WO2011060757A1 - VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG BEDRUCKTER UND HEIßGEPRÄGTER MATERIALBAHNEN MIT PASSGENAU ANGEORDNETER PRÄGE- UND DRUCKINFORMATION. - Google Patents

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG BEDRUCKTER UND HEIßGEPRÄGTER MATERIALBAHNEN MIT PASSGENAU ANGEORDNETER PRÄGE- UND DRUCKINFORMATION. Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing printed and hot embossed material webs with precisely arranged embossing and printing information.
  • a generic device comprises, in addition to a printing unit for printing a material web, a heating unit for providing a heatable material web and a hot embossing unit for embossing the material provided by the heating unit material web, also a transport unit to a material web in the sphere of the pressure, heating and hot embossing unit.
  • a material web is provided via a transport unit, supplied by the transport unit to a printing unit for printing and a heating unit for providing a heatable material web, wherein the heat-treatable material web is also forwarded by means of the transport unit to a hot stamping unit for hot stamping.
  • thermoplastic substrates for example as cast or extruded films immediately before the embossing process, in particular the following problems arise:
  • An already printed substrate which is heated for embossing is not dimensionally stable with respect to the forces occurring during the processing and thus can not be embossed accurately.
  • an embossed substrate to be imprinted after embossing is subject to dimensional changes due to hot-stamping induced mechanical and thermal stresses, which preclude high-quality, custom-fit printing. Since in the same way touching printing processes, such as screen, gravure, flexographic or offset printing represent a mechanical influence on the material web, their application for the production of high-quality, precisely printed and embossed material webs has hitherto not been suitable.
  • the proposed method is characterized in that the material web provided is held in frictional or positive engagement with the transport unit at least during the method steps mentioned above.
  • the transport unit has at least one guide roller which acts as a counter roller for at least one of the printing unit, heating unit and hot stamping unit.
  • the material web is conveyed at least in sections on a conveyor belt which has the necessary tension or strength, at least in the areas where it is intended to act as a re-bearing surface for one of the printing unit, heating unit and hot stamping unit.
  • the intended frictional or positive connection is supported by a vacuum application between the transport unit, or individual elements thereof, and the material web.
  • a deflection roller it can be provided, for example, that it has vacuum channels which penetrate the roller surface essentially radially and serve to provide the vacuum application at the interface between the material web and the roller surface.
  • this concept also includes forming the diverter roller shell as a screen as effectively as possible and uniform over the web surface area, or at least providing a plurality of vacuum channels such that at least 50% of the roller surface is vacuum channel hole area.
  • the stable position of the material web on the transport unit is assisted by the fact that the transport unit has a corresponding coating or is roughened in order to increase the frictional engagement with the material web.
  • the transport unit has, at least in sections, a surface structure which corresponds at least so precisely to the negative of the material web surface structure that the Positive connection between the transport unit and the material web is increased. For this purpose, it may already be sufficient if the surface structure of the transport unit has, for example, elevations which can penetrate into corresponding recesses in the material web and thus contribute to increasing the positive connection.
  • the finished printed and embossed product on the side on which it has no embossing or no pressure, processing marks it may also be provided that arranged on the transport unit retaining anchor on the printing or embossing facing away from the web side into the web penetrate and thus increase the positive connection.
  • an embossing gap of the embossing unit in the material web transport direction decreases from an entrance gap width to an exit gap width. It has been shown that in the processing of the heated and thus flowable material with a narrowing in web direction transporting embossing gap the greatest or even complete suppression of bead formation of the flowable material can be ensured at the gap entrance. If the embossing unit comprises a embossing tool as embossing tool, the preferred embossing gap reduction can be achieved by approximating the abutment surface of the transport unit corresponding to the desired gap narrowing in the material web movement direction of the embossing drum.
  • the recuperatively preferably is continuous or even at a constant gradient.
  • the transport unit has at least two deflection rollers which follow one another directly in the material web movement direction, the material web being transferred from one deflection roller to another deflection roller without any tensile, shear or compressive stress being exerted on the material web.
  • the easiest way to do this is by the guide rollers being so close to each other that the material web is not in frictional or positive engagement with the rearrangement from one roller to the other at any time with not at least one of the rollers.
  • the rollers can be matched or tuned in their rotational speed. It can be the same with a transition from a roller to be provided on a conveyor belt to prevent slippage between the conveyor belt and the transported material web that the conveyor belt is tuned or tuned in its rotational speed to the rotational speed of the roller. Similarly, it can be provided to prevent slippage between the individual rollers of the transport unit and the material web, that the rollers are coordinated or tunable in their scope. This is preferably done taking into account the respective rotational speed of the individual rollers.
  • the printing unit is not in contact with the material web and, for example, comprises an inkjet printer.
  • a particular embodiment of the device according to the invention is characterized in that the heating unit comprises an extruder which provides a plasticized heat-treatable material web or a heat-treatable mass.
  • the plasticized heat-treatable material web or mass provided by the extruder is applied to the material web conveyed by the transport unit in frictional or positive engagement, the desired embossing pattern and possibly also a color print being applied in a subsequent embossing process .
  • the heat-moldable material provided by the extruder is also to be selected with regard to the expected adhesion to the material web provided by the transport unit.
