DE10064006A1 - Wasserzeichenform für die Papierherstellung und Verfahren zur Applizierung derselben auf einem Schöpfsieb - Google Patents
Wasserzeichenform für die Papierherstellung und Verfahren zur Applizierung derselben auf einem SchöpfsiebInfo
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Abstract
Zur Erzeugung eines hell wirkenden, einstufigen, sogenannten Highligth-Wasserzeichens, insbesondere in Wertpapieren wie Banknoten und dergleichen, wird vorgeschlagen, die zugehörigen Elektrotypen, die auf das Sieb der Papiermaschine appliziert werden, aus einer Formgedächtnislegierung herzustellen. Die Elektrotypen besitzen Haltelaschen, welche in das Sieb eingesteckt werden und sich aufgrund der thermischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung bei geeigneter Temperaturführung derart verformen, dass die Elektrotypen in dem Sieb der Papiermaschine verankert sind. Das Anbringen der Elektrotypen auf dem Sieb wird dadurch wesentlich vereinfacht.
Description
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Erzeugung von Wasserzeichen bei der
Papierherstellung und betrifft insbesondere das Aufbringen von Wasserzei
chenformen auf einem Schöpfsieb für Rund- oder Langsiebpapiermaschinen,
ein entsprechendes Sieb mit aufgebrachter Wasserzeichenform und eine da
für geeignete Wasserzeichenform als solche.
Wasserzeichen werden mittels Rund- oder Langsiebpapiermaschinen im Pa
pier erzeugt, indem auf dem Schöpfsieb der Papiermaschine Wasserzeichen
formen aus Metall aufgebracht sind oder indem Hoch- oder Tiefprägungen
im Sieb vorgesehen sind, die einen Dickenunterschied in der Papierbahn
hervorrufen. Die unterschiedliche Papierdicke ist im Durchlicht als ver
gleichsweise heller oder dunkler Bereich erkennbar. Mehrstufige Wasserzei
chen werden üblicherweise durch eine entsprechende Prägung des Schöpf
siebs erzeugt. Durch Auflöten von Metallteilen, sogenannten Elektrotypen,
lassen sich besonders hell erscheinende Bereiche im Papier erzeugen, die
auch als Highlight-Wasserzeichen bezeichnet werden und einstufige Wasser
zeichen sind. Häufig ergänzen mehrstufige und Highlight-Wasserzeichen
einander. Beispielsweise wird die als Denomination bezeichnete Wertzahl
von Banknoten, beispielsweise die Denomination 100, als Highlight-Wasser
zeichen in oder neben einem in das Schöpfsieb eingeprägten mehrstufigen
Wasserzeichen angeordnet.
Die einer Strichstärke entsprechenden Stege der für die Denomination ver
wendeten Elektrotypen sind klein und dünn, nämlich ca. 0,4 bis 0,8 mm breit
und ca. 0,5 bis 0,8 mm dick. Größere Breiten würden zu Löchern in der im
Bereich des Highlight-Wasserzeichens extrem dünnen Papierbahn führen.
Die Elektrotypen sind daher nur schwierig zu handhaben und es ist nicht
einfach, sie an der richtigen Position zu platzieren. Hinzu kommt, dass durch
Temperatureinflüsse, saures Umgebungsmedium und mechanische Einflüsse
durch die auf das Sieb einwirkenden Kräfte nicht selten ein Loslösen der ge
löteten Elektrotypen auftritt. In solchen Fällen muss die Papiermaschine an
gehalten und das Sieb instand gesetzt werden, was mit zusätzlichen War
tungskosten und Produktionsausfallkosten verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Alterna
tive zu den bekannten gelöteten Wasserzeichenformen vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß werden die Wasserzeichenformen aus einer Formgedächt
nislegierung hergestellt. Formgedächtnislegierungen haben die Eigenschaft,
dass der aus ihnen gefertigte Gegenstand unter bestimmten Umgebungsbe
dingungen eine selbständige Formänderung erfährt, die dem Gegenstand
zuvor "aufgeprägt" wurde. Anschaulich ausgedrückt, besitzt eine Formge
dächtnislegierung ein Gedächtnis und erinnert sich an die ihr zuvor aufge
prägte Formgebung, sobald bestimmte Umgebungsbedingungen vorliegen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind Formgedächtnisle
gierungen mit Einweg-Effekt und mit Zweiweg-Effekt anwendbar. Beide
Effekte beruhen auf der Umwandlung des Legierungsgefüges der Wasserzei
chenform von einem austenitischen in einen martensitischen Zustand oder
umgekehrt. Geeignete Legierungstypen sind solche auf Nickel-Titan-Basis
(NiTi) sowie Kupfer-Legierungen (CuZnAl und CuAlNi), wobei Ni-Ti-
Legierungen wegen ihrer Langzeitstabilität und besonderen Korrosionsei
genschaften zu bevorzugen sind.
