KOOPERIERENDEN PRÄGEWALZEN

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Satzes von miteinander kooperierenden Prägewalzen für eine Vorrichtung zum Prägen von

Verpackungsmaterialien. Verpackungsfolien für die

Tabakindustrie oder für die Lebensmittelindustrie werden schon seit geraumer Zeit mit Prägewalzen-Vorrichtungen geprägt, wobei es sich z. B. um sogenannte Innerliner, die um eine Anzahl Zigaretten gehüllt werden oder um

Verpackungsmaterial für Schokolade, Butter oder ähnliche Lebensmittel, Elektronikbauteile, Schmuck oder Uhren handeln kann .

Seit etwa 1980, nach dem Anmelden der US-5 007 271 des gleichen Anmelders, wurden vor allem in der Tabakindustrie zunehmend Stahlwalzen verwendet, die mit einer sehr grossen Anzahl von kleinen Zähnen ausgestattet sind, wodurch

einerseits ein mattes Aussehen der im Normalzustand

glänzenden Metallfolien erzielt wurde und andererseits eine Konditionierung der Folie um die Weiterverarbeitung zu vereinfachen. Durch gänzliches oder partielles Entfernen von Zähnen werden die sogenannten Logos erzeugt, die auch verschiedene optische Effekte zeigen können. Im Zuge der

Verbesserung der Verfahren zur Herstellung von Walzen wurden die Zähne, bzw. deren Abstände voreinander immer kleiner und die Oberfläche der Zähne wird ebenfalls bearbeitet, um beispielsweise Authentifizierungsmerkmale oder auch

Farbmuster durch Interferenz zu erzeugen.

Durch noch weiter verbesserte Herstellungsverfahren,

beispielsweise mittels Laser, können auch Prägewalzen hergestellt werden, die keine Zähne aufweisen sondern nur noch Erhebungen und Vertiefungen, um die gewünschten Logos zu erzeugen. Gleichzeitig wurde dazu übergegangen, ausgehend von reinen Metallfolien metallisierte und beschichtete

Folien zu verwenden, wobei der Metallanteil immer geringer wurde, um in der neusten Entwicklung ganz zu entfallen.

Dadurch wurde jedoch der ganze Verpackungsprozess mit Folien schwieriger, insbesondere der dem Prägen folgende Faltungsund Einpackungsprozess sowie die Logostrukturen immer feiner. Dies bedingt eine starke Erhöhung des Druckes der beiden miteinander kooperierenden Prägewalzen.

Neben dem optischen Erscheinungsbild durch Aufbringen von dekorativen Strukturen, Logos, etc. auf Folien, werden über den Prägeprozess ebenfalls die mechanischen Eigenschaften beeinflusst, speziell die Neigung nach der maschinellen Faltung den gewünschten Faltungswinkel nicht halten zu können. Durch eine Prägung kann dieser Effekt der Folie deutlich verringert werden, was die Maschinengängigkeit der Folie vergrössert und damit den produzierten Aussschuss bei der Verpackung verringert (siehe z.B. WO 00/69622 AI und WO 2002/076716) . Der Trend, bei der Wahl der Materialien den metallischen Anteil weiter zu verringern, wirkt sich negativ auf die Falteigenschaften aus, da reine Metallfolie kein Zurückklappen zeigen (z.B. reines, ungebrochenes Papier im Vergleich dazu ein Öffnen des Faltwinkels kennt) . Steigende Anforderungen an die Finesse von optischen Effekten

erfordern darüberhinaus immer feinere Strukturen. Diese beiden Problematiken, die Materialwahl (einhergehend mit den Falteigenschaften) und die gestiegenen Anforderungen an die Flächendichte zu prägender Strukturen (z.B. Linien pro linearen cm) , können mit vergrössertem Prägedruck gelöst werden .

Infolge der Erhöhung des Prägedruckes und Verringerung des Abstandes zwischen der mit Logos versehenen Prägewalze und der Gegenwalze wird insbesondere die Prägewalze mit den Logos derart mechanisch verformt, dass ein gleichmässiges Prägen nicht mehr gewährleistet werden kann, insbesondere wenn es sich um sehr feine Strukturen auf der Prägewalze handelt .

