DE4002979A1 - Wertpapier mit optisch variablem sicherheitselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Datenträger aus Papier, insbesondere ein Wertpapier, eine Banknote oder der­ gleichen mit einem auf der Oberfläche aufgebrachten optisch variablen Sicherheitselement, wie z. B. ein Beugungsgitter, Hologramm, Interferenzelement, Flüssig­ kristallpolymer oder dergleichen mit einem zusätzlich in einem Druckverfahren, insbesondere einem Stahltiefdruck­ verfahren, aufgebrachten Druckbild sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung desselben.

Zum Schutz gegen Nachahmung mit Farbkopierern werden Wertpapiere zunehmend mit optisch variablen Sicherheits­ elementen, insbesondere Hologrammen, ausgestattet. Der Fälschungsschutz beruht auf der ungenügenden Wiedergabe der optischen Eigenschaften der Elemente durch die Kopiergeräte.

Zur Aufbringung von optisch variablen Elementen (OVD), insbesondere von Hologrammen auf Datenträger, sind ver­ schiedene Verfahren bekannt, sie lassen sich in die drei Kategorien Kleben, Transferdruck und Prägen einteilen.

Beim Kleben werden Haftetiketten, die sich zunächst vor­ gestanzt auf Silikonpapier befinden, maschinell auf das Papiersubstrat übertragen. Die Haftetiketten weisen einen Schichtaufbau auf, der sich aus einer Haftklebeschicht, einer selbsttragenden Folie mit einer optisch aktiven Schicht über beispielsweise einem Beugungsgitter und einer darüberliegenden Schutzschicht zusammensetzt. Die Dicke eines Haftetiketts liegt typischerweise in der Größe von 50 Mikrometer, wobei der wesentliche Anteil der Dicke auf das Folienmaterial entfällt.

Beim Transferdruck, auch Heißprägen genannt, wird das optisch variable Element auf einem Transferband vorge­ fertigt und in einem nachfolgenden Arbeitsschritt auf das Substrat übertragen. Der auf das Papier übertragene Aufbau besitzt typischerweise eine Dicke im Bereich von wenigen Mikrometer. Im Fall von Hologrammen besteht der übliche Schichtaufbau des Elements aus einer Heißklebe­ schicht, einer Lackschicht mit Prägung, einer Aluminium- Aufdampfschicht und einer transparenten abdeckenden Schutzschicht. Dieser Schichtaufbau befindet sich zu­ nächst auf der Transferfolie, wobei er mit einer Release­ schicht (z. B. einer Wachsschicht) auf der Folie "be­ festigt" ist. Zum Transfer wird das Band mit der Heiß­ klebeschicht auf das Substrat aufgelegt, durch Anpressen eines geheizten Stempels wird die Heißklebeschicht aktiviert, so daß sich das Element mit dem Substrat ver­ bindet. Gleichzeitig schmilzt die Trennschicht, wodurch sich das Hologramm vom Transferband löst. Das Transfer­ prinzip ist heute das am häufigsten angewandte Verfahren und wird insbesondere zum Aufbringen von Hologrammen auf Kunststoff-Kreditkarten verwendet.

Das Prägeverfahren eignet sich vor allem für Beugungs­ elemente, wie Hologramme und optische Gitter. Hierbei wird auf ein Substrat eine Schicht aus einem aushärt­ baren Lack aufgetragen, der vorzugsweise mit einer extrem dünnen und reflektierenden Metalloberfläche ver­ sehen ist. Mit einem Prägestempel wird in die Lackschicht die beugungsoptische Reliefstruktur eingeprägt, nach dem Aushärten des Lacks wird die Struktur mit einem Schutzlack abgedeckt. Das fertige Element weist einen Schichtaufbau aus, der aus den aufeinanderfolgenden Schichten von Lack mit Metallschicht und Reliefstruktur sowie der Schutzlackschicht besteht.

Jedes der Verfahren und der daraus resultierenden Pro­ dukte hat seine speziellen Vor- und Nachteile. Klebe­ etiketten beispielsweise sind technisch einfach her­ stellbar und problemlos auf die vorgesehenen Substrate übertragbar. Extrem nachteilig für eine Anwendung auf dem Wertpapiersektor ist bei Klebeetiketten allerdings die Möglichkeit, die Elemente als Ganzes vom Substrat zu lösen und auf gefälschte Produkte zu übertragen. Aus diesem Grund werden für Wertpapieranwendungen die Trans­ fer- und Prägeelemente bevorzugt.

Die Transfer- und Prägeelemente genügen weitgehend dem auf dem Wertpapiersektor geforderten Bedürfnissen an Fälschungssicherheit, jedoch stellen sich bei der Ferti­ gung von Wertpapieren mit diesen Elementen eine Reihe von fertigungstechnischen Problemen. Im besonderen Maße sind die beiden folgenden Randbedingungen zu beachten.

Als erster Punkt ist zu berücksichtigen, daß Wertpapiere üblicherweise ein sicherheitstechnisch hochwertiges Druckbild besitzen; diese Druckbilder werden in den meisten Fällen mit Hilfe von Stahltiefdruckverfahren auf­ gebracht. Stahltiefdruck und verwandte Verfahren erfor­ dern, damit sich die Druckfarben gut mit dem Substrat verbinden, eine relativ hohe Oberflächenrauhigkeit des Substrats. Rauhe Oberflächen jedoch sind für die Aufbringung von optischen Elementen ungeeignet.

Zum zweiten ist zu beachten, daß das Wertpapier beim Stahltiefdruck auf seiner ganzen Fläche einer sehr hohen Druckbelastung ausgesetzt wird. Eventuell vor dem Druck aufgebrachte optische Elemente werden hierdurch gewöhn­ lich in ihrer optischen Wirkung herabgesetzt und können durch die sich vom Papieruntergrund durchprägende Papierrauhigkeit sogar beschädigt oder völlig zerstört werden.

