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Die vorliegende Erfindung betrifft Bespannungen für Maschinen zur Papierherstellung und bezieht sich im Besonderen auf Bespannungen zur Verwendung in einer Formierpartie bzw. Trockenpartie einer Papiermaschine.
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Unter dem Oberbegriff Papier werden Papiere verschiedenster Sorten, Kartone und Pappen zusammengefasst. Die Herstellung von Papier beginnt in der Regel mit der Ausbildung einer Faserstoffbahn aus einer Faserstoffsuspension. In Papiermaschinen werden als Auflage für die Suspension und die noch nicht selbstragende Faserbahn Bespannungen verwendet. Die Bespannungen sind in der Regel als Endlosbänder ausgeführt, die über Walzen umgelenkt innerhalb einer bestimmten Sektion der Papiermaschine umlaufen. Zur Ausbildung der Faser- bzw. Faserstoffbahn wird eine auf eine Bespannung in der Formierpartie einer Papiermaschine aufgebrachte Faserstoffsuspension durch die Bespannung hindurch entwässert. Zur Entwässerung weist die Bespannung Durchgänge auf, über die der Faserstoffsuspension bzw. der sich darauf ausbildenden Faserstoffbahn Wasser entzogen wird. Aufgrund dieser Siebwirkung werden die in der Formiersektion zur Ausbildung der Faserstoffbahn eingesetzten Bespannungen in der Regel als Formiersiebe bezeichnet.
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Die in Papiermaschinen gegenwärtig eingesetzten Formiersiebe bestehen aus gewobenem Material. Gewobene Formiersiebe weisen regelmäßige Strukturen mit sich wiederholendem Grundmuster auf. Üblicherweise sind gewobene Formiersiebe aus mehreren Weblagen unterschiedlicher Fadenstärke und Fadenführung aufgebaut. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Webstruktur weisen die einzelnen Lagen solcher Formiersiebe nicht nur voneinander abweichende Permeabilitäten für Wasser auf, sondern führen, da in den oberen Lagen ausgebildete Öffnungen bzw. Durchgänge regelmäßig von Garnen darunter liegender Weblagen verdeckt werden, auch zu lokalen lateralen Variationen in der Permeabilität des gewobenen Formiersiebs (als obere Lage ist hierbei die Papierseite des Formiersiebs zu verstehen, d. h. die Weblage, auf der die Faserstoffsuspension bzw. Faserstoffbahn gestützt wird). Eine lateral variierende Permeabilität resultiert in einer lateral variierenden Entwässerungsgeschwindigkeit der Faserstoffbahn, die wiederum zu sichtbaren Markierungen in der Papierbahn und damit zu einer schlechten Papierqualität führt, wobei die unterschiedlich entwässerten Bereiche aufgrund des Webmusters in einer regelmäßigen Anordnung vorliegen. Geringer entwässerte Bereiche einer Papierbahn können außerdem auch eine geringere Faserdichte aufweisen.
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Gewobene Formiersiebe weisen eine geringe Biegesteifigkeit auf und neigen beim Umlauf in Papiermaschinen daher häufig zu Faltenbildung. Die Verwendung von Monofilamenten unterschiedlicher Materialien wie z. B. eine Kombination von Garnen aus Polyethylenterephthalat (PET) und Polyamid (PA) auf der Laufseite einer Bespannung führt aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften dieser Materialien bezüglich Wasseraufnahme, Dehnung etc. ferner zu auf- bzw. abstehenden Formiersiebkanten.
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Bespannungen können nicht als Endlosband gewoben werden. Zur Ausbildung eines Endlosbandes müssen die beiden Enden eines endlich langen Webbandes miteinander verbunden werden. Um zu Markierungen der Papierbahn führende Irregularitäten an der Verbindungsstelle zu vermeiden, erfolgt die Verbindung über eine komplizierte Webnahtstruktur, die sich über einen größeren Bereich erstreckt. Die hierdurch bedingte aufwändige Herstellung gewobener Formiersiebe schlägt sich in entsprechend hohen Herstellungskosten nieder.
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Als Alternative zu gewobenen Bespannungen wurden Formiersiebe vorgeschlagen, die aus nichtgewebten Materialbahnen hergestellt werden. In der Patentschrift
CA 1 230 511 wird beispielsweise eine Bespannung angegeben, die von einem Laminat aus mehreren Lagen nichtgewebter wasserundurchlässiger Materialien gebildet ist, in das Öffnungen zur Entwässerung eingebracht sind. Solche Folienlaminate in den für Formiersiebe erforderlichen Dimensionen herzustellen ist jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden. Außerdem sind solche Mehrschichtfolienlaminate relativ steif und neigen unter den beim Einsatz in der Formiersektion einer Papiermaschine vorherrschenden Bedingungen zum Delaminieren.
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Das bisher unter Bezugnahme auf Formiersiebe dargelegte gilt analog für Bespannungen, die in der Trockenpartie einer Papiermaschine eingesetzt werden.
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Für die Herstellung weitgehend markierungsfreier Papiere wäre es wünschenswert, eine Bespannung anzugeben, die eine gleichmäßige Entwässerung von Faserstoffsuspension bzw. Faserstoffbahn ermöglicht. Weiterhin wäre es wünschenswert, eine Bespannung anzugeben, die eine für einen wirtschaftlichen Einsatz in einer Formier- und/oder Trockenpartie einer Papiermaschine ausreichende mechanische Stabilität aufweist.
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Ausführungsformen einer solchen Bespannung für eine Papiermaschine sind als Band ausgebildet, dessen beide Seitenkanten jeweils als geschlossene Linien ausgeführt sind. Das Band wird von einem einlagigen Vollmaterial gebildet, in dem Poren angeordnet sind, die zwischen den beiden Oberflächen des Bands Durchgänge ausbilden. Das Band weist ferner Bereiche auf, in denen keine Poren ausgebildet sind. Jeder dieser Bereiche erstreckt sich in Richtung quer zu den Seitenkanten, d. h. in Laufrichtung, des Bands über dessen gesamten Umfang und weist quer zur Laufrichtung des Bands eine Breite von 400 μm oder weniger auf.
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Solcherart gelochte, folienförmig Bespannungen können sehr dünn hergestellt werden und weisen dennoch eine hohe mechanische Festigkeit und Stabilität auf. Da solche Bespannungen nicht wie Gewebe diagonal verzogen werden können, weisen sie auch keine Neigung zur Faltenbildung auf. Die folienförmigen gelochten Bespannungen eignen sich insbesondere als Formiersiebe und Trockensiebe in Papiermaschinen.
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Bei Ausführungsformen der folienförmigen gelochten Bespannungen beträgt die Breite der porenfreien Bereiche vorzugsweise weniger als 200 μm und besonders bevorzugt weniger als 150 μm, so dass die Breite der von den umlaufenden Bereichen gebildeten Stege an die mit einer Papiermaschine herzustellende Papiersorte und an die Entwässerungsbedingungen angepasst werden kann, die in der Sektion vorherrschen, in der die jeweilige Bespannung eingesetzt wird.
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Zur Herstellung von Bespannungen mit einer homogenen Permeabilität für Wasser bildet die Anordnung der Poren bei Ausführungsformen des Bands ein regelmäßiges Muster.
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Bei anderen Ausführungsformen des Bands weicht die Anordnung der Poren von der eines regelmäßigen Musters ab, um eine eventuelle Ausbildung von Markierungsmustern zu vermeiden.
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Besondere Ausführungsformen hiervon sind so gestaltet, dass die Variation des Abstands zwischen jeweils zwei in Umlaufrichtung des Bands unmittelbar benachbarten Poren wenigstens 10% und maximal 60% des mittleren Abstands zwischen den Poren in dieser Richtung beträgt. Bei Ausführungsformen hiervon ist die Position jeder Pore durch eine Bezugsposition und eine Abweichung von der Bezugsposition bestimmt, wobei Bezugspositionen der Poren ein regelmäßiges Muster bilden und sich die Abweichungen von der jeweiligen Bezugsposition für wenigstens zwei Poren voneinander unterscheiden. Die Ausführungsform ermöglicht eine einfach zu gestaltende homogene Permeabilität des Bands und vermeidet durch die Ausbildung eines letztendlich unregelmäßigen Musters dennoch ein Auftreten von Markierungsmustern. Um ein Auftreten von Übermustern auszuschließen, ist die Abweichung von der Bezugsposition für eine Pore unabhängig von einer Abweichung von der Bezugsposition einer beliebigen anderen Pore innerhalb eines vorgegebenen Flächenbereichs gewählt.
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Zur Sicherung der mechanischen Festigkeit des Bands in seinem gesamten Porenbereich ist die maximale Abweichung von der Bezugsposition bei Ausführungsformen mit unregelmäßigen Porenanordnungen so gewählt, dass die Verringerung des Abstands zwischen zwei benachbarten Porenrändern maximal 60 Prozent des durch die Bezugspositionen gegebenen Abstands beträgt. Bei Ausführungsformen hiervon ist die maximale Abweichung von der Bezugsposition dabei so gewählt, dass die Verringerung des Abstands zwischen zwei benachbarten Porenrändern maximal 30 Prozent und vorzugsweise maximal 10 Prozent des durch die Bezugspositionen gegebenen Abstands zwischen den Porenrändern beträgt. Ferner ist bei Ausführungsformen mit von einem regelmäßigen Muster abweichenden Porenanordnungen die maximale Variation des Abstands zwischen zwei benachbarten Poren so gewählt ist, dass sich die Breite eines porenfreien Bereichs um maximal 25 Prozent bezogen auf einen Referenzwert für die Breite verringert.
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Bei Ausführungsformen umfasst die Porenstruktur die gesamte Oberfläche des Bandes, wodurch eine gleichmäßige Entwässerung über die gesamte Bespannung ermöglicht wird. Bei anderen Ausführungsformen weist das Band an den Seitenrändern eine porenfreie Randzone zur Erhöhung der Sicherheit gegen ein eventuelles Einreißen auf. Bei Ausführungsformen hiervon weist die porenfreie Randzone eine Breite aus dem Bereich von 1 bis 5 cm auf.
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Zur Strukturierung einer herzustellenden Faserbahn, beispielsweise zum Einbringen von Bereichen mit höherer oder niedrigerer Faserdichte, oder zum Einbringen von Wasserzeichen, weist das Band einen Bereich mit einer ersten Porenstruktur und wenigstens einen weiteren Bereich mit einer weiteren Porenstruktur auf, wobei sich die Porenstruktur des ersten Bereichs wenigstens in der Porosität von der eines weiteren Bereichs unterscheidet.
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Das zur Ausbildung der folienförmigen Bahn verwendete Vollmaterial ist bei bevorzugten Ausführungsformen von einem polymeren Material gebildet, wobei das polymere Material bei Ausführungsformen hiervon unter PET, PEN, PPS, PEEK, PI oder Polyolefinen ausgewählt ist. Zum Einstellen besonderer Eigenschaften der zur Ausbildung der Bespannung verwendeten Bahn können in dem polymeren Material Füllstoffe eingebettet sein, wobei die Füllstoffe sowohl in Form von Partikeln als auch von Fasern oder einer Mischung beider vorliegen können.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele, den Ansprüchen und den Figuren. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
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1 eine perforierte Bespannung in einer schematischen Darstellung zeigt,
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2a einen Querschnitt durch einen Teil einer gelochten Folienbespannung mit Poren gleichmäßigen Querschnitts in einer schematischen Darstellung zeigt,
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2b einen Querschnitt durch einen Teil einer gelochten Folienbespannung mit konischen Poren in einer schematischen Darstellung zeigt,
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3 eine Draufsicht auf einen Teil einer gelochten Folienbespannung in einer schematischen Darstellung zeigt, der ein regelmäßiges Kreuzmuster überlagert ist,
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4 eine Porenanordnung gemäß einer ersten weiteren Ausführungsform veranschaulicht,
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5 eine Porenanordnung gemäß einer zweiten weiteren Ausführungsform veranschaulicht,
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6 eine Porenanordnung gemäß einer dritten weiteren Ausführungsform veranschaulicht,
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7 eine Porenanordnung gemäß einer vierten weiteren Ausführungsform veranschaulicht,
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8 eine Porenanordnung gemäß einer fünften weiteren Ausführungsform veranschaulicht,
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9 eine Porenanordnung gemäß einer sechsten weiteren Ausführungsform veranschaulicht,
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10 eine Schweißnahtverbindung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht,
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11 eine Schweißnahtverbindung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht, und
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12 eine Schweißnahtverbindung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch den Umfang der beiliegenden Patentansprüche bestimmt ist. Insbesondere können die einzelnen Merkmale bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen in anderer Anzahl und Kombination als bei den untenstehend angeführten Beispielen verwirklicht sein. In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für funktionell gleichwertige Charakteristiken unabhängig von speziellen Ausführungsformen verwendet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer perforierten Bespannung 10. Die Bespannung besteht aus einem Band 1 das seitlich von zwei Seitenkanten 2 und 3 begrenzt ist, von denen jede einer geschlossenen Line folgt und somit kein Ende aufweist. Entsprechend ist auch das Band in sich geschlossen als sogenanntes Endlosband ausgeführt. Außer durch die beiden Seitenkanten 2 und 3 ist das Band 1 durch zwei einander gegenüber angeordnete Oberflächen 5 und 6 begrenzt. Die sich selbst zugewandte Oberfläche 6 des Bandes bildet die Innenseite der Bespannung und wird in der Regel zur Übertragung von Kräften für einen Umlauf des Bandes verwendet. Die dieser gegenüberliegende in 1 nach außen weisende Oberfläche 5 dient üblicherweise als Auflage für Faserstoffsuspension bzw. Faserstoffbahn. Die durch die Breitenausdehnung des Bandes 1 gegebene Richtung QR wird im Folgenden als Querrichtung bezeichnet und stimmt beim Einsatz der Bespannung in einer Papiermaschine mit der Maschinenquerrichtung überein. Der Umlauf der Bespannung 10 erfolgt quer hierzu in die auch als Längs- oder Laufrichtung bezeichnete Richtung LR, deren räumlicher Verlauf in 1 für die darin skizzierte Bespannung veranschaulicht ist.
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Zur Ausbildung einer porösen Bespannung 10 weist das Band 1 eine Vielzahl von Löchern 4 auf. Jedes der Löcher 4 bildet, wie den schematischen Darstellungen eines Querschnitts durch einen Teil des Bands 1 von 2a und 2b zu entnehmen ist, einen Durchgang von der äußeren Oberfläche 5 des Bandes zu dessen innerer Oberfläche 6 aus. Diese Löcher werden nachfolgend auch als Poren 4 bezeichnet und dienen der Entwässerung eines bei der Herstellung von Papier auf dem Band aufliegenden Faserstoffmaterials.
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Abweichend von der schematischen Darstellung in 1 weisen die Randbereiche von Ausführungsformen einer Bespannung 10 keine Poren bzw. Lochungen auf, um dadurch eine höhere Stabilität der Bespannung zu erreichen und um einem eventuellen Einreißen der Bespannung beim Einsatz als Formier- oder Trockensieb entgegenzuwirken. Die Breite solch nichtperforierter Seitenrandzonen weist vorzugsweise einen Wert aus dem Bereich von 1 bis 5 cm auf.
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Die Lochformen der Poren 4 können, wie in 2a dargestellt ist, einen sich zwischen den beiden Oberflächen 5 und 6 des Bands 1 nicht verändernden Querschnitt, aber auch einen sich in Richtung der nicht als Faserbahnauflage genutzten rückseitigen Oberfläche 6 aufweitenden Querschnitt aufweisen, wie es in 2b veranschaulicht ist. Bei Spezialbespannungen können sich die Porenquerschnitte aber auch zur rückseitigen Oberfläche des Bandes hin verjüngen. Bei runden Querschnittsformen ergeben sich somit zylindrische oder konische Lochformen. Außer Poren mit runden Querschnittsgeometrien können bei Ausführungsformen einer Bespannung 10 auch Poren mit elliptischen Querschnitten verwendet werden. Ferner können die Poren 4 als Langloch bzw. Schlitz oder mit einem beliebigen Lochquerschnitt wie beispielsweise einer dreieck-, rechteck-, kreuz-, sternförmigen oder dergleichen mehr Geometrien ausgebildet sein.
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Bei Poren mit rundem Querschnitt werden bei vorteilhaften Ausführungsformen Durchmesser von 50 bis 250 μm bevorzugt. Bei konischer Ausführung der Poren bezieht sich dieses Maß auf die Porengröße an der zur Auflage für die Faserstoffbahn bzw. -suspension vorgesehenen Oberfläche 5 der Bahn 1. An der dieser gegenüberliegenden Oberfläche 6 können die Poren