DE102014010062A1 - Drainage screen and process for its production - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Entwässerungssieb für die Herstellung von Papier mit mehrstufigen Wasserzeichen, mit einem Trägersieb, das in Teilbereichen ein mehrstufiges Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Entwässerungssiebs. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das mehrstufige Relief durch einen mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren erzeugten, perforierten Wasserzeicheneinsatz gebildet ist.The invention relates to a dewatering screen for the production of paper with multi-level watermark, with a support screen, which has a multi-level relief in the form of the watermark to be generated in partial areas. The invention further relates to a method for producing such a dewatering screen. This is achieved according to the invention in that the multi-level relief is formed by a perforated watermark insert produced by means of 3D printing or a method belonging to rapid prototyping.
Description
Die Erfindung betrifft ein Entwässerungssieb für die Herstellung von Papier mit mehrstufigen Wasserzeichen, mit einem Trägersieb, das in Teilbereichen ein mehr-stufiges Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Entwässerungssiebs.The invention relates to a dewatering screen for the production of paper with multi-level watermark, with a carrier screen, which has a multi-level relief in the form of the watermark to be generated in partial areas. The invention further relates to a method for producing such a dewatering screen.
Bei Banknoten- und Sicherheitspapieren stellt das echte Wasserzeichen ein wichtiges Sicherheitselemente zum Schutz vor unerlaubter Reproduktion dar. Die Qualität der Darstellung hinsichtlich Detailschärfe der Abbildung sowie die Variantenvielfalt der Darstellungsmöglichkeiten stellt eine wichtige Voraussetzung für die zukünftige Akzeptanz des Sicherheitsmerkmales dar.For banknotes and security papers, the real watermark is an important security element to protect against unauthorized reproduction. The quality of the presentation in terms of detail of the image and the variety of presentation options represents an important prerequisite for the future acceptance of the security feature.
Heute wird Papier mit echtem Wasserzeichen entweder auf Rundsiebpapiermaschinen oder auf Langsiebpapiermaschinen mit Egoutteur erzeugt. Das Wasserzeichenmotiv befindet sich dabei auf dem Sieb des Rundsiebzylinders oder im Fall der Langsiebmaschine auf dem Sieb des Egoutteurs. Man spricht von einem Wasserzeichenrundsieb oder von einem Wasserzeichen-Egoutteur.Today, paper with a genuine watermark is either produced on round-screen paper machines or on long-screen paper machines with dandy cutter. The watermark motif is located on the sieve of the round cylinder or, in the case of the fourdrinier, on the sieve of the egg cutter. One speaks of a watermark round screen or of a watermark Egoutteur.
Auf dem Wasserzeichensieb ist das Relief des gewünschten Wasserzeichens am Umfang und in Querrichtung mehrfach platziert (
Das Wasserzeichen ist zudem im fertigen Papier bereits derart positioniert, dass es sich bei der Weiterverarbeitung des Papieres, beispielsweise zu einem Sicherheitsdokument oder einer Banknote, an der dafür vorgesehenen Stelle im Endprodukt befindet (
Bei der Papierherstellung lagert sich Papiermasse kontinuierlich auf dem bewegten Entwässerungssieb an. Zum Wasserzeichen kommt es, indem sich die Fasern um das Wasserzeichenmotiv, das sich als Relief auf dem Sieb befindet, unterschiedlich anlagern. An den tiefen Stellen lagern sich mehr Fasern ab, als an den höheren Stellen. Die an den tieferen Stellen erhöhte Fasermasse des Papiers erscheint im Durchblick dunkler als die faserarmen Stellen der höheren Reliefstellen.In papermaking, pulp accumulates continuously on the moving dewatering screen. The watermark is created by the fibers attach differently to the watermark motif, which is in relief on the screen. At the deep places, more fibers are deposited than at the higher places. The fiber mass of the paper, which is increased at the lower points, appears darker in the view than the fiber-poor points of the higher relief points.
Beim Entwässerungsvorgang wird die Papiermasse soweit verfestigt, dass sie als feuchte Papierbahn vom Entwässerungssieb abgezogen werden kann. Im kontinuierlichen Prozess der Papiermaschine wird die Bahn in der Presse noch weiter entwässert, getrocknet und am Ende der Maschine geglättet und als trockenes Papier aufgerollt.During the dewatering process, the paper pulp is solidified so far that it can be removed as a moist paper web from the dewatering screen. In the continuous process of the paper machine, the web is further dewatered in the press, dried and smoothed at the end of the machine and rolled up as dry paper.
Je nach Qualität des Wasserzeichens bezüglich seiner Hell-Dunkel-Ausprägung unterscheidet man zwischen dem zweistufigen Wasserzeichen mit einem starken Hell-Dunkel-Effekt und mehrstufigen (schattierten) Wasserzeichen mit weichen Übergängen zwischen Hell und Dunkel. Das schattierte (mehrstufige) Wasserzeichen ist die höchst entwickelte Form des echten Wasserzeichens und findet vor allem bei bildhaften Darstellungen Verwendung. Durch die hellen bzw. dunklen Abstufungen können bildhafte Darstellungen mit hoher „Tiefenwirkung” erzeugt werden. Der Begriff „mehrstufig” oder „schattiert” ist dabei in Abgrenzung zu zweistufigen Hell-Dunkel-Wasserzeichen zu verstehen und umfasst alle Wasserzeichen mit mehr als zwei Helligkeitsstufen und schließt insbesondere auch Wasserzeichen mit kontinuierlichen Hell-Dunkel-Übergängen ein.Depending on the quality of the watermark in terms of its light-dark form, a distinction is made between the two-level watermark with a strong light-dark effect and multi-level (shaded) watermarks with smooth transitions between light and dark. The shaded (multilevel) watermark is the most advanced form of true watermark and is used primarily in pictorial representations. Due to the light or dark gradations pictorial representations with high "depth effect" can be generated. The term "multi-level" or "shaded" is to be understood in contrast to two-stage light-dark watermark and includes all watermarks with more than two brightness levels and includes in particular watermarks with continuous light-dark transitions.