Mit steigender Flächendichte der Prägestrukturen (z.B. 800 Linien pro linearen cm) eröffnen sich immer mehr mögliche optische Effekte, welche z.B. für die Dekoration ausgenutzt werden können. Im gleichen Sinne nehmen aber auch die

Artefakte zu, die durch Fehler bei der Fertigung entstehen, und folglich z.B. eine inhomogene Prägung. Vom Anwender gefürchtet sind lokal überstarke Prägedrücke, welche im Prägematerial Löcher erzeugen können. Ein homogener

Prägedruck im Prägebereich zwischen den Prägewalzen ist daher unerlässlich . Bei ausreichend starken Prägedrücken zeigen Prägewalzen aber eine mechanische Durchbiegung und

Verformung des Walzenkörpers, welche die geforderte homogene Druckverteilung unmöglich machen. Mit grösserem

Walzendurchmesser kann dem entgegengewirkt werden. Technisch ist eine Durchmesservergrösserung leicht denkbar, oft sprechen aber anwendungsbasierte Gründe dagegen. Ein

Beispiel ist eine feste Abwicklungslänge bei

Verpackungsprodukten, die einen festen Umfang der Walze bedingt . Dabei wird davon ausgegangen, dass in der Regel die

Gegenwalze einen grösseren Umfang aufweist als die

Prägewalze .

Dies liegt daran, dass der Durchmesser der Prägewalze, also derjenigen Walze auf der sich z.B. die Logos befinden, oft einen anwendungsseitig definierten Durchmesser haben muss. Um bei dieser Walze eine Durchbiegung zu vermeiden, gibt es unterschiedliche technische Ansätze. Es wären weitere, hinter der Prägewalze angebrachte Stützwalzen denkbar. Das Prinzip ist hier die Verteilung der auf die Prägewalze wirkenden Kräfte auf weitere hinter der Prägewalze

angebrachte Walzen.

Ein weiterer, interessanter Ansatz zur Lösung dieser Aufgabe ist die Bombierung einer der Walzen, bevorzugt der

Gegenwalze. Da deren Durchmesser geringen anwendungsseitigen Anforderungen unterliegt, ist deren Durchmesser, im

Vergleich zur Antriebswalze, ausreichend gross wählbar, dass sie unter Druck im Vergleich zur Antriebswalze keine

Durchbiegung spürt. Unter dem für das richtige (d.h.

aesthetisch richtige) Prägeresultat erforderlichen

Prägedruck, folgt dann die Prägewalze (Logo-Walze) der

Bombierung der Gegenwalze und es entsteht dann eine homogene KraftVerteilung .

Bombierte Walzen bieten den Vorteil, dass der Aufbau des Prägekopfes bzw. des Walzengehäuses einfach bleibt. Für derartige erfindungsmässige Walzensysteme kann immer

dasselbe einfache Walzengehäuse verwendet werden. Es müssen keine (Stütz-) Walzen eingesetzt werden, was die technische Realisierung nicht verkompliziert und oder enorm verteuert. Dieser vom Erfinder gewählte Ansatz wurde unserer Kenntnis nach bis dato jedoch nicht realisiert, da u.a. versucht wurde, die richtige Walzenkrümmung anhand von Materialdaten direkt zu berechnen, was scheiterte. Die vom Erfinder gefundene empirische Methode zur Bestimmung der Bombierung erlaubt die exakte Herstellung von Walzen für die

hochqualitative, feinste Prägung aller dünnen Folien. Im Prinzip ist es möglich, für jede Folienbeschaffenheit und Prägeart die Durchbiegung der Prägewalze Anhand von Mustern zu messen und eine materialspezifische mechanische

Kompensation der Auswirkung der Durchbiegung direkt

durchzuführen, doch ist ein solches Verfahren für die Produktion einer grossen Anzahl Walzen mit einer grossen Vielfalt von Prägemustern und Folien zu kostspielig und zu langwierig . Bei dem vom Erfinder gewähltem Verfahren müssen für jeden Folientyp, jede Folienbeschaffenheit, jeden Gravurtyp und jeden Prägedruck Walzen unterschiedlicher Bombierung

gefertigt werden, damit durch Bewertung des Prägeergebnisses die notwendige Prägekraft aus der Bombierung abgeleitet werden kann. Speziell ist zu beachten, dass ein Walzenpaar, bei dem eine der Walzen eine Bombierung aufweist, nur bei einem festen Druck eine homogene Kraftverteilung im

Prägespalt vorweist, also auch nur bei diesem einen

Prägedruck einsetzbar ist.