Der Formgedächtniseffekt basiert auf folgenden physikalischen Gegebenhei
ten. Zum einen ist das austenitische Gefüge bei höheren Temperaturen sta
biler als das martensitische Gefüge. Zum anderen kann das martensitische
Gefüge, im Gegensatz zum austenitischen Gefüge, durch Verschieben der
Zwillingsgrenzen bei Einwirkung einer äußeren Spannung dieser Spannung
ausweichen, indem es unterschiedliche Formen annimmt. Bei Nachlassen der
Spannung verbleibt das martensitische Gefüge in dem verformten Zustand,
und erst bei hoher Temperatur bildet sich wieder das stabile austenitische
Gefüge. Dadurch wird die durch das Verschieben der Zwillingsgrenzen er
folgte Verformung rückgängig gemacht und das Bauelement nimmt wieder
die ursprüngliche Form an. Lässt man das Bauelement nun wieder abkühlen,
so bleibt es in dieser ursprünglichen Form.
Das zuvor beschriebene Verfahren, bei dem ein Bauelement im martensiti
schen Niedrigtemperaturzustand bleibend verformt und anschließend durch
Erwärmung über die austenitische Umwandlungstemperatur hinaus in den
Ursprungszustand zurückverformt wird, wird als Einweg-Formgedächtnis
effekt bezeichnet. Angewendet auf den Gegenstand der vorliegenden Erfin
dung bedeutet das, dass die Elektrotypen zunächst als flache Metallplättchen
mit sich in etwa derselben Ebene erstreckenden Haltelaschen hergestellt
werden. Diese Haltelaschen werden dann bei niedriger Temperatur, d. h. bei
martensitischem Legierungsgefüge, um einen Winkel von 90° umgebogen, so
dass die Haltelaschen durch das Sieb eines Rundsiebzylinders hindurchge
steckt werden können. Anschließend wird die Temperatur wieder erhöht,
beispielsweise auf Räumtemperatur, wodurch sich das martensitische Gefü
ge in das austenitische Gefüge zurückwandelt, mit dem Effekt, dass die Hal
telasche wieder die ursprüngliche Form einnimmt, d. h. sich um 90° verbiegt
und auf diese Weise das den Elektrotypen bildende Metallplättchen auf dem
Sieb verankert.
Der Einwegeffekt ist wiederholbar. Das bedeutet, verformt man die Haltela
schen im martenitischen Zustand wieder in eine um 90° abgewinkelte Form,
so kann der Zyklus erneut durchlaufen werden. Dies hat den Vorteil, dass
fehlplatzierte Elektrotypen problemlos versetzt werden können. Außerdem
kann das Sieb für verschiedene Prozesse eingesetzt werden, wobei je nach
Prozess unterschiedliche Elektrotypen auf das Sieb aufgebracht werden.
Statt eines Biegeeffekts kann auch ein Torsions- oder Ausdehnungseffekt ge
nutzt werden, indem die Haltelaschen im martensitischen Zustand tordiert,
komprimiert oder gezogen werden. Beispielsweise können die Haltelaschen
im martensitischen Zustand durch Ziehen gestreckt werden, wodurch sich
der Querschnitt der Haltelaschen entsprechend verringert. Im austenitischen
Zustand nehmen die Haltelaschen dann wieder den ursprünglichen Quer-
schnitt an und verklemmen sich auf diese Weise im Sieb.