Schattierte (mehrstufige) Wasserzeichen werden heute zum überwiegenden Teil auf langsam laufenden Rundsiebmaschinen erzeugt, zweistufige Wasserzeichen hingegen vorzugsweise auf Langsiebmaschinen mit Egoutteur. Bei entsprechender feiner Ausprägung des Wasserzeichenreliefs auf dem Egoutteursieb ist es jedoch möglich, auch hier einfache schattierte (mehrstufige) Wasserzeichen im Papier zu erzeugen.Shaded (multi-level) watermarks are nowadays mainly produced on slow-speed round screening machines, whereas two-level watermarks are preferably produced on long-screen machines with dandy cutter. However, if the watermark relief on the dandy screen is correspondingly fine, it is also possible to produce simple shaded (multilevel) watermarks in the paper.
Zur Erzeugung von zweistufigen Wasserzeichen werden typischerweise Metalldrähte oder Metallformteile, auf das Entwässerungssieb (Wasserzeichenrundsieb oder Wasserzeichen-Egoutteur) aufgelötet, um die Siebstruktur an diesen Stellen zu verschließen und scharf abgegrenzte zweistufige Wasserzeichen zu erhalten. Sind diese Metallformteile ohne Perforierung zur Entwässerung, spricht man von Elektrotypen. Das Aufbringen von perforierten Metallformteilen wird heute auch verwendet, um zweistufige Wasserzeichen mit dunklen Pixelpunkten auf hellem Hintergrund zu erzeugen (Pixel Watermark/Trademark).Typically, metal wires or metal moldings are soldered onto the dewatering screen (watermark round screen or watermark dicer) to seal the screen structure at these locations to obtain sharply demarcated two-level watermarks. Are these metal moldings without perforation for drainage, one speaks of electric types. The application of perforated metal moldings is also used today to create two-step watermarks with dark pixel dots on a light background (Pixel Watermark / Trademark).
Das mehrstufige Wasserzeichensieb wird heute hingegen vornehmlich durch Prägen eines dreidimensionalen Reliefs in die Sieboberfläche mittels Prägestempel oder Prägeplatte erzeugt. Als Siebmaterial werden metallische Siebe aus Bronze, Edelstahl, Kupfer oder anderen Kupferlegierungen verwendet.The multilevel watermark screen, on the other hand, today is primarily produced by embossing a three-dimensional relief in the screen surface by means of an embossing stamp or embossing plate. The sieve material used are metallic sieves made of bronze, stainless steel, copper or other copper alloys.
Das Prägewerkzeug besteht aus einer aufwendig hergestellten Metallform mit einem Negativ- und einem Positivrelief. Zwischen diesen beiden metallischen Platten wird das Entwässerungssieb gelegt. Durch festes Zusammenpressen werden die Formen in das Sieb übertragen.The embossing tool consists of an elaborate metal mold with a negative and a positive relief. The drainage screen is placed between these two metallic plates. By firmly pressing the molds are transferred into the sieve.
Das Prägeverfahren kann feine Strukturen eines Bildes nur begrenzt im Wasserzeichenrelief abbilden und darstellen. Diese Begrenzung resultiert aus den minimal möglichen Prägeradien des relativ dicken Siebes. Somit sind auch der Auflösung der Bilddarstellung im Wasserzeichen Grenzen gesetzt. Dazu kommt noch, dass der Entwässerungswiderstand im geprägten Bereich nicht gezielt beeinflusst werden kann, sieht man vom dem aufwendigen und begrenzten Einfluss durch Auflöten von perforierten Formteilen ab.The embossing process can only image and depict fine structures of an image to a limited extent in the watermark relief. This limitation results from the minimum possible embossing radii of the relatively thick screen. Thus, the resolution of the image representation in the watermark are also limited. In addition, the drainage resistance in the embossed area can not be specifically influenced, apart from the costly and limited influence of soldering on perforated moldings.
Eine weitere bekannte Möglichkeit ein mehrstufiges Wasserzeichensieb herzustellen, ist in der Offenlegungsschrift
Bei diesem Verfahren lassen sich zwar deutlich feinere Strukturen abbilden im Gegensatz zur Prägetechnik, die Werkzeugherstellung für Spritzgussformen, die aufwendige Einbringung in das Sieb sowie die Bearbeitung zur Erzeugung der für die Entwässerung notwendigen Perforierung sind als Nachteile dieses Verfahren zu sehen.In this method, although clearly finer structures can be depicted in contrast to the embossing technique, the tool production for injection molds, the complex introduction into the sieve and the processing to produce the necessary for the drainage perforation are to be seen as disadvantages of this method.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Entwässerungssieb der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll das Entwässerungssieb die Herstellung von Papier mit mehrstufigen Wasserzeichen hoher Detailgenauigkeit bei geringerem Werkzeugaufwand und hoher Geschwindigkeit ermöglichen.Based on the prior art, the present invention seeks to provide a dewatering screen of the type mentioned, which avoids the disadvantages of the prior art. In particular, the dewatering screen should allow the production of paper with multi-level watermark high detail accuracy with less tooling and high speed.
