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DE102010013665A1 - Safety element for increasing falsification protection of e.g. banknotes, has thermoacoustic vibration generator, which is attached on safety document and outputs vibration energy during coupling electrical power - Google Patents

Safety element for increasing falsification protection of e.g. banknotes, has thermoacoustic vibration generator, which is attached on safety document and outputs vibration energy during coupling electrical power Download PDF

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DE102010013665A1
DE102010013665A1 DE201010013665 DE102010013665A DE102010013665A1 DE 102010013665 A1 DE102010013665 A1 DE 102010013665A1 DE 201010013665 DE201010013665 DE 201010013665 DE 102010013665 A DE102010013665 A DE 102010013665A DE 102010013665 A1 DE102010013665 A1 DE 102010013665A1
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DE
Germany
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thermoacoustic
energy
vibration
security
vibration exciter
Prior art date
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Ceased
Application number
DE201010013665
Other languages
German (de)
Inventor
Dr. Otto Daniela
Dr. Bornschlegl Alexander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Giesecke and Devrient GmbH filed Critical Giesecke and Devrient GmbH
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    • G07D7/00Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/08Acoustic waves

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Abstract

The element has a thermoacoustic vibration generator (2) i.e. carbon nanotube thin film loudspeaker, which is attached on a safety document i.e. banknote (1), and outputs vibration energy during coupling electrical power. The generator is connected with an electric circuit, which is attached on the safety document. The electric circuit consists of a receiver for electromagnetic energy. The receiver outputs the electrical power to the generator during irradiation of the electromagnetic energy, which is produced by an external transmitter, and outputs the vibration energy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Erhöhung des Fälschungsschutzes von Sicherheitsdokumenten wie Banknoten, Wertpapieren, Ausweisen, Kreditkarten, Debit-Karten oder dergleichen.The invention relates to a security element for increasing the protection against counterfeiting of security documents such as banknotes, securities, identity cards, credit cards, debit cards or the like.

Sicherheitsdokumente werden zur Absicherung mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Gegenstandes gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Weiterhin erzeugen Sicherheitselemente häufig einen gut sichtbaren optischen Eindruck, weswegen solche Sicherheitselemente neben ihrer Funktion als Sicherungsmittel bisweilen auch ausschließlich als dekorative Elemente für solche Datenträger oder für deren Verpackung verwendet werden. Ein Sicherheitselement kann in solche Sicherheitsdokumenten, beispielsweise in eine Banknote oder in eine Chipkarte, eingebettet sein oder als selbsttragendes Transferelement ausgebildet sein, beispielsweise als Patch oder als Etikett, das nach seiner Herstellung auf einen zu sichernden Datenträger oder sonstigen Gegenstand, beispielsweise über einem Fensterbereich des Datenträgers, aufgebracht wird.Security documents are provided with security elements for security, which allow a verification of the authenticity of the object and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction. Furthermore, security elements often produce a highly visible visual impression, which is why such security elements are used in addition to their function as securing means sometimes even as decorative elements for such media or for their packaging. A security element can be embedded in such security documents, for example in a banknote or in a chip card, or designed as a self-supporting transfer element, for example as a patch or as a label, which after its production on a data carrier or other object to be secured, for example over a window area of the Disk, is applied.

Ein Sicherheitsdokument mit einem Sicherheitselement in Form eines Lautsprechers ist aus WO 2004/090800 A2 bekannt. Hierbei besteht das Sicherheitsdokument aus einem kontaktlosen Datenträger mit einer Antenne und einem Chip, wobei auf dem Datenträger Daten angeordnet sind, die über einen antennenbasierten Datenübertragungskanal an ein Lesegerät übertragbar sind. Hierbei können auch akustische Informationen wiedergegeben werden, wobei diese durch einen üblichen Lautsprecher des Standes der Technik, beispielsweise einen piezoelektrischen Lautsprecher, erzeugt werden.A security document with a security element in the form of a loudspeaker is off WO 2004/090800 A2 known. In this case, the security document consists of a contactless data carrier with an antenna and a chip, data being arranged on the data carrier which can be transmitted to a reading device via an antenna-based data transmission channel. In this case, acoustic information can be reproduced, these being produced by a conventional loudspeaker of the prior art, for example a piezoelectric loudspeaker.

