Title:
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung bedruckter und heißgeprägter Materialbahnen mit passgenau angeordneter Präge- und Druckinformation
Kind Code:
A1


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.




Inventors:
SAUERESSIG KILIAN (DE)
Application Number:
DE102009054203
Publication Date:
06/16/2011
Filing Date:
11/21/2009
Assignee:
DEVINE GMBH & CO KG (DE)
Domestic Patent References:
DE1059873BN/A1959-06-25



Foreign References:
47283771988-03-01
GB2360743A2001-10-03
Attorney, Agent or Firm:
BOEHMERT & BOEHMERT (Bremen, 28209)
Claims:
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 Materialbahntransportrichtung 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 Materialbahn (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 hießprägbare Masse oder eine heißpräbare plastifizierte Materialbahn (11) bereitstellt.

14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinheit (2) die Materialbahn (1, 11) 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 (11); und
– Applizieren der heißprägbaren Masse oder heißprägbaren plastifizierten Materialbahn (1) auf einer heiß zu prägenden Seite der von der Transporteinheit (4) bereitgestellten Materialbahn (1).

Description:

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 Ausführungsform 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:

1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung;

2 eine einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

3 eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit drei Umlenkwalzen;

4 eine Ausführungsform, bei der die Heizeinheit einen Extruder umfasst; und

5 eine Ausführungsform mit der Heißprägeeinheit nachgestellter Druckeinheit.

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.

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 (d1, 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 d17 auf eine ausgangsspaltbreite d5, 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.

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 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 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 Kombinatonen 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 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.

Bezugszeichenliste

1
Materialbahn
2
Druckeinheit
3
Heizeinheit
4
Transporteinheit
5
Heißprägeeinheit
6
Vakuumkanäle
7
Eingangsspaltbreite
8
Ausgangsspaltbreite
9
Umlenkwalze
10
Extruder
11, 11'
plastifizierte heißprägbare Materialbahn/heißprägbare Masse/duromere Gießmasse
12
Prägespalt
13
Prägestruktur
14
Wulst
15
Prägewalze
16
Transportband