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Vorrichtung zur Behandlung von Bahnen
Bei Maschinen zur Bearbeitung und Herstellung von Papierbahnen sowie bei Gewebeschrumpfma- schinen und ähnlichen Maschinen sind endlose umlaufende Tücher vorgesehen, die mit einem hohen
Druck, der möglichst gleichmässig über die ganze Breite des Lauftuches verteiltsein soll, an eine Walze angedrückt werden müssen. Bisher wird zur Ausübung dieses Druckes auf das Lauftuch eine Druckwalze verwendet, deren Umdrehungsgeschwindigkeit im wesentlichen der Geschwindigkeit, mit der sich das
Lauftuchbewegt, entspricht. DieDruckwalze ruht dabei mit ihren Enden in beweglichen Lagern, auf wel- che der zum Anpressen der Walze an das Lsuftuch erforderliche Druck einwirkt.
Bei dieser Konstruktion treten mit zunehmender Breite des Lauftuches immer grössere Schwierigkeiten auf. Der auf die Walze auszuübende Gesamtdruck wächst nämlich proportional mit der Breite des Lauf- tuches. Gleichzeitig wird aber auch der Abstand zwischen den beiden Lagern der Walze entsprechend grösser, woraus sich eine stärkere Durchbiegung der Walze und damit eine unerwünschte ungleichmässige
Druckverteilung in der Querrichtung des Lauftuches ergeben.
Man hat diesem Nachteil durch Vergrösserung des Durchmessers und damit des Biegungswiderstandes der Walze zu begegnen versucht. Mit einer Vergrösserung des Durchmessers der Andrückwalze steigt aber auch der zum Zusammendrücken des Lauf tuches um ein bestimmtes Mass erforderliche Gesamtdruck, u. zw. in manchen Fällen rascher, als die Steifigkeit der Walze durch die Vergrösserung des Durchmessers zunimmt, so dass der erforderliche, gleichmässige Anpressdruck auf diese Weise nicht erzielt werden kann.
Diese Lösung ist aber auch deshalb unbefriedigend, weil sie die Grösse und das Gewicht der Einrichtung beträchtlich vermehrt und unter Umständen auch andern Erfordernissen zuwider läuft. Ferner muss der erforderliche Gesamtdruck über die beiden, an den Enden der Walze angeordneten Lager übertragen werden, wodurch diese in unerwünschtem Masse beansprucht werden.
Eine andere, bekannte Massnahme zur Lösung des Problems besteht darin, die Andrückwalze in kurzen Abständen mit Leerlaufrollen abzustützen. Sobald jedoch die Leerlaufrollen nicht einen ebenso grossen Durchmesser haben wie die Andrückwalze, müssen sie mit einer höheren Drehzahl laufen als diese. Dies erschwert die Ausbildung geeigneter Lager für die Leerlaufrollen und kann dazu führen, dass die gesamte Einrichtung mit einer kleineren Geschwindigkeit betrieben werden muss, wodurch die Leistung der Maschine geringer wird. Ausserdem verändern die Leerlaufwalzen an ihren Berührungsstellen mit der Andrückwalze deren Oberflächenbeschaffenheit infolge ungleichmässiger Abnutzung derselben.
Bei grossen Spannweiten muss eine entsprechend grosse Anzahl von Leerlaufrollen mit besonderen Steuerungen vorgesehen sein, um einen gleichmässigen Druck über der ganzen Länge der Andrückwalze zu erzielen. Bedienung und Wartung werden dadurch ebenfalls umständlich.
Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung zur Behandlung von Bahnen mit einem metallischen, trommelförmigen Spaltbegrenzungsorgan, einem über ein Segment desselben laufenden elastischen Tuch und Einrichtungen zur Zuführung einer zu behandelnden Bahn zu dem Tuch sowie einem Andrückorgan, welches Andrückvorrichtungen aufweist, die dieses gegen die Unterseite des laufenden Tuches und damit die andere Seite des Tuches, welche die Bahn trägt, gegen das trommelförmige Spaltbegrenzungsorgan drücken.
