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Die
Erfindung betrifft eine Prägeeinrichtung und
ein Verfahren zur Herstellung eines Prägewerkzeugs.
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Zur
Erzielung farbiger optischer Effekte, Hologramme oder dergleichen
auf Metalloberflächen, beispielsweise
an Münzen,
ist es bekannt, die Oberfläche
der betreffenden Gegenstände
an den gewünschten
Stellen mit einer beugungsaktiven Oberflächenstruktur zu versehen. Diese
erzeugt Lichtinterferenzen, die den gewünschten optischen Effekt hervorrufen.
Beugungsaktive O berflächen
erfüllen dabei
nicht nur dekorative Zwecke, sondern können auch dem Schutz vor Fälschung
dienen. Die optische Wirkung beruht dabei auf sehr feinen, reliefartig
in die jeweilige Oberfläche
eingebrachten periodisch aufgebauten Gitterstrukturen. Bekanntestes
Beispiel sind metallisierte Kunststofffolien mit Hologrammen, wie
sie auf Scheckkarten und Geldscheinen, bei Klebesiegeln usw. zum
Einsatz kommen. Während
eine glatte Oberfläche
einfallendes Licht reflektiert, d. h. unter einem mit dem Einfallswinkel übereinstimmenden
Ausfallswinkel wieder abstrahlt, kommt es an Beugungsgittern zu
einer Winkeländerung,
die z. B. als Farbumschlageffekt an Hologramm-Folien beobachtet
werden kann. Die Herstellung beugungsaktiver Folien beruht auf dem
Prägen
thermoplastischer Kunststoffe mittels galvanisch geformter Nickelstempel
und anschließendem
Metallisieren der Gitteroberfläche.
Daneben existieren jedoch bereits verschiedene Verfahren, mit denen
Beugungsgitter unmittelbar in Obeflächen metallischer Körper eingebracht werden.
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Dazu
ist beispielsweise aus der
WO 2004/045866 A1 die Erzeugung solcher Oberflächenstrukturen
in Metalloberflächen
mittels eines Prägestempels
bekannt. Dieser weist Gitter- und/oder
Linienstrukturen auf, die sich beim Prägen des Werkstücks an diesem
abformen. Dabei wird der Prägestempel
durch einen monokristallinen Diamant gebildet, der mittels Kobalt
mit einem Trägerkörper verlötet ist.
Die Negativstruktur des an dem Werkstück später zu erzeugenden Beugungsgitters
wird in den Prägestempel
mittels eines Lasers eingearbeitet. Außerdem kann der Prägestempel
mit einem Elektronen- oder einem Röntgenstrahl poliert werden.
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Bei
dieser Vorgehensweise ist die Größe der zu
erzeugenden interferenzwirksamen Strukturen von vornherein auf die
Größe vorhandener
Diamanten begrenzt.
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Des
Weiteren offenbart die
DE
100 02 644 A1 die Herstellung beugungswirksamer Reliefstrukturen
auf Münzoberflächen. Dazu
wird der betreffende Rohling zunächst
in einem Tauchbad mit einer dünnen
lichtempfindlichen Kunststoffschicht überzogen. Anschließend wird
die Kunststoffschicht belichtet und entwickelt. Dadurch werden mikroskopisch feine
Stellen der Münzoberfläche frei
gelegt. In einem Ätzbad
können
dann nachfolgend mikroskopische Reliefstrukturen in die Münzoberfläche eingeätzt werden,
wonach der fotoempfindliche Kunststoff wieder entfernt wird. Die
DE 100 02 644 A1 offenbart darüber hinaus
ein Konzept für
eine fälschungssichere
Münze mit
beugungsoptischen, die herkömmlichen
Gestaltungselemente einer Münze
ergänzenden
Merkmalen. Diese sollen visuell erkennbar, aber auch maschinenlesbar
sein, wobei die maschinelle Erkennung der beugungsoptischen Signatur
auf der Feststellung der räumlichen
Lage der Beugungsmaxima beruht. Es wird ein Lesegerät vorgestellt,
welches in Münzprüfer und ähnliche
Geräte
eingebaut ist. Kernstück
dieses Lesegeräts
ist eine Lichtquelle und eine darauf abgestimmt Sensorik, mit der
unter anderem festgestellt wird, ob die Beugungsmaxima des von der
Signatur auf der Münze
abgestrahlten Lichts an der aufgrund der Wellenlänge des Lichts und der Gitterparameter
der Struktur zu erwartenden Stelle auftreten.
