EP2272683A2 - Prägeverfahren und Prägeeinrichtung zur Erzeugung beugungswirksamer Strukturen - Google Patents

Prägeverfahren und Prägeeinrichtung zur Erzeugung beugungswirksamer Strukturen Download PDF

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EP2272683A2
EP2272683A2 EP10004504A EP10004504A EP2272683A2 EP 2272683 A2 EP2272683 A2 EP 2272683A2 EP 10004504 A EP10004504 A EP 10004504A EP 10004504 A EP10004504 A EP 10004504A EP 2272683 A2 EP2272683 A2 EP 2272683A2
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EP
European Patent Office
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embossing
micro
relief
diffraction
station
Prior art date
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EP10004504A
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EP2272683B1 (de
EP2272683A3 (de
Inventor
Jürgen Fahrenbach
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L Schuler GmbH
Original Assignee
L Schuler GmbH
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Publication date
Application filed by L Schuler GmbH filed Critical L Schuler GmbH
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Publication of EP2272683A3 publication Critical patent/EP2272683A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B5/00—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins
    • B44B5/009—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins by multi-step processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06—Platens or press rams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B5/00—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins
    • B44B5/02—Dies; Accessories
    • B44B5/026—Dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/24—Pressing or stamping ornamental designs on surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44F—SPECIAL DESIGNS OR PICTURES
    • B44F1/00—Designs or pictures characterised by special or unusual light effects
    • B44F1/08—Designs or pictures characterised by special or unusual light effects characterised by colour effects
    • B44F1/10—Changing, amusing, or secret pictures

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for producing light-diffractive structures on workpieces by embossing.
  • holograms or the like on metal surfaces for example on coins
  • Diffraction-active surfaces not only fulfill decorative purposes, but can also serve as protection against counterfeiting.
  • the optical effect is based on very fine, relief-like introduced into the respective surface periodically structured grating structures.
  • the most well-known example are metallised plastic films with holograms, as they are used on check cards and banknotes, in adhesive sealing, etc.
  • diffraction-active films While a smooth surface reflects incident light, ie radiates again at an angle of incidence matching the angle of incidence, there is an angle change in the diffraction gratings which, for example, is observed as a color change effect on hologram films can be.
  • the production of diffraction-active films is based on the embossing of thermoplastics by means of electroplated nickel stamps and subsequent metallization of the grid surface.
  • diffraction gratings are introduced directly into surfaces of metallic bodies.
  • the die is formed by a monocrystalline diamond, which is soldered by means of cobalt with a carrier body.
  • the negative structure of the later to be generated on the workpiece diffraction grating is incorporated into the die by means of a laser.
  • the die can be polished with an electron beam or an X-ray beam.
  • the size of the interference-active structures to be generated is limited from the outset to the size of existing diamonds.
  • the DE 100 02 644 A1 the production of diffractive relief structures on coin surfaces.
  • the blank in question is first coated in a dip with a thin photosensitive plastic layer.
  • the plastic layer is exposed and developed.
  • microscopically fine areas of the coin surface are exposed.
  • Subsequent microscopic relief structures can then be etched into the coin surface in an etching bath, after which the photosensitive plastic is removed again.
  • the DE 100 02 644 A1 also discloses a concept for a counterfeit-proof coin with diffractive optical, the conventional design elements of a coin complementary features.
  • a reader is presented, which is installed in coin validators and similar devices. At the heart of this reader is a light source and a matched sensor, which determines, among other things, whether the diffraction maxima of the light emitted by the signature on the coin light occur at the expected due to the wavelength of the light and the lattice parameter of the structure body.
  • interference-capable microstructures for example for the production of holograms in coins or the like by means of stamping known.
  • several hard layers for example of cobalt or nickel alloys are deposited on an embossing die, are embedded in the diamond crystals.
  • the layers can be applied by special alloying baths or metal spraying, by electrodeposition or by plasma deposition.
  • the surface layer is formed by a diamond-like layer containing the microstructure.
  • the cited document generally refers to galvanic processes, electron or laser engraving, fine etching techniques and direct engraving by means of diamond tools.
  • the embossing device is used for processing metal objects, such as coins. It contains a micro embossing station, which is set up to produce a diffraction-active structure on the solid object in an embossing process. This may consist of a dot or line pattern defining bumps and depressions on the surface of the article. The size of these structures is in the range of the wavelength of light, so that diffraction and interference can occur. The interfering light produces colored surface areas.
  • the article passes through an applicator in which a protective layer is applied to the diffractive structure. This protective layer fills in and covers the diffractive structures.
  • Suitable protective coatings include mineral oils, silicone oils, lacquers, paints, plastics such as duromers, elastomers, solutions of inorganic or organic substances, aqueous solutions, etc.
  • the article provided with the protective layer is then fed to an embossing station in which a macroscopic image relief is applied to the article is attached.
  • This image relief may extend over the area previously embossed in the micro embossing station.
