WO2006128607A2 - Datenträger und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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WO2006128607A2
WO2006128607A2 PCT/EP2006/004819 EP2006004819W WO2006128607A2 WO 2006128607 A2 WO2006128607 A2 WO 2006128607A2 EP 2006004819 W EP2006004819 W EP 2006004819W WO 2006128607 A2 WO2006128607 A2 WO 2006128607A2
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Definitions

  • the invention relates to a data carrier, in particular a valuable document or a security paper, with a substrate and a coating applied to the substrate, in which by the action of laser radiation markings in the form of patterns, letters, numbers or images are introduced.
  • the invention also relates to a method and a device for producing such a data carrier.
  • Security documents such as banknotes, stocks, bonds, certificates, vouchers, checks, tickets and the like, are usually provided with an individualizing identifier, such as a serial number. To increase safety, this number plate is often applied several times to the value document. For example, banknotes are double-dotted so that each banknote half is uniquely identifiable. The two numbers are usually the same.
  • Identity cards have long been provided with laser marking with an individual identification.
  • marking by laser engraving the optical properties of the card material in the form of a desired marking are irreversibly changed by suitable guidance of a laser beam.
  • the publication DE 3048 733 A1 describes an identification card with applied information which has different colored layer areas arranged one above the other on a surface and which are at least partially interrupted by visually recognizable personalization data.
  • the present invention seeks to propose a data carrier of the type mentioned, which can be provided in a simple manner with an individual identification with high security against counterfeiting.
  • the label should take up little space on the disk and can be easily integrated into existing designs or print images.
  • the substrate is pressed during or after the application of the at least partially permeable layer
  • e is applied to the applied coating with laser radiation of the selected laser radiation spectrum to produce the visually recognizable markings at least in the absorbent layer.
  • the high pressure of compressing the substrate provides a particularly good bond between the at least partially transparent ink and the substrate so that the absorbent layer can be removed in the subsequent labeling step e). without destroying the partially transparent print layer.
  • the individual marking can thus, as usual and expedient, only be used at the end of the time required for the production of the data carrier. be introduced different pressure passages.
  • the appearance of the viewer appears to the observer as if the marking had already been introduced in a work step at the beginning of the production chain. This allows designs with a visually appealing overall impression and leads to a high security against counterfeiting, since such an individual marking can not be adjusted by a subsequently applied printing layer.
  • the at least partly permeable layer is applied in step c) by intaglio printing and the substrate is pressed in the process.
  • the substrate is blind-embossed after the application of the absorbent layer and the at least partially permeable layer.
  • Another preferred way to compress the printed substrate is to subject the substrate to a calendering step after the application of the absorbent and the at least partially permeable layer.
  • the at least partly permeable layer in step c) is advantageously printed in the form of fine structures, in particular in the form of guilloches, microtext, graphic elements or the like.
  • the absorbent layer is preferably printed in step b) and is particularly preferably printed by screen printing, for example with a metallic effect color, such as a silver or gold color.
  • a coated or uncoated film can also be applied as an absorbing layer.
  • a coated film a colored, even at the selected laser wavelength non-absorbing Foil, which is provided with a thin metal layer, such as a vapor-deposited aluminum layer.
  • the absorbent layer in step b) can also be applied in subregions with different printing methods or printing parameters, so that the subregions are influenced differently by the laser radiation during laser application in step e).
  • a first portion of the absorbent layer can be imprinted in intaglio and a second portion in the Nylloprint process.
  • the second subregion is then removed together with the underlying absorbent layer, while the first subregion remains through the crimping.
  • the laser parameters in step e) can be selected such that the at least partially transparent layer remains completely intact during the laser application.
  • embossings in particular embossings obtained without ink guide, can be obtained by a suitable choice of the laser parameters in the application in step e), whereby the safety of the overall element is further increased.
  • the laser parameters may also be varied during the exposure in step e) to partially allow the embossments in the coating to be partially removed.
  • the application of laser radiation in step e) is advantageously carried out from the front side of the substrate, ie from the substrate side, on which the absorbing layer and the partially permeable layer are applied.
  • the absorbent layer and the at least partially permeable layer can be applied to each other completely or partially overlapping. Before and / or after the application of laser radiation, a protective layer can furthermore be applied.
  • the selection of the laser radiation spectrum in step a) is typically carried out by selecting a suitable laser wavelength.
  • a suitable laser wavelength As the laser source, an infrared laser in the wavelength range of 0.8 ⁇ m to 3 ⁇ m, in particular a Nd: YAG laser, is advantageously used for the identification in step e).
  • the laser beam is expediently guided over the substrate during the application at a speed of more than 1 m / s, preferably of more than 4 m / s, particularly preferably of more than 10 m / s, in order to achieve the high processing speeds in securities printing Take into account.
  • the invention also includes a data carrier of the type mentioned above, the coating containing a laser radiation absorbing layer and disposed over the absorbent layer, for the laser radiation at least partially transmissive print layer and wherein the printed substrate during or after the printing of the at least partially permeable layer is compressed.
  • the at least partially transparent layer is formed by a gravure printing layer.
  • the at least partially permeable layer contains a color mixture which has a mixture component which absorbs the laser radiation and a mixture component which is transparent for the laser radiation.
  • the absorbing mixture component may for example be bleached, vaporized, changed in its reflection properties or converted by a chemical reaction into a material having different optical properties. But it is also possible that the absorbing mixture component undergoes no recognizable changes to the naked eye when exposed to laser radiation.
  • the color mixture preferably contains optically variable color pigments, in particular optically variable liquid-crystal pigments or a transparent intaglio printing ink, and, for example, optically variable interference-layer pigments for the absorbing mixture component.
  • color components which are irreversible in their optical properties, such as an intaglio printing ink, a metallic effect ink or metallic pigments, a luminescent color or luminescent pigments, luster pigments or a thermochromic color, are also suitable for the absorbing mixture component.
  • the labeling in step e) does not change the optical properties of the absorbent mixture component, but that the color mixture contains a color component which interacts with the absorbent mixture component and indirectly effects its optical properties, namely through the absorption of the laser radiation the absorbing mixture component, in particular the local temperature deviation caused thereby in the coating, are irreversibly changed.
  • the color mixture contains, for example, carbon black, graphite, ⁇ O 2 or an infrared absorber.
  • the at least partially permeable layer is preferably printed in the form of fine structures, in particular in the form of guilloches, microtext, graphic elements or the like.
  • the absorbent layer is expediently designed as a solid surface. It may in particular be formed by a printing layer, for example a screen printing layer or by a coated or uncoated film.
  • the absorbing layer contains a color mixture which, in the manner described above, has a mixture component absorbing the laser radiation and a mixture component transparent to the laser radiation.
  • the coating has optically variable properties. It may also contain one or more protective layers applied before or after the laser application.
  • the absorbent layer and the at least partially transmissive layer may completely or partially overlap one another in all embodiments.
  • the coating can contain a further layer which is at least partially permeable to the laser radiation and which is exposed by the marking in method step e).
  • the further layer can contain, for example, visually recognizable features in the region of the markings, by certain viewing conditions, such as UV illumination, activatable features and / or machine-readable features.
  • the substrate of the data carrier may be a paper substrate, such as a cotton paper, or a plastic substrate, such as a PET or PP film.
  • the data carrier represents a security element, a banknote, a document of value, a passport, an identity card, a document or another product protection means.
  • the invention also includes a printing machine with a laser system for carrying out the method described above.
  • the laser system is arranged over a printing cylinder of the printing press to pressurize the data carrier to be marked on the printing cylinder with laser radiation.
  • the laser system is designed for the vibrations occurring in the printing press during printing. This can be done, for example, by designing the laser system with a supporting frame, which is designed according to a finite element method analysis of the vibrations that occur so that the laser system also carries out the vibrations of the printing press without being rocked.
  • the laser system advantageously contains at least one identification laser with a horizontally arranged laser resonator, which is connected via a beam tube to a scan head for deflecting the laser beam.
  • the laser system contains more than one marking laser, for example 2, 4 or 6 marking lasers.
  • the laser system is vertically movable between one or more working positions for laser exposure of the data carrier and a maintenance position, wherein the printing cylinder and subsequent inking units of the printing press are accessible in the maintenance position.
  • the laser system further advantageously has a Abschirrnkarnmer arranged directly above the printing cylinder, which shields the laser radiation and is designed for the extraction of the gases and dusts resulting from the marking.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a marked bill according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through the banknote of FIG. 1 along the line II-II in the region of the marking
  • 3 is a plan view of the marking of a banknote according to another embodiment of the invention
  • 4 is a plan view of the marking of a banknote according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a cross section through the banknote of FIG. 4 along the line V-V in the region of the marking
  • 6 and 7 is a plan view and a cross section through a document of value according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 11 is a schematic representation of a Vektorlaserbeschrifters for labeling according to the invention of data carriers
  • Fig. 13 is a schematic view of a printing machine, which is provided with a laser system according to the invention for the identification of banknotes and the like, and
  • Fig. 14 the laser system of Fig. 13 in cross section.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a banknote 10, on whose front side a coating 12 is applied, in which by the action of an infrared laser beam a 4, in the embodiment in the form of the number sequence "1234.”
  • Fig. 2 shows a cross section through the banknote 10 along the line II-II of Fig. 1 in the region of the marking 14th
  • the coating 12 applied to the paper substrate 20 of the banknote 10 contains two partial layers: a first layer 22 which absorbs the laser radiation of the infrared laser used for identification and a second layer 24 which is used for the one Laser radiation is transparent.
  • the laser radiation incident from the front side of the substrate passes through the transparent second layer 24 and generates the marking 14 in the absorbing first layer 22.
  • the absorbing layer 22 can be locally bleached, evaporated, for example their reflection or absorption properties changed or converted by a chemical reaction in a material with different optical properties.
  • the second, transparent layer 24 also remains in the area of the characteristic drawing 14. This is inventively achieved in that the substrate 20 is compressed during or after the printing of the second layer 24. As a result of the pressure occurring in the present case, a particularly stable connection of printing layer 24 and substrate 20 is produced, which makes it possible to introduce a marking into the absorbing layer 22 without destroying the transparent layer 24.
  • the pressing of the substrate is achieved in the embodiment of Figures 1 and 2, characterized in that the transparent layer 24 imprinted by intaglio printing with a high pressure of, for example, 50,000 kPa becomes.
  • the Stichtief printing technique allows a relatively thick application of paint compared to other common printing techniques.
  • the thick ink layer 24 together with the partial deformation 26 of the paper surface which comes about when the paper is pressed into the engraving of the printing plate, can easily be felt manually even by the layman and thus can easily be recognized as an authenticity feature by virtue of its tactility.
  • FIG. 3 shows a plan view of a banknote 30 designed according to the invention.
  • an Nd: Y AG laser with a wavelength of 1.064 ⁇ m is used, as described in detail below.
  • a silver-colored effect ink layer 32 in the form of a coin is first applied to the banknote substrate by screen printing over the entire surface.
  • the effect color layer 32 forms the layer absorbing the selected infrared laser radiation.
  • a portrait 34 which is shown only diagrammatically in FIG. 3, is then blind embossed in the effect color layer with a gravure printing plate, and a guilloche-shaped edge pattern 36 is imprinted in intaglio printing.
  • the marking area is then lasered from the printed side of the banknote 30 and a desired marking 38, for example in the form of a serial number or another individualizing identifier, is produced in the effect layer 32.