Bei der Herstellung von mit optisch variablen Elemente ausgestatteten Wertpapieren stattete man aufgrund dieser Problematik deshalb das Wertpapier entweder zuerst mit dem Druckbild aus und brachte das OVD in einen der darauffolgenden Verfahrensschritte auf oder man zerlegte die OVD-Aufbringung in Einzelschritte, wobei die durch das Stahltiefdruckverfahren nicht gefährdeten Maßnahmen vor dem Bedrucken, die anderen aber ebenfalls erst nach dem Druckvorgang vorgesehen wurden. Bei dieser Vorgehens­ weise nahm man bewußt in Kauf, daß durch die direkte Ver­ kopplung mit dem Druckvorgang einerseits keine auftrags­ neutrale Vorfertigung von unbedruckten OVD-Wertpapieren möglich war (keine Produktion auf Halde) und andererseits die Aufbringung der OVD′s pro Drucklinie dafür geeignete Maschinen (Transfermaschinen etc.) benötigt. Die pro Drucklinie benötigten "OVD-Maschinen" erhöhen nicht nur die Kosten und den Raumbedarf für den Maschinenpark, son­ dern bilden aufgrund der abweichenden Produktionskapa­ zität am Ende der Drucklinie jeweils einen Engpaß, der mit erhöhtem Aufwand auszugleichen ist.

Aus der EP-OS 3 38 378 ist ein derartiges System zur Fertigung von Papierprodukten bekannt, die sowohl ein Druckbild wie ein optisches Beugungselement aufweisen. In einem kontinuierlichen Prozeß wird das Papier zunächst in bekannten Druckwerken bedruckt. Anschließend wird analog zum beschriebenen Prägeverfahren in einem Arbeitsgang ein strahlungshärtbarer Lack aufgetragen und mit einer Beu­ gungsstruktur versehen. In nachfolgenden Arbeitsgängen wird die Beugungsstruktur mit einer reflektierenden Metallschicht bedampft und mit einem Schutzlack versehen.

In anderen bekannten Systemen wird der Arbeitsgang der Hologrammaufbringung zweigeteilt. Im Anschluß an die Papierherstellung wird in einem ersten Teilschritt der Lack auf die Papieroberfläche aufgetragen. Nach dem Bedrucken des Papiers wird im nächsten Teilschritt das optische Gitter eingeprägt.

In der US-PS 44 20 515 ist eine Variante dieses zwei­ teiligen Verfahrens beschrieben. Auf ein Kunststoff- Transferband mit einer präparierten Oberfläche wird zunächst eine Metallschicht und eine darüberliegende Klebeschicht aufgebracht, diese beiden Schichten bilden den Unterbau des zukünftigen Sicherheitselements. Im ersten Teilschritt werden die beiden Schichten auf das Substrat laminiert, wobei unter der Wärme- und Druckein­ wirkung beim Laminiervorgang der Unterbau des Elements die Oberflächenqualität des Transferbandes annimmt. Im zweiten Teilschritt werden ein Druckbild und eine optisch wirkende Reliefstruktur auf das Substrat aufgebracht.

Die erzwungene Reihenfolge von Bedrucken und Aufbringen der optisch wirksamen Schichten bzw. das Aufbringen der optisch wirksamen Strukturen führt, wie bereits ange­ deutet, zu einer Reihe von schwerwiegenden Nachteilen.

Ein Nachteil der bekannten Verfahren besteht in den stark differierenden Fertigungsgeschwindigkeiten von Druckmaschinen und den Vorrichtungen, die die optischen Elemente aufbringen. Vergleicht man hierbei Maschinen des gleichen Typs, wie beispielsweise Bogen-Druckmaschinen und Bogen-Hologramm-Maschinen, dann wird auffällig, daß Hologramm-Maschinen eine um einen Faktor 4 niedrigere Verarbeitungsgeschwindigkeit besitzen. Die geringere Arbeitsgeschwindigkeit der Hologramm-Maschinen hat prin­ zipielle verfahrenstechnische Gründe, so ist beispiels­ weise das Prägen von mikrometerfeinen Strukturen ein sehr sorgfältig durchzuführender und damit zeitaufwendiger Verfahrensschritt. In einer Fertigungskette aus Druck­ maschinen und Hologramm-Maschinen stellt somit die Holo­ gramm-Aufbringung einen die Fertigungsgeschwindigkeit begrenzenden Engpaß dar.

Die erzwungene Reihenfolge in der Fertigung wirkt sich besonders nachteilig im Fall der Wertpapierfertigung aus. Stahltiefdruckmaschinen sind verfahrensbedingt fast ausschließlich Bogen-Maschinen, weshalb auch die nach­ folgende Hologrammaufbringung auf Bogen-Maschinen zu erfolgen hat. Bekanntlich weisen aber gerade Bogen- Maschinen wegen der Handhabung des Bogenmaterials prinzipiell eine niedrige Verarbeitungsgeschwindigkeit auf, diese Eigenschaft trifft auch auf Hologramm-Maschi­ nen zu. Da wegen der bereits geschnittenen Bögen im Rahmen der Hologramm-Fertigung auch nicht auf die deut­ lich schneller arbeitenden Rollen-Maschinen ausgewichen werden kann, ergibt sich als Folge, daß unter allen möglichen Gestaltungen einer Fertigungskette für Wert­ papiere die bekannten Verfahren nur solche Varianten mit der minimal möglichen Verarbeitungsgeschwindigkeit zulassen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist ihre schwierige Eingliederung in den Organisationsablauf von Wertpapierdruckereien. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es bei der Wertpapierherstellung praktisch unumgäng­ lich, daß der Druckvorgang, insbesondere das Drucken der Seriennummer, den letzten Verarbeitungsvorgang vor der Auslieferung der Wertpapiere darstellt. In Wertpapier­ druckereien ist es deshalb feste Gepflogenheit, Papier mit den zugehörigen Sicherheitsmerkmalen wie Wasserzei­ chen, Sicherheitsfaden und eventuellen optischen Elemen­ ten vorzufertigen und anschließend zu bedrucken. Die Bei­ behaltung dieser Fertigungsfolge ist dabei bei den bekannten Verfahren ebenfalls nicht möglich.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist der Zugriff auf Technologien, die im Bereich der Papier­ herstellung und Drucktechnik unüblich sind. Unter diesem Aspekt stellt beispielsweise das Vakuumbedampfen der geprägten Elemente (siehe EP-OS 3 38 378) oder eines präparierten Transferbandes (siehe US-PS 44 20 515) eine Fremdtechnologie dar, die sich derzeit in Papier- und Druckbetriebe nicht integrieren läßt. Gründe hierfür sind die schon erwähnten unterschiedlichen Verarbeitungsge­ schwindigkeiten der verschiedenen Maschinen, die derzeit noch hohe Anfälligkeit der Fremdtechnologien, die Not­ wendigkeit von Spezialisten usw., so daß auch bereits aus diesen Gründen ein reibungsloser Betrieb einer Ferti­ gungskette nicht gewährleistet ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik und seinen Nach­ teilen stellt sich die Aufgabe, eine Wertpapierform und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu finden, das es gestattet,

