Kommandantenstraße 18

10969 Berlin

Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel sowie ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Substrats.

Dokumente wie z.B. Wert- oder Sicherheitsdokumente sind üblicherweise aus einer oder mehrerer Substratschichten aufgebaut. Die Wahl der hierbei verwendeten Materialien und der spezielle Aufbau insbesondere mehrschichtiger Dokumente erfolgt dabei häufig so, dass eine nachträgliche Kopie bzw. Fälschung des Dokuments er- heblich erschwert wird. Eine Möglichkeit, die Fälschungssicherheit eines Dokuments zu erhöhen, besteht darin, dass einzelne oder mehrere Substratschichten nicht flächig aus demselben Material bestehen, sondern dass zumindest abschnittsweise unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Dokument ein transparentes Fenster aufweist.

Die DE 10 2014 000 133 B4 offenbart ein Verfahren zur Bearbeitung eines ebenen, zumindest einlagigen Substrats, indem das Substrat gemeinsam mit einem Filmmaterial auf unterschiedlichen Ebenen durch ein Bearbeitungswerkzeug hindurchgeführt wird und ein Stanzstempel an einer vorgegebenen Stelle des Substrats eine Öffnung erzeugt. Der Stanzstempel wird anschließend in einem Bereich außerhalb der Öffnung bewegt und in einem weiteren Hub aus einem Füllmaterial wird durch den Stanzstempel ein dem Querschnitt der Öffnung entsprechendes Element ausgestanzt, dann durch den Stanzstempel in Richtung der Öffnung des fixierten Substrats bewegt und das Element durch den Stanzstempel in die Öffnung des Substrats eingesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats sowie ein entsprechendes Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Substrats bereitzustellen.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Beschrieben ist ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel, wobei sich das Substrat zumindest teilweise in einer Ebene erstreckt, wo- bei das Verfahren umfasst:

- Ausstanzen einer Öffnung in dem sich in der Ebene erstreckenden Teil des Substrats durch den Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel beim Ausstanzen in der Richtung der Ebene gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,

- nachdem Ausstanzen Durchführung einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Rela- tivbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über einem gewünschten Füllmaterial in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt,

- in der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements aus dem gewünschten Füllmaterial durch den Stanzstempel, wobei das Füllelement in dem Stanzstempel verbleibt,

- erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über der Öffnung des Substrats in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,

- Einsetzen des in dem Stanzstempel verbliebenen Füllelements durch den Stanzstempel in die Öffnung des Substrats.

Als Substrat wird allgemein eine einlagige Schicht aus einem Material oder eine mehrlagige Schicht aus einem oder mehrerer Materialien verstanden, wobei als Ma- terial Papier, Pappe oder Kunststoff sowie Metallfolien Verwendung finden können. Bei dem Substrat kann es sich allgemein um das Trägermaterial eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder zumindest eine Schicht des Trägermaterials eines Wertoder Sicherheitsdokuments handeln. Bei dem Trägermaterial kann es sich wiederum um zum Beispiel einen Kartenkörper handeln, wenn es sich bei dem Wert- oder Sicherheitsdokument um ein kartenförmiges Dokument handelt.

Unter einem Dokument werden allgemein Papier-basierte und/oder Kunststoffbasierte Dokumente verstanden, wie zum Beispiel Ausweisdokumente, insbesondere Reisepässe, Personalausweise, Visas sowie Führerscheine, Fahrzeugscheine, Fahrzeugbriefe, Firmenausweise, Gesundheitskarten oder andere ID-Dokumente sowie auch Chipkarten, Zahlungsmittel, insbesondere Bankkarten und Kreditkarten, Frachtbriefe oder sonstige Berechtigungsnachweise. Wertdokumente können auch insbesondere Geldscheine sein. Ausführungsformen der Erfindung könnten den Vorteil haben, dass mit einem mechanisch einfachen und damit bei der Verwendung wenig fehleranfälligen Werkzeugaufbau des zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Bearbeitungswerk- zeugs mit hoher Präzision ein Füllelement in ein Substrat eingesetzt werden kann. Das hierzu verwendete Füllmaterial kann wiederum ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein und dabei aus unterschiedlichen Materialschichten bestehen und ebenfalls Papier-, Pappe-, Metall- oder Kunststoff-basiert sein.

