert werden kann. Die genormt angeordneten An kopplungsflächen und die Halbleiterschaltung werden von einem Kartenhersteller als vorfabrizierte Einheiten einbaufertig auf einem Band eingekauft. Die Einbauhöhe dieser Einheiten beträgt etwa 0,5 mm und ist somit kleiner als die Dicke des Trägers von 0,76 mm.
Eine abgestufte Vertiefung mit vorbestimmten Abmessungen darf den Träger nicht vollständig durchdringen. Andererseits darf die Vor- und Rückseite des Trägers keine Ausbuchtung aufweisen, da dies die Funktionsweise der genormten Geräte verunmöglicht.
Bei der Endmontage der Ausweiskarte wird die Einheit mit der Halbleiterschaltung in die Vertiefung des Trägers eingelegt und beispielsweise durch Kleben befestigt. Freibleibende Oberflächen der Karte weisen meist einen Aufdruck mit Informationen aller Art auf.
Für eine sichere Funktionsweise der Ausweiskarte muss der Träger die Einheit mit der Halbleiterschaltung vor Beschädigungen schützen und die Einheit im Gerät genau positionieren. Er besteht aus einem steifen, masshaltigen und schlagfesten Material.
Derartige Träger sind bekannt. Bisher im Einsatz befindliche Träger bestehen aus einem Laminat aus mindestens drei Folien eines Kunststoffes mit dazwischenliegenden Klebeschichten. Durch Ausstanzen von Ausnehmungen in mindestens zwei der Folien und durch präzises Ausrichten der Folien beim Fügeprozess wird die Vertiefung im Träger in der vorbestimmten Form erzeugt.
Eine derartige, mehrschichtige Struktur, die oft noch aus verschiedenen Kunststoffen aufgebaut ist, birgt die Gefahr in sich, dass bei grossen Temperaturdifferenzen aufgrund der unterschiedlichen Temperaturausdehnung der Schichtmaterialien Spannungen entstehen, die den Träger durchbiegen lassen. Eine sichere Funktionsweise einer derartig verformten Ausweiskarte ist nicht mehr gewährleistet.
Ein anderes Herstellverfahren ist aus DE-PS 2659573 bekannt.
Die Vertiefung wird von der Rückseite her in den Träger eingeprägt.
Dabei wird die Vorderseite bis zu 0,5 mm aufgewölbt. Im Ausmass entspricht dies einer bei normalen Ausweiskarten, wie beispielsweise den bekannten Kreditkarten, üblichen Prägehöhe der für eine Identifizierung des Karteninhabers notwendigen, eingeprägten alphanu merischen Zeichen. Durch den Prägedruck entstehen Spannungen in der Karte, die die Karte durchbiegen lassen. Zudem stören diese für Ausweiskarten unnötigen Prägungen die Funktion der Geräte. Diese Herstellungsverfahren haben den gemeinsamen, weiteren Nachteil, dass sie für grosse Produktionszahlen zu aufwendig und daher zu teuer sind.
Die bekannten Verbindungsverfahren von Kunststoffen sind in Kunststoff-Fügeverfahren von G. Abele (ISBN 3-446-12481-0, Hauser-Verlag, BRD) beschrieben. Insbesondere befasst sich der Teil II mit dem Hochfrequenzschweissen von Kunststoffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dauerhaften, spannungsfreien, völlig flachen und massgenauen Träger zu schaffen, der sich mit einem einfachen Verfahren billig herstellen lässt.
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 4.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: einen Querschnitt durch einen Träger gemäss dem Stand der Technik,
Fig. 2: einen Querschnitt durch eine Ausführung des Trägers nach Anspruch 1,
Fig. 3: eine erste Vorrichtung zum Herstellen des Trägers nach Fig. 2 in einem Querschnitt,
Fig. 4: eine zweite Vorrichtung zum Herstellen des Trägers nach Fig. 2 in einem Querschnitt, und
Fig. 5: eine dritte Vorrichtung zum Herstellen des Trägers nach Fig. 2 in einem Querschnitt.