• - die für das Druckbild und das optische Element not­ wendigen Fertigungsschritte variabel in ihrer Reihen­ folge anzuordnen,
• - die verschiedenen Fertigungsmaschinen nach ihrer Fertigungskapazität und Verarbeitungsgeschwindigkeit auszuwählen und zusammenzustellen und
• - ohne Fremdtechnologie und ohne Störung des Organi­ sationsablaufs bei Papierherstellern und in Druckbe­ trieben, insbesondere in Wertpapierdruckereien in der gewohnten Umgebung zu fertigen.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptan­ spruchs genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die bisher vernachlässigte Erkenntnis zugrunde, daß optisch variable Elemente und Papier zwei Materialien mit höchst unterschiedlichen Eigenschaften sind und daß entsprechend der vorgesehenen Funktion auch extrem verschiedene Anforderungen an die beiden Materia­ lien gestellt werden. Papier, insbesondere Wertpapier, hat neben anderen Eigenschaften eine gewisse "Griffig­ keit" aufzuweisen, weiter muß das Papier Druckfarben gut annehmen und binden können. Diese Eigenschaften erreicht man durch Wahl spezieller Papierarten, vorzugsweise Hadernpapier sowie durch Einstellung einer vorbestimmten Oberflächenrauhigkeit und -struktur. Optisch variable Elemente haben dagegen optische Eigenschaften mit mög­ lichst hohem Wirkungsgrad aufzuweisen. Die physikalischen Gesetze erfordern hierfür aber in erster Linie Ober­ flächenstrukturen, die sich durch eine sehr glatte und ebene Oberfläche auszeichnen.

Beim Aufbringen der optischen Elemente auf Papier wird deshalb ein Ausgleich zwischen den unterschiedlichen Oberflächenqualitäten notwendig. Gemäß dem derzeitigen Stand der Technik erfolgte der Ausgleich bisher aus­ schließlich dadurch, daß der Aufbau und/oder die Aufbrin­ gungsverfahren der optischen Elemente der Rauhigkeit des Substrats angepaßt wurden. Die Verlagerung des Oberflä­ chenausgleichs in den Bereich der optischen Elemente wurde auch durch den Umstand stark begünstigt, daß insbe­ sondere im Wertpapierbereich die Papiereigenschaften innerhalb enger Toleranzen festgelegt sind und somit im ganzen Fertigungsprozeß als nicht variable Größen ver­ standen wurden.

Im Gegensatz zur bisherigen Vorgehensweise besteht der Kern der Erfindung darin, in einem ersten Schritt mit Verfahren, die bei Papierherstellern und in Druckbe­ trieben geläufig sind, das Papier in dem für das optisch variable Element bestimmten Flächenbereich das Papier durch lokale Glättung an die Ebenheitsforderung der opti­ schen Elemente anzupassen. Geglättet wird dabei im wesentlichen nur der Flächenbereich, der vom vorgesehenen Element abgedeckt wird. Der Restbereich wird bei der Glättung soweit wie möglich unverändert belassen, so daß dort die für die Druckverfahren benötigte Oberflächen­ qualität erhalten bleibt. Das optische Element wird in einem nachfolgenden Arbeitsschritt, vorzugsweise bereits vor dem Bedrucken, in den geglätteten Bereich aufge­ bracht.

Durch diese überraschend einfache Maßnahme schafft man auf einen Datenträger lokal begrenzte und auf den jewei­ ligen Bestimmungszweck optimal angepaßte Randbedingungen, welche auch die Erfüllung sehr unterschiedlicher Anforde­ rungen sicherstellt.

Zum Glätten und Verfestigen der Papieroberfläche sind aus der Druck- und Papiertechnik verschiedene Verfahren bekannt, die sich im wesentlichen in die Kategorien Satinieren, Streichen und Beschichten einteilen lassen. Diese Verfahren können in modifizierter Form auch für die lokale Glättung der Oberfläche verwendet werden.

Zum Satinieren führt man das Papier in Rollen- oder Bogenform in ein Glättwerk ein, das beispielsweise aus zwei gegenüberliegenden Zylindern besteht. Um eine lokal begrenzte Glättung zu erreichen, sind eine oder beide Zylinder des Glättwerks in dem Bereich, in dem die Aufbringung des Elements erfolgen soll, erhaben gestal­ tet, so daß das Papier vor allem in diesem Bereich zusammengedrückt und geglättet wird. Dabei wird ein Druck in der Größe von 100-1000 kp/cm Berührungslinienlänge ausgeübt. Den Erfordernissen entsprechend werden die Hologrammbereiche entweder nur bei einem oder bei beiden Zylindern erhaben gestaltet.