Im Gegensatz zum oben genannten Stand der Technik DE 10 2014 000 133 B4 wird gemäß dem Gedanken der vorliegenden Erfindung Substrat und Füllmaterial nicht übereinander, sondern nebeneinander angeordnet. Damit könnte zum Beispiel die Notwendigkeit der Verwendung von beweglichen Ambossstreifen entfallen. Ein weiterer Vorteil könnte sein, dass eine flexible Wählbarkeit der ersten und zweiten Stanzposition parallel zu der Ebene gegeben ist. Anstatt also, wie im Stand der Technik DE 10 2014 000 133 B4 beschrieben, Substrat und Füllmaterial an exakt vordefinierten Stellen mit dem Stanzstempel zu bearbeiten, könnte es das beschriebene Verfahren ermöglichen, flexibel und sogar individuell pro Substrat und/oder Füllmaterial die jeweiligen Stanzpositionen festzulegen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung resultiert aufgrund des Ausstanzens der Öffnung ein dem Querschnitt der Öffnung entsprechendes Substratelement, wobei das Substratelement vor dem Ausstanzen des Füllelements von dem Stanzstempel entfernt wird. Beispielsweise könnte hier ein Stößel zum Einsatz kommen, welcher durch den Stanzstempel hindurch das hierin befindliche Substratelement nach unten durch den Stanzstempel hindurch hinausdrückt. Vorzugsweise befindet sich der Stanzstempel beim Hinausdrücken des Substratelements über einem entsprechenden Behältnis zur Aufnahme des als Abfallprodukt resultierenden Substratelements.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stanzstempel beim Ausstanzen der Öffnung und/oder beim Ausstanzen des gewünschten Füllmaterials mit Ultraschall beaufschlagt. Die Ultraschallbeaufschlagung könnte eine Ultraschallinduzierte Erweichung des auszustanzenden Materials bewirken, sodass die durch den Stanzstempel zum eigentlichen Ausstanzen benötigte Kraft reduziert wird. Anstatt also ein hartes Material auszustanzen wird aufgrund der Ultraschallbeaufschlagung ein durch den Ultraschall erweichtes Material ausgestanzt. Dies wiede- rum könnte zufolge haben, dass die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des den Stanzstempel führenden Roboters bezüglich der aufzubringenden Kräfte reduziert werden kann. Dies könnte es zum Beispiel ermöglichen, dass der Stanzstempel durch einen Roboter geführt wird, bei dem keine extremen Anforderungen be- züglich der kräftemäßigen Leistungsfähigkeit bei hoher Präzision gestellt werden muss. Es könnte also ein verhältnismäßig einfacher Roboter zum Einsatz kommen, welcher als Hauptanforderung lediglich eine hohe Präzision aufweist, da die durch den Roboter über den Stanzstempel aufzubringenden Kräfte aufgrund der Ultraschallbeaufschlagung reduziert werden könnten.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einsetzen des Füllelements:

- Durchführung einer Hubbewegung des Stanzstempels senkrecht zu der Ebene, wobei aufgrund der Hubbewegung der Stanzstempel in der Öffnung des Substrats oder in einer Ebene unmittelbar oberhalb der Ebene des Substrats zu liegen kommt,

- Bewegung des Füllelements in die Öffnung durch den Stößel.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der sich in der Ebene erstreckende Teil des Substrats durch einen unbeweglichen Anschlag in Richtung senkrecht zu der Ebene gestützt. Wie bereits obig erwähnt, kann also insbesondere auf die Verwendung bewegbarer Ambossstreifen verzichtet werden, da ein Ausstoßen des Substratelements an der ersten Stanzposition aufgrund der Verfahrbarkeit des Stanzstempels nicht notwendig ist. Z.B. erfolgt das Entfernen des Substratelements in einer von der ersten und der zweiten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition des Stanzstempels.

