Verfahren und Einrichtung zum Prägen fabrikationsnasser Faserstoffbahnen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prägen fabrikationsnasser Faserstoffbahnen von Pappen-, Kar ton- oder Papiermaschinen zwischen einem Formträger und einer elastischen Gegenfläche sowie eine besonders geeignete Einrichtung zur Durchführung des Verfah rens.
Solche Faserstoffbahnen werden beispielsweise auf Papier-, Karton- oder Pappenmaschinen erzeugt und weisen in der Regel einen Wassergehalt von 80% auf. Zweck der Prägung ist es im allgemeinen, die Biege-, Knick-, Stoss- und Wärmedämmfähigkeit solcher Faser stoffbahnen für Oberflächenschutz- und Verpackungs zwecke zu erhöhen.
Es ist bekannt, fabrikationsnasse Faserstoffbahnen mit etwa 80% Wassergehalt mittels einer Walzenpresse, bei der beide Walzen Formen tragen, zu formen. Es ist auch bekannt, die Formung so durchzuführen, dass nur eine Walze Formen trägt, die Gegenwalze jedoch eine elastische, formfreie Oberfläche besitzt, welche durch elastische Anpassung an die Formen diese auf die da zwischenliegende Faserstoffbahn überträgt.
In beiden Fällen, also auch bei Verwendung einer elastischen Gegenfläche, tritt die Schwierigkeit auf, dass die fabrikationsnasse Faserstoffbahn sehr leicht zerreisst, weil sich der Faserverband in dieser Bahn noch nicht verfestigt hat, sondern in einem vorverfilzten Zustand vorliegt, in welchem sich zwischen den einzelnen Fasern, die die spätere Abbindung ergeben, noch Wasser be findet.
Dieser vorverfilzte Zustand mit dem hohen Was sergehalt ermöglicht zwar grundsätzlich eine grosse Ver- formbarkeit, ist andererseits jedoch gegen örtliche über- beanspruchung sehr rissanfällig, vor allem wenn die Formungstiefe ein mehrfaches der ebenen Dicke der Ausgangsfaserstoffbahn erreichen soll oder wenn der Faserverband der jeweiligen Bahnqualität in diesem fa- brikationsnassen Zustand besonders schwach ist, z. B. bei dünnen Asbestpappen.
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und unter Beibehaltung des hohen Verformungsvermögens das Auftreten von Zerreissungen auch bei ungünstigen Vorbedingungen (grosse Formungstiefe, geringe Widerstandsfähigkeit der fabrikationsnassen Bahn) weitgehend zu vermeiden. Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung: a) das eingangs genannte Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der elastische Widerstand des Werkstoffes der Gegenfläche durch Einbettungen von Medien mit geringerem Formungswiderstand als der Grundwerkstoff der Verformungsfestigkeit der fabrika tionsnassen Faserstoffbahn angepasst wird.
b) eine Einrichtung zur Durchführung des Verfah rens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein umlaufen der Formträger an mehreren, in Bewegungsrichtung hin tereinander liegenden Formungsstellen mit den elasti schen Gegenflächen entsprechender Gegenbänder bzw. Gegenwalzen zusammenwirkend angeordnet ist, wobei der Werkstoff der Gegenflächen bzw. Gegenwalzen Ein bettungen von Medien mit geringerem Formungswider stand als der Grundwerkstoff aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass die Elastizität eines voll- wandigen Werkstoffes, z. B. Weichgummi, auch von geringstem elastischem Verformungswiderstand, im Durchschnitt immer noch einen viel zu grossen Wider stand für die Verformung fabrikationsnasser Faserstoff bahnen nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren aufweist.
Anderseits nimmt jedoch z. B. ein Moos- oder Schwammgummi mit entsprechend geringem und daher an sich für die Formung geeignetem elastischem Wider stand durch seine Saugkräfte so viel Wasser auf und gibt es im Formungsspalt wieder ab, dass hierdurch der Formungsvorgang gestört wird.
Durch die Verwendung von beispielsweise durch mehr oder weniger kleine, in sich geschlossene und gas gefüllte Hohlräume bzw. Poren aufgelockertem Gummi oder Kunststoff, z. B. Neopren , kann die Elastizität einer Gasblase mit der des umliegenden elastischen Stof fes so kombiniert werden, dass sie den vorgenannten Anforderungen beim Prägen fabrikationsnasser Faser stoffbahnen entspricht.
So ist es zweckmässig, bei gros sen Verformungswegen und dünnen oder festigkeitstech nisch empfindlichen Faserstoffbahnen grossporige ela stische Werkstoffe mit hohem Porenanteil, dagegen bei kleinen Verformungswegen und widerstandsfähigeren oder dicken Faserstoffbahnen kleinporige, elastische Werkstoffe mit kleinerem Porenanteil einzusetzen, oder elastisch härtere Medien als Luft und Gas, z. B. breiför mige Stoffe als Einschlüsse zu verwenden.