Beim Streichen und verwandten Verfahren wie Gießen, Guß­ streichen usw. wird auf die Papieroberfläche ein Strich bzw. ein Guß aufgetragen. Um ein lokal begrenztes Streichen zu erhalten, werden an die Erfindung angepaßte Auftragwerke notwendig. Für den streifenweisen Auftrag eignen sich beispielsweise Düsenauftragwerke mit seitlich begrenzten Schlitzdüsen, während für beliebig geformte Flecken Gravurwalz- oder Rundsiebwerke vorzuziehen sind. Streich- und Gußmassen bestehen im wesentlichen aus mineralischen Pigmenten und Bindemitteln, die die Pig­ mente zusammenhalten und im Rohpapier verankern. Die Partikelgröße liegt typisch im Bereich von Mikrometern, weshalb gestrichene oder gegossene Papiere eine ge­ glättete Oberfläche aufweisen.

Beim Beschichten wird ähnlich wie beim Streichen auf die Papieroberfläche eine Ausgleichsmasse aufgetragen, die zumindest zum Teil aus Kunststoffmaterialien besteht. Wie beim Streichen eignen sich zum Auftrag der Aus­ gleichsmasse Düsenauftragwerke, Gravurwalzwerke oder Rundsiebwerke.

Als Glättwerke können sowohl Rollen- wie Bogenmaschinen verwendet werden. Mit kontinuierlich glättenden Rollen­ maschinen lassen sich auf Papierbahnen eine oder mehrere streifenförmige Zonen erstellen, die über die gesamte Bahnlänge eine geglättete Oberfläche aufweisen. Diese streifenförmigen Zonen eignen sich insbesondere zur späteren Aufbringung von Endloselementen, die in Band- oder Fadenform vorliegen. Besonders vorteilhaft ist es, die Endloselemente ebenfalls mit Rollenmaschinen aufzu­ bringen.

Um für die Hologrammaufbringung hinreichend glattes Papier zu erzeugen, ist sehr hoher Druck erforderlich. Je nach Papiersorte oder Form des geglätteten Bereichs kann es dabei vorkommen, daß sich das Papier wellt und zum Drucken nicht mehr eignet. In diesem Fall benutzt man ein Glättwerk, in dem die Bereiche, an denen die Hologrammaufbringung erfolgen soll, gegenüber dem Rest­ bereich nur um 100stel Millimeter (vorzugsweise 5-50 Mikrometer) erhaben sind. Dadurch wird erreicht, daß einerseits im Hologrammbereich das Papier bei hohem Druck stark geglättet wird, während im übrigen Bereich das Papier nur so viel zusammengedrückt wird, daß keine Wellen und Verzüge auftreten, aber die für den Stahl­ stich erforderliche Rauhigkeit erhalten bleibt.

Die Glättstation läßt sich innerhalb einer Fertigungs­ kette praktisch an beliebiger Stelle vor der Hologramm­ aufbringung als Modul plazieren. Die kleinste Maschinen­ einheit besteht nur aus einer Abrolleinrichtung für die Papierbahn, einer Glättstation und einer Aufrolleinrich­ tung. Diese Einheit kann um geeignete Vorrichtungen zum Bedrucken des Papiers und zur Aufbringung von Hologrammen erweitert werden. Insbesondere können zwischen Glätt­ station und Aufrolleinrichtung folgende Einheiten einge­ fügt werden:

• 1. Einrichtungen zum Aufbringen eines Füllmittels, eines Haftvermittlers oder eines Klebemittels im Hologramm­ bereich.
• 2. Einrichtungen zum Trocknen für den Haftvermittler oder die Klebemittel mit Hilfe von Wärme, IR- oder UV-Strahlung oder Elektronenstrahlen.
• 3. Einrichtungen zum Aufbringen der optisch variablen Elemente, alternativ können hierfür eingesetzt werden
  • - Transfereinrichtungen für die Aufbringung von Heißpräge-Hologrammen oder anderen Heißpräge­ Elementen,
  • - Einrichtungen zum Aufbringen von spiegelnden Flächen für nachträgliche Hologrammeinprägungen,
  • - Einrichtungen zum Auftragen von Lacken und ähnlichen Beschichtungen und zum Einprägen von optischen Beugungsstrukturen.
• 4. Einrichtungen zum Härten der geprägten Lacke, Beschichtungen oder Kleber mit Hilfe von Wärme oder Strahlung.
• 5. Einrichtungen zum Aufbringen von Schutzschichten mit Hilfe von Druck-, Beschichtungs- oder Kaschierver­ fahren.
• 6. Einrichtungen zur Qualitätsprüfung an den optisch variablen Elementen.
• 7. Einrichtungen zum Kennzeichnen oder Induvidualisieren der Bahnen, Nutzen oder Elemente.
• 8. Druckwerke für weitere Druckvorgänge.

Die gegebene Aufzählung ist weder vollständig noch legt sie die Reihenfolge der Maschinen zwingend fest, sie stellt vielmehr nur eine von vielen möglichen Alternati­ ven dar. Der Maschinentyp und ihre Reihenfolge in der Fertigungskette können vom Fachmann anhand der Aufzählung je nach gewünschtem Fertigungsablauf und Elementtyp aus­ gewählt oder variiert werden. Ebenso ist es möglich, an geeigneten Stellen Aufrollvorrichtungen zum Zwischen­ speichern oder weitere bekannte Maschinenelemente wie Rollenschneider, Bogenschneider oder Sortiervorrichtungen einzufügen.

Trotz der verblüffend einfachen erfindungsgemäßen Maß­ nahmen bieten die erfindungsgemäße Datenträger und die Möglichkeiten zu seiner Herstellung zahlreiche Vorteile.

Ein erster Vorteil ist die Qualitätsanhebung der mit optischen Elementen ausgestatteten Wertpapiere. Während früher der Schichtaufbau der Elemente auf die Papier­ eigenschaften abgestimmt werden mußte - man bedenke nur die dicken Klebeschichten zum Ausgleich der Oberflächen­ rauhigkeit -, so können jetzt im Rahmen der Erfindung die Elemente auf ihre eigentliche Funktion optimiert werden. Allein die Verwendung dünner Klebeschichten führt zu einer Reihe von Verbesserungen. Eine filmdünne Klebe­ schicht gewährleistet beispielsweise eine hohe Elastizi­ tät des Elements, wodurch es Belastungen, wie sie vor allem beim Wertpapierumlauf auftreten, leichter überleben kann. Weiter erhöht eine dünne Klebeschicht auch die Fälschungssicherheit, da ein Abspalten des Elements entlang der Klebeschicht erschwert oder unmöglich ge­ macht wird.