  • the diffraction-active structure can remain undeformed or even deformed. For example, it may be provided with a concave or convex curvature. They can also pass through the diffractive structure extending macroscopic line structures or other geometric elements are generated.
  • the protective layer ensures that the diffraction-active structure is retained, ie not or only slightly damaged.
  • metal objects such as coins, which have a macroscopic relief, as is common in coins, succeeds, in which relief the previously generated diffraction-active structures are integrated.
  • This succeeds in the production of metal coins with different color effects.
  • the color effects result from interference of the reflected light at the diffraction-active structures.
  • the diffraction-active structures can be used as an authenticity feature. They can also be used in a variety of other ways, such as age or wear ads. For example, the diffractive activity disappears with gradual wear of the diffraction-active structure, such as when the coin is tapped.
  • the protective layer may be formed by an opaque material. But it is also possible to provide a protective layer of transparent material, which is not removed after completion of the coin or other metal object. If the material of the protective layer has a different refractive index than air, the diffractive structure may produce different colors as long as the protective layer is present than after removal of the protective layer. In this way, a built-in clock or an expiration date can be attached to corresponding items, so to speak. If the protective layer gradually dissolves when the article is used, it will increase as soon as the protective layer is lost a color change on the diffractive structure, which then indicates that the expiration date has been reached.
  • the micro-embossing punch is preferably made of a high-strength hard carrier material, such as carbide.
  • a hard-material layer can be applied to the micro-embossing stamp, which has a micro embossing relief for producing the diffraction-active structures in the form of diffractive embossing points on the object, which is preferably made of metal.
  • the hard material layer is preferably a DLC layer (DLC stands for Diamond Like Carbon, ie diamond-like carbon).
  • the size of the micro-embossing stamp may differ from the size of the embossing stamp assigned to the macro embossing station. In this way, smaller microembossed diffraction-active structures can be produced in a stamped image. It is possible to arrange the micro-embossing points and the macro-embossing points so that they completely overlap. It is also possible to provide only a partial overlap or to completely avoid overlapping.
  • the micro-embossing station is preferably associated with a cleaning device that keeps the micro-embossing die clean. This can be done by direct occasional cleaning of the microprye stamp and / or by cleaning the article supplied to the microgargestation.
  • a cleaning device a particle jet cleaning device is preferably provided. This can have tuyeres, by means of which a particle beam can be directed to the embossing relief of the micro-embossing stamp and / or the metal object.
  • a particle beam in particular, a dry ice jet is suitable.
  • brushes or other mechanical cleaning means may be provided which cooperate with the micro-die.
  • the device according to the invention has an application device for the protective agent.
  • the applicator is designed as a spraying device. This is preferably arranged between the micro embossing station and the relief embossing station.
  • the article may be sprayed with the protective agent at its diffraction-active embossed location when guided by a transfer device through the applicator.
  • the applicator preferably carries a liquid protective agent, which can remain liquid depending on the requirements or even curing. It protects the generated diffractive structure from destruction during embossing.
  • Fig. 1 an embossing device 1 is illustrated, which can serve for the production of combined embossed metal or other objects.
  • Combined embossing is understood to mean that the embossing image contains diffraction-active microstructures which produce color effects due to light interference in incident light and that macroscopic structural elements are also present, such as are generally present in embossed objects, such as coins or the like.
  • the embossing device contains a plurality of stations, namely a micro embossing station 2, an applicator 3 and a relief embossing station 4. Furthermore, a stamping station 5 can be provided.
  • the Mikroticiangestation 2 serves to, for example, on an existing example of metal object, such as the blank 6 after Fig.
  • the applicator 3 serves to provide the diffraction-active structure just produced with a protective agent, such as a protective fluid.
  • the relief embossing station 4 serves to attach a macroscopic embossing pattern to the metal object.
  • the punching station 5 is used for example for embossing or punching the edge of the metal object, which may be for example a coin.
  • the metal object passes through the stations 2 to 5 serially.
  • a transfer device 6 is provided, for example in the form of one or more grippers.
  • the transfer device 6 is in Fig. 1 illustrated extremely schematically.
  • the micro embossing station 2 and the relief embossing station 4 and the optional punching station 5 may be steps of a pressing tool or separate pressing tools.
  • the pressing tools can be arranged in different presses or, as is preferred, in one and the same press. For example, they each have a lower tool part 7, 8, 9. These rest, for example, on a common lower tool carrier 10. This can on be arranged a press table not further illustrated.
  • the lower tool parts 7, 8, 9 are associated with upper tool parts 11, 12, 13. These rest on a common tool carrier 14, which is fastened, for example, to the press ram.
  • the tool parts 7, 11, form the Mikro rempligestation 2.
  • One of the two tool parts 7, 11, or both, are provided with a micro-stamp 15.
  • This consists for example of hard metal with a hard material support, such as a DLC-edition.
  • a micro engraving is introduced, for example by laser ablation.
  • the structure 16 consists of microfine protrusions and recesses whose dimension is of the order of the wavelength of light so that reflected light exhibits interference and diffraction phenomena.
