DE102008031655B4

DE102008031655B4 - Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper und Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers unter Anwendung eines Ultraschallverfahrens

Info

Publication number: DE102008031655B4
Application number: DE102008031655.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Radtke; Peter Stiemert; Andreas Jankowski; Detlef Märtens
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: WO2010000496A1; DE102008031655A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers (2), der aus mehreren Schichten (3-7) hergestellt wird, wobei die mehreren Schichten (3-7) mindestens eine erste Schicht (3) und eine zweite Schicht (4) aus Kunststoffmaterialien sowie mindestens eine weitere Schicht (5) umfassen, und wobei die mehreren Schichten (3-7) flächig übereinander zu einem Schichtenstapel (12) geschichtet werden, so das die mindestens eine weitere Schicht (5) zwischen der ersten und der zweiten Schicht (3, 4) angeordnet ist, und in den Schichtenstapel (12) Energie eingetragen wird, so dass die mehreren Schichten zu dem Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens eine weitere Schicht (5) mindestens ein Durchbruch (9) eingebracht wird oder ist, so dass dieser sich in dem Schichtenstapel (12) in einem Teilbereich (11) eines flächigen Überlappungsbereich (8) der ersten Schicht (3), der zweiten Schicht (4) und der mindestens einen weiteren Schicht (5) befindet, und das Eintragen von Energie in den Schichtenstapel (12) ein lokal begrenztes gezieltes Einbringen von Energie in den Teilbereich (11) des flächigen Überlappungsbereichs (8) in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich umfasst, so dass die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) jeweils nur lokal, zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen (10), im Bereich des Durchbruchs (9) über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt werden und miteinander verbunden werden, so dass sich durch den mindestens einen Durchbruch (9) hindurch eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung (15) zwischen der ersten Schicht (3), der zweiten Schicht (4) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers, der aus mehreren Schichten hergestellt wird, wobei die mehreren Schichten mindestens eine erste Schicht und eine zweite Schicht aus Kunststoffmaterialien sowie mindestens eine weitere Schicht umfassen und bei dem die mehreren Schichten flächig übereinander zu einem Schichtenstapel geschichtet werden, so dass die mindestens eine weitere Schicht zwischen der ersten, und der zweiten Schicht angeordnet ist und in den Schichtenstapel Energie eingetragen wird, so dass die mehreren Schichten zu dem Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper verbunden werden. Die Erfindung betrifft ferner einen solchen Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper.
Mehrschichtsicherheitsdokumente, die einen aus mehreren Schichten aufgebauten Dokumentkörper umfassen, werden heutzutage als Identifikationsdokumente, wie beispielsweise in Pässen, in buchartigen Personalausweisen, als Führerscheine, vorläufige Personaldokumente, Sicherheitsdokumente, Zugangsberechtigungen oder dergleichen, verwendet. Zur Herstellung eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers werden mehrere Schichten, die in der Regel in einer Mehrzahl aus Kunststoffmaterialien bestehen, übereinander geschichtet und in einem Laminationsprozess miteinander zu einem Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper verbunden.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper, bei denen sämtliche Schichten aus einem identischen Kunststoffmaterial bestehen, können durch ein Laminationsverfahren zu einem monolithischen Dokumentenkörper verbunden werden, der in der Regel ohne eine Zerstörung einzelner Sicherheitsmerkmale nicht in die einzelnen Schichten erneut delaminiert werden kann.
Aus der DE 103 42 946 A1 ist ein Einlageblatt für ein buchartiges Identifikationsdokument, ein Identifikationsdokument und ein Verfahren zur Herstellung eines buchartigen Identifikationsdokuments bekannt, wobei das Einlageblatt mit einer Naht in einem Scharnierbereich entlang einer Seite mit den übrigen Buchteilen verbindbar ist. Das Einlageblatt besteht aus mindestens einer Schicht aus einem thermoplastischen Elastomer und mindestens einer weiteren Schicht. Die mindestens eine weitere Schicht erstreckt sich in Richtung der Einlageblattebene im Wesentlichen von der der Naht gegenüberliegenden Seite bis zu dem Scharnierbereich. Nur die mindestens eine Schicht aus dem thermoplastischen Elastomer erstreckt sich in den Scharnierbereich hinein. Die Schichten, die das Einlageblatt bilden, sind miteinander laminiert. Als bevorzugtes thermoplastisches Elastomer wird thermoplastisches Polyurethan (TPU) vorgeschlagen. Für die mindestens eine weitere Schicht werden hochtemperaturstabile Kunststoffe, beispielsweise Polycarbonate (PC), vorgeschlagen. Die Personalisierung des Einlageblattes, welches ein Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper ist, erfolgt in den höhertemperaturstabilen Kunststoffen.
Erfahrungen aus der Praxis mit solchen Passbüchern haben jedoch gezeigt, dass sich bei einem Einlageblatt aus einem thermoplastischen Elastomer und einer hierauf laminierten mindestens einer weiteren Schicht aus einem hochtemperaturstabilen Kunststoff wie Polycarbonat (PC), die mit der Personalisierung versehene PC-Schicht von der aus dem thermoplastischen Elastomer gebildeten Schicht bei einer geschickten Wahl von Temperatur und Zugkräften wieder ablösen lässt. Dieser Prozess wird Delamination genannt. Hierbei lässt sich in manchen Fällen die personalisierte PC-Schicht fasst unbeschädigt von der aus dem thermoplastischen Elastomer gebildeten Schicht lösen. Dieses ist im Hinblick auf eine Fälschungssicherheit sehr nachteilig.
Eine Ursache dafür, dass sich Schichten nachträglich wieder voneinander lösen lassen, liegt häufig darin, dass die beiden Materialien unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen. Bei einem Laminationsprozess ist es daher häufig nicht möglich, eine Temperatur zu wählen, bei der beide Materialien an der Grenzfläche aufschmelzen und sich so miteinander verbinden, dass eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung ausgebildet wird. Unter einer nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindung wird im Folgenden eine Verbindung von zwei Schichten verstanden, die nicht wieder auflösbar ist, ohne dass an mindestens einer der Schichten eine Beschädigung entsteht. Soll beispielsweise Polycarbonat (PC) auf das thermoplastische Elastomer thermoplastisches Polyurethan (TPU) laminiert werden, so schmilzt bei einer zu geringen Temperatur das Polycarbonat (PC) nicht. Wird hingegen eine zu hohe Temperatur gewählt, wo besteht die Gefahr, dass das thermoplastische Polyurethan (TPU) vollständig aufschmilzt, welches nachteilig für dessen Formstabilität ist, insbesondere wenn auf oder in die TPU-Schicht Sicherheitselemente oder Merkmale, beispielsweise ein Mikrochip, integriert sind. Daher sind Laminate zwischen thermoplastischen Elastomeren und hochtemperaturstabilen Thermoplasten bei normalen Laminationsprozessen nicht von ausreichender Güte, um eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung in jedem Fall zu gewährleisten, wie die Praxis gezeigt hat.