Eine weitere Qualitätsanhebung ergibt sich durch die Möglichkeit, von geprägten Hologrammen auf Transfer­ elemente überzugehen. Transferelemente werden als Sicherheitselemente gegenüber geprägten Elementen be­ vorzugt aufgrund des einfacheren Aufbringverfahrens und des höheren optischen Wirkungsgrades. Da aber Transferelemente typischerweise nur eine Dicke im Bereich von wenigen Mikrometer aufweisen, wurden sie bisher kaum auf Papieroberflächen aufgetragen. Durch das erfindungsgemäße Glätten jedoch schafft man auf der Papieroberfläche aber auch die Voraussetzungen zum Auf­ bringen derartiger Transferelemente.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Möglichkeit, im Rahmen der Erfindung die Hologramm-Aufbringung an besonders geeigneten Stellen in den Fertigungsablauf einzufügen. Die hieraus resultierende Erhöhung des Fertigungsdurchsatzes bzw. die Erhöhung der Ferti­ gungskapazität zeigt sich am besten bei der Wertpapier­ herstellung. Die Arbeitsschritte Glätten und Hologramm­ aufbringung lassen sich jetzt wegen der Unabhängigkeit vom Druckprozeß noch im Rollenstadium des Papiers durch­ führen, die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit der Rollen­ maschinen ermöglicht es, die Fertigungsengpässe zu um­ gehen, die bei der Verwendung von Bogen-Maschinen ent­ stehen.

Aus der Unabhängigkeit von Druckprozeß und Hologramm­ aufbringung ergibt sich als weiterer Vorteil, daß der in den Wertpapierdruckereien übliche Verfahrensablauf eingehalten werden kann. So kann das Papier mit all seinen Sicherheitselementen wie Wasserzeichen, Sicher­ heitsfaden, optisch variablem Element usw. vorgefertigt und soweit nötig auch gelagert werden. Der besonders sicherheitskritische Druckvorgang stellt wie üblich den letzten Verfahrensschritt dar. Aufgrund der lokalen Oberflächenglättung kann nun auch während des Druckvor­ gangs kein "Durchprägen" von Oberflächenrauhigkeiten erfolgen. Das Bedrucken von Wertpapier mit bereits aufge­ brachten Elementen führt somit auch nicht zur Beeinträch­ tigung ihrer Qualität. Dies gilt insbesondere dann, wenn bei der Oberflächenglättung nicht nur die Oberflächen­ rauhigkeit beseitigt, sondern das Papier auch noch mit einer lokalen Vertiefung versehen wird, in die das Ele­ ment eingebettet wurde.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Fig. und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Wertpapier in Aufsicht mit vorbehan­ delten Flächenbereichen,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Wertpapier mit einem kalandrierten Flächenbereich,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Wertpapier mit zwei gegenüberliegenden gestrichenen und gewalzten Bereichen,

Fig. 4 eine Kalandrierwalze zum lokalen Glätten von Papier,

Fig. 5 ein System von Glätten von Papier und Auf­ bringen von Hologrammen.

Fig. 1 zeigt einen Datenträger in Form einer Banknote 1, sie weist einen bedruckten Bereich 2 und einen weißen Randbereich 3 auf, in dem sich ein Wasserzeichen 4 befindet. Als Kopierschutz sind auf der Oberfläche zwei optisch variable Elemente 5 und 6 aufgebracht. Als optisch aktive Schichten können diese Elemente hologra­ fische Reliefstrukturen, Beugungsstrukturen, Interferenz­ schichten, Flüssigkristallpolymere und andere optisch wirkende Flächen enthalten. In bevorzugten Ausführungs­ formen stellt das Element 5 ein Reflexionshologramm mit beispielsweise kreisförmiger Grundfläche dar. Das Element 6 ist in Bandform auf die Oberfläche aufgebracht und erstreckt sich über die gesamte Breite der Banknote, als optisch aktive Schicht enthält dieses Element vorzugs­ weise ein sich wiederholendes fortlaufendes Beugungs­ gitter.

Die Note weist gemäß der Erfindung geglättete Bereiche 15 und 16 auf. In der Figur sind die Bereichsgrenzen durch unterbrochene Linien angedeutet. Die optisch variablen Elemente 5 und 6 sind innerhalb der geglätteten Flächen­ bereiche 15 und 16 aufgebracht. Vorzugsweise wird die Größe der Bereiche so gewählt, daß die Elemente im Rahmen der Fertigungstoleranzen sicher innerhalb dieser Bereiche plaziert werden können, jedoch ist es auch möglich, die Bereiche entsprechend den Designwünschen folgend eine beliebige Umrißform und Größe zu geben. Die geglätteten Bereiche können durch lokales Satinieren, Streichen oder Beschichten hergestellt werden.

Fig. 2 zeigt in Vergrößerung einen Schnitt durch die Banknote 1 im Bereich des Elements 6. Durch lokales Satinieren ist im Flächenbereich 15, ebenso wie im nicht gezeigten Bereich 16, eine glatte Oberfläche erzeugt wor­ den. Außerhalb dieser Bereiche 15 und 16 weist die Bank­ note die ursprüngliche Oberflächenrauhigkeit 9 auf. Auf­ grund der hohen Oberflächenqualität in den geglätteten Bereichen erhöht sich der Variationsspielraum für das Aufbringen und die Ausführungsformen der optisch variab­ len Elemente 5 und 6.

In einer ersten Variante kann das Element 6 nach dem Prägeverfahren aufgebracht werden. Im geglätteten Flächenbereich wird zunächst eine Klebeschicht 10 aufge­ tragen. Die Schichtdicke kann aufgrund der Oberflächen­ qualität jetzt für die Gebrauchsfähigkeit der Note hin­ sichtlich Flexibilität, Fälschungssicherheit und Wirkung des Elements optimiert werden. Im nächsten Verfahrens­ schritt wird dann in die Klebeschicht 10 ein Beugungs­ gitter eingeprägt. In abschließenden Arbeitsschritten wird dann die geprägte Oberfläche mit einer dünnen Metallrelexionsschicht versehen und mit einem Schutzlack 11 überzogen, die geprägten Gitterstrukturen und die Metallschicht sind in der Fig. 2 wegen ihrer mikroskopi­ schen Größe nicht dargestellt.

In einer zweiten Variante wird das Element 6 nach dem Transferverfahren aufgebracht. Das Element liegt hierbei in vorgefertigter Form auf einem Transferband vor. Die Vorfertigung auf dem Band ermöglicht es, beliebige optisch wirksame Schichten in den Schichtaufbau einzu­ fügen; besonders sei hier auf reflektierende Metall­ schichten, Interferenzschichten, Beugungsgitter und Holo­ gramme verwiesen. Die Glättung des Papiersubstrats 8 im Flächenbereich 15 der Aufbringung ermöglicht es, Trans­ ferelemente trotz ihrer geringen Dicke und ihrer geringen inneren Festigkeit auf Papier in guter Qualität zu über­ tragen. Nach dem Übertragen ergibt sich ein Schichtaufbau ähnlich wie beim Prägeverfahren, er besteht aus einer Klebeschicht 10, darüberliegenden optisch wirkenden Schichten sowie einer oder mehreren Lackschichten 11.

Beim Satinieren wird auf das Papier in den zu glättenden Bereichen ein hoher Druck ausgeübt, wodurch die Papier­ fasern irreversibel aneinandergepreßt und die Ober­ flächenrauhigkeit reduziert wird. Neben der Glättung bewirkt das Satinieren auch eine Komprimierung des Papiersubstrats 8, als Folge bildet sich eine Vertiefung im Papier aus. Diese Vertiefung hat den Vorteil, daß ein darin liegendes optisches Element in eventuell nachfol­ genden Verarbeitungsschritten, wie beispielsweise beim Bedrucken des Papiers, vor Berührung und Beschädigung geschützt ist.

Fig. 3 zeigt ebenfalls in Vergrößerung einen Schnitt durch die Banknote 14, wobei in diesem Ausführungsbei­ spiel die Oberfläche auf Vorder- und Rückseite durch beidseitiges Streichen geglättet wurde. Hierzu wird in den Flächenbereichen 20 und 21 eine Streichmasse auf das Papiersubstrat aufgetragen. Für eine weniger anspruchs­ volle Oberflächenqualität reicht es aus, das Papier und die Streichmasse in bekannten Maschinen zu trocknen. Um eine besonders ebene Papieroberfläche zu erhalten, wurde im gezeigten Beispiel das bestrichene Papier noch zusätz­ lich durch ein Glättwerk mit hochglanzpolierten Glätt­ zylindern gezogen, wodurch die Streichmasse in das Papier eingedrückt wurde. Das Resultat ist ein Banknotenpapier mit zwei sich gegenüberliegenden geglätteten Flächenbe­ reichen, die nicht oder nur unwesentlich aus der Papier­ fläche herausragen. Als Streichmasse kann auf die aus der Papierfertigung bekannte Strichfarben zurückgegriffen werden. Auf die geglätteten Bereiche können in bereits beschriebenen Weisen sowohl Präge- wie Transferelemente aufgebracht werden.

Fig. 4 zeigt einen Kalandrierzylinder 30, wie er in Glättstation zum lokalen Glätten von Papier verwendet werden kann. In Zylinder-Glättstationen läuft das Papier zwischen zwei gegeneinandergedrückten Zylindern hindurch.

Zum lokalen Glätten werden in einer solchen Glättstation ein oder beide Zylinder durch den in Fig. 4 dargestellten Kalandrierzylinder 30 ersetzt. Dieser Zylinder weist in den Hologrammbereichen erhaben gestaltete Flächen 31 und 32 auf. Die Stufenhöhe zwischen erhabenen und zurückge­ setzten Bereichen liegt vorzugsweise im Bereich von einem Millimeter und weniger. Die Fläche 31 erstreckt sich nur über einen kleinen Teil der Umfangsfläche und eignet sich zur Herstellung isolierter geglätteter Bereiche, in die beispielsweise das Element 5 eingesetzt werden kann. Die Fläche 32 erstreckt sich über den gesamten Umfang und erzeugt auf der Papierbahn endlose streifenförmige Zonen, die vor allem zur Aufbringung von Endloselementen 6 geeignet sind.

Um für die Hologrammaufbringung hinreichend glattes Papier zu erzeugen, ist sehr hoher Druck erforderlich. Wenn man diesen Druck nun nur auf Teilbereiche des Papiersubstrats anwendet, so kann sich das Papier je nach seinen Eigenschaften und nach Umrißform der zu glättenden Bereiche wellen, es ist dann zum Bedrucken und für den späteren Gebrauch nicht mehr geeignet. In solchen Fällen wird das Glättwerk vorzugsweise so ge­ staltet, daß die erhabenen Bereiche auf dem Kalandrier­ zylinder sich gegenüber den Restbereichen nur in der Größenordnung von Millimeterbruchteilen, vorzugsweise 5-50 Mikrometer abheben. Der Abstand der beiden Kalandrier­ zylinder wird so eingestellt, daß einerseits im Holo­ grammbereich das Papier bei hohem Druck stark geglättet wird, im Restbereich das Papier aber nur so viel zusam­ mengedrückt wird, daß keine Wellen und Verzüge auftreten. Auf diese Weise vermeidet man die Welligkeit und erhält gleichzeitig die für den Stahlstich erforderliche Rauhig­ keit. Der Druck zum Glätten des Papiers liegt typisch im Bereich von 100-1000 kp pro 1 cm Berührungslinie.

