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Verfahren zur Herstellung eines kreppungsfreien, dehnbaren Papiers od. dgl. sowie Vorrichtung hiefür und nach diesem Verfahren hergestelltes kreppungsfreies, dehnbares Papier od. dgl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kreppungsfreien, dehnbaren Papieres od. dgl. mit einer über die primitive elastische Grenze des Papieres od. dgl. hinaus vergrösserten Dehnbarkeit, bei dem die Bahn in plastischem Zustand in ihrer Längsrichtung geführt und mechanisch durch Kräfte ge- schrumpft wird, die parallel zu den Bahnflächen wirken, wobei auf die Bahn senkrecht zu ihrer Fläche ein Druck ausgeübt wird. der das Kreppen des Papiers od. dgl. verhindert. Femer betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur
Herstellung eines kreppungsfreien, dehnbaren Papiers od. dgl. mittels des erfindungsgemässen Verfahrens so- wie ein kreppungsfreies, dehnbares Papier od. dgl., das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt ist.
Die Erfindung ist nicht auf streckbares Papier beschränkt ; da sie jedoch auf Grund von Versuchsarbei- ten auf diesem Gebiet entwickelt worden ist, wird sie hier unter Betonung der Behandlung von Papier zur beträchtlichen Erhöhung seiner Dehnbarkeit und Zähigkeit in jeder gewünschten Richtung oder in zwei ein- ander kreuzenden Richtungen, insbesondere von kreppungsfreiem, streckbarem Papier dargestellt und be- schrieben.
Der Ausdruck "kreppungsfrei" oder ein äquivalenter Ausdruck, der in der Beschreibung und den An- sprüchen im Zusammenhang mit Papier oder einem andern Bahnmaterial verwendet wird, soll ein Bahn- material mit relativ glatten, ebenen Flächen zum Unterschied von Papier bezeichnen, das den derzeit bekannten Verfahren des Kreppen, Knitterns, Fältelns oder Wellens unterworfen wurde.
Es sind bereits zahlreiche Mittel zur Herstellung von streckbarem Papier vorgeschlagen worden. Mit einer Ausnahme beinhalten jedoch alle diese Vorschläge, sofern sie sich als praktisch durchführbar erwiesen haben, einen Kreppvorgang. Durch Kreppen streckbar gemachtes Papier hat eine wenig oder überhaupt nicht erhöhte Zähigkeit und einen geringen Eigenwiderstand gegenüber dem Strecken. Da es uneben ist, eignet es sich im allgemeinen nicht zum Bedrucken und kann nur mit Schwierigkeiten überzogen werden.
Die eine vorstehend erwähnte Ausnahme ist das in der USA-Patentschrift Nr. 2,624, 245 beschriebene Verfahren und Produkt. Nach dieser Patentschrift wird eine Papierbahn von geeignetem Feuchtigkeitsgehalt einem Spalt zwischen einem wandernden Gummituch und einer umlaufenden, erhitzten, hochglanzpolierten Metalltrommel zugeführt, deren Achse zur Bewegungsrichtung des Tuches senkrecht steht. Das Schrumpfen der Tuchoberfläche im Spalt erzwingt eine Verdichtung und Schrumpfung des Papiers in der Maschinenrichtung, d. h. in der Längs-und Bewegungsrichtung der Bahn.
Das Tuch und die erhitzte Trommel halten die Bahn in dem Bereich, in dem die Schrumpfung erfolgt, ständig unter sehr beträchtlichem Druck, so dass eine ungekreppte Bahn erzeugt wird, die in der Maschinenrichtung so verdichtet und geschrumpft ist, dass sie ohne jedes Kreppen in beträchtlichem und befriedigtem Masse in der Maschinenrichtung streckbar ist.
Das streckbare Papier nach der USA-Patentschrift Nr. 2, 624. 245 ist ein fUr viele Zwecke brauchbares Produkt. Es hat auf beiden Seiten glatte, bedruckbare Flächen. Diese Flächen können überzogen werden, ohne dass dabei die Tendenz besteht, die dem Papier durch Verdichtung erteilte Streckbarkeit zu beseitigen. Dieses Papier erhält durch das Schrumpfen in der Maschinenrichtung jedoch nur eine geringe Streckbarkeit quer zur Maschinenrichtung, d. h. quer zur Bewegungsrichtung der Bahn und ist daher für Papier-
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Vorteilhafterweise sind die Druckstangen auf einem gemeinsamen Träger angeordnet, der zur Einstellung verschiedener Winkelstellungen der Druckstangen bezüglich der Bewegungsrichtung des Tuches innerhalb eines Bereiches drehbar bzw. schwenkbar ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im Betrieb einfach, zuverlässig und billig. Sie kann daher vorteilhaft auch dann zum Schrumpfen von Papier verwendet werden, wenn es nicht wichtig ist, ein Kreppen zu vermeiden, oder wenn ein Kreppen erwünscht ist.