Diese Vorrichtung ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung der Reibung zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Tuches und des Andrückorgans das letztere starr gebildet ist und eine vollkommen glatte, einen minimalen Reibungswiderstand ergebende Oberfläche, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder aus poliertem Chrom, aufweist, welche in Verbindung mit einem
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in seinem Aussehen, seiner Oberflächenglätte und Güte beeinträchtigt ist.
Durch die Erfindung wird die Ausübung eines in seiner Grösse veränderlichen, aber über die ganze
Breite des Lauftuches völlig gleichmässig verteilten Druckes am Schrumpfspalt beispielsweise einer Papier- maschine, wie sie in der USA-Patentschrift Nr. 2,624, 245 beschrieben ist, ermöglicht. Es kann daher mit der Erfindung in einem grossen Bereich ein einheitlicher Venturieffekt gewünschter Stärke erzielt wer- den.
Um bei der Erzeugung von dehnbarem Papier nach der genannten Patentschrift ein Kreppen der Pa- pierbahn zu verhindern, hat es sich gezeigt, dass auf das Gummituch am Schrumpfspalt Drucke in der Grössenordnung von 26 bis 36 kg/cmt auzuüben sind. Darüber hinaus sind aber, um verschiedene
Schrumpfwerte durch Veränderung des Venturieffektes zu erhalten, Drücke bis zu 90 kg/cm erforderlich.
Solche Drücke lassen sich mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, ohne die angegebenen Nachteile ei- ner rotierenden Andrückwalze in Kauf nehmen zu müssen, ohne weiteres erreichen.
Um noch günstigere Verhältnisse, insbesondere hinsichtlich der Reibung, zu erzielen, kann gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung an der Oberfläche des Andrückorgans ein Überzug aus Polytetrafluoräthylen (Markenname "Teflon der Firma Du Pont) vorgesehen sein.
Ferner kann nach einer weiteren, vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung das Andrückorgan einen mit Löchern versehenen Hohlzylinder sowie eine Verbindungsleitung zu einer Schmiermittelquelle auf- weisen, und es kann ein die Reibung verhinderndes Schmiermittel unter Druck durch die Löcher gegen das
Tuch geführt werden, wobei als Schmiermittel entweder Druckluft oder auch Wasser oder Öl verwendet werden kann.
Das Schmiermittel darf das Tuch natürlich nicht angreifen. Wenn das Tuch aus natürlichem oder künstlichem Gummi besteht, kann ein Siliconöl als Schmiermittel verwendet werden. Bei zweckmässiger
Schmierung tritt tatsächlich keine Berührung zwischen dem Gummituch und der Andrückwalze, sondern nur zwischen dem Tuch und dem Schmierfilm und zwischen diesem und dem Andrückorgan ein. Es ist je- doch von Vorteil, wenn der Schmiermittelbedarf auf ein Mindestmass reduziert bleibt, da sonst bei einem
Ausbleiben des Schmiermittels ein Abreissen des Tuches von der Trommel oder andere Schäden auftreten könnten. Die Erfindung befasst sich mit statischen und dynamischen Bedingungen, sowie mit dem Übergang vom statischen in den dynamischen Zustand. Die Frage der Schmierung muss natürlich sowohl auf den statischen als auch auf den dynamischen Zustand abgestimmt werden.
Ein weiteres. vorzugsweises Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Krümmungsradius des gegen das Tuch drückenden Oberflächenteiles des Andrückorgans, welches zur Vergrösserung seiner Festigkeit in Druckrichtung einen Versteifungsbalken aufweist, wesentlich kleiner als der Radius der Trommel ist. Dadurch wird ein besonderer Vorteil des nicht umlaufenden Andrückbalkens erzielt, da er ohne seine Abmessungen in der Arbeitsrichtung der Maschine, d. h. in Bewegungsrichtung des Lauftuches vergrössern zu müssen, sehr steif in der Druckrichtung ausgebildet werden kann. Das bedeutet, dass bei einem gegebenen Gesamtdruck eine viel stärkere örtliche Verformung des Tuches und damit ein ausgeprägterer Venturieffekt erzielt werden kann, als sich mit einer zylindrischen, umlaufenden Walze der erforderlichen Steifigkeit überhaupt erreichen liesse.