In dieser Art hergestellte Entwässerungssiebe mit Wasserzeichenrelief sollen zusätzlich zu den bekannten Anwendungen am Egoutteur von Langsiebmaschinen und an Rundsiebmaschinen auch direkt am Entwässerungssieb von Langsiebpapiermaschinen (also ohne Egoutteur), an Schrägsiebpapiermaschinen und Kurzformern einsetzbar sein.Dewatering screens with watermark relief produced in this manner should also be able to be used directly on the dewatering screen of long-screen paper machines (ie without dandy cutter), on oblique screen paper machines and short formers, in addition to the known applications on the dandy line of fourdrinier machines.
Diese Aufgabe wird durch das Entwässerungssieb mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Mehrere Verfahrensvarianten zur Herstellung erfindungsgemäßer Entwässerungssiebe, ein Wasserzeicheneinsatz, der mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird und ein Verfahren zur Herstellung eines Papiers mit mehrstufigem Wasserzeichen sind angegeben und Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the dewatering screen having the features of the independent claims. Several variants of the method for producing dewatering screens according to the invention, a watermark insert which is produced by means of 3D printing or a method belonging to rapid prototyping and a method for producing a paper with multistage watermark are specified and are subject matter of the subclaims.
Ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist es, dass weder ein Prägewerkzeug noch eine Spritzgussform zur Herstellung des Wasserzeichenreliefs erforderlich sind.A significant advantage over the prior art is that neither an embossing tool nor an injection mold for producing the watermark relief are required.
Grundlage der Erfindung ist es, eine am Computer zuvor erstellte dreidimensionale CAD-Zeichnung, die ein Volumenmodell ist, mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren in einen Wasserzeicheneinsatz umzusetzen. Dieses „gedruckte” 3D-Wasserzeichenrelief ersetzt das geprägte oder durch ein anderes Verfahren hergestellte Relief, das heute verwendet wird.The basis of the invention is to convert a previously created on the computer three-dimensional CAD drawing, which is a solid model, by means of 3D printing or belonging to rapid prototyping method in a watermark insert. This "printed" 3D watermark relief replaces the embossed relief or other process used today.
In bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird ein Volumenmodell erstellt, das es ermöglicht, Wasserzeicheneinsätze einschließlich der Entwässerungsperforation und definierter Kontaktflächen mit dem Sieb herzustellen.In preferred embodiments of the invention, a solid model is created that allows watermark inserts including the drainage perforation and defined contact surfaces to be made with the wire.
Im Folgenden wird in der Regel die Bezeichnung 3D-Druck verwendet, weil das im Umgang der am häufigsten genutzte Oberbegriff für das Rapid Prototyping ist. Bei dem Verfahren werden CAD-Daten möglichst ohne manuelle Umwege oder teuere Formen direkt in ein Werkstück (hier Wasserzeicheneinsatz) umgesetzt. Das Objekt wird schichtweise aus formlosem oder formneutralem Material aufgebaut. Der Grundgedanke bei dieser werkzeuglosen Fertigung ist es, ein Objekt aus einzelnen Schichten generativ aufzubauen. Schicht für Schicht wird das formlose Material verfestigt. Die einzelnen Schichten werden so miteinander verbunden und formen nach und nach das fertige Objekt. Als Werkstoff sind unter anderem Kunststoffe, Kunstharze, Metalle oder Keramik verwendbar.In the following, the term 3D printing is generally used because this is the most commonly used generic term for rapid prototyping. In the process, CAD data is converted directly into a workpiece (here watermark insert), without manual detours or expensive forms. The object is built up layer by layer from informal or form neutral material. The basic idea behind this tool-less production is to generatively build an object from individual layers. Layer by layer, the shapeless material is solidified. The individual layers are connected with each other and gradually form the finished object. As a material, inter alia, plastics, synthetic resins, metals or ceramics can be used.
Typische Rapid-Prototyping/3-D-Druck-Verfahren sind beispielsweise
- – selektive Lasersysteme, bei denen Kunststoff- oder Metallpulver schichtweise zu einem Element aufgebaut wird,
- – Stereolithografie, bei der ein flüssiger Kunststoff schichtweise zum Modell aufgebaut wird,
- – Multijet Printing, bei dem ein Polymer (Photopolymer) in Form extrem feiner Teilchen schichtweise aufgetragen wird und mit Licht (z. B. UV) nachgehärtet wird.
- - Selective laser systems, in which plastic or metal powder is built up in layers to form an element,
- - Stereolithography, in which a liquid plastic is built up layer by layer to the model,
- - Multijet printing, in which a polymer (photopolymer) in the form of extremely fine particles is applied in layers and cured with light (eg UV).