Es besteht jedoch auch ein Bedürfnis, Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper herzustellen, die mindestens eine Schicht aus einem Kunststoffmaterial, welches kein Thermoplast ist, oder eine Schicht aus einem nicht kunststoffartigen Material, beispielsweise aus Papier oder Ähnlichem, umfassen. Um solche Schichten mit den übrigen Schichten zu einem Sicherheitsdokumentenkörper zu verbinden, werden beispielsweise Haftvermittler, z.B. Kleber, eingesetzt. Über Haftvermittler hergestellte Verbindungen lassen sich jedoch häufig hinsichtlich der Schichten zerstörungsfrei wieder lösen.
Bei auf Papierbasis hergestellten Schichten ist es darüber hinaus bekannt, diese mit Kunststoffmaterialien zu tränken, um hierüber beim Laminieren eine Verbindung zwischen den übrigen Schichten und der Papierschicht herzustellen. Die Präparation einer solchen Schicht ist aufwendig.
Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, einen Mehrschichtsicherheitsdokumentenkörper eingangs genannter Art sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen zu schaffen, bei denen die Schichten besser miteinander gegen eine unerwünschte Delamination gesichert sind oder werden.
Aus der US 6,557,766 B1 ist eine Hybridplastikkarte und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt, die eine Radio-Frequenz-Identifikationsvorrichtung (RFID) umfasst. In einem Heißlaminationsverfahren werden RFID-Vorrichtungen zwischen Kunststoffsubstratschichten eingebettet, in dem diese vollständig aufgeschmolzen und anschließend abgekühlt werden. Ein so gefertigtes Halbzeug, welches RFID-Vorrichtungen im Mehrfachnutzen umfasst, kann in Streifen geschnitten werden, die dann mittels eines Ultraschallschweißverfahrens bündig an den Enden zu einem aufrollbaren Band zusammengefügt werden. Mit weiteren Schichten kann das Band dann zu der Hybridplastikkarte verarbeitet werden.
Aus der DE 102 38 331 A1 sind ein Verfahren zum Herstellen von Organisationsmitteln und Organisationsmittel bekannt. Bei dem Verfahren zum Herstellen von Organisationsmitteln, welche aus mindestens einem Innenteil und mindestens einer zweilagigen Folie aus schweißbaren Material bestehen, die miteinander verbunden werden und einen oder mehrere Aufnahmeräume bilden, werden die Folien über Durchbrechungen des Innenteils miteinander verschweißt.
Die GB 2 082 505 A beschreibt einen manipulationssicheren Pass. Es ist beschrieben, dass eine Datenseite, auf der beispielsweise ein Passbild angebracht ist und die aus thermoplastischem Material oder mit thermoplastischen Material imprägnierten Papiermaterial besteht, zwischen zwei transparenten Abdeckschichten aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial angeordnet ist, wobei die Datenseite und die Abdeckschicht den miteinander vollflächig über einen Hitzeeintrag miteinander verbunden sind. Die Abdeckschichten können hierdurch direkt miteinander in Randbereichen, an denen diese über die Datenseite hinausragen, verbunden sein. Ferner können die Abdeckschichten hierdurch auch durch Perforationslöcher in der Datenseite direkt miteinander verbunden sein. Diese Verbindungen können alternativ oder zusätzlich zu der direkten Verbindung in den Randbereichen ausgebildet sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierfür ist vorgesehen, in die mindestens eine weitere Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnet wird, mindestens einen Durchbruch einzubringen. Der Durchbruch wird an einer Stelle der weiteren Schicht eingebracht, dass dieser sich in dem Schichtenstapel in einem Teilbereich eines flächigen Überlappungsbereichs der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der mindestens einen weiteren Schicht befindet. Das Eintragen von Energie in den Schichtenstapel umfasst ein lokal begrenztes gezieltes Einbringen von Energie in diesen Teilbereich des flächigen Überlappungsbereichs in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich. Dieses wird so ausgeführt, dass die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils nur lokal, zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen, im Bereich des Durchbruchs über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt werden und miteinander verbunden werden, so dass sich durch den mindestens einen Durchbruch hindurch eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht ausbildet. Der so erhaltene Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper umfasst somit mehrere Schichten, die mindestens eine erste Schicht und eine zweite Schicht aus Kunststoffmaterialien sowie mindestens eine weitere Schicht umfassen, wobei die mehreren Schichten flächig übereinander zu einem Schichtenstapel geschichtet sind, wobei die mindestens eine weitere Schicht zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnet ist, und die mehreren Schichten durch einen Eintrag von Energie zu dem Mehrschichtensicherheitsdokumentkörper verbunden worden sind. In die mindestens eine weitere Schicht ist mindestens ein Durchbruch eingebracht, so dass dieser sich in einem Teilbereich eines flächigen Überlappungsbereichs der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der mindestens einen weiteren Schicht befindet, und durch den mindestens einen Durchbruch hindurch eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht ausgebildet ist. Die Verbindung ist durch ein lokal begrenztes, gezieltes Eintragen von Energie in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich in den Teilbereich des flächigen Überlappungsbereichs gebildet, durch welches die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils nur lokal zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen im Bereich des Durchbruchs über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt und miteinander verbunden worden sind.
Ein solcher Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper lässt sich mit einer Vorrichtung herstellen, die eine Energiequelle zum Eintragen von Energie in einen Schichtenstapel mehrerer übereinander geschichteter Schichten umfasst, die mindestens eine erste Schicht, eine zweite Schicht und mindestens eine zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnete weitere Schicht umfassen, wobei die Energiequelle einen Schallerzeuger umfasst, der Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich erzeugt und Energie in Form von Schallwellen lokal begrenzt gezielt in mindestens einen Teilbereich und/oder lokal begrenzt gezielt in weitere Teilbereiche eines Überlappungsbereichs der mehreren Schichten des Schichtenstapels einträgt, in dem oder in denen die mindestens eine weitere Schicht jeweils mindestens einen Durchbruch aufweist, so dass die erste Schicht und die zweite Schicht lokal zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen, im Bereich des Durchbruchs und/oder der weiteren Durchbrüche über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt und miteinander verbunden werden, um eine Ausbildung nicht zerstörungsfrei lösbarer Verbindungen durch den Durchbruch oder die weiteren Durchbrüche hindurch zwischen ihnen herbeizuführen. Die miteinander über einen Eintrag von Energie über eine Schmelztemperatur erwärmbaren Schichten bilden hierbei nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen durch mindestens einen Durchbruch der weiteren zwischen ihnen angeordneten Schicht aus. Hierdurch ist es unmöglich, die mehreren Schichten voneinander zu trennen, ohne dass dies zu einer Beschädigung an mindestens einer der mehreren Schichten führt. Dadurch, dass die Energie lokal gezielt in Form von Ultraschallwellen eingebracht wird, ist eine gute Lokalisation der Erwärmung der mehreren Schichten steuerbar. Lediglich im Bereich des mindestens einen Durchbruchs findet eine Erwärmung zumindest der ersten und der zweiten Schicht oberhalb ihrer Schmelztemperaturen statt. Ist die zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnete weitere Schicht ebenfalls aus einem Kunststoffmaterial, so kann diese selbstverständlich lokal begrenzt an den Rändern des Durchbruchs ebenfalls mit aufschmelzen, so dass diese in die nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung direkt mit eingebunden ist. Der Vorteil der Erfindung wird jedoch auch für solche weiteren Schichten erreicht, die aus einem nicht thermoplastischen Material bestehen oder eine abweichende Schmelztemperatur aufweisen. Durch die Ausbildung mindestens einer nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht durch die Aussparung der weiteren Schicht hindurch werden diese formschlüssig miteinander verbunden.