Die Figur 1 zeigt schematisch den Querschnitt durch einen Träger 1, der gemäss dem Stand der Technik aufgebaut ist. Mindestens drei Einzelfolien 2 sind mittels dazwischenliegenden Klebeschichten miteinander verklebt und bilden Klebefugen 3. Eine abgestufte Vertiefung 4, die zur Aufnahme einer Halbleiterschaltung bestimmt ist und vorbestimmte Abmessungen aufweist, entsteht an der Oberseite 5 des Trägers 1 durch Ausstanzen einer grossen Ausnehmung 6 in einer Deckfolie 7 und einer kleineren Ausnehmung 8 in einer darunterliegenden Zwischenfolie 9 vor dem Zusammenfügen und dem anschliessenden präzisen Zusammenkleben der Einzelfolien 2. Innenseiten 10 der Vertiefung 4 weisen daher eine von der Schichtung der Folien bestimmte Struktur auf. Die Lage und die Abmessungen der Vertiefung 4 sind vorbestimmt und müssen präzise eingehalten werden.
Insbesondere sind die Oberseite 5 bis auf die Vertiefung 4 und die Rückseite 11 des Trägers 1 völlig eben.
Die erfindungsgemässe Ausführung des Trägers 1 ist in der Figur 2 in einem Querschnitt durch den Träger 1 gezeigt. Der Träger 1 besteht aus einem ebenen, massiven Körper aus Kunststoff, weist die zur Aufnahme der Halbleiterschaltung notwendige Vertiefung 4 auf und ist z. B. nach einem der Verfahren der Ansprüche 4 bis 10 oder durch Spritzgiessen erzeugt. Die Oberseite 5 und die Rückseite 11 des Trägers 1 sind auch nach dem Erzeugen der Vertiefung 4 völlig eben. Im Bereich der Vertiefung 4 ist der Träger 1 nicht laminiert, d. h. die Innenseiten 10 der Vertiefung 4 weisen keine durch das Laminieren verursachten Klebefugen 3 (Figur 1) auf.
Das Ausgangsmaterial des Trägers 1 (Figur 3) ist ein thermoplastischer Kunststoff in der Form eines Bandes 12. Die Dicke des Bandes 12 entspricht der Dicke des Trägers 1. Beispielsweise beträgt die Dicke 0,76 mm für Karten nach ISO 2894. Das Band 12 wird in einem Presswerkzeug zwischen einem Stempel 13 und einer Platte 14 geführt. Der Stempel 13 bedeckt mindestens die ganze Oberfläche 5 des Trägers 1 und weist an der vorbestimmten Stelle eine erhabene, im Stempel vorteilhaft verschiebbare Matrize 15 mit einem Negativ der Vertiefung 4 auf.
Der Kunststoff wird mindestens im Bereich der Vertiefung 4, beispielsweise mittels der Matrize 15, zunächst bis in den Bereich der Fliesstemperatur erwärmt und danach unter Druckanwendung geformt, wobei von der Matrize 15 verdrängtes Material 16 aus dem Bereich der Vertiefung 4 an einer vorbestimmten Stelle durch einen Lüftungskanal 17, der eine durch die Höhe des notwendigen Pressdruckes vorbestimmte Dimension aufweist, entweicht.
Nach dem Wiedererstarren des Kunststoffs kann das Presswerkzeug geöffnet werden.
Kunststoffe, die einen ausgesprochen hohen und mit der Temperatur steigenden dielektrischen Verlustfaktor aufweisen, wie z. B.
Polyamid-6, hartes Polyvinylchlorid, Copolymerisate aus Polyvinylchlorid - Vinylacetat oder andere Derivate des Polyvinylchlorids, sind für die Herstellung der Träger 1 besonders vorteilhaft. Diese Kunststoffe lassen sich auf einfache Weise im elektromagnetischen Feld zwischen z. B. der Matrize 15 und der Platte 14 lokal erwärmen und mittels eines Fliesspressverfahrens in die Form gemäss Figur 2 bringen. Bevorzugt angewendete elektromagnetische Felder weisen Frequenzen von 10 MHz und mehr auf. Die einzelnen Bestandteile des Presswerkzeuges dienen zur Erzeugung und Konzentrierung des elektromagnetischen Feldes im dazwischenliegenden Band 12.