Bei jenen Verfahrensvarianten, bei denen das Wasserzeichenrelief einschließlich der erforderlichen Entwässerungsperforation erzeugt wird, haben sich stereolithografische Verfahren des Rapid Prototyping als besonders geeignet herausgestellt. Diese Verfahren verwenden flüssige Kunststoffe (Photopolymer) zum schichtweisen Aufbau des Wasserzeichenreliefs. Mit diesem Verfahren lassen sich die erforderlich feinen Entwässerungsstrukturen ausbilden. Weiters sind die lichtaushärtenden Kunststoffe (UV-Licht, oder Laser-Licht) bezüglich ihrer Materialeigenschaften den Erfordernissen des Trägersiebmaterials und der Einsatzbedingungen in der Papiererzeugung bezüglich Steifigkeit, Verschleißfestigkeit und der kraftschlüssigen Verbindung zum Trägersieb anpassbar.In those process variants in which the watermark relief including the required dewatering perforation is produced, stereolithographic rapid prototyping methods have been found to be particularly suitable. These methods use liquid plastics (photopolymer) for the layered construction of the watermark relief. With this method, the required fine drainage structures can be formed. Furthermore, the light-curing plastics (UV light, or laser light) with respect to their material properties to the requirements of the support screen material and the conditions of use in the Paper production with regard to rigidity, wear resistance and the non-positive connection to the carrier screen adaptable.
Es sind hier zwei Methoden der Stereolithografie, die hier besonders angesprochen sind. Im ersten Fall geschieht die Reliefeinsatzerzeugung in einem Bad, welches mit den Basismonomeren des lichtempfindlichen (photosensitiven) Kunststoff gefüllt ist. Das Relief wird im dem Bad schichtweise entweder auf dem Trägersieb oder unabhängig vom Trägersieb aufgebaut. Bei dem zweiten zur Stereolithografie gehörenden Methode wird der Reliefeinsatz analog aus einem Photopolymer erzeugt. Das Material wird über einen Druckkopf (ähnlich einem Tintenstrahldrucker) schichtweise aufgetragen. Zusätzlich sorgt eine Lichtquelle für Belichtung und damit Aushärtung der Polymere. Dieses System arbeitet häufig mit einem Wachs als Stützmaterial, welches durch Erwärmen verflüssigt wird. Beide Materialien werden zeitgleich schichtweise aufgetragen.Here are two methods of stereolithography, which are particularly addressed here. In the first case, the Reliefeinsatzerzeugung done in a bath, which is filled with the base monomers of the photosensitive (photosensitive) plastic. The relief is built in the bath layer by layer either on the support or independent of the support. In the second method belonging to stereolithography, the relief insert is produced analogously from a photopolymer. The material is applied layer by layer via a printhead (similar to an inkjet printer). In addition, a light source ensures exposure and thus curing of the polymers. This system often works with a wax as a support material, which is liquefied by heating. Both materials are applied simultaneously in layers.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung ist bei einem Entwässerungssieb der eingangs genannten Art das mehrstufige Relief mittels 3D-Druck/Rapid Prototyping gebildet. Die erfindungsgemäße Verwendung des 3D-Drucks oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahrens erlaubt dabei die Erzeugung von mehrstufigen Wasserzeicheneinsätzen mit außerordentlich detaillierten Reliefdarstellungen und ohne zusätzliche Präge- oder Gussform. Bei entsprechend hoher Druckauflösung kann zudem die Entwässerungsperforation des Wasserzeicheneinsatzes im selben Arbeitsgang erzeugt werden.According to a first aspect of the invention, in a dewatering screen of the type mentioned above, the multi-level relief is formed by means of 3D printing / rapid prototyping. The use according to the invention of 3D printing or of a method belonging to rapid prototyping permits the production of multi-level watermark inserts with extremely detailed relief images and without additional embossing or casting molds. With a correspondingly high print resolution, the drainage perforation of the watermark insert can also be produced in the same operation.
In einer bevorzugten Erfindungsvariante wird der Wasserzeicheneinsatz mit der Reliefstruktur einschließlich der erforderlichen Perforierung in einem Arbeitsgang hergestellt (gedruckt).In a preferred variant of the invention, the watermark insert with the relief structure including the required perforation is produced (printed) in one operation.
Es gibt nun mehrere Arten, das derart gebildete Wasserzeichenrelief in das Entwässerungssieb zu integrieren.There are now several ways to integrate the watermark relief thus formed into the dewatering screen.
In einer Variante der Erfindung wird das Wasserzeichenrelief direkt auf das Entwässerungssieb aufgedruckt (
In einer alternativen, ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante wird der Wasserzeicheneinsatz unabhängig vom Sieb erzeugt und in einem weiteren Arbeitsschritt mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z. B. Rasterverbindung) verbunden (
In beiden Varianten kann der Wasserzeicheneinsatz in einem ausgeschnittenen Bereich des Trägersiebs angeordnet und nur im Randbereich mit diesem verbunden sein. Es kann dabei vorteilhaft sein, die Sieboberfläche im Umfeld des ausgeschnittenen Siebes und/oder die Schnitt-Kontur zu scannen und diese in dem 3D-CAD-Modellen bei der Herstellung des Einsatzes zu berücksichtigen.In both variants, the watermark insert can be arranged in a cut-out region of the carrier screen and connected to it only in the edge region. It may be advantageous to scan the screen surface in the vicinity of the cut-out screen and / or the cut contour and to take this into account in the production of the insert in the 3D CAD models.