Die lediglich lokal ausgeführte Erwärmung sorgt darüber hinaus dafür, dass weitere bereits in den Sicherheitsdokumentenkörper bzw. den Schichtenstapel eingebrachte Sicherheitsmerkmale und/oder Sicherheitselemente beim Verbinden der Schichten keiner übermäßigen thermischen Belastung ausgesetzt werden. Die lokal eingebrachte Wärme kann nach dem Ausbilden der nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindung in das umgebende Material der mehreren Schichten dissipieren. Eine Erwärmung durch Ultraschallwellen bietet darüber hinaus den Vorteil, in sehr kurzer Zeit ausgeführt werden zu können, so dass eine Herstellung von Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpem mit einer hohen Taktrate und somit einem hohen Durchsatz ausgeführt werden kann. Dadurch, dass die lokal eingebrachte Energie in das umgebende Material der mehreren Schichten dissipieren kann, ist anders als bei einem herkömmlichen Laminationsprozess, bei dem Wärme flächig verteilt in dem Schichtenstapel eingebracht wird, in der Regel kein langwieriger Kühlprozess notwendig.
Eine besonders schnelle und stabile Ausbildung der nicht lösbaren Verbindungen erhält man, wenn eine entlang einer Schichtungsrichtung wirkende Druckkraft während des Verbindens auf die mehreren Schichten ausgeübt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Schicht und die zweite Schicht aus Kunststoffmaterialien bestehen, die die gleiche Schmelztemperatur aufweisen. Besonders bevorzugt bestehen die erste und die zweite Schicht aus demselben Kunststoffmaterial. Bei einer solchen Ausführungsform bildet sich bei geeigneter Wahl der Kunststoffe eine stoffschlüssige Verbindung in dem Durchbruch. Bei anderen Ausführungsformen bestehen die erste und die zweite Schicht aus Kunststoffmaterialien unterschiedlicher Schmelztemperatur.
Besonders bevorzugt wird es, mehrere nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen zwischen der ersten und der zweiten Schicht durch mehrere Durchbrüche, die voneinander getrennt ausgebildet sind, durch die weitere Schicht hindurch auszubilden. Hierfür ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass in die mindestens eine weitere Schicht weitere Durchbrüche eingebracht werden oder sind und Energie in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich zusätzlich in weiteren Teilbereichen des flächigen Überlappungsbereichs gezielt lokal eingetragen wird, so dass die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils nur lokal zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen jeweils im Bereich der weiteren Durchbrüche über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt werden und miteinander verbunden werden, so dass sich nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen zwischen der ersten und der zweiten Schicht durch die weiteren Durchbrüche hindurch ausbilden.
Die weiteren Durchbrüche können beispielsweise entlang einer Linie ähnlich einer Perforation angeordnet sein. Besonders bevorzugt erstreckt sich eine solche Linie von aneinander gereihten, jedoch voneinander getrennten Durchbrüchen quer über eine gesamte Ausdehnung der mindestens einen weiteren Schicht.
Diese weitere Schicht ist bei einigen Ausführungsformen flächig kleiner ausgebildet als die erste und die zweite Schicht. Hierdurch wird erreicht, dass die erste Schicht und die zweite Schicht an einem umlaufenden Rand zusätzlich zu den durch die Durchbrüche hindurch ausgebildeten nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindungen entlang ihres Rands miteinander nicht zerstörungsfrei miteinander verbunden werden können. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht daher vor, dass in den Schichtenstapel vor oder nach dem lokal gezielten Eintragen von Energie in Form von Schallwellen im Wesentlichen flächig gleichmäßig verteilt Wärme eingetragen wird, um die aus thermoplastischen Kunststoffmaterialien bestehenden der mehreren Schichten miteinander zu laminieren. Bei geeigneter Wahl der Kunststoffmaterialien ist es möglich, dass diese miteinander eine stoffschlüssige Verbindung ausbilden.
Während bei einer bevorzugten Ausbildung das Eintragen der Energie in Form von Ultraschallwellen in dem oder den Teilbereichen vor oder nach einem Laminieren der Kunststoffschichten erfolgt, so dass die eingebrachte Wärmeenergie schnell in die mehreren Schichten dissipieren kann, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Eintragen von Energie in Form von Ultraschallwellen zeitgleich mit dem Laminieren erfolgt. Während das Erwärmen des Schichtenstapels durch ein gleichmäßiges Eintragen von Wärme ein längere Zeit beanspruchender Prozess ist, kann die lokale Erwärmung im Bereich der Teilbereiche, in denen sich die Durchbrüche befinden, in einem sehr kurzen Zeitraum ausgeführt werden. Durch geschickte Prozesssteuerung kann somit erreicht werden, dass beispielsweise im Inneren des Schichtenstapels die flächig eingetragene Wärmeenergie so bemessen werden kann, dass die den Durchbrüchen zugewandten Oberflächen der ersten und der zweiten Schicht durch den Wärmeeintrag nicht oberhalb ihrer Schmelztemperatur erwärmt werden. Dieses erfolgt dann nur durch den Energieeintrag in Form von Schallwellen während des Laminationsvorgangs. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass eine thermische Belastung der weiteren Schicht, die in einem solchen Fall vorzugsweise in einer Mitte des Schichtenstapels angeordnet ist, gering gehalten wird.
Die Frequenz der Schallwellen und deren Amplitude werden angepasst an Kunststoffmaterialien der ersten und/oder der zweiten Schicht gewählt. Bevorzugt werden eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Schallwellen moduliert, um einen effizienten Energieeintrag zu erreichen. Dieses bietet sich insbesondere an, wenn Schichten aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien und/oder Schichten unterschiedlicher Beschaffenheit miteinander verbunden werden sollen.
Eine Verwendung von Schallwellen zum Eintragen von Energie bietet den Vorteil, dass der Energieeintrag auch hinsichtlich seiner zeitlichen Dauer präzise gesteuert werden kann. Die eingebrachte Energiemenge kann somit gut dosiert werden.
Als Materialien für die erste und die zweite Schicht sowie weitere der mehreren Schichten kommen alle dem Fachmann bekannte thermoplastische Kunststoffe in Betracht. Insbesondere werden hochtemperaturstabile Kunststoffe, d. h. solche mit hoher Erweichungstemperatur, gewählt. Diese umfassen neben dem bevorzugten Kunststoffmaterial Polycarbonat (PC) Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylenoxid (PPO), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyoxymethylen (POM), Polysulfon (PSU), Polyethermid (PEI) oder Polyamid (PA). Darüber hinaus kommen auch thermoplastische Elastomere oft zum Einsatz. Hierfür stehen die gesamte Gruppe der thermoplastischen Polyurethane, die Gruppe der thermoplastischen Copolyester und die Gruppe der thermoplastischen Polyether-Block-Amide zur Verfügung.