Ferner hat es sich gezeigt, dass ein ausgezeichneter Glanzeffekt erzielt werden kann, wenn der Abstand zwischen den Stangen so eingestellt wird, dass eine Schrumpfung vermieden, das überzogene Papier aber in einem geeigneten feuchten oder plastischen Zustand in satter Berührung mit dem Tuch und der Glättstange gehalten wird. Der so erhaltene Glanzkalander ist in seiner Wirkung den besten vorhandenen Glanzkalandern vollkommen gleichwertig, deren Kosten jedoch die des erfindungsgemässen Glanzkalanders beträchtlich übersteigen.
Ferner kann die Vorrichtung mit Vorteil mit oder ohne Schrumpfung in einer Papiermaschine als Glättvorrichtung verwendet werden, da sich gezeigt hat, dass die Glättstange, um die eine nicht überzogene Papierbahn von dem Tuch geführt wird, dazu geeignet ist, die Fasern der zweckmässig feuchten Papierbahn herunterzudrücken und dieser eine sehr glatte Oberfläche zu geben.
Die neuartige Vorrichtung eignet sich auch zum Vorschrumpfen von Geweben, so dass diese beim Waschen nicht mehr eingehen, zum Schrumpfen von ungewebten textiltechnischen Flächengebilden, deren Fasern zweckmässig angefeuchtet oder auf andere Weise in einen plastischen Zustand versetzt werden können.
Das erfindungsgemässe kreppungsfreie, dehnbare Papier od. dgl., weist das Merkmal auf, dass sich die erhöhte Dehnbarkeit in einer oder mehreren Richtungen erstreckt, die gegen die Längsmittellinie der Bahn des Papiers od. dgl. in einem Winkel angeordnet ist bzw. sind.
Vorteilhafterweise verläuft die Richtung der erhöhten Dehnbarkeit schräg zur Längsmittellinie der Bahn.
Zweckmässigerweise weist die Papierbahn od. dgl. in mehreren, mit der Längsmittellinie der Bahn Winkel einschliessenden Richtungen erhöhte Dehnbarkeit auf.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnungen, in denen einige Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt sind.
In der Zeichnung ist die Erfindung in beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Es zeigen :
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Teil einer Vorrichtung anderer Ausführungsform, die Fig. 10 und 11 einen Teil einer Vorrichtung dritter Bauart im Schnitt und in Draufsicht, Fig. 12 einen Schnitt durch einevorrichtung, die gegenüber der in Fig. 10 dargestellten Bauart etwas abgeändert ist, Fig. 13 ein Kurvenbild der Streckeigenschaften einer Papierbahn, die nur ihre natürliche Streckbarkeit hat, die Fig. 14 - 17 Kurvenbilder erfindungsgemäss behandelten Papiers, die Fig. 18 und 19 in Draufsicht und Schnitt eine mehrteilige Einrichtung. Fig. 20 einen Längsvertikalschnitt durch eine zusammengesetzte Schrumpfeinrichtung und Fig. 21 schematisch die Wirkung der mehrteiligen Einrichtung nach Fig. 20 auf eine Papierbahn.
Die Vorrichtung 10 derFig. 1 - 6 kann zum Schrumpfen einer Papierbahn sowohl in der Längsrichtung, in der Querrrichtung als auch in einer dazwischenliegenden Richtung verwendet werden. Die gleichevorrichtung kann mit einer andern Einstellung als Glätteinrichtung oder Glanzkalander verwendet werden. Die Vorrichtung 10 ist gemäss Fig. l zum Schrumpfen einer Papierbahn schräg zur Bahn (quer zur Maschinenrichtung) eingestellt und wird zunächst im Zusammenhang mit dieser Verwendung beschrieben. Sie kann in einer Papiermaschine oder in einer eigenen Papierbehandlungsmaschine verwendet werden.
In beiden Fällen wird der Vorrichtung mit geeigneten Mitteln, beispielsweise einem Einzugswalzenpaar 14, Fig. 2, eine zweckmässig feuchte Papierbahn 12, die vorzugsweise einen Feuchtigkeitsgehalt von 25-45% auf Nassbasis hat, mit einer geregelten Geschwindigkeit, zugeführt, die sowohl eine beträchtliche Spannung in der Bahn. als auch einen zu beanstandenden Durchgang derselben vermeidet. Das Einzugswalzenpaar 14 kann als Teil einer vorhergehenden Papierherstellungsanlage oder als ein Teil einer selbsttätig gesteuerten Abwickel- und Zuführungseinrichtung angesehen werden.
