-
Die
Erfindung betrifft den Aufbau einer Oberseite, insbesondere Papierseite
für ein
mehrlagig ausgebildetes Papiermaschinensieb sowie ein dahingehendes
Papiermaschinensieb, insbesondere vorgesehen für den Einsatz einer Nasspartie
bei einer Papiermaschine.
-
In
der Nasspartie einer Papiermaschine erfolgt die Bildung des Papierblattes
je nach Maschinentyp auf einem oder zwischen zwei Papiermaschinensieben.
Dabei wird eine aus etwa 1% Faser- bzw. Hilfsstoffen und 99% Wasser
bestehende Suspension gleichmäßig auf
das Papiermaschinensieb gegeben und die enthaltenen festen Bestandteile
durch einen Filtrationsprozess vom Wasser getrennt. Üblicherweise
erreicht man durch den Einsatz verschiedener Entwässerungselemente
bis zum Ende der Nasspartie einen Feststoffanteil oder Trockengehalt von
20 bis 22%. Das derart hergestellte Papier ist bereits so fest,
dass es in die Pressenpartie überführt und
weiter getrocknet werden kann. In modernen Papiermaschinen wie den
Gap-Formern (Spalt-Formern)
wurde die Technik zur Durchführung
dieses Filtrationsvorganges so weit verbessert, dass dafür bei Geschwindigkeiten
von 2.000 m/min und mehr deutlich weniger als eine Sekunde benötigt werden.
-
Während eine
Reihe von papiertechnologischen Größen, wie Weißgrad, Zugfestigkeit
und Dehnung vorwiegend durch die verwendeten Roh- und Hilfsstoffe
bestimmt werden, haben die Blattbildungssiebe maßgeblichen Einfluss auf das
Flächengewichts-
und Dickenquerprofil, die Faserretention sowie die im Papier sichtbare
Siebmarkierung. Insbesondere im Bereich der graphischen Papiere
sind die dahingehenden Qualitätsanforderungen
hoch. Den dahingehenden Qualitätsanforderungen
steht entgegen, dass zusehends minderwertige Rohstoffe wie Altpapier
eingesetzt werden und dass man durch Absenken des Flächengewichtes
versucht, Rohstoffe und damit Kosten zu sparen.
-
Bereits
recht früh
hat man bei der Entwicklung der Blattbildungssiebe für Papiermaschinen
auf diese Trends reagiert und verschiedene Ansätze realisiert, um einen Kompromiss
zwischen einer möglichst
hohen Feinheit der Papierseite, einer möglichst robusten und groben
Maschinenseite zur Erreichung einer hohen Laufzeit sowie einer insgesamt
hohen Stabilität
des Siebgewebes zu erreichen.
-
Um
diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden die so genannten
doppellagigen Siebgewebe entwickelt, die durch ein Längsfadensystem mit
mindestens zwei Querfadensystemen charakterisiert sind, wobei mindestens
ein Querfadensystem ausschließlich
auf der Papierseite eingewebt ist und das zweite ausschließlich auf
der Maschinenseite. Einige Ausführungsbeispiele
von dahingehenden Blattbildungssieben findet man u. a. in den folgenden Patentdokumenten:
EP 0 186 406 A2 ,
DE 31 43 433 A1 DE 25 40 490 B2 ,
DE 22 63 476 B2 ,
DE 38 17 144 A1 ,
DE 38 01 051 A1 ,
DE 39 10 019 A1 sowie
in der
DE 41 07 633
C2 .
-
Obwohl
diese Art der Blattbildungssiebe auch heute noch häufig eingesetzt
wird, zeichnen sich all diese Gewebe durch eine vergleichsweise
geringe Wasserdurchlässigkeit
aus bedingt durch die eng nebeneinander angeord neten Maschinenrichtungsfäden. Ferner
ist es mit dieser Art von Gewebe nicht möglich, die als Leinwandbindung
erkannte ideale Papierseite herzustellen sowie diese mit einem Untergewebe
zu verbinden. Demgemäß kommt
es häufig
dazu, dass es zu ungewollten Markierungen im Papier kommt.