  • the micro embossing station 2 is preferably assigned a cleaning station 17.
  • a particle beam for example a dry ice jet
  • the applicator 3 arranged between the relief embossing station 4 and the micro embossing station 2 contains, for example, a spray nozzle 18, which is connected to a supply unit (not further illustrated) and can selectively spray a protective fluid. It is oriented in such a way that it strikes a workpiece held by, for example, the transfer device 6.
  • the relief embossing station 12 is formed as in a conventional embossing press.
  • the tool parts 12, 8 contain an engraving, in which the object M is inserted to be embossed.
  • the tool parts 9, 13 are conventional parts of a stamping station.
  • the embossing device 1 described so far operates as follows:
  • the transfer device 6 sets the blank M after Fig. 2 first in the embossing station 2 when the tool parts 7, 11 are open, that are moved away from each other.
  • the micro-embossing step follows, in which the micro-embossing stamp 15 generates a micro-embossed structure 19 on the object M, as shown in FIG Fig. 3 is indicated.
  • Fig. 4 illustrates the micro-embossed structure 19 in an idealized form. It contains the diffractive structure 16 in the form of smaller elevations 20 and recesses 21, for example in the form of webs which are half a few microns wide and one-half to a few microns high.
  • the diffraction-active structure 16 generates colored patterns with constant or even changing colors depending on the direction of light incidence when light is incident.
  • the tool consisting of the tool parts 7, 11 opens again and the transfer device 6 leads the article M out of the tool.
  • the object M is then passed through the applicator 3, that is, under the spray nozzle 18, which emits a spray at the right moment.
  • the micro-embossed structure 19, as Fig. 5 shows filled with a protective fluid 22.
  • the protective fluid may be a silicone oil, a mineral oil, a protective varnish or the like.
  • the object M at least fed to a further embossing step, as they are otherwise used in a macroscopic embossing of objects.
  • the protective fluid 22 fills out the micro-embossed structure 19 and prevents its damage or destruction.
  • Fig. 6 illustrates the article M after it has passed through the embossing station 4.
  • the micro-embossed structure 19 is superimposed on a macroscopic embossing pattern 23 in which the micro-embossing structure 19 protected by the protective fluid 22 is embedded.
  • the micro-embossed structure 19 can be slightly deformed without being destroyed.
  • the invention combines diffractive or interference active microembossing of an article with conventional macroscopic embossing by first applying diffractive structures and then macroscopic embossing structures to the article in the microprecision step. After the micro-embossing step, a protective fluid is applied to the diffractive embossing structure, which protects the micro-embossed structure from damage in the subsequent embossing process. The protective fluid can then remain on the micro-embossed structure or can be selectively removed. For this purpose, appropriate cleaning stations may be provided.

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Abstract

Die Erfindung kombiniert das beugungs- oder interferenzaktive Mikroprägen eines Gegenstands mit dem üblichen makroskopischen Prägen, indem an dem Gegenstand zuerst im Mikroprägeschritt beugungsaktive Strukturen und danach makroskopische Prägestrukturen angebracht werden. Nach dem Mikroprägeschritt wird auf die beugungsaktive Prägestruktur ein Schutzfluid aufgebracht, das die Mikroprägestruktur beim nachfolgenden Prägevorgang vor Beschädigungen schützt. Das Schutzfluid kann danach auf der Mikroprägestruktur verbleiben oder auch gezielt entfernt werden. Dazu können entsprechende Reinigungsstationen vorgesehen sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von lichtbeugenden Strukturen an Werkstücken durch Prägen.
  • Zur Erzielung farbiger optischer Effekte, Hologramme oder dergleichen auf Metalloberflächen, beispielsweise an Münzen, ist es bekannt, die Oberfläche der betreffenden Gegenstände an den gewünschten Stellen mit einer beugungsaktiven Oberflächenstruktur zu versehen. Diese erzeugt Lichtinterferenzen, die den gewünschten optischen Effekt hervorrufen. Beugungsaktive Oberflächen erfüllen dabei nicht nur dekorative Zwecke, sondern können auch dem Schutz vor Fälschung dienen. Die optische Wirkung beruht dabei auf sehr feinen, reliefartig in die jeweilige Oberfläche eingebrachten periodisch aufgebauten Gitterstrukturen. Bekanntestes Beispiel sind metallisierte Kunststofffolien mit Hologrammen, wie sie auf Scheckkarten und Geldscheinen, bei Klebesiegeln usw. zum Einsatz kommen. Während eine glatte Oberfläche einfallendes Licht reflektiert, d.h. unter einem mit dem Einfallswinkel übereinstimmenden Ausfallswinkel wieder abstrahlt, kommt es an Beugungsgittern zu einer Winkeländerung, die z.B. als Farbumschlageffekt an Hologramm-Folien beobachtet werden kann. Die Herstellung beugungsaktiver Folien beruht auf dem Prägen thermoplastischer Kunststoffe mittels galvanisch geformter Nickelstempel und anschließendem Metallisieren der Gitteroberfläche. Daneben existieren jedoch bereits verschiedene Verfahren, mit denen Beugungsgitter unmittelbar in Obeflächen metallischer Körper eingebracht werden.