Nachteil üblicher Lautsprecher des Standes der Technik ist, dass diese eine zu große Dicke aufweisen, zu unflexibel und meist nicht transparent sind. Dies führt dazu, dass sie anfällig für Verformungen und Beschädigungen sind und zudem auf die Schwingungseigenschaften des Substrates angewiesen sind. Derartige übliche Lautsprecher des Standes der Technik sind beispielsweise piezoelektrische Schallwandler, wobei keramische piezoelektrische Schallwandler mechanisch zu unflexibel und kunststoffbasierte piezoelektrische Schallwandler noch nicht marktreif sind. Weitere übliche Lautsprecher des Standes der Technik sind sogenannte „flache flexible Lautsprecher” (Flat Flexible Loudspeaker – FFL), die jedoch einen komplexen, mehrschichtigen Aufbau in Form eines Laminats aufweisen und mit einer Dicke von etwa 200 μm zu dick für Anwendung auf oder in Sicherheitsdokumenten sind. Des Weiteren muss die Membran eines FFL frei schwingen können, um Schallwellen erzeugen zu können.Disadvantage of conventional speakers of the prior art is that they have too large a thickness, are too inflexible and usually not transparent. As a result, they are susceptible to deformation and damage and also rely on the vibration characteristics of the substrate. Such conventional loudspeakers of the prior art are, for example, piezoelectric sound transducers, wherein ceramic piezoelectric transducers are not yet ready for market mechanically, and plastic-based piezoelectric transducers are not yet ready for market. Other common loudspeakers of the prior art are so-called "flat flexible loudspeakers" (FFL), which, however, have a complex, multi-layered structure in the form of a laminate and with a thickness of about 200 μm too thick for use on or in security documents are. Furthermore, the membrane of an FFL must be able to oscillate freely in order to generate sound waves.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Sicherheitselement derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik behoben, der Schutz gegenüber Fälschungen weiter erhöht sowie die Erkennbarkeit von Fälschungen verbessert wird.The invention is therefore the object of developing a generic security element such that the disadvantages of the prior art, the protection against counterfeiting further increases and the recognizability of counterfeits is improved.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß besteht das Sicherheitselement aus mindestens einem thermoakustischen Schwingungserreger, der auf das Sicherheitsdokument aufgebracht ist und bei Einkopplung von elektrischer Energie Schwingungsenergie abgibt.According to the invention, the security element consists of at least one thermoacoustic vibration exciter, which is applied to the security document and emits vibration energy when coupled in by electrical energy.

Die Wirkungsweise eines thermoakustischen Schwingungserregers beruht auf dem thermoakustischen Effekt. Bei dem thermoakustischen Effekt, wird entweder thermische Energie eines Materials in Schwingungsenergie des an das Material angrenzenden Mediums, im Falle eines an das Material angrenzenden gasförmigen Mediums in Schallenergie oder in Schallwellen, umgewandelt oder umgekehrt Schwingungsenergie des umgebenden Mediums in thermische Energie. Im letztgenannten Fall entstehen durch die Schwingungen des umgebenden Mediums Druckänderungen, die unmittelbare thermodynamische Zustandsänderungen zur Folge haben. So werden durch Temperaturgradienten bzw. inhomogen Temperaturverteilungen an begrenzenden Kontaktflächen akustische Wellen angeregt. Im Prinzip handelt es sich beim thermoakustischen Effekt, um eine Energieumwandlung von thermischer in akustische Energie.The mode of action of a thermoacoustic vibration exciter is based on the thermoacoustic effect. In the thermoacoustic effect, either thermal energy of a material is converted into vibrational energy of the medium adjacent to the material, in the case of a gaseous medium adjacent to the material, in sound energy or sound waves, or vice versa, vibration energy of the surrounding medium into thermal energy. In the latter case, the vibrations of the surrounding medium cause pressure changes, which result in immediate thermodynamic changes of state. Thus, temperature waves or inhomogeneous temperature distributions at limiting contact surfaces stimulate acoustic waves. In principle, the thermoacoustic effect is an energy conversion from thermal to acoustic energy.

Das Phänomen des thermoakustischen Effekts wurde bereits Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt und bei dem sogenannten „Thermophon” angewendet (siehe beispielsweise Preece, 1879–1880, Braun et. al. 1898 ). Bei diesen Ausführungsformen wurden Schallwellen durch Aufheizen einer dünnen Metallfolie durch Anlegen eines Wechselstroms erzeugt.The phenomenon of the thermoacoustic effect was already discovered at the end of the 19th century and applied to the so-called "thermophone" (see for example Preece, 1879-1880, Braun et. al. 1898 ). In these embodiments, sound waves were generated by heating a thin metal foil by applying an alternating current.

Die Erzeugung von Schwingungsenergie bei dem thermoakustischen Effekt kann folgendermaßen erklärt werden: Durch Anlegen eines Wechselstroms an einen dünnen elektrischen Leiter findet ein periodisches Aufheizen des dünnen elektrischen Leiters statt. Dieses periodische Aufheizen resultiert in Temperaturwellen, die an das umgebende Medium abgegeben werden. Die thermische Ausdehnung und Kontraktion dieser Leiterschichten sowie der angrenzenden Gase bestimmt dann die Amplitude der Schwingungsenergie.The generation of vibrational energy in the thermoacoustic effect can be explained as follows: By applying an alternating current to a thin electrical conductor, periodic heating of the thin electrical conductor takes place. This periodic heating results in temperature waves being delivered to the surrounding medium. The thermal expansion and contraction of these conductor layers and the adjacent gases then determines the amplitude of the vibrational energy.