Eine andere Variante der Glättung von Papier ist das Streichen und Beschichten. Da die allgemein üblichen Walzenstreichwerke über die ganze Papierbreite arbeiten, muß man zum lokalen Auftragen von Streich- oder Gußmasse entweder diese Maschinen modifizieren oder auf andere Maschinentypen zurückgreifen, die an die Erfindung ange­ paßt sind. Solche Maschinentypen sind beispielsweise Düsenauftragswerke mit seitlich begrenzten Schlitzdüsen für streifenweisen Auftrag oder Gravurwalzwerke bzw. Rundsiebwerke für den fleckenförmigen Auftrag der Guß­ masse. Um Flächen mit beliebig geformten Umrissen für die Aufbringung der Elemente ins Register mit plazierten Wasserzeichen zu bringen, kann ein in der Drucktechnik übliches Insetting-Werk verwendet werden.

Aus der Streichtechnik bekannte Vorgehensweisen können auch auf das lokale Streichen der Papieroberfläche über­ tragen werden, beispielsweise kann man auf mehrstufiges Streichen mit Vor- und Endstrich oder auf Kalandrier­ streichen mit Hilfe von Streichkalandern zurückgreifen. Besonders vorteilhaft ist eine vom Gußstreichen abge­ leitete Methode, wobei zunächst auf die Papieroberfläche eine Streichmasse lokal aufgebracht wird und anschließend in einem Glättwerk mit einem geheizten hochglanzpolierten Kalandrierzylinder getrocknet und mit einer spiegel­ glatten Oberfläche versehen wird.

Eine andere Variante der Glättung ist die Beschichtung, wobei sich die Begriffe Streichen und Beschichten über­ lappen. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Verfahren liegt darin, daß beim Streichen mineralische Stoffe aufgetragen werden, während beim Beschichten die Beschichtungsmasse zumindest teilweise einen Kunststoff enthält. Mit geringen Modifikationen sind beim Beschichten die gleichen Auftragsverfahren und Maschinen zu verwenden wie beim Streichen, weshalb zum Themenkreis Beschichten nur auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine Fertigungskette zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wertpapiers 1. Die Fertigungskette enthält Stationen zum Vorbereiten der Papieroberfläche, zum Aufbringen und zum Prüfen von Transferhologrammen. Sämtliche Maschinen sind als Rollen­ maschinen ausgelegt und können irgendwo zwischen Papier­ macherei und Druckerei angesiedelt sein. Diese Randbe­ dingung ist in Fig. 5 durch die zu Beginn und am Ende der Fertigungskette vorgesehenen strichlierten Trennlinien angedeutet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Fertigungskette bei der Papierherstellung vor dem soge­ nannten Querschneider eingefügt, d. h. die Papierrolle 51 kommt vom Bahnschneider der Papiermaschine, bei dem die von der Papiermaschine kommende breite Bahn in schmalere Einzelbahnen zerlegt wird; anschließend an die Station 66 folgt der Querschneider, der die Papierbahn in Einzel­ bögen unterteilt.

Die Wertpapierbahn 50 wird kontinuierlich von den Statio­ nen zugeführt. Das Papier kann dabei von einer Vorrats­ rolle 51 abgezogen werden oder auch direkt von papier­ produzierenden Maschinen zugeführt werden. Als erstes läuft das Papier in ein Glättwerk 52 ein, das aus zwei gegenüberliegenden Kalandrierzylindern 53 besteht. Die Zylinder weisen erhabene Bereiche 32 auf, die sich, wie in Fig. 4 gezeigt, über den gesamten Umfang der Zylinder erstrecken. Entsprechend der vorhandenen Nutzenzahl wiederholen sich die erhabenen Bereiche über die Breite des Zylinders. Nach der lokalen Glättung wird das Papier einer Auftragstation 54 zugeführt, die auf den oder die geglätteten Streifen einen Haftvermittler aufträgt. Als nächstes läuft die Papierbahn in eine Trocknungseinrich­ tung 55 ein, hier wird der Haftvermittler mittels Wärme getrocknet. Alternativ zur Trocknung mittels Wärme können auch andere Verfahren eingesetzt werden, wie beispiels­ weise IR-, UV- oder Elektronenstrahl-Trockner. In der nachfolgenden Transferstation 56 wird ein Endloshologramm auf den oder die geglätteten Streifen aufgetragen. Das Transferband 57 mit den vorgefertigten Hologrammen wird von einer nicht dargestellten Vorratsrolle abgezogen und mit der Papierbahn zusammengeführt. Ebenfalls nicht gezeigte Positioniereinrichtungen sorgen dafür, daß das Transferband registergenau zu den geglätteten Streifen zu liegen kommt. Die beiden Rollen 60 und 61 der Transfer­ station sind beheizt und drücken Transferband und Papier­ bahn aufeinander. Unter der Druck- und Wärmeeinwirkung löst sich der holografische Schichtaufbau 62 vom Trans­ ferband und verbindet sich mit der Papierbahn 50. Das leere Transferband 58 wird dann von der Papierbahn abge­ zogen und auf einer nicht dargestellten Aufwickeleinrich­ tung entsorgt. Die mit dem Endloshologramm versehene Papierbahn 50 läuft anschließend auf eine zweite Trocken­ einrichtung 65 zu, in der der Transferkleber ausgehärtet wird. Je nach verwendetem Kleber kann auch hier auf ver­ schiedene Trockenverfahren zurückgegriffen werden. Als nächstes läuft die Papierbahn auf die Station 64 zu, in der eine Qualitätsprüfung am Endloshologramm durchgeführt wird. Hier kann beispielsweise durch Abtasten mit einem Lichtstrahl der Beugungswirkungsgrad sowie die Lage des Hologramms auf dem Papier geprüft werden.

Die qualitätsgeprüfte Papierbahn ist nun fertig für den Druck. Sie kann jetzt entweder, wie dargestellt, auf der Aufwickelvorrichtung 65 aufgewickelt und gelagert oder direkt in eine dem Fachmann bekannte Druckmaschine einge­ führt werden.