Durch eine dem Verfahren angepasste Ausgestaltung des Stempels
13, der Matrize 15 und der Platte 14 wird die Erwärmung des
Bandes 12 auf einen für das Verfahren notwendigen Bereich be schränkt.
Vorteilhaft wird in der Vorrichtung gemäss Figur 3 der Stempel
13 aus einem verlustarmen Dielektrikum hergestellt. Die elektrisch leitende Matrize 15 ist verschiebbar im Stempel 13 augebildet und ist mit einem ersten Anschluss einer Hochfrequenzquelle 18 verbunden.
Die elektrisch leitende Platte 14 ist mit einem zweiten Anschluss der Hochfrequenzquelle 18 verbunden. Zwischen der Platte 14 und der Matrize 15 entsteht das elektromagnetische Feld nach einem Einschalten der Hochfrequenzquelle 18 und heizt den Kunststoff nur im Bereich der Matrize 15 auf die Fliesstemperatur auf. Die Matrize 15 wird in den fliessfähigen, heissen Kunststoff hineingepresst und erzeugt die Vertiefung 4. Das verdrängte Material 16 tritt durch den Lüftungskanal 17 aus, da der zwischen dem Stempel 13 und der Platte 14 eingeschlossene, kalte Kunststoff das verdrängte Material 16 am Wegfliessen in der Ebene des Bandes 12 hindert. Der Kunststoff erstarrt nach Ausschalten der Hochfrequenzquelle 18 wieder; Beim Abheben der Matrize 15 vom Träger 1 reisst an der Mündung des Lüftungskanals 17 das erstarrte verdrängte Material 16 ab.
Es ist auch möglich, den Kunststoff durch einen Wärmekontakt mit der Matrize 15 und der Platte 14 indirekt zu erwärmen.
In einer anderen Ausbildung dieses Verfahrens wird der Lüftungskanal 17 nicht benötigt. In das Band 12 wird vor dem Pressvorgang an der Stelle der für die Vertiefung 4 bestimmten Stelle ein Loch 19 (Figur 4) gestanzt. Die Menge des durch die Matrize 15 verdrängten Materials 16 bestimmt die Abmessung des Loches 19. In der Figur 4 ist eine bandgerechte Verarbeitung im Längsschnitt dargestellt. Das Band 12 mit Löchern 19 wird nach jedem Pressvorgang um den Abstand zwischen zwei Löchern 19 vorgeschoben. Der zwischen der Matrize 15 und der Platte 14 befindliche Kunststoff wird erwärmt. Die Matrize 15 verformt den fliessfähigen Kunststoff. Da der zwischen dem Stempel 13 und der Platte 14 festgehaltene, kalte Kunststoff und die Platte 14 das verdrängte Material 16 am Wegfliessen hindern, wird das Loch 19 durch das verdrängte Material 16 aufgefüllt und geschlossen.
Nach dem Abkühlen gibt das Presswerkzeug das Band 12 frei und der Vorgang wiederholt sich.
Eine dritte Ausbildung des Verfahrens erlaubt zusätzlich eine Gestaltung der Oberseite 5 des Trägers 1. In der Figur 5 weist der Stempel 13 mindestens die Abmessungen der Ausweiskarte auf.
Denkbar sind an der Oberfläche des Stempels 13 erhabene Markierungen 20 von Ziffern, Schriftzügen oder auch nur einer bestimmten Oberflächentextur. In den Stempel 13 eingelassen ist die Matrize 15.