-
Um
diesen Nachteilen zu begegnen, wurden Anstrengungen unternommen,
ein Sieb zu entwickeln, bei dem die Papierseite aus einer Leinwandbindung
besteht. Die dahingehenden dreilagigen Verbundgewebe bestehen aus
mindestens zwei separaten Gewebelagen, von denen die obere durch die
Leinwandbindung charakterisiert ist und die auf geeignete Weise
mit den weiteren Gewebelagen verbunden wird. Zur Verbindung der
Lagen miteinander dienen bei den bekannten Lösungen separate Bindefäden, die
sowohl Längsfäden als
auch Querrichtungsfäden
ausbilden können.
Ferner wurde die dahingehende Verbindung auch dadurch hergestellt, dass
man Längs- und Querfadensysteme
des einen Gewebes in das andere Gewebe einbindet, indem die genannten
Fäden von
einer Gewebelage in die nächste überwechseln
und umgekehrt. Einige Beispiele hierfür sind in den nachfolgenden
Schriften zu finden:
DE
33 18 985 A1 ,
DE
42 29 828 C2 ,
DE
29 17 694 C2 ,
EP
0 069 101 B1 ,
EP
0 097 966 B1 und WO 93/00472 A1
-
Mit
dieser Art an bekannten Geweben konnte die Gleichmäßigkeit
der Oberseite derart verbessert werden, dass die im Papier hinterlassene
Markierung deutlich geringer ausfällt als bei dem zweilagigen Sieb
und auch die Durchlässigkeit
bei vergleichsweise hoher Anzahl Fäden auf der Papierseite erhalten blieb.
Dies führte
zu einem verstärkten
Einsatz von dreilagigen Sieben bei den genannten grafischen Papieren.
-
Durch
den mehrlagigen Aufbau erhöht
sich aber die Dicke des Papiermaschinensiebes erheblich, wodurch
mehr Wasser im Gewebe eingelagert werden kann und die Entwässerungsleistung
ist insoweit reduziert. Ein weiterer Nachteil der dreilagigen Verbundgewebe
betrifft die Lagenverbindung. Die einzelnen über Bindefäden miteinander verbundenen Gewebelagen
werden beim Lauf in der Papiermaschine bedingt durch Umlenkungen
häufig
auf Biegung beansprucht, wobei sich bezogen auf eine neutrale Phase
in der Mitte des Siebes die eine Lage eine Streckung erfährt, wobei
zeitgleich die der neutralen Phase gegenüberliegende Gewebelage gestaucht
wird. Es kommt dann regelmäßig zu einer
Lockerung der Gewebeverbindung, die im fortgeschrittenen Stadium
zur Lagenverschiebung führen
kann mit im Extremfall auftretender Trennung der Gewebelagen, was
zum Unbrauchbarwerden des Papiermaschinensiebes führt.
-
Zwar
ist in der
DE 100
30 650 C1 bereits beschrieben, um der Lagentrennung entgegenzuwirken,
die Maschinenrichtungsfäden
als Bindefäden
zu verwenden mit der Folge, dass durch den Wechsel der Längsfäden- oder
Maschinenrichtungsfäden
von der Papier- zur Maschinenseite und umgekehrt es zu einem Ausgleich
von Streckung und Stauchung der beiden Gewebeseiten kommt; allein
auch diese Art der Bindung kann nicht die strukturbedingte höhere Dicke
der Verbundgewebe mit ihrer reduzierten Entwässerungsleistung kompensieren.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die bekannten Lösungen
dahingehend weiter zu verbessern, dass eine Ober- oder Papierseite
eines Papiermaschinensiebes gebildet ist, das die Vorteile einer Leinwandbindung
realisiert und dennoch ein einfacher kompakter und robuster Aufbau
für das
Gewebe nebst dem Papiermaschinensieb, für das das Gewebe eingesetzt
wird, erreicht ist. Eine dahingehen de Aufgabe löst eine Oberseite, insbesondere
Papierseite, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Papiermaschinensieb
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung ist
dadurch charakterisiert, dass gemäß der Merkmalsausgestaltung
des Patentanspruches 1 die Ober- oder Papierseite aus einer Vielzahl
von Längsfäden besteht,