Das Entfernen des Substratelements erfolgt also nicht wie im Stand der Technik DE 10 2014 000 133 B4 beschrieben durch die erzeugte Öffnung des Substrats hindurch, sondern hier besteht eine nahezu beliebige Freiheit, an welcher Stanzposition das Entfernen des Substratelements zu erfolgen hat. Auch dies könnte den geometrischen Aufbau der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrich- tung, insbesondere im Hinblick auf die Abfuhr der Substratelemente als Abfallprodukt, vereinfachen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Stanzstempel eine äußere Schnittfläche auf, wobei der Stanzwinkel der Schnittfläche kleiner als 90° ist. Zunächst einmal könnte dies durch bewegliche verschiedene Elemente des Stanzstempels realisiert werden. Im Falle eines rechteckigen Stanzstempels würde dies vier bewegliche Elemente erfordern, welche in einem Stanzwinkel < 90° einzeln den Stanzvorgang durchführen. Beispielsweise könnte eine trapezförmige Ausstanzung ermöglicht werden, welche aufgrund der Trapezform und bezüglich des für in die Öffnung einzusetzenden Füllelements die mögliche Freiheitsgrade des Füllelements in der Öffnung auf einen einzigen Freiheitsgrad einschränkt. Sowohl seitlich als auch nach unten wird aufgrund der Trapezform das Füllmaterial in der Öffnung gehalten.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung berührt beim Einsetzen des Füllelements der Stanzstempel den Rand der Öffnung des Substrats. Außerdem wird beim Einsetzen des Füllelements der Stanzstempel hierbei mit Ultraschall beaufschlagt. Dies könnte den Vorteil haben, dass insbesondere im Fall von Substraten aus Kunststoff beim Einsetzen des Füllelements der Rand der Öffnung erweicht, z.B. plastifiziert wird. Der so erweichte Rand kann nun mit dem Füllelement bei Zurückziehen des Stanzstempels einen vorzugsweise stoffschlüssigen Verbund eingehen. Damit könnte das Füllelement in der ausgestanzten Öffnung nicht nur mechanisch „geklemmt" gehalten werden, sondern sogar in die Öffnung eingeschweißt sein.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat beim Ausstanzen der Öffnung und Einsetzen des Füllelements durch ein Bearbeitungswerkzeug gehalten, wobei die Relativbewegung mit dem Überführen des Stanzstempels zwischen der ersten Stanzposition und der zweiten Stanzposition durch ein Verfahren des Stanz- stempeis relativ zum Bearbeitungswerkzeug erfolgt. Das Bearbeitungswerkzeug könnte also starr ausgelegt werden und der Stanzstempel könnte zum Beispiel durch einen Roboter am Bearbeitungswerkzeug entlangbewegt werden. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stanzstempel an einem Arm angeordnet, wobei das Verfahren des Stanzstempels eine Drehung des Arms um eine sich senkrecht zur Ebene erstreckende Achse des Bearbeitungswerkzeugs umfasst. Auch dies könnte den mechanischen Aufbau der für die Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung vereinfachen, damit in kostengünstiger Weise eine entsprechende Vorrichtung hergestellt werden könnte: Es müsste z.B. sichergestellt werden, dass der Arm um eine Achse rotiert werden kann, wobei zusätzlich in Richtung senkrecht zur Ebene eine Beweglichkeit des Stanzstempels entweder zusam- men mit dem Arm oder relativ zum Arm notwendig wäre. Zwar könnte dies auch mit einem in allen drei Dimensionen beliebig bewegbaren Roboterarm und daran befindlichem Stanzstempel realisiert werden, jedoch zu deutlich höheren Kosten und gegebenenfalls geringerer Präzision der Durchführung des Verfahrens. Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist ein erstes Magazin einen Satz von Füllmaterialien auf, wobei die Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien im ersten Magazin hintereinander angeordnet sind, wobei das Verfahren ferner vor dem Ausstanzen des Füllelements ein Bewegen des ersten Magazins so umfasst, dass das gewünschte Füllmaterial in Richtung der Ebene gesehen in der zweiten Stanz- position zu liegen kommt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste Magazin einen ersten Drehteller, wobei die Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien auf dem ersten Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet sind, wobei das Bewegen des Ma- gazins ein Drehen des ersten Drehtellers umfasst.

Die Verwendung des Magazins mit den darin hintereinander angeordneten Füllmaterialien könnte den Vorteil haben, dass bei gleichbleibender Beweglichkeit und Bewegung des Stanzstempels eine flexible Verfügbarkeit an Füllmaterialien gewähr- leistet werden kann. Insbesondere im Hinblick auf Industrie 4.0 und die damit einhergehende Notwendigkeit der Flexibilität könnte zum Beispiel erfordern, das sub- stratindividuell oder dokumentenindividuell Füllmaterialien zum Einsatz kommen sollen.

Zwar könnte dies dadurch gelöst werden, dass ein dreidimensional beweglicher Ro- boter unterschiedliche Füllmaterialien an unterschiedlichen Stanzpositionen in Richtung der Ebene gesehen anfahren und hieraus entsprechende Füllelemente ausstanzen kann. Dies würde jedoch hohe mechanische Anforderungen bezüglich der Beweglichkeit bei gleichbleibender Präzision eines entsprechendes Roboters erfordern. Insbesondere wenn das Magazin einen ersten Drehteller umfasst, ist durch die kreisförmige Anordnung der Füllmaterialien auf dem ersten Drehteller und das „Hindrehen" des für den augenblicklichen Stanzvorgang benötigten Füllmaterials diese Herausforderung umgangen, da üblicherweise bezüglich der Drehteller aufgrund des einzigen Rotationsfreiheitsgrades eine von Haus aus hohe Präzision der Positionierung von Füllmaterial gewährleistet werden kann.

Statt der Verwendung eines Drehtellers ist es auch möglich, dass die einzelnen Füllmaterialien des Satzes von Füllmaterialien auf einem Schlitten hintereinander angeordnet sind, sodass der Schlitten entlang einer linearen Bahn lediglich in die geeignete zweite Stanzposition verfahren werden muss, sodass das gewünschte Füllmaterial in der Richtung der Ebene gesehen in der zweiten Stanzposition zu liegen kommt.