Die dargestellte Fertigungskette ist natürlich nicht die einzig realisierbare Lösung zur Herstellung der erfin­ dungsgemäßen Wertpapiere. So lassen sich beispielsweise in diese Fertigungskette statt einer Transferstation zum Aufbringen von Transferhologrammen auch Prägestationen zum Herstellen von Prägehologrammen oder Maschinen zur Aufbringung anderer Elementtypen einbringen. Ebenso ist es möglich, anstelle der Aufwickelvorrichtung die Papier­ bahn weiteren Maschinen zuzuführen, wie beispielsweise Druckwerken für Druckvorgänge oder Bogenschneider zum Zerlegen in Bogensortiervorrichtungen usw.

Die beschriebene Fertigungskette besteht aus den überge­ ordneten Verfahrensstufen Papierherstellung, Element-Auf­ bringung und Bedrucken. Diese erst durch die Erfindung ermöglichte Reihenfolge ist, wie bereits erwähnt, mit besonders großen Vorteilen hinsichtlich Fertigungsge­ schwindigkeit, Fertigungsablauf usw. in die Wertpapier- Herstellung integrierbar. So sind beispielsweise alle für die Aufbringung der Elemente notwendigen Schritte in der Papierfabrik durchführbar, das Papier ist anschließend wie jedes andere Wertpapier weiter verarbeitbar.

Erfindungsgemäß sind somit in der beschriebenen Variante in der Druckerei keine zusätzlichen Maschinen zu instal­ lieren, die vielleicht mit dem dort existierenden Rauman­ gebot kollidieren oder den Produktionsdurchsatz beein­ trächtigen. Ebenso wenig ist es zwingend, die Aufbringung der Elemente in der Paperfabrik durchzuführen, da die in Fig. 5 gezeigten und in der Beschreibung ausführlich er­ läuterten Maßnahmen natürlich auch in einer separaten dritten Produktionsstätte vorsehbar sind. Sie lassen sich allerdings auch, wie beschrieben, in die Verfahrensab­ läufe der Papierfabrik oder der Druckerei als abschlie­ ßende oder vorgeschaltete Stationen direkt integrieren. Neben der funktionalen Vorteile bietet die Erfindung also auch eine enorme verfahrensmäßige Flexibilität.

Claims (16)

1. Datenträger (1) wie Wertpapier oder dergleichen mit einem auf der Oberfläche aufgebrachten optisch variablen Element (5, 6), insbesondere einem Hologramm und einem zusätzlichen, insbesondere im Stahltiefdruck aufgebrach­ ten Druckbild (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Datenträgers (15, 16, 20, 21) im Bereich des optisch variablen Elements glatter ausgeführt ist als in der verbleibenden Fläche.

2. Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optisch variable Element (5, 6) in einer geglätteten Vertiefung des Datenträgers ange­ ordnet ist, wobei die Vertiefung durch Komprimierung des Datenträgers erzeugt ist.

3. Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optisch variable Element (5, 6) in einem Bereich (20, 21) angeordnet ist, der durch Auftrag einer Beschichtung, Streich- oder Gußmasse ge­ glättet ist.

4. Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der glatter ausgeführte Bereich (15) sich in Form eines Bandes, Streifens oder derglei­ chen über die Fläche des Datenträgers erstreckt.

5. Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der glatter ausgeführte Bereich (15) die Form einer Insel, eines Fleckens oder der­ gleichen aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenträger im Flächenbereich (15, 16, 20, 21) des optisch variablen Elements lokal geglättet wird und daß in einem oder mehreren nachfolgenden Verfahrensschritten das optisch variable Element (5, 6) in diesem Flächen­ bereich (15, 16, 20, 21) aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Datenträger (1) im Bereich (15, 16, 20, 21) des optisch variablen Elements (5, 6) durch Kalandrieren oder Satinieren lokal geglättet wird.

8. Verfahren nach nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bereich (20, 21), in dem das optisch variable Element (5, 6) aufgebracht wird, durch Auftragen einer Streichfarbe, einer Gußmasse oder einer Beschichtung geglättet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Streichfarbe, Gußmasse oder Beschichtung in einem zusätzlichen Glättwerk geglättet wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättung des Datenträgers (1) über die Gesamtfläche erfolgt, wobei die für das optisch variable Element bestimmten Teilbereiche (15, 16) stärker geglättet werden als die Restfläche des Datenträgers.

11. Vorrichtung zur Herstellung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Glättwerk (52), das den Datenträger lokal in dem Flächen­ bereich (15, 16, 20, 21) glättet, der für die Aufbringung des optisch variablen Elements (5, 6) vorgesehen ist und einer Einrichtung (56), die das optisch variable Element (5, 6) in dem geglätteten Flächenbereich (15, 16, 20, 21) aufbringt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Glättwerk (52) mindestens einen Kalandrierzylinder (30, 53) enthält, der erhabene Bereiche (31, 32) aufweist, wobei die erhabenen Bereiche (31, 32) so angeordnet sind, daß eine Komprimierung und Glättung des Datenträgers (1) insbesondere in den Berei­ chen (15, 16, 20, 21) erfolgt, die für die Aufbringung der optisch variablen Elemente vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erhebungen (31, 52) eine Höhe von Millimeter-Bruchteilen, vorzugsweise eine Höhe von 5-50 Mikrometer, aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet daß das Glättwerk (53) ein Düsenauf­ tragwerk mit seitlich begrenzten Schlitzdüsen für strei­ fenweisen Auftrag einer Streichfarbe, einer Gußmasse oder einer Beschichtung ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich ein Glättwerk (53) mit polierten Kalandrierzylindern vorgesehen ist, das die aufgetragene Strichfarbe, Gußmasse oder Beschichtung glättet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich zum Glättwerk (53) und/ oder zur Aufbringeinrichtung (56) der Elemente wahlweise als weitere Einrichtungen hinzugefügt eine Einrichtung zum Auftragen eines Haftvermittlers (54), Einrichtungen (55, 62) zum Trocknen oder Härten des Haftvermittlers, Einrichtungen zum Auftragen von Schutzlacken, Einrichtun­ gen zum Bedrucken der Papierbahn vorgesehen sind.