Die Umwandlungstemperaturen von Martensit in Austenit und umgekehrt
können sehr flexibel eingestellt werden, im Falle von NiTi in einem Bereich
von -50°C bis +150°C. Indem der martensitische Zustand der abgewinkelten
Haltelaschen auf eine entsprechend niedrige Temperatur und die aktivieren
de Verankerung, d. h. die Übergangstemperatur zum austenitischen Zu
stand, auf einen entsprechend hohen Wert eingestellt werden, lässt sich eine
zügige Montage der Elektrotypen erreichen. Stellt man beispielsweise den
martensitischen Zustand auf -20°C und die Übergangstemperatur in den
1 austenitischen Zustand auf +15°C ein, dann lässt sich mit einem entspre
chenden Werkzeug der Elektrotyp kurzfristig kühlen, beispielsweise mit
flüssigem Stickstoff, so dass die Haltelaschen umgebogen und der Elektrotyp
in das Sieb eingesetzt werden kann. Der Elektrotyp erwärmt sich dann selb
ständig wieder auf Umgebungstemperatur über 15°C, wodurch die Haltela
schen ihre ursprüngliche, gestreckte Form wieder annehmen.
Anstelle eines Einweg-Effekts kann einer Formgedächtnislegierung durch
eine bestimmte thermomechanische Vorbehandlung auch ein Zweiweg-
Effekt antrainiert bzw. einprogrammiert werden. Ein Elektrotyp mit Zwei
weg-Effekt ist in der Lage, ohne Krafteinwirkung auf rein thermischem Weg
unterschiedliche Formen bei niedriger und bei hoher Temperatur anzuneh
men. Das Trainieren des Zweiweg-Effekts ist ein komplizierter thermo
mechanischer Vorgang. Der damit erzielte Vorteil, den auf dem Sieb aufge
brachten Elektrotypen ohne mechanische Einwirkung auf rein thermischem
Wege wieder von dem Sieb zu lösen, wird dadurch erkauft, dass der Zwei
weg-Effekt deutlich geringer ist, als der Einweg-Effekt, die Verankerung auf
dem Sieb somit entsprechend weniger stabil ist. Um den Zweiweg-Effekt
einzuprägen, müssen Martensitstrukturen erzeugt werden, die irreversibel
sind, die also auch oberhalb der austenitischen Umwandlungstemperatur
erhalten bleiben, quasi als Gedächtnisstütze. Dazu bestehen unterschiedliche
Möglichkeiten, beispielsweise eine besonders starke Materialverformung im
martensitischen Zustand oder die wiederholte Anwendung des Ein
weg-Effekts oder die wiederholte Verformung im pseudoelastischen Bereich
bei einer Temperatur zwischen der martensitischen Übergangstemperatur
und der austenitischen Übergangstemperatur. Diese Methoden sind auch
kombinierbar.
In Fällen, in denen eine Elektrotype im Bereich einer Prägestruktur des Sie
bes zur Herstellung eines normalen mehrstufigen Wasserzeichens mit einem
Highlight-Wasserzeichen angeordnet werden soll, kann mit dem Prägepro
zess des Siebes eine Verankerungsmechanik in dem Sieb vorgesehen werden,
welche die Stifte aufnimmt. Beispielsweise kann das Sieb mittels eines koni
schen Stifts lokal aufgeweitet werden, um die Haltelasche der Elektrotype in
der so erzeugten Öffnung aufnehmen zu können.
Die Elektrotypen werden üblicherweise aus einer Rohmaterialschmelze einer
Formgedächtnislegierung vollständig in einer Mehrnutzenform gegossen.
Auf diese Weise können beispielsweise 900 bis 1000 Elektrotypen gleichzeitig
hergestellt werden. Nach dem Abkühlen und Aushärten können die so er
zeugten Elektrotypen entweder sofort unter Ausnutzung des Einweg-Effekts
auf einem Sieb appliziert werden. Oder aber die Elektrotypen werden zu
nächst trainiert, um ihnen die für den Zweiweg-Effekt notwendige "Ge
dächtnisstütze" einzuprägen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand einzelner Ausfüh
rungsformen von Elektrotypen erläutert.
Darin zeigen:
Fig. 1a eine Elektrotype mit der Denomination 100 in Draufsicht;
Fig. 1b die Elektrotype aus Fig. 1a von der Seite;
Fig. 2a die Elektrotype aus Fig. 1a im verformten martensitischen
Zustand in Draufsicht;
Fig. 2b die Elektrotype aus Fig. 2a von der Seite;
Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Elektrotype; und
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Elektrotype.