Umgekehrt kann aber auch ein vorgeschriebener Venturieffekt und damit ein vorgeschriebener Kreppwiderstand mit der erfindungsgemässen Vorrichtung durch einen viel niedrigeren Gesamtdruck als bei Verwendung einer umlaufenden Andrückwalze erreicht werden.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Vorrichtung an Hand von Ausführungsbeispielen für den Zweck der Papierbearbeitung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. l, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 3 in grösserem Massstab das Andrückorgan mit dem Tuch und der Trommel in Seitenansicht mit teilweisem Schnitt, Fig. 4 in ähnlicher Darstellung eine andere Ausführungsform des Andrückorgans, Fig. 5 eine andere Art der Druckeinwirkung auf das Andrückorgan, in Seitenansicht, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5, in Pfeilrichtung gesehen, und Fig. 7 in grösserem Massstab die Enden des Andrückorgans nach Fig. 1 in Seitenansicht mit teilweisem Schnitt.
Die Schrumpfvorrichtung braucht nicht an der Maschinezur Papierherstellungangebracht werden, sondern kann auch als Vorrichtung zum Schrumpfen einer erneut angefeuchteten, fertigen Bahn, also zur weiteren Bearbeitung derselben, ausgebildet sein. Im vorliegenden Falle ist sie ein Teil einer Papiermaschine, in der sie in der Trockenpartie nach den Pressen angeordnet ist.
Die feuchte Papierbahn P (Fig. 1) wird von einem Einzugswalzenpaar 12 über eine leerlaufende Führungsrolle 14 der Schrumpfeinrichtung 10 mit einer Geschwindigkeit zugeführt, die der Einzugsgeschwindigkeit der Schrumpfeinrichtung entspricht.
Wie in der USA-Patentschrift Nr. 2,624, 285 beschrieben ist, weist die Schrumpfeinrichtung ein star-
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res Spaltbegrenzungsorgan auf, das hier aus einer dampfgeheizten Trommel 16 von beträchtlichem Durchmesser, z. B. 122 cm, besteht. Die Trommel ist zweckmässig verchromt und poliert, kann jedoch auch andere. geeignete Oberflächenhaben. Sie ist starr gebaut und ihre Antriebswelle 17 ist in kräftigen Rollenlagern gelagert. Zur steifen, unnachgiebigen Ausbildung der Trommel können beliebige Mittel dienen.
Auf drei Führungsrollen 20,22 und 24 ist ein elastisches Gummituch 18 gelagert, das zweckmässig etwa 25 mm stark ist und eine Shorehärte von ungefähr 55 hat. Ein Trum dieses Tuches, das gewünschtenfalls mit einer nicht dehnbaren Verstärkung aus Cordgewebe versehen sein kann, wandert über ein Segment der Trommel 16. Die beschriebenen, drehbaren Teile sind alle in starren Gestellseitenteilen 26 und 28 (Fig. 2) gelagert, die ausserhalb der seitlichen Begrenzungen der Papierbahn P und des Tuches 18 angeordnet sind.
Querdurchdie Vorrichtung erstreckt sich eine an den Enden gelagerte, steife Andrückleiste 30 im wesentlichen über die ganze Länge der Trommel 16. Die Andrückleiste besteht aus einem dickwandigen, hohlen Metallzylinder 34 und einem steifen Balken 36. Beide Teile bestehen zweckmässig aus rostfreiem Stahl oder einer Stahilegierung und haben hohe Festigkeit und Steifheit. Der Zylinder hat nur einen kleinen Durchmesser, beispielsweise von etwa 152 mm, doch ist die Gesamttiefe des ganzen Andrückorgans ein Vielfaches davon. Der Zylinder 34 ist so angeordnet, dass er an der Rückseite des Tuches 18 angreift und die Vorderseite des Tuches fest gegen die Trommel 16 drückt, so dass ein durchgehend gleich breiter SpaltfürdiePapierbahn P gebildet wird. Dies ist der Schrumpfspalt, in dem die Verdichtung der Bahn erfolgt.