  • Dazu ist beispielsweise aus der WO 2004/045866 A1 die Erzeugung solcher Oberflächenstrukturen in Metalloberflächen mittels eines Prägestempels bekannt. Dieser weist Gitter- und/oder Linienstrukturen auf, die sich beim Prägen des Werkstücks an diesem abformen. Dabei wird der Prägestempel durch einen monokristallinen Diamant gebildet, der mittels Kobalt mit einem Trägerkörper verlötet ist. Die Negativstruktur des an dem Werkstück später zu erzeugenden Beugungsgitters wird in den Prägestempel mittels eines Lasers eingearbeitet. Außerdem kann der Prägestempel mit einem Elektronen- oder einem Röntgenstrahl poliert werden.
  • Bei dieser Vorgehensweise ist die Größe der zu erzeugenden interferenzwirksamen Strukturen von vornherein auf die Größe vorhandener Diamanten begrenzt.
  • Des Weiteren offenbart die DE 100 02 644 A1 die Herstellung beugungswirksamer Reliefstrukturen auf Münzoberflächen. Dazu wird der betreffende Rohling zunächst in einem Tauchbad mit einer dünnen lichtempfindlichen Kunststoffschicht überzogen. Anschließend wird die Kunststoffschicht belichtet und entwickelt. Dadurch werden mikroskopisch feine Stellen der Münzoberfläche frei gelegt. In einem Ätzbad können dann nachfolgend mikroskopische Reliefstrukturen in die Münzoberfläche eingeätzt werden, wonach der fotoempfindliche Kunststoff wieder entfernt wird. Die DE 100 02 644 A1 offenbart darüber hinaus ein Konzept für eine fälschungssichere Münze mit beugungsoptischen, die herkömmlichen Gestaltungselemente einer Münze ergänzenden Merkmalen. Diese sollen visuell erkennbar, aber auch maschinenlesbar sein, wobei die maschinelle Erkennung der beugungsoptischen Signatur auf der Feststellung der räumlichen Lage der Beugungsmaxima beruht. Es wird ein Lesegerät vorgestellt, welches in Münzprüfer und ähnliche Geräte eingebaut ist. Kernstück dieses Lesegeräts ist eine Lichtquelle und eine darauf abgestimmt Sensorik, mit der unter anderem festgestellt wird, ob die Beugungsmaxima des von der Signatur auf der Münze abgestrahlten Lichts an der aufgrund der Wellenlänge des Lichts und der Gitterparameter der Struktur zu erwartenden Stelle auftreten.
  • Weiter ist aus der DE 197 22 575 A1 die Herstellung von interferenzfähigen Mikrostrukturen, beispielsweise zur Erzeugung von Hologrammen in Münzen oder dergleichen mittels Prägestempel, bekannt. Bei diesem Verfahren werden auf einem Prägestempel mehrere harte Schichten, beispielsweise aus Kobalt- oder Nickellegierungen abgeschieden, in die Diamantkristalle eingelagert sind. Die Schichten können durch spezielle Legierungsbäder oder Metallspritzverfahren, durch galvanische Abscheidung oder durch plasmatische Ablagerung aufgebracht sein. Die Oberflächenschicht wird durch eine diamantähnliche Schicht gebildet, die die Mikrostruktur enthält. Zur Erzeugung der Mikrostrukturen verweist die genannte Schrift allgemein auf galvanische Verfahren, Elektronen- oder Lasergravur, Feinätztechniken und direkte Gravur mittels Diamantwerkzeug.
  • Es ist nach wie vor schwierig, mit Prägewerkzeugen einerseits makroskopische Reliefstrukturen, wie sie bei Münzen üblich sind, und andererseits Beugungsstrukturen zu erzeugen.
  • Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein praktisch Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur prägetechnischen Erzeugung sowohl von Beugungsstrukturen als auch von Reliefstrukturen auf Metalloberflächen zu schaffen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine praktisch einsetzbare, kostengünstige Produktionstechnik für in Metall geprägte Diffraktogramme zum Einsatz in der Massenfertigung von Umlaufmünzen und Token bzw. Wertmarken, aber auch für die Herstellung von Sondermünzen, Medaillen und dergleichen anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wie auch den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst:
  • Die erfindungsgemäße Prägeeinrichtung dient der Bearbeitung von Metallgegenständen, wie beispielsweise Münzen. Sie enthält eine Mikroprägestation, die dazu eingerichtet ist, an dem massiven Gegenstand in einem Prägevorgang eine beugungsaktive Struktur zu erzeugen. Diese kann in einem Punkt- oder Linienmuster bestehen, das Erhebungen und Vertiefungen an der Oberfläche des Gegenstands festlegt. Die Größe dieser Strukturen liegt im Bereich der Lichtwellenlänge, so dass Beugungen und Interferenzen entstehen können. Das interferierende Licht erzeugt farbige Oberflächenbereiche. Nach der Mikroprägestation durchläuft der Gegenstand eine Auftrageinrichtung, in der auf die beugungsaktive Struktur eine Schutzschicht aufgebracht wird. Diese Schutzschicht füllt die beugungsaktiven Strukturen aus und bedeckt sie. Als Schutzschicht eignen sich Mineralöle, Silikonöle, Lacke, Farben, Kunststoffe wie Duromere, Elastomere, Lösungen aus anorganischen oder organischen Stoffen, wässrige Lösungen usw. Der mit der Schutzschicht versehene Gegenstand.wird dann einer Prägestation zugeführt, in der an dem Gegenstand ein makroskopisches Bildrelief angebracht wird. Dieses Bildrelief kann sich über den zuvor in der Mikroprägestation geprägten Bereich erstrecken. Die beugungsaktive Struktur kann dabei unverformt bleiben oder auch verformt werden. Beispielsweise kann sie mit einer konkaven oder konvexen Wölbung versehen sein. Außerdem können sich durch die beugungsaktive Struktur hindurch erstreckende makroskopische Linienstrukturen oder sonstige geometrische Elemente erzeugt werden. Die Schutzschicht sorgt dabei dafür, dass die beugungsaktive Struktur erhalten bleibt, d.h. nicht oder nur wenig beschädigt wird. Auf diese Weise gelingt die Herstellung von Metallgegenständen, wie beispielsweise Münzen, die ein makroskopisches Relief aufweisen, wie es bei Münzen üblich ist, wobei in dieses Relief die zuvor erzeugten beugungsaktiven Strukturen integriert sind. Damit gelingt die Herstellung von Metallmünzen mit unterschiedlichen Farbeffekten. Die Farbeffekte entstehen durch Interferenz des reflektierten Lichts an den beugungsaktiven Strukturen.
  • Die beugungsaktiven Strukturen können als Echtheitsmerkmal Anwendung finden. Sie können außerdem auf verschiedene andere Weise genutzt werden, wie beispielsweise als Alters- oder Abnutzungsanzeige. Beispielsweise verschwindet die Beugungsaktivität mit allmählichem Verschleiß der beugungsaktiven Struktur, beispielsweise wenn die Münze abgegriffen wird.
  • Es ist vorgesehen, die Schutzschicht nach Ausbildung des makroskopischen Reliefs zu entfernen, so dass die beugungsaktive Struktur freigelegt wird. In diesem Fall kann die Schutzschicht durch ein undurchsichtiges Material gebildet werden. Es ist aber auch möglich, eine Schutzschicht aus transparentem Material vorzusehen, das nach Fertigstellung der Münze oder des sonstigen Metallgegenstandes nicht entfernt wird. Hat das Material der Schutzschicht einen anderen Brechungsindex als Luft, kann die beugungsaktive Struktur, solange die Schutzschicht vorhanden ist, andere Farben erzeugen, als nach Entfernen der Schutzschicht. Auf diese Weise kann an entsprechenden Gegenständen gewissermaßen eine eingebaute Uhr bzw. ein Verfallsdatum angebracht werden. Löst sich die Schutzschicht bei Gebrauch des Gegenstands allmählich ab, kommt es, sobald die Schutzschicht verloren ist, zu einem Farbumschlag an der beugungsaktiven Struktur, die dann das Erreichen des Verfalldatums anzeigt.
  • Der Mikroprägestempel besteht vorzugsweise aus einem hochfesten harten Trägermaterial, wie beispielsweise Hartmetall. Auf dem Mikroprägestempel kann eine Hartstoffschicht aufgebracht sein, die ein Mikroprägerelief zur Erzeugung der beugungsaktiven Strukturen in Form beugungsaktiver Prägestellen an dem vorzugsweise aus Metall bestehenden Gegenstand aufweist. Die Hartstoffschicht ist vorzugsweise eine DLC-Schicht (DLC steht für Diamond Like Carbon, d.h. diamantähnlichem Kohlenstoff).
  • Die Größe des Mikroprägestempels kann von der Größe des der Makroprägestation zugeordneten Prägestempels abweichen. Auf diese Weise können in einem Prägebild kleinere mikrogeprägte beugungsaktive Strukturen erzeugt werden. Es ist möglich, die Mikroprägestellen und die Makroprägestellen so anzuordnen, dass sie sich vollkommen überlappen. Es ist auch möglich, eine lediglich teilweise Überlappung vorzusehen oder eine Überlappung ganz zu vermeiden.