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Weiter
ist aus der
DE 197
22 575 A1 die Herstellung von interferenzfähigen Mikrostrukturen,
beispielsweise zur Erzeugung von Hologrammen in Münzen oder
dergleichen mittels Prägestempel,
bekannt. Bei diesem Verfahren werden auf einem Prägestempel
mehrere harte Schichten, beispielsweise aus Kobalt- oder Nickellegierungen
abgeschieden, in die Diamantkristalle eingelagert sind. Die Schichten können durch
spezielle Legierungsbäder
oder Metallspritzverfahren, durch galvanische Abscheidung oder durch
plasmatische Ablagerung aufgebracht sein. Die Oberflächenschicht
wird durch eine diamantähnliche
Schicht gebildet, die die Mikrostruktur enthält. Zur Erzeugung der Mikrostrukturen
verweist die genannte Schrift allgemein auf galvanische Verfahren,
Elektronen- oder Lasergravur, Feinätztechniken und direkte Gravur
mittels Diamantwerkzeug.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Prägeeinrichtung
und ein Verfahren zur Herstellung eines Prägewerkzeugs zu schaffen. Insbesondere
ist es Aufgabe der Erfindung, eine praktisch einsetzbare, kostengünstige Produktionstechnik
für in
Metall geprägte
Diffraktogramme zum Einsatz in der Massenfertigung von Umlaufmünzen und
Token bzw. Wertmarken, aber auch für die Herstellung von Sondermünzen, Medaillen
und dergleichen anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 wie auch den
Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst:
Die erfindungsgemäße Prägeeinrichtung
enthält
ein Prägewerkzeug
mit einem in das Prägewerkzeug eingesetzten
Stempelkörper,
auf den unmittelbar eine Hartstoffschicht aufgebracht ist. Die Hartstoffschicht
und der Stempelkörper
bilden eine Einheit, wobei die Hartstoffschicht lediglich eine dünne flächige Auflage
auf der Oberfläche
des Stempelkörpers darstellt.
In die Hartstoffschicht ist das gewünschte Prägerelief durch Ablation eingebracht,
nachdem die Hartstoffschicht auf den Stempelkörper aufgebracht worden ist.
Dies stellt einerseits ein einfach durchführbares Verfahren zur Herstellung
der Mikrostrukturen in Form des Prägereliefs dar und stellt andererseits
deren Formhaltigkeit auch dann sicher, wenn die Hartstoffschicht
relativ dünn
ist.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung ist der Mikroprägestempel,
dessen Grundkörper
aus einem hochfesten harten Trägermaterial
wie z. B. Hartmetall besteht. Die spätere Bildfläche des Prägestempels weist abgerundete
Kanten auf, wodurch beim Prägen Kantenspannungen
in der Kontaktzone gemindert und die in der Fläche wirkenden Druckspannungen homogenisiert
werden, so dass sich ein gleichmäßiges ebenes
Prägebild
ergibt. Der Grundkörper
wird vorzugsweise durch ein plasma-aktiviertes CVD-Verfahren mit
einer z. B. ca. 2 μm
dicken, hochelastischen amorphen Schicht aus Kohlenstoff umhüllt. Diese
unter der Bezeichnung DLC bekannte Schicht ist, anders als von Korngrenzen
durchzogener Stahl, praktisch homogen. Sie ist annähernd so
hart wie Diamant, aber ohne dessen Sprödheit und Empfindlichkeit gegenüber Punktbelastung.
Sie hat nach außen eine
verringerte Adhäsionsneigung,
was Prägestempelverschleiß mindert
und die Reinigung des Prägestempels
erleichtert. Eine beugungsoptische Reliefstruktur kann mittels Laserablation
eingebracht werden, wonach unmittelbar, ohne Zwischenschritte zur Härtesteigerung,
der fertige Mikroprägestempel
zur Verfügung
steht. Die Tiefe der Reliefstruktur ist dabei vorzugsweise wesentlich
geringer als die Dicke der Hartschicht. Beschränkungen hinsichtlich der Prägestempelgröße ergeben
sich lediglich durch das Aufnahmevermögen der zur Beschichtung eingesetzten Anlagen.