  • the material of the web provided by the transport unit and the material of the hot embossable mass or the plasticized heat-treatable material web are essentially identical or similar materials, so that a connection of the two materials can be achieved by means of a material bond.
  • the printing unit passively prints the web by printing an embossing tool of the hot stamping unit.
  • the embossing and the printing pattern can be transferred to the web, whereby at least the risk of an offset between the printing and embossing information is minimized, provided that a corresponding synchronization between the printing unit and the embossing tool of the embossing unit is ensured.
  • the embossing tool of the hot stamping unit printed by the printing unit embosses the heatable mass or a corresponding plasticized material web provided by the extruder and at the same time provides the printing information on the extruded and thus on the transport unit Material web transfers.
  • the material web provided by the transport unit is preferably first printed and subsequently fed to the heating unit.
  • the transfer of the embossing information occurs after the print image has already been transferred to the stock web in a previous step.
  • the hot-stamped material web prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably prefferably preffer a subsequent step.
  • the hot embossing is carried out simultaneously with the printing by the printing unit printing an embossing tool of the hot embossing unit and thus passively printing the heatable material web.
  • the embossing tool of the hot stamping unit which is printed by the printing unit, can simultaneously be a functional element of the printing unit.
  • the provision of a heatable material web extruding a hot embossable mass or H Employébaren plasticized material web and applying the Hndoniabaren mass or H fundamental josbaren plasticized material web on the hot-stamping side of the Transport unit provided material web comprises.
  • Fig. 1 is a known from the prior art device
  • FIG. 2 shows a simple embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of the invention with three guide rollers
  • the heating unit comprises an extruder
  • Fig. 5 shows an embodiment with the hot stamping unit nachhomter printing unit.
  • Fig. 1 shows schematically a typical hot embossing plant according to the prior art.
  • the thermoplastic material web 1 is printed on a pressure roller 2. Then we dried the paint and the web-shaped material 1 heated. This is done via a heating unit 3. After heating, the material web 1 is embossed between a roller 9 and an embossing roller 15. The embossing gap 12 is less than the material thickness, so that a sufficiently large pressure for the molding of the embossed structure 13 is formed in the material web.
  • the heated web 1 flows during the embossing and forms a bead 14.
  • strains and stresses in the material which cause a dimensional change of the material web 1 which is not sufficiently controllable, and counteract an accurately fitting embossing.
  • the sheet-like material 1 is printed on a central guide roller 9 via a printing unit 2, then heated by a heating unit 3 and finally embossed by means of an embossing roller 15.
  • the deflecting roller 9 in this case forms the central element of the transport unit 4.
  • the embossing gap (di, d 2 , d 3 , d 4, d 5 ) is variably adjusted so that no or almost no bead is formed and yet a sufficiently large pressure for the impression of the Embossed structure 13 of the embossing roller 15 is formed in the web 1.
  • the embossing gap is preferably substantially reduced from an input gap width di 7 to an output gap width ds, 8.
  • the material web 1 is thereby fixed by a vacuum application 6 to the guide roller 9 due to an incoming form or frictional engagement so that it remains dimensionally stable despite the heating.
  • the guide roller 9 may additionally be provided with a surface structure which contributes to an increase of the positive engagement with the material web 1, or alternatively or simultaneously has a coating which promotes the occurrence of a frictional engagement between the material web 1 and the guide roller surface.
  • the vacuum is applied by means of vacuum channels 6 at the interface between the guide roller 9 and the web 1.
  • Fig. 3 shows an embodiment of the device according to the invention, which has three guide rollers 9 and from which it is apparent how it is possible to relocate a material web 1 between two rotating rollers 9, without the required form or frictional engagement is interrupted.
  • the material web 1 is constantly in contact with the deflection rollers 9 of the transport unit 4 during its entire transport path between the printing unit 2 and the embossing unit 5, so that in a printing, drying, heating or embossing process and during the Transport always the dimensional stability of the web-like material is guaranteed.
  • the guide rollers 9 are in turn acted upon by a vacuum on their surfaces and may additionally be provided with special surface structures which cause a positive connection with the material web 1.
  • a friction-supporting coating may be provided.
  • the deflection rollers 9 are variable in scope, so that no slip between the individual guide rollers 9, the embossing roller 15 and the material web 1 occurs at different thicknesses of the material web to be embossed 1.
  • the printing takes place here as well as the embossing on the guide rollers 9, so that they serve as an abutment surface for both processing steps. The printing of the subsequent embossing can thus be performed accurately.
  • the circumferential adjustment of the individual rollers 9 is performed via a hydraulic expansion in the elastic region of the rollers 9.
  • the web 1 to be embossed and printed is printed and simultaneously embossed via a central embossing and printing unit 5, 15, wherein the printing unit 2 particularly preferably prints the embossing roll 15 accurately, which thereupon likewise accurately transfers embossing and pressure to the material web 1.
  • thermoplastic material provided by an extruder 10 is applied to the material web 1 immediately before the area of action of the embossing and printing unit 5, 15, 2.
  • thermoset material at a similar point of the device according to the invention, ie in material web moving direction in front of the central Embossing and printing unit, applied. Since the printing always takes place simultaneously with the embossing, this does not lead to a disadvantageous change in the substrate material 1, which could lead to an offset between the embossing and printing information. For the same reasons, a possible beading in the embossing area is irrelevant.