Bevorzugt gibt der thermoakustische Schwingungserreger Schwingungsenergie in Form von Luftschall ab, d. h. in Form von Schwingungen oder Druckschwankungen des ihn umgebenden gasförmigen Mediums bzw. der ihn umgebenden Luft. In diesem Fall wirkt der thermoakustische Schwingungserreger als thermoakustischer Lautsprecher. Selbstverständlich ist auch eine Abgabe von Schwingungsenergie in Form von Körperschall möglich, wobei der thermoakustische Schwingungserreger seine Schwingungen an einen Festkörper weitergibt, der mit ihm kraftschlüssig verbunden ist.Preferably, the thermoacoustic vibration exciter vibrational energy in the form of airborne sound, d. H. in the form of oscillations or pressure fluctuations of the surrounding gaseous medium or the surrounding air. In this case, the thermoacoustic vibration exciter acts as a thermoacoustic speaker. Of course, a release of vibration energy in the form of structure-borne noise is possible, the thermoacoustic vibration exciter passes its vibrations to a solid, which is positively connected with him.

Vorrausetzung für einen effizienten thermoakustischen Effekt sind eine sehr dünne Leiterschicht, beispielsweise für Leiterschichten aus Platin eine Schichtdicke von weniger als 700 nm, mit einer spezifischen Wärmekapazität von weniger als 800 J/(kg·K), bevorzugt von etwa 500 J/(kg·K), sowie ein geeignetes Material, das in der Lage ist, Schwingungsenergie von bevorzugt wahrnehmbarer oder detektierbarer Amplitude bzw. hörbarer Lautstärke zu erzeugen.The prerequisite for an efficient thermoacoustic effect is a very thin conductor layer, for example for platinum conductor layers, having a layer thickness of less than 700 nm, with a specific heat capacity of less than 800 J / (kg.K), preferably of about 500 J / (kg. K), as well as a suitable material capable of generating vibration energy of preferably audible or detectable amplitude or audible volume.

Bevorzugt ist der thermoakustische Schwingungserreger als Kohlenstoffnanoröhrchen bzw. Carbonnanotube (CNT) Lautsprecher und besonders bevorzugt als Carbonnanotube-Dünnfilm-Lautsprecher ausgeführt. Carbonnanotube (CNT) oder Carbonnanotube-Dünnfilm-Lautsprecher sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus L. Xiao et al., ”Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers, Nano Letters, vol. 8, no. 12, 2008, pp. 4539–4545 , deren Veröffentlichung diesbezüglich vollumfänglich in diese Anmeldung aufgenommen wird. Bei Carbonnanotube (CNT) oder Carbonnanotube-Dünnfilm-Lautsprechern erfolgt durch Erhitzung mit Wechselströmen eine periodische Aufheizung der CNT-Schicht. Eine CNT-Schicht besteht bevorzugt aus einer Vielzahl parallel angeordneter Kohlenstoffnanoröhrchen, wobei jedes Kohlenstoffnanoröhrchen einen Durchmesser von etwa 10 nm aufweist. Ein Carbonnanotube (CNT) oder Carbonnanotube-Dünnfilm-Lautsprecher kann aus einer oder mehreren dieser CNT-Schichten aufgebaut sein. Dies hat zur Folge, dass die Schallwellen bzw. die zugehörige Druckoszillation nicht durch eine vibrierende Membran erzeugt wird, wie es beispielsweise bei konventionellen Lautsprechern der Fall ist, sondern durch eine Temperaturoszillation.The thermoacoustic vibration exciter is preferably designed as a carbon nanotube or carbon nanotube (CNT) loudspeaker and particularly preferably as a carbon nanotube thin-film loudspeaker. Carbonnanotube (CNT) or carbon nanotube thin film loudspeakers are known in the art, for example L. Xiao et al., "Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers, Nano Letters, vol. 8, no. 12, 2008, pp. 4539-4545 , the publication of which is fully incorporated in this application. Carbonnanotube (CNT) or Carbonnanotube thin-film loudspeakers use periodic heating of the CNT layer by heating with alternating currents. A CNT layer preferably consists of a multiplicity of carbon nanotubes arranged in parallel, each carbon nanotube having a diameter of approximately 10 nm. A carbon nanotube (CNT) or carbon nanotube thin film loudspeaker may be constructed of one or more of these CNT layers. This has the consequence that the sound waves or the associated pressure oscillation is not generated by a vibrating membrane, as is the case for example in conventional speakers, but by a temperature oscillation.

CNT-Dünnfilm-Schichten verfügen über folgende vorteilhafte Eigenschaften: sie sind transparent, d. h. weisen eine Transmission von mindestens 80% des einfallenden Lichtes auf, so dass sie auch für Banknoten mit Öffnungen oder Fenstern geeignet sind, sie sind dehnbar, wobei sie bis zu 200% der ursprünglichen Abmessungen annehmen können, sie sind flexibel, der thermoakustische Effekt funktioniert in allen Abmessungen und Formen, sie sind auf alle Materialien applizierbar, auch auf Isolatoren, und sie weisen Schichtdicken im Bereich von 10 nm bis 100 nm auf.CNT thin film layers have the following advantageous properties: they are transparent, i. H. have a transmission of at least 80% of the incident light, so that they are also suitable for banknotes with openings or windows, they are stretchable, they can take up to 200% of the original dimensions, they are flexible, the thermoacoustic effect works in All dimensions and shapes, they can be applied to all materials, including on insulators, and they have layer thicknesses in the range of 10 nm to 100 nm.