  • Der Mikroprägestation ist vorzugsweise eine Reinigungseinrichtung zugeordnet, die den Mikroprägestempel sauber hält. Dies kann durch direkte gelegentliche Reinigung des Mikroprägestempels und/oder durch Reinigung des der Mikroprägestation zugeführten Gegenstands erfolgen. Als Reinigungseinrichtung ist vorzugsweise eine Partikelstrahlreinigungseinrichtung vorgesehen. Diese kann Blasdüsen aufweisen, mittels derer ein Partikelstrahl auf das Prägerelief des Mikroprägestempels und/oder den Metallgegenstand gerichtet werden kann. Als Partikelstrahl eignet sich insbesondere ein Trockeneisstrahl. Alternativ können Bürsten oder sonstige mechanische Reinigungseinrichtungen vorgesehen sein, die mit dem Mikroprägestempel zusammenwirken.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine Auftrageinrichtung für das Schutzmittel auf. Vorzugsweise ist die Auftrageinrichtung als Sprühvorrichtung ausgebildet. Diese ist vorzugsweise zwischen der Mikroprägestation und der Reliefprägestation angeordnet. Der Gegenstand kann an seiner beugungsaktiv geprägten Stelle mit dem Schutzmittel besprüht werden, wenn er von einer Transfereinrichtung durch die Auftrageinrichtung geführt wird.
  • Die Auftrageinrichtung trägt vorzugsweise ein flüssiges Schutzmittel auf, das je nach Anforderungen flüssig bleiben oder auch Aushärten kann. Es schützt die erzeugte beugungsaktive Struktur vor Zerstörung während des Reliefprägens.
  • Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Ansprüchen. Die Zeichnung und die Beschreibung beschränken sich auf eine schematische Wiedergabe wesentlicher Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten. Die Zeichnung ist stark schematisiert. Der Fachmann kann sie zur Ergänzung der Beschreibung heranziehen.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Prägeeinrichtung in Form eines Presswerkzeugs bzw. einer Presse in äußerst schematischer Darstellung.
    • Fig. 2 einen Gegenstand vor Durchlaufen der Prägestationen als Rohling in schematischer Seitenansicht.
    • Fig. 3 den Rohling nach Fig. 2 nach Durchlaufen der Mikroprägestation in schematischer Seitenansicht.
    • Fig. 4 die an den Metallgegenstand erzeugte beugungsaktive Struktur in vergrößerter Darstellung.
    • Fig. 5 die an dem Gegenstand nach Fig. 3 erzeugte beugungsaktive Struktur nach Aufbringen einer Schutzschicht und
    • Fig. 6 den Metallgegenstand nach Durchlaufen der Reliefprägestation in schematisierter Seitenansicht.
  • In Fig. 1 ist eine Prägeeinrichtung 1 veranschaulicht, die zur Herstellung von kombiniert geprägten Metall- oder sonstigen Gegenständen dienen kann. Unter kombinierter Prägung wird dabei verstanden, dass das Prägebild beugungsaktive Mikrostrukturen enthält, die im Auflicht Farbeffekte durch Lichtinterferenz erzeugen und dass außerdem makroskopische Strukturelemente vorhanden sind, wie sie bei geprägten Gegenständen, wie Münzen oder dergleichen allgemein vorhanden sind. Die Prägeeinrichtung enthält mehrere Stationen, nämlich eine Mikroprägestation 2, eine Auftrageinrichtung 3 und eine Relief-Prägestation 4. Desweiteren kann eine Stanzstation 5 vorgesehen sein. Die Mikroprägestation 2 dient dazu, an einem beispielsweise aus Metall bestehenden Gegenstand, wie dem Rohling 6 nach Fig. 2 eine beugungsaktive Struktur auszubilden. Die Auftrageinrichtung 3 dient dazu, die soeben erzeugte beugungsaktive Struktur mit einem Schutzmittel, wie beispielsweise einem Schutzfluid zu versehen. Die Reliefprägestation 4 dient dazu, an dem Metallgegenstand ein makroskopisches Prägemuster anzubringen. Die Stanzstation 5 dient beispielsweise zum Prägen oder Stanzen des Rands des Metallgegenstands, der beispielsweise eine Münze sein kann. Der Metallgegenstand durchläuft die Stationen 2 bis 5 seriell. Um den Werkstücktransport zu bewerkstelligen, ist eine Transfereinrichtung 6 beispielsweise in Form eines oder mehrerer Greifer vorgesehen. Die Transfereinrichtung 6 ist in Fig. 1 äußerst schematisch veranschaulicht.
  • Die Mikroprägestation 2 und die Reliefprägestation 4 sowie die optionale Stanzstation 5 können Stufen eines Presswerkzeugs oder gesonderte Presswerkzeuge sein. Die Presswerkzeuge können in unterschiedlichen Pressen oder wie es bevorzugt wird, in ein und derselben Presse angeordnet sein. Sie weisen beispielsweise jeweils einen unteren Werkzeugteil 7, 8, 9 auf. Diese ruhen z.B. auf einem gemeinsamen unteren Werkzeugträger 10. Dieser kann auf einem nicht weiter veranschaulichten Pressentisch angeordnet sein.