die mit einer Vielzahl an Querfäden
verwoben sind und dabei Rapporte in Längs- und Querrichtung entstehen,
wobei der Querfadenrapport mindestens dreimal so viele Fäden enthält wie der
Längsfadenrapport
und der Längsfadenrapport
mindestens aus drei Fäden
besteht und der Querfadenrapport mindestens aus neun, wobei alle
Längsfäden alternierend über drei
Querfäden
und unter drei Querfäden
und anschließend
unter den verbleibenden Querfäden verlaufen
und wobei zwei direkt benachbarte Längsfäden in Längsrichtung um mindestens drei
Querfäden
gegeneinander verschoben sind. Die genannte Aufgabe wird auch von
einem Papiermaschinensieb mit den Merkmalen des Patentanspruches
5 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Oberseite
ist in Annäherung
zu der hinlänglich
bekannten Leinwandbindung ausgebildet und erlaubt insoweit die Herstellung
von markierungsfreiem Papier. Dennoch ist durch die spezielle Ausbildung
der Oberseite eine hohe Entwässerung
erreichbar und, sofern man die Oberseite mit entsprechend geeigneten
weiteren Gewebelagen auf der Unterseite versieht, ist ein kompakter
und robuster Aufbau erreicht, der der ungewollten Lagentrennung
entgegenwirkt. Die beanspruchte Ober- oder Papierseite lässt sich
kostengünstig
auf üblichen
Webeinrichtungen erhalten, sodass auf spezielle kostenintensive
Maschineneinrichtungen verzichtet werden kann. Durch die Verwendung
von mindestens drei Maschinenrichtungsfäden ist die Einbindung von
zusätzlichen
maschinenseitigen Quer richtungsfäden
möglich
und dergestalt im Sinne einer idealen Leinwandbindung eine hohe Gleichmäßigkeit
für die
Oberseite oder obere Gewebelage eines Papiermaschinensiebes erreicht.
-
Das
beanspruchte Bindungsprinzip lässt
sich auf nahezu jede beliebige Anzahl von Längsfäden im Rapport ausdehnen und
ist ohne Weiteres realisierbar für
drei, fünf
und sechs Längsfäden innerhalb
eines Rapportes. Je mehr Längsfäden im Rapport
vorhanden sind, umso mehr verschiebt sich das Längenverhältnis von Längsfaden zu Querrichtungsfaden auf
der Oberseite in Richtung Querrichtungsfaden. Insoweit wird die
Bindung immer breiter, was zwar grundsätzlich der Gleichmäßigkeit
der Papierseite abträglich
ist, dafür
aber eine immer bessere Unterstützung
für die
hauptsächlich
längs aus
dem Stoffauflauf der Papiermaschine austretenden Papierfasern bewirkt.
Je nach den in der Praxis auftretenden Anforderungen kann insoweit
die Oberseite auf diese einfache Weise den Gegebenheiten angepasst
werden.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird
die Oberseite einer Thermofixierung zugeführt, wodurch sich eine Längsstreckung
und eine Umwandlung der Gewebestruktur ergibt, bei der der Verlauf
der Längsfäden in dem
Bereich, in dem sie mit den oberen Querfäden binden, nicht mehr strikt
vertikal oder in Längsrichtung
erfolgt, sondern leicht diagonal orientiert ist.
-
Die
Einbindung der maschinenseitigen Querfäden, also des Untergewebes
mit dem Obergewebe oder der Oberseite kann auf vielfache Weise erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Verhältnis
von drei oberen Querfäden
zu zwei unteren Querfäden
gewählt.
Die Steigung des Untergewebes beträgt dabei vorzugsweise zwei,
was dem Schussverhältnis
entspricht, und der Schussrapport des Untergewebes ist doppelt lang
ge wählt,
um eine über
acht Schäfte
verlaufende Flottierung der unteren Querfäden zu realisieren. Dem Grunde
nach sind aber hier auch andere Querfadenverhältnisse denkbar und auch die
Länge der
Flottierung der unteren Querfäden
kann im ganzen Vielfachen des oberen Längsfadenrapportes erfolgen.