  • FIG. 4 shows how the extruder 10 applies a heat-treatable mass or a corresponding material web 11 between a conveyor belt 16 of the transport unit and the hot stamping unit / polymerization unit 5.
  • the heat-treatable mass 11, 11 ' may consist, for example, of thermoplastics, crosslinked thermoplastics and thermosets and combinations thereof.
  • the combination of thermoplastic layers with thermosets or crosslinked thermoplastics is of particular importance for any subsequent deep-drawing process in which the embossing structure must be maintained by the heating during deep drawing and in which only the non-crosslinked thermoplastic may be thermoplastically formable.
  • the mass 11 is particularly preferably a thermoset and the mass 11 'is a thermoplastic.
  • the starting material web 1 can be a film, a fabric, but also another web-shaped material. If the material web 1 has sufficient dimensional stability, then the conveyor belt 16 can also be dispensed with. Furthermore, it can be seen how the printing unit 2 prints the embossed structure 13 of the hot embossing unit 5 three-dimensionally. Preferably, the printing takes place via a non-contact digital print, such as an inkjet print.
  • the material web 1 is first heated by a heating unit 3 and then embossed by an embossing unit 2.
  • the embossed material 1 is passed without slippage to a guide roller 9, which has a vacuum application 6 for the exact fit onward transport.
  • the material web 1 is constantly in contact with the deflection roller 9, so that the dimensional stability of the material web 1 is ensured during the material transfer, a cooling or printing process.
  • the deflection roller 9 is provided with a surface structure which increases the form-fitting or a coating which assists frictional engagement.
  • the printing of the embossed material web 1 preferably takes place via a contactless digital printing 2.

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  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung bedruckter und heißgeprägter Materialbahnen mit passgenau angeordneter Präge- und Druckinformation. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Druckeinheit, eine Heizeinheit, eine Heißprägeeinheit und eine Transporteinheit, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinheit mit der Materialbahn in ständigem Reib- oder Formschluss steht, zumindest bis sowohl die Druckeinheit als auch die Heizeinheit und die Heißprägeeinheit auf die Materialbahn eingewirkt haben. Dementsprechend ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die zu verarbeitende Materialbahn vorzugsweise während des gesamten Verfahrensablaufs im Reib- oder Formschluss mit der Transporteinheit gehalten wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung bedruckter und heißgeprägter Materialbahnen mit passgenau angeordneter Präge- und Druckinformation
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung bedruckter und heißgeprägter Materialbahnen mit passgenau angeordneter Präge- und Druckinformation.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung umfasst neben einer Druckeinheit für das Bedrucken einer Materialbahn, einer Heizeinheit für das Bereitstellen einer heißprägbaren Materialbahn und einer Heißprägeeinheit für das Prägen der von der Heizeinheit bereitgestellten Materialbahn, auch eine Transporteinheit, um eine Materialbahn in den Wirkungsbereich der Druck-, Heiz- und Heißprägeeinheit zu befördern.
Entsprechend wird bei einem gattungsgemäßen Herstellungsverfahren eine Materialbahn über eine Transporteinheit bereitgestellt, mittels der Transporteinheit einer Druckeinheit zum Bedrucken und einer Heizeinheit zum Bereitstellen einer heißprägbaren Materialbahn zugeführt, wobei die heißprägbare Materialbahn auch mittels der Transporteinheit an eine Heißprägeeinheit zum Heißprägen weitergeleitet wird.
Aus dem Stand der Technik sind keine zufrieden stellenden Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung bedruckter und geprägter Folien bekannt, welche die für viele Anwendungen notwendige hochgenaue und häufig geforderte passgenaue Anordnung von Präge- und Druckinformation gewährleisten könnten. Die Gründe hierfür sind vielfältiger Natur. Ein Hauptproblem besteht darin, dass eine beispielsweise vorab bedruckte Materialbahn durch die Erwärmung für das Heißprägen mechanisch instabil wird, was infolge weiterer Bearbeitungsschritte, insbesondere auch durch den Transport der Materialbahn, zu unerwünschten Substratinhomogenitäten führt. Schließlich führt bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren der Druck- bzw. Prägeprozess selbst zu einer mechanischen Deformation der Materialbahn oder zumindest zu einer Delokalisierung der Materialbahn auf der Transporteinheit, in einer Weise, dass zwischen dem Druck- und dem Prägevorgang ein Bahnversatz stattfindet, welcher die passgenaue Aufbringung der Druck- und Prägeinformation verhindert. Die vorgenannten Nachteile gelten insbesondere für Substrate, die sich thermoplastisch, duroplastisch oder allgemein fließfähig verhalten und während des Prägeprozesses fließen können.
Zusammenfassend ergeben sich bei der Heißprägung, bei der thermoplastische Substrate zum Einsatz kommen, beispielsweise als gegossene oder unmittelbar vor dem Prägevorgang extrudierte Folien, insbesondere die nachfolgenden Probleme:
1. Ein bereits bedrucktes Substrat, das zur Prägung erwärmt wird, ist mit Bezug auf die während der Verarbeitung auftretenden Kräfte nicht dimensionsstabil und kann somit nicht passgenau geprägt werden.