Die Papierbahn 12 läuft um eine Führungsstange oder Führungswalze 16 herum zu einer Schrumpfpresse, die von einem angetriebenen, endlosen, verformbaren Gummituch 18 und einer nichtdrehbaren, feststehenden rohrförmigen Glättstange 20 gebildet wird. Das Tuch 18 umschlingt an seinen Enden Tragwalzen 22 und 24 und wird durch letztere angetrieben. Gegenüber dem Rohr 20 ist eine ortsfeste, nicht
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denen die hohle Stange 20 mittels Tragnaben 96 gelagert ist. Ein starrer Trag- und Versteifungsbalken 98 ist durch Nieten 100 starr mit dem Rohr 20 verbunden (Fig. 2 und 6), länger als dieses und ragt mit seinen
Enden in Schlitze 102 der Böcke 94. Sie ist durch Keile 104 gesichert und stützt sich auf Laschen 106, die mittels Schrauben 108 befestigt sind.
Das Rohr 20 wird mit Dampf geheizt. Der unter beträchtlichem Überdruck stehende Dampf wird über ein Dampfzuführungsrohr 110 eingeleitet, das sich axial durch eine der Naben 96 erstreckt. Das Konden- satrücklaufrohr 112 durchsetzt die andere Nabe 96 und ist innerhalb des Rohres 20 mit einem abwärtsgebo- genen Ende versehen, so dass das Kondensat durch den Dampfdruck aus dem Rohr 20 herausgedrückt wird bevor es sich in einer wesentlicher Menge ansammelt. Das Rücklaufrohr 112 ist mit einem üblichen ther- mostatischenabblasventil 113 versehen, das einen Luftaustritt gestattet, wenn nach einer Ruheperiode das erstemal Dampf eingelassen wird.
Durch das Erwärmen des Rohres 20 wird die Bahn erwärmt, so dass die Fixierung der Fasern in dem
Zustand, in den sie während des Schrumpfvorganges der Bahn versetzt werden, erleichtert wird.
Die hohleStange 26 wird ebenfalls von den Böcken 94 getragen, ist jedoch zum Rohr 20 hin und von ihm weg verstellbar. Das Rohr 26 ist durch Nieten 116 mit dem starren Abstützbalken 114 verbunden, der an seinen Enden von Stellschrauben 120 durchsetzte Schultern 118 aufweist. Jede Schraube umfasst mit
Kopf 122 und Bund 124 die Schulter, in der sie frei drehbar ist. Das gewindetragende Ende der Schrau- be ist in den Lagerbock 94 eingeschraubt, wodurch ein gewünschter Abstand des Rohres 26 vom Rohr 20 eingestellt werden kann.
Um dem Rohr 26 Wasser oder ein anderes geeignetes Schmiermittel zuführen zu können ist ein bieg- samer Wasserzuführungsschlauch 126 an ein Rohr 128 angeschlossen, das den Balken 114 durchsetzt und in das Innere der Hohlstange 26 mündet. Diese ist mit Bohrungen 130 versehen, die sich über jenen Bereich des Rohres verteilen, der vom Tuch 18 berührt wird, so dass zwischen diesem und dem Rohr stets ein Film von schmierend wirkendem Medium, wie Druckwasser, aufrechterhalten wird.
Da die Rohre 20 und 26 mit der Drehscheibe 92 verschwenkt werden können, ist bei verschiedenen
Einstellungen ein verschieden breiter Schmierfilm erforderlich. Daher erstrecken sich die Bohrungen 130 nahezu über die gesamte Rohrlänge und sind verstellbare Kolben 132 im Rohrinneren vorgesehen, die eine Regelung der Schmierfilmbreite gestatten.
Jeder Kolben 132 ist mit einem Dichtungsring 133 versehen, der nicht nur abdichtet, sondern auch den Kolben reibungsschlüssig an einer Drehung hindert. Für jeden Kolben 132 ist eine Stellschraube 134 vorgesehen, deren gewindeloser Teil die Stirnwand der Hohlstange 26 durchsetzt und sie mittels Bunden 136 axial festlegt. Durch Drehung der Schraube wird der Kolben 132 im Rohr 26 verschoben und der das Schmiermittel enthaltende Hohlraum des Rohres verlängert oder verkürzt und damit die Abgabe des Schmiermittels auf jene Zone des Rohres begrenzt, die vom Tuch 18 abgedeckt ist.