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Die
durch Laserablation der DLC-Schicht erzeugte Gitterstruktur ist äußerst präzise und
scharfkantig ausgeformt. Metallische Oberflächen dagegen zeigen eine geringere
Qualität,
was auf das Aufschmelzen des Metalls zurückzuführen ist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Mikroprägestempel
liegt in der einfachen Herstellung ohne Zwischenschritte und unter
Verwendung gängiger
Materialien und Verfahren.
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Das
Prägewerkzeug
ist vorzugsweise zur Kaltverformung des Metallgegenstands, beispielsweise
eines Münzrohlings,
eingerichtet. Es ist jedoch alternativ auch möglich, den Prägevorgang
an vorgewärmten
Rohlingen durchzuführen.
Dazu kann der Präge einrichtung
beispielsweise eine Vorwärmeinrichtung
für Münzrohlinge
zugeordnet sein.
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Die
das Prägerelief
bildenden Vertiefungen können
Punkt- oder linienartige
Vertiefungen einheitlicher oder unterschiedlicher Tiefe sein. Sie
können außerdem eine
einheitliche oder eine unterschiedliche Breite aufweisen. Die Flanken
dieser Vertiefungen sind parallel zueinander oder in einem Winkel, beispielsweise
in einem spitzen Winkel, zueinander orientiert. Außerdem sind
die in die Hartstoffschicht und den Mikroprägestempel eingebrachten Vertiefungen
vorzugsweise scharfkantig ausgebildet.
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Als
Hartstoffschicht eignen sich sowohl metallische als auch nichtmetallische
Hartstoffschichten. Die Hartstoffschichten bestehen z. B. aus zumindest
zwei chemischen Elementen. Wie erwähnt werden aber vorzugsweise
Diamantschichten oder diamantähnliche
Schichten verwendet. Unter metallischen Hartstoffschichten werden
Hartstoffschichten mit vorwiegend metallischer Bindung verstanden,
wie beispielsweise TiN, TiCN, TiC, TiAlCON, TiBN usw., wobei die
einzelnen Elemente der genannten Verbindungen in verschiedenen Verhältnissen
zueinander vorkommen können.
An Stelle von Titan kann ganz oder teilweise auch Hafnium oder Zirkon
Anwendung finden. Unter nichtmetallischen Hartstoffschichten werden
Hartstoffschichten mit vorwiegend kovalenter Bindung verstanden,
wie beispielsweise Al2O3,
Diamantschichten oder dergleichen.
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Ein
Vorteil der Aufbringung einer Hartstoffschicht auf einen Stempelkörper und
die nachfolgende Einbringung des Prägereliefs ist, dass die Interferenzstrukturen
sehr klar, scharf bzw. tief zur Verfügung stehen und nicht durch
eine nachfolgend aufgetragene Schicht zugedeckt werden.
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Die
Erfindung sieht ein Prägestempel-in-Stempel-Verfahren
vor, bei dem ein kleinerer, das Negativrelief des Beugungsgitters
tragender Zusatzstempel in einen größeren herkömmlichen Prägestempel (Hauptstempel) herausnehmbar
eingelassen ist. Wegen des unterschiedlichen Verformungsverhaltens
von Hauptstempel und Zusatzstempel bzw. Stützstift ist es zweckmäßig, den
Zusatzstempel um wenige Zehntel Millimeter über die Oberfläche des
Hauptstempels hinaus stehen zu lassen. Dieses Verfahren ermöglicht a)
den unabhängigen
Austausch des Zusatzstempels bei Verschleiss oder Verschmutzung,
b) die Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe, Oberflächenbehandlungen
und Beschichtungen für
Haupt- und Zusatzstempel und c) das Prägen von Münzen, Medaillen, Token usw.
mittels herkömmlicher
Münzpräge-, Medaillen-
oder Einsenkpressen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung löst
ein fertigungstechnisches Kernproblem, das beim Prägen von
Beugungsstrukturen in Metalle auftritt. Es besteht darin, dass sich
auf den feinen Gitterstrukturen im Mikroprägestempel schon nach wenigen
Abprägungen
eine Plaque aus Metallabrieb, Oxiden, Staubpartikeln, Schmiermitteln
etc. bildet. Diese Plaque behindert das Abprägen des Mikroprägestempel-Reliefs.
Eine Vermeidung der Verschmutzung im Prägebetrieb bei der konventionellen
Münz- und
Medaillenfertigung ist nicht vollständig möglich. Dazu schafft die Erfindung
ein effizientes Verfahren zur laufenden automatischen Reinigen der
Mikroprägestempel
und ermöglicht
die Massen- oder Serienfertigung von Münzen und dergleichen.