Wie bezüglich der Füllmaterialien beschrieben, ist es analog auch möglich, mit unterschiedlichen Substraten zu verfahren. So kann beispielsweise nach einer Ausfüh- rungsform der Erfindung ein zweites Magazin einen Satz von Substraten aufweisen, wobei die Substrate des Satzes von Substraten im zweiten Magazin hintereinander angeordnet sind und das Substrat eine auszustanzende Öffnung umfasst, wobei das Verfahren ferner vor dem Ausstanzen der Öffnung ein Bewegen des zweiten Magazins so umfasst, dass das Substrat mit der auszustanzenden Öffnung nicht in der Ebene gesehen in der ersten Stanzposition zu liegen kommt. Auch hier kann das zweite Magazin einen zweiten Drehteller umfassen, wobei das Substrat und der Satz von Substraten auf dem zweiten Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet sind und das Bewegen des Magazins ein Drehen des zweiten Drehtellers umfasst.

Damit könnte zum Beispiel ermöglicht werden, dass das Positionieren der Substrate im zweiten Magazin an einer von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition erfolgen kann. So könnten in einem vorbereiteten Arbeitsschritt bereitgestellte, zum Beispiel laminierte oder teillaminierte Substrate in einer geeigneten Weise im zweiten Magazin in einer von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition vorfixiert werden. Daraufhin wird das so vorfixierte Substrat in die erste Stanzposition befördert, um anschließend dem obig beschriebenen Verfahren unterworfen zu werden. Das Entnehmen des so bearbeiteten Substrats zum Einsetzen des Füllelements in die erzeugte Öffnung könnte durch ein Weiterbefördern des bearbeiteten Substrats in eine weitere, vorzugsweise von der ersten Stanzposition unterschiedlichen Stanzposition erfolgen. Insbesondere bei einem Drehteller führt das Weiterbefördern dazu, dass automatisch ein zwischenzeitlich nachfolgend bereitgestelltes Substrat wieder in die erste Stanzposition befördert wird. Damit könnte mechanisch einfach und platzsparend eine Zuführung von Substraten und eine Ent- nähme von bearbeiteten Substraten gewährleistet werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Substrat um das Trägermaterial, zum Beispiel den Kartenkörper, eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder zumindest eine Schicht eines Trägermaterials eines Wert- oder Sicherheitsdokuments.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes das Füllmaterial transparent und das Substratelement opak. Unter transparent wird dabei eine Transmission t > 0,7 verstanden und unter einem opa- ken Material wird hierbei eine Transmission t < 0,1 verstanden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Substrats, wobei das Bearbeitungswerkzeug einen Stanzstempel aufweist, wobei sich das Substrat zumindest teilweise in einer Ebene erstreckt, wobei das Bearbeitungswerkzeug ausgebildet ist zum:

- Ausstanzen einer Öffnung in dem sich in der Ebene erstreckenden Teil des Substrats auf dem Stanzstempel, wobei sich der Stanzstempel beim Ausstanzen in Richtung der Ebene gesehen in einer ersten Stanzposition befindet,

- nach dem Ausstanzen, Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstem- peln im Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der

Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel mit einem gewünschten Füllmaterial in einer zweiten Stanzposition zu liegen kommt,

- in der zweiten Stanzposition, Ausstanzen eines Füllelements aus dem ge- wünschten Füllmaterial durch den Stanzstempel,

- erneutes Durchführen einer Relativbewegung von Stanzstempel und Substrat in einer Richtung parallel zu der Ebene, wobei aufgrund der Relativbewegung in Richtung der Ebene gesehen der Stanzstempel über der Öffnung des Substrats in der ersten Stanzposition zu liegen kommt,

- Einsetzen des Füllelements durch den Stanzstempel in die Öffnung des Substrats.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Sicherheitsdokuments,

Figur 2 verschiedene Verfahrensschritte zur Bearbeitung eines Substrats mit einem Stanzstempel,

Figur 3 eine schematische Ansicht eines Bearbeitungswerkzeugs zur Bearbeitung eines Substrats mit Drehteller für Substrate und Füllmaterialien, Figur 4 eine schematische Ansicht eines Bearbeitungswerkzeugs zur Bearbeitung eines Substrats mit einem gemeinsamen Drehteller für ein Substrat und ein Füllmaterial,

Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht eines Substrats mit Öffnung und einem darin einzusetzendes Substratelements.

Im Folgenden werden einander ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Sicherheitsdokuments, beispielsweise eines Ausweises. Der Ausweis besitzt einen Körper, welcher im Folgenden als Substrat 100 bezeichnet wird.