DieFührungswalze 16 wird ebenfalls von den Lagerböcken 94 der Drehscheibe 92 getragen und daher gemeinsam mit den Rohren 20 und 26 verschwenkt. Wenn die Bahn 12 der Schrumpfeinrichtung parallel zur Bewegungsrichtung des aktiven Trums des Tuches 18 zu- und in der gleichen Richtung von ihr weggeführt wird. wäre die ideale Anordnung die, die Parallelität der Walze 16 mit den Rohren 20 und 26 stän- dig aufrechtzuerhalten. Die verschiedenen Ausmasse und Richtungen der Schrumpfung erfordern jedoch eine Einstellbarkeit des Winkels zwischen der Walze 16 und den Rohren 20 und 26. Die Einzelheiten der Lagerung der Walze 16 sind am besten in Fig. 4 und 6 dargestellt.
Die Walze 16 sitzt drehfest auf einer Welle 138, die in kugeligen, in geteilten Lagern 142 schwenkbar angeordneten Lagerschalen 140 verschiebbar gelagert ist. Jedes Lager 142 ist in einem Schlitz 144 des Lagerbockes 94 geführt und mittels einer Stellschraube 146 verschiebbar, die eine das offene Ende des Schlitzes 144 abdeckende Lasche 148 durchsetzt und ein gewindeloses, genutetes Innenende aufweist, das sich in einer die beiden Teile des geteilten Lagers 142 mittels Schrauben 152 verbindenden Kappe 150 befindet. Ein in diese radial eingetriebener Zapfen 154 greift in die Nut der Schraube 146 ein und zwingt das Lager, an der Axialbewegung der Schraube teilzunehmen. Die Verstellung kann durch Betätigung einer oder beiderSchrauben 146 bewirkt werden, zu deren Sicherung in der eingestellten Lage Gegenmuttern 156 vorgesehen sind.
Oberhalb des Tuches 18 befindet sich ein Spritzrohr 158, um der Oberseite des Tuches eine kleine Menge Wasser zuzuführen. Ferner ist ein Zuführungsrohr 160 vorgesehen, das ein Schmiermittel, zweckmässig eine verdünnte wässerige Silikonlösung, auf jene Seite des Papiers spritzt, die in Berührung mit dem Rohr 20 kommt. Die Drehscheibe 92 ist in der Mitte mit einer Wanne 162 zum Auffangen überflüssigen Wassers und Schmiermittels versehen, das durch einen Ablaufschlauch 163 abgeführt wird.
DieDrehscheibe 92 ist durchWinkelkonsolen 166, die an ihren Flanschen 164 mittels Schrauben und
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von der Walze 20b gehalten, aber vom Stützlager 114b gegen diese gedrückt.
Auf einer Konsole 238 der Drehscheibe 92b ist ein Motor 236 angeordnet, auf dessen Abtriebswelle
240 ein Kettenrad 242 sitzt, das über eine Kette 244 ein Kettenrad 246 der Welle 230 antreibt, auf der ein Zahnrad 248 sitzt, das über ein Zwischenritzel 252 ein gleiches Zahnrad 250 der Welle 232 treibt.
Das Ritzel 252 bildet eine Einheit mit einem Stift 254, der von Lenkern 256 und 258 die schwenkbar auf den Wellen 230 bzw. 232 gelagert sind, gemeinsam und drehbar getragen wird. Die Länge der Lenker
256 und 258 ist so bemessen, dass das Ritzel 252 ständig mit den Zahnrädern 248 und 250 im Eingriff ist.
Wie durch den Pfeil angedeutet, wird die Walze 20b gleichsinnig mit der Bewegungsrichtungdes Tuches
18b, die Walze 26b dagegen in einem der Bewegungsrichtung des Tuches 18b entgegengesetzten Sinn angetrieben. Diese Bewegungsrichtung kann jedoch durch Umsteuerung des Motors 236 umgekehrt werden.
Die Walzen 20b und 26b werden stets mit geringer Geschwindigkeit, beispielsweise einer Umfangs- geschwindigkeit in der Grössenordnung von 30,0 m/min angetrieben, während der Papiervorschub eine
Grössenordnung von 450 m/min hat. Der Umlauf der Walzen bezweckt vor allem eine Unterstützung des
Spurhalten, eine gleichmässigere Abnützung der Walzen und die Verhinderung eines Ansammelns von i Lurch auf der Walze 20. Wenn die Walzen schräg zur Bewegungsrichtung des Tuches 18b angeordnet sind und eine von ihnen angetrieben wird, ist es sehr wichtig, dass die andere in derselben Drehrichtung und mit derselben Umfangs geschwindigkeit angetrieben wird, weil die Stangen dadurch eine die seitliche Ver- schiebung des Tuches ausgleichende Wirkung haben.
Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform die weitgehend der Vorrichtung nach den Fig. 1 - 6 entspricht, nur dass die Stange 26c gegenüber der Stange 20c aussen eine konkave Fläche 260 aufweist, die zweckmässig konzentrisch mit der ihr gegenüberliegenden Fläche der Stange 20c ist.
Der beschriebenen Vorrichtung entsprechende Teile sind unter Nachsetzung des Buchstabens"c"mit entsprechenden Bezugszeichen versehen und werden nicht ausführlich beschrieben. Diese Anordnung be- sitzt einen grösseren Bereich der stärksten Verengung und daher der höchsten Gummigeschwindigkeit. Hier wird ferner gezeigt, dass die Stangen nicht zylindrisch zu sein brauchen, wenn sie nicht drehbar sind.
In den Fig. 18 und 19 wird eine mehrteilige Papierschrumpfeinrichtung zur Erhöhung der Streckbarkeit des Papiers sowohl in der Maschinenrichtung als auch quer dazu gezeigt. Diese Einrichtung besitzt eine
Vorrichtung 262 zum Schrumpfen der Papierbahn 12d in der Maschinenrichtung und eine Vorrichtung lOd zum Schrumpfen der Bahn quer zur Maschinenrichtung. Die Reihenfolge der Vorrichtungen kann auch um- gekehrt werden.
Die Vorrichtung 262 kann zweckmässig gemäss Fig. 1 der USA-Patentschrift Nr. 2,624, 245 ausgebil- det sein und wird hier nicht näher beschrieben. Kurz gesagt besitzt sie eine hochglanzpolierte verchrom- te Heiztrommel 264 und ein ihr gegenüberliegendes endloses Tuch 266, das über Walzen 268,270 und 272 geführt ist. Das Tuch besteht zweckmässig aus Gummi und wird von der Anspresswalze 268 gegen die
Trommel 264 gedrückt.
Beim Eintritt der Bahn 12d in den Spalt zwischen dem Tuch und die an der Papierbahn angreifende
Seite des Tuches 266 der Trommel 264 bewegt sich mit relativ hoher Geschwindigkeit (der gleichen wie die eintretende Bahn), doch wird das Tuch sofort verlangsamt, sowie die am Papier angreifende Seite des
Tuches konkav wird. Dadurch wird die Bahn in der Längsrichtung verdichtet bzw. geschrumpft, während sie zwischen dem Tuch und der Trommel unter einem solchen Druck gehalten wird, dass kein Kreppen ein- tritt. Dadurch wird die Streckbarkeit des Papiers in der Maschinenrichtung erhöht.
Das Papier gelangt von der Vorrichtung 262 über eine Führungswalze 274 zur Vorrichtung 10d, die so eingestellt ist, dass sie das Papier quer zur Maschinenrichtung schrumpft. Da sie in jeder Hinsicht der in den Fig. 1 - 6 dargestellten Vorrichtung entspricht, braucht sie hier nicht weiter beschrieben zu werden.
Die Stangen 20d und 26d sind in einem Winkel von etwa 450 eingestellt, damit die Bahn quer zur Ma- schinenrichtung streckbar wird. Die Bezugszeichen aus den Fig. 1 - 6 wurden unter Nachsetzung des Buch- stabens"d"verwendet.
Fig. 20 zeigt eine weitere mehrteilige Einrichtung zum Querschrumpfen von Papier, um diesem eine
Streckbarkeit in zwei Richtungen zu geben. In diesem Fall wird das Papier jedoch von einer ersten Vor- richtung 10e in einem Winkel von +450 zur Maschinenrichtung und dann von einer zweiten Vorrichtung
10f in einem Winkel von-45 zur Maschinenrichtung, d. h. rechtwinklig zur erstenSchrumpfrichtung geschrumpft. Zur Einsparung von Bodenfläche sind die Vorrichtungen stehend und mit dem Rücken anein- anderliegend angeordnet.
Das Papier wird der Vorrichtung 10e um eine Führungswalze 276 herum zugeführt und gelangt diago- nal geschrumpft über eine Führungswalze 278 zur Vorrichtung lOf. Bis auf Einzelheiten der Gestellaus- bildung entsprechen dieVorrichtungen10e und 10f der Vorrichtung 10 der Fig. 1 - 6, so dass die Beschrei-
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