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Die
Erfindung sieht insbesondere zwei integrierte Verfahren zur Reinigung
der Diffraktogramm-Mikroprägestempel
vor. Zum einen ist dies die Reinigung mittels Trockeneisstrahlen.
Dabei wird festes Kohlendioxid in gemahlener bzw. körniger Form
mittels Druckluft auf die zu reinigenden Prägestempeloberflächen geblasen.
Die Reinigungswirkung ergibt sich durch die kinetische Energie der
Trockeneispartikel, durch das Verspröden der Plaques unter Kälteeinfluss,
aber auch durch die schlagartige Volumenzunahme beim Kohlendioxid,
das bei Aufprall sublimiert und so die Plaqueschicht gewissermaßen sprengt.
Das Reinigungsmedium Kohlendioxid entweicht als Gas, die Reste der
Plaqueschicht werden dadurch mit entfernt. Vorzugsweise findet dieser
Reinigungsvorgang in einer entsprechend modifizierten Münz- oder
Medaillenprägemaschine
bei laufendem Prägebetrieb
statt.
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Ein
Aspekt der Erfindung besteht darin, dass in Bauteile der Prägemaschine
Strahldüsen
eingearbeitet sind und eine Synchronisation des Strahlvorgangs mit
dem Arbeitstakt der Maschine von der Maschinensteuerung vorgenommen
wird. Ein weiterer erfindungsgemäßer Reinigungsmechanismus
zur Unterstützung
des Trockeneisstrahlens besteht in der Verwendung entsprechend modifizierter
Zubringersegmente in einer Prägemaschine
mit Revolverzuführung.
Die Zubringersegmente dienen der Zuführung der ungeprägten Rohlinge
zur Prägestation und übernehmen
gleichermaßen
den Abtransport der fertig geprägten
Münze.
Rohlinge und Münzen
bewegen sich dabei schrittweise auf einer Kreisbahn. Bei jedem Öffnen der
Prägestation
durchlaufen die Zubringersegmente den Zwischenraum zwischen den beiden
Prägestempeln.
Werden die Segmente mit Einsätzen
z. B. aus Borsten oder Filz versehen, streichen sie bei jeder Transportbewegung
an den Prägestempeln
entlang und tragen so die Plaqueschicht teilweise ab. Die Bestückung der
Zubringersegmente mit Reinigungseinsätzen muss durch Modifikationen an
der Prägemaschine
begleitet werden, durch die Platz für die Bewegung der Reinigungseinsätze geschaffen
wird.
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Des
Weiteren kann nach einem weiteren Aspekt der Erfindung der Einsatz
von Sensorik zur Steuerung der Produktionsabläufe beim Prägen vorgesehen werden. Es ist
damit eine laufende Gut/Schlecht-Prüfung möglich. Verschmutzungen der
Diffrak togramm-Mikroprägestempel
sind schnell erkennbar. Zum anderen kann die in die Prägemaschine
integrierte Sensorik der Feststellung des Lebensdauerendes der Diffraktogramm-Mikroprägestempel
dienen. Aufgabe der Sensorik ist dann die Feststellung, ob eine
soeben geprägte
Münze die
gewünschte
Beugungsstruktur aufweist und ob die Beugungswirkung noch in hinreichendem
Maße gegeben ist.
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Weitere
Einzelheiten von vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Ansprüchen. Die Beschreibung
zeigt wesentliche Merkmale der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten.
Weitere Einzelheiten entnimmt der Fachmann in gewohnter Weise der
Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 eine
Prägeeinrichtung
einer Münzprägepresse
in schematisierter, längs
geschnittener Darstellung,
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2 einen
Mikroprägestempel
für die
Prägeeinrichtung
nach 1 in vergrößerter schematisierter
Schnittdarstellung,
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3 eine
GZubringeinrichtung mit Reinigungsbürste für die Prägeeinrichtung nach 1 in vergrößerter schematisierter
Darstellung,
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4 einen
Stempelkörper
vor Aufbringung der Hartstoffschicht in schematisierter Darstellung,
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5 den
Stempelkörper
nach Aufbringen der Hartstoffschicht vor Einbringen des Prägereliefs in
schematisierter Darstellung und
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6 den
Stempelkörper
mit Hartstoffschicht während
der Erzeugung des Prägereliefs durch
Ablation in schematisierter Darstellung.
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In 1 ist
eine Prägeeinrichtung 1 zum Prägen von
Münzen
in schematisierter Darstellung veranschaulicht. Zu der Prägeeinrichtung 1 gehören ein
unterer Prägestempel 2 und
ein zugeordneter oberer Prägestempel 3.
Der obere Prägestempel 3 ist in
einem Prägering 4 angeordnet.
Die Prägestempel 2, 3 sind
mit einem nicht weiter veranschaulichten Negativprofil versehen,
das beim Prägen
einer Münze
an deren Oberfläche
abgeformt wird. Die Prägestempel 2, 3 bilden
somit gegebenenfalls mit dem Prägering 4 jeweils
ein Prägewerkzeug.
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Die
Prägestempel 2, 3 können ein
oder mehrere Mikroprägestempel 5 aufweisen,
die zur Erzeugung einer fein strukturierten Oberfläche an dem
Metallgegenstand, im vorliegenden Fall dem Münzrohling dienen. Die Oberflächenstrukturierung
soll dabei so fein sein, dass an der fertig geprägten Münze Beugungs- oder Interferenzerscheinungen
auftreten, die zu Farbeffekten oder auch zum Entstehen von Weißlichthologrammen
führen.
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Der
Mikroprägestempel 5 weist
eine Stirnseite auf, die vorzugsweise bündig zu der sonstigen Gravur
des Prägewerkzeugs,
im vorliegenden Beispiel des Prägestempels 3 angeordnet
ist. Der Mikroprägestempel 5 ist
vorzugsweise auswechselbar in einer entsprechenden Ausnehmung des
Prägewerkzeugs,
d. h. des Prägestempels 2, 3,
gehalten. Dies hat den Vorzug, dass er bei Verschleiß gewechselt werden
kann, wobei der Prägestempel 2, 3 weiter verwendet
werden kann. Der Mikroprägestempel 5 ist
in einer Bohrung des Prägestempels 2, 3 angeordnet
und in dieser mittels eines Stützstifts 6a abgestützt.
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Der
Mikroprägestempel 5 ist
in 2 ausschnittsweise gesondert veranschaulicht.
Er besteht aus einem im Querschnitt beispielsweise prismatischen
oder zylindrischen Stempelkörper 6,
der an einer unprofilierten, vorzugsweise ebenen Fläche, beispielsweise
seiner Stirnfläche 7,
mit einer Hartstoffauflage 8 versehen ist. Die Hartstoffauflage 8 kann sich,
wie dargestellt, auf die Stirnfläche 7 beschränken oder
alternativ einen größeren Bereich
der Oberfläche
des Mikroprägestempels 5 einnehmen.
Die Hartstoffauflage 8 folgt dabei der Form der Stirnfläche 7.
Ist die Stirnfläche 7 eben,
so ist auch die Hartstoffschicht 8 eben. Hat die Stirnfläche 7 eine
vorgegebene Grundform, wie beispielsweise eine konvexe oder konkave
ballige Form, folgt die Hartstoffschicht 8 dieser Form.
Die Hartstoffschicht wird vorzugsweise in einem plasma-aktivierten
CVD-Verfahren z. B. in Form einer ca. 2 μm dicke amorphen Kohlenstoffschicht
hergestellt. Diese unter der Bezeichnung DLC bekannte Schicht ist
praktisch homogen und wenig spröde.
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Die
Hartstoffschicht 8 kann aber beispielsweise auch eine andere,
z. B. eine metallische Hartstoffschicht, z. B. eine TiN- oder eine TiAlCNO-Schicht,
oder eine nichtmetallische Hartstoffschicht wie beispielsweise eine
Al2O3-Schicht sein. Die
Hartstoffschicht 8 kann dabei aus einem einzigen Material
durchgehend gleicher Struktur bestehen. Es ist jedoch auch möglich, einen
Mehrschichtaufbau vorzusehen. Zur Herstellung eignen sich PVD- und/oder
CVD-Verfahren.
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In
die Hartstoffschicht 8 ist ein Mikro-Prägerelief 9 eingebracht,
dessen Strukturierung vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 1 μm liegt.
Das Prägerelief
kann aus einzelnen, zueinander parallelen oder im Winkel zueinander
verlaufenden, sich kreuzenden Linien oder auch aus Einzelpunkten
bestehen, die Vertiefungen bilden. Das Prägerelief ist in 2 symbolisch
veranschaulicht. Die Vertiefungen weisen vorzugsweise eine Tiefe
auf, die geringer ist als die Dicke der Hartstoffschicht 8.
Vorzugsweise liegt die Dicke der Hartstoffschicht 8 im
Bereich des Zwei- bis Zehnfachen der Tiefe der Vertiefungen.
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Vorzugsweise
weist der Mikroprägestempel 5 an
seiner Stirnseite 7 gerundete Kanten 10 auf, wodurch
beim Prägen
Kantenspannungen in der Kontaktzone gemindert und die in der Fläche wirkenden Druckspannungen
homogenisiert werden. Es ergibt sich ein gleichmäßiges ebenes Prägebild.
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Die
Herstellung des Mikroprägestempeles 5 erfolgt
gemäß 4 bis 6,
indem zunächst
ein Stempelkörper 6 bereitgestellt
wird. Dieser besteht z. B. aus Hartmetall, das pulvermetallurgisch
durch Sintern von Rohlingen aus Wolframkarbidpulver mit Zusätzen von
Kobalt hergestellt werden kann. Alternativ können Cermets Anwendung finden.
Auch kann der Stempelkörper 6 im
Metallspritzgießverfahren
hergestellt werden, indem ein Hartmetallpulver (z. B. Wolframkarbid
mit Kobalt) mit geringen Anteilen von Kunststoff im Spritzgießverfahren
zu gewünschten Körpern geformt
und danach gesintert wird. Auf den Stempelkörper 6 wird, wie in 5 veranschaulicht, in
einem geeigneten Verfahren, beispielsweise PVD, CVD oder einem verwandten
Verfahren, die Hartstoffschicht 8 zunächst als gleichmäßig dicke
Schicht von wenigen μm
Dicke aufgebracht. Diese entsteht somit unmittelbar auf der Stirnfläche 7 und
folgt somit der Form dieser Fläche.
Nachfolgend wird in einem Ablationsverfahren, beispielsweise in
einem Laserablationsverfahren, das gewünschte Prägerelief 9 in die
Hartstoffschicht 8 eingebracht.
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Der
Mikroprägestempel 5 ist
nach Fertigstellung des Prägereliefs 9 einsatzfähig. Er
wird in den Prägestempel 3 eingesetzt
und kann nun ohne weiteres zum Prägen von kalten oder vorgewärmten Ronden
zur Münzherstellung
dienen.
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Die
Prägeeinrichtung 1 ist
mit einer in 1 lediglich symbolisch veranschaulichten
Reinigungseinrichtung 11 versehen. Diese dient dazu, die
Mikroprägestempel 5 in
Betrieb sauber zu halten. Die Säuberung
der Mikroprägestempel 5 erfolgt
dabei vorzugsweise bei offenem Werkzeug, z. B. durch Trockeneisstrahlen 12, 13.
Diese werden durch geeignete, nicht weiter veranschaulichte Düsen auf
die Stempel 2, 3 dabei insbesondere auf die Prägereliefs
der Mikroprägestempel 5 gerichtet.
Die Reinigungswirkung ergibt sich durch mechanische Einwirkung der Trockeneispartikel.
Auf den Prägereliefs 9 ausgebildete
Plaques oder sonstige Ablagerung verspröden durch die Kälteeinwirkung.
Das verdampfende Kohlendioxid sprengt dann die Plaqueschicht ab
und bläst
deren Bruchstücke
aus dem Werkzeug 1. Entsprechende Strahldüsen können bedarfsweise
an einem beweglichen Träger
angeordnet werden, der bei offenem Werkzeug 1 in dieses
hinein taucht. Sodann kann der Trockeneisstrahl freigegeben werden.
Es ist auch möglich,
entsprechende Reinigungsdüsen
an anderen bewegten Maschinenteilen, beispielsweise einer Werkstücktransportvorrichtung
anzubringen, die ohnehin in das Werkzeug einfahren muss. Des Weiteren
ist es möglich,
die zu verformenden Werkstücke,
beispielsweise Ronden, vor dem Prägen mit Trockeneis zu reinigen,
um Fette oder sonstige Bestandteile zu entfernen.
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Der
Reinigungsvorgang kann nach jedem Prägevorgang erfolgen. Es ist
auch möglich,
jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Prägevorgängen auszuführen, wonach der Reinigungsvorgang
dann ausgeführt
wird. Des Weiteren ist es möglich,
die Reinigung mittels Trockeneisstrahl lediglich bedarfsweise durchzuführen, wenn
beispielsweise eine Verschmutzung der Prägestempel durch einen Abfall
der Prägequalität festgestellt
wird.
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Zur
Erfassung der Prägequalität kann eine Erfassungseinrichtung
dienen, die das von dem Prägerelief
erzeugte Prägemuster
auf einer erzeugten Münze
prüft.
Dies kann durch Aufstrahlen von Licht und Untersuchung des sich
ergebenden Begungsbilds erfolgen.
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1 veranschaulicht
des Weiteren einen Werkstückgreifer 14 mit
Greiferzungen 15, die dazu eingerichtet sind, ein Werkstück aufzunehmen
und in die Prägeeinrichtung 1 einzulegen
oder aus dieser heraus zu führen.
Die Greifereinrichtung 14 kann mit einer Bürste 16 versehen
sein, die insbesondere aus 3 hervorgeht.
Diese Bürste
weist eine Anzahl von Borsten auf, die beim Einlegen des Werkstücks in das
Werkzeug und/oder beim Herausführen
bei der ohnehin durchzuführenden
Transportbewegung oder Dank einer auszuführenden Zusatzbewegung über das
Prägerelief 9 des
Mikroprägestempels 5 zu streifen
und dieses dabei zu reinigen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein optischer Sensor 17 in das Werkzeug der Prägeeinrichtung 1 integriert
oder, wie in 1 veranschaulicht, in der Nähe desselben
angeordnet. Von dem Sensor oder einer anderen geeigneten Lichtquelle
ausgehendes Licht wird von dem geprägten Gegenstand, z. B. einer
frisch geprägten
Münze,
reflektiert und von dem Sensor 17 beispielsweise mittels
eines Objektivs 18 aufgenommen. Zu dem Sensor gehört außerdem eine
Auswerteeinrichtung, die das von dem Objektiv 18 aufgenommene
Bild des beugungsoptisch aktiven Bereichs auswertet. Dieses Bild
kann spezielle Farbstrukturen oder Hell/Dunkel-Strukturen zeigen.
Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung Farbverteilung, Bildkontrast
und Bildschärfe
prüfen.
Die gemessenen Werte können an
eine Steuereinrichtung 19 gemeldet werden. Diese kann daran
beispielsweise die Qualität
der hergestellten Münzen
verfolgen. Sie kann Qualitätstrends erkennen,
bei Annäherung
an eine untere Mindestqualitätsgrenze
ein Alarmsignal aussenden und bei Unterschreitung der Mindestqualitätsgrenze
die Prägeeinrichtung 1 stillsetzen.
Sie kann des Weiteren rechtzeitig oder spätestens bei Fehlproduktion
zum Auswechseln des Mikroprägestempels 5 auffordern.
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Erfindungsgemäß wird zum
prägetechnischen
Erzeugen von beugungsoptisch wirksamen Strukturen auf Oberflächen von
Metallgegenständen, insbesondere
Münzen,
ein Prägewerkzeug
vorgeschlagen, das einen Stempelkörper 6 mit einer an seiner wirksamen
Fläche
vorgesehenen Hartstoffschicht 8 aufweist. In die Hartstoffschicht
ist das Negativrelief eines Beugungsgitters eingearbeitet. Dies erfolgt
vorzugsweise durch Ablation, wobei die Relieftiefe geringer ist
als die Schichtdicke. Zum Erhalt der Funktionsfähigkeit des Mikroprägestempels 5 über einen
langen Zeitraum ist eine Reinigungseinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise
mit Trockeneisstrahlen 12, 13 arbeitet. Die produktionsbegleitende
Kontrolle der Qualität
des abgeprägten
Diffraktogramms übernimmt
ein optischer Sensor.
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- 1
- Prägeeinrichtung
- 2
- Stempel
- 3
- Stempel
- 4
- Prägering
- 5
- Mikroprägestempel
- 6
- Stempelkörper 6a Stützstift
- 7
- Stirnfläche
- 8
- Hartstoffschicht
- 9
- Prägerelief
- 10
- Kante
- 11
- Reinigungseinrichtung
- 12
- Trockeneisstrahl
- 13
- Trockeneisstrahl
- 14
- Greifereinrichtung
- 15
- Greiferzungen
- 16
- Bürste
- 17
- Sensor
- 18
- Objektiv
- 19
- Steuereinrichtung