Es ist davon ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Satzes von miteinander kooperierenden Prägewalzen anzugeben, das eine weitgehend vollständige Kompensation der Auswirkung der Durchbiegung der Prägewalze ermöglicht, wobei unter anderem die Art und Struktur der Oberfläche der Prägewalze, die Dicke und die Beschaffenheit der Folie und davon ausgehend der Prägedruck zwischen den beiden Walzen berücksichtigt wird. Diese

Aufgabe wird gemäss dem Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst, wobei zwecks Bestimmung der zur Herstellung des Satzes Prägewalzen notwendigen Parameter eine

Modellvorrichtung (englisch : roller stand; nachstehend auch einfach „Stand"" genannt) verwendet wird. Durch Bau und

Einsatz dieses Stands kann der spätere Einsatz von rein mechanischen, bombierten Walzen modelliert werden. Weitere Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus den abhängigen

Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Walze einer

Modellvorrichtung,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie II/II in

Fig. 1, Fig. 3 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie III/III in

Fig. 1,

Fig. 4 zeigt die Walze gemäss Fig. 1 in 3 verschiedenen perspektivischen Ansichten,

Fig. 5 zeigt einen Teil einer der Walzen von Fig. 1 vor der Druckbeaufschlagung, z.B. hydraulischem Druck, Fig. 6 zeigt beide Walzen der Modellvorrichtung unter hydraulischem Druck,

Fig. 7 zeigt ein mit Daten der Modellvorrichtung

hergestelltes Prägewalzenpaar,

Fig. 8 zeigt die gesamte Durchbiegung einer Achse einer

Walze der Modellvorrichtung unter hydraulischem Druck, Fig. 9 zeigt die Durchbiegung der Achse gemäss Fig. 8 im mittleren Teil,

Fig. 10 zeigt die Spannung der Achse von Fig. 8 unter

Last, Fig. 11 zeigt die Verformung der Walze auf der der

Prägekante gegenüberliegenden Seite und Fig. 12 zeigt die Verformung der Achse auf der

Prägekante .

Um den definitiven Satz von z.B. bombierten Prägewalzen herstellen zu können, werden gemäss Erfindung deren

Parameter, speziell die Bombierung, mittels einer

Modellvorrichtung, eines Teststands, ermittelt. Dabei wird die Auswirkung der Durchbiegung der z.B. bombierten

Prägewalze durch die Geometrie der Gegenwalze kompensiert derart, dass die dickere, z.B. bombierte Gegenwalze eine durch die Modellvorrichtung vorgegebene verformte Oberfläch erhält, die die Durchbiegung der Prägewalze bestimmt.

Um die endgültige Geometrie der (Gegen-) Walze (die

Bombierung) wie oben beschrieben vorherzubestimmen, wird hier ein Testprägestand vorgestellt. Diese nur in wenigen Stücken beim Walzenfabrikanten herzustellende Einrichtung ist technisch deutlich aufwendiger als eine Kombination aus einer bombierten und einer nicht-bombierten Walze, darum auch nicht für die Produktion vorgesehen, bietet aber die Möglichkeit, z.B. unterschiedliche Prägedrücke unter homogenen Prägedruckverteilungen während der Prägung zu testen, indem der Hydraulikdruck durchgestimmt wird.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine hydrostatisch gelagerte Walze 1 einer Modellvorrichtung, des Stands, wobe diese Walze 1 einen Mantel 2 und eine Achse 3 aufweist. Um die Verformung der Achse unter Druck möglichst gering zu halten wird diese aus Hartmetall ausgeführt. Die Achse wird an zwei Lagerbereichen 4 und 5 im Mantel gehalten, wobei di hydrostatische Walze nur teilweise dargestellt ist. Die Achse muss in diesem Fall aus Hartmetall ausgeführt werden, da eine Achse aus Stahl unter der auftretenden Kraft eine zu starke Durchbiegung hätte.

Die Oberfläche des Mantels 2 ist mit Logos versehen, die gleich denen, die auf der im finalen Produkt eingesetzten Prägewalze aufgebracht sind, sein können, oder Musterlogos, die beispielhaft für eine Reihe von Logos sein können.