Beispiels weise beträgt der mittlere Porenanteil im elastischen Werkstoff etwa 70-80 Vol.-% bei einer mittleren Po- rengrösse von etwa 1 mm.
Ein wesentlicher Abbau von Spannungsspitzen und somit die Ausschaltung von Zerreissungen bei der Prä gung fabrikationsnasser Faserstoffbahnen kann ferner dadurch erreicht werden, dass die Reibungszahl zwi schen der Faserstoffbahn und dem Formträger wesent lich kleiner als zwischen der Faserstoffbahn und der formfreien elastischen Gegenfläche gehalten wird.
Da beispielsweise Formträger und elastische Gegenfläche aus Gummi hergestellt sein können, wenn auch erstge nannter aus Hartgummi im Sinne einer widerstands fähigen Transportband-Oberfläche, und letztgenannte aus einer mit Poren durchsetzten Weichgummifläche, muss der Formträger auf Oberflächenglätte, die elasti sche Gegenfläche auf Oberflächenrauheit abgestimmt sein. Diese Rauheit kann z. B. durch die Ränder der an der Oberfläche angeschnittenen Poren, oder bei einer geschlossenen Oberflächenhaut durch eine rauhe Ge staltung derselben erreicht werden.
Durch den vorzugsweise geringen Oberflächen-Reib- wert des Formträgers kann einerseits der Formungswi derstand von der Formseite her auf ein Mindestmass gebracht werden, anderseits wird durch die hohe Rei bungszahl einer griffigen, rauhen Oberfläche der elasti schen Gegenfläche die erforderliche Formungsenergie gut über die gesamte Oberfläche der zu verformenden Faserstoffbahn übertragen und somit auf den gesamten Körper der Faserstoffbahn verteilt.
Insgesamt kann durch das Zusammenwirken der beiden entgegengesetz ten Reibungswerte eine optimale Vergleichmässigung der Beanspruchung des Faserverbandes erreicht und können örtliche Spannungsspitzen weitgehend vermie den werden.
Da der technologisch maximal erreichbare Unter schied zwischen dem Reibwert der elastischen Gegen fläche und dem des Formträgers nur für einige Produk tionsfälle das verfahrenstechnisch günstigste Verhalten ergibt, kann gemäss einer weiteren Ausbildung der Er findung der Unterschied dieser beiden Reibwerte durch Schmiermittelzusatz gesteuert werden. So erfordert z. B. eine dicke Faserstoffbahn einen grösseren Unterschied zwischen den beiden Reibwerten, als eine dünne Bahn gleicher Qualität.
Bei der Formung einer dünnen Faser stoffbahn wird man deshalb bei möglichst klein gehalte nem Reibwert des Formträgers den Reibwert der elasti- schen Gegenfläche durch Schmiermittelzusatz auf ein für die Beanspruchung der Faserstoffbahn günstigstes Mass herabsetzen.
Für die Erreichung der betriebsmässig günstigsten Formungsergebnisse stellt die durch Schmiermittel ver änderliche Oberflächenreibung des Formträgers und der Gegenfläche einen besonderen fabrikatorischen Fort schritt dar. Als Schmiermittel kann z. B. auch Wasser verwendet werden. Es wirkt trotz der fabrikationsnas sen Faserstoffbahn stark reibungsvermindernd, weil das während des Formungsvorganges aus der Bahn frei wer dende Wasser zur Erzielung einer Schmierwirkung über die gesamte Oberfläche zum Teil unzureichend ist.
Diese Schmiermittel können auch gleichzeitig dazu verwendet werden, die zukünftige Oberfläche der ge trockneten Bahn für ihren weiteren technologischen Einsatz vorzubereiten, z. B. für das Verkleben mit an deren Bahnen, indem man beispielsweise für Holzfaser- stoffbahnen Harzleim, für- Asbestbahnen Wasserglaszu- sätze als Schmiermittel verwendet.
Wenn es sich um das übertragen von die Faserstoff bahn besonders beanspruchenden Formen handelt, kann zur Erleichterung des Formungsvorganges die fabrika tionsnasse Faserstoffbahn durch Aufheizen in ihrer Ver- formbarkeit gesteigert werden. Es wird dadurch die Zähigkeit des Wassers und die Sprödigkeit der Fasern verringert und dem Beanspruchungsvorgang angepasst, so dass bei Ausführung dieses Verfahrensschrittes das Erfindungsziel leichter verwirklicht werden kann. Die Aufheizung kann beispielsweise durch Aufsprühen von Dampf auf die Bahn erfolgen.