  • the marking 38 is shown schematically as a numerical sequence "12345.” Due to its high absorption, the silver effect color 32 is completely removed in the irradiated region 38, so that the marking emerges in high contrast and especially in transmitted light in a high contrast. Furthermore, in the areas 38, the intaglio printing ink of the edge pattern 36 lying above the effect layer 32 and transparent to the laser radiation can be recognized, which was not destroyed due to the good connection of printing ink and paper during laser application.
  • FIG. 4 shows a plan view of a detail of a banknote according to the invention
  • Fig. 5 shows a section along the line V-V of Fig. 4 in the region of the label.
  • a colored line-shaped imprint 42 which is transparent to the laser radiation used for marking, is first applied to the paper substrate 40 of the banknote.
  • This print can be printed, for example, in the nyloprint process.
  • the imprint 42 is overprinted with an effect color layer 44 which absorbs the selected laser wavelength.
  • the printed substrate is printed with an engraving ink 46 which is transparent to the laser radiation and at the same time compressed.
  • the layer sequence is printed from the printed side with laser radiation of a previously selected wave length, for example 1.064 ⁇ m, in order to introduce the desired marking 48, represented in the exemplary embodiment by the number sequence "1234."
  • the absorbing effect color layer 44 is locally removed by the action of the laser radiation, so that the laser radiation below and from the laser radiation
  • the intaglio printing ink 46 is likewise transparent to the laser radiation and, owing to the good adhesion to the paper achieved by the pressing, is also retained in the lasered areas 48, resulting in an image impression as shown in FIG.
  • the imprint 42 can also be executed, for example, in iris printing, the color transition of which is exposed in the marking areas.
  • the imprint may also include features that are invisible to the naked eye and are only activated and / or visualized by certain lighting conditions, such as UV irradiation. Other, in particular machine-readable features can also be provided.
  • the absorbent layer 22 or 44 of the embodiments of FIGS. 2 or 5 may also be implemented in iris printing, with two colors being suitably used for the iris printing which differ in their absorption behavior at the selected laser wavelength. In the labeling step, different appearances can then be generated for the two colors. The two colors used may appear to be the same color in the visible spectral range and differ only by their infrared absorption at laser wavelength.
  • a color section may be used for the at least partially permeable layer 24 or 46 in the steel pass. which is invisible to the human eye but results in different absorption at the IR laser wavelength.
  • the partially transmissive layer can thus be removed in subregions with high IR absorption, while remaining in subregions with low IR absorption.
  • FIGS. 6 and 7 show a further embodiment of the invention, in which instead of a transparent layer, an only partially permeable layer is printed, which also partially absorbs the laser radiation.
  • FIG. 6 shows a plan view
  • FIG. 7 shows a cross section through a value document according to the invention.
  • the embossing of the layers by the intaglio printing, as indicated in FIGS. 2 and 5, is no longer shown in the following figures for the sake of simplicity, even if intaglio printing processes are used.
  • a laser radiation absorbing layer 52 for example a full-area silver-colored screen printing layer
  • a laser radiation partially transparent marking layer 54 in the form of a fine line pattern.
  • the marking layer 54 consists of a color mixture of two mixture components 56 and 58, wherein one of the mixture components 56 is transparent to the radiation of the infrared laser used subsequently to the marking, while the other mixture component 58 absorbs the laser radiation.
  • the color mixture consists of a bright, for the laser beam Transparent base paint 56, the absorbent soot particles 58 are mixed.
  • the marking layer 54 was irradiated with the marking laser with suitably selected laser parameters, whereby the absorbing mixture component 58 was removed, changed or deactivated by the action of the laser radiation.
  • the absorbent mixture component 58 is, for example, bleached, evaporated, changed in its reflection properties or converted by a chemical reaction into a material having other optical properties, so that the optical properties of the color mixture in the region 60 irreversibly changed by the irradiation become.
  • Possible effects include, inter alia, a color change, the generation of a color change, the lightening of a color, the change in the tilt of an effect color mixture or the local change in the polarization properties or the luminescence properties of the marking layer 54.
  • the soot particles 58 are removed from the color mixture when exposed to laser radiation, so that only the light color 56 remains in the irradiated area 60, as can be seen in the plan view of FIG.
  • the laser radiation in the region 60 passes through the partially transmissive layer 54 and also produces a visually perceptible change in the absorbing layer 52, as described above.
  • the marking 60 which in the exemplary embodiment is represented as a number sequence "12" is written in register in the two layers 52 and 54. Since the line pattern formed by the marking layer 54 was printed in a single work step, the bright pattern parts and dark ones stand Sample parts within or outside of the label 60 in perfect register with each other. In this way creates a passers situation that can not be adjusted with conventional methods.
  • an absorbent marking layer 72 is printed on a substrate 70, which is a color mixture of two mixture components 74 and 76 of the type just described.
  • a layer 78 transparent to the laser radiation is printed via this marking layer, which layer can be printed, for example, by intaglio printing, as described above.
  • the substrate may be subjected to a calendering step to compress the printed substrate.
  • the absorbent mixture component 76 is removed from the marking layer 72, changed or deactivated, and thus introduced the marking in the coating.
  • the transparent layer 78 also remains in the loaded region 80 due to the good adhesion between ink and paper.
  • FIG. 9 shows a banknote 90 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the absorbent layer 92 is formed in this embodiment by a colored film 94 which is vapor-deposited with a thin aluminum layer 96.
  • a layer 98 transparent to the laser radiation is again printed on the coated film, the printed substrate being pressed during or after this printing process.
  • the banknote is subjected to infrared laser radiation in the desired regions 100, whereby the aluminum layer 96 is locally vaporized or vaporized a transparent modification is converted. Again, the transparent layer 98 is retained.
  • FIG. 10 shows a configuration in which both the absorbent layer 110 and the partially permeable layer 120 are formed by a color mixture of two mixture components of the type described above and in each case a mixture component 112 or 122 transparent to the laser radiation absorbent blend components 114 and 124, respectively.
  • the printed substrate is calendered and thereby pressed.
  • the absorbent mixture components 114 and 124 of the two layers in the applied marking region 116 are removed, changed or deactivated, so that this region shows a mixed color which contrasts sharply with the surrounding color.
  • Fig. 11 shows schematically the scan head 200 of a vector laser marker, with which a substrate 202 to be marked is provided with a serial number 204 or another individualizing marking.
  • the substrate 202 may be an already finished value document, a sheet with multiple benefits of a value document, or a security paper in an endless form.
  • An infrared laser beam 220 is generated in the laser resonator 222 between the rearview mirror and the output mirror and limited by a mode diaphragm 224 to a specific beam diameter and certain spatially distributed vibration states, the so-called modes.
  • the decoupled beam 226 passes through a beam-widening telescope 228, passing as on Beam 206 extends the input aperture 212 of scanning head 200 and is deflected by two movable mirrors 208, one of the mirrors producing the deflection in the x direction and the other mirror producing the deflection in the y direction.
  • a plan field lens 210 focuses the laser beam 206 onto the substrate 202, where it produces a mark in the applied coating in the manner described above.
  • the beam expansion telescope 228 is used to ensure good beam focusability. The larger the widening, the better the focusability through the plan field lens 210 at the end of the
  • Beam path However, larger expansion requires the use of larger scanner mirrors 208, which have greater inertia and thus result in slower beam deflection.
  • the beam spread is preferably adjusted so that the beam waist in which the light beams are parallel is in the plane of the plan field lens 210, resulting in good focusability of the beam.
  • Another adjustment option is to adjust the beam waist to the input aperture 212 of the scan head 200 to avoid losses at the edge of the beam pattern; this results in a higher beam intensity on the substrate 202.
  • the plane-field lenses used typically have focal lengths between 100 and 420 mm, with a focal length of about 160 mm being currently preferred.
  • the substrate 202 moves at a certain speed v during the marking process. This velocity is detected by sensors and transmitted to a computer to control the movement of the mirrors 208 to compensate for the substrate velocity v at the marking.
  • This labeling process Therefore, it can be used particularly advantageously for the contactless identification of value documents, which are processed at high speeds, as usual in printing shops.
  • the labeling field on the substrate 202 typically has the size of a banknote.
  • the caption field may be formed by an ellipse having axis lengths of about 190 mm and about 140 mm.
  • radiation sources may be C ⁇ 2 lasers, Nd: Y AG lasers or other types of lasers in the wavelength range from UV to far-infrared, the lasers often also advantageously having frequency doubling or triplication.
  • laser sources in the near infrared and in particular Nd: YAG lasers with a fundamental wavelength of 1064 nm are preferably used, since this wavelength range fits well with the absorption properties of the substrates and printing inks used.
  • the spot size of the laser radiation can be varied from a few micrometers to a few millimeters, for example by changing the distance between the field lens 210 and the substrate 202. In most cases, the spot size is on the order of 100 ⁇ m.
  • the spot size can be selectively changed to produce fine markers with high energy density or wider markers with lower energy density.
  • the beam widening 228 can be adjusted such that the beam waist lies in the plane of the plane field lens 210.
  • the beam diameter must be in this case may be reduced by mode aperture 224 to prevent the edge of the beam image from reaching the edge of the input aperture. The total energy of the beam can thereby be reduced. Energy density and total energy in turn affect the nature and appearance of the markers.
  • the scan head 200 can either be attached directly to the laser or the laser light is passed through a light guide or beam deflections to the scan head. Beam deflections are currently preferred because the power and beam quality losses are very low.
  • the continuous power of the laser markers used is typically between a few watts and a few 100 watts.
  • Nd: Y AG lasers can be operated with laser diodes for lower overall power with smaller dimensions and high beam quality, or with pump lamps for high outputs.
  • the markings are advantageously carried out with very fast moving galvanometers, which can guide the beam over the substrate at more than 1 m / s, preferably at more than 4 m / s.
  • Particularly preferred and especially suitable for effects that do not require a large total energy are speeds above 10 m / s. At these speeds, only a small proportion of energy is deposited per distance in the substrate or the coating, so that advantageously lamp-pumped Nd: Y AG lasers with a power of about 100 watts are used.
  • Examples of typical labeling parameters and settings are: A mode aperture with an opening between 1 and 5 mm, preferably 2 mm; a beam spread that is between 3 and 9f, preferably 4.5 times; adjusting the focus of the beam-expanding telescope so as to obtain maximum power throughput at the input aperture of the scan head; a scan head designed for beam apertures between 7 and 15 mm, preferably about 10 mm; a field lens having a focal length between 100 and 420 mm, preferably about 163 mm; a working distance between lens and substrate, which is chosen so that a certain defocusing by a smaller beam distance, as it corresponds to the focal length arises; and pulse frequencies that are between 20 kHz and continuous operation.
  • the labeling results can be varied within a wide range.
  • the labeling parameters such as the laser power, exposure time, spot size, labeling speed, working mode of the laser, etc.
  • the labeling results can be varied within a wide range.
  • laser-shaped markings such as a lettering, or flat markings filled with a line pattern can be generated by the laser.
  • the laser power is advantageously set to a value between 50 and 100 W, preferably about 80 W, and the travel speed of the laser beam to a value between 2 and 10 m / s, preferably about 7 m / s, set.
  • the laser power is advantageously between 50 and 100 W, preferably about 95 W, and the travel speed of the laser beam is set at a value between 5 and 30 m / s, preferably at about 20 m / s. set.