  • Den unteren Werkzeugteilen 7, 8, 9 sind obere Werkzeugteile 11, 12, 13 zugeordnet. Diese ruhen an einem gemeinsamen Werkzeugträger 14, der beispielsweise an dem Pressenstößel befestigt ist.
  • Die Werkzeugteile 7, 11, bilden die Mikroprägestation 2. Einer der beiden Werkzeugteile 7, 11, oder auch beide, sind mit einem Mikroprägestempel 15 versehen. Dieser besteht beispielsweise aus Hartmetall mit einer Hartstoffauflage, beispielsweise einer DLC-Auflage. In die DLC-Auflage ist eine Mikrogravur beispielsweise durch Laserablation eingebracht. Diese erzeugt beim Abdruck auf dem Metallgegenstand M eine beugungsaktive Struktur 16, wie sie beispielsweise aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Struktur 16 besteht aus mikrofeinen Vorsprüngen und Ausnehmungen, deren Dimension in der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegt, so dass reflektiertes Licht Interferenz und Beugungserscheinungen zeigt. Der Mikroprägestation 2 ist vorzugsweise eine Reinigungsstation 17 zugeordnet. Diese enthält z.B. eine Düse, die dazu eingerichtet ist, einen Partikelstrahl, beispielsweise einen Trockeneisstrahl auf die strukturierte Stirnfläche des Mikroprägestempels 15 zu richten, um diesen sauber zu halten. Dies kann nach jedem Presshub oder auch von Zeit zu Zeit oder bedarfsorientiert erfolgen.
  • Die zwischen der Reliefprägestation 4 und der Mikroprägestation 2 angeordnete Auftrageinrichtung 3 enthält beispielsweise eine Sprühdüse 18, die an eine nicht weiter veranschaulichte Versorgungseinheit angeschlossen ist und gezielt ein Schutzfluid aussprühen kann. Sie ist so orientiert, dass sie dabei ein z.B. von der Transfereinrichtung 6 gehaltenes Werkstück trifft.
  • Die Reliefprägestation 12 ist wie bei einer herkömmlichen Prägepresse ausgebildet. Die Werkzeugteile 12, 8 enthalten eine Gravur, in die der Gegenstand M eingelegt wird, um geprägt zu werden. Die Werkzeugteile 9, 13 sind herkömmliche Teile einer Stanzstation.
  • Die insoweit beschriebene Prägeeinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
  • Die Transfereinrichtung 6 legt den Rohling M nach Fig. 2 zunächst in die Prägestation 2 ein, wenn die Werkzeugteile 7, 11 offen sind, d.h. voneinander wegbewegt sind. Wenn die Transfereinrichtung 6 aus dem Werkzeug ausgefahren ist, folgt der Mikroprägeschritt, in dem der Mikroprägestempel 15 an dem Gegenstand M eine Mikroprägestruktur 19 erzeugt, wie sie in Fig. 3 angedeutet ist. Fig. 4 veranschaulicht die Mikroprägestruktur 19 in idealisierter Form. Sie enthält die beugungsaktive Struktur 16 in Form kleinerer Erhebungen 20 und Ausnehmungen 21, z.B. in Form von Stegen, die einen halben bis wenige Mikrometer breit und einen halben bis wenige Mikrometer hoch sind. Die beugungsaktive Struktur 16 erzeugt bei Lichteinfall farbige Muster mit konstanten oder auch wechselnden Farben je nach Lichteinfallsrichtung.
  • Ist die Mikroprägestruktur 19 ausgebildet, öffnet das aus den Werkzeugteilen 7, 11 bestehende Werkzeug wieder und die Transfereinrichtung 6 führt den Gegenstand M aus dem Werkzeug heraus. Der Gegenstand M wird dann durch die Auftrageinrichtung 3, d.h. unter der Sprühdüse 18 hindurchgeführt, die im richtigen Moment einen Sprühstoß abgibt. Dadurch wird die Mikroprägestruktur 19, wie Fig. 5 zeigt, mit einem Schutzfluid 22 gefüllt. Das Schutzfluid kann ein Silikonöl, ein Mineralöl, ein Schutzlack oder dergleichen sein. Danach wird der Gegenstand M zumindest einem weiteren Prägeschritt zugeführt, wie sie auch sonst bei einer makroskopischen Prägung von Gegenständen angewandt werden. Das Schutzfluid 22 füllt dabei die Mikroprägestruktur 19 aus und verhindert deren Beschädigung oder Zerstörung.
  • Fig. 6 veranschaulicht den Gegenstand M nachdem er die Prägestation 4 durchlaufen hat. Der Mikroprägestruktur 19 ist ein makroskopisches Prägemuster 23 überlagert, in das die durch das Schutzfluid 22 geschützte Mikroprägestruktur 19 eingebettet ist. Die Mikroprägestruktur 19 kann dabei etwas verformt werden, ohne zerstört zu werden.