Das Prägen fabrikationsnasser Faserstoffbahnen zwischen Formträger und elastischer Gegenfläche kann, wie weiter gefunden wurde, auch in der Weise erfolgen, dass der Formungsvorgang auf zwei oder mehrere For mungsstellen aufgeteilt wird, wobei der elastische Wi derstand der elastischen Gegenfläche vorzugsweise bei der ersten Formungsstelle am kleinsten, bei der letzten am grössten gehalten wird. So wird man im allge meinen für die erste Formungsstelle eine elastische Ge genfläche mit geringem elastischem Widerstand, also z.
B. mit grösserem Hohlraumanteil, bei der zweiten und eventuellen weiteren Formungsstellen eine elastische Ge- genfläche mit grösserem elastischem Widerstand, dem nach mit kleinerem Hohlraum- bzw. Porenanteil ein setzen. Mit dieser Arbeitsweise gelingt es, das ange strebte Prägen auch in besonders schwierigen Fällen, oder wenn die Formungsgeschwindigkeit und damit die spezifische Beanspruchung erhöht werden soll, erfolg reich auszuführen. Dieses Ziel lässt sich auch unab hängig von der speziellen Art des für die formfreie Ge genfläche verwendeten elastischen Materials erreichen.
Der Formungsdruck wird vorzugsweise mit an sich bekannten Mitteln, beispielsweise pneumatisch genau einstellbar und bei den einzelnen Stufen unterschiedlich ausgeübt.
Zur Glättung der Oberflächenanteile der verformten Bahn, welche beispielsweise anschliessend an die Trock nung mit einer weiteren Bahn verklebt werden, kann nach der Formung eine Walze mit glatter, starrer Ober fläche und entsprechendem Pressdruck verwendet wer den.
Um den ersten Formungsvorgang nicht durch Trans portzugspannungen in der Faserstoffbahn zu stören, wird die Faserstoffbahn dem ersten Formungsvorgang zweckmässigerweise zugspannungsfrei zugeführt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass man die Fa- serstoffbahn bereits vor dem Formungsspalt auf den tieferliegenden Teil eines zylindrischen Formträgers auflaufen lässt.
Werden durch die Formung in die nasse Faser stoffbahn beispielsweise wellenartige Formen quer zur Laufrichtung der Bahn eingebracht, so würden diese Formen durch die beim Trocknen auftretenden Schrumpfspannungen in der Längsrichtung der Bahn ausgeflacht werden.
Um dies zu verhindern, wird die nassgeformte Bahn vorzugsweise mit einer die Verkür zung durch die Längsschrumpfung ausgleichenden, grösseren Nasslänge (z. B. um 3%) gegenüber der Trok- kenlänge auf die Trockner-Transporteinrichtung aufge geben.
Dies erfolgt zweckmässig durch eine entsprechend (z. B. um 3%) grössere Zulaufgeschwindigkeit zum Trok- kner, wobei die grössere Länge der nassen Bahn durch. an sich bekannte Mittel, z. B. eine quer zur Laufrich tung hin und her schwenkbare Aufgabefläche, in klei nen Wellen in geeigneten Abständen (z. B. 1 m), auf die langsamer laufende Transporteinrichtung des Trock- ners aufgegeben wird.
Durch die Zusammenwirkung der bisher genannten einzelnen Verfahrensschritte, die unter Berücksichti gung der Bahneigenschaften und der Beanspruchungs verhältnisse bei der Formung zur Anwendung kommen können, ist es möglich, diese hochempfindlichen, fabri kationsnassen Faserstoffbahnen in einem Durchlaufver- fahren zu prägen, ohne dass Zerreissungen auftreten, wobei zusätzlich wesentlich grössere Formungstiefen zu erreichen sind als bisher.
In der Zeichnung ist das erfindungsgemässe Ver fahren samt einer Einrichtung zu seiner Durchführung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, dabei zeigen: Fig. 1 eine Einrichtung zum Prägen von Faserstoff bahnen mittels eines endlosen Bandes als Formträger, in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine andere Einrichtung zum Prägen fabrika tionsnasser Faserstoffbahnen unter Verwendung einer Walze als Formträger und mit zwei Formungsstellen und dem anschliessenden Trockner, ebenfalls in schemati scher Darstellung; und Fig. 3 die Prägung an nur einer Formungsstelle un ter Anlehnung an die Einrichtung gemäss Fig. 2, in einem grösseren Massstab.
Entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung zum Prägen von fabrikationsnassen Faserstoffbahnen kommt eine Bahn 1 von einer (nicht dargestellten) Er zeugungsmaschine, z. B. einer Papier-, Karton- oder Pappenmaschine, mit etwa 80% Wasser über ein Förder- band 2 zu einer insgesamt mit 3, 4, 5, 6 bezeichneten Formungsstelle.