Bei allen genannten Aufbringungsvarianten kann der Wasserzeicheneinsatz gegenüber dem allgemeinen Siebniveau abgesenkt eingebracht sein. Dies kann beispielsweise durch eine Tiefprägung des Siebes (
Der Druckrand
Weiter weist der Wasserzeicheneinsatz vorzugsweise eine Mehrzahl von Perforationen (Poren, Bohrungen, Kanäle) oder eine materialstrukturbedingte Porosität auf, die die Entwässerung bei der Blattbildung sicherstellen. Die offene Fläche kann in verschiedenen Bereichen des Reliefs zudem unterschiedlich sein und liegt in der Regel zwischen 10% und 90% offener Fläche, vorzugsweise 15% und 75%, besonders bevorzugt zwischen 25% und 40%.Furthermore, the watermark insert preferably has a plurality of perforations (pores, bores, channels) or a material structure-related porosity, which ensure drainage during sheet formation. The open area may also be different in different areas of the relief and is typically between 10% and 90% open area, preferably 15% and 75%, more preferably between 25% and 40%.
Der Durchmesser der Perforierung an der Designseite reicht in der Regel von 0,15 mm bis 1,3 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,4 mm.The diameter of the perforation on the design side usually ranges from 0.15 mm to 1.3 mm, preferably from 0.2 mm to 0.5 mm, particularly preferably from 0.2 to 0.4 mm.
Bevorzugt verjüngen sich die Perforationsöffnungen zur oben liegenden Designfläche des Wasserzeicheneinsatzes hin.Preferably, the perforation openings taper towards the uppermost design surface of the watermark insert.
Im Fall der beim Druck erzeugten Perforationsöffnungen, können diese in jeder Form gestaltet sein, z. B. kreisförmig, sternförmig, oval, schlitzförmig etc. Die Perforierung kann dazu auch in Z-Richtung derart gestaltet sein, dass sie sich von einer kreisförmigen Öffnung in der Designoberfläche beispielsweis kegelförmig zu einem Vieleck an der Unterseite erweitert (
Durch die gezielte Gestaltung der kegelförmigen Erweiterung, wie diese nur beim 3-D-Druck/Rapid Prototyping möglich ist, kann der Druckverlust in den Perforationsöffnungen gezielt beeinflusst werden. Dies ist eine Voraussetzung für die Applikation auf der geschlossenen Sieboberfläche, d. h. ohne ausgeschnittene Siebfläche. Der Fertigungsaufwand des Siebes gegenüber der Ausführung mit ausgeschnittenem Trägersieb ist dabei wiederum geringer.The targeted design of the conical enlargement, which is only possible in 3-D printing / rapid prototyping, allows the pressure loss in the perforation openings to be influenced in a targeted manner. This is a prerequisite for the application on the closed screen surface, d. H. without cut out sieve surface. The manufacturing cost of the screen compared to the design with cut-out support screen is again lower.
Die Abmessungen der Perforationen können auch so groß gewählt sein (0,7 mm bis 1,2 mm), dass sie im fertigen Papier als dunkle Markierungen, vorzugsweise Markierungspunkte, visuell erkennbar sind. In diesem Fall bietet es sich an, die Perforationen und damit die entstehenden Markierungen in Form von Zeichen, Muster oder einer Codierung anzuordnen.The dimensions of the perforations can also be chosen so large (0.7 mm to 1.2 mm) that they are visually recognizable in the finished paper as dark marks, preferably marking points. In this case, it is advisable to arrange the perforations and thus the resulting markings in the form of characters, patterns or a coding.
Entsteht die Perforation nicht beim Druckvorgang, wird diese nachträglich in einem separaten Arbeitsgang unter Verwendung von Laserstrahl, Bohrer, Plasmaschneiden, Wasserstrahlschneiden etc. eingebracht. Dabei kann das Wasserzeichenrelief bereits mit dem Sieb verbunden sein oder der Arbeitsgang wird außerhalb in einer vom Sieb unabhängigen Position durchgeführt.If the perforation does not occur during the printing process, this is subsequently introduced in a separate operation using a laser beam, drills, plasma cutting, water jet cutting, etc. The watermark relief may already be connected to the screen or the operation is performed outside in a position independent of the screen.
Die Perforationen werden dabei vorzugsweise mittels Laserstrahl erzeugt, insbesondere mittels eines Infrarot-Lasers, wie beispielsweise eines CO2-Lasers. Vorzugsweise wird der Wasserzeicheneinsatz dabei von seiner der Designfläche abgewandten Rückseite mit Laserstrahlung beaufschlagt, so dass sich zur Designfläche des Wasserzeicheneinsatzes hin verjüngende Perforationen ergeben.The perforations are preferably generated by means of a laser beam, in particular by means of an infrared laser, such as a CO 2 laser. Preferably, the watermark insert is acted upon by its side facing away from the design surface back with laser radiation, so that there are tapered perforations to the design surface of the watermark insert.
Besonders bei jenen Varianten, bei denen die Perforierung bereits beim Druck entsteht, aber auch bei der Variante, wo der Wasserzeicheneinsatz in einem separatem Arbeitsgang perforiert wird, kann der Übergang von Wasserzeicheneinsatz zum Trägersieb im fertigen Papier durch die Gestaltung der Entwässerungsperforierung kaschiert werden. Im fertigen Papier stellt sich die Kaschierung in der Gestalt des gewünschten Hell-Dunkel Überganges dar.Especially in those variants in which the perforation already occurs during printing, but also in the variant where the watermark insert is perforated in a separate operation, the transition from watermark insert to carrier screen in the finished paper can be laminated by the design of the drainage perforation. In the finished paper, the lamination is in the shape of the desired light-dark transition.
Die Erfindung umfasst auch die im Folgenden beschriebenen Verfahrensvarianten gemäß den Patentansprüchen 14, 15, 16, 17 und 18 zur Herstellung eines Entwässerungssiebes für die Papierherstellung mit mehrstufigen Wasserzeichen.The invention also includes the process variants described below according to
Die Verfahrenslösung nach Anspruch 14 ist dadurch gekennzeichnet, dass
- a) ein Trägersieb bereitgestellt wird, und
- b) der Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens einschließlich der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren schichtweise aus formlosem oder formneutralem Material direkt auf dem Trägersieb hergestellt (gedruckt) und mit diesem im selben Arbeitsgang verbunden wird. Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und/oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
- a) a carrier screen is provided, and
- b) the watermark insert with a multi-level relief in the form of the watermark to be generated including the required Entwässerungsperforierung by 3D printing or belonging to rapid prototyping process layers of informal or form neutral material directly on the support wire produced (printed) and connected to this in the same operation becomes. Optionally, the support screen can be recessed in the region of the watermark insert and / or cut, whereby the insert is connected only at the edge with this.
Die Verfahrenslösung nach Anspruch 15 ist dadurch gekennzeichnet, dass
- a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
- b) der Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren direkt auf dem Trägersieb erzeugt (gedruckt) und verbunden wird, und
- c) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatz vorzugsweise mittels Laserstrahl am Sieb erzeugt wird. Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und/oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
- a) a carrier screen is provided,
- b) the watermark insert with a multi-level relief in the form of the watermark to be generated without the required drainage perforation by means of 3D printing or rapid prototyping associated method directly on the support screen is generated (printed) and connected, and
- c) the perforation of the watermark insert is preferably produced by means of a laser beam on the screen. Optionally, the support screen can be recessed in the region of the watermark insert and / or cut, whereby the insert is connected only at the edge with this.
Die Verfahrenslösung nach Anspruch 16 ist dadurch gekennzeichnet, dass
- a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
- b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens einschließlich der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Drucker oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird, und
- c) der Wasserzeicheneinsatz mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z. B. Rasterverbindung) verbunden wird.
- a) a carrier screen is provided,
- b) a separate watermark insert having a multi-level relief in the form of the watermark to be generated, including the required dewatering perforation by means of a 3D printer or a rapid prototyping method, is manufactured, and
- c) the watermark insert is welded to the carrier screen, fused, glued, positively connected or connected by means of a mechanical connection (eg grid connection).
Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und/oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.Optionally, the support screen can be recessed in the region of the watermark insert and / or cut, whereby the insert is connected only at the edge with this.
Die Verfahrenslösung nach Anspruch 17 ist dadurch gekennzeichnet, dass
- a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
- b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Drucker oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird,
- c) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatz vorzugsweise mittels Laserstrahl in einem eigenen Arbeitsgang erzeugt wird, und
- d) der Wasserzeicheneinsatz nachträglich mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z. B. Rasterverbindung) verbunden wird. Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und/oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
- a) a carrier screen is provided,
- b) a separate watermark insert having a multi-level relief in the form of the watermark to be produced is produced without the required dewatering perforation by means of a 3D printer or a method belonging to rapid prototyping,
- c) the perforation of the watermark insert is preferably generated by means of a laser beam in a separate operation, and
- d) the watermark insert is subsequently welded to the carrier screen, fused, glued, positively connected or connected by means of a mechanical connection (eg grid connection). Optionally, the support screen can be recessed in the region of the watermark insert and / or cut, whereby the insert is connected only at the edge with this.
Die Verfahrenslösung nach Anspruch 18 ist dadurch gekennzeichnet, dass
- a) ein Trägersieb bereitgestellt wird,
- b) ein separater Wasserzeicheneinsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichens ohne der erforderlichen Entwässerungsperforierung mittels 3D-Druck oder eines zum Rapid Prototyping gehörenden Verfahren hergestellt wird,
- d) der Wasserzeicheneinsatz mit dem Trägersieb verschweißt, verschmolzen, verklebt, formschlüssig oder mittels mechanischer Verbindung (z. B. Rasterverbindung) verbunden wird und
- c) die Perforierung des Wasserzeicheneinsatzes vorzugsweise mittels Laserstrahl in einem eigenen Arbeitsgang an dem im Sieb fixierten Wasserzeicheneinsatz erzeugt wird. Optional kann das Trägersieb im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes vertieft sein und oder ausgeschnitten, wodurch der Einsatz nur am Rand mit diesem verbunden ist.
- a) a carrier screen is provided,
- b) a separate watermark insert having a multi-level relief in the form of the watermark to be produced is produced without the required drainage perforation by means of 3D printing or a method belonging to rapid prototyping,
- d) the watermark insert is welded to the carrier screen, fused, glued, positively connected or connected by means of a mechanical connection (eg grid connection) and
- c) the perforation of the watermark insert is preferably generated by means of a laser beam in a separate operation on the fixed in the screen watermark insert. Optionally, the support screen can be recessed in the region of the watermark insert and or cut, whereby the insert is connected only at the edge with this.