  • the line spacing of the individual lines forming the surface pattern is advantageously between 50 and 380 ⁇ m, more preferably between 180 and 250 ⁇ m.
  • lasering from the rear side of the substrate is also possible. In this case, it is advantageous if the substrate 202 has the lowest possible absorption at the laser wavelength.
  • the laser parameters can also be changed during the laser so that different effects result.
  • the pulse repetition frequency can be changed during pulsed laser during the process so that the partially transparent layer is removed in certain areas.
  • Banknotes or value carriers are usually printed in sheet form, but it is also possible to print on webs. In general, when printing on sheets, lower register variations can be achieved, which are on the order of +/- 1.5 mm.
  • the individual notes also referred to below as individual benefits, are arranged in rows of benefits alongside each other.
  • the laser marking devices are mounted so as to be associated with a row of use, as shown in FIG. 12.
  • Fig. 12 shows a laser marker 230 in which a sheet 232 having a plurality of lasers is simultaneously provided with a laser mark and a laser modification area.
  • the bend 232 has six columns and six rows, so that on this arc 36
  • Single-use 234 are arranged on banknotes or other data carriers.
  • the bow moves in the direction of the arrow.
  • a laser tube 236 is arranged above the printed sheet 232, which, together with the associated scan head 238, respectively, are arranged in the individual slots arranged in this column 234 generates the laser marks or modifications.
  • the throughput can be greatly increased, since not a single laser beam must be moved over the entire sheet, but only a movement in the boundaries of the columns of the sheet is required.
  • the application of the individual benefits takes place, as described in FIG. 11, via the deflection of the laser radiation by means of mirrors contained in the scan heads 238.
  • the typical speed of a sheet-fed press is 10,000 Bg / h. Depending on the embodiment, this corresponds to web speeds of 2 m / s to 3.3 m / s. These web speeds are also achieved when printing web-like materials. Since the laser marking process is to be adapted in its speed to the typical conditions of a printing line, the markings must be able to be made on substrates which move at the said speeds. The optionally made detection of the printed image must take place at these speeds.
  • FIG. 13 shows a schematic view of a printing machine 250 which is provided with a laser system 270 according to the invention for marking notes and the like.
  • the laser system 270 itself is shown in more detail in cross-section in FIG.
  • the printing press 250 has a flaker feeder 252, a printing tower 254 with a stop drum 256 for receiving the sheets, a printing cylinder 258 and inking units 260, and a tray 262.
  • the impression cylinder 258 has portions of the circumference which receive two sheets (black in Fig. 13) and breaks (white in Fig. 13).
  • the paper feeder 252 may already have printed paper sheets which are only to be lasered and which pass through the printing machine 250 only for the introduction of the markings. Due to the design of the laser system 270 according to the invention, however, it is now also possible to both print and to load the paper sheets in the printing press 250.
  • the printing process carried out together with the lasering may in particular be a numbering of already printed banknotesheets or a general printing step, for example an intaglio printing.
  • the inventors have now found that the most accessible location for the laser is the printing cylinder 258.
  • the sheets are laid one on top of the other, so that the next fed sheet is guided among the following.
  • the sheets are "free fluttering", that is fixed only at the gripper edge, until they lie on the stack.
  • the printing cylinder 258 also has the advantage of the cylindrical elements that the circumference is dimensioned for two sheets and therefore has the least curvature. The smaller the curvature, the lower the distortions that must be compensated, and the less the change in beam diameter due to the changing distance of the plan field lens 210 (FIG. 11) and the signature.
  • a particular advantage of the construction of the laser system 270 is that the feeder 252 and the printing cylinder 258 with its paper guide and the subsequent inking units 260 remain accessible. As a result, conventional numerals, in particular also simultaneously with the laser, can be carried out with the printing press 250. An arrangement of the serstrom 270 above the feeder 252 is unfavorable for this reason.
  • the resonator 222 and the scan head 200 of each of the lasers are spatially separated according to the invention, since the laser resonators 222 can not be tilted, but must be installed horizontally for a controlled flow of cooling water.
  • mirrors or optical fibers can be used to guide the laser beam out of the resonator 222 into the scan head 200.
  • optical fibers have the disadvantage that the beam quality deteriorates and power losses occur.
  • the parameter range is limited because too strong pulses, as can occur in Q-switched pulse lasers, destroy the light guide.
  • mirrors 272 are used, which are arranged at the corners of jet tubes 274.
  • FIG. 14 only one laser is shown, but it should be understood that in practice several, for example, six lasers are arranged one after the other, as shown in FIG.
  • the frame of the laser system 270 consists of a reinforced frame 276, which was designed according to a finite element method analysis of the vibrations occurring.
  • the aim is that the laser with the simultaneous printing unavoidable vibrations of the printing machine 250 perform without being rocked.
  • the frame 276 is mounted over the housing of the inking units 260 such that the cooling water conduits of the lasers point in the direction of the cantilever, and is attached to the screw threads for cranes for transporting the printing press 250, which provide a large force absorption.
  • the frame 276 is formed in two parts, wherein in an outer frame, an inner frame is suspended.
  • the outer frame can be rapidly reciprocated between a plurality of detent positions and an upper position by means of externally mounted gas springs (not shown).
  • an awning crank and a winch can be used.
  • the detent positions are assigned to the different possible focal lengths of the plane field lenses 210 and thus to the different working distances.
  • the inner frame is finely adjustable, for example, by means of cranks in height and in angle, in order to allow an exact adjustment of the height of the plane field lens 210 and the direction of the radiation 206.
  • the altitude can be displayed by scales and is therefore exactly reproducible. Due to the locking positions, this adjustment is not lost, for example, when working on the inking units 260, the laser should be moved back up and back.
  • the resonators 222 are disposed on plates 278 which can be displaced together with the radiant tubes 274 to align the labeling units on the rows of benefits.
  • a shielding chamber 280 is arranged, which shields the laser radiation and serves for the extraction of the resulting gases and dusts via pipes, not shown in the figure.
  • the shielding chamber 280 is mounted so that its position is not changed at the different locking positions for the standard working distances; Only at the position for working on the inking unit 260 is it driven upwards.
  • the shielding chamber 280 closes off to the impression cylinder 258 with laser light impermeable brushes and to the scan heads 200 by means of bellows 282.
  • the laser is controlled by a sensor for detecting the sheet or pressure and by measuring the speed.
  • the sheet edge sensor is a high-precision and fast reflection light scanner.
  • the speed of the printing cylinder 258 is tapped off by means of periodically magnetized belts, which were introduced under the supports of the printing cylinder, by means of a magnetic pushbutton.
  • the printing cylinder has yes parts of the circumference on which no bow comes to rest.
  • the scan achieves a resolution of 25 ⁇ m.
  • the assumption of a constant speed is not possible because the various simultaneous operations of the printing press 250 are typically driven by a central motor and therefore the sheet travel is subject to periodic variations.
  • the reflection light switch signal is fed to a "trigger box", which controls the lasers, and can be programmed so that, for laser applications, the starting distance, as measured by the magnetic tapes, and the spacing of the sequential marks can each be entered independently from a computer program ,
  • a blocking for further signals of the reflection light scanner can be determined either as a blocking distance or by a determination of the sheet position by the magnetic tapes. In this case, only after one end of the magnetic tape (and thus the end of the sheet) a start signal is allowed and blocked from a start signal until it reaches an end of the magnetic tape.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Datenträger, insbesondere Wertdokument oder Sicherheitspapier, mit einem Substrat (20) und einer auf dem Substrat auf gebrachten Beschichtung (12), in die durch Einwirkung von Laserstrahlung Kennzeichnungen (14) in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern eingebracht sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Beschichtung (12) eine die Laserstrahlung absorbierende Schicht (22) und eine über der absorbierenden Schicht angeordnete, für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Druckschicht (24) enthält, und dass das bedruckte Substrat während oder nach dem Aufdrucken der zumindest teilweise durchlässigen Schicht (24) verpresst (26) ist.

Description

Datenträger und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Datenträger, insbesondere ein Wertdokument oder ein Sicherheitspapier, mit einem Substrat und einer auf dem Substrat aufgebrachten Beschichtung, in die durch Einwirkung von Laserstrahlung Kennzeichnungen in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern eingebracht sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Datenträgers.
Wertdokumente, wie Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gutscheine, Schecks, Eintrittskarten und dergleichen, sind in der Regel mit einem individualisierenden Kennzeichen, wie etwa einer Seriennummer, versehen. Zur Erhöhung der Sicherheit ist dieses Kennzeichen oft mehrfach auf dem Wert- dokument aufgebracht. Beispielsweise sind Banknoten zweifach geziffert, so dass jede Banknotenhälfte eindeutig identifizierbar ist. Die beiden Ziffern lauten dabei in der Regel gleich.
Ausweiskarten werden bereits seit längerem mittels Lasergravur mit einer individuellen Kennzeichnung versehen. Bei der Kennzeichnung durch Lasergravur werden durch geeignete Führung eines Laserstrahls die optischen Eigenschaften des Kartenmaterials in Gestalt einer gewünschten Kennzeichnung irreversibel verändert. Beispielsweise ist in der Druckschrift DE 3048 733 Al eine Ausweiskarte mit aufgebrachten Informationen be- schrieben, die auf einer Oberfläche unterschiedliche farbige und übereinander angeordnete Schichtbereiche aufweist, die zumindest teilweise durch visuell erkennbare Personalisierungsdaten unterbrochen sind.
Zentralbanken und Banknotendesigner fordern, auf Banknoten mehr Platz für Sicherheitsmerkmale zu schaffen. Die Zifferung konkurriert dabei ebenso wie die Individualisierung durch Laserbeschriftung mit anderen Sicher- heitsmerkmalen um den zu Verfügung stehenden Platz auf der Banknote. Das Problem tritt verstärkt bei der Aufwertung bestehender Banknotenserien auf, bei denen das Design im Wesentlichen nicht geändert werden soll.
Eine konventionelle Ziff erung benötigt einen weißen oder zumindest hellen Untergrund, der zudem nicht im Stichtiefdruck ausgeführt sein darf, da sonst Farbreste in die Ziffernlaufwerke gelangen und deren Funktion beeinträchtigen können. Bedingt durch die üblichen Passerschwankungen muss daher ein relativ großer Platz für die Zifferung vorgehalten werden.
Auch bei einer Laserziff erung muss ein bestimmter Platz im Design speziell für die Zifferung bereitgestellt werden, wenn andere Druckbestandteile oder Sicherheitselemente nicht gestört werden sollen, da bei der Lasermarkierung von übereinander angeordneten Schichtenfolgen in der Regel mit den absor- bierenden Farbschichten auch darüber liegende, nicht absorbierende Überdrucke mit entfernt werden.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Datenträger der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der in einfacher Weise mit einer individuellen Kennzeichnung mit hoher Fälschungssicherheit versehen werden kann. Insbesondere soll die Kennzeichnung wenig Platz auf dem Datenträger beanspruchen und sich leicht in bestehende Designs oder Druckbilder integrieren lassen.