2. Aufgrund der erwähnten Fließfähigkeit erwärmter Substrate kommt es während der Prägung in Materialbahnbewegungsrichtung am Eingang des Prägespalts zu einer Wulstbildung fließfähigen Bahnmaterials, in der ein unkontrollierter Fließprozess stattfindet. Es ist folglich beispielsweise nicht möglich, eine zuvor bedruckte Materialbahn passgenau zu prägen.
3. Darüber hinaus unterliegt ein geprägtes Substrat, das nach der Prägung bedruckt werden soll, aufgrund während des Heißprägens induzierter mechanischer und thermischer Spannungen Dimensionsveränderungen, die einer hochwertigen, passgenauen Bedruckung entgegenstehen. Da in gleicher Weise berührende Druckverfahren, wie der Sieb-, der Tief-, der Flexo- oder der Offsetdruck eine mechanische Beeinflussung der Materialbahn darstellen, ist ihre Anwendung für die Herstellung hochwertiger, passgenau bedruckter und geprägter Materialbahnen bisher nicht geeignet.
Es besteht ein großer Bedarf bei verschiedenen dekorativen als auch technischen Anwendungen, welche die hochwertige und im Mikrometerbereich passgenaue Prägung und Bedruckung einer Materialbahn erfordern, nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Herstellung bedruckter und heißgeprägter Materialbahnen, die das vorgenannte Erfordernis erfüllen. Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwinden oder zumindest auf ein Minimum reduzieren. Insbesondere sollen die vorgeschlagene Vorrichtung sowie das entsprechende Verfahren die Herstellung bedruckter und heißgeprägter Materialbahnen mit im Mikrometerbereich passgenau angeordneter Präge- und Druckinformation erlauben.
Diese Aufgabe löst eine gattungsgemäße Vorrichtung mit dem besonderen Merkmal, dass die Transporteinheit mit der Materialbahn in ständigem Reib- oder Formschluss steht, zumindest bis sowohl die Druckeinheit, als auch die Heizeinheit und die Heißprägeeinheit auf die Materialbahn eingewirkt haben.
Dementsprechend zeichnet sich das vorgeschlagene Verfahren dadurch aus, dass die bereitgestellte Materialbahn zumindest während der eingangs genannten Verfahrensschritte im Reib- oder Formschluss mit der Transporteinheit gehalten wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Transporteinheit zumindest eine Umlenkwalze auf, die als Gegenwalze für zumindest eines von Druckeinheit, Heizeinheit und Heißprägeeinheit wirkt. Je nach Ausführungsform kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Materialbahn zumindest abschnittsweise auf einem Transportband befördert wird, das zumindest in den Bereichen, wo es als Wiederlagerfläche für eines von Druckeinheit, Heizeinheit und Heißprägeeinheit wirken soll, die dazu notwendige Spannung oder Festigkeit aufweist.
Besonders bevorzugt wird der vorgesehene Reib- oder Formschluss durch eine Vakuumbeaufschlagung zwischen der Transporteinheit, oder einzelnen Elementen dieser, und der Materialbahn unterstützt. Bei einer Umlenkwalze kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass diese über Vakuumkanäle verfügt, welche die Walzenoberfläche im Wesentlichen radial durchdringen und zur Bereitstellung der Vakuumbeaufschlagung an der Grenzfläche zwischen der Materialbahn und der Walzenoberfläche dienen. Der Fachmann wird erkennen, dass dieses Konzept auch umfasst, den Umlenkwalzenmantel für eine möglichst effektive und über die Materialbahnfläche gleichmäßige Vakuumbeaufschlagung als ein Sieb auszubilden, oder zumindest eine Vielzahl von Vakuumkanälen vorzusehen, so dass zumindest 50 % der Walzenoberfläche Vakuumkanallochfläche darstellt. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die stabile Lage der Materialbahn auf der Transporteinheit dadurch unterstützt, dass die Transporteinheit zur Erhöhung des Reibschlusses mit der Materialbahn eine entsprechende Beschichtung aufweist oder aufgeraut ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Transporteinheit zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstruktur auf, die dem Negativ der Materialbahnoberflächenstruktur zumindest so genau entspricht, dass der Formschluss zwischen der Transporteinheit und der Materialbahn erhöht wird. Dazu kann es bereits hinreichend sein, wenn die Oberflächenstruktur der Transporteinheit beispielsweise Erhöhungen aufweist, die in entsprechende Vertiefungen in der Materialbahn eindringen können und somit zur Erhöhung des Formschlusses beitragen. Darf das fertig bedruckte und geprägte Produkt auf der Seite, auf der es keine Prägung bzw. keinen Druck aufweist, Bearbeitungsspuren aufweisen, so kann auch vorgesehen sein, dass auf der Transporteinheit angeordnete Halteanker auf der dem Druck bzw. der Prägung abgewandten Materialbahnseite in die Materialbahn eindringen und somit den Formschluss erhöhen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verringert sich ein Prägespalt der Prägeeinheit in Materialbahntransportrichtung von einer Eingangsspaltbreite auf eine Ausgangsspaltbreite. Es hat sich gezeigt, dass bei der Verarbeitung des erhitzten und somit fließfähigen Materials mit einem sich in Materialbahntransportrichtung verengenden Prägespalt die weitestgehende oder sogar vollständige Unterdrückung einer Wulstbildung des fließfähigen Materials am Spalteingang gewährleistet werden kann. Umfasst die Prägeeinheit als Prägewerkzeug eine Prägetrommel, so kann die bevorzugte Prägespaltverringerung dadurch erreicht werden, dass die der Prägetrommel zugeordnete Widerlagerfläche der Transporteinheit entsprechend der gewünschten Spaltverengung in Materialbahnbewegungsrichtung betrachtet der Prägetrommel angenähert wird.