Die weitere Schicht kann im Prinzip aus einem beliebigen Material bestehen. Bevorzugt werden Schichten auf Papier oder Textilbasis oder auch aus einem thermoplastischen Elastomer. Weitere Schichten aus einem thermoplastischen Elastomer, beispielsweise thermoplastischen Polyurethan, werden beispielsweise bei Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpern eingesetzt, die in ein Passbuch buchbinderisch integriert werden sollen.
Um zu erreichen, dass eine Oberfläche des Mehrschichtsicherheitsdokumentenkörpers glatt und eben bleibt und keine oder nur geringe Vertiefungen aufweist, ist bei einigen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Durchbrüche mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial verfüllt werden. Dieses ist vorzugsweise identisch zu dem der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht. Das zum Verfüllen verwendete thermoplastische Material kann auch ein Gemisch der Kunststoffe umfassen oder auf Basis der Kunststoffe hergestellt sein, aus denen die erste Schicht und die zweite Schicht bestehen. Das Kunststoffmaterial wird bevorzugt in Form eines Granulats verwendet. Das zum Verfüllen verwendete Kunststoffmaterial weist vorzugsweise eine gleiche oder zumindest ähnliche Schmelztemperatur wie das oder die Kunststoffmaterialien der ersten Schicht und der zweiten Schicht auf. Beim Anwenden von Schallenergie wird über das zum Verfüllen verwendete Kunststoffmaterial durch die Durchbrüche zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine Verbindung ausgebildet. Insbesondere bei Durchbrüchen durch Schichten großer Materialstärken ist ein Verfüllen mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, bevorzugt in Form eines Granulats, von Vorteil, da ausreichend Material zum Ausbilden der Verbindungen durch die Durchbrüche vorhanden ist. man erhält somit einen Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper, bei dem die nicht lösbare Verbindung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht durch den mindestens einen Durchbruch über ein in dem mindestens einen Durchbruch angeordnetes thermoplastisches Kunststoffmaterial ausgebildet ist, dessen Materialeigenschaften, insbesondere dessen Schmelztemperatur und/oder Polymerzusammensetzung, ähnlich oder identisch zu denen der Kunststoffmaterialien der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht sind.
Als weiteres Sicherheitsmerkmal werden in Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper häufig Mikrochips integriert, die besonders bevorzugt für ein berührungsloses Auslesen verborgen im Innern eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers angeordnet sind. Hierzu wird ein Mikrochip mit einer Antenne gekoppelt, die dann beide bevorzugt in eine der Schichten des Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers eingearbeitet sind. Besonders bevorzugt wird der Mikrochip mit der verbundenen Antenne in die weitere Schicht, die aus einem thermoplastischen Elastomermaterial gebildet ist, eingearbeitet. Insbesondere bei einer Verwendung einer solchen mit einem so genannten Inlay, bestehend aus dem Mikrochip und der Antenne, versehenen Schicht, ist eine Anwendung der Erfindung besonders vorteilhaft. Wird beispielsweise das besonders bevorzugte thermoplastische Polyurethanmaterial für die weitere Schicht verwendet und für die erste und die zweite Schicht und mögliche weitere Schichten ein Polycarbonatmaterial verwendet, so besteht bei den Verfahren nach dem Stand der Technik die Gefahr, dass beim Laminieren eine zu hohe Temperatur gewählt wird, um eine nicht lösbare Verbindung zwischen den Schichten durch einen flächigen Energieeintrag in Form von Wärmeenergie zu erreichen. Wird nämlich eine Temperatur gewählt, die ausreichend ist, das thermoplastische Polyurethanmaterial aufzuschmelzen, so besteht die Gefahr, dass sich die Antenne und der Mikrochip aus ihrer gewünschten Position bewegen. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers, bei dem in die weitere Schicht ein Chip mit einer Antenne eingearbeitet ist, besteht die Gefahr des Aufschmelzens der gesamten weiteren Schicht gerade nicht. Dadurch, dass der Energieeintrag nur lokal im Bereich der Durchbrüche der weiteren Schicht erfolgt, kann erreicht werden, dass nach dem Erreichen der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials der ersten und der zweiten Schicht bzw. einem Einbringen der hierfür erforderlichen Energie der Energieeintrag gestoppt wird. Die an der Verbindungsstelle vorhandene Energie kann in die übrigen Bereiche der ersten und der zweiten Schicht dissipieren, so dass eine rasche Abkühlung auftritt und die nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung ausgebildet wird. Die zugeführte Energiemenge wird so gewählt, dass sie nicht ausreicht, um außerhalb des lokal über den Energieeintrag erwärmten Teilbereichs bzw. der Teilbereiche ein Aufschmelzen der ersten, der zweiten oder der weiteren Schicht zu bewirken.
Der Schallwellenerzeuger umfasst bevorzugt einen Piezokristall zum Erzeugen von Schwingungen im Ultraschallfrequenzbereich.
Der Energieeintrag in Form von Schallwellen erfolgt vorzugsweise über eine Sonotrode, die zu dem mindestens einen Teilbereich und/oder den weiteren Teilbereichen korrespondierende erhabene Gebiete aufweist, die mit einer außen liegenden der übereinander geschichteten Schichten beim Eintragen der Schallwellen in Kontakt gebracht werden.
Werden in einer Sonotrode mehrere erhabene voneinander getrennt und beabstandet ausgeführte erhabene Gebiete ausgebildet, so kann der Energieeintrag zeitgleich in den korrespondierenden Teilbereichen vorgenommen werden. In sehr kurzer Zeit können somit Schichten an mehreren voneinander beabstandeten Stellen, d.h. durch mehrere Durchbrüche hindurch, miteinander über nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen verbunden werden.
Besonders hervorgehoben werden soll an dieser Stelle, dass eine Verbindung der ersten Schicht mit der zweiten Schicht in erfindungsgemäßer Weise vor einem Laminieren mit möglichen weiteren Schichten zu einem Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper oder nach dem Laminieren erfolgen kann. Ebenso können die nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindungen vor oder nach einem gegebenenfalls vorgenommenen Personalisieren von gegebenenfalls vorhandenen laserpersonalisierbaren Schichten erfolgen.
Die Sonotrode ist vorzugsweise so hergestellt, dass die erhabenen Gebiete eine oder mehrere gestrichelte oder gepunktete Linien darstellen, die vorzugsweise an die zu verbindenden Schichten so angepasst sind, dass diese sich vorzugsweise über den gesamten Überlappungsbereich oder weiteren Überlappungsbereich erstrecken.
Ebenso wird es bevorzugt, die erhabenen Gebiete so zu gestalten, dass beispielsweise eine unterbrochene Line aus nicht lösbaren Verbindungen umlaufend um einen eingefügten Mikrochip herstellbar ist. Hierdurch wird ein Entfernen des Mikrochips erschwert. Ferner wird um den Bereich, in dem der Mikrochip eingefügt ist und der aufgrund des Vorhandenseins des Mikrochips für eine Delamination anfälliger ist, gesondert umlaufend vor einer solchen Delamination geschützt.