Der Ausweis trägt neben verschiedenen Sicherheitsmerkmalen und Identifikationsmerkmalen wie Lichtbild des Besitzers des Ausweises und dessen Name und Anschrift auch ein Element 102, z.B. ein transparentes Fenster 102. Es ist dabei sowohl möglich, dass das transparente Fenster 102 lediglich als reines transparentes Fenster im Ausweis vorgesehen ist oder es ist auch möglich, dass das transparente Fenster selbst verschiedene Sicherheitsmerkmale trägt. Möglich ist zum Beispiel, dass beim Durchblicken durch das transparente Fenster wiederum im Fenster enthaltene Strukturen Sichtbar werden, welche somit eine Fälschungssicherheit des Ausweises gewährleisten sollen. Das transparente Fenster 102 kann neben unmit- telbar sichtbaren Strukturen auch verschiedene Mikrostrukturen aufweisen, welche erst durch Projektion von durch das Fenster hindurchleuchtenden Laserlichts auf eine Fläche eine entsprechende definierte Information preisgeben.

Im Folgenden sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass es sich bei dem Substrat 100 um das Substrat, das heißt den Kartenkörper oder einen Teil eines Kartenkörpers eines Ausweises, handelt und dass es sich bei dem Element 102 um ein transparentes Durchsichtfenster handelt. Allgemein gespro- chen kann jedoch das Substrat 100 ein beliebiges Trägermatehal eines Wert- oder Sicherheitsdokuments oder eine Schicht des Trägermaterials eines Wert- oder Si- cherheitsdokuments darstellen. Ebenfalls ist es möglich, dass das Element 102 eine beliebige Art des Füllelements ist, welches jedoch vorzugsweise ein bestimmtes Sicherheitsmerkmal des Wert- oder Sicherheitsdokuments repräsentiert. Eine entsprechende Transparenz des Füllelements 102 ist dabei nicht zwingend notwendig.

Um nun das Füllelement 102 in das Substrat 100 beim Herstellungsvorgang einzubringen, ist ein entsprechendes Verfahren zur Bearbeitung des Substrats notwen- dig. Dieses Verfahren ist schematisch mit verschiedenen Verfahrensschritten in den Figuren 2a bis 2e dargestellt.

In der Figur 2a wird davon ausgegangen, dass sich das Substrat 100 in einer Ebene erstreckt. In Figur 2 ist diese Ebene eine horizontale Ebene.„In der Ebene erstre- cken" sei dabei allgemein im Rahmen der gesamten Beschreibung so verstanden, dass bei einem dreidimensionalen Körper die flächenmäßig größte Erstreckung und Ausdehnung des Körpers eben in der besagten Ebene liegt.

Die besagte Ebene ist in der Figur 2 mit dem Bezugszeichen 206 gekennzeichnet und erstreckt sich in horizontaler Richtung.

In der Figur 2a ist nun gezeigt, wie das Substrat 100 mit einem Stanzstempel 204 bearbeitet wird. Der Stanzstempel 204 führt eine Hubbewegung in Richtung des Substrats 100 durch und stanzt eine Öffnung in dem sich in der Ebene erstrecken- den Teil des Substrats. Der Stanzstempel 204 befindet sich dabei in Richtung der Ebene 206 gesehen in einer ersten Stanzposition.

Das Resultat des Stanzvorgangs ist in der Figur 2b gezeigt, wo nun die ausgestanzte Öffnung 208 im Substrat 100 ersichtlich ist. Das aufgrund des Stanzvorgangs noch im Stanzstempel 204 befindliche Substratelement 200 wird nun im nächsten Schritt vom Stanzstempel 204 entfernt. Beispielsweise kann hierbei ein Stößel 201 zum Einsatz kommen, welcher durch den Stanzstempel hindurch das im Stanzstempel noch befindliche Substratelement 200 nach unten herausdrückt.

Anschließend wird der Stanzstempel 204 weiter parallel zu der Ebene 206 auf eine zweite Stanzposition verschoben. Das Ausstoßen des Substratelements erfolgt daher an einer Stanzposition des Stanzstempels, welche verschieden ist von der ersten Stanzposition und der zweiten Stanzposition des Stanzstempels.

In der Figur 2c ist der Stanzstempel 204 in der besagten zweiten Stanzposition ge- zeigt. Er befindet sich nun oberhalb vom Füllmaterial 202, aus welchem das Füllelement 102 ausgestattet werden soll.

Obwohl sich in der Figur 2 das Füllmaterial und das Substrat entlang einer gemeinsamen Ebene 206 erstrecken, ist dies zur Realisierung des beschriebenen Verfah- rens nicht zwingend notwendig. Möglich ist auch, dass sich Substrat und Füllmaterial auf unterschiedlichen, vorzugsweise parallelen Ebenen befinden. Sie sollten jedoch bezüglich der Ebene 206 gesehen räumlich nebeneinander und nicht übereinander oder überlappend Positioniert sein. In Figur 2c wird nun in der zweiten Stanzposition das Füllelement 102 aus dem

Füllmaterial 202 durch den Stanzstempel 204 durch die Durchführung einer Hubbewegung des Stanzstempels in Richtung des Füllmaterials 202 durchgeführt. Das Resultat ist in Figur 2b gezeigt. Aufgrund des Stanzvorgangs des Füllelements befindet sich das Füllelement 102 im Stanzstempel 204. In diesem Zustand wird der Stanzstempel 204 von der zweiten Stanzposition (in den Figuren 2 die rechte Stanzposition) auf die erste Stanzposition (linke Stanzposition) zurückverfahren. Das ausgestanzte Füllelement 102 hinterlässt eine Öffnung 210 im Füllmaterial 202, was jedoch für die vorliegende Beschreibung keine Relevanz hat (Figur 2d). Schließlich erfolgt im letzten Schritt gemäß Figur 2e ein Einsetzen des in dem Stanzstempel 204 verbleibenden Füllelements 102 durch den Stanzstempel in die Öffnung 208 des Substrats 100. Das Einsetzen kann dabei wiederum unter Zuhilfenahme des Stößels 201 erfolgen, welcher nach Absenken des Stanzstempels 200 auf die Oberseite des Substrats 100 das Füllelement 102 in die Öffnung 208 hineindrückt. Das entsprechende Resultat ist in der Figur 2e gezeigt, wobei nun die Öffnung 208 mit dem Füllelement 102 verschlossen ist.

Möglich ist nun, dass beim Stanzen der Öffnung, beim Stanzen des Füllelements, als auch beim Einsetzen des Füllelements in die Öffnung 208 der Stanzstempel 204 so mit Ultraschall beaufschlagt wird, dass eine Erweichung des vom Stanzstempel berührten Substrats bzw. des Füllmaterials resultiert. Aufgrund der Beaufschlagung des Stanzstempels mit Ultraschall erfolgt bei Berühren des Substrats bzw. des Füllmaterials durch den Stanzstempel eine Ultraschallenergieübertragung auf das Substrat bzw. Füllmaterial, sodass im Kontaktbereich zwischen Stanzstempel und Substrat bzw. Füllmaterial eine Erwärmung und daraus resultierende Erweichung des vom Stanzstempel berührten Materials resultiert.

Dies führt dazu, dass der anschließende eigentliche Stanzvorgang bezüglich eines erweichten Materials durchgeführt wird. Der eigentliche Stanzvorgang kann also mit verringerter Kraft und damit verringertem mechanischem Energieeintrag im Vergleich zum erhärteten Material erfolgen. Dies könnte zwei verschiedene Vorteile haben: Ein erster Vorteil könnte darin bestehen, dass aufgrund der geringer benötigten

Stanzkraft das zur Führung des Stanzstempels benötigte Werkzeugteil auch nur für den entsprechend geringeren Krafteintrag mechanisch ausgelegt werden muss. Daher könnte für die Führung des Stanzstempels insbesondere ein Roboter zum Einsatz kommen, welche eine hohe Positioniergenauigkeit, jedoch eine reduzierte Fähigkeit zur Aufbringung der benötigten Stanzkraft aufweist. Dies resultiert damit in der Möglichkeit der Wahl entsprechend kostengünstiger Roboter. Ein zweiter Vorteil könnte darin bestehen, dass aufgrund der reduziert herrschenden Kräfte die bei dem Stanzvorgang resultierende Kompression des zu stanzenden Materials ebenfalls reduziert wird. Damit könnte ein entsprechender Stanzvorgang wesentlich präzisere Stanzergebnisse liefern als dies bei der unmittelbaren Bearbeitung des Materials im harten Zustand möglich wäre.

Ein weiterer Vorteil könnte darin bestehen, dass eine Reduktion des mechanischen Werkzeugverschleißes möglich ist, woraus eine bessere Standzeit des Stanzwerkzeuges resultiert.

Da das Ziel des Verfahrens ist, das ausgestanzte Füllelement wieder in die Öffnung des Substrats einzubringen, ist insbesondere hierbei ein präzises Stanzergebnis sowohl für die Substratöffnung als auch für das Füllelement von Nutzen. Die Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung des Substrats 100. Zum Einsatz kommt wiederum der Stanzstempel 204, welcher an einem Arm 302 angeordnet ist. Der Arm ist um eine Achse 310 schwenkbar, sodass der Stanzstempel 204 von seiner in Figur 3 linken ersten Stanzposition in die rechte zweite Stanzposition (gestrichelt dargestellt) schwenkbar ist. Die linke Stanzposition entspricht dabei in der Figur 2 jener Stanzposition des Stanzstempels 204, bei welcher sowohl die Öffnung 208 stanzbar ist als auch das Füllelement 102 in das Substrat 100 eingesetzt wird. Entsprechend entspricht die rechte Stanzposition des Stanzstempels 204 in der Figur 3 jener Stanzposition in der Figur 2, bei welcher der Stanzstempel das Füllelement aus dem Füllmaterial herausstanzt.