Besonders bevorzugt erfolgt die Prägespaltbreitenverringerung über die gesamte Spaltlänge stetig oder sogar bei einem konstanten Gradienten.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Transporteinheit zumindest zwei in Materialbahnbewegungsrichtung unmittelbar aufeinander folgende Umlenkwalzen auf, wobei die Materialbahn von einer Umlenkwalze auf eine andere Umlenkwalze umgelagert wird, ohne dass dabei eine Zug-, Scher- oder Druckspannung auf die Materialbahn ausgeübt wird. Am einfachsten ist dies möglich, indem die Umlenkwalzen so weit einander angenähert vorliegen, dass die Materialbahn auch bei der Umlagerung von der einen Walze auf die andere zu keinem Zeitpunkt mit nicht zumindest einer der Walzen im Reib- bzw. Formschluss steht.
Zur Vermeidung eines Schlupfes zwischen den einzelnen Walzen einer Transporteinheit und der transportierten Materialbahn, können die Walzen in ihrer Umlaufgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt oder abstimmbar sein. Genauso kann es bei einem Übergang von einer Walze auf ein Transportband zur Vermeidung eines Schlupfes zwischen dem Transportband und der transportierten Materialbahn vorgesehen sein, dass das Transportband in seiner Umlaufgeschwindigkeit auf die Rotationsgeschwindigkeit der Walze abgestimmt oder abstimmbar ist. Analog kann es zur Vermeidung eines Schlupfes zwischen den einzelnen Walzen der Transporteinheit und der Materialbahn vorgesehen sein, dass die Walzen in ihrem Umfang aufeinander abgestimmt oder abstimmbar sind. Dies erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit der einzelnen Walzen.
Um eine mechanische Beeinflussung der Materialbahn auf ein Minimum zu reduzieren, ist bei der bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Druckeinheit nicht mit der Materialbahn in Kontakt steht und dazu beispielsweise einen Tintenstrahldrucker umfasst.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizeinheit einen Extruder umfasst, der eine plastifizierte heißpräbare Materialbahn oder eine heißpräbare Masse bereitstellt. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die von dem Extruder bereitgestellte plastifizierte heißpräbare Materialbahn bzw. Masse auf die von der Transporteinheit im Reib- bzw. Formschluss beförderte Materialbahn appliziert wird, wobei in einem anschließenden Prägevorgang das gewünschte Prägemuster und eventuell gleichzeitig auch ein Farbdruck aufgebracht wird. Der Fachmann wird an dieser Stelle erkennen, dass das von dem Extruder bereitgestellte heißprägbare Material auch im Hinblick auf die zu erwartende Haftung an der von der Transporteinheit bereitgestellten Materialbahn auszuwählen ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Material der von der Transporteinheit bereitgestellten Bahn und dem Material der heißprägbaren Masse bzw. der plastifizierten heißpräbaren Materialbahn um im Wesentlichen identische oder ähnliche Materialien, so dass eine Verbindung beider Materialien auf dem Wege eines Stoffschlusses erzielbar ist.
Bei einer anderen Ausfuhrungsform bedruckt die Druckeinheit die Materialbahn passiv, indem sie ein Prägewerkzeug der Heißprägeeinheit bedruckt. Auf diese Weise kann gleichzeitig das Präge- und das Druckmuster auf die Materialbahn übertragen werden, wodurch zumindest die Gefahr eines Versatzes zwischen der Druck- und der Prägeinformation minimiert wird, vorausgesetzt, dass eine entsprechende Synchronisation zwischen der Druckeinheit und dem Prägewerkzeug der Prägeeinheit gewährleistet ist. Es ist möglich, die letzten beiden Ausführungsformen derart miteinander zu vereinigen, dass das von der Druckeinheit bedruckte Prägewerkzeug der Heißprägeeinheit die von dem Extruder bereitgestellte heißprägbare Masse oder eine entsprechende plastifizierte Materialbahn prägt und gleichzeitig die Druckinformation auf das extrudierte und damit auf die von der Transporteinheit bereitgestellte Materialbahn überträgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt die von der Transporteinheit bereitgestellte Materialbahn zunächst bedruckt und im Anschluss der Heizeinheit zugeführt. Somit erfolgt bei dieser Ausführungsform die Übertragung der Prägeinformation, nachdem das Druckbild in einem vorangegangenen Schritt bereits auf die Ausgangsmaterialbahn übertragen worden ist.
Alternativ ist es auch möglich, dass die heißgeprägte Materialbahn bedruckt wird, also zunächst die Prägeinformation und in einem nachfolgenden Schritt die Druckinformation auf die Materialbahn übertragen wird.