Diese Aufgabe wird durch den Datenträger und das Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Nach der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Datenträgers mit einer visuell erkennbaren Kennzeichnung in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern
a) ein vorbestimmtes Laserstrahlungsspektrum ausgewählt,
b) auf das Substrat des Datenträgers eine für die Laserstrahlung absorbierende Schicht aufgebracht,
c) über die absorbierende Schicht eine für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Schicht aufgedruckt,
d) das Substrat während oder nach dem Aufbringen der zumindest teilweise durchlässigen Schicht verpresst, und
e) die aufgebrachte Beschichtung mit Laserstrahlung des ausgewählten Laserstrahlungsspektrums beaufschlagt, um die visuell erkennbaren Kennzeichnungen zumindest in der absorbierenden Schicht zu erzeugen.
Ohne an eine bestimmte Erklärung gebunden zu sein, wird nach gegenwärtigem Verständnis durch den hohen Druck beim Verpressen des Substrats eine besonders gute Verbindung der zumindest teildurchlässigen Druckfarbe mit dem Substrat geschaffen, so dass die absorbierende Schicht im nachfol- genden Kennzeichnungsschritt e) entfernt werden kann, ohne die teildurchlässige Druckschicht zu zerstören.
Die individuelle Kennzeichnung kann somit, wie üblich und zweckmäßig, erst am Ende der für die Herstellung des Datenträgers erforderlichen ver- schiedenen Druckdurchgänge eingebracht werden. Gleichzeitig wirkt das Erscheinungsbild aufgrund der noch über der Kennzeichnung angeordneten teildurchlässigen Schicht für den Betrachter so, als sei die Kennzeichnung bereits in einem am Anfang der Produktionskette stehenden Arbeitsschritt eingebracht worden. Dies ermöglicht Designs mit einem optisch ansprechenden Gesamteindruck und führt zu einer hohen Fälschungssicherheit, da sich eine derartige individuelle Kennzeichnung nicht durch eine nachträglich aufgebrachte Druckschicht nachstellen lässt.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird die zumindest teildurchlässige Schicht in Schritt c) mittels Stichtiefdruck aufgebracht und das Substrat dabei verpresst. Nach einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Variante wird das Substrat nach dem Aufbringen der absorbierenden und der zumindest teildurchlässigen Schicht blind verprägt. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit, das bedruckte Substrat zu verpressen, besteht darin, das Substrat nach dem Aufbringen der absorbierenden und der zumindest teildurchlässigen Schicht einem Kalandrierungsschritt zu unterwerfen.
In allen Verfahrensvarianten wird die zumindest teildurchlässige Schicht in Schritt c) mit Vorteil in Form feiner Strukturen, insbesondere in Form von Guillochen, Mikrotext, graphischen Elementen oder dergleichen, aufgedruckt.
Die absorbierende Schicht wird in Schritt b) bevorzugt aufgedruckt und wird besonders bevorzugt mittels Siebdruck aufgedruckt, beispielsweise mit einer metallischen Effektfarbe, wie einer Silber- oder Goldfarbe. Alternativ kann in Schritt b) auch eine beschichtete oder unbeschichtete Folie als absorbierende Schicht aufgebracht werden. Beispielsweise kann als beschichtete Folie eine farbige, selbst bei der ausgewählten Laserwellenlänge nicht absorbierende Folie verwendet werden, die mit einer dünnen Metallschicht, wie etwa einer aufgedampften Aluminiumschicht, versehen ist. In allen Varianten bietet es sich besonders an, die absorbierende Schicht in Schritt b) als Vollfläche auszubilden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die absorbierende Schicht in Schritt b) in Teilbereichen auch mit verschiedenen Druckverfahren oder Druckparametern aufgebracht werden, so dass die Teilbereiche bei der Laserbeaufschlagung in Schritt e) von der Laserstrahlung unter- schiedlich beeinflusst werden. Beispielsweise kann ein erster Teilbereich der absorbierenden Schicht im Stichtiefdruck und ein zweiter Teilbereich im Ny- loprint- Verfahren aufgedruckt werden. Bei der Kennzeichnung in Schritt e) wird der zweite Teilbereich dann zusammen mit der darunter liegenden absorbierenden Schicht entfernt, während der erste Teilbereich durch die Ver- pressung bestehen bleibt.
Wie erwähnt, können die Laserparameter in Schritt e) so gewählt werden, dass die zumindest teildurchlässige Schicht bei der Laserbeaufschlagung vollständig bestehen bleibt. Es ist jedoch auch möglich, die Laserparameter während der Beaufschlagung in Schritt e) zu verändern, um die teildurchlässige Schicht teilweise bestehen zu lassen und teilweise zu entfernen.
Weiter können Prägungen, insbesondere ohne Farbführung erhaltene Prägungen, durch geeignete Wahl der Laserparameter bei der Beaufschlagung in Schritt e) erhalten werden, wodurch die Sicherheit des Gesamtelements weiter erhöht wird. Alternativ können die Laserparameter während der Beaufschlagung in Schritt e) auch verändert werden, um die Prägungen in der Beschichtung teilweise bestehen zu lassen und teilweise zu entfernen. Die Beaufschlagung mit Laserstrahlung in Schritt e) erfolgt mit Vorteil von der Substratvorderseite her, also von der Substratseite her, auf der die absorbierende Schicht und die teildurchlässige Schicht aufgebracht sind. Es ist jedoch auch möglich, die Laserbeaufschlagung von der Substratrückseite her vorzunehmen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Substrat bei der Laserwellenlänge eine möglichst geringe Absorption aufweist.
Die absorbierende Schicht und die zumindest teilweise durchlässige Schicht können einander ganz oder teilweise überlappend aufgebracht werden. Vor und/ oder nach der Beaufschlagung mit Laserstrahlung kann darüber hinaus eine Schutzschicht aufgebracht werden.
Die Auswahl des Laserstrahlungsspektrums in Schritt a) erfolgt typischerweise durch Auswahl einer geeigneten Laserwellenlänge. Als Laserquelle wird für die Kennzeichnung in Schritt e) mit Vorteil ein Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 μm bis 3 μm, insbesondere ein Nd:YAG-Laser, verwendet. Der Laserstrahl wird bei der Beaufschlagung zweckmäßig mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1 m/s, bevorzugt von mehr als 4 m/s, besonders bevorzugt von mehr als 10 m/s, über das Substrat geführt, um den ho- hen Verarbeitungsgeschwindigkeiten im Wertpapierdruck Rechnung zu tragen.
Die Erfindung enthält auch einen Datenträger der eingangs genannten Art, dessen Beschichtung eine die Laserstrahlung absorbierende Schicht und eine über der absorbierenden Schicht angeordnete, für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Druckschicht enthält und bei dem das bedruckte Substrat während oder nach dem Aufdrucken der zumindest teilweise durchlässigen Schicht verpresst ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest teildurchlässige Schicht durch eine Stichtiefdruckschicht gebildet. In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung enthält die zumindest teildurchlässige Schicht ein Farbgemisch, das eine die Laserstrahlung absorbierende Gemischkom- ponente und eine für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente aufweist.
Wie weiter unten im Detail erläutert, kann die absorbierende Gemischkomponente unter der Einwirkung der Laserstrahlung beispielsweise gebleicht, verdampft, in ihren Reflexionseigenschaften verändert oder durch eine chemische Reaktion in ein Material mit anderen optischen Eigenschaften umgewandelt werden. Es ist aber auch möglich, dass die absorbierende Gemischkomponente bei Einwirkung von Laserstrahlung keine für das bloße Auge erkennbare Veränderungen erfährt. Vorzugsweise enthält das Farbgemisch optisch variable Farbpigmente, wobei als für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente insbesondere optisch variable Flüssigkristallpigmente oder eine transparente Stichtiefdruckfarbe, und für die absorbierende Gemischkomponente beispielsweise optisch variable Interferenzschichtpigmente inf rage kommen. Auch andere, in ihren optischen Eigenschaften irrever- sible veränderbare Farbkomponenten, wie etwa eine Stichtiefdruckfarbe, eine Metalleffektfarbe oder metallische Pigmente, eine lumineszierende Farbe oder lumineszierende Pigmente, Glanzpigmente oder eine thermochrome Farbe, kommen für die absorbierende Gemischkomponente in Betracht.
Es ist auch möglich, dass sich bei der Kennzeichnung in Schritt e) nicht die optischen Eigenschaften der absorbierenden Gemischkomponente verändern, sondern dass das Farbgemisch eine mit der absorbierenden Gemischkomponente zusammenwirkende Farbkomponente enthält, deren optische Eigenschaften indirekt, nämlich durch die Absorption der Laserstrahlung in der absorbierenden Gemischkomponente, insbesondere den dadurch hervorgerufen lokalen Temperaturhub in der Beschichtung, irreversibel verändert werden.
Als eine solche zusammenwirkende Farbkomponente kommen insbesondere selbst nicht absorbierende Farbkomponenten, wie etwa bestimmte Stichtiefdruckfarben, lumineszierende Farben oder lumineszierende Pigmente, Glanzpigmente oder thermochrome Farben, infrage. Als absorbierende Gemischkomponente enthält das Farbgemisch beispielsweise Ruß, Graphit, ΗO2 oder einen Infrarot-Absorber.
Die zumindest teildurchlässige Schicht ist bevorzugt in Form feiner Strukturen, insbesondere in Form von Guillochen, Mikrotext, graphischen Elementen oder dergleichen, aufgedruckt.
Die absorbierende Schicht ist dagegen zweckmäßig als Vollfläche ausgebildet. Sie kann insbesondere durch eine Druckschicht, beispielsweise eine Siebdruckschicht oder durch eine beschichtete oder unbeschichtete Folie gebildet sein. In einer weitern Erfindungsvariante enthält die absorbierende Schicht ein Farbgemisch, das in der oben beschriebenen Art eine die Laserstrahlung absorbierende Gemischkomponente und eine für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente aufweist.
Die Beschichtung weist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung optisch vari- able Eigenschaften auf. Auch kann sie eine oder mehrere Schutzschichten enthalten, die vor oder nach der Laserbeaufschlagung aufgebracht werden. Die absorbierende Schicht und die zumindest teilweise durchlässige Schicht können einander in allen Ausgestaltungen ganz oder teilweise überlappen. Unterhalb der absorbierenden Schicht kann die Beschichtung eine weitere, für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Schicht enthalten, die durch die Kennzeichnung im Verfahrensschritt e) freigelegt wird. Die weitere Schicht kann in Bereich der Kennzeichnungen beispielsweise visuell erkennbare Merkmale, durch bestimmte Betrachtungsbedingungen, wie etwa UV-Beleuchtung, aktivierbare Merkmale und/ oder maschinenlesbare Merkmale enthalten.
Als Substrat des Datenträgers kann ein Papiersubstrat, wie etwa ein Baum- wollpapier, oder ein Kunststoff substrat, wie eine PET- oder PP-Folie, zum Einsatz kommen. Mit Vorteil stellt der Datenträger ein Sicherheitselement eine Banknote, ein Wertdokument, einen Pass, eine Ausweiskarte, eine Urkunde oder ein anderes Produktschutzmittel dar.
Die Erfindung enthält auch eine Druckmaschine mit einer Laseranlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Die Laseranlage ist dabei über einem Druckzylinder der Druckmaschine angeordnet, um die zu kennzeichnenden Datenträger am Druckzylinder mit Laserstrahlung zu beaufschlagen. Vorzugsweise ist die Laseranlage auf die in der Druckmaschine beim Druckvorgang auftretenden Schwingungen ausgelegt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Laseranlage mit einem tragenden Rahmen ausgebildet wird, der entsprechend einer Finite-Elemente-Methode- Analyse der auftretenden Schwingungen so ausgelegt wird, dass die Laseranlage die Schwingungen der Druckmaschine mit ausführt, ohne aufge- schaukelt zu werden.
Die Laseranlage enthält mit Vorteil zumindest einen Kennzeichnungslaser mit einem waagrecht angeordneten Laserresonator, der über ein Strahlrohr mit einem Scankopf zur Ablenkung des Laserstrahls verbunden ist. In zweckmäßigen Ausgestaltungen enthält die Laseranlage mehr als einen Kennzeichnungslaser, beispielsweise 2, 4 oder 6 Kennzeichnungslaser.
Bevorzugt ist die Laseranlage zwischen einer oder mehreren Arbeitspositio- nen zur Laserbeaufschlagung der Datenträger und einer Wartungsposition vertikal bewegbar, wobei der Druckzylinder und nachfolgende Farbwerke der Druckmaschine in der Wartungsposition zugänglich sind.
Die Laseranlage weist vorteilhaft weiter eine unmittelbar über dem Druckzy- linder angeordnete Abschirrnkarnmer auf, die Laser Strahlung abschirmt und auf die Absaugung der bei der Kennzeichnung entstehenden Gase und Stäube ausgelegt ist.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nach- folgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß- stabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gekennzeichneten Banknote nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Banknote von Fig. 1 entlang der Linie II-II im Bereich der Kennzeichnung,
Fig. 3 eine Aufsicht auf die Kennzeichnung einer Banknote nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4 eine Aufsicht auf die Kennzeichnung einer Banknote nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Banknote von Fig. 4 entlang der Linie V-V im Bereich der Kennzeichnung,
Fig. 6 und 7 eine Aufsicht auf bzw. einen Querschnitt durch ein Wertdokument nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 8 bis 10 Querschnitte von Banknoten nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung,
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Vektorlaserbeschrifters zur erfindungsgemäßen Kennzeichnung von Datenträgern,
Fig. 12 eine schematische Darstellung von Vektor-Laserbeschrif tern zur Beschriftung eines Wertpapierbogens,
Fig. 13 eine schematische Ansicht einer Druckmaschine, die mit einer erfindungsgemäßen Laseranlage zur Kennzeichnung von Banknoten und dergleichen versehen ist, und
Fig. 14 die Laseranlage der Fig. 13 im Querschnitt.
Das Grundprinzip der Erfindung wird nun zunächst anhand der Figuren 1 und 2 am Beispiel einer Banknote erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Banknote 10, auf deren Vorderseite eine Beschichtung 12 aufgebracht ist, in die durch die Einwirkung eines Infrarot-Laserstrahls eine Kennzeichnung 14, im Ausführungsbeispiel in Form der Ziffernfolge „1234", eingebracht ist. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Banknote 10 entlang der Linie II-II von Fig. 1 im Bereich der Kennzeichnung 14.
Wie in Zusammenschau der Figuren 1 und 2 zu erkennen, enthält die auf das Papiersubstrat 20 der Banknote 10 aufgebrachte Beschichtung 12 zwei Teilschichten: eine erste Schicht 22, die die Laserstrahlung des zur Kennzeichnung verwendeten Infrarotlasers absorbiert und eine zweite Schicht 24, die für die verwendete Laserstrahlung transparent ist.
Bei der Laserbeaufschlagung greift die von der Vorderseite des Substrats einfallende Laserstrahlung durch die transparente zweite Schicht 24 hindurch und erzeugt in der absorbierenden ersten Schicht 22 die Kennzeichnung 14. Je nach verwendetem Material kann die absorbierende Schicht 22 dabei bei- spielsweise lokal gebleicht, verdampft, in ihren Reflexions- oder Absorptionseigenschaften verändert oder durch eine chemische Reaktion in ein Material mit abweichenden optischen Eigenschaften umgewandelt werden.
Die zweite, transparente Schicht 24 bleibt dabei auch im Bereich der Kenn- Zeichnung 14 erhalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Substrat 20 während oder nach dem Aufdrucken der zweiten Schicht 24 verpresst wird. Durch den dabei auftretenden Druck wird nach gegenwärtigem Verständnis eine besonders stabile Verbindung von Druckschicht 24 und Substrat 20 erzeugt, die es erlaubt, eine Kennzeichnung in die absorbie- rende Schicht 22 einzubringen, ohne die transparente Schicht 24 zu zerstören.
Das Verpressen des Substrats wird im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 dadurch erreicht, dass die transparente Schicht 24 im Stichtiefdruckverfahren mit einem hohen Druck von beispielsweise 50.000 kPa aufgedruckt wird. Die Stichtief drucktechnik lässt im Vergleich zu anderen gängigen Drucktechniken einen relativ dicken Farbauftrag zu. Die dicke Farbschicht 24 ist zusammen mit der partiellen Verformung 26 der Papieroberfläche, die durch das Einpressen des Papiers in die Gravur der Druckplatte zustande kommt, auch für den Laien leicht manuell fühlbar und so anhand ihrer Takti- lität als Echtheitsmerkmal einfach zu erkennen.
Ein komplexeres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt, die eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäß gestaltete Banknote 30 zeigt. Zur Kenn- Zeichnung der Banknote 30 wird beispielsweise ein Nd:Y AG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,064 μm verwendet, wie weiter unten im Detail beschrieben.
Bei der Herstellung der Banknote 30 wird auf das Banknotensubstrat zu- nächst im Siebdruckverfahren vollflächig eine silberfarbene Effektfarbschicht 32 in Form einer Münze aufgebracht. Die Effektfarbschicht 32 bildet dabei die für die ausgewählte Infrarot-Laserstrahlung absorbierende Schicht. In die Effektfarbschicht wird anschließend mit einer Stichtiefdruckplatte ein in Fig. 3 nur schematisch dargestelltes Portrait 34 blind geprägt und ein guillo- chenförmiges Randmuster 36 im Stichtiefdruck aufgedruckt.
Dann wird der Kennzeichnungsbereich von der bedruckten Seite der Banknote 30 her belasert und dabei in der Effektschicht 32 eine gewünschte Kennzeichnung 38, beispielsweise in Form eine Seriennummer oder ein anderes individualisierendes Kennzeichen, erzeugt. Im Ausführungsbeispiel ist die Kennzeichnung 38 schematisch als Ziffernfolge „12345" dargestellt. Aufgrund ihrer hohen Absorption ist die silberne Effektfarbe 32 im belaserten Bereich 38 vollständig entfernt, so dass die Kennzeichnung im Auflicht und besonders im Durchlicht kontrastreich hervortritt. Weiter ist in den Bereichen 38 noch die über der Effektschicht 32 liegende, für die Laserstrahlung transparente Stichtiefdruckfarbe des Randmusters 36 zu erkennen, die aufgrund der durch den höhen Druck entstandenen guten Verbindung von Druckfarbe und Papier bei der Laserbeaufschlagung nicht zerstört wurde. Auf diese Weise entsteht eine individuelle Kennzeichnung 38 im Druckbild, die, obwohl sie erst am Ende der verschiedenen Druckdurchgänge der Banknote eingebracht wurde, für den Betrachter so wirkt, als sei sie bereits in einem früheren Arbeitsschritt ausgeführt worden. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Fälschungssicherheit, da der Aufwand für Nachstellungen erheblich ist, und die Kennzeichnung 38 wegen der sie teilweise überdeckenden Druckschicht 36 nicht nachträglich mit weißer oder heller Farbe aufgedruckt werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt, wobei Fig. 4 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Banknote und Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V von Fig. 4 im Bereich der Kennzeichnung zeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf das Papiersubstrat 40 der Banknote zunächst ein farbiger linienf örmiger Aufdruck 42 aufgebracht, der für die zur Kennzeichnung verwendete Laserstrahlung transparent ist. Dieser Aufdruck kann beispielsweise im Nyloprint- Verfahren aufgedruckt sein. Der Aufdruck 42 ist mit einer Effektfarbschicht 44 überdruckt, die die ausgewählte Laserwellenlänge absorbiert. Dann wird das bedruckte Substrat mit einer für die Laserstrahlung transparenten Stichtiefdruckfarbe 46 bedruckt und dabei zugleich verpresst.
Im nachfolgenden Kennzeichnungsschritt wird die Schichtenfolge von der bedruckten Seite her mit Laserstrahlung einer zuvor ausgewählten Wellen- länge, beispielsweise 1,064 μm, beaufschlagt, um die gewünschte Kennzeichnung 48, im Ausführungsbeispiel durch die Ziffernfolge „1234" dargestellt, einzubringen. Die absorbierende Effektfarbschicht 44 wird durch die Einwirkung der Laserstrahlung lokal entfernt, so dass der darunter liegende und von der Laserstrahlung wegen seiner Transparenz nicht beeinflusste Aufdruck 42 sichtbar wird. Die Stichtiefdruckfarbe 46 ist für die Laserstrahlung ebenfalls transparent und bleibt aufgrund der durch die Verpressung erreichten guten Haftung zum Papier auch in den belaserten Bereichen 48 erhalten, so dass sich ein Bildeindruck wie in Fig.4 gezeigt ergibt.
In anderen Varianten kann der Aufdruck 42 beispielsweise auch im Irisdruck ausgeführt werden, dessen Farbübergang in den Kennzeichnungsbereichen freigelegt wird. Der Aufdruck kann auch Merkmale enthalten, die für das bloße Auge unsichtbar sind und erst durch bestimmte Beleuchtungsbedin- gungen, wie etwa UV-Bestrahlung, aktiviert und/ oder sichtbar gemacht werden. Auch andere, insbesondere maschinenlesbare Merkmale können vorgesehen sein.
In ähnlicher Weise kann auch die absorbierende Schicht 22 oder 44 der Aus- führungsbeispiele der Figuren 2 oder 5 im Irisdruck ausgeführt sein, wobei für den Irisdruck zweckmäßig zwei Farben verwendet werden, die sich in ihrem Absorptionsverhalten bei der ausgewählten Laserwellenlänge unterscheiden. Im Kennzeichnungsschritt lassen sich dann unterschiedliche Erscheinungsbilder für die beiden Farben erzeugen. Die beiden verwendeten Farben können im sichtbaren Spektralbereich farbtongleich erscheinen und sich nur durch ihre Infrarot- Absorption bei Laserwellenlänge unterscheiden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann für die zumindest teilweise durchlässige Schicht 24 oder 46 im Stahlstich ein Farbschnitt verwendet wer- den, der für das menschliche Auge unsichtbar ist, jedoch bei der IR-Laser- wellenlänge zu einer unterschiedlichen Absorption führt. Die teilweise durchlässige Schicht kann auf diese Weise in Teilbereichen mit hoher IR- Absorption entfernt werden, während sie in Teilbereichen mit niedriger IR- Absorption bestehen bleibt.
Die Figuren 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem anstelle einer transparenten Schicht eine nur teilweise durchlässige Schicht aufgedruckt ist, welche die Laserstrahlung auch teilweise absorbiert. Fig. 6 zeigt dabei eine Aufsicht, Fig. 7 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wertdokument. Die in den Figuren 2 und 5 angedeutete Ver- prägung der Schichten durch den Stichtiefdruck ist in den nachfolgenden Figuren der Einfachheit halber nicht mehr dargestellt, auch wenn Stichtiefdruckverfahren zum Einsatz kommen.