Die Sonotroden können so ausgebildet werden, dass nicht lösbare Verbindungen für mehrere Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper, die im Mehrfachnutzen hergestellt werden, zeitgleich ausgebildet werden können. Dieses bedeutet, dass die Sonotrode ausgebildet ist, in Schichten mehrerer Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper zeitgleich Schallwellen zum Verbinden der Schichten einzukoppeln. Die einzelnen Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper werden in der Regel erst anschließend durch eine Vereinzelung aus einem großflächigen Mehrschichtverbund erzeugt.
Die Energiequelle ist bei einer Ausführungsform schwenkbar gegenüber einer Gegenplatte angeordnet, so dass die übereinander geschichteten Schichten zwischen der Gegenplatte und der Sonotrode beim Energieeintragen geklemmt werden können.
Vorzugsweise ist ein Modulator vorgesehen, um eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Schallwellen zu modulieren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers und eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers;
2 eine schematische Ansicht von Schichten, die zu einem Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper zusammengefügt werden;
3. eine schematische Draufsicht auf einen Schichtenstapel der Schichten nach 2;
4 eine schematische Draufsicht auf eine Sonotrode von unten; und
5 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers.

In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers 2 mit dem Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper 2 schematisch dargestellt. Der hier beschriebene Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper 2 kann beispielsweise als Identitätsdokument ausgestaltet werden. Die Vorrichtung 1 kann jedoch auch zur Herstellung anders ausgestalteter Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper verwendet werden. Der Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper 2 wird aus mehreren Schichten 3-7 hergestellt. Diese mehrere Schichten 3-7 umfassen eine erste Schicht 3 und eine zweite Schicht 4, zwischen denen eine weitere Schicht 5 angeordnet ist. Zusätzlich umfassen die mehreren Schichten 3-7 eine obere Deckschicht 6 und eine untere Deckschicht 7. Die mehreren Schichten 3-7 sind so übereinander geschichtet, dass sie in einem Überlappungsbereich 8 einander flächig überlappen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die erste Schicht 3, die zweite Schicht 4 sowie die obere Deckschicht 6 und die untere Deckschicht 7 aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, vorzugsweise alle aus einem Polycarbonat-Material, hergestellt sind. Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die erste Schicht 3, die zweite Schicht 4, die obere Deckschicht 6 und die untere Deckschicht 7 aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen. Besonders bevorzugt wird es jedoch, dass zumindest die erste Schicht 3 und die zweite Schicht 4 aus Kunststoffmaterialien bestehen, die eine annähernd gleiche oder identische Schmelztemperatur aufweisen und bevorzugt aus demselben Kunststoffmaterial bestehen. Die weitere Schicht 5 kann aus einem beliebigen Material bestehen, welches kein thermoplastisches Kunststoffmaterial zu sein braucht. Beispielsweise kann die weitere Schicht 5 eine auf Papier- oder Textilbasis hergestellte Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen ist die weitere Schicht aus einem thermoplastischen Elastomer hergestellt.
Um aus den mehreren Schichten 3-7 einen Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper 2 herzustellen und die mehreren Schichten 3-7 zu verbinden, umfasst die weitere Schicht 5 mindestens einen Durchbruch 9. In der Regel wird die weitere Schicht 5 mehrere Durchbrüche 9 umfassen. Während die aus thermoplastischen Kunststoffmaterialien bestehenden Schichten, die erste Schicht 3, die zweite Schicht 4, die obere Deckschicht 6 und die untere Deckschicht 7, jeweils durch ein Erwärmen oberhalb der Schmelztemperatur mit der flächig angrenzenden ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehenden Schicht, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden werden können, ist dieses mit der weiteren Schicht 5 in der Regel nicht ohne weiteres möglich. Handelt es sich bei der weiteren Schicht 5 beispielsweise um eine Schicht, die auf Papierbasis und/oder Textilbasis hergestellt ist, so lässt sich zwischen der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 4 sowie der weiteren Schicht 5 keine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung ausbilden.
In 2 sind die mehreren Schichten 3-7, aus denen der Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper 2 nach 1 hergestellt ist, noch einmal exemplarisch dargestellt. Gut zu erkennen ist, dass die weitere Schicht 5 mehrere Durchbrüche 9, 9' aufweist. Diese können beispielsweise durch Stanzungen, ein Ausschneiden, eine Laserevaporation usw. eingebracht sein.
In 3 ist schematisch eine Draufsicht auf den Schichtenstapel 12 dargestellt, der sich durch das Schichten der Schichten 3-7 ergibt. Die Durchbrüche 9, 9' sind durch gepunktete Linien angedeutet. Die Teilbereiche 11, 11', in denen gezielt und lokalisiert Energie in Form von Ultraschallwellen zugeführt wird, sind gestrichelt dargestellt. Ferner ist gut zu erkennen, dass eine flächige Ausdehnung der weiteren Schicht 5 geringer als die der übrigen Schichten 3, 4, 6, 7 ist. Ein Überlappungsbereich 8 aller Schichten 3-7 ist durch geschweifte Klammern ebenso eingegrenzt und angezeigt wie ein weiterer Überlappungsbereich 31. Die Schichtlinie A-A entspricht dem Schnitt durch den Schichtenstapel 12 bzw. den Mehrschichtsicherheitsdokumentenkörper 2 nach 1.
Durch ein gezieltes lokales Eintragen von Ultraschallwellen in die Teilbereiche 11, 11' können, wie in 1 gezeigt ist, die erste Schicht 3 und die zweite Schicht 4 zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen 10 in Teilbereichen 11, 11' des Überlappungsbereichs 8, in denen sich der mindestens eine bzw. einer oder mehrere der mehreren Durchbrüche 9, 9' befinden, oberhalb der Schmelztemperatur der ersten und der zweiten Schicht 3, 4 im Bereich der Durchbrüche 9, 9' erwärmt werden. Hierdurch kann ein Fließen von Kunststoffmaterial der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 4 in den Bereich der Durchbrüche 9, 9' bewirkt werden. Das jeweils oberhalb der Schmelztemperatur erwärmte Material der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 4 kann sich somit in den Durchbrüchen 9, 9' durch diese hindurch, vorzugsweise stoffschlüssig, mit dem Material der jeweils anderen Schicht verbinden. Dadurch, dass die Energie in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich lokal und gezielt nur in den Teilbereichen 11, 11' des Überlappungsbereichs 8 eingetragen wird, ist eine Energiemenge, die zum Ausbilden einer der Verbindungen 15 zwischen der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 4 durch die Durchbrüche 9, 9' hindurch benötigt wird, minimal gehalten.
Um die Energie, die zum Erwärmen der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 4 benötigt wird, im Bereich des mindestens einen Durchbruchs 9 in einen von den mehreren Schichten 3-7 gebildeten Schichtenstapel 12 (bzw. ein hieraus über eine Lamination bereits gebildeten Mehrschichtdokumentenkörper 2) einzubringen, wird eine Energiequelle 20 genutzt.