Wie bereits mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung offenbart, kann es vorgesehen sein, dass das Heißprägen gleichzeitig mit dem Bedrucken durchgeführt wird, indem die Druckeinheit ein Prägewerkzeug der Heißprägeeinheit bedruckt und somit die heißprägbare Materialbahn passiv bedruckt. Im Sinne der offenbarten Erfindung kann somit das Prägewerkzeug der Heißprägeeinheit, welches von der Druckeinheit bedruckt wird, gleichzeitig ein funktionales Element der Druckeinheit sein.
Entsprechend einer bereits offenbarten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann bei dem zugehörigen Verfahren vorgesehen sein, dass das Bereitstellen einer heißprägbaren Materialbahn das Extrudieren einer heißprägbaren Masse oder heißpräbaren plastifizierten Materialbahn und das Applizieren der heißpräbaren Masse oder heißpräbaren plastifizierten Materialbahn auf der heiß zu prägenden Seite der von der Transporteinheit bereitgestellten Materialbahn umfasst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den nachfolgenden Figuren zu entnehmen. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung;
Fig. 2 eine einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit drei Umlenkwalzen;
Fig. 4 eine Ausführungsform, bei der die Heizeinheit einen Extruder umfasst; und
Fig. 5 eine Ausführungsform mit der Heißprägeeinheit nachgestellter Druckeinheit.
Fig. 1 zeigt schematisch eine typische Heißprägeanlage nach dem Stand der Technik. Die thermoplastische Materialbahn 1 wird über eine Druckwalze 2 bedruckt. Anschließend wir die Farbe getrocknet und das bahnförmige Material 1 aufgeheizt. Dies erfolgt über eine Heizeinheit 3. Nach der Erwärmung wird die Materialbahn 1 zwischen einer Walze 9 und einer Prägewalze 15 geprägt. Der Prägespalt 12 ist dabei geringer als die Materialdicke, so dass ein ausreichend großer Druck für die Abformung der Prägestruktur 13 in der Materialbahn entsteht. Die erhitzte Materialbahn 1 fließt während der Prägung und bildet einen Wulst 14 aus. Ebenso entstehen bei der Erwärmung der Materialbahn 1 Dehnungen und Spannungen im Material, die eine nicht hinreichend zu kontrollierende Dimensionsänderung der Materialbahn 1 bewirken und einer passgenauen Prägung entgegen stehen.
Fig. 2 zeigt eine einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heißprägevorrichtung, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme deutlich reduziert. Zu diesem Zweck wird das bahnförmige Material 1 auf einer zentralen Umlenkwalze 9 über eine Druckeinheit 2 bedruckt, anschließend über eine Heizeinheit 3 aufgewärmt und abschließend mittels einer Prägewalze 15 geprägt. Die Umlenkwalze 9 bildet hierbei das zentrale Element der Transporteinheit 4. Der Prägespalt (di, d2, d3, d4, d5) wird variabel so eingestellt, dass kein oder nahezu kein Wulst entsteht und dennoch ein ausreichend großer Druck für die Abformung der Prägestruktur 13 der Prägewalze 15 in die Materialbahn 1 entsteht. Dazu wir der Prägespalt vorzugsweise im Wesentlichen von einer Eingangsspaltbreite di 7 auf eine ausgangsspaltbreite ds, 8 verringert. Die Materialbahn 1 wird dabei über eine Vakuumbeaufschlagung 6 an der Umlenkwalze 9 aufgrund eines eintretenden Form- bzw. Reibschlusses derart fixiert, dass sie trotz der Erwärmung dimensionsstabil bleibt. Die Umlenkwalze 9 kann zusätzlich mit einer Oberflächenstruktur versehen sein, die zu einer Erhöhung des Formschlusses mit der Materialbahn 1 beiträgt, oder alternativ oder gleichzeitig eine Beschichtung aufweist, die den Eintritt eines Reibschlusses zwischen der Materialbahn 1 und der Umlenkwalzenoberfläche unterstützt. In der dargestellten Ausführungsform wird das Vakuum mit Hilfe von Vakuumkanälen 6 an der Grenzfläche zwischen der Umlenkwalze 9 und der Materialbahn 1 beaufschlagt. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, die Prägewalze 15 mit der Druckeinheit 2' direkt zu bedrucken, um eine (weitere) passgenaue Bedruckung der Materialbahn 1 in Verbindung mit dem Prägevorgang aufzubringen.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die drei Umlenkwalzen 9 aufweist und aus der ersichtlich wird, wie es möglich ist, eine Materialbahn 1 auch zwischen zwei rotierenden Walzen 9 umzulagern, ohne dass der geforderte Form- bzw. Reibschluss unterbrochen wird. Es ist zu erkennen, dass die Materialbahn 1 während ihres gesamten Transportweges zwischen der Druckeinheit 2 und der Prägeeinheit 5 ständig mit den Umlenkwalzen 9 der Transporteinheit 4 in Kontakt steht, so dass bei einem Druck-, Trocknungs-, Aufheiz- oder Prägeprozess sowie während des Transports stets die Dimensionsstabilität des bahnförmigen Materials gewährleistet ist. Zu diesem Zweck sind die Umlenkwalzen 9 wiederum an ihren Oberflächen mit einem Vakuum beaufschlagbar und können zusätzlich mit speziellen Oberflächenstrukturen versehen sein, die einen Formschluss mit der Materialbahn 1 bewirken. Wiederum alternativ kann auch eine den Reibschluss unterstützende Beschichtung vorgesehen sein. Die Umlenkwalzen 9 sind im Umfang veränderbar, so dass bei verschiedenen Dicken der zu prägenden Materialbahn 1 kein Schlupf zwischen den einzelnen Umlenkwalzen 9, der Prägewalze 15 und der Materialbahn 1 auftritt. Die Bedruckung findet dabei ebenso wie die Prägung auf den Umlenkwalzen 9 statt, so dass diese als Widerlagerfläche für beide Bearbeitungsschritte dienen. Die der Bedruckung nachfolgende Prägung kann somit passgenau durchgeführt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Umfangsanpassung der einzelnen Walzen 9 über eine hydraulische Dehnung im elastischen Bereich der Walzen 9 durchgeführt.