In Fig. 1a ist eine Elektrotype 10 mit der Zahl 100 dargestellt, wie sie bei
spielsweise zur Erzeugung eines Highlight-Wasserzeichens einer Banknote
verwendet wird. Die Darstellung in Fig. 1a ist nicht maßstabsgetreu. Tatsäch
lich sind die Stege der Elektrotype etwa 0,4 bis 0,8 mm breit und in etwa
ebenso dick. Die Elektrotype wird als eine von mehreren hundert Elektroty
pen in einer Mehrnutzengussform gegossen und Haltelaschen 11 werden
gleichzeitig mit angegossen. In Fig. 1b ist die Elektrotype aus Fig. 1a in einer
Seitenansicht dargestellt. Wie man sieht, ist diese Form im Gießprozess leicht
herstellbar. Noch einfacher ist die Herstellung, wenn die Haltelaschen 11
vollständig in der Ebene der Zahl 100 liegen. Die Elektrotype besteht entwe
der vollständig oder zumindest im Bereich ihrer Haltelaschen 11 aus einer
Formgedächtnislegierung.
Nach dem Abkühlen und Entformen der Elektrotype wird die Elektrotype
auf eine Temperatur abgekühlt, in der die Formgedächtnislegierung in den
martensitischen Zustand übergeht, sofern der martensitische Zustand nicht
bereits bei Raumtemperatur vorliegt. In diesem Zustand werden die Haltela
schen 11 verformt, so dass sie um 90° zu der eigentlichen Elektrotype nach
hinten abgewinkelt sind, wie in Fig. 2a und 2b dargestellt. Solange die Tem
peratur der Elektrotype nicht die höher liegende, austenitische Übergangs
temperatur erreicht, bleibt der verformte, martensitische Zustand erhalten. In
diesem Zustand kann die Elektrotype in das Schöpfsieb eines Rundsieb-
Zylinders oder in das Langsieb einer Papiermaschine eingesteckt werden.
Anschließend wird die Temperatur bis über die austenitische Übergang
stemperatur erhöht, so dass das Gefüge der Formgedächtnislegierung von
dem martensitischen Zustand in den austenitischen Zustand übergeht. Da
durch nimmt die Elektrotype wieder die in den Fig. 1a, 1b dargestellte Form
an und verhakt sich mit den Haltelaschen 11 hinter dem Sieb.
Es sind zwei Alternativen denkbar. Liegt bei Raumtemperatur ein martensi
tisches Gefüge vor, so muss die Elektrotype erwärmt werden, um in den Ur
zustand nach Fig. 1 zurückzukehren. Anschließend kühlt die Elektrotype
wieder auf Raumtemperatur ab, behält aber die Form nach Fig. 1 bei. Die
Elektrotype lässt sich dann ohne weiteres von dem Sieb lösen, indem die
Haltelaschen 11 in die in Fig. 2b gezeigte Position verbogen und die Elektro
type aus dem Sieb herausgezogen wird.
Die vorgenannte Alternative hat allerdings den Nachteil, dass die auf die
Haltelaschen 11 einwirkende mechanische Belastung durch das Walken des
Siebzylinders zu einem ungewollten Loslösen der Elektrotype führen kann.
Daher ist die folgende Alternative vorzuziehen, auch wenn sie etwas auf
wändiger ist. Demnach wird die Formgedächtnislegierung so eingestellt,
dass die Übergangstemperatur zum martensitischen Gefüge weit unter
Raumtemperatur liegt, beispielsweise bei 0°C oder bei -20°C. Das Verfor
men der Elektrotype in den in Fig. 2 dargestellten Zustand kann beispiels
weise nach Abkühlung mittels flüssigem Stickstoff erfolgen. Die Elektrotype
wird dann unverzüglich in das Sieb eingesetzt und erwärmt sich auf Raum
temperatur, bei der die Übergangstemperatur zum austenitischen Zustand
überschritten sein sollte. Das bedeutet, die Haltelaschen der auf dem Sieb
applizierten Elektrotype nehmen wieder die ursprüngliche gestreckte Form
an und besitzen ein austenitisches Gefüge, welches formbeständig ist. Ein
selbsttätiges Loslösen der Elektrotype aufgrund mechanischer Einwirkungen
kann wegen der Formbeständigkeit des austenitischen Gefüges weitgehend
ausgeschlossen werden.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsformen zweier Elektroty
pen in verriegeltem, d. h. austenitischem Zustand dargestellt. Diese Elektro
typen wurden entsprechend trainiert, um ihnen einen Zweiweg-Effekt auf
zuprägen und können durch geeignete Temperaturführung in den in Fig. 2a,
2b dargestellten Zustand gebracht werden, in welchem sie in ein Sieb einge
steckt werden können. Die Haltelaschen 11 nach Fig. 3 wirken in den Ma
schen des Schöpfsiebs als Klemmelement. Die Haltelaschen 11 nach Fig. 4
dagegen sind spiralförmig verdrillt und bilden so eine Verankerung in allen
Ebenen des Siebs, welches üblicherweise aus drei bis vier Sieblagen besteht.