Des Weiteren beeinflussen das Substrat des Sicherheitsdokuments und eventuelle Falten oder Beschädigungen der CNT-Dünnfilm-Schicht die Erzeugung von Schallenergie kaum. Somit ist besonders vorteilhaft sogar eine Verprägung des Substrats bei bereits aufgebrachtem CNT-Dünnfilm-Lautsprecher möglich.Furthermore, the substrate of the security document and any wrinkles or damages of the CNT thin film layer scarcely affect the generation of sound energy. Thus, even embossing of the substrate is particularly advantageous even with already applied CNT thin-film loudspeaker possible.

Der thermoakustische Schwingungserreger wird bevorzugt auf ein Trägermaterial, insbesondere ein Folienstreifen, ein Patch, eine BOPP- oder PET-Folie, ein metallisierter Folienstreifen oder ein Hologrammstreifen aufgebracht. Hierbei wird der thermoakustische Schwingungserreger auf das Trägermaterial und dieses in einem Transfer- oder Laminierprozess auf das Substrat des Sicherheitsdokuments aufgebracht. Im Anschluss daran können weitere Druck- oder Individualisierungsvorgänge erfolgen, wie beispielsweise Stichtiefdruck, Siebdruck, Buchdruck oder eine Laserbeschriftung.The thermoacoustic vibration exciter is preferably applied to a carrier material, in particular a film strip, a patch, a BOPP or PET film, a metallized film strip or a hologram strip. Here, the thermoacoustic vibration exciter is applied to the carrier material and this in a transfer or lamination process on the substrate of the security document. Following this, further printing or individualization processes can take place, such as intaglio printing, screen printing, letterpress printing or laser marking.

Alternativ wird der thermoakustische Schwingungserreger direkt auf das Substrat des Sicherheitsdokuments aufgebracht.Alternatively, the thermoacoustic vibration exciter is applied directly to the substrate of the security document.

Das Substrat des Sicherheitsdokuments besteht besonders bevorzugt aus Papier aus Baumwollfasern, wie es beispielsweise für Banknoten verwendet wird. Durch eine beidseitige Beschichtung bzw. Kaschierung mit jeweils einer Kunststofffolie ergibt sich ein Sicherheitspapier, wie es in DE 102 43 653 A9 beschrieben ist, deren Offenbarung diesbezüglich vollumfänglich in diese Erfindung aufgenommen wird.The substrate of the security document is particularly preferably made of paper made of cotton fibers, as used, for example, for banknotes. By a two-sided coating or lamination, each with a plastic film results in a security paper, as in DE 102 43 653 A9 is described, the disclosure of which is fully incorporated in this regard in this invention.

Bevorzugt kann das Substrat des Sicherheitsdokuments auch aus Papier aus anderen natürlichen Fasern, ebenso bevorzugt aus Synthesefasern, d. h. einer Mischung aus natürlichen und synthetischen Fasern oder ebenso bevorzugt aus mindestens einer Kunststofffolie bestehen, die beispielsweise aus einem Polymer bestehen. Weiterhin bevorzugt besteht das Substrat aus einer Kombination aus mindestens zwei übereinander angeordneten und miteinander verbundenen unterschiedlichen Substraten, einem sogenannten Hybrid, beispielsweise einer Kombination Kunststofffolie-Papier-Kunststofffolie, d. h. ein Substrat aus Papier wird auf jeder seiner beiden Seiten durch eine Kunststofffolie bedeckt, oder Papier-Kunststofffolie-Papier, d. h. ein Substrat aus einer Kunststofffolie wird auf jeder seiner beiden Seiten durch ein Substrat aus Papier bedeckt.Preferably, the substrate of the security document may also be made of paper of other natural fibers, also preferably of synthetic fibers, d. H. a mixture of natural and synthetic fibers or also preferably consist of at least one plastic film, which consist for example of a polymer. Further preferably, the substrate consists of a combination of at least two superimposed and interconnected different substrates, a so-called hybrid, for example a combination of plastic film-paper-plastic film, d. H. a substrate of paper is covered on either side by a plastic film, or paper plastic film paper, d. H. a substrate made of a plastic film is covered on each of its two sides by a paper substrate.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der thermoakustische Schwingungserreger mit einem elektrischen Schaltkreis verbunden, der auf dem Sicherheitsdokument aufgebracht ist. In a preferred embodiment, the thermoacoustic vibration exciter is connected to an electrical circuit which is applied to the security document.