Thermische und andere ungünstige Veränderungen der zu prägenden Materialbahn 1 führen zu ungewollten Wärme-, Zug-, Druck- und Scherspannung sowie Dehnungen, die genauestens kontrolliert werden müssen. Zu diesem Zweck wird bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform die zu prägende und zu bedruckende Bahn 1 über eine zentrale Präge- und Druckeinheit 5, 15, 2 bedruckt und gleichzeitig geprägt, wobei wiederum besonders bevorzugt die Druckeinheit 2 die Prägewalze 15 passgenau bedruckt, welche daraufhin ebenfalls passgenau Prägung und Druck auf die Materialbahn 1 überträgt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird von einem Extruder 10 bereitgestelltes thermoplastisches Material unmittelbar vor dem Wirkungsbereich der Präge- und Druckeinheit 5, 15, 2 auf der Materialbahn 1 appliziert. Alternativ wäre es auch möglich, anstelle des Extruders eine Einheit vorzusehen, welche duroplastisches Material an ähnlicher Stelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung, d. h. in Materialbahnbewegungsrichtung vor der zentralen Präge- und Druckeinheit, appliziert. Da hierbei stets die Bedruckung gleichzeitig mit der Prägung stattfindet, führt dies zu keiner nachteiligen Veränderung des Substratmaterials 1, welche zu einem Versatz zwischen der Präge- und Druckinformation führen könnte. Aus den gleichen Gründen ist auch eine eventuelle Wulstbildung im Prägebereich unerheblich.
In Figur 4 ist zu erkennen, wie der Extruder 10 heißpräbare Masse bzw. eine entsprechende Materialbahn 11 zwischen einem Transportband 16 der Transporteinheit und der Heißprägeeinheit/Polymerisationseinheit 5 appliziert. Die heißprägbare Masse 11, 11 ' kann dabei beispielsweise aus Thermoplasten, vernetzten Thermoplasten und Duroplasten sowie deren Kombinationen bestehen. Die Kombination von thermoplastischen Lagen mit Duroplasten oder vernetzten Thermoplasten ist von besonderer Bedeutung für einen eventuell folgenden Tiefziehprozess, bei dem die Prägestruktur durch die Erwärmung beim Tiefziehen erhalten bleiben muss und bei dem nur der nicht vernetzte Thermoplast thermoplastisch formbar sein darf. Besonders bevorzugt handelt es sich dazu bei der Masse 11 um ein Duroplast und bei der Masse 11 ' um ein Thermoplast. Die Ausgangsmaterialbahn 1 kann dabei eine Folie, ein Gewebe, aber auch ein anderes bahnförmiges Material sein. Besitzt die Materialbahn 1 eine ausreichende Formstabilität, so kann das Transportband 16 auch entfallen. Weiterhin ist zu erkennen, wie die Druckeinheit 2 die Prägestruktur 13 der Heißprägeeinheit 5 dreidimensional bedruckt. Vorzugsweise erfolgt dabei die Bedruckung über einen berührungslosen Digitaldruck, etwa einen Tintenstrahldruck.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die Materialbahn 1 zunächst über eine Heizeinheit 3 erwärmt und anschließend von einer Prägeeinheit 2 geprägt. Das geprägte Material 1 wird dabei ohne Schlupf an eine Umlenkwalze 9, die über eine Vakuumbeaufschlagung 6 für den passgenauen Weitertransport verfügt, übergeben. Die Materialbahn 1 ist dabei ständig mit der Umlenkwalze 9 in Kontakt, so dass bei der Materialübergabe, einem Kühl- oder Druckprozess die Dimensionsstabilität der Materialbahn 1 gewährleistet ist. Neben der Vakuumbeaufschlagung 6 kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Umlenkwalze 9 mit einer den Formschluss erhöhenden Oberflächenstruktur oder einer den Reibschluss unterstützenden Beschichtung versehen ist. Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt die Bedruckung der geprägten Materialbahn 1 vorzugsweise über einen berührungslosen Digitaldruck 2. Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
B ezugszeichenliste
Materialbahn
Druckeinheit
Heizeinheit
Transporteinheit
Heißprägeeinheit
Vakuumkanäle
Eingangsspaltbreite
Ausgangsspaltbreite
Umlenkwalze
Extruder
plastifizierte heißprägbare Materialbahn / heißprägbare Masse / duromere Gießmasse Prägespalt
Prägestruktur
Wulst
Prägewalze
Transportband