-
Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Lösung sind
Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
-
Im
Folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung anhand
verschiedener Ausführungsbeispiele nach
der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller Darstellung die
-
1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
betreffend eine Gewebeoberfläche
mit einem Längsfadenrapport
von vier Fäden
und einem Querfadenrapport von zwölf Fäden entsprechend der Darstellung
einer Bindungspatrone nach 4b);
-
2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
betreffend eine Gewebeoberfläche
mit einem Längsfadenrapport
von drei Fäden
und einem Querfadenrapport von neun Fäden entsprechend der Darstellung einer
Bindungspatrone nach 4a);
-
3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
betreffend eine Gewebeoberfläche
mit einem Längsfadenrapport
von fünf
Fäden und
einem Querfadenrapport von 15 Fäden entsprechend der Darstellung
einer Bindungspatrone nach 4c);
-
4 verschiedene
Ausführungsbeispiele an
Bindungspatronen, wobei
-
4a)
einem Längsfadenrapport
von drei und einem Querfadenrapport von neun Fäden,
-
4b)
einem Längsfadenrapport
von vier und einem Querfadenrapport von zwölf Fäden,
-
4c)
einem Längsfadenrapport
von fünf und
einem Querfadenrapport von 15 Fäden,
-
4d)
einem Längsfadenrapport
von sechs und einem Querfadenrapport von 18 Fäden entspricht;
-
5 Längsfadenverläufe eines
Ausführungsbeispieles
einer Oberfläche
mit einem Längsfadenrapport
von vier und einem Querfadenrapport von zwölf Fäden und eingewebten maschinenseitigen Schüssen;
-
6 eine
an sich bekannte Leinwandbindung;
-
7 eine
Darstellung der Oberseite mit einem Längsfadenrapport von vier und
einem Querfadenrapport von zwölf
Fäden im
schematischen Aufbau.
-
Der
erfindungsgemäße Gegenstand
bezieht sich auf ein mehrlagiges Papiermaschinensieb, das eine Papierseite
aufweist, die in einer Annäherung der
hinlänglich
bekannten Leinwandbindung (vgl. Darstellung nach der 6)
entsprechen soll, aber durch die Verwendung von einer Vielzahl an
Maschinenrichtungsfäden
die Einbindung von zusätzlichen maschinenseitigen
Querrichtungsfäden
ermöglichen soll.
-
Betrachtet
man die ideale bekannte Leinwandbindung genauer, wie sie in 6 dargestellt ist,
dann ergibt sich die hohe Gleichmäßigkeit dieser Bindung vor
allem durch den kurzen Rapport 101 von nur jeweils zwei
Längsfäden und
Querrichtungsfäden.
Verwendet man zusätzlich
noch die gleichen Fadenzahlen und Fadendurchmesser in Längsrichtung und
in Querrichtung, so erhält
man eine quadratische Masche und eine gleichmäßige Höhe von Querfaden- und Längsfadenverkröpfung.
-
Unter
der Bedingung Fadenzahl = 2/Fadendurchmesser wird der Abstand 102 und 105 zwischen
den benachbarten Maschen gleich der Maschenbreite 106 und
der Maschenlänge 103.
Um einer dahingehenden leinwandähnlichen
Oberseite möglichst
nahe zu kommen, sieht die erfindungsgemäße Lösung u. a. vor,
- – mindestens
drei Maschinenrichtungsfäden
einzusetzen,
- – deren
Abstand zueinander kleiner als 20% des Durchmessers eines Längsfadens
ist, und
- – den
Querfadenrapport dreimal so lang auszubilden wie den Längsfadenrapport,
wobei
- – jeder
Maschinenrichtungsfaden alternierend über drei und unter drei Querrichtungsfäden und anschließend unter
der Oberseite zu verlaufen hat und
- – die
Bindung eine Steigung drei besitzt.