Der Zweck dieser Walzenanordnung ist, die Walzenachse unter einem bestimmten hydraulischen Druck zu setzen, um dessen Durchbiegung messen zu können. Dabei ist zu beachten, dass eine Walze allein nicht unter hydraulischen Druck gesetzt werden kann ohne Verformungen und Schäden anzurichten und dass das ganze Messsystem nur in der Konfiguration von Fig. 6 betrieben werden kann. Dabei kann die Durchbiegung der Achse aus den physikalischen Parametern des Hartmetalls und dem anliegenden hydrostatischem Druck abgeleitet werden.

Um einen hydrostatischen Druck zu erzeugen sind in den beiden Lagerbereichen 4 und 5 jeweils vier Segmente 6, 7, 8 und 9 an einem Lagerteil der Achse angeordnet, wobei jedes Segment einen Zwischensteg 10 aufweist, wodurch zwischen den Achsensegmenten und dem Mantel vier Lagertaschen 11, 12, 13 und 14 entstehen. Das hydraulische Druckmedium,

beispielsweise Öl, gelangt von einem Einlass 15 in ein durchgehendes Rohr 16 und verteilt sich im Lagerbereich über vier Kanäle 17 zwischen den Segmenten und gelangt in die Lagertaschen. Der Rücklauf 18 auf beiden Seiten ist

ebenfalls eingezeichnet.

Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, dass die beiden

Lagerbereiche 4 und 5 gegengleich ausgeführt sind. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass bei hydraulischem Druckaufbau eine symmetrische Druckbeaufschlagung erfolgt, so dass die Achse und der Mantel koaxial gehalten werden. Bei Auslenkung aus der Mittelposition entsteht eine Rückstellkraft.

Wird nun von Aussen über die Achse, z.B. über deren

Aufhängung, eine starke Kraft ausgeübt, das heisst eine Anpresskraft in Richtung einer Gegenwalze, so können die Lager diese Kraft in den Lagerbereichen nur begrenzt

weitergeben, da diese eine symmetrische Anordnung haben. Die maximal erreichbare Anpresskraft der Walzen wäre begrenzt und im Bereich zwischen den Lager, dem eigentlichen

Prägebereich, nicht homogen. Darum wird in der Mitte der Achse eine weitere, zum

Querschnitt der Achse nicht symmetrisch angeordnete, sektorielle Drucktasche 19 vorgesehen. Diese wird über

Zuleitung 20 vom Ölrohr 16 ebenfalls mit hydrostatischem Druck beaufschlagt. Die Drucktasche erlaubt es, die von Aussen auf die Achse ausgeübten Anpresskräfte über den

Mantel an die Gegenwalze 21 und damit an die Prägekante PK zwischen den Walzen zu leiten.

Dies bedeutet, dass im statischen Betriebszustand der

Maschine, des Stands, die externe Kraft und die der

Drucktasche weitergegebene Kraft gerade gleich sind. Da die Achse diese Kraft mechanisch weiterleitet, kommt es zu einer Durchbiegung der Achse. Die an den beiden Enden der Achse von aussen, z.B. über hydrostatische Zylinder angelegte Anprasskraft wird über die Achse also in die Lager und die Drucktasche weitergegeben.

In den Figg. 4A, B, C sind drei verschiedene perspektivische Ansichten der Achse 3 dargestellt, wobei die Sicht jeweils auf die Drucktasche gerichtet ist. In diesen Ansichten erkennt man die Lage der in Figg. 1, 2 und 3 eingezeichneten Elemente . In Fig. 5 ist eine der Walzen 1 der Modellvorrichtung eingezeichnet, wie sie sich vor der Druckbeaufschlagung mit hydraulischem Druck darstellt. Eine externe, symmetrisch an den beiden Achsenden angeordnete Kraft wirkt von aussen auf die Achse. Diese Kraft stellt die externe Anpresskraft dar, die bei der jeweiligen Prägung eingesetzt werden soll. Von der zweiten Walze 21 ist gerade der Mantel 22 dargestellt sowie von Mantel 2 der ersten Walze die Prägekante EE, die stets gegenüber der Gegenwalze 21 zu liegen kommt. In Figur 6 sind beide Walzen der Modellvorrichtung

dargestellt, wie sie sich unter Druckbeaufschlagung mit dem hydraulischen Druck des Stands verformen. Die beiden Walzen sind spiegelsymmetrisch zur Prägekante EE aufgebaut und es entsteht dadurch eine spiegelsymmetrische Kraftverteilung. Die Kräfte sind eingezeichnet, die bei externer