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Herstellung bedruckter und heißgeprägter Materialbahnen (1) mit passgenau angeordneter Präge- und Druckinformation, mit einer Druckeinheit (2) für das Bedrucken einer Materialbahn (1); einer Heizeinheit (3) für das Bereitstellen einer heißprägbaren Materialbahn (1); einer Heißprägeeinheit (5) für das Prägen der von der Heizeinheit (3) bereitgestellten Materialbahn (1); und einer Transporteinheit (4), um eine Materialbahn (1) in den Wirkungsbereich der Druck-, Heiz- und Heißprägeeinheit (2, 3, 5) zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinheit (4) mit der Materialbahn (1) in ständigem Reib- oder Formschluss steht, zumindest bis sowohl die Druckeinheit (2), als auch die Heizeinheit (3) und die Heißprägeeinheit (5) auf die Materialbahn (1) eingewirkt haben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinheit (4) zumindest eine Umlenkwalze (9) aufweist, die als Gegenwalze für zumindest eines von Druckeinheit (2), Heizeinheit (3) und Heißprägeeinheit (5) wirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reib- oder Formschluss durch Vakuumbeaufschlagung (6) zwischen der Transporteinheit (4) und der Materialbahn (1) unterstützt wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinheit (4) zur Erhöhung des Reibschlusses mit der Materialbahn (1) eine entsprechende Beschichtung aufweist oder aufgeraut ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinheit (4) zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstruktur aufweist, die dem Negativ der Materialbahnoberflächenstruktur zumindest so genau entspricht, dass der Formschluss zwischen der Transporteinheit (4) und der Materialbahn (1) erhöht wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Prägespalt (12) der Prägeeinheit (5) in Materialbarmtransportrichtung von einer Eingangsspaltbreite (7) auf eine Ausgangsspaltbreite (8) verringert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägespaltbreitenverringerung über die gesamte Spaltlänge stetig oder sogar bei einem konstanten Gradienten erfolgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinheit (4) zumindest zwei in Materialbahnbewegungsrichtung unmittelbar aufeinander folgende Umlenkwalzen (9) aufweist, wobei die Materialbahn (1) von einer Umlenkwalze (9) auf eine andere Umlenkwalze (9) umgelagert wird, ohne dass dabei eine Zug-, Scher- oder Druckspannung auf die Material bahn (1) ausgeübt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung eines Schlupfes zwischen den einzelnen Walzen (9) und der Materialbahn (1) die Walzen (9) in ihrer Umlaufgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt oder abstimmbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung eines Schlupfes zwischen den einzelnen Walzen (9) und der Materialbahn (1) die Walzen (9) in ihrem Umfang aufeinander abgestimmt oder abstimmbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinheit (2) nicht mit der Materialbahn (1) in Kontakt steht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinheit (2) einen Tintenstrahldrucker umfasst.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (3) einen Extruder (10) umfasst, der eine heißprägbare Masse oder eine heißprägbare plastifizierte Materialbahn (11) bereitstellt.
14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinheit (2) die Materialbahn (1, 1 1) passiv bedruckt, indem sie ein Prägewerkzeug der Heißprägeeinheit (5) bedruckt.
15. Verfahren zur Herstellung bedruckter und heißgeprägter Materialbahnen (1) mit passgenau angeordneter Präge- und Druckinformation, das die Schritte aufweist:
Bereistellen einer Materialbahn (1) über eine Transporteinheit (4);
Zuführen der Materialbahn (1) einer Druckeinheit (2) mittels der Transporteinheit (4) und Bedruckten der Materialbahn (1);
Zuführen der Materialbahn (1) einer Heizeinheit (3) mittels der Transporteinheit (4) und Bereitstellen einer heißprägbaren Materialbahn (1); und
Zuführen der heißprägbaren Materialbahn (1) mittels der Transporteinheit (4) einer Heißprägeeinheit (3) und Heißprägen der heißprägbaren Materialbahn (1); dadurch gekennzeichnet, dass die bereitgestellte Materialbahn (1) zumindest während der vorgenannten Verfahrensschritte im Reib- oder Formschluss mit der Transporteinheit (4) gehalten wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (1) zunächst bedruckt und im Anschluss daran der Heizeinheit (3) zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die heißgeprägte Materialbahn (1) bedruckt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißprägen gleichzeitig mit dem Bedrucken durchgeführt wird, indem die Druckeinheit (2) ein Prägewerkzeug der Heißprägeeinheit (5) bedruckt und somit die heißprägbare Materialbahn (1) passiv bedruckt.
19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen einer heißprägbaren Materialbahn (1) umfasst: Extrudieren einer heißprägbaren Masse oder heißprägbaren plastifizierten Materialbahn (1 1); und
Applizieren der heißprägbaren Masse oder heißprägbaren plastifizierten Materialbahn (1) auf einer heiß zu prägenden Seite der von der Transporteinheit (4) bereitgestellten Materialbahn (1).
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