-
Die 4 zeigt
das dahingehende bindungstechnische Prinzip anhand von vier unterschiedlichen Längsfadenrapporten.
In dieser Darstellung werden wie in der Textiltechnik üblich die
Maschinenrichtungsfäden
durch Spalten und die Querrichtungsfäden durch Zeilen dargestellt.
Ferner werden Kreuzungspunkte, an denen der jeweilige Längsfaden über einem
zuordenbaren Querfaden verläuft,
durch ein Kreuz markiert.
-
In
der 4a) wird die erfindungsgemäße Lösung auf einen Längsfadenrapport
von drei Fäden 21 bis 23 angewandt.
Der Querfadenrapport hat eine Länge
von neun Fäden 1 bis 9,
wobei der erste Längsfaden 21 alternierend
mit den Schüssen 1 bis 6 bindet,
und zwar darüber
bezogen auf die Schüsse 1, 3 und 5 und
darunter bezogen auf die Schüsse 2, 4 und 6.
Danach bleibt der Längsfaden
unterhalb der Schüsse 7 bis 9.
-
Der
direkt rechts davon benachbarte Längsfaden 22 hat den
gleichen Verlauf; allerdings um drei Querfäden nach oben verschoben. Die
oben fehlenden Schüsse
werden unterhalb des Startpunktes angefügt. Diese Verschiebung ist üblicherweise
mit dem Begriff „Steigung" bezeichnet. Der
Längsfaden 22 beginnt
also am Querfaden 4 und verläuft danach wie der Längsfaden 21.
-
4b)
zeigt eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung mit
einem Längsfadenrapport
von vier Fäden 21 bis 24.
Der Querfadenrapport ergibt sich damit zu zwölf Fäden 1 bis 12 und
somit zu einer Länge,
die dreimal so lang ist wie der Längsfadenrapport. Auch hier
werden die ersten sechs Schüsse 1 bis 6 durch
den Längsfaden 21 alternierend
darüber 1, 3 und 5 und
darunter 2, 4 und 6 eingebunden. Die
verbleibenden Schüsse 7 bis 12 bleiben
unterhalb des Längsfadens 21.
Vergleichbare Anordnungen ergeben sich für die weiteren Längsfäden 22, 23 und 24.
-
Die
schematisch gewebte Oberfläche
entsprechend der Bindungspatrone nach der 4b) ist in 7.
Bei gleichen Durchmessern von Längs-
und Querfäden 102 und 105 sowie
gleichen Querfadenabständen 103 können auch
die Flottierungslängen der
Längs-
und Querfäden 104 und 107 gleich
dargestellt werden. Lediglich die Maschenbreite 106 ist
unterschiedlich.
-
Wird
für die
eingesetzten Kunststoff-Fäden ein übliches
Thermofixierverfahren eingesetzt, ergibt sich durch die Längsstreckung
bei der Thermofixierung eine Umwandlung der Struktur, die in 1 schematisch
zu sehen ist.
-
Der
Verlauf der Längsfäden 21 bis 24''' ist
in dem Bereich, in dem sie mit den oberen Querfäden 1 bis 5 binden,
nicht mehr strikt vertikal oder in Längsrichtung ausgerichtet, sondern
ist leicht diagonal orientiert. Entlang des Längsfadens 21, z. B.
in 1 betrachtet, bedeutet dies, dass der Ketthochgang über dem
Querfaden 1 weiter rechts ist als der über dem Querfaden 3 und
der Längsfadenhochgang über dem
Querfaden 5 sich am weitesten links befindet. Dies wird
dadurch erreicht, dass die relativ gerade eingewebten Querfäden bei
Streckung der Längsfäden in die
Bildebene verkröpft
werden und dabei die Längsfäden umorientieren.
Aus der einen großen Masche 118 werden
somit zwei kleinere 119 und 120 (1),
die den Maschen in der Leinwandbindung recht nahe kommen.