Auf einem Substrat 50, beispielsweise einer Banknote oder eines anderen Wertdokuments, ist zunächst eine die Laserstrahlung absorbierende Schicht 52, beispielsweise eine vollflächige silberfarbene Siebdruckschicht, aufgebracht. Auf diese absorbierende Schicht 52 ist eine für die Laserstrahlung teilweise durchlässige Markierungsschicht 54 in Form eines feinen Linienmusters aufgedruckt. Je nach farblicher Ausgestaltung der Schicht 52 und des feinen Linienmusters 54 ist letztere im Überlappungsbereich mehr oder weniger deutlich mit bloßem Auge erkennbar. Die Markierungsschicht 54 besteht aus einem Farbgemisch aus zwei Gemischkomponenten 56 und 58, wobei eine der Gemischkomponenten 56 für die Strahlung des nachfolgend zur Markierung verwendeten Infrarotlasers transparent ist, während die andere Gemischkomponente 58 die Laserstrahlung absorbiert. Im Ausführungsbeispiel besteht das Farbgemisch aus einer hellen, für die Laserstrah- lung transparenten Grundfarbe 56, der absorbierende Rußpartikel 58 beigemischt sind.
Im Bereich 60 wurde die Markierungsschicht 54 mit dem Markierungslaser mit geeignet gewählten Laserparametern bestrahlt, wodurch die absorbierende Gemischkomponente 58 durch die Einwirkung der Laserstrahlung entfernt, verändert oder deaktiviert wurde. Je nach verwendetem Material wird die absorbierende Gemischkomponente 58 dabei beispielsweise gebleicht, verdampft, in ihren Reflexionseigenschaften verändert oder durch eine che- mische Reaktion in ein Material mit anderen optischen Eigenschaften umgewandelt, so dass durch die Bestrahlung die optischen Eigenschaften des Farbgemisches im Bereich 60 irreversibel verändert werden. Als mögliche Effekte kommen dabei unter anderem eine Farbveränderung, die Erzeugung eines Farbumschlags, das Aufhellen einer Farbe, die Änderung der Kippf ar- be eines Effektfarbengemisches oder die lokale Änderung der Polarisationseigenschaften oder der Lumineszenzeigenschaften der Markierungsschicht 54 infrage. Im Ausführungsbeispiel werden die Rußpartikel 58 bei Beaufschlagung mit Laserstrahlung aus dem Farbgemisch entfernt, so dass in dem bestrahlten Bereich 60 lediglich die helle Farbe 56 übrig bleibt, wie in der Aufsicht der Fig. 6 zu erkennen.
Zusätzlich zur Veränderung der Markierungsschicht 54 selbst greift die Laserstrahlung im Bereich 60 durch die teilweise durchlässige Schicht 54 hindurch und erzeugt in der absorbierenden Schicht 52 ebenfalls eine visuell wahrnehmbare Änderung, wie oben bereits beschrieben. Die Kennzeichnung 60, die im Ausführungsbeispiel als Ziffernfolge „12" dargestellt ist, wird so passergenau in die beiden Schichten 52 und 54 eingeschrieben. Da das von der Markierungsschicht 54 gebildete Linienmuster in einem einzigen Arbeitsschritt aufgedruckt wurde, stehen die hellen Musterteile und dunklen Musterteile innerhalb bzw. außerhalb der Kennzeichnung 60 im perfekten Register zueinander. Auf diese Weise entsteht eine Passersituation, die mit herkömmlichen Verfahren nicht nachgestellt werden kann.
Bei dem in Fig. 8 im Querschnitt dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf einem Substrat 70 eine absorbierende Markierungsschicht 72 aufgedruckt, die ein Farbgemisch aus zwei Gemischkomponenten 74 und 76 der eben beschriebenen Art gebildet ist. Über diese Markierungsschicht ist eine für die Laserstrahlung transparente Schicht 78 gedruckt, die beispielsweise im Stichtiefdruckverfahren aufgedruckt sein kann, wie oben geschildert. Alternativ kann das Substrat auch nach dem Aufbringen einer nicht-prägenden Druckschicht 78 einem Kalandrierungsschritt unterworfen werden, um das gedruckte Substrat zu verpressen.
Bei der nachfolgenden Laserbeaufschlagung des bedruckten Substrats im Bereich 80 wird die absorbierende Gemischkomponente 76 aus der Markierungsschicht 72 entfernt, verändert oder deaktiviert, und so die Kennzeichnung in die Beschichtung eingebracht. Die transparente Schicht 78 bleibt dabei aufgrund der guten Haftung zwischen Farbe und Papier auch im bela- serten Bereich 80 erhalten.
Fig. 9 zeigt eine Banknote 90 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die absorbierende Schicht 92 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine farbige Folie 94 gebildet, die mit einer dünnen Aluminiumschicht 96 bedampft ist. Auf die beschichtete Folie ist wieder eine für die Laserstrahlung transparente Schicht 98 aufgedruckt, wobei das bedruckte Substrat bei oder nach diesem Druckvorgang verpresst wird. Zur Kennzeichnung wird die Banknote in den gewünschten Bereichen 100 mit Infrarot-Laserstrahlung beaufschlagt, wodurch die Aluminiumschicht 96 lokal verdampft oder in eine transparente Modifikation umgewandelt wird. Auch hier bleibt die transparente Schicht 98 erhalten.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 10 zeigt eine Gestaltung, bei der sowohl die absorbierenden Schicht 110 als auch die teilweise durchlässige Schicht 120 durch ein Farbgemisch aus zwei Gemischkomponenten der oben beschriebenen Art gebildet ist und jeweils eine für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente 112 bzw. 122 und eine absorbierende Gemischkomponente 114 bzw. 124 enthalten. Nach dem Aufbringen der beiden Schichten HO7 120 wird das bedruckte Substrat kalandriert und dadurch verpresst.
Nach der Laserbestrahlung sind die absorbierenden Gemischkomponenten 114 und 124 der beiden Schichten im beaufschlagten Kennzeichnungsbereich 116 entfernt, verändert oder deaktiviert, so dass dieser Bereich eine Mischfarbe zeigt, die sich von der Umgebungsfarbe kontrastreich abhebt.
Fig. 11 zeigt schematisch den Scankopf 200 eines Vektorlaserbeschrifters, mit welchem ein zu kennzeichnendes Substrat 202 mit einer Seriennummer 204 oder einer anderen individualisierenden Kennzeichnung versehen wird. Das Substrat 202 kann ein bereits fertig geschnittenes Wertdokument, ein Bogen mit mehreren Nutzen eines Wertdokuments oder ein Sicherheitspapier in Endlosform sein.
Ein Infrarot-Laserstrahl 220 wird im Laserresonator 222 zwischen Rückspiegel und Auskoppelspiegel erzeugt und mit einer Modenblende 224 auf einen bestimmten Strahldurchmesser und bestimmte, räumlich verteilte Schwin- gungszustände, die so genannten Moden, eingeschränkt. Der ausgekoppelte Strahl 226 läuft durch ein Strahlaufweitungsteleskop 228, passiert als auf ge- weiteter Strahl 206 die Eingangsapertur 212 des Scankopfes 200 und wird über zwei bewegliche Spiegel 208 abgelenkt, wobei einer der Spiegel die Ablenkung in x- Richtung, der andere Spiegel die Ablenkung in y-Richtung erzeugt. Eine Planfeldlinse 210 fokussiert den Laserstrahl 206 auf das Substrat 202, wo er in der oben beschriebenen Art und Weise eine Kennzeichnung in der beaufschlagten Beschichtung erzeugt.
Das Strahlaufweitungsteleskop 228 wird verwendet, um eine gute Fokus- sierbarkeit des Strahls zu gewährleisten. Je größer die Aufweitung, desto besser ist die Fokussierbarkeit durch die Planfeldlinse 210 am Ende des
Strahlengangs. Allerdings muss bei größerer Aufweitung auch mit größeren Scannerspiegeln 208 gearbeitet werden, die eine größere Trägheit aufweisen und somit eine langsamere Strahlablenkung zur Folge haben. Die Strahlaufweitung wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Strahltaille, in der die Lichtstrahlen parallel laufen, in der Ebene der Planfeldlinse 210 liegt, was eine gute Fokussierbarkeit des Strahls zur Folge hat.
Eine andere Einstellmöglichkeit besteht darin, die Strahltaille auf die Eingangsapertur 212 des Scankopfes 200 einzustellen, um Verluste am Rand des Strahlbildes zu vermeiden; dies ergibt eine höhere Strahlintensität auf dem Substat 202.
Die verwendeten Planfeldlinsen weisen typischerweise Brennweiten zwischen 100 und 420 mm auf, wobei gegenwärtig eine Brennweite von etwa 160 mm bevorzugt wird. Das Substrat 202 bewegt sich während des Kennzeichnungsvorgangs mit einer gewissen Geschwindigkeit v. Diese Geschwindigkeit wird von Sensoren erfasst und an einen Rechner übermittelt, um die Bewegung der Spiegel 208 so zu steuern, dass die Substratgeschwindigkeit v bei der Kennzeichnung kompensiert wird. Dieses Kennzeichnungsverfahren kann daher besonders vorteilhaft zur berührungslosen Kennzeichnung von Wertdokumenten eingesetzt werden, die, wie in Druckereien üblich, mit hohen Geschwindigkeiten verarbeitet werden.
Das Beschriftungsfeld auf dem Substrat 202 weist typischerweise die Größenordnung einer Banknote auf. Beispielsweise kann das Beschriftungsfeld bei einer Brennweite der Planfeldlinse 210 von 163 mm durch eine Ellipse mit Achsenlängen von etwa 190 mm und etwa 140 mm gebildet sein.
Als Strahlungsquellen kommen je nach verwendetem Substrat Cθ2-Laser, Nd:Y AG-Laser oder andere Lasertypen im Wellenlängenbereich von UV bis zum Fernen Infrarot infrage, wobei die Laser oft auch vorteilhaft mit Frequenzverdoppelung oder -Verdreifachung arbeiten. Vorzugsweise werden allerdings Laserquellen im Nahen Infrarot und insbesondere Nd:YAG-Laser mit einer Grundwellenlänge von 1064 nm eingesetzt, da dieser Wellenlängenbereich gut zu den Absorptionseigenschaften der verwendeten Substrate und Druckfarben passt. Die Spotgröße der Laserstrahlung kann je nach Anwendungsfall von wenigen Mikrometern bis hin zu einigen Millimetern variiert werden, beispielsweise durch Veränderung des Abstands von Planfeld- linse 210 und Substrat 202. Zumeist liegt die Spotgröße in der Größenordnung von 100 μm.
Durch Änderung des Abstands der Planfeldlinse 210 vom zu beschriftenden Substrat 202 oder durch die Verstellung der Strahlaufweitung 228 vor dem Scankopf 200 kann die Spotgröße gezielt verändert werden, um feine Markierungen mit hoher Energiedichte oder breitere Markierungen mit geringerer Energiedichte zu erzeugen. Für feine Markierungen kann insbesondere die Strahlaufweitung 228 so eingestellt werden, dass die Strahltaille in der Ebene der Planfeldlinse 210 liegt. Der Strahldurchmesser muss in diesem Fall gegebenenf alls durch die Modenblende 224 verkleinert werden, um zu verhindern, dass der Rand des Strahlbildes den Rand der Eingangsapertur er- f asst. Die Gesamtenergie des Strahls kann dadurch verringert sein. Energiedichte und Gesamtenergie beeinflussen ihrerseits wiederum die Art und das Aussehen der Markierungen.
Der Scankopf 200 kann entweder direkt am Laser befestigt sein oder das Laserlicht wird durch einen Lichtleiter oder über Strahlablenkungen zum Scankopf geleitet. Strahlablenkungen sind gegenwärtig bevorzugt, da die Leistungs- und Strahlqualitätsverluste dabei sehr gering sind.
Die Dauerleistung der verwendeten Laserbeschrif ter liegt typischerweise zwischen einigen wenigen Watt und einigen 100 Watt. Nd:Y AG-Laser können für niedrigere Gesamtleistung bei kleineren Baumaßen und hoher Strahlqualität mit Laserdioden, oder für hohe Leistungen mit Pumplampen betrieben werden. Um die Geschwindigkeiten einer industriellen Fertigungslinie von Wertdokumenten nicht zu verringern, werden die Kennzeichnungen vorteilhaft mit sehr schnell bewegten Galvanometern ausgeführt, die den Strahl mit mehr als 1 m/s, bevorzugt mit mehr als 4 m/s über das Sub- strat führen können. Besonders bevorzugt und vor allem für Effekte geeignet, die keine große Gesamtenergie benötigen, sind Geschwindigkeiten oberhalb von 10 m/s. Bei diesen Geschwindigkeiten wird nur ein geringer Energieanteil pro Strecke im Substrat oder der Beschichtung deponiert, so dass vorteilhaft lampengepumpte Nd:Y AG-Laser mit einer Leistung von et- wa 100 Watt eingesetzt werden.
Beispiele für typische Beschriftungsparameter und Einstellungen sind: Eine Modenblende mit einer Öffnung zwischen 1 und 5 mm, bevorzugt 2 mm; eine Strahlaufweitung, die zwischen 3 und 9f ach, bevorzugt 4,5-fach liegt; eine Einstellung des Fokus des Strahlaufweitungsteleskopes, die so erfolgt, dass ein maximaler Leistungsdurchsatz an der Eingangsapertur des Scankopfes erzielt wird; ein Scankopf, der für Strahlaperturen zwischen 7 und 15 mm, bevorzugt etwa 10 mm, ausgelegt ist; eine Planfeldlinse, die eine Brennweite zwischen 100 und 420 mm, bevorzugt von etwa 163 mm aufweist; ein Arbeitsabstand zwischen Linse und Substrat, der so gewählt ist, dass eine gewisse Def okussierung durch einen geringeren Strahlabstand, als er der Brennweite entspricht, entsteht; und Pulsfrequenzen, die zwischen 20 kHz und kontinuierlichem Betrieb liegen.
Durch Variation der Beschriftungsparameter, wie der Laserleistung, Belichtungszeit, Spotgröße, Beschriftungsgeschwindigkeit, Arbeitsmodus des Lasers etc., lassen sich die Kennzeichnungsergebnisse in weitem Rahmen variieren. So können durch den Laser linienf örmige Markierungen, wie etwa ei- ne Beschriftung, oder auch mit einem Linienmuster gefüllte flächige Markierungen, erzeugt werden.
Zur Erzeugung einer linienförmigen Markierung, beispielsweise einer Beschriftung, wird die Laserleistung mit Vorteil auf einen Wert zwischen 50 und 100 W, bevorzugt auf etwa 80 W, und die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls auf einen Wert zwischen 2 und 10 m/s, bevorzugt auf etwa 7 m/s, eingestellt.
Bei der Erzeugung einer flächige Markierung liegt die Laserleistung mit Vor- teil zwischen 50 und 100 W, bevorzugt bei etwa 95 W, und die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls wird auf einen Wert zwischen 5 und 30 m/s, bevorzugt auf etwa 20 m/s, eingestellt. Der Linienabstand der das Flächenmuster bildenden Einzellinien liegt mit Vorteil zwischen 50 und 380 μm, besonders bevorzugt zwischen 180 und 250 μm. Neben der gezeigten Beaufschlagung des Substrats 202 von der Vorderseite, also der bedruckten Seite her, kommt auch eine Laserung von der Rückseite des Substrats her in Betracht. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn das Substrat 202 eine möglichst geringe Absorption bei der Laserwellenlänge auf- weist.
Die Laserparameter können auch während der Laserung so geändert werden, dass sich unterschiedliche Effekte ergeben. Beispielsweise kann die Pulsfolgenfrequenz bei gepulster Laserung während des Verfahrens so ge- ändert werden, dass auch die teilweise durchlässige Schicht in bestimmten Bereichen entfernt wird.
Banknoten oder Wertträger werden üblicherweise in Bogenf orm bedruckt, aber auch das Bedrucken von Bahnen ist möglich. Allgemein lassen sich beim Bedrucken von Bögen geringere Passerschwankungen erreichen, die in der Größenordnung von +/-1,5 mm liegen. Die einzelnen Noten, nachfolgend auch Einzelnutzen genannt, sind in Nutzenzeilen neben- und Nutzenreihen untereinander angeordnet. Vorzugsweise werden die Geräte zur Lasermarkierung so angebracht, dass sie einer Nutzenreihe zugeordnet sind, wie in Fig. 12 dargestellt.
Fig. 12 zeigt einen Laserbeschrifter 230, bei dem ein Bogen 232 mit einer Vielzahl von Lasern gleichzeitig mit einer Lasermarkierung und einem Lasermodifikationsbereich versehen wird. Im gezeigten Beispiel weist der Bo- gen 232 sechs Spalten und sechs Reihen auf, so dass auf diesem Bogen 36
Einzelnutzen 234 an Banknoten oder anderen Datenträgern angeordnet sind. Der Bogen bewegt sich in Pfeilrichtung. Für jede Spalte ist über dem Druckbogen 232 eine Laserröhre 236 angeordnet, die zusammen mit dem zugehörigen Scankopf 238 jeweils in den in dieser Spalte angeordneten Einzelnutzen 234 die Lasermarkierungen oder Modifikationen erzeugt. Durch diese Anordnung kann der Durchsatz stark erhöht werden, da nicht ein einzelner Laserstrahl über den gesamten Druckbogen bewegt werden muss, sondern lediglich eine Bewegung in den Grenzen der Spalten des Druckbogens erfor- derlich ist. Die Beaufschlagung der einzelnen Nutzen erfolgt, wie bei Fig. 11 beschrieben, über die Ablenkung der Laserstrahlung mittels in den Scanköpfen 238 enthaltenen Spiegeln.
Die typische Geschwindigkeit einer Bogendruckmaschine liegt bei 10.000 Bg/h. Das entspricht je nach Ausführungsform Bahngeschwindigkeiten von 2 m/s bis 3,3 m/s. Diese Bahngeschwindigkeiten werden auch beim Bedrucken von bahnförmigen Materialien erreicht. Da der Lasermarkierungsvorgang in seiner Geschwindigkeit an die typischen Gegebenheiten einer Drucklinie angepasst werden soll, müssen die Markierungen auf Substrate erfolgen können, die sich mit den genannten Geschwindigkeiten bewegen. Auch die gegebenenfalls vorgenommene Erfassung des Druckbildes muss bei diesen Geschwindigkeiten stattfinden.
Fig. 13 zeigt eine schematische Ansicht einer Druckmaschine 250, die mit einer erfindungsgemäßen Laseranlage 270 zur Kennzeichnung von Banknoten und dergleichen versehen ist. Die Laseranlage 270 selbst ist in Fig. 14 im Querschnitt genauer dargestellt.
Die Druckmaschine 250 weist einen Schuppenanleger 252, einen Druckturm 254 mit einer Stopptrommel 256 zur Aufnahme der Bögen, einem Druckzylinder 258 und Farbwerken 260, sowie eine Ablage 262 auf. Der Druckzylinder 258 hat Teile des Umf angs, die zwei Bögen aufnehmen (schwarz in Fig. 13) und Unterbrechungen (weiß in Fig. 13). Im Schuppenanleger 252 können sich bereits bedruckte und nur noch zu be- lasernde Papierbögen befinden, die die Druckmaschine 250 nur mehr zum Einbringen der Kennzeichnungen durchlaufen. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Laseranlage 270 ist es nun allerdings auch möglich, die Pa- pierbögen in der Druckmaschine 250 sowohl zu bedrucken als auch zu bela- sern. Bei dem zusammen mit der Laserung durchgeführten Druckvorgang kann es sich insbesondere um eine Bezifferung bereits bedruckter Bankno- tenbogen, oder um einen allgemeinen Druckschritt, beispielsweise einen Stichtiefdruck- Aufdruck, handeln.
Die Erfinder haben nun gefunden, dass der am besten für die Laserung zugängliche Ort der Druckzylinder 258 ist. Im Schuppenanleger 252 werden die Bögen übereinander gelegt, so dass der jeweils als nächster eingezogene Bogen unter den folgenden geführt wird. In der Ablage 262 werden die Bögen „frei flatternd", das heißt nur an der Greiferkante fixiert geführt, bis sie auf dem Stapel liegen.
Der Druckzylinder 258 hat zudem von den zylinderförmigen Elementen den Vorteil, dass der Umfang für zwei Bögen bemessen ist und deshalb die ge- ringste Krümmung aufweist. Je kleiner die Krümmung, desto geringer sind die Verzerrungen, die kompensiert werden müssen, und desto geringer ist die Änderung des Strahldurchmessers durch den sich ändernden Abstand von Planfeldlinse 210 (Fig. 11) und dem Druckbogen.
Ein besonderer Vorteil des Aufbaus der Laseranlage 270 besteht darin, dass der Anleger 252 und der Druckzylinder 258 mit seiner Papierführung und die nachfolgenden Farbwerke 260 zugänglich bleiben. Dadurch können mit der Druckmaschine 250 auch herkömmliche Zifferungen, insbesondere auch gleichzeitig mit der Laserung, ausgeführt werden. Eine Anordnung der La- seranlage 270 über dem Anleger 252 ist aus diesem Grund ungünstiger. Der Resonator 222 und der Scankopf 200 jedes der Laser sind erfindungsgemäß räumlich getrennt, da die Laser-Resonatoren 222 nicht gekippt werden können, sondern für einen geregelten Kühlwasserfluss waagrecht eingebaut werden müssen.
Prinzipiell können Spiegel oder Lichtleiter verwendet werden, um den Laserstrahl aus dem Resonator 222 in den Scankopf 200 zu leiten. Lichtleiter haben allerdings den Nachteil, dass die Strahlqualität sich verschlechtert und Leistungsverluste auftreten. Außerdem ist der Parameterbereich eingeschränkt, da zu starke Pulse, wie sie bei gütegeschalteten Pulslasern auftreten können, den Lichtleiter zerstören. Wie am besten in Fig. 14 zu erkennen, werden in der erfindungsgemäßen Laseranlage 270 daher Spiegel 272 verwendet, die an den Ecken von Strahlrohren 274 angeordnet sind. Im Quer- schnitt der Fig. 14 ist nur ein Laser dargestellt, es versteht sich jedoch, dass in der Praxis mehrere, beispielsweise sechs Laser hintereinander angeordnet sind, wie in Fig. 12 gezeigt.