Druckbeaufschlagung mit hydraulischem Druck entstehen, die auf eine der Walzen, hier Walze 1 wirken. Sie sind mit FEX1 und FEX2 bezeichnet und entsprechen der externen Kraft / dem externen Druck auf die Prägewalzen. Dieser externe Druck wird von der Halterung aufgefangen und erzeugt einen

Gegendruck FHaltl und Fhalt2. Die beiden externen Kräfte können an den Enden der Achsen aufgenommen werden und dann bei einer der beiden Walzen vom Gehäuse abgestützt werden, bei der anderen Achse durch z.B. Hydraulikzylinder.

Um die Achsen im Mantel zu lagern und um den externen Druck auf die Walzen auszugleichen und zu messen, wird ein

hydraulisches Drucksystem benötigt, das hier mit

hydraulischem Öl arbeitet. Dieses hydraulische Öl wird über die Zuleitung 15 auf die Lagertaschen und die Drucktasche geleitet. Der Einsatz von hydraulischen Zylindern für die Generation der externen Anpresskraft bietet den Vorteil, dass die Berechnung der tatsächlich wirkenden Kraft über die bekannte Kolbenfläche der Hydraulikzylinder des Stands, und eine Druckmessung einfach realisiert werden kann.

An der Prägekante EE zwischen den beiden Walzen an der

Stelle der beiden Drucktaschen treten gegengleiche Kräfte FH1, FH2 auf. Darum bleibt die Prägekante bei externen Druck absolut gerade. Die gegengleichen Kräfte auf die Walzen über den Drucktaschen entsprechen dem Prägedruck und werden von der Durchbiegung der Achsen aufgenommen. Daraus ergibt sich das Ziel dieser Messungen und Berechnungen, die Bestimmung der notwendigen Kraft an der Prägekante, um eine gute

Prägequalität zu erreichen, d.h. eine qualitativ

ausreichende Wiedergabe der Strukturen, welche die

Prägewalze aufweist, auf dem geprägten Material in einem Mass und Umfang, dass die optischen Effekte auf der

Prägewalze durch das geprägte Material weitestgehend

wiedergegeben werden.

Somit ist eine einfache Berechnung des Kraftprofils möglich und dort wo die hydrostatische Drucktasche unterhalb liegt, entsteht ein homogenes Kraftprofil entlang einer geraden Kante. Dann kann vom gegebenen hydraulischen Druck auf die tatsächliche Kraftverteilung und damit auf die notwendige Prägekraft geschlossen werden. Durch die Ausgestaltung der Modellvorrichtung, also des Teststands, d.h. dadurch, dass die Prägekante stets genau eben ist, kann die Berechnung der Kräfteverhältnisse

vereinfacht werden. Aus den sich ergebenden Messdaten, wie Kompensation der Durchbiegung der Achsen und der direkten Messung des hydrostatischen Drucks des eingesetzten

hydraulischen Mediums, kann diese Durchbiegung auf eine rein mechanischen Achse ohne hydrostatisches System umgerechnet werden und dadurch die Gestaltung bzw. geometrische Form, speziell der Bombierung der Gegenwalze. Dieser einfache Zugang zur notwendigen Prägekraft über den Teststand

ermöglicht die Vorhersage der Geometrie (z.B. Bombierung) von kommerziel eingesetzbaren Prägeeinrichtungen. In Fig. 7 ist in perspektivischer Sicht und rein schematisch ein Prägewalzenpaar 24 angegeben, mit der dünneren

Prägewalze 25 und der Gegenwalze 26 mit grösserem

Durchmesser. Auf der Gegenwalze sind symbolisch die Logos L eingezeichnet, die sehr kleine Strukturen aufweisen können.

Die Daten des hydrostatischen Walzensystems werden in

Funktion der Oberflächenstruktur der herszuteilenden

Prägewalze sowie der zu prägenden Folie berechnet und eingegeben. Dann werden Durchläufe der Folie bei

unterschiedlichen externen Drücken durchgeführt, bis sich die gewünschte Prägequalität eingestellt hat und der sich ergebende hydrostatische Druck gemessen. Aus diesem

hydraulischen Druckwert kann mittels geeigneter

Rechenprogramme die Werte für die geometrische Form der Gegenwalze berechnet werden. In vorliegendem Beispiel wird die Auswirkung der Durchbiegung der Prägewalze mittels einer Bombierung der Gegenwalze kompensiert.