Den Stempel 13 umgibt ein unabhängig vom Stempel 13 verschiebbarer Ring 21, der abgesenkt auf dem Band 12 längs der Berandung des Trägers 1 aufliegt. Vorteilhaft ist der Ring 21 aussen keilförmig nach unten abgeschrägt und bildet eine Schneide 22 als Auflagefläehe. In den Ring 21 ist an einer Stelle der Lüftungskanal 17 eingelassen.
Für die Herstellung des Trägers 1 wird zunächst der Ring 21 auf das Band 12 abgesenkt und der unter der Schneide 22 befindliche
Kunststoff erwärmt. Die Schneide 22 sinkt so weit in das Band 12 ein, dass eine Verbindungshaut 23 zwischen der Schneide 22 und der Platte 14 von einigen hundertstel Millimeter Dicke verbleibt. Der
Ring 21 schliesst den Kunststoff des Trägers 1 im Presswerkzeug ein.
Danach erwärmt der Stempel 13 und die Matrize 15 gleichzeitig oder nacheinander den eingeschlossenen Kunststoff und presst ihn in die vorbestimmte Form des Trägers 1. Die Vertiefung 4 und eine allfälli ge, durch die Markierungen 20 bestimmte Struktur 24 werden an der
Oberseite 5 ausgeformt. Das überschüssige, verdrängte Material 16 entweicht durch den Lüftungskanal 17. Nach dem Abkühlen und dem Wiedererstarren des Kunststoffes gibt das Presswerkzeug den mittels der dünnen Verbindungshaut 23 mit dem Band 12 verbunde nen Träger 1 zur Weiterverarbeitung frei.
Da in diesem Verfahren das Band 12 innerhalb des Ringes 21 auf die Fliesstemperatur gebracht wird, ist es denkbar, an Stelle eines
Bandes 12 auch mehrere, verschieden eingefärbte Bänder aus glei chem Material mit einer vorgeschriebenen Gesamtstärke, die der
Dicke des Trägers 1 entspricht, dem Presswerkzeug zuzuführen und während des Pressvorganges auf der ganzen Trägerfläche zu ver schweissen.
In einer Abwandlung des Verfahrens ist auch hier die Verwen dung eines Bandes 12 mit Löchern 19 (Figur 4) denkbar. Das ver drängte Material 16 (Figur 5) füllt das innerhalb des Ringes 21 befindliche Loch 19 auf. Bei genauer Wahl der Abmessung des Loches 19 entweicht durch den Lüftungskanal 17 nur verdrängte Luft und kein Material 16.
Die Träger 1 sind einzeln oder mehrere gleichzeitig in einem Mehrfachwerkzeug herstellbar. Jedes der Verfahren eignet sich auch für eine repetitive Herstellung nach einem durch die Kartenabmessungen bestimmten Vorschub nach jedem Pressvorgang.
Die Herstellung des Trägers 1 ist grundsätzlich auch aus zuge schnittenen Kunststoffplatten möglich. Die beschriebene Zuführung des Kunststoffs im Band 12 ist nur ein vorteilhaftes Verfahren, da anschliessend ein Bedrucken der Oberseite 5 und der Rückseite 11 und ein Einsetzen der Halbleiterschaltung in die mit dem Band 12 verbundenen Träger 1 vor dem Freistanzen vereinfacht wird.
Vorteilhaft wird mittels einer Kühlvorrichtung das Erstarren beschleunigt.
Ein Verfahren mit direkter Erwärmung des Bandes 12 aus schlagfestem Polyvinylchlorid durch Verschiebungsströme erlaubt Taktzeiten von etwa 10 Sekunden. Für das Aufwärmen des Kunststoffes auf eine unterhalb der Spritztemperatur von 220 C liegende Fliesstemperatur von mindestens 1500 C und das Formen des Trägers 1 wird etwa die Hälfte dieser Taktzeit beansprucht. Eine mit einer wirksamen Kühlvorrichtung unterstützte Abkühlung, das Erstarren des Kunststoffes, das Freigeben des geformten Trägers 1 und der Bandvorschub benötigen die restliche Taktzeit.