Die Energiequelle 20 erzeugt Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich. Hierfür umfasst die Energiequelle 20 einen Schallerzeuger 21. Der Schallerzeuger nutzt vorzugsweise einen oder mehrere Piezokristalle (nicht dargestellt) zur Schwingungserzeugung. Es können jedoch beliebige dem Fachmann bekannte Ultraschallerzeuger genutzt werden. Der Schallerzeuger ist mit einer Sonotrode 22 verbunden.
Die Sonotrode leitet die Schallwellen in den Teilbereich 11 oder die Teilbereiche 11, 11' des Überlappungsbereichs 8. Die Sonotrode 22 weist hierfür einen oder mehrere erhabene Gebiete 24, 24' auf. Die erhabenen Gebiete 24, 24' sind angepasst an die Teilbereiche 11, 11' ausgebildet.
In 4 ist schließlich eine Draufsicht auf die Sonotrode 22 nach 1 von unten dargestellt. Gut zu erkennen sind schraffiert die erhabenen Gebiete 24, 24', die an die Teilbereiche 11, 11' des Überlappungsbereichs 8 der ersten Schicht 3, der zweiten Schicht 4 und der weiteren Schicht 5 sowie der Deckschichten 6, 7 angepasst sind (vergleiche 1 und 3). In 4 ist ebenfalls die Schnittlinie B-B eingezeichnet, die zu der Schnittansicht nach 1 korrespondiert.
Die Energiequelle 20 oder ein Teil hiervon wird zum Einbringen oder Eintragen der Energie in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich so bewegt, dass die erhabenen Gebiete 24, 24' mit einer Oberfläche 13 des Schichtenstapels 12 in den Teilbereichen 11, 11' in Kontakt gelangen, wie in 1 dargestellt ist.
Um die Energiequelle 20 zu bewegen, ist eine Antriebseinheit 23 vorgesehen. Diese ist über eine Koppeleinrichtung 25 mit der Energiequelle verbunden und kann die Energiequelle auf den Schichtenstapel 12 zu oder von diesem Schichtenstapel 12 wegbewegen, wie mittels eines Doppelpfeils 30 angedeutet ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Energiequelle beliebig anders gelagert werden, sofern sie so relativ zu dem Schichtenstapel bewegbar ist, dass die Sonotrode mit dem Schichtenstapel in Kontakt kommt. Für den Fachmann ergibt es sich, dass selbstverständlich auch die Energiequelle ortsfest angeordnet sein kann und der Substratschichtenstapel 12 relativ zu der Energiequelle 20, d.h. der Sonotrode 22, bewegt werden kann.
Der in die obere Deckschicht 6 eingekoppelte eingetragene Schall breitet sich in den Teilbereichen 11, 11' oder gegebenenfalls eng begrenzten Umgebungen der Teilbereiche 11, 11' entlang oder entgegengesetzt einer Schichtungsrichtung 14 aus. Diese bewirkt, dass die Moleküle der Kunststoffschichten in Schwingungen versetzt werden. Insbesondere an den Grenzflächen tritt hierbei Reibung auf, die zu einer Erwärmung der Oberflächen der Schichten 3, 4, 6, 7 an diesen Grenzflächen führt. Der Eintrag der Schallwellen wird zeitlich und hinsichtlich der gewählten Frequenz und Amplitude so gewählt und gesteuert, dass zumindest die einander zugewandten Oberflächen 10 der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 4 im Bereich der Teilbereiche 11, 11' über einen Schmelzpunkt des jeweiligen Kunststoffmaterials erwärmt werden, in den oder die Durchbrüche 9, 9' eindringen und miteinander verschmelzen. Nach einer Abkühlung sind nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen durch den oder die Durchbrüche 9, 9' ausgebildet. Es ergibt sich für den Fachmann, dass die Teilbereiche 11, 11', in die die Energie eingebracht wird, nicht identisch mit den Bereichen sein müssen, in denen Kunststoffmaterial schmilzt. Vielmehr können aufgrund einer Dissipation der Energie Kunststoffmaterialien der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 4, welche identisch oder verschieden sein können, auch in begrenzten Umgebungen der Teilbereiche 11, 11' aufschmelzen und an der Ausbildung der nicht lösbaren Verbindung beteiligt sein.
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Durchbrüche 9, 9' mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial (nicht dargestellt) verfüllt werden. Dieses ist vorzugsweise identisch zu dem der ersten Schicht 3 und/oder der zweiten Schicht 4. Das zum Verfüllen verwendete thermoplastische Material kann auch ein Gemisch der Kunststoffe umfassen oder auf Basis der Kunststoffe hergestellt sein, aus denen die erste Schicht 3 und die zweite Schicht 4 bestehen. Das Kunststoffmaterial wird bevorzugt in Form eines Granulats verwendet. Hierfür wird eine Verfüllvorrichtung genutzt, die hier nicht dargestellt ist. Beim Anwenden von Schallenergie wird über das zum Verfüllen verwendete Kunststoffmaterial durch die Durchbrüche zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine Verbindung ausgebildet. Insbesondere bei Durchbrüchen durch Schichten großer Materialstärken ist ein Verfüllen mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, bevorzugt in Form eines Granulats, von Vorteil, da ausreichend Material zum Ausbilden der Verbindungen durch die Durchbrüche vorhanden ist. Eine Oberfläche des Mehrschichtsicherheitsdokumentenkörpers bleibt somit glatt und weist keine oder nur geringe Vertiefungen auf.
Um einen Energieeintrag in das Kunststoffmaterial der ersten Schicht 3 und das Kunststoffmaterial der zweiten Schicht 4 effizient zu gestalten, kann es vorteilhaft sein, die Schallwellen hinsichtlich der Frequenz und/oder der Amplitude zu modulieren. Hierfür ist ein Modulator 27 vorgesehen. Wie durch einen gestrichelten Kasten 28 angedeutet ist, kann der Modulator in die Energiequelle 20 integriert sein.
Eine Modulation der Schallwellen erfolgt beispielsweise so, dass zunächst ein effizienter Energieeintrag in das Kunststoffmaterial der ersten Schicht 3 erfolgt. Anschließend werden die Frequenz und/oder die Amplitude verändert, um eine optimale Erwärmung des Kunststoffmaterials der zweiten Schicht 4 zu erreichen. Ebenso kann hierdurch auch beim Erwärmen jeweils eine optimale Energieeinkopplung erreicht werden. Einige Ausführungsformen sehen keine Modulation vor.
Der Energieeintrag erfolgt so, dass die erste Schicht 3 und die zweite Schicht 4 sowie gegebenenfalls die Deckschichten 6, 7 nur in den Teilbereichen 11, 11' oder begrenzten Umgebungen der Teilbereiche 11, 11', vorzugsweise nur an ihren Oberflächen, aufschmelzen. Reicht die eingebrachte Energie aus um dieses zu erreichen, so wird der Energieeintrag beendet.