Dabei wird davon ausgegangen, dass durch den einwirkenden externen Druck, also der Prägekraft, die normalerweise massivere Gegenwalze nur unmerklich verformt wird. Ausserdem wird die Bombierung derart berechnet, dass die Durchbiegung der Prägewalze durch die Bombierung vorgegeben wird, d. h., dass die Bombierung tendenziell etwas grösser ist als die Durchbiegung der Prägewalze alleine durch den Prägedruck. Dadurch, dass die Bombierung der Gegenwalze die Durchbiegung der Prägewalze bestimmt kann erreicht werden, dass der Spalt zwischen beiden Walzen beim Prägen mit einer grossen

Genauigkeit konstant bleibt.

Anstatt vier Lagertaschen können auch eine andere Anzahl Lagertaschen vorgesehen sein, doch muss der hydraulische Druck symmetrisch auf die Achse sein. Ausserdem kann auch mehr als eine Drucktasche vorgesehen werden.

Die Figg. 8 - 12 stellen Messergebnisse dar, die bei

Versuchen an einer Achse in einer hydrostatischen

Zweiwalzen-Modellvorrichtung gewonnen wurden, bei

Zugänglichkeit durch direkte Messung, teile durch numerische Simulation. Bei diesen Versuchen sind beide Walzen in einer nicht gezeigten Lagerung eines Gehäuses eingespannt und der hydrostatische Druck wird auf eine Achse, die dargestellte, gegeben, wobei sich alle Figuren auf einen hydrostatische Druck beziehen, der einer Kraft von 15 '000 Newton (N) entspricht und die Achse eine Länge von 225 mm und einen Umfang von 150 mm aufweist.

In Fig. 8 ist die volle Durchbiegung der Achse berechnet, wobei gemäss dem Diagramm insgesamt etwa 24 μπι Durchbiegung resultierten. Diese Daten gelten bei vollem hydraulischem Druck der Maschine des Stands. Der punktierte Bereich in der Mitte der Achse entspricht dem erhöhten Druck H und somit Durchbiegung. Die beiden äusseren, gemustert dargestellten Bereiche T der Achse stehen weder unter Druck noch zeigen sie eine Durchbiegung, da sie dort gehalten werden.

Das Diagramm von Fig. 9 zeigt eine Berechnung der

Durchbiegung der Hartmetallachse in der Mitte der Achse, d. h. über der Drucktasche 19, wo sich eine Durchbiegung von etwa 8 m ergibt. Auf die Drucktasche wurde ein Druck von etwa 100 bar gegeben, um die Durchbiegung zu kompensieren. Der punktierte Bereich in der Mitte der Achse symbolisiert die erhöhte Durchbiegung in diesem Bereich. Bei der

Verwendung einer Stahlachse wäre die Durchbiegung etwa 3x so gross. Die Stellung der Achse ist in Fig. 9 um 90° gegenüber der Stellung von Fig. 8 gedreht. In Fig. 10 ist die Spannung der Achse in der Stellung von Fig. 8 gezeigt und es ergibt sich daraus, dass die Spannung an der der Drucktasche entgegengesetzten Seite am grössten ist und im Mittelbereich zwischen Drucktasche und der entgegengesetzten Seite die Spannung sehr gering ist, wie dies zeichnerisch durch verschiedene Musterungen gezeigt ist .

In Fig. 11 ist die Verformung der Achse auf der der

Drucktasche entgegengesetzten Seite angegeben, wobei die Drucktaschenseite der Prägekante entspricht, die bei

Rotation der Walze jeweils an der der Gegenwalze gegenüber liegenden Stelle entsteht und wo die Folie durchgeführt wird. Aus der Musterung H ist eine relativ grosse Verformung sichtbar, die jedoch nirgends die Grenzbelastung des Mantels erreicht, so dass es nicht zu einem Materialversagen kommen kann. In vorliegendem Fall erreicht die Verformung etwa 14 μπι.