Zur Ausübung eines gleichmässig verteilten Druckes auf die Andrückleiste 30 und zur ebenfalls gleichmässigen Übertragung desselben auf das Tuch 18 und über dieses auf die Papierbahn P und die Trommel 16 ist in nachstehender Weise vorgesorgt.
Der Druck auf das Tuch wird dadurch erzielt, dass die Enden des Balkens 36 belastet werden. Die Leiste 30 ist so ausgebildet, dass sie die Belastung ohne Durchbiegung gleichmässig überträgt.
Zur Ausbildung einer Kraft auf die Leiste 30 sind an dieser Verbindungsstücke 32 befestigt, die je einen Teil von einem oder mehreren Paaren hydraulischer oder pneumatischer Vorrichtungen 38 bilden. Jede solche. Vorrichtung weist einen an einer Kolbenstange 44 befestigten Kolben 40 auf, der in einem ortsfesten Gehäuse 42 durch hydraulischen oder pneumatischen Druck betätigt werden kann. Die Vorrichtungen 38 sind mit Konsolen an den Gestellseitenteilen 26 und 28 befestigt. Der Kolben wird über eine Leitung 46 mit einem hydraulischen oder pneumatischen Druckmittel beaufschlagt.
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dem vorherbestimmten Wert gehalten werden können, wozu eine zuverlässige hydraulische oder pneumatische Druckquelle in an sich bekannter Art vorgesehen ist.
Zur Herabsetzung der Reibung zwischen dem Tuch 18 und der Leiste 30 auf ein Mindestmass ist die Oberfläche des Zylinders 34 wenigstens an dem am Tuch angreifenden Teil mit Chrom, Polytetrafluoräthylen oder einem andern geeigneten Stoff überzogen.
Eine weitere Massnahme zur Herabsetzung der Reibung besteht in der Zuführung von Schmiermittel zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen des Tuches i8 und der Leiste 30. Zu diesem Zweck hat die vom Tuch 18 abgedeckte Wandung des Zylinders 34 Löcher 74, die Schmiermittel vom Inneren des Zylinders unmittelbar abgeben können. Das Schmiermittel kann aus Luft oder einer geeigneten Flüssigkeit bestehen. Wenn das Tuch aus natürlichem Gummi besteht, soll das Schmiermittel aus Luft, Wasser oder aus einem natürlichen Gummi nicht angreifenden Öl. z. B. einem Siliconöl, bestehen. Wenn das Tuch aus einem synthetischen Gummi besteht, der von Ölen auf Erdölgrundlage nicht angegriffen wird, kann auch ein billigeres. Öl auf Erdölbasis verwendet werden.
Die Löcher 74 sind längs der dem Tuch 18 gegenüberliegenden Seite des Zylinders 34 gleichmässig verteilt. Ihre Abstände und Anordnung werden durch die Spannungsverteilung in dem zusammengedrückten Teil des Gummibandes bestimmt. Die Form der Löcher bzw. des Querschnittes dieser Kanäle muss so gewählt werden, dass nur eine minimale Strömung des aus dem Schmiermittel bestehenden Oberflächenfilms eintritt. Schlitze oder grosse Löcher würden den Oberflächenfilm zerstören und die Schmierwirkung herabsetzen.
Der Schmiermitteldruck ist insbesondere im Bereich der End- oder Randkanäle 74 nicht in allen Rich- tungen gleich und nimmt dort selbst gegen die Ränder des Tuches hin rasch ab, so dass ein Reiben des Tuches an den Rändern stattfindet.
Bei breiten Vorrichtungen, die im Verhältnis zur Gesamtzahl der Kanäle nur wenige Randkanäleauf- weisen, tritt diese Erscheinung in geringerem Masse auf. Bei schmalen Vorrichtungen mit einer verhältnismässig grossen Anzahl von Randkanälen kann die Form der Enden des Zylinders 34 so abgeändert wer-
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den, dass an den Rändern des Tuches ein gleichmässiger Druck im Film aufrechterhalten wird. Dies kann z. B. durch kugelige Ausbildung der Enden des Zylinders 34c geschehen (Fig. 7).