Sind die Durchbrüche 9, 9' mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial verfüllt, so schmilzt dieses selbstverständlich auch auf.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, Druckkräfte entlang der Schichtungsrichtung 14 anzuwenden, so dass sich in den Teilbereichen 11, 11' das aufgeschmolzene erste Kunststoffmaterial der ersten Schicht 3 gut mit dem aufgeschmolzenen Kunststoffmaterial der zweiten Schicht 4 verbindet, um nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen 15 auszubilden. Diese Druckkräfte werden beispielsweise über die Sonotrode 22 und eine Gegenplatte 26 ausgeübt, zwischen denen die Schichten beim Einbringen der Energie in Form von Schallwellen angeordnet sind. Auch die Gegenplatte 26 kann strukturiert sein, wie dieses durch eine gestrichelte Linie 29 angedeutet ist. Die Strukturierung ist vorzugsweise an die Durchbrüche 9 in der weiteren Schicht 5 angepasst. Dies bedeutet, dass die Strukturierung angepasst an die Teilbereiche 11, 11' ist, in die durch die Sonotrode 22 Energie in Form von Schallwellen eingekoppelt wird. Die Strukturierung bewirkt zusätzlich, dass die auf den Schichtenstapel 12 wirkende Kraft entlang der Schichtungsrichtung 14 im Bereich der Durchbrüche erhöht ist, so dass ein Fließen des aufgeschmolzenen Kunststoffmaterials der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 4 in die Durchbrüche 9, 9' zum Ausbilden der nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindungen 15 begünstigt wird.
In die einzelnen Schichten 3-7 und/oder zwischen die einzelnen Schichten 3-7 können beliebige Sicherheitsmerkmale und Sicherheitselemente eingearbeitet und/oder eingebracht werden. Beispielsweise kann in die weitere Schicht 5 beispielsweise ein Mikrochip, welcher mit einer Antenne gekoppelt ist, als Inlay eingearbeitet sein (beide nicht dargestellt). In einem solchen Fall ist die weitere Schicht bevorzugt aus einem thermoplastischen Elastomer, beispielsweise einem thermoplastischen Polyurethan, hergestellt.
Ein Durchmesser und eine Form der Durchbrüche werden angepasst an eine Schichtdicke der weiteren Schicht 5 sowie angepasst an die Kunststoffmaterialien der ersten Schicht und der zweiten Schicht gewählt. Je größer eine Schichtdicke ist, desto größer muss ein Durchbruch flächenmäßig ausgebildet sein, um eine stabile nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung durch den Durchbruch hindurch ausbilden zu können.
Alternativ oder zusätzlich kann das oben erwähnte Verfüllen mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, vorzugsweise in Form eines Granulats, erfolgen. Ein Verfüllen ist vorteilhaft bei großen Schichtdicken.
Die Schichten 3, 4, 6, 7 können während, nach oder vor dem Eintragen von Energie in Form von Schallwellen zusätzlich einem Laminationsverfahrensschritt unterzogen sein. Hierbei wird in den Schichtenstapel 12 im Wesentlichen gleichmäßig über die Oberfläche 13 Wärme zugeführt. Zusätzlich wird ein Druck entlang der Schichtungsrichtung 14 ausgeübt, der vorzugsweise auch während eines Abkühlungsprozesses aufrechterhalten wird. So erhält man einen Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper, bei dem die Schichten aus thermoplastischem Kunststoffmaterial entlang der gesamten Grenzflächen miteinander flächig verbunden sind. Zusätzlich sind durch die beschriebene Anwendung von Ultraschall besonders stabile Verbindungen in den Teilbereichen 11, 11' ausgebildet.
Wie aus 1 ersichtlich ist, müssen die mehreren Schichten 3-7 nicht alle dieselbe flächige Ausdehnung aufweisen. Bevorzugt werden Ausführungsformen, bei denen der Überlappungsbereich 8, in dem sich zumindest die erste Schicht 3, die zweite Schicht 4 sowie die weitere Schicht 5 und vorzugsweise ebenfalls die obere Deckschicht 6 und die untere Deckschicht 7 gemeinsam überlappen, kleiner als ein weiterer Überlappungsbereich 31 ist, in dem sich die erste Schicht, die zweite Schicht 4 sowie die obere und untere Deckschicht 6, 7 gemeinsam überlappen. Durch eine Wahl dieser flächigen Abmessungen kann beispielsweise erreicht werden, dass die weitere Schicht 5 von einem Rand 32 umschlossen wird, indem die erste Schicht 3 und die zweite Schicht 4 in dem Laminationsverfahrensschritt vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden (vergleiche auch 3). Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die weitere Schicht aus dem weiteren Überlappungsbereich, in dem sich die übrigen Schichten überlappen, hinausragt, um beispielsweise mit diesem überstehenden Abschnitt in ein Passbuch eingebunden zu werden.
Die mittels Schallwellen ausgebildeten Verbindungen können sowohl in regelmäßigen Abständen als auch in unregelmäßigen Abständen ausgebildet werden.
In 5 ist eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eine Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers 2 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die Teilbereiche 11, in denen die nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindungen ausgebildet sind entlang von geraden Linien angeordnet. Die Teilbereiche 11 bilden selbst unterbrochene Linien 71 aus, die sich über den gesamten Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper 2 erstrecken.