Die Erfindung enthält weiter einen Wasserzeicheneinsatz für ein Entwässerungssieb der beschriebenen Art, wobei der Wasserzeicheneinsatz ein mittels 3D-Druck/Rapid Prototyping erzeugten, perforierten Einsatz mit einem mehrstufigen Relief in Form des zu erzeugenden Wasserzeichen darstellt.The invention further includes a watermark insert for a dewatering screen of the type described, wherein the watermark insert is a 3D printed / rapid prototyped perforated insert having a multi-level relief in the form of the watermark to be formed.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to several embodiments.
Es zeigen:Show it:
Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Banknote erläutert.
Das Wasserzeichenmotiv befindet sich als Wasserzeicheneinsatz
Das Wasserzeichen ist zudem im fertigen Papier bereits derart positioniert, dass es sich bei der Weiterverarbeitung des Papieres, beispielsweise zu einem Sicherheitsdokument oder einer Banknote, an der dafür vorgesehenen Stelle im Endprodukt befindet (
In einer ersten, mit Bezug auf die
Der entstandene Wasserzeicheneinsatz
Wie in
In
In weiteren, mit Bezug auf die
In
In allen Varianten ist es vorteilhaft, die Sieboberfläche, die Vertiefung im Sieb oder das Umfeld des ausgeschnittenen Siebes und/oder die Schnitt-Kontur zu scannen und diese in dem 3D-CAD-Modellen bei der Herstellung des Einsatzes zu berücksichtigen. Auf diese Art kann ein Wasserzeicheneinsatz passgenau für den Siebausschnitt oder die Siebvertiefung hergestellt werden oder es ist möglich, die Stege der Perforierung der Siebstruktur anzupassen.In all variants, it is advantageous to scan the screen surface, the indentation in the screen or the vicinity of the cut screen and / or the cutting contour, and to consider these in the 3D CAD models during manufacture of the insert. In this way, a watermark insert can be made to fit the sieve cut or screen recess or it is possible to adapt the webs of the perforation of the screen structure.
Der 3D-Druck/Rapid Prototyping erlaubt die Erzeugung außerordentlich detaillierter Reliefdarstellungen in den Wasserzeicheneinsätzen
Die Abbildungen der perforierten Wasserzeicheneinsätze in
Die Perforationslöcher der Wasserzeicheneinsätze die zur Entwässerung bei der Papierherstellung erforderlich sind, entstehen, wie bereits im Anspruch 14, 15, 16, 17 und 18 beschrieben, entweder beim Druck des Wasserzeicheneinsatzes oder diese werden in einem separaten Arbeitsgang am Sieb oder außerhalb des Siebes nachträglich eingebracht.The perforation holes of the watermark inserts required for dewatering in papermaking arise, as already described in
Die Erzeugung der Perforation der Wasserzeicheneinsätze beim „Druck” ist nur in Verbindung mit entsprechend hochauflösendem 3D-Druck möglich, da der Durchmesser der Perforation an der Designfläche etwa 0,1 mm bis 0,7 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 0,7 mm beträgt. Dabei kann der Durchmesser wie auch der Lochabstand innerhalb eines Reliefs variieren. Durch die dabei entstehende unterschiedliche freie Oberfläche wird die Schattierung im Wasserzeichen gezielt beeinflusst.The generation of the perforation of the watermark inserts in the "print" is possible only in conjunction with correspondingly high-resolution 3D printing, since the diameter of the perforation on the design surface about 0.1 mm to 0.7 mm, preferably 0, 2 mm to 0.7 mm. The diameter as well as the hole spacing can vary within a relief. Due to the resulting different free surface shading in the watermark is specifically influenced.
Die im Querschnitt (
Die Perforierung kann zudem, wie in
Es besteht auch die Möglichkeit, die Siebstruktur durch eine Laserperforation im Vorfeld der Perforationsstruktur des Einsatzes anzupassen.It is also possible to adjust the screen structure by laser perforation in advance of the perforation structure of the insert.
Bei nachträglich erzeugter Perforation geschieht dies durch Wasserstrahl oder Laser. Die Entwässerungsperforationen werden mit Vorteil mit einem Laserstrahl gebohrt, beispielsweise mit dem Strahl eines CO2-Lasers. Der Fokusdurchmesser des Lasers entspricht dabei dem gewünschten maximalen Perforationsdurchmesser und beträgt beispielsweise 500 μm. Die Laserbestrahlung erfolgt vorzugsweise von der Rückseite des Wasserzeicheneinsatzes
In speziellen Ausführungsformen kann in Bereichen mit hoher lokaler Materialstärke zumindest teilweise auf die Perforierung verzichtet werden, so dass in diesen Bereichen im Prinzip nur eine geringe bzw. keine Entwässerung erfolgt und so sich nur sehr wenige bis keine Papierfasern ablagern. In diesen Bereichen wird somit ein zweistufiges Wasserzeichen bzw. ein Loch im Papier erzeugt. Die nicht perforierten Bereiche mit hoher Materialstärke wirken in diesem Fall wie Elektrotypen. Mit einem derartigen Einsatz können detailreiche Wasserzeichen mit zweistufigen Wasserzeichen kombiniert werden.In specific embodiments, in areas with a high local material thickness, the perforation can be dispensed with, at least in part, so that in these areas, in principle, only little or no dehydration takes place, and only very few or no paper fibers are deposited. In these areas, a two-level watermark or a hole is thus created in the paper. The non-perforated areas with high material thickness act in this case as electric types. With such an application, detailed watermarks can be combined with two-level watermarks.