Claims (11)
1. Verfahren zum Aufbringen von Wasserzeichenformen (10) auf einem Sieb
für eine Papiermaschine, umfassend die Schritte:
- - Zurverfügungstellen eines Siebes,
- - Zurverfügungstellen einer Wasserzeichenform (10), die mindestens eine Haltelasche (11) besitzt, welche aus einer Formgedächtnislegierung be steht,
- - Applizieren der Wasserzeichenform auf dem Sieb bei einer ersten Tem peratur der Wasserzeichenform, indem die Haltelasche durch das Sieb hindurchgesteckt wird und
- - Erhöhen der Temperatur der Wasserzeichenform auf eine zweite Tempe ratur, bei der sich die Haltelasche selbständig so verformt, dass die Was serzeichenform auf dem Sieb verankert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein
weg-Effekt der Formgedächtnislegierung genutzt wird, indem die Haltela
sche vor dem Schritt des Applizierens mechanisch verformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweiwe
ge-Effekt der Formgedächtnislegierung genutzt wird, indem die Haltelasche
(11) vor dem Schritt des Applizierens trainiert wird, um der Haltelasche ei
nen gewünschten Verformungseffekt aufzuprägen, und die zum Applizieren
notwendige Verformung der Haltelasche (11) auf thermischem Wege erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die Haltelasche (11) der Wasserzeichenform (10) aus einer
oder mehreren der folgenden Legierungen besteht: CuZnAl, NiTiCu, NiTi.
5. Wasserzeichenform (10) zum Aufbringen auf ein Sieb einer Papiermaschi
ne, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzeichenform (10) mindestens
eine Haltelasche (11) zum Hindurchstecken durch das Sieb der Papierma
schine besitzt, wobei zumindest die Haltelasche (11) aus einer Formgedächt
nislegierung hergestellt ist.
6. Wasserzeichenform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Formgedächtnislegierung bei Raumtemperatur einen bleibend verformbaren,
martensitischen Gefügezustand besitzt.
7. Wasserzeichenform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Formgedächtnislegierung bei einer niedrigen Temperatur von etwa 0°C oder
darunter einen bleibend verformbaren, martensitischen Gefügezustand be
sitzt.
8. Wasserzeichenform nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gefüge der Formgedächtnislegierung bei einer erhöhten Tempera
tur in einen austenitischen Zustand übergeht und die ursprüngliche Form
annimmt, die sie vor einer Verformung im martensitischen Zustand innehat
te.
9. Wasserzeichenform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Formgedächtnislegierung durch Temperaturänderung reversibel zwei unter
schiedliche Verformungszustände annehmen kann, einen ersten Zustand mit
im Wesentlichen martensitischem Gefüge und einen zweiten Zustand mit
austenitischem und teilweise martensitischem Gefüge.
10. Wasserzeichenform nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Formgedächtnislegierung eine oder mehrere der folgen
den Legierungen umfasst: CuZnAl, NiTiCu, NiTi.
11. Sieb für eine Papiermaschine mit einer Wasserzeichenform (10) nach ei
nem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzei
chenform mittels der Haltelasche (11) in dem Sieb verankert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000164006 DE10064006A1 (de) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | Wasserzeichenform für die Papierherstellung und Verfahren zur Applizierung derselben auf einem Schöpfsieb |
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DE2000164006 DE10064006A1 (de) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | Wasserzeichenform für die Papierherstellung und Verfahren zur Applizierung derselben auf einem Schöpfsieb |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10064006A1 true DE10064006A1 (de) | 2002-07-04 |
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DE2000164006 Withdrawn DE10064006A1 (de) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | Wasserzeichenform für die Papierherstellung und Verfahren zur Applizierung derselben auf einem Schöpfsieb |
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Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |