用于将烫印箔的转移层压印在主体的不平坦的表面上的方法和设备.pdf

本发明涉及一种用于将烫印箔(5)的转移层压印在主体(1)的不平坦的表面(14)上的方法，其中，使烫印箔(5)以压印区域贴靠到主体(1)的表面(14)上，并且将被加热的压印冲头(3)压向烫印箔(5)和主体(1)的表面(14)，使得在压印区域内转移层从烫印箔(5)的载体上脱开并且附着在主体(1)的表面(14)上。在本发明中，在压印过程前在包括整个压印区域的区域内对烫印箔(5)进行预热，特别是通过可移入和移出所述设备的加热装置(6)。

1.  用于将烫印箔(5)的转移层(52)压印在主体(1)的不平坦的表面(14)上的方法，其中，使烫印箔(5)以压印区域贴靠到主体的表面(14)上，并且将经加热的压印冲头(3)压向烫印箔(5)和主体(1)的表面(14)，使得在压印区域内转移层(52)从烫印箔的载体(51)上脱开并且附着在主体(1)的表面(14)上，其中，在将经加热的压印冲头(3)压向烫印箔(5)和主体(1)的表面(14)之前在包括整个压印区域(52)的区域内对烫印箔(5)进行预热。

2.  如权利要求1所述的方法，其中，使烫印箔贴靠到主体的表面上包括从背向压印冲头(3)的侧面施加负压，其中，在预热开始之后施加负压并且继续预热直到施加负压开始之后。

3.  如权利要求2所述的方法，其中，通过如下方式分级地或连续地提高负压的程度，即，提高负压的值和/或给越来越大的区域(7，7′)施加负压。

4.  如权利要求3所述的方法，其中，在环境压力与存在于烫印箔(5)的背向压印冲头(3)的那侧的压力之间的差在0.08bar与0.93bar之间，并且特别是在界定的时间间隔内以不同的分级变化。

5.  如权利要求3或4所述的方法，其中，继续预热直到达到最高的期望负压和/或已为最大区域施加了负压为止。

6.  如权利要求2至5之任一项所述的方法，其中，在1至30秒的持续时间中实施、特别是可变地实施预热，和/或在预热的整个持续时间上对烫印箔的第一区段施加负压，或从预热开始后0.1秒至10秒的时间点起施加负压，和/或从预热开始后10秒至15秒之间的时间点起对烫印箔的第二区段施加负压，和/或从预热开始后15秒至20秒之间的持续时间之后对烫印箔的第三区段施加负压。

7.  如前述权利要求之任一项所述的方法，其中，将包括压印区域的区域内的烫印箔预热到80℃与160℃之间、优选100℃到130℃之间的温度。

8.  如前述权利要求之任一项所述的方法，其中，与压印冲头(3)不同的加热装置(6)在预热开始前移到烫印箔(5)的附近并且在预热结束后为了释放压印冲头(3)到烫印箔(5)的路径而移离烫印箔(5)。

9.  如前述权利要求之任一项所述的方法，其中，使烫印箔(5)贴靠到主体(1)的表面(14)上包括借助夹紧框(4)将烫印箔夹紧，其中，在预热开始前实施夹紧。

10.  用于将烫印箔的转移层压印在主体(1)的不平坦的表面上的设备，该设备包括：
-用于保持需压印的主体(1)的保持装置(2)，
-用于将箔带的烫印箔区段输送到特别是工作区域内的给料装置，
-用于将烫印箔区段(5)密封夹紧的夹紧装置(4)，
-用于在由夹紧装置和夹紧在其内的烫印箔区段事先给定的区域(7)内提供负压的装置，
-能够加热的压印冲头(3)，该压印冲头特别是包括硅树脂，
-与经加热的压印冲头(3)不同的、能够移入和移出的，特别是能够移入工作区域和从该工作区域中移出的、用于对夹紧在夹紧装置内的烫印箔区段特别是通过热辐射进行预热的加热装置(6)。

11.  如权利要求10所述的设备，其中，用于提供负压的装置设计成分多级提高负压的值和/或扩大被施加负压的区域。

12.  如权利要求11所述的设备，其具有用于既操控加热装置(6)也操控用于提供负压的装置的控制装置(8)，其中，该控制装置设计为、特别是编程为首先使加热装置(6)运行并且然后促使用于提供负压的装置相继对被密封夹紧的烫印箔区段以提高的程度施加负压。

13.  用于使平坦的箔区段具有不平坦的造型的方法，其中，对箔区段进行加热并且通过从一侧施加负压而使其紧贴到主体上，其中，在继续加热期间提供负压并且其程度逐渐地、特别是分级地通过如下方式上升，即，该负压的值上升和/或它被提供在其上的区域的大小增大。

用于将烫印箔的转移层压印在主体的不平坦的表面上的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于将烫印箔的转移层(Uebertragungslage)压印在主体的不平坦的表面上的方法和设备。另外，本发明涉及一种用于将平坦的箔区段具有不平坦的造型的方法。
背景技术
按照传统，在用于将烫印箔的转移层压印在主体的不平坦的表面上的方法中首先将需压印的、典型地由塑料构成的主体(工件)手动地放到保持装置上、特别是工件支架上，优选将工件夹紧。然后工件保持器移入一个位置，在该位置中应该实施压印。输入烫印箔，其中在夹紧框移入到工作位置中时，借助该夹紧框将这些烫印箔张紧在需压印的工件表面上方。通过对箔施加负压促使该箔紧贴到工件的表面轮廓上。然后才在压紧压印冲头(该压印冲头典型地包括由硅树脂构成的压印单元)的情况下实施真正的压印过程。在压印过程结束后，夹紧框返回它的初始位置中，然后工件保持器也返回其相应的初始位置中，并且将经压印的工件取出。
在这样的方法中经常存在的问题是：应该避免在烫印箔中或者在压印上的转移层中形成皱褶和皱纹。
发明内容
本发明的目的是，改进迄今为止众所周知的、所述类型的方法并提供一条在这样的方法中如何能够抑制形成皱褶或者皱纹的途径。
这个目的在一方面通过用于将烫印箔的转移层压印在主体的不平坦的表面上的方法和设备得以实现。
根据本发明的用于将烫印箔的转移层压印在主体的不平坦的表面 上的方法包括：使烫印箔以压印区域贴靠到主体的表面上并且将经加热的压印冲头压向主体的表面和烫印箔，使得在压印区域内转移层从烫印箔的载体箔(Traegerfolie)上脱开并且附着在主体的表面上，在这种方法中，在将压印冲头压向主体在包括整个压印区域的区域内的表面和烫印箔前对烫印箔进行预热。
特别是应该均匀地实施预热。为了这个目的，应该围绕整个压印区域宽阔地选择需预热的区域。优选还使用与压印冲头不同的加热装置。
烫印箔的、特别是该烫印箔的载体箔的材料通过预热而伸长。这样的载体箔例如由一种适宜的聚酯材料(例如PET)或聚丙烯、聚苯乙烯、PVC(聚氯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、聚酰胺制成，其对于这种烫印的方法来说具有适宜的弹性或拉伸性能。
烫印箔的转移层通常具有多个涂层，特别是(例如由蜡或者含蜡的化合物构成的)分离涂层、保护漆涂层、可热活化的粘合剂涂层。此外，可以含有一层或多层平面地局部或全部涂覆的装饰涂层和/或功能涂层。装饰涂层例如是彩色的(不透明的或透明的或半透明的)漆涂层、金属涂层或凹凸结构(在触觉上或视觉上有折射的效果或者在视觉上有衍射的效果)。功能涂层例如是导电的涂层(金属、ITO(ITO＝Indium Tin Oxide(氧化铟锡))、半导电性的(elektrisch halbleitend)涂层(例如半导体聚合物)、不导电的涂层(电绝缘的漆涂层)、视觉上磨砂的或者具有抗反射作用的涂层(例如具有微观的亚光结构)或者附着作用和/或调整表面张力的结构(莲花效应结构或类似结构)。在各涂层之间可以存在附加的辅助涂层、特别是增附剂涂层。转移层的各涂层约厚1nm至50μm。
由于烫印箔伸长，所以其能够特别好地紧贴到主体的表面上。这特别适合于下述情况中：使烫印箔贴靠到主体的表面上包括从背向压印冲头的那侧施加负压，因为可以略微抽拉的、经预热的烫印箔然后通过负压以有益的方式紧贴到主体的表面上。在这种情况下，优选规 定：在预热开始后施加负压并且提前预热直到施加负压开始之后。因此则在将箔靠放到主体的表面上的过程期间由于负压的原因可以通过连续的预热来促进这个靠放。
特别有益的是：在持续的预热中分级地或连续地提高负压的程度。在此两种措施是可能的，作为备选或相互补充可以采取这些措施：在第一措施中提高负压的值(即在一方面环境压力与另一方面存在于烫印箔的背向压印冲头的那侧的压力之间的差值)。在第二措施中为烫印箔的(在该烫印箔的背向压印冲头的那侧的)越来越大的区域施加负压。在这个第二措施中可以设置两个或更多个不同的负压提供装置，这些负压提供装置分别与不同的压力腔联接。这些压力腔的出众之处在于：它们由烫印箔区段隔开，特别是通过如下方式，即这个烫印箔区段是密封夹紧的。
在将负压的值提高的第一措施的范围内，环境压力与烫印箔的背向压印冲头的那侧的压力之间的差优选最初在0.01bar与0.5bar之间并且以后(即此后任何时间)在0.25bar与0.99bar之间、优选在0.25bar与0.93bar之间。在这种情况下，中间分级是可能的。在使被施加负压的区域越来越大的所述第二措施中，这些数值适用于由不同的负压提供装置鉴于烫印箔的不同区域所提供的负压的程度。
如果分级地或连续地提高负压的程度，那么优选继续预热直到达到最高的期望的负压和/或已为最大区域施加了负压为止。因此烫印箔区段紧贴到工件主体的表面上的整个过程得到预热的帮助，从而在这种方法的整个持续时间期间抑制了烫印箔内的皱褶形成。
优选在1至30秒的持续时间上实施预热。在预热时间内可以分一级或多级调节负压，其中，可以在这个1至30秒的时间空档中变化地使用分级。这意味着：也可以仅仅在一个唯一的分级上在整个时间上以负压对箔加载。另外，可以在这个时间间隔内接通其他的分级，其中不必完全利用30秒的整个时间间隔。例如可以从(预热开始)0.1秒至10秒后引入提供负压的第一级。另外可以在10秒至15秒后引入提供负压的第二级。最后可以在15秒至20秒后引入提供负压的第三 级。引入相应的分级可以包含提高负压的值或者接通形式为单独的真空级的单独的压力提供装置。特别是也可以在相同的时间间隔内引入不同的分级。例如一方面预热开始与引入第一级之间的时间间隔和另一方面引入第一级与第二级之间的时间间隔可以是短的，完全一样的还有后者和引入第二级与引入第三级之间的时间间隔等。
预热的持续时间以及分一级或多级产生负压以及负压的相应强度特别是与需压印的主体的大小和形状相关。需压印的主体的大小特别是指箔必须在其上张紧的面积的大小。特别是如下情况可以是有益的：在面积大的情况中施加较高的负压和/或相应地增加预热时间的长度。在主体或面积较小的情况中较短的预热时间和/或真空强度(Vakuumstaerke)就能够够用。然而对于这两个过程参数预热时间和真空来说部件几何形状也可以是决定性的。就是说，与主体大小或面积大小无关地，必要的预热时间和/或真空可以相应地大不相同。
如果将烫印箔在包括压印区域的区域内预热到80℃与160℃、优选100℃至130℃之间的温度，那么在这个烫印箔内以特别有效的方式抑制形成褶皱。
在本发明的一种优选的实施方式中，与压印冲头不同的加热装置在预热开始前移到烫印箔的附近并且在预热结束后为了释放压印冲头到烫印箔的路径而移离烫印箔。通过这种措施可以选择适宜的加热装置，在该加热装置的外形方面不必或者仅仅以有限的程度考虑其余的用于压印的设备的外形。加热装置特别是可以具有平坦的表面，该表面特别是在平行于烫印箔的或者该烫印箔的一个区段的平面设置的整个表面上均匀地发出热辐射。加热装置特别是可以在压印冲头与烫印箔之间或在该烫印箔上方移动。
在本方法的另一种优选的实施方式中，使烫印箔贴靠到主体的表面上包括借助夹紧框将烫印箔夹紧，并且在预热开始前实施这个夹紧。借助这样的夹紧框实现一种界定的初始状态，特别是在对烫印箔区段施加负压之前。特别是可以通过适当的装置实现夹紧，该装置与加热装置共用可供使用的空间。这样例如夹紧装置可以具有一个初始位置， 该夹紧装置为了夹紧目的在加热装置准确地移到初始位置中的夹紧装置所处的位置之前从该初始位置中移出。
用于将烫印箔的转移层压印在主体的不平坦的表面上的设备也属于实现所述目的的方案，该设备具有：
-用于保持需压印的主体的保持装置，
-用于将箔带的烫印箔区段输送到特别是工作区域内的给料装置(其中该给料装置基本上可以包括需退绕的、带有箔带的卷筒和需缠绕的、带有箔带的卷筒以及引导件)，
-用于将烫印箔区段密封夹紧(即密封夹住)的夹紧装置，
-用于在由夹紧装置和夹紧在其内的烫印箔区段事先给定的区域中提供负压的装置，
-能够加热的压印冲头，该压印冲头特别是包括硅树脂(即主要是用于真正的压印面)，
-与被加热的压印冲头不同的、能够移入和移出的(用于移入工作区域和从该工作区域中移出的)、用于对夹紧在夹紧装置内的烫印箔区段，特别是通过热辐射(的作用)进行预热的加热装置。
通过设置的预热极为有效地抑制了夹紧的烫印箔区段内的皱褶。通过将加热装置与被加热的压印冲头的分离能够符合目的地且以在需压印的主体的形状方面适宜的方式实现预热，而不必考虑其他的设备装置(Vorrichtungseinrichtung)(诸如压印冲头)。
优选用于提供负压的装置设计成分多级提高负压的值和/或增大被施加负压的区域。通过这种措施能够与加热装置共同作用地促进烫印箔区段紧贴到主体的表面上。
优选，所述设备包括用于既操控加热装置也操控用于提供负压的装置的控制装置，并且这个控制装置设计为(特别是适宜地编程为)首先使加热装置运行并且然后促使用于提供负压的装置相继对被密封夹紧的烫印箔区段以越来越高的程度(即以升高的负压的值和/或增大的施加区域)施加负压。
这样的控制装置由于对加热装置和对用于提供负压的装置的协调 操控而与是否以越来越高的程度提供负压无关地适宜于特别是辅助烫印箔区段紧贴到主体上。然而当在加热装置运行期间提高提供负压的程度时，这一点特别适用。
在另一方面，所述目的通过一种方法得以实现，该方法用于使平坦的箔区段具有不平坦的造型，其中，将箔区段加热，并且通过从一侧施加负压而将该箔区段紧贴到主体上，其中，在继续加热期间提供负压并且其程度逐渐地、特别是分级地通过如下方式上升，即，它的值上升和/或它提供在其上的区域的大小增大。
附图说明
下文参照附图对根据本发明的方法的优选的实施方式加以说明，附图中：
图1示出在根据本发明的方法的范围内的可压印的工件的透视图；
图2示出图1所示的工件的剖视图；
图3示出工件容纳装置的透视图，该工件容纳装置与图1和图2所示出的工件适配；
图4示出图3所示的工件容纳装置的剖视图；
图5示出可加热的压印冲头的透视图，如它在压印图1和图2所示工件时被应用的那样；
图6示出图5所示的压印冲头的剖视图；
图7至15为了对根据本发明的方法的一种实施方式的不同步骤进行说明，分别示出根据本发明的立式压印机(Hubpraegemaschine)的特殊实施方式的剖视图，如其针对图1和图2所示的工件、在使用图3和图4所示出的工件容纳装置以及图5和图6所示出的压印冲头的情况下所实施的那样；
图16示出第二工件的透视图，根据本发明的方法的一种实施方式可应用在该工件上，以便对该工件的表面进行压印。
具体实施方式
在图1和2中单独示出的且整体标记为1的工件是管状的、基本上柱状的，而且其具有在图2的剖视图中可以看出的底座区域11并且在这个底座区域上具有完美柱状的或者略微锥状拱起的上部区域12。在上部区域12的上端部上设置有凸缘13，在本方法中涉及的是：用装饰箔、特别是烫印箔的转移层准确地压印这个凸缘13的表面14。
例如工件1具有总高度89mm、内径74mm、外径85mm，和凸缘13在弯曲程度最大的部位处的曲率半径为3.8mm。
工件1由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)制成、由聚碳酸酯(PC)制成，或由这两种材料的混合物(例如ABS-PC)共同制成。
作为整体在图3和4中示出的并且在那里标注为2的、用于图1和2所示工件1的工件容纳装置包括真正的容纳元件21，其具有稳定的、柱状的下部的厚壁区域22和上部的薄壁区域23，工件1的凸缘13可以支撑在该上部的薄壁区域上。图4示出的是工件1容纳在工件容纳装置2中。在图3中示出的薄壁区域23中的凹槽24用于容纳。
另外，工件容纳装置具有柱状的外侧壁25。在其上侧面上构造有环形槽26，在该环形槽内可容纳有密封环(在图3和4中未示出该密封环)。真正的容纳元件21在其厚壁区域22的区域中设置在底板27上，并且柱状的外侧壁25也设置在这个底板27上。
在图5和6中示出的并且在那里作为整体标注为3的压印冲头具有真正的冲压体31，该冲压体例如由形状稳定的金属构成，并且这个冲压体31支承真正的冲压表面32，该冲压表面目前由硅树脂构成并且由加热元件(在图中未示出这些加热元件)穿透或者在背面与从背面对冲压体31加热的加热元件贴靠或者邻接。冲压表面32略微凸形拱起并且具有环形槽方式的凹形区域34。这个凹形区域34与需压印的工件1的凸缘13互补。
图7至15示出的是作为用于将烫印箔的转移层压印在主体的不平坦表面上的设备的第一实施例的、整体标注为100的立式压印机。
在下部区域中示出的是工件容纳装置2，该工件容纳装置支承并 保持柱状的工件1。在这种情况下，密封环28容纳在柱状的、外侧的壁25的环形槽26中。
在这些图的上部区域内分别可以看到压印冲头3，这个压印冲头设置在压力机33上。
烫印箔5通过在图中未示出的方式由烫印箔带展开并且输送给立式压印机100。此外，将用过的烫印箔，就是说载体箔和剩余的、局部未分离的转移层排出并且在必要时缠绕到卷筒上。
烫印箔5类型的烫印箔包括在图中未示出的载体箔，该载体箔例如由适当的聚酯材料制成，并且在这个载体箔上--可以通过单独的分离涂层而与这个载体箔分离地--设置有所谓的转移层或转移涂层。转移层或转移涂层是一个或多个子涂层，通过这些子涂层在目前的情况中提供一种装饰，该装饰应该转移到工件1的凸缘13的表面14上。转移层借助一种可热活化的粘合剂附着在工件1的表面14上，所述粘合剂在烫印时被活化，因此熔化并且在冷却时又转入固体状态并且在转移层与表面14之间制成相应有益的粘合。
根据本发明的方法如下所述地运行：
图7示出夹紧框4，该夹紧框具有内侧夹紧框上部41，该夹紧框上部与工件容纳装置2的柱状的外侧壁25适配，并且夹紧框4另外具有外侧夹紧框上部42和附属地具有外侧夹紧框下部43，它们构造成彼此适配。图7示出夹紧框4的初始位置，在该初始位置中烫印箔5还未受夹紧框4的影响。
然而，现在夹紧框4向下移动进入图8示出的夹紧位置。在这个夹紧位置中，内侧夹紧框上部41将烫印箔5设置在其间地平放在工件容纳装置2的柱状的外侧壁25上，其中由于存在密封环28而将烫印箔5的内侧的烫印箔区段隔开并密封。布局通过如下方式得以稳定，即，烫印箔5也被夹紧在外侧夹紧框上部42与外侧夹紧框下部43之间。
现在，如在图9中可以看到的那样，加热装置6移入到图中示出的立式压印机100的工作区域内。加热装置6包括支架61和在此三个 平坦的加热板62，这些加热板由加热棒63贯穿并且在运行中将热量均匀地射向烫印箔5。
在本方法的范围内，一个控制装置8适当地控制立式压印机100的部件。在这种情况下，该控制装置可以负责使得烫印箔5的烫印箔区段夹紧并且还负责使得加热装置6移入。在此，控制装置8如下地控制加热装置6，使得其开始辐射热量。在下列步骤其间还继续加热过程，直到图11示出的情况为止。
在实例中，在加热开始后4秒从由烫印箔5限定的、特别是构造在工件1内部的第一空间7中将空气抽出，就是说，给空间7施加负压。这导致在图10中可以看到的情况，在该情况中，箔区段被抽到工件1的内部。在这种情况下继续加热。通过继续加热保障了烫印箔5在工件1的区域中不形成或仅仅形成少量的褶皱并且尽可能光滑地紧贴到工件1的凸缘13上。
在进一步的2秒之后，在持续的加热中，现在给另外的空间7′施加负压。在这种情况下，目前它是在工件容纳装置2的厚壁区域22与其柱状的外侧壁25之间的空间。因此烫印箔5更加紧密地紧贴到工件1的凸缘13上，其中由于通过加热装置6继续加热，不形成或者形成至少少量的褶皱。
烫印箔预热期间的箔温度应该在100℃与130℃之间。空间7内的负压应该为约0.1bar，并且空间7′内的负压应该为约0.91bar。整个加热时间约11秒后结束。
在预热结束后，加热设备6重新从立式压印机100的图7至15示出的工作区域中移出，因而形成在图12中示出的情况。
接着压力机33连同冲头3向下移动进入图13示出的位置中，其中，冲压表面32是加热的，因而在环形槽34的区域内进行烫印，即，直接地将烫印箔5的烫印箔区段的转移层转移到表面14上。
另外，参见图14，接着压力机33再次向上移动，并且最后如在图15中可以看到的那样夹紧框4从它的夹紧位置中再次移回初始位置中。夹紧框4将剩余的烫印箔51(即没有特别是局部转移的转移层的 载体箔)从工件1上移开，而转移层53则留在工件1的凸缘13的表面14上，参见附图标记52。在接下来的步骤中，然后可以将工件1从工件容纳装置2中取出，并且本方法结束。
本方法也可以应用在其它工件上，在图16中示出了其中的一个实例作为工件1′。工件1′呈U形并且具有基体11′，该基体具有两个侧腿12′。具有一个环绕的压印面14′，一个基本上平坦的表面15′与该压印面邻接，该表面不应该被压印。
在提供合适的工件容纳装置并且夹紧框4的和压印冲头3的形状和尺寸适配的情况下也可以通过利用同上的立式压印机100来压印这个工件1′。
工件1′例如具有总高度27mm、总长度134mm、宽度146mm，并且在压印面14′上最大曲率半径的区域内的曲率为约5mm大。同样作为材料可以设置丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或聚碳酸酯(PC)，或者这些材料的组合物。
借助图16应该清楚：根据本发明的方法并不限定使用在纯柱状的或管状的工件中。甚至也没有要求存在由两至三个侧面隔开的半开口(Halboeffnung)。
通过根据本发明的方法，由于通过加热装置6预热的步骤，使得与压印冲头3的加热无关地起到了使烫印箔5特别高效且无皱褶地紧贴到压印面14(或14′)上的作用。本方法特别是适合于这样的压印面具有特别小的压印半径的情况，即最大曲率范围内的特别小的半径。
上述对箔预热和施加负压的时间顺序、如它通过控制装置8的控制得以实现的那样，也可以有效地与其它方法相关联地应用，例如在装饰箔背部压铸(Hinterspritzen)的情况下，当这样的装饰箔应该无皱褶地紧贴到压铸模内，或者在对不同强度或厚度的箔卷材(Folienbahn)或把箔片(Folienblatt)深拉的情况下。 附图标记列表