Im Ausführungsbeispiel der
Die sich zur Designfläche hin verjüngenden Perforationen
Zum anderen dienen die Bereiche großer Materialstärke
Der Abstand der Perforationen hängt von der gewünschten Entwässerungswirkung ab und beträgt beispielsweise etwa 500 μm.The distance of the perforations depends on the desired dewatering effect and is for example about 500 microns.
Die Perforationsdurchmesser können auch so groß gewählt werden, dass sie nach der Papierherstellung im Papier zusätzlich zum Wasserzeichen als dunkle Markierungspunkte zu erkennen sind. Vorzugsweise beträgt der Lochdurchmesser zur Erzeugung dunkler Markierungspunkte mindestens 300 μm.The perforation diameter can also be chosen so large that they are recognizable after paper production in paper in addition to the watermark as a dark marker points. The hole diameter for producing dark marking points is preferably at least 300 μm.
Diese dunklen Punkte können als zusätzliches Sicherheitsmerkmal und/oder als Erkennungsmerkmal für das verwendete Herstellungsverfahren dienen. Die Perforationen und damit die Markierungspunkte können auch in einem vorgegebenen Muster angeordnet sein. Beispielweise können die Perforationen, die dunkle Punkte im Papier ergeben, in einem Muster angeordnet sein, das beispielsweise als Wertzahl innerhalb der bildhaften Darstellung zu erkennen ist.These dark spots can serve as an additional security feature and / or as a recognition feature for the manufacturing process used. The perforations and thus the Marker points may also be arranged in a predetermined pattern. For example, the perforations that result in dark spots in the paper may be arranged in a pattern that can be seen, for example, as a score within the pictorial representation.
Zurückkommend auf die in
Wird als Trägersieb
Um den Verschleiß des Wasserzeicheneinsatzes
In
Um die Positionsgenauigkeit und Positionsstabilität des Wasserzeicheneinsatzes sicherzustellen, kann der Einsatz an der Unterseite über Noppen (
Anhand der
Standardmäßig ist der Ausgangspunkt bei der Herstellung eines Wasserzeicheneinsatzes ein im CAD konstruiertes Volumenmodell. Dabei wird die Abbildung des zu erzeugenden Wasserzeichens als „Graustufenmodell” mit feinen Hell-Dunkel-Schattierungen erzeugt. Die Graustufen werden danach für das Volumenmodell in Höhenknoten übersetzt und bestimmen die Dicke des Volumenmodells an den entsprechenden Stellen. Dieses Verfahren entspricht dem heutigen Vorgehen zur Erstellung von Prägestempeln bzw. Spritzgussformen.By default, the starting point for making a watermark insert is a solid model constructed in CAD. The image of the watermark to be generated is generated as a "grayscale model" with fine light-dark shades. The gray levels are then translated into height nodes for the volume model and determine the thickness of the solid model at the appropriate locations. This procedure corresponds to the current procedure for the production of embossing dies or injection molds.
Erfindungsgemäß erfüllt das Volumenmodell noch folgende beide Voraussetzungen. Die zur Entwässerung erforderlichen Perforationen sind Bestandteil des Volumenmodells und werden im CAD berücksichtigt. Des Weiteren ist die Oberfläche, auf die der Wasserzeicheneinsatz aufgebracht bzw. aufgedruckt wird, Bestandteil des Volumenmodells, d. h. das Volumenmodell stellt die Sieboberfläche als negatives Abbild des Siebes an der Unterseite im Bereich der Kontaktfläche zwischen Sieb und Wasserzeicheneinsatz dar.According to the invention, the volume model still fulfills the following two requirements. The perforations required for drainage are part of the solid model and are included in the CAD. Furthermore, the surface on which the watermark insert is applied or printed is part of the solid model, i. H. the solid model represents the sieve surface as a negative image of the sieve at the bottom in the area of the contact surface between sieve and watermark insert.
Im CAD-Modell sind diese drei Voraussetzungen über Funktionen verknüpft. Diese können auch als „Varianten-Programme” gestaltet sein.In the CAD model, these three prerequisites are linked by functions. These can also be designed as "variant programs".
In dieser Abbildung ist auch die Perforation dargestellt. Es handelt sich um kegelförmige Durchgangsporen
Im Stand der Technik werden Wasserzeicheneinsätze im Spritzguss hergestellt und nachträglich mittels Laser perforiert. Die Perforation ist hinsichtlich ihrer Form kein Konstruktionselement. Die sich ergebenden Durchgangsperforationen hängen im Wesentlichen von der eingesetzten Leistung des Lasers ab und können damit nur begrenzt hinsichtlich ihrer Form beeinflusst werden. Ebenso erfolgt die Einbringung des Wasserzeichenelementes in die Sieboberfläche ohne Berücksichtigung der Sieboberfläche. Die Verankerung des Wasserzeicheneinsatzes erfolgt willkürlich durch das Verfließen des verflüssigten Materials in der Siebstruktur. Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile vermieden.In the prior art, watermark inserts are produced by injection molding and subsequently perforated by means of laser. The perforation is not a constructional element in terms of its shape. The resulting passage perforations essentially depend on the power of the laser used and can therefore be influenced only to a limited extent in terms of their shape. Likewise, the introduction of the watermark element in the Sieboberfläche takes place without consideration of the Sieboberfläche. The anchoring of the watermark insert is done arbitrarily by the flow of the liquefied material in the screen structure. According to the invention, these disadvantages are avoided.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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