Es ergibt sich für den Fachmann, dass die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhafter Natur sind. Die einzelnen beschriebenen Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, um die Erfindung auszuführen. Insbesondere kann die Erfindung auf Sicherheitsdokumentkörper angewendet werden, die selbst vollständige Sicherheitsdokumente darstellen, d. h., nicht in ein Buch eingebunden werden. Bei solchen Ausführungsformen ist häufig die erste Schicht vollständig von der zweiten Schicht und gegebenenfalls den weiteren Schichten überdeckt, so dass kein Überstand der ersten Schicht existiert. Eine Anzahl der Schichten kann beliebig den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden und liegt in der Regel zwischen 3 und 15, bevorzugt zwischen 5 und 9 Schichten. Ebenso sind Ausführungsformen möglich, die mehrere weitere Schichten umfassen, in denen Durchbrüche ausgebildet sind und die jeweils zwischen zwei angrenzenden Schichten aus thermoplastischem Kunststoffmaterial angeordnet sind, durch die hindurch benachbart angeordnete Schichten nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen bei einem gezielten lokalen Energieeintrag in Form von Ultraschallwellen ausbilden. Die Durchbrüche in den mehreren weiteren Schichten können in Schichtungsrichtung übereinander oder zueinander versetzt ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers
2: Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper
3: erste Schicht
4: zweite Schicht
5: weitere Schicht
6: obere Deckschicht
7: untere Deckschicht
8: Überlappungsbereich
9, 9': Durchbrüche
10: zugewandte Oberflächen
11, 11': Teilbereiche
12: Schichtenstapel
13: Oberfläche
14: Schichtungsrichtung
15: nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen
20: Energiequelle
21: Schallerzeuger
22: Sonotrode
23: Antriebseinheit
24: erhabene Gebiete
25: Kopplungseinrichtung
26: Gegenplatte
27: Modulator
28: gestrichelter Kasten
29: gestrichelte Linie
30: Doppelpfeil
31: weiterer Überlappungsbereich
32: Rand
71: Linien

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtsicherheitsdokumentkörpers (2), der aus mehreren Schichten (3-7) hergestellt wird, wobei die mehreren Schichten (3-7) mindestens eine erste Schicht (3) und eine zweite Schicht (4) aus Kunststoffmaterialien sowie mindestens eine weitere Schicht (5) umfassen, und wobei die mehreren Schichten (3-7) flächig übereinander zu einem Schichtenstapel (12) geschichtet werden, so das die mindestens eine weitere Schicht (5) zwischen der ersten und der zweiten Schicht (3, 4) angeordnet ist, und in den Schichtenstapel (12) Energie eingetragen wird, so dass die mehreren Schichten zu dem Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens eine weitere Schicht (5) mindestens ein Durchbruch (9) eingebracht wird oder ist, so dass dieser sich in dem Schichtenstapel (12) in einem Teilbereich (11) eines flächigen Überlappungsbereich (8) der ersten Schicht (3), der zweiten Schicht (4) und der mindestens einen weiteren Schicht (5) befindet, und das Eintragen von Energie in den Schichtenstapel (12) ein lokal begrenztes gezieltes Einbringen von Energie in den Teilbereich (11) des flächigen Überlappungsbereichs (8) in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich umfasst, so dass die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) jeweils nur lokal, zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen (10), im Bereich des Durchbruchs (9) über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt werden und miteinander verbunden werden, so dass sich durch den mindestens einen Durchbruch (9) hindurch eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung (15) zwischen der ersten Schicht (3), der zweiten Schicht (4) ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine entlang einer Schichtungsrichtung (14) wirkende Druckkraft während des Verbindens auf die mehreren Schichten (3-7) ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) aus Kunststoffmaterialien bestehen, die die gleiche Schmelztemperatur aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) aus Kunststoffmaterialien mit unterschiedlicher Schmelztemperatur bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens eine weitere Schicht (5) weitere Durchbrüche (9') eingebracht werden oder sind und Energie in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich zusätzlich in weiteren Teilbereichen (11') des flächigen Überlappungsbereichs (8) gezielt lokal eingetragen wird, so dass die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) jeweils nur lokal, zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen (10), jeweils im Bereich der weiteren Durchbrüche (9') über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt werden und miteinander verbunden werden, so dass sich nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung (15) zwischen der ersten Schicht (3) und der zweiten Schicht (4) durch die weiteren Durchbrüche (9') hindurch ausbilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie in den mindestens einen Teilbereich (11) und die weiteren Teilbereiche (11') zeitgleich, vorzugsweise mit einer strukturierten Sonotrode (22), eingetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schichtenstapel (12) vor, während oder nach dem lokal gezielten Eintragen von Energie in Form von Schallwellen im Wesentlichen flächig gleichmäßig verteilt Wärme eintragen wird, um die aus thermoplastischen Kunststoffmaterialien bestehenden der mehreren Schichten (3-7) miteinander zu laminieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Schallwellen moduliert werden, um einen effizienten Energieeintrag zu erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (5) aus einem thermoplastischen Elastomer, vorzugsweise einem thermoplastischen Polyurethan (TPU), und die erste und die zweite Schicht (3, 4) aus einem hochtemperaturstabilen thermoplastischen Kunststoffmaterial, vorzugsweise einem Polycarbonat (PC), sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (5) aus einem nicht-thermoplastischen Material, vorzugsweise einem Material auf Papierbasis, hergestellt wird oder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (9, 9') mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, vorzugsweise in Form eines Granulats, verfüllt werden.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) umfassend mehrere Schichten (3-7), die mindestens eine erste Schicht (3) und eine zweite Schicht (4) aus Kunststoffmaterialien sowie mindestens eine weitere Schicht (5) umfassen, wobei die mehreren Schichten (3-7) flächig übereinander zu einem Schichtenstapel (12) geschichtet sind, wobei die mindestens eine weitere Schicht (5) zwischen der ersten und der zweiten Schicht (3, 4) angeordnet ist, und mehreren Schichten (3-7) durch einen Eintrag von Energie zu dem Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) verbunden worden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens eine weitere Schicht (5) mindestens ein Durchbruch (9) eingebracht ist, so dass dieser sich in einem Teilbereich (11) eines flächigen Überlappungsbereich (8) der ersten Schicht (3), der zweiten Schicht (4) und der mindestens einen weiteren Schicht (5) befindet, und durch den mindestens einen Durchbruch (9) hindurch eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung (15) zwischen der ersten Schicht (3) und der zweiten Schicht (4) ausgebildet ist, die sich durch den Eintrag von Energie, welcher lokal begrenzt gezielt in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich in den Teilbereich (11) des flächigen Überlappungsbereichs (8) erfolgt ist, gebildet hat, durch den die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) jeweils nur lokal, zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen (10), im Bereich des mindestens einen Durchbruchs (9) über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt und miteinander verbunden worden sind.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung (15) unter Ausübung einer parallel zur Schichtungsrichtung (14) der mehreren Schichten (3-7) zumindest im Zeitpunkt des lokalen Erwärmens über den Schmelzpunkt der ersten Schicht (3) und der zweiten Schicht (4) wirkenden Druckkraft ausgebildet ist.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) aus identischen Kunststoffmaterialien sind.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der ersten Schicht (3) und das Kunststoffmaterial der zweiten Schicht (4) unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens eine weitere Schicht (5) weitere Durchbrüche (9') eingebracht sind und Energie in Form von Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich zusätzlich in weiteren Teilbereichen (11') des flächigen Überlappungsbereichs (8) gezielt lokal eingetragen worden ist, so dass die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) jeweils nur lokal, zumindest an ihren einander zugewandten Oberflächen (10), jeweils im Bereich der weiteren Durchbrüche (9') über ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt worden sind und durch die weiteren Durchbrüche (9') hindurch miteinander über nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung (15) verbunden sind.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die aus thermoplastischen Kunststoffmaterialien bestehenden der mehreren Schichten (3-7) zusätzlich durch eine flächig gleichmäßig verteilt eingetragene Wärme aneinander laminiert sind.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (5) aus einem thermoplastischen Elastomer, vorzugsweise einem thermoplastischen Polyurethan (TPU), und die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (4) aus einem hochtemperaturstabilen thermoplastischen Kunststoffmaterial, vorzugsweise ein Polycarbonat (PC), sind.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (5) aus einem nicht-thermoplastischen Material, vorzugsweise einem Material auf Papierbasis, hergestellt ist.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens eine der mehreren Schichten (3-7) mindestens ein Sicherheitsmerkmal eingearbeitet ist.
Mehrschichtsicherheitsdokumentkörper (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht lösbare Verbindung (15) zwischen der ersten Schicht (3) und der zweiten Schicht (4) durch den mindestens einen Durchbruch (9) über ein in dem mindestens einen Durchbruch (9) angeordnetes thermoplastisches Kunststoffmaterial ausgebildet ist, dessen Materialeigenschaften, insbesondere dessen Schmelztemperatur und/oder Polymerzusammensetzung, ähnlich oder identisch zu denen der Kunststoffmaterialien der ersten Schicht (3) und/oder der zweiten Schicht (4) sind.