In Fig. 12 ist die Verformung der Walze an der Prägekante dargestellt, wobei der gleiche hydraulische Druck wie bei Fig. 11 verwendet wurde und woraus sich ergibt, dass an der Prägekante infolge der Drucktasche und der Tatsache, dass dieser Prägekante eine zweite Walze mit identischen Daten entgegensteht, keine Durchbiegung erfolgt. Aus den vorhergehenden Figuren und der Beschreibung geht hervor, dass mit der beschriebenen Modellvorrichtung mit zwei hydrostatisch gelagerten Walzen mit Hartmetallachsen sowie Drucktaschen es möglich ist, durch Einstellung des hydraulischen Druckes, der auf die Lagertaschen sowie auf die Drucktaschen wirkt, die jeweilige Durchbiegung der Achse zu berechnen. Der optimale Anpressdruck wird durch Versuche mit einem der Prägewalze entsprechenden Muster und der zu verwendenden Folie eingestellt und der hydraulische

Gegendruck in den Lagertaschen und der Drucktasche gemessen. Aus diesen Daten des Stands können die Parameter für die Geometrie der Präge- und Gegenwalze des späteren

kommerziellen Prägekopfes berechnet werden. Die Bewertung der Qualität und Güte der Prägung erfolgt optisch durch Vergleich des gewünschten optischen Effekts auf der

Prägewalze und des Resultats an der aesthetisch

ansprechenden Abprägung auf der Folie. Ausgehend von der beschriebenen Modellvorrichtung ist es auch denkbar, anstatt eines hydraulischen Systems mit Öl oder Druckluft eine andere Modellvorrichtung mit

Druckaufnehmern oder anderen ähnlichen Messsystemen zu verwenden und die Belastung der Achsen sowie deren

Durchbiegung anhand von anderen Parametern auszurechnen.

Ferner kann sich eine andere Verformung der Prägewalzen und somit Geometrie der Oberfläche der Gegenwalze ergeben. Ziel der ganzen Berechnungen bleibt, die Geometrie der der

Prägewalze entsprechenden Gegenwalze in dem endgütlichen, rein mechanischen Prägehäuse derart berechnen zu können, dass beim Prägen einer bestimmten Folie und einer bestimmten Prägestruktur auch bei Verwendung von sehr kleinen Prägeelementen und hohen Prägedrücken eine gleichmässige Prägung über die gesamte Breite der Folie erzeugt wird.

Der Einsatz des oben beschriebenen Teststands bleibt darauf abgezielt, dem Fabrikanten der Walzen eine Einrichtung zu bieten, die unabhängig vom angelegten Prägedruck (z.B. über Öl), eine homogene Kraftverteilung an der Prägekante bietet. So kann durch Vergleich des Prägeresultats (auf der Folie) mit der Prägestruktur auf der Prägewalze die optimale Kraft ermittelt werden, die notwendig ist (da die Kraftverteilung ja nach Konstruktion immer homogen ist gestaltet sich dies vergleichsweise einfach) . Ist der notwendige Prägedruck einmal bestimmt, können für den zu erzielenden Prägeffekt optimierte bombierte Walzen gefertigt werden, die dann im Betrieb in einer Prägeeinheit ohne Hydraulik (rein

mechanisch) den benötigten Prägedruck aufbringen. Die

Eigenschaften der Komponenten dieser Prägeeinheit, speziell die Walzengeometrien) sind dank den Ergebnissen aus den Prägungen am Teststand bekannt, und eine kommerzialisierbare kann mit deutlicher Kostenersparniss (weniger Tests)

hergestellt werden.

NUMMERNLISTE

1 Hydrostatische Walze

2 Mantel

3 Achse

4, 5 Lagerbereiche

6-9 Segment

10 Zwischenstege

11-14 Lageertaschen

15 Einlass Ölleitung

16 durchgehendes Rohr = Ölleitung

17 Kanäle zwischen den Segmenten

18 Rücklauf

19 Drucktasche

20 Zufluss zu 19

21 2. Walze

22 Mantel

23 Achse

24 Prägewalzen-Paar

25 Prägewalze

26 Gegenwalze

(DT Druck auf die Drucktasche)

Fexl, Fex2 externer Druck

FHaltl, FHalt2 Gegendruck der Halterung

FH1, FH2 Gesamtdruck auf die andere Walze

EE Prägekante