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Die
Erfindung betrifft ein Entwässerungssieb für eine Saugwalze
einer Papiermaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten
Art. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Entwässerungssiebs,
ein Verfahren zur Herstellung von Papier sowie eine Papiermaschine.
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Ein
gattungsgemäßes Entwässerungssieb ist
in der
DE 10 2005
042 344 A1 beschrieben. Dieses Entwässerungssieb weist zur Herstellung
mehrstufiger Wasserzeichen ein Trägersieb und ein mit dem Trägersieb
verbundenes, perforiertes Wasserzeichenblech auf.
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Aus
der
EP 0 972 876 B1 ist
ein Papiermachergewebe bekannt, bei welchem auf einem Basisgewebe
eine Schicht aus gesinterten Teilchen und/oder Fasern aus einem
geeigneten Kunststoff vorgesehen ist.
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Aus
der
DE 10 2005
045 566 A1 ist ein mehrlagiges Sicherheitspapier für die Herstellung
von Sicherheits- oder Wertdokumenten, wie Banknoten, Ausweiskarten
und dergleichen, bekannt. In eine erste Papierlage ist ein endloses
Sicherheitselement eingebracht, welches auf zumindest einer Seite
der Papierlage frei zugänglich
ist. Die erste Papierlage ist auf der frei zugänglichen Seite des Sicherheitselements
von einer zweiten Papierlage abgedeckt.
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Die
DE 10 2005 032 815
A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitspapiers
für Sicherheits-
oder Wertdokumente. Dabei kommt ein Papiersieb zum Einsatz, welches
Formelemente aufweist, die durch eine mit dem Papiersieb fest verbundene,
linienförmige,
beispielsweise durch einen Klebstoff gebildete Verschlussmasse gebildet
sind und die während
der Blattbildung zur Ausbildung von Dünnstellen und damit von Wasserzeichen
in der Papierbahn führen.
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Die
DE 101 45 782 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines Papiersiebs für die Papierherstellung
mit Wasserzeichen, bei der auf das Papiersieb eine Verschlussmasse
zum Verschließen
eines Teilbereichs des Papiersiebs aufgebracht wird. Unter anderem
kann vorgesehen sein, die Verschlussmasse mit einer Maske abzudecken,
die beispielsweise durch Laserschneiden hergestellt werden kann.
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Wenn
ein hochwertiges Papier mit einem Wasserzeichen versehen werden
soll, so muss hierzu das sogenannte Entwässerungssieb, das auf der Saugwalze
der Papiermaschine angebracht ist und an dem sich die Papiermasse
in einem kontinuierlichen Prozess ablagert, entsprechend ausgeführt werden.
Derartige Wasserzeichen, die häufig
bei Sicherheitspapieren, wie beispielsweise Banknoten, Schecks und
Aktienpapieren, eingesetzt erden, dienen der Überprüfung der Echtheit und sollen
zugleich dem Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen.
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Im
Allgemeinen wird zwischen zweistufigen Wasserzeichen, die einen
starken Hell-Dunkel-Effekt aufweisen, und mehrstufigen Wasserzeichen,
die weiche Übergänge zwischen
Hell und Dunkel und damit eine detailreiche Darstellung von Motiven
aufweisen, unterschieden.
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Typischerweise
werden zweistufige Wasserzeichen durch das Verlöten, Verkleben oder Verschweißen von
Metallformteilen oder Metalldrähten mit
dem Trägersieb
erzeugt. Durch diese Metallformteile wird erreicht, dass in bestimmten
Bereichen des Entwässerungssiebs
die Anlagerung von Papier behindert wird und sich dünne Stellen
im Papier bilden können,
welche im Durchlicht betrachtet sehr hell erscheinen.
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Dagegen
wird bei mehrstufigen Wasserzeichen üblicherweise ein dreidimensionales
Relief in das Entwässerungssieb
geprägt,
wodurch die Papierdicke des mit einem solchen Entwässerungssieb hergestellten
Papiers gemäß dem Relief
variiert. Eine Erhöhung
der Oberfläche
des Entwässerungssiebs
führt zu
einer dünneren
Papierschicht und somit zu einer hellen Stelle, während sich
durch die Vertiefungen in dem Entwässerungssieb dunkle Stellen ergeben.
Mit mehrstufigen Wasserzeichen können auf
diese Weise im Durchlicht betrachtet weiche, graduelle Übergänge zwischen
helleren und dunkleren Bereichen erzeugt werden.
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Zusätzlich zu
der obersten Lage, in deren Oberfläche die Erhöhungen und Vertiefungen eingebracht
sind, weist das Entwässerungssieb
meist auch ein oder mehrere Stützsiebe
auf, welche unterhalb des Entwässerungssiebs
in Richtung der Saugwalze angebracht sind und zur Abstützung des
mit der Prägung
versehenen Trägersiebs
dienen. Je nach Ausgestaltung des Wasserzeichens weist teilweise
auch das Stützsieb
die Erhöhungen
und Vertiefungen auf.
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Nachteilig
bei den bekannten Entwässerungssieben
mit zweistufigen Wasserzeichen ist jedoch das Erfordernis zweier
getrennter Arbeitsgänge,
von denen insbesondere das Verbinden des Metallformteils mit der
Siebstruktur einen sehr hohen Aufwand erfordert. Darüber hinaus
kann es beim Verschweißen
des Metallformteils mit dem Trägersieb
zu Beschädigungen
des Siebs kommen, was zusätzlichen
Aufwand und eine entsprechende Erhöhung der Kosten nach sich zieht.
Auch die Genauigkeit der Ver fahren zur Verbindung des Metallformteils
bzw. Metalldrahts mit dem Trägersieb
ist häufig
ungenügend.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Vorgehensweise besteht außerdem darin,
dass sie nur verhältnismäßig einfache
Wasserzeichen ermöglicht und
bestimmte Bedürfnisse
im Hinblick auf die Komplexität
derselben nicht erfüllt
werden können.
Dies gilt auch für
mehrstufige Wasserzeichen, die meist ein relativ kompliziertes Herstellungsverfahren
erforderlich machen.
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Auch
die teilweise erforderlichen Stützsiebe tragen
dazu bei, dass die bekannten Entwässerungssiebe einen sehr großen Aufwand
notwendig machen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Entwässerungssieb
für eine
Saugwalze einer Papiermaschine zur Herstellung von mit Wasserzeichen
versehenem Papier zu schaffen, welches mit geringerem Aufwand hergestellt
werden kann und dabei große
gestalterische Freiheiten ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch
die Herstellung des Entwässerungssiebs
durch Sintern eines pulverförmigen
Materials ist es möglich,
dem Entwässerungssieb
sehr komplexe, dreidimensionale Strukturen bzw. Geometrien in nur
einem Arbeitsschritt zu verleihen, wobei die sehr hohe Abbildungsgenauigkeit,
die durch das Sintern erreichbar ist, die Erzeugung eines qualitativ
sehr hochwertigen Entwässerungssiebs
ermöglicht,
insbesondere wenn dreidimensionale CAD-Daten zur Konstruktion des
Entwässerungssiebs
eingesetzt werden.
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Ein
weiterer großer
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, dass die Oberfläche des
Entwässerungssiebs
keine Knotenpunkte aufweist, wie dies bei herkömmlichen Metallsieben der Fall
ist, die aus Kett- und Schussfäden
bestehen. Dadurch ergibt sich eine sehr glatte Oberfläche des
Entwässerungssiebs,
wodurch schärfere,
vielschichtigere und insbesondere sehr viel feinere Details aufweisende
Wasserzeichen hergestellt werden können.
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Ein
weiterer Vorteil der fehlenden Knotenpunkte auf der Oberfläche des
Entwässerungssiebs ist
die Tatsache, dass hierdurch die gesamte Oberfläche desselben mit einem Muster
versehen werden kann, welches sich als Wasserzeichen in dem hergestellten
Papier widerspiegelt. Hierbei ist die Beschaffenheit der Oberfläche des
Entwässerungssiebs
vollkommen unabhängig
von dem darauf aufgebrachten Muster.
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Wenn
das Entwässerungssieb
eine solche gleichmäßige Oberfläche aufweist,
so führt
dies des weiteren zu einem gleichmäßigeren Ablaufen des Wassers
von der Ober fläche
desselben, im Gegensatz zu der strudelartigen Absaugung des Wassers bei
bekannten Entwässerungssieben.
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Durch
die Herstellung des erfindungsgemäßen Entwässerungssiebs in einem Arbeitsgang
kann auf die bislang eingesetzten und sehr arbeitsintensiven Bearbeitungsschritte
des Lötens,
Klebens oder Schweißens
verzichtet werden, wodurch das Entwässerungssieb nicht nur mit
einem sehr viel geringeren Aufwand, sondern auch erheblich kostengünstiger
hergestellt werden kann.
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Zweistufige
Wasserzeichen werden wie oben erwähnt gemäß dem Stand der Technik dadurch
wirtschaftlich hergestellt, dass ebene Metallplättchen auf ein ebenes Sieb
aufgeschweißt
werden. Die Ebenheit ist zum Schweißen zwingend notwendig. Deshalb
ist es heute wirtschaftlich nicht möglich, ein zweistufiges Wasserzeichen
in ein mehrstufiges (geprägtes)
Wasserzeichen zu integrieren.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Kombination ein- und
mehrstufiger Wasserzeichen problemlos möglich.
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Ein
weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass alle
bislang einzeln gefertigten Sieblagen in einem Arbeitsgang durchgängig, also
ohne weitere Verbindungen hergestellt werden kön nen. Dadurch lassen sich sowohl
regelmäßige als
auch unregelmäßige Muster
für das
Wasserzeichen erstellen, wodurch die Reproduktion gegenüber bislang
bekannten Wasserzeichen erheblich erschwert und so die Sicherheit
des damit hergestellten Papiers in hohem Maße erhöht werden kann. Somit lassen
sich durch die erfindungsgemäße Lösung Sicherheitsmerkmale
verwirklichen, die mit der bislang eingesetzten Technik noch nicht realisierbar
waren.
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Insbesondere
lassen sich durch das erfindungsgemäße Entwässerungssieb Wasserzeichen mit
unterschiedlicher Schärfe
darstellen, so dass der mit zwei- oder mehrstufigen Wasserzeichen
erreichte Hell-Dunkel-Effekt auch, allerdings auf sehr viel einfachere
Weise, mit dem erfindungsgemäßen Entwässerungssieb
erreichbar ist. Gleichzeitig ist das Entwässerungssieb jedoch nicht auf
die graduelle Veränderung
der Helligkeit des Wasserzeichens angewiesen, sondern es können beliebige
Abstufungen erzeugt werden. Darüber
hinaus kann sich das Wasserzeichen vorteilhafterweise über die
gesamte Fläche
des Entwässerungssiebs
erstrecken, was mit bekannten Lösungen
nicht möglich
war.
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Je
nach Anwendungszweck kann es vorteilhaft sein, wenn das pulverförmige Material
ein Kunststoffpulver, ein Metallpulver oder ein Keramikpulver aufweist,
wobei gegebenenfalls auch Mischungen eingesetzt werden können. Wenn
ein Metallpulver als das pulverförmige
Mate rial verwendet wird, so ergibt sich ein härteres Entwässerungssieb, das eine längere Standzeit
als ein aus Kunststoff bestehendes Entwässerungssieb aufweist.
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Ebenso
ist es möglich,
beispielsweise Kunststoffpulver und Keramikpulver zu mischen. Daraus hergestellte
Entwässerungssiebe
sind elastisch, weisen aber durch die in Kunststoff eingebetteten
Keramikpartikel eine wesentlich höhere Verschleißfestigkeit
und somit Lebensdauer auf als die heute bekannten Entwässerngssiebe.
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In
einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Erhöhungen
und/oder Vertiefungen in Form von Mustern, Zeichen oder Kodierungen
ausgeführt
sind. Besonders vorteilhaft ist, dass hierfür die Oberfläche des
Entwässerungssiebs
nicht verändert
werden muss, so dass das gesamte Entwässerungssieb ein und dieselbe
Oberflächenbeschaffenheit
besitzt und sich für das
sich im Prozess befindliche Wasser und den das Papier bildenden
Faserstoff an jedem Punkt auf dem Entwässerungssieb gleiche Strömungsverhältnisse ergeben.
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Um
ein sich beispielsweise über
die gesamte Fläche
des Papiers erstreckendes Sicherheitsmerkmal zu schaffen, kann in
einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen
sein, dass über die
Oberfläche
des Entwässerungssiebs
verteilt mehrere Durchgangslöcher
vorgesehen sind.
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Hierbei
werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn die Durchgangslöcher einen
Durchmesser von weniger als 0,6 mm, vorzugsweise weniger als 0,25
mm, besonders bevorzugt weniger als 0,17 mm, aufweisen.
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Aufgrund
seiner einfachen Fertigung kann das Entwässerungssieb sowohl als Rundsieb,
als Langsieb als auch als Schrägsieb
ausgebildet sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Oberfläche
des Entwässerungssiebs
mit einer Beschichtung versehen ist. Durch die Aufbringung einer
Beschichtung auf das Entwässerungssieb
können
die Eigenschaften der Oberfläche,
insbesondere die durch die Oberfläche erzeugte Oberflächenspannung,
verändert
werden, so dass beispielsweise die Wasserdurchlässigkeit des Entwässerungssiebs
verbessert werden kann.
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Wenn
in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen
ist, dass die Erhöhungen
und Vertiefungen so angeordnet sind, dass sie wenigstens eine Hinterschneidung
bilden, so lassen sich auf sehr einfache Weise verhältnismäßig scharfkantige
Konturen in einer ansonsten diffusen, schwammigen Umgebung erzeugen.
Ein derartiges Sicherheitsmerkmal für ein Wasserzeichen lässt sich mit
bislang verwendeten Entwässerungssieben
nicht erzeugen.
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In
Anspruch 13 ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Entwässerungssiebs angegeben.
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Der
besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht in dem geringen Aufwand,
der hierfür
erforderlich ist, sowie in der Tatsache, dass die Prozessparameter
umfangreich beeinflusst werden können.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Entwässerungssieb mit den Erhöhungen und
den Vertiefungen durch Sintern eines pulverförmigen Materials hergestellt
wird. Durch die Verwendung eines Laserstrahls zur Sinterung des
pulverförmigen
Materials können
auch sehr kleine Details sehr exakt dargestellt werden. Des weiteren
gewährleistet
der Einsatz eines Lasers oder mehrerer Laser zum Sintern des pulverförmigen Materials
sehr kurze Bearbeitungszeiten.
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Eine
Papiermaschine mit wenigstens einer Saugwalze und einem erfindungsgemäßen Entwässerungssieb
ergibt sich aus Anspruch 15.
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Anspruch
16 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Wasserzeichen
versehenem Papier, insbesondere Banknoten, Schecks oder Aktienpapiere,
mit Erhöhungen
und Vertiefungen zur Erzeugung des Wasserzeichens, wobei ein erfindungsgemäßes Entwässerungssieb
verwendet wird.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 eine
Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung des erfindungsgemäßen Entwässerungssiebs;
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2 eine
sehr schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Entwässerungssiebs;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
nach der Linie III-III aus 2;
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4 einen
Schnitt nach der Linie IV-IV aus 3; und
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5 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Papier,
bei dem das erfindungsgemäße Entwässerungssieb
eingesetzt wird.
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1 zeigt
auf sehr schematische Art und Weise ein Verfahren zur Herstellung
eines in 2 ebenfalls sehr schematisch
dargestellten Entwässerungssiebs 1,
das zur Herstellung von mit Wasserzeichen versehenem Papier, insbesondere
Banknoten, Schecks oder Aktienpapiere, dient. Zur Herstellung des
Entwässerungssiebs 1 wird
ein pulverförmiges Material 2 auf
einer Auflage 3 aufgebracht und mittels einer Rakel oder
Walze 4 vollflächig
in einer beliebigen Dicke gleichmäßig verteilt. Anschließend wird mittels
eines durch einen Laser 5 erzeugten Laserstrahls 6 das
Werkstück,
also das Entwässerungssieb 1,
Schicht für
Schicht aufgebaut. Der Laser sintert dabei das pulverförmige Material 2 selektiv
an den Stellen, an denen das Entwässerungssieb 1 entstehen
soll, wohingegen an den Stellen, an denen Hohlräume verbleiben sollen, kein
Sintervorgang stattfindet. Um den Laserstrahl 6 auf das
pulverförmige
Material 2 zu lenken, wird im vorliegenden Fall eine Optik 7 eingesetzt.
Bei dem Laser 2 kann es sich zum Beispiel um einen CO2-Laser, einem Nd:YAG-Laser oder einen Faserlaser
handeln.
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Für das pulverförmige Material 2 wird
vorzugsweise ein Kunststoffpulver, beispielsweise ein Polyamid,
ein Polycarbonat, ein Elastomer oder ein anderer geeigneter Kunststoff,
ein Metallpulver, ein Keramikpulver oder gegebenenfalls auch eine
Mischung daraus eingesetzt. Das pulverförmige Material 2 kann
eine Korngröße im Bereich
von 20 bis 100 μm
aufweisen, so dass sich eine sehr feine Struktur des Entwässerungssiebs 1 ergibt.
Gegebenenfalls können
in verschiedenen Bereichen des Entwässerungssiebs 1 auch
unterschiedliche Korngrößen eingesetzt
werden, um demselben auf diese Weise ein gewisses Muster zu verleihen.
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Zur
Herstellung des Entwässerungssiebs 1 sollten
dessen Geometriedaten dreidimensional vorliegen, wobei aus den vorliegenden
CAD-Daten des Entwässerungssiebs 1 durch
sogenanntes ”Slicen” eine Vielzahl
von Schichten erzeugt wird, die dann als Schichtdaten verarbeitet
werden.
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Beim
Sintern des pulverförmigen
Materials 2 können
die Pulverkörner
nur partiell aufgeschmolzen werden, was insbesondere dann Verwendung
findet, wenn Kunststoff- oder Metallpulver eingesetzt werden. Im
Falle der Verwendung metallischer Pulver ist auch ein vollständiges Aufschmelzen
derselben möglich,
ohne dass ein Bindemittel verwendet wird. Des weiteren ist es auch
möglich,
einen sogenannten gütegeschalteten
Laser mit kurzen Pulsen einzusetzen, wobei hierzu eine Vakuumkammer
verwendet werden sollte, in der auch Nano-Pulver verarbeitet werden können.
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Ein
auf die beschriebene Art und Weise hergestelltes Entwässerungssieb 1 ist
in den 2, 3 und 4 äußerst schematisch
dargestellt. Insbesondere in 2 ist erkennbar,
dass das Entwässerungssieb 1 in
mehrere Abschnitte 8 unterteilt ist, mit denen später Banknoten,
Schecks oder Aktienpapiere hergestellt werden. Das Entwässerungssieb 1 wird
also in Druckbogengröße hergestellt
und das in Form eines Druckbogens erzeugte Papierprodukt kann nach
der Herstellung entsprechend zugeschnitten werden. Um das Entwässerungssieb 1 in Druckbogengröße herzustellen,
kann es erforderlich sein, dass mehrere einzelne Teile desselben
hergestellt und miteinander verbunden werden.
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In 3 ist
erkennbar, dass jeder Abschnitt 8 einen Wasserzeichenbereich 9 aufweist,
der, wie aus 4 hervorgeht, Erhöhungen 10 und
Vertiefungen 11 in einer Oberfläche 12 des Entwässerungssiebs 1 aufweist
und bei dem Endprodukt das Wasserzeichen bildet. Die Erhöhungen 10 und
die Vertiefungen 11 befinden sich also in bzw. auf der
Oberfläche 12 des
Entwässerungssiebs 1.
Zur Bildung des Wasserzeichens sind die Erhöhungen 10 und/oder die
Vertiefungen 11 insbesondere in Form von Mustern, Zeichen
oder Kodierungen ausgeführt.
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Zusätzlich sind
im vorliegenden Fall über
die Oberfläche 12 des
Entwässerungssiebs 1 mehrere Durchgangslöcher 13 verteilt
angeordnet, die so ebenfalls ein Wasserzeichen auf dem mittels des Entwässerungssiebs 1 hergestellten
Papier erzeugen. Der Durchmesser der Durchgangslöcher 13 beträgt im vorliegenden
Fall weniger als 0,6 mm, vorzugsweise weniger als 0,25 mm und besonders
bevorzugt weniger als 0,17 mm. Die Durchgangslöcher 13 können annährend beliebig über das
Entwässerungssieb 1 verteilt
angeordnet sein, wobei zum Erreichen einer höheren Fälschungssicherheit auch Durchgangslöcher 13 mit
unterschiedlichen Durchmessern und/oder in ungleichmäßiger Verteilung
vorgesehen sein können.
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In
nicht dargestellter Weise kann die Oberfläche 12 des Entwässerungssiebs 1 mit
einer Beschichtung versehen sein, die die Oberflächeneigenschaften des Entwässerungssiebs 1 verbessert.
Eine solche Beschichtung kann beispielsweise durch Sprühen auf
die Oberfläche 12 des
Entwässerungssieb 1 aufgebracht
werden.
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Wie
in dem Schnitt gemäß 4 erkennbar ist,
sind die Erhöhungen 10 und
die Vertiefungen 11 auf der Oberfläche 12 des Entwässerungssiebs 1 teilweise
so angeordnet, dass sie Hinterschneidungen bilden, wobei im vorliegenden
Fall lediglich eine Hinterschneidung 14 dargestellt ist,
die eine besonders scharfe Kante innerhalb des Wasserzeichens auf dem
hergestellten Produkt erzeugen kann.
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5 zeigt
einen Teil einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Papiermaschine,
nämlich eine
Saugwalze 15, die mit dem Entwässerungssieb 1 versehen
ist und mit der in an sich bekannter Weise aus einem Faserstoff
bzw. Faserbrei 16 eine Papierbahn 17 als das oben
beschriebene Endprodukt erzeugt wird. Innerhalb der Saugwalze 15 herrscht
dabei ein Unterdruck, der den Faserstoff 16 auf das Entwässerungssieb 1 zieht,
so dass sich derselbe auf dem Entwässerungssieb 1 ablagert.
Das in dem Faserstoff 16 vorhandene Wasser wird dagegen
in die mit nicht dargestellten Perforationen versehene Saugwalze 15 eingesaugt.
Der Wasserzei chenbereich 9 der einzelnen Abschnitte 8 des
Entwässerungssiebs 1 ist
dabei so ausgebildet, dass sich an den Mustern, Zeichen oder Kodierungen
bei der Blattbildung dort Fasern ablagern, so dass die Vertiefungen 11 im
späteren
Wasserzeichen dunkle Stellen erzeugen. Umgekehrt ergibt sich an
der Stelle einer Erhöhung 10 ein
dünnerer
Bereich in der mit dem Entwässerungssieb 1 hergestellten
Papierbahn 17.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist das Entwässerungssieb 1 als
Rundsieb ausgebildet, es wäre
jedoch auch möglich;
dasselbe als Langsieb oder als Schrägsieb auszubilden.