-
Dieses
Bindungsprinzip lässt
sich auf nahezu jede beliebige Anzahl von Längsfäden im Rapport ausdehnen, was
in den 4a), 4c) und 4d)
für drei,
fünf und
sechs Längsfäden beispielhaft
gezeigt ist. Je mehr Längsfäden im Rapport
vorhanden sind, umso mehr verschiebt sich das Längenverhältnis von Längsfaden- zu Querrichtungsfaden auf
der Oberseite in Richtung Querrichtungsfaden. Dies führt zu einer
entsprechenden Verbreiterung, was zwar bezogen auf die Gleichmäßigkeit
der Papierseite unerwünscht
ist, dafür
aber eine immer bessere Unterstützung
für die
hauptsächlich
längs aus dem
Stoffauslauf der Papiermaschine austretenden Papierfasern bewirkt.
Je nach Zweckmäßigkeitsüberlegungen
kann dann dergestalt die Oberseite auf einfache Weise den Gegebenheiten
angepasst werden. Das erste Ausführungsbeispiel
nach der 1 zeigt insoweit die Oberfläche der
erfindungsgemäßen Lösung mit
einem Längsfadenrapport
von vier Fäden 21 bis 24 und
einem Querfadenrapport von zwölf
Fäden 1 bis 12 entsprechend
der Bindungspatrone nach der 4b). Entsprechend
sich wiederholende Rapporte oder Fadenanordnungen werden mit hochgestelltem Strich
hinter dem jeweiligen Bezugszeichen indiziert.
-
Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
bindet der erste Längsfaden 21 alternierend
mit den ersten sechs Querfäden 1 bis 6 darüber und
darunter und verläuft
anschließend
nur unterhalb der restlichen Querfäden 7 bis 12.
Die nächsten
Längsfäden 22, 23 und 24 innerhalb
des Rapportes steigen um jeweils drei Querfäden, in diesem Fall nach rechts
oben. Wie bei jeder Bindung ist grundsätzlich auch eine Steigung nach
links möglich,
wodurch sich dann ein gespiegeltes Bild der Oberfläche ergeben
würde (nicht dargestellt).
-
Bei
den Ausführungsbeispielen
nach den 2 und 3 wird eine
Ausführungsform
mit einem Längsfadenrapport
von drei bzw. fünf
Fäden gezeigt.
Auch hier werden insgesamt vier Längsfadenrapporte nebeneinander
gezeigt, um einen besseren Eindruck der Oberfläche vermitteln zu können.
-
Bei
dem vierten Ausführungsbeispiel
nach der 5 ist dort die Verwendung der
erfindungsgemäßen Oberfläche in einem
doppellagigen Blattbildungssieb als Papiermaschinensieb aufgezeigt,
wobei die Längsfäden in ihrem
Verlauf und die Querfäden
geschnitten dargestellt sind. Hierdurch wird aufgezeigt, wie der
Bereich der Längsfäden, der
unterhalb der oberen Querfäden
verläuft,
zum Einbinden von unteren Querfäden
verwendbar ist. Gemeint ist damit der Bereich, der sich beim Längsfaden 21 unterhalb
der Querfäden 6 bis 12 oder 6' bis 12' befindet.
-
Die
hier verwendete Oberfläche
entspricht der in 1 gezeigten mit einem Längsfadenrapport von
vier Fäden
und dementsprechend einem Querfadenrapport von zwölf Fäden. Die
Querfadenzahl wurde im Verhältnis
von drei oberen Querfäden
zu zwei unteren Querfäden
gewählt.
Bei der vorgegebenen Steigung des Obergewebes von drei ergibt sich
die Steigung für
das Untergewebe zu zwei. Damit sind sowohl die Verhältnisse
der Querfadenzahlen und der Steigung zwischen Ober- und Untergewebe gleich,
was sich günstig
auf die Gesamtkonstruktion auswirkt. Mit dem Ausführungsbeispiel
nach der 5 ist die Flottierungslänge der
unteren Querfäden
doppelt so lang gestaltet wie der Längsfadenrapport des Obergewebes,
also insgesamt acht Fäden mit
einbezogen. Die erfindungsgemäße Oberfläche kann
somit als Papierseite für
eine Vielzahl unterschiedlicher Maschinenseiten und somit Untergeweben
verwendet werden.