  • Die Erfindung kombiniert das beugungs- oder interferenzaktive Mikroprägen eines Gegenstands mit dem üblichen makroskopischen Prägen, indem an dem Gegenstand zuerst im Mikroprägeschritt beugungsaktive Strukturen und danach makroskopische Prägestrukturen angebracht werden. Nach dem Mikroprägeschritt wird auf die beugungsaktive Prägestruktur ein Schutzfluid aufgebracht, das die Mikroprägestruktur beim nachfolgenden Prägevorgang vor Beschädigungen schützt. Das Schutzfluid kann danach auf der Mikroprägestruktur verbleiben oder auch gezielt entfernt werden. Dazu können entsprechende Reinigungsstationen vorgesehen sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Prägeeinrichtung
    2
    Mikroprägestation
    3
    Auftrageinrichtung
    4
    Reliefprägestation
    5
    Stanzstation
    6
    Transfereinrichtung
    7
    Werkzeugteil
    8
    Werkzeugteil
    9
    Werkzeugteil
    10
    Werkzeugträger
    11
    Werkzeugteil
    12
    Werkzeugteil
    13
    Werkzeugteil
    14
    Werkzeugträger
    15
    Mikroprägestempel
    16
    Struktur
    17
    Reinigungsstation
    18
    Sprühdüse
    19
    Mikroprägestruktur
    20
    Erhebung
    21
    Ausnehmung
    22
    Schutzfluid
    23
    Prägemuster

Claims (18)

  1. Prägeeinrichtung (1) zur Bearbeitung Metallgegenständen (M), insbesondere Münzen,
    mit einer Mikroprägestation (2), die wenigstens einen Mikroprägestempel (15) zur prägetechnischen Erzeugung einer beugungsaktiven Struktur (16) an einem massiven Gegenstand (M) aufweist,
    mit einer Auftrageinrichtung (3) zum Aufbringen einer Schutzschicht (22) auf den in der Mikroprägestation (2) geprägten Gegenstand (M),
    mit einer Prägestation (3), die wenigstens einen Prägestempel (12) mit einem makroskopischen Bildrelief aufweist.
  2. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprägestempel (15) aus einem hochfesten harten Trägermaterial, vorzugsweise Hartmetall besteht.
  3. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Mikroprägestempel (15) eine Hartstoffschicht aufgebracht ist, die ein Mikroprägerelief (19) zur Erzeugung der beugungsaktiv Strukturen (16) an dem Gegenstand (M) aufweist enthält.
  4. Prägeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (8) eine DLC-Schicht ist.
  5. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprägestation (2) eine Reinigungseinrichtung (17) zugeordnet ist.
  6. Prägeeinrichtüng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (17) eine Partikelstrahlreinigungseinrichtung mit Blasdüsen ist, mittels derer ein Partikelstrahl auf das Prägerelief des Mikroprägestempels (15) und/oder den Metallgegenstand (M) gerichtet werden kann.
  7. Prägeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung Blasdüsen aufweist, mittels derer ein Partikelstrahl vor dem Prägevorgang auf Werkstück gerichtet werden kann.
  8. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung eine Bürste aufweist, die bei offenem Werkzeug über das Prägerelief streicht.
  9. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor vorgesehen ist, mittels dessen eine Steuereinrichtung die Produktionsqualität überwacht.
  10. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinrichtung (3) eine Sprüheinrichtung (18) mit wenigstens einer Sprühdüse ist, um wenigstens auf die im Prägevorgang erzeugte beugungsaktive Struktur (16) ein Schutzmittel (22) aufzusprühen.
  11. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinrichtung (3) eine Schutzflüssigkeit (22) aufbringt, die die Vertiefungen der beugungsaktiven Struktur (16) ausfüllt.
  12. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinrichtung (3) auf den Metallgegenstand (M) Silikonöl, einen Schutzlack oder ein sonstiges fluides Schutzmittel aufbringt.
  13. Prägeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das fluide Schutzmittel (22) so beschaffen ist, dass es nach dem Auftragen aushärtet.
  14. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fluide Schutzmittel (22) so beschaffen ist, dass es nach dem Auftragen nicht aushärtet.
  15. Prägeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fluide Schutzmittel (22) optisch durchsichtig ist.
  16. Verfahren zur Bearbeitung eines Metallgegenstandes mit folgenden Schritten:
    Bereitstellen eines Metallgegenstandes (M) und Einführen desselben in eine Mikroprägestation (2),
    Durchführen eines Mikroprägeschritts zur Ausbildung einer Beugungsstruktur an dem Metallgegenstand (M),
    Aufbringen einer Schutzmittelschicht (22) zumindest auf die im Mikroprägevorgang erzeugte Beugungsstruktur (16),
    Überführen des Metallgegenstandes (M) in eine Reliefprägestation (4),
    Durchführen eines Reliefprägeschritts zur Erzeugung eines makroskopischen Prägereliefs (23), das die Beugungsstruktur (16) enthält.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzmittelschicht (22) nach Durchführung des Reliefprägeschritts von dem Metallgegenstand (M) entfernt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzmittelschicht (22) vor oder nach Durchführung des Reliefprägeschritts ausgehärtet wird.
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