Die Schmierflüssigkeit kann von einem Behälter 76 durch eine Pumpe 80 über eine Leitung 78 in eine Leitung 82 gefördert werden, der ein übliches, von Hand zu betätigendes Regelventil 84 zugeordnet ist, mit dem der Druck des Schmiermittels in der Leitung 82 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Das Ventil 84 ist in einer zum Behälter 76 zurückführenden Rücklaufleitung 82x angeordnet. Die an den Hohlzylinder 34 angeschlossene Leitung 82 gibt Schmiermittel unter geregeltem Druck in das Innere desselben ab. Das Schmiermittel kann den Enden des Zylinders oder, wenn dieser in einzelne Räume unterteilt ist, diesen durch Abzweigleitungen gesondert zugeführt werden.
Das Regelventil 84 wird zweckmässig so eingestellt, dass es einen Schmiermitteldruck aufrechterhält, dessen örtliche Verteilung der Höhe nach der Spannungsverteilung in dem zusammengedrückten Teil des Gummibandes entspricht. Wenn Luft als Schmiermittel verwendet wird, kann der Behälter 76 entfallen und an Stelle einer hydraulischen Pumpe eine Luftpumpe verwendet werden.
Das System zur Zuführung der Druckflüssigkeit zu den Vorrichtungen 38 kann ähnlich wie das vorstehend beschriebene System zur geregelten Zuführung des Schmiermittels ausgebildet sein.
Das Venturiprinzip ist an Hand der Fig. 3 ohne weiteres verständlich. Wenn das Tuch gleichförmig ist und die Breite des Zwischenraumes zwischen der Leiste 30 und der Trommel 16 z. B. drei Viertel der Normaldicke des unverformten Tuches beträgt, muss das Tuch mit vier Dritteln der Normalgeschwindigkeit seiner an der Bahn angreifenden Fläche durch die Verengung wandern. Die höhere Geschwindigkeit ist die Einzugsgeschwindigkeit der Bahn bzw. die Geschwindigkeit, mit der die Bahn von den Einzugswalzen 12 zwecks Schrumpfung zugeführt wird. Die niedrige Geschwindigkeit ist im wesentlichen die Geschwindigkeit, mit der die Bahn nach ihrer Verdichtung wandert.
In diesem angenommenen Fall würde die Bahn um 251o geschrumpft werden und bei Verhinderung einer unbeabsichtigten oder absichtlichen Nachstreckung der feuchten Bahn eine elastische Dehnbarkeit von 33 lao haben. Die Dehnbarkeit ist grösser, als in den meisten Fällen tatsächlich erforderlich ist. Sie stellt jedoch nicht die Grenze dessen dar, was praktisch in einem einzigen Durchgang erzielt werden kann, wenn eine grössere Verdichtung und eine höhere Dehnbarkeit erwünscht sind. Da der Druck von der Druckleiste 30 ganz gleichmässig ausgeübt wird, kann der Venturieffekt zur Steuerung des Schrumpfmasses ausgenutzt werden.
Infolge der Konzentration des Druckes auf eine kleine Fläche kann der Venturieffekt dazu verwendet werden, gewünschten- falls in einem einzigen Durchgang ein hohes Schrumpfmass zu erzielen.
Es ist nicht wichtig, dass der tatsächlich an dem Tuch angreifende Teil der Andrückleiste vollkommen zylindrisch ist. In Fig. 4 ist eine mit dem Tuch 18a und einer polierten, verchromten Trommel 16a zu- sammenwirkende Andrückleiste 30a gezeigt. An Stelle des Zylinders 34 ist als einziger Unterschied ge- genüber Fig. lein Zylindersegment 34a vorgesehen, weshalb die Bezugszeichen entsprechender Teile mit dem Index a versehen sind.