Zur Durchführung des Verfahrens werden im Wesentlichen zwei Bewegungsvorgänge durchgeführt, nämlich zum einen ein Verschwenken und damit Bewegen des Stanzstempels 204 in der Ebene 206 zwischen der linken und der rechten Stanzpo- sition und zum anderen ein Bewegen des Stanzstempels senkrecht zur Ebene 206 zur Durchführung des eigentlichen Stanzvorgangs, das heißt die Durchführung einer Hubbewegung. In der Figur 3 sind nun verschiedene Substrate 100 auf einem Drehteller kreisförmig hintereinander angeordnet. Der Drehteller 301 ist in einer Drehrichtung 304 beliebig drehbar, sodass das gewünschte Substrat 100 der auf dem Drehteller 301 befindli- chen Satzes von Substraten in der ersten Stanzposition zu liegen kommt. Denkbar ist beispielsweise, dass sich der Drehteller 301 im Uhrzeigersinn drehen kann.

Ein in diesem speziellen Fall in der Figur 3 in 1 -Uhr-Position befindliches Substrat kann dem Stanzvorgang unterworfen werden, wobei hingegen ein in 3-Uhr-Position befindliches Substrat mit eingesetztem Füllelement dort entnommen und einer weiteren Verarbeitung, beispielsweise einer Lamination oder einer Personalisierung zugeführt werden kann. Auf der 5-Uhr-Position kann ein Substratrohling dem Drehteller 301 zugeführt werden. Durch Taktung des Verfahrens ist es nun möglich, hintereinander verschiedene Substrate dem Stanzverfahren zu unterwerfen, anschlie- ßend zu entnehmen, neue Substrate hinzuzuführen usw., um auf diesen Wege für einen reibungslosen Ablauf des Verfahrens zu sorgen.

In analoger Weise ist in der Figur 3 ein Drehteller 303 für verschiedene kreisförmig auf dem Drehteller 303 hintereinander angeordnete Füllmaterialien gezeigt. Auch dieser Drehteller ist um eine Achse beliebig drehbar (Drehrichtung 306), beispielsweise auch hier wieder im Uhrzeigersinn. Der Fachmann wird in der Lage sein, das bezüglich des Drehtellers 301 erläuterte Prinzip auf den Drehteller 303 und die dort befindliche Füllmaterialien 202 zu übertragen. Die 1 -Uhr-Position wäre dabei die Entnahmeposition des dem Stanzverfahren unterworfenen Füllmaterials und die 3- Uhr-Position wäre die Zuführposition, an welcher neues Füllmaterial dem Drehteller 303 zugeführt werden kann.

Um die Flexibilität des Bearbeitungswerkzeugs noch weiter zu erhöhen ist es ferner möglich, dass anstatt eines starren Arms 302, welcher um eine Achse 310 rotierbar ist, ein dreidimensional bewegbarer Roboter zum Einsatz kommt, welcher den Stanzstempel 204 führt. In einer einfachen Variante ist es beispielsweise möglich, dass der Arm 302 in Erstreckungsrichtung des Arms ebenfalls beweglich ist, sodass eine in Verbindung mit der Rotation um die Achse 310 beliebige Stanzposition auf dem Substrat 100 bzw. dem Füllmaterial 202 vor dem Stanzprozess angefahren werden kann. Insbesondere kann dies auch substratindividuell gesteuert werden, sodass die im Hinblick auf Industrie 4.0 geforderte Flexibilität bei der Bearbeitung von beliebigen Substraten und Füllmaterialien gewährleistet ist.