Hierbei besteht in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der elektrische Schaltkreis mindestens aus einem Empfänger für elektromagnetische Energie, wobei der Empfänger bei Einstrahlung von elektromagnetischer Energie, die durch einen externen Sender erzeugt wird, elektrische Energie an den thermoakustischen Schwingungserreger abgibt und dieser Schwingungsenergie abgibt. Die Einkopplung von Schwingungssignalen in den thermoakustischen Lautsprecher erfolgt somit von Extern bzw. außerhalb des Sicherheitsdokuments.Here, in a first preferred embodiment, the electrical circuit at least from a receiver for electromagnetic energy, wherein the receiver emits electrical energy to the thermoacoustic vibration exciter upon irradiation of electromagnetic energy, which is generated by an external transmitter and emits this vibration energy. The coupling of vibration signals into the thermoacoustic loudspeaker thus takes place externally or outside the security document.

Beispielsweise befindet sich bei dieser externen Einkopplung des Schwingungssignals ein Schwingungsgenerator, beispielsweise ein Frequenzgenerator, außerhalb des Sicherheitsdokuments, z. B. in einem Gerät zur Verifizierung der Echtheit. Zur Übertragung der Schwingungssignale auf den thermoakustischen Schwingungserreger sind verschiedene Wege vorgesehen:

  • – Bei einem Carbonnanotube(CNT)- oder Carbonnanotube-Dünnfilm-Lautsprecher durch direkte galvanische Kontaktierung. Da die CNT-Schicht selbst leitfähig ist, kann sie zur Überprüfung der Echtheit an mindestens zwei Stellen elektrisch kontaktiert werden. Dies kann z. B. durch Klemmen oder Rollen geschehen, die selbst leitfähig sind und mit dem Frequenzgenerator verbunden sind.
  • – Durch Kontaktierung mit leitfähiger Farbe: um die galvanischen Kontaktierungsstellen räumlich vom Ort der Erzeugung der Schwingungssignale zu trennen, können leitfähige Druckfarben, z. B. auf Metall-(Silber etc.) oder Polymerbasis (Polyanilin, Polythiophen etc.) verwendet werden. Dies kann z. B. aus designtechnischen Gründen wünschenswert sein, oder helfen, den Teil des Sicherheitsdokuments, der die Schwingungsenergie erzeugt, außerhalb der Verifikationsvorrichtung zu halten, während die galvanische Kontaktierung im Inneren stattfindet.
  • – Durch eine Kombination mit berührungsloser Einkopplung: bei einer Senderfrequenz im Bereich der Hörfrequenzen (10 Hz–20 kHz) besteht eine weitere Möglichkeit darin, das Schwingungssignal berührungslos einzukoppeln. Dazu strahlt im einfachsten Fall ein externer Sender ein elektromagnetisches Signal geeigneter Frequenz und Stärke aus. Ein Empfänger, der beispielsweise in Form einer gedruckten Antenne auf dem Sicherheitsdokument ausgeführt ist, ist mit dem thermoakustischen Schwingungserreger verbunden, nimmt die Energie auf und wandelt die elektromagnetischen Schwingungen in detektierbare bzw. hörbare Signale um. Falls eine Senderfrequenz mit einer Frequenz von mehr als 20 kHz verwendet werden soll, kann diese z. B. als Trägersignal für eine aus dem Stand der Technik bekannte Amplitudenmodulation eingesetzt werden.
For example, in this external coupling of the vibration signal is a vibration generator, such as a frequency generator, outside the security document, eg. B. in a device for verification of authenticity. Various ways are provided for transmitting the vibration signals to the thermoacoustic vibration exciter:
  • - For a carbon nanotube (CNT) or carbon nanotube thin-film loudspeaker by direct galvanic contacting. Since the CNT layer itself is conductive, it can be electrically contacted in at least two places to verify the authenticity. This can be z. B. done by clamping or rolling, which are themselves conductive and are connected to the frequency generator.
  • - By contacting with conductive paint: to physically separate the galvanic Kontaktierungsstellen from the location of the generation of the vibration signals, conductive inks, z. B. on metal (silver, etc.) or polymer base (polyaniline, polythiophene, etc.) can be used. This can be z. B. be desirable for design reasons, or help to keep the part of the security document that generates the vibration energy outside of the verification device, while the galvanic contacting takes place inside.
  • - By a combination with non-contact coupling: at a transmitter frequency in the range of the audio frequencies (10 Hz-20 kHz) is another way to couple the vibration signal contactless. In the simplest case, an external transmitter radiates an electromagnetic signal of suitable frequency and strength. A receiver, for example in the form of a printed antenna on the security document, is connected to the thermoacoustic vibration exciter, absorbs the energy and converts the electromagnetic oscillations into detectable or audible signals. If a station frequency with a frequency of more than 20 kHz is to be used, this z. B. be used as a carrier signal for a well-known from the prior art amplitude modulation.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht der elektrische Schaltkreis mindestens aus einer Quelle für elektrische Energie und einem Schalter, wobei bei Betätigung des Schalters die Quelle für elektrische Energie mit dem thermoakustischen Schwingungserreger verbunden wird und dieser Schwingungsenergie abgibt. Hierbei wird die Erzeugung der Schwingungsenergie auf dem Sicherheitsdokument selbst durchgeführt. So herrscht beispielsweise auf Chipkarten im Allgemeinen genug Platz, um einen kleinen Schwingungsgenerator nebst Spannungsquelle unterzubringen bzw. ein Mikrokontroller selbst kann diese Funktion bereitstellen. Die Wesentlichen Bestandteile sind neben dem thermoakustischen Schwingungserreger noch ein Oszillator, verbindende Leiterbahnen und eine Spannungsquelle. Letztere kann sich sowohl auf der Banknote als auch extern befinden. Als Schwingungsgenerator kann ein astabiler Multivibrator oder jeder andere geeignete Oszillator verwendet werden.In a second preferred embodiment, the electrical circuit consists of at least one source of electrical energy and a switch, wherein upon actuation of the switch, the source of electrical energy is connected to the thermoacoustic vibrator and emits this vibrational energy. Here, the generation of the vibration energy is performed on the security document itself. For example, there is generally enough space on chip cards to accommodate a small vibration generator together with a voltage source, or a microcontroller itself can provide this function. The essential components are in addition to the thermoacoustic vibration exciter still an oscillator, connecting tracks and a voltage source. The latter can be located both on the banknote and externally. As the vibration generator, an astable multivibrator or any other suitable oscillator can be used.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht in einer Kombination mit aus dem Stand der Technik bekannten thermochromen Farben/Pigmenten. Wird kein Wechselstrom an den thermoakustischen Schwingungserreger angelegt, sondern die Polarität der angelegten Spannung über längere Zeit konstant gehalten, erwärmt sich der thermoakustische Schwingungserreger, bedingt durch seinen ohmschen Widerstand. Überdruckt man den thermoakustischen Schwingungserreger beispielsweise zumindest teilweise mit einer thermochromen Farbe oder ordnet man ihn zumindest teilweise über einer thermochromen Farbe an, so lässt sich der thermoakustische Effekt für das menschliche Auge sichtbar machen. Es entsteht ein optisch/akustisches Kombinationsfeature, wobei beim Anlegen einer geeigneten Wechselspannung bzw. eines Wechselfeldes ein charakteristisches Schwingungssignal und beim Anlegen einer Gleichspannung ein Farbumschlag entsteht.Another preferred embodiment is a combination with thermochromic inks / pigments known in the art. If no alternating current is applied to the thermoacoustic vibration exciter, but the polarity of the applied voltage is kept constant for a long time, the thermoacoustic vibration exciter heats up due to its ohmic resistance. If, for example, the thermoacoustic vibration generator is at least partially overprinted with a thermochromic color or if it is at least partially arranged above a thermochromic color, then the thermoacoustic effect can be made visible to the human eye. The result is an optical / acoustic combination feature, wherein upon application of a suitable alternating voltage or an alternating field, a characteristic vibration signal and when applying a DC voltage, a color change is produced.