Es ist nicht wesentlich, dass die an dem Tuch angreifende Fläche der Leiste 34a zylindrisch ausgebildet ist. Sie kann z. B. einen elliptischen Querschnitt haben oder in anderer Weise abgeändert werden.
Es ist jedoch wesentlich, dass alle das Tuch berührenden Flächen abgerundet sind, weil eine störenie Bremswirkung eintreten würde, wenn sich das Tuch um scharfe Kanten herumbewegen müsste. In diesem Fall würden der Korper und die Aussenfläche des Tuches an Knickstellen übermässig stark gestreckt werden.
In den Fig. 5 und 6 ist der allgemeine Aufbau derselbe wie in den Fig. 1 - 3, doch ist die Vorrichtung zur Ausübung des Druckes abgeändert. Die Bezugszeichen entsprechender Teile sind mit dem Index ) versehen.
Ein Balken 36b ist mit seinen Enden an den ihn tragenden Gestellseitenteilen 26b und 28b befestigt.
Er bildet kein Ganzes mit dem Zylinder 34b, sondern dient als Träger desselben, wobei Organe zur Re- gelung der Druckverteilung längs des Zylinders und zur Regelung des ausgeübten Gesamtdruckes zwischengeschaltet sind. An dem Balken 36b ist eine Reihe von zweckmässig gleichartigen Hebeln 90 in gleichen Abständen gelagert, die mittels Platten 92 z. B. durch Schweissung mit dem Zylinder 34b verbunden
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Gehäuse 96 hineinragt und mit einer im Gehäuse angeordneten Druckmembran 98 starr verbunden ist. redes Gehäuse 96 ist auf einer Konsole des Balkens 36b befestigt und wird von seiner Membran 98 in eine Druckkammer 102 und eine Kammer 103 geteilt, die zur Atmosphäre hin offen sein kann.
Ein Drucknedium wird unter geregeltem Druck einer Hauptleitung 46b zugeführt und über je eine Zweigleitung L04 auf die verschiedenen Kammern 102 verteilt. Jede dieser Zweigleitungen ist mit einem von Hand eintellbaren Regelventil 106 versehen, mit dem in der zugeordneten Kammer ein gewünschter Druck auf-
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rechterhalten werden kann, der den Druckerfordernissen des von dieser Kammer gesteuerten Teiles des
Zylinders 34b entspricht.
Mit einer Anordnung dieser Art kann eine gleichmässigere Wirkung auf die Papierbahn vom einen Rand zum andern derselben erzielt werden, als es sonst möglich wäre. Es ist nicht nur möglich, über den Zylin- dereinen vom einen zum andern Ende desselben gleichförmigen Druck auszuüben, sondern der Druck kann je nach den Erfordernissen örtlich geändert werden. Auf diese Weise können entlang des Zylinders 34b auftretende Unterschiede in der Tendenz zum Durchbiegen des Zylinders 34b, Unterschiede in der Wir- kung des Tuches 18b in verschiedenen Abständen von seinen Rändern und andere veränderliche Einflüsse, einschliesslich Erzeugungsfehler in der Ware, ausgeglichen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Behandlung von Bahnen mit einem metallischen, trommelförmigen Spaltbe- grenzungsorgan, einem über ein Segment desselben laufenden elastischen Tuch und Einrichtungen zur
Zuführung einer zu behandelnden Bahn zu dem Tuch sowie einem Andrückorgan, welches Andrückvor- richtungen aufweist, die dieses gegen die Unterseite des laufenden Tuches und damit die andere Seite des -Tuches, welche die Bahn trägt, gegen das trommelförmige Spaltbegrenzungsorgan drücken, dadurch ge- kennzeichnet, dass zur Verhinderung der Reibung zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Tuches (18) und des Andrückorgans (30) das letztere starr ausgebildet ist und eine vollkommen glatte, einen minimalen Reibungswiderstand ergebende Oberfläche, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder aus polier- tem Chrom,
aufweist, welchein Verbindung mit einem zwischen den beiden Flächen vorgesehenen Schmiermittelfilm die Relativbewegung zwischen dem Tuch (18) und dem Andrückorgan (30) ermöglicht.