Hier wird die Bahn mittels eines umlau fenden Formträgers, der hier als endloses Band 3 vor liegt, und drei elastischer Gegenbänder 4, 5, 6 geformt und über eine Transporteinrichtung 7 in fertig geform tem Zustand 8 in einen (nicht gezeichneten) Trockner eingeführt.
Das beliebige Formen tragende Band 3 wird ange trieben. Die elastischen Gegenbänder 4, 5, 6 müssen keinen eigenen Antrieb besitzen, sondern können durch das Formband 3 bewegt werden. Die elastischen Bän- der 4, 5, 6 können in ihren elastischen Widerstandswer ten, also z. B. bezüglich des Anteiles und der Grösse der Poren, in ihrer Reibungszahl gegenüber der Faser- stoffbahn und in ihrer Dicke unterschiedlich sein. Eben so ist der Formungsdruck mit an sich bekannten, nicht gezeichneten Mitteln einstellbar.
Die Einrichtung gemäss Fig. 2 veranschaulicht den gleichen Arbeitsvorgang wie Fig. 1 mit dem Unter schied, dass als Formträger kein endloses Band, sondern eine Walze 3a verwendet wird und der anschliessende Trockner eingezeichnet ist. Die fabrikationsnasse Bahn 1, die über ein Förderband 2 zuläuft, wird in ihrer Zu laufspannung durch eine (auch für die Einrichtung ge- mäss Fig. 1 geeignete) Tasteinrichtung 15 in an sich bekannter Weise, z. B. elektrisch über den nicht gezeich neten Antrieb des Formträgers 3a gesteuert.
Die Bahn wird auf der zylindrischen Oberfläche des Formträgers 3a so weit vor dem ersten Formungsspalt zwischen Formträger 3a und Gegenwalze 4a zugeführt, dass sie auf dem zylindrischen Formträger frei aufliegend ohne Zugspannungen in den Formungsspalt eintritt. Die Ge genwalzen 4a, 5a sind z. B. mit einem elastischen gas gefüllten Poren enthaltenden formfreien Belag 9 über zogen. Die Walze 6a besitzt eine starre glatte Ober fläche und dient zur Glättung und Verdichtung der z. B. für spätere Verleimung dienenden Oberflächenteile.
Die Walzen 4a, 5a, 6a können in an sich bekannter Weise über Presszylinder 13, die in einem Rahmen 14 befestigt sind, mit genau einstellbarem Druck auf die Formwalze 3a gepresst werden. Die Walzen 4a, 5a, 6a müssen keinen eigenen Antrieb besitzen, sondern können durch die Formwalze 3a bewegt werden.
Die Faserstoffbahn kann durch eine Dampfdüse 11 von oben unmittelbar vor der ersten Formungsstelle aufgeheizt werden. Durch die Einrichtung 10 kann auf die Faserstoffbahn ein Schmiermittel, z. B. in Wasser gelöster Harzleim, aufgesprüht werden, während bei 12 das aus der Faserstoffbahn durch die Formung ausge- presste Wasser mittels eines Saugers in an sich be kannter Weise entfernt wird. über das Förderband 7 verlässt die fertig geformte Bahn 8 die Formungsein richtung, um in dem anschliessenden Trockner l ö ohne Druck getrocknet zu werden.
Zum Ausgleich der Längsschrumpfspannungen läuft die nasse Faserstoffbahn mit einer die Längsschrump fung ausgleichenden höheren Geschwindigkeit in den Trockner 16 und wird zum leichteren und gleichmässi- geren Ausgleich der Schrumpfspannungen vorher über eine Klappe 17, die um eine Achse 18 durch Nocke 19 schwenkbar ist, in leichten Wellen 20 auf die Trans porteinrichtung des Trockners aufgegeben.
In Fig. 3 ist die Wirkungsweise der elastischen z. B. formfreien Gegenfläche, die durch in sich geschlossene, gasgefüllte Hohlräume in ihrem elastischen Widerstand aufgelockert ist, in einem grösseren Massstab schema tisch an nur einer Formungsstelle dargestellt. Die fabri kationsnasse Faserstoffbahn 1, die auf dem zylindri schen Formträger 3a frei aufliegt, wird zwischen diesem und der Walze 4a, die mit dem elastischen, formfreien Material 9 überzogen ist, geformt.
Bei 21 wird einer seits die Wirkungsweise der Hohlräume im elastischen Material, anderseits der Angriff der an der Oberfläche des elastischen Materials liegenden scharfen Porenrän der auf die Faserstoffbahn und die Auswirkung dieser Zusammenhänge auf die Übertragung der Formungs energie schematisch veranschaulicht. Die fertig geformte Faserstoffbahn 8 verlässt dann die Formungsstelle.