Bezüglich der Füllmaterialien 202 auf dem Drehteller 303 sei noch angemerkt, dass es möglich ist, dass die auf dem Drehteller 303 befindlichen Füllmaterialien 202 teilweise unterschiedliche Materialzusammensetzungen oder aber auch unter- schiedliche Sicherheitsmerkmale aufweisen können. So ist es auch hier möglich, substratindividuell durch entsprechende Rotation des Drehtellers 303 das gewünschte Substratelement aus dem auf die rechte Stanzposition rotierten Füllmaterials auszustanzen und in die zuvor im Substrat erzeugte Öffnung einzusetzen. Hier könnte es von großem Nutzen sein, wenn der Stanzstempel in allen Richtungen vollbeweglich ist, da dann bei ein und demselben Füllmaterial (z.B. einem Materialbogen) an verschiedenen Stellen das Ausstanzen der Füllelemente möglich ist und somit ein gegebenes Füllmaterial (ein gegebener Bogen eines Füllmaterials) mehrmals verwendet und entsprechend oft gebraucht werden kann. Die Figur 4 zeigt eine Variante, bei welcher in der einfachsten Form der Arm 302 starr und insbesondere bezüglich der Achse 310 unbeweglich ist. Um dennoch die erste und zweite Stanzposition zu realisieren, befinden sich Substrat 100 und Füllmaterial 202 auf einem Drehteller 400 und werden somit aus Sicht des Substrats bzw. Füllmaterials gesehen in die entsprechende Stanzposition mittels einer belie- bigen Drehung in Richtung 402 in entsprechende Stanzpositionen verbracht. In der in der Figur gezeigten Stellung des Drehtellers 400 kann damit der Stanzprozess der Öffnung des Substrats 100 und das Einsetzen des Füllelements in die Öffnung erfolgen, wohingegen das Ausstanzen des Füllelements erfordert, dass das Füllmaterial 202 auf jene Stanzposition verdreht wird, in der sich in der Figur 4 augenblick- lieh das Substrat 100 befindet. Um auch hier wiederum die Flexibilität bezüglich der Positionierung des Stanzstempels relativ zum Substrat 100 bzw. zum Füllmaterial 202 zu erhöhen, könnte wiederum eine Beweglichkeit des Arms 302 sowohl in Erstreckungsrichtung des Arms, d.h. in radialer Richtung zur Achse 310, als auch eine Beweglichkeit des Arms in beliebiger Richtung 300, d.h. eine Rotation des Arms um die Achse 310 hilfreich sein. Da hier jedoch die Stanzpositionen auf einen relativ kleinen Bereich innerhalb des Substrats beschränkt sind, ist die hierzu erforderliche Beweglichkeit des Stanzstempels auf eben jenen Bereich beschränkt und eine entsprechende Roboterführung des Stanzstempels kann beschränkt auf genau diesen Bereich erfolgen. Dies könnte den mechanischen Aufbau des entsprechend hierzu verwendeten Roboters deutlich vereinfachen.

Unter einem Roboter wird allgemein im Rahmen der gesamten Beschreibung eine Vorrichtung verstanden, welche in der Lage ist, den Stanzstempel in eine ge- wünschte Stanzposition zu verbringen. Dies kann ein Roboter im konventionellen Sinn sein, welcher unter Umständen über eine Mehrzahl von verschiedenen Gelenken verfügt, um welche entsprechende Roboterarme zur Positionierung des Stanzstempels geschwenkt oder rotiert werden. Unter einem Roboter wird jedoch auch eine Vorrichtung verstanden, wie sie obig bezüglich der Figur 3 und der Figur 4 mit einer Rotationsachse 310 und einem Arm 302 beschrieben wurde.

Die Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht durch ein Substrat 100 mit trapezförmiger Öffnung 208. Analog verfügt das Füllelement 102 über eine Trapezform mit schräger Kante 500. Um eine solche Trapezform mit dem Stanzstempel zu realisieren ist es notwendig, dass der Stanzstempel mehrere äußere Schnittflächen aufweist, wobei der Stanzwinkel α der Schnittfläche kleiner als 90° ist. So könnte beispielsweise der Fall eines in der Ebene 206 gesehenen rechteckigen Querschnitts von Öffnung bzw. Substrat bzw. Füllelement durch vier Stanzmesser realisiert werden, welche unter dem besagten Winkel α an den vier Kanten dieses Rechtecks den Stanzvor- gang durchführen. Die Stanzmesser schneiden also unter dem Winkel α in das Substrat bzw. das Füllmaterial, um so trapezförmige Öffnungen bzw. das korrespondierende trapezförmige Füllelement auszustanzen und zu erhalten. Die Verwendung beispielsweise einer Trapezform oder allgemein einer Schnittfläche < 90° würde insofern vorteilhaft sein, dass nach dem Einsetzen des Füllelements 302 in die Öffnung 208 die Bewegungsfreiheitsgrade des Füllelements 102 lediglich auf eine Richtung entgegengesetzt zur Einsetzrichtung beschränkt sind. Dies könnte die mechanische Stabilität erhöhen, mit welcher das Füllelement im Substrat gehalten wird.

Durch ein optionales beim Einsetzvorgang des Füllelements in die Öffnung stattfin- dende Berühren des mit Ultraschall beaufschlagten Stanzstempels von sowohl Rand der Öffnung 208 als auch Füllelement 102 resultiert auch hier wiederum die obig beschriebene Erweichung von sowohl Füllelement 102 als auch Substrat 100 im Randbereich der Öffnung, sodass ein Stoffschluss nach Einsetzen des Füllelements 102 in das Substrat 100 ermöglicht wird. Dies erhöht weiter die Kraft, mit welcher das Füllelement 102 im Substrat 100 fixiert ist.

Bezugsze ich en i is te

100 Substrat

102 Füllelement

200 Substratelement

201 Stößel

202 Füllmaterial

204 Stanzstempel

206 Ebene

208 Öffnung

300 Rotationshchtung

301 Drehteller

302 Achse

303 Drehteller

304 Rotationshchtung

306 Rotationshchtung

310 Achse

400 Drehteller

402 Rotationshchtung

500 Schnittstelle