Das Gestell der Laseranlage 270 besteht aus einem verstärkten Rahmen 276, der nach einer Finite-Elemente-Methode- Analyse der auftretenden Schwingungen entworfen wurde. Ziel ist dabei, dass die Laser die beim gleichzeitigen Drucken unvermeidlichen Schwingungen der Druckmaschine 250 mit ausführen, ohne aufgeschaukelt zu werden. Der Rahmen 276 ist so über dem Gehäuse der Farbwerke 260 angebracht, dass die Kühlwasserleitungen der Laser in Richtung des Auslegers zeigen, und ist an den Schraubgewinden für Krane zum Transport der Druckmaschine 250 befestigt, die eine große Kraftaufnahme bieten. Der Rahmen 276 ist zweiteilig ausgebildet, wobei in einem äußeren Rahmen ein innerer Rahmen aufgehängt ist. Der äußere Rahmen kann mithilf e von außen angebrachten Gasdruckfedern (nicht gezeigt) schnell zwischen mehreren Rastpositionen und einer oberen Position hin- und herbewegt werden. Dazu kann beispielsweise eine Markisenkurbel und eine Seilwinde eingesetzt werden. Die Rastpositionen sind den verschiedenen möglichen Brennweiten der Planfeldlinsen 210 und damit den verschiedenen Arbeitsabstän- den zugeordnet.
Der innere Rahmen ist beispielsweise mithilfe von Kurbeln in seiner Höhe und in seinem Winkel fein verstellbar, um eine genaue Justage von Höhe der Planfeldlinse 210 und Richtung der Strahlung 206 zu ermöglichen. Die Höhenlage kann durch Maßstäbe angezeigt werden und ist somit genau reproduzierbar. Durch die Rastpositionen geht diese Justage nicht verloren, wenn beispielsweise für Arbeiten an den Farbwerken 260 die Laser nach oben und wieder zurückgefahren werden sollen.
Die Resonatoren 222 sind auf Platten 278 angeordnet, die zusammen mit den Strahlrohren 274 verschoben werden können, um die Beschriftungseinheiten an den Nutzenreihen auszurichten. Über dem Druckzylinder 258 ist eine Abschirmkammer 280 angeordnet, die Laserstrahlung abschirmt und zur Absaugung der entstehenden Gase und Stäube über in der Figur nicht dargestellte Rohrleitungen dient. Die Abschirmkammer 280 ist dabei so gelagert, dass ihre Position bei den verschiedenen Rastpositionen für die Standard- Arbeitsabstände nicht geändert wird; erst bei der Position für Arbeiten am Farbwerk 260 wird sie mit nach oben gefahren. Die Abschirmkammer 280 schließt zum Druckzylinder 258 mit für das Laserlicht undurchlässigen Bürsten ab und zu den Scanköpfen 200 mithilfe von Faltenbälgen 282. Die Steuerung der Laserung erfolgt über einen Sensor zur Erkennung des Bogens bzw. des Drucks und über die Messung der Geschwindigkeit. Bei dem Bogenkantensensor handelt es sich um einen hochgenauen und schnellen Reflexionslichttaster.
Die Geschwindigkeit des Druckzylinders 258 wird über periodisch magneti- sierte Bänder, die unter den Auflagen des Druckzylinders eingebracht wurden, von einem Magnettaster abgegriffen. Der Druckzylinder weist ja Teile des Umfangs auf, auf denen kein Bogen zu liegen kommt. Bei der Abtastung wird eine Auflösung von 25 μm erreicht. Die Annahme einer konstanten Geschwindigkeit ist nicht möglich, da die verschiedenen gleichzeitigen Vorgänge der Druckmaschine 250 typischerweise über einen zentralen Motor angetrieben werden und der Bogenlauf deshalb periodischen Schwankungen unterliegt.
Das Signal des Reflexionslichttasters wird einer „Triggerbox" zugeführt, die die Steuerung der Laser übernimmt. Sie kann so programmiert werden, dass für die Laserungen der Startabstand, gemessen über die Magnetbänder, und die Abstände der Folgemarkierungen jeweils unabhängig voneinander über ein Computerprogramm eingegeben werden können.
Eine Sperrung für weitere Signale des Reflexionslichttasters kann entweder als Sperrungsabstand oder durch eine Bestimmung der Bogenlage durch die Magnetbänder bestimmt werden. Dabei wird erst nach einem Ende des Magnetbandes (und damit Bogenende) ein Startsignal zugelassen und ab einem Startsignal so lange gesperrt, bis wieder ein Ende des Magnetbandes erreicht ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen eines Datenträgers mit einer visuell erkennbaren Kennzeichnung in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern, bei dem
a) ein vorbestimmtes Laserstrahlungsspektrum ausgewählt wird,
b) auf das Substrat des Datenträgers eine für die Laserstrahlung absor- bierende Schicht aufgebracht wird,
c) über die absorbierende Schicht eine für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Schicht aufgedruckt wird,
d) das Substrat während oder nach dem Aufbringen der zumindest teilweise durchlässigen Schicht verpresst wird, und
e) die aufgebrachte Beschichtung mit Laserstrahlung des ausgewählten Laserstrahlungsspektrums beaufschlagt wird, um die visuell erkenn- baren Kennzeichnungen zumindest in der absorbierenden Schicht zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht in Schritt c) mittels Stichtief druck auf ge- bracht wird und das Substrat dabei verpresst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat nach dem Aufbringen der absorbierenden und der zumindest teildurchlässigen Schicht blind verprägt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat nach dem Aufbringen der absorbierenden und der zumindest teildurchlässigen Schicht kalandriert wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht in Schritt c) in Form feiner Strukturen, insbesondere in Form von Guillochen, Mikrotext, graphischen Elementen oder dergleichen, aufgedruckt wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht in Schritt b) aufgedruckt wird, insbesondere mittels Siebdruck aufgedruckt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass in Schritt b) eine beschichtete oder unbeschichtete Folie als absorbierende Schicht aufgebracht wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht in Schritt b) als Vollfläche aus- gebildet wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht in Schritt b) in Teilbereichen mit verschiedenen Druckverfahren oder Druckparametern aufgebracht wird, so dass die Teilbereiche bei der Laserbeaufschlagung in Schritt e) unterschiedlich beeinflusst werden.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserparameter in Schritt e) so gewählt werden, dass die zumindest teildurchlässige Schicht bei der Laserbeaufschlagung vollständig bestehen bleibt.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Laserparameter während der Beaufschlagung in
Schritt e) verändert werden, um die teildurchlässige Schicht teilweise bestehen zu lassen und teilweise zu entfernen.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserparameter bei der Beaufschlagung in Schritt e) so gewählt werden, dass Prägungen in der Beschichtung bestehen bleiben.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserparameter während der Beaufschlagung in Schritt e) verändert werden, um die Prägungen in der Beschichtung teilweise bestehen zu lassen und teilweise zu entfernen.
14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mit Laserstrahlung in Schritt e) von der Substratvorderseite, auf der die Druckschichten aufgebracht sind, erfolgt.
15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mit Laserstrahlung in Schritt e) von der Substratrückseite her erfolgt.
16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht und die zumindest teilweise durchlässige Schicht einander ganz oder teilweise überlappend aufgebracht werden.
17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/ oder nach der Beaufschlagung mit Laserstrahlung eine Schutzschicht aufgebracht wird.
18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Laserquelle in Schritt e) ein Infrarotlaser im WeI- lenlängenbereich von 0,8 μm bis 3 μm, insbesondere ein Nd:Y AG-Laser, verwendet wird.
19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl bei der Beaufschlagung in Schritt e) mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1 m/s, bevorzugt von mehr als 4 m/s, besonders bevorzugt von mehr als 10 m/s, über das Substrat geführt wird.
20. Datenträger, insbesondere Wertdokument oder Sicherheitspapier, mit einem Substrat und einer auf dem Substrat aufgebrachten Beschichtung, in die durch Einwirkung von Laserstrahlung Kennzeichnungen in Form von Mustern, Buchstaben, Zahlen oder Bildern eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine die Laserstrahlung absorbierende Schicht und eine über der absorbierenden Schicht angeordnete, für die Laser- Strahlung zumindest teilweise durchlässige Druckschicht enthält, und dass das bedruckte Substrat während oder nach dem Aufdrucken der zumindest teilweise durchlässigen Schicht verpresst ist.
21. Datenträger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht durch eine Stichtiefdruckschicht gebildet ist.
22. Datenträger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht ein Farbgemisch enthält, das eine die Laserstrahlung absorbierende Gemischkomponente und eine für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente aufweist.
23. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger im Bereich der Kennzeichnung eine Blindprägung aufweist.
24. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht im Bereich der
Kennzeichnung nicht zerstört ist.
25. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teildurchlässige Schicht in Form feiner Strukturen, insbesondere in Form von Guillochen, Mikrotext, graphischen Elementen oder dergleichen, aufgedruckt ist.
26. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht durch eine Druckschicht, insbesondere eine Siebdruckschicht, gebildet ist.
27. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht durch eine beschichtete oder unbeschichtete Folie gebildet ist.
28. Datenträger nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht durch eine farbige Folie mit einer metallischen Folien- beschichtung gebildet ist.
29. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht als Vollfläche ausgebildet ist.
30. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht ein Farbgemisch enthält, das eine die Laserstrahlung absorbierende Gemischkomponente und eine für die Laserstrahlung transparente Gemischkomponente aufweist.
31. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung optisch variable Eigenschaften aufweist.
32. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine oder mehrere Schutzschichten enthält.
33. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Schicht und die zumindest teilweise durchlässige Schicht einander ganz oder teilweise überlappen.
34. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung unterhalb der absorbierenden Schicht eine weitere, für die Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässige Schicht enthält.
35. Datenträger nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere zumindest teilweise durchlässige Schicht in Bereich der Kennzeichnungen visuell erkennbare Merkmale, durch bestimmte Betrachtungsbedingungen aktivierbare Merkmale und/ oder maschinenlesbare Merkmale ent- hält.
36. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat des Datenträgers ein Baumwollpapier oder eine Kunststofffolie ist.
37. Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger ein Sicherheitselement, eine Banknote, ein Wertdokument, ein Pass, eine Ausweiskarte, eine Urkunde oder ein anderes Produktschutzmittel ist.
38. Verwendung eines Datenträgers nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 37 zur Fälschungssicherung von Waren beliebiger Art.
39. Druckmaschine mit einer Laseranlage zur Durchführung des Verfah- rens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseranlage über einem Druckzylinder der Druckmaschine angeordnet ist, um die zu kennzeichnenden Datenträger am Druckzylinder mit Laserstrahlung zu beaufschlagen.
40. Druckmaschine nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseranlage auf die in der Druckmaschine beim Druckvorgang auftretenden Schwingungen ausgelegt ist.
41. Druckmaschine nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseranlage zumindest einen Kennzeichnungslaser mit einem waagrecht angeordneten Laserresonator enthält, der über ein Strahlrohr mit einem Scankopf zur Ablenkung des Laserstrahls verbunden ist.
42. Druckmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseranlage zwischen einer oder mehreren Arbeitspositionen zur Laserbeaufschlagung der Datenträger und einer Wartungsposition, in der der Druckzylinder und nachfolgende Farbwerke der Druckmaschine zugänglich sind, vertikal bewegbar ist.
43. Druckmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseranlage eine unmittelbar über dem Druckzylinder angeordnete Abschirmkammer aufweist, die Laserstrahlung abschirmt und auf die Absaugung der bei der Kennzeichnung entstehenden Gase und Stäube ausgelegt ist.
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