Das erfindungsgemäße Sicherheitselement eignet sich auch für eine maschinelle Verarbeitung. Speziell hierfür können auch Frequenzen der abgestrahlten Schwingungsenergie außerhalb des hörbaren bzw. wahrnehmbaren Frequenzbereichs verwendet werden, die durch Sensoren detektierbar sind.The security element according to the invention is also suitable for machine processing. Specially for this purpose, frequencies of the radiated vibration energy outside of the audible or perceptible frequency range can be used, which are detectable by sensors.

Sicherheitsdokumente im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gutscheine, Schecks, hochwertige Eintrittskarten, aber auch andere fälschungsgefährdete Papiere, wie Pässe oder sonstige Ausweisdokumente, und auch kartenförmige Datenträger, insbesondere Chipkarten, sowie Produktsicherungselemente, wie Etiketten, Siegel, Verpackungen und dergleichen. Der Begriff ”Sicherheitsdokument” umfasst auch nicht umlauffähige Vorstufen solcher Datenträger, die beispielsweise im Fall von Sicherheitspapier in quasi endloser Form vorliegen und zu einem späteren Zeitpunkt weiterverarbeitet werden.Security documents within the meaning of the present invention are in particular banknotes, stocks, bonds, certificates, vouchers, checks, high-quality admission tickets, but also other papers which are subject to forgery such as passports or other identification documents, and also card-shaped documents Data carriers, in particular chip cards, as well as product security elements, such as labels, seals, packaging and the like. The term "security document" also includes non-executable precursors of such data carriers which, for example in the case of security paper, are present in virtually endless form and are processed further at a later time.

Anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele und den ergänzenden Figuren werden die Vorteile der Erfindung erläutert. Die Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, auf die jedoch die Erfindung in keinerlei Weise beschränkt sein soll. Des Weiteren sind die Darstellungen in den Figuren des besseren Verständnisses wegen stark schematisiert und spiegeln nicht die realen Gegebenheiten wider. Insbesondere entsprechen die in den Figuren gezeigten Proportionen nicht den in der Realität vorliegenden Verhältnissen und dienen ausschließlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit. Des Weiteren sind die in den folgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Ausführungsformen der besseren Verständlichkeit wegen auf die wesentlichen Kerninformationen reduziert. Bei der praktischen Umsetzung können wesentlich komplexere Muster oder Bilder zur Anwendung kommen.Reference to the following embodiments and the additional figures, the advantages of the invention will be explained. The embodiments represent preferred embodiments, to which, however, the invention should not be limited in any way. Furthermore, the representations in the figures of better understanding are highly schematized and do not reflect the realities. In particular, the proportions shown in the figures do not correspond to the conditions present in reality and serve exclusively to improve the clarity. Furthermore, the embodiments described in the following exemplary embodiments are reduced to the essential core information for the sake of clarity. In the practical implementation much more complex patterns or images can be used.

Im Einzelnen zeigen die Figuren schematisch ein Sicherheitsdokument mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmal und hierbei inIn detail, the figures show schematically a security document with a security feature according to the invention and in this case

1 bei direkter Einkopplung elektrischer Energie mittels galvanischer Kontaktierung, 1 with direct coupling of electrical energy by means of galvanic contacting,

2 bei Einkopplung elektrischer Energie mittels galvanischer Kontaktierung über gedruckte leitfähige Schichten, wobei die Kontaktierung innerhalb einer Verifikationsvorrichtung stattfindet, während die Erzeugung von Schwingungsenergie außerhalb der Verifikationsvorrichtung stattfindet, 2 when electrical energy is coupled in by means of galvanic contacting via printed conductive layers, the contacting taking place within a verification device while the generation of vibrational energy takes place outside the verification device,

3 bei berührungsloser Einkopplung von Schwingungssignalen in das Sicherheitsmerkmal. 3 for non-contact coupling of vibration signals in the security feature.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherheitsmerkmal in Form eines thermoakustischen Schwingungserregers 2 auf einer Banknote 1. Elektrische Energie wird in den thermoakustischen Schwingungserreger 2 direkt mittels galvanischer Kontaktierung über eine elektrische Zuleitung 4 und eine elektrische Ableitung 5 eingekoppelt. Ist der thermoakustische Schwingungserreger 2 als Carbonnanotube(CNT)- oder Carbonnanotube-Dünnfilm-Lautsprecher ausgeführt, kann er zur Überprüfung der Echtheit an zwei oder mehreren Stellen direkt elektrisch kontaktiert werden, da die CNT-Schicht, die den Carbonnanotube(CNT)- oder Carbonnanotube-Dünnfilm-Lautsprecher bildet, selbst elektrisch leitend ist. Dies kann z. B. durch Klemmen oder Rollen geschehen, die leitfähig ausgeführt sind und mit einem Frequenzgenerator 3 verbunden sind. 1 shows a security feature according to the invention in the form of a thermoacoustic vibration exciter 2 on a banknote 1 , Electrical energy is turned into the thermoacoustic vibrator 2 directly by galvanic contacting via an electrical supply line 4 and an electrical drain 5 coupled. Is the thermoacoustic vibration exciter 2 Carried out as a carbon nanotube (CNT) or carbon nanotube thin film speaker, it can be directly electrically contacted at two or more locations to verify authenticity since the CNT layer forming the carbon nanotube (CNT) or carbon nanotube thin film speaker , itself is electrically conductive. This can be z. B. done by clamping or rolling, which are designed to be conductive and with a frequency generator 3 are connected.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherheitsmerkmal in Form eines thermoakustischen Schwingungserregers 2 auf einer Banknote 1 bei Einkopplung elektrischer Energie mittels galvanischer Kontaktierung über eine Zu- und Ableitung 6, 7 in Form von zwei gedruckten leitfähigen Schichten. Hierbei findet die Kontaktierung innerhalb einer Verifikationsvorrichtung 8 statt, während die Erzeugung von Schwingungssignalen in einem Frequenzgenerator 3 stattfindet, der mit der Verifikationseinrichtung 8 über jeweils eine elektrische Zu- und Ableitung 9 verbunden ist. Die gedruckten leitfähigen Schichten können hierbei aus leitfähigen Druckfarben, z. B. auf Metall-(Silber etc.) oder Polymerbasis (Polyanilin, Polythiophen etc.) bestehen oder aus Hybridmaterialien wie beispielsweise Komposite aus leitfähigen Polymeren und anorganischen Materialien. 2 shows a security feature according to the invention in the form of a thermoacoustic vibration exciter 2 on a banknote 1 when coupling electrical energy by means of galvanic contacting via an inlet and outlet 6 . 7 in the form of two printed conductive layers. Here, the contacting takes place within a verification device 8th instead, while generating vibration signals in a frequency generator 3 takes place with the verification device 8th via an electrical supply and discharge 9 connected is. The printed conductive layers can be made of conductive inks, z. For example, on metal (silver, etc.) or polymer base (polyaniline, polythiophene, etc.) or from hybrid materials such as composites of conductive polymers and inorganic materials.

3 zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherheitsmerkmal in Form eines thermoakustischen Schwingungserregers 2 auf einer Banknote 1 bei berührungsloser Einkopplung der Schwingungssignale in das Sicherheitsmerkmal. Dazu strahlt ein externer Sender 11 ein elektromagnetisches Signal geeigneter Frequenz und Stärke aus. Ein Empfänger 10, der beispielsweise als gedruckte Antenne ausgeführt sein kann und auf oder in dem Sicherheitsdokument angeordnet ist, nimmt die Schwingungssignale auf und leitet sie zu dem thermoakustischen Schwingungserreger 2 weiter, der daraufhin die elektromagnetischen Schwingungen in hörbare bzw. wahrnehmbare Signale umwandelt. 3 shows a security feature according to the invention in the form of a thermoacoustic vibration exciter 2 on a banknote 1 for non-contact coupling of the vibration signals in the security feature. In addition an external transmitter radiates 11 an electromagnetic signal of suitable frequency and strength. A receiver 10 , which may for example be embodied as a printed antenna and is arranged on or in the security document, picks up the vibration signals and passes them to the thermoacoustic vibration exciter 2 which then converts the electromagnetic oscillations into audible or perceptible signals.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Banknotebill
22
thermoakustischer Schwingungserregerthermoacoustic vibration exciter
33
Frequenzgeneratorfrequency generator
44
elektrische ZuleitungElectrical supply
55
elektrische Ableitungelectrical discharge
6, 76, 7
elektrische Zuleitung oder Ableitungelectrical supply or discharge
88th
Verifikationsvorrichtungverification device
99
elektrische Zuleitung oder Ableitungelectrical supply or discharge
1010
Empfängerreceiver
1111
Sendertransmitter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2004/090800 A2 [0003] WO 2004/090800 A2 [0003]
  • DE 10243653 A9 [0018] DE 10243653 A9 [0018]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Preece, 1879–1880, Braun et. al. 1898 [0009] Preece, 1879-1880, Braun et. al. 1898 [0009]
  • L. Xiao et al., ”Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers, Nano Letters, vol. 8, no. 12, 2008, pp. 4539–4545 [0013] L. Xiao et al., "Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers, Nano Letters, vol. 8, no. 12, 2008, pp. 4539-4545 [0013]

Claims (6)

Sicherheitselement zur Erhöhung des Fälschungsschutzes von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Wertpapieren, Ausweisen, Kreditkarten, Debit-Karten oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement aus mindestens einem thermoakustischen Schwingungserreger besteht, der auf das Sicherheitsdokument aufgebracht ist und bei Einkopplung von elektrischer Energie Schwingungsenergie abgibt.Security element for increasing the protection against counterfeiting of security documents, such as banknotes, securities, identity cards, credit cards, debit cards or the like, characterized in that the security element consists of at least one thermoacoustic vibration exciter, which is applied to the security document and emits vibration energy when coupled in electrical energy , Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Schwingungserreger mit einem elektrischen Schaltkreis verbunden ist, der auf dem Sicherheitsdokument aufgebracht ist.A security element according to claim 1, characterized in that the thermoacoustic vibration exciter is connected to an electrical circuit which is applied to the security document. Sicherheitselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis mindestens aus einem Empfänger für elektromagnetische Energie besteht, wobei der Empfänger bei Einstrahlung von elektromagnetischer Energie, die durch einen externen Sender erzeugt wird, elektrische Energie an den thermoakustischen Schwingungserreger abgibt und dieser Schwingungsenergie abgibt.A security element according to claim 2, characterized in that the electrical circuit consists of at least one receiver for electromagnetic energy, wherein the receiver emits electrical energy to the thermoacoustic vibration exciter upon irradiation of electromagnetic energy, which is generated by an external transmitter and emits this vibration energy. Sicherheitselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis mindestens aus einer Quelle für elektrische Energie und einem Schalter besteht, wobei bei Betätigung des Schalters die Quelle für elektrische Energie mit dem thermoakustischen Schwingungserreger verbunden wird und dieser Schwingungsenergie abgibt.Safety element according to claim 2, characterized in that the electrical circuit consists of at least one source of electrical energy and a switch, wherein upon actuation of the switch, the source of electrical energy is connected to the thermoacoustic vibration exciter and this emits vibration energy. Sicherheitselement nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Schwingungserreger Schwingungsenergie in Form von Luftschall und/oder Körperschall abgibt.Security element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thermoacoustic vibration generator emits vibration energy in the form of airborne sound and / or structure-borne noise. Sicherheitselement nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Schwingungserreger ein Carbonnanotube(CNT)-Lautsprecher, bevorzugt ein Carbonnanotube-Dünnfilm-Lautsprecher ist.A security element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thermoacoustic vibration exciter is a carbon nanotube (CNT) speaker, preferably a carbon nanotube thin-film loudspeaker.
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Citations (2)

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WO2004090800A2 (en) 2003-04-14 2004-10-21 Giesecke & Devrient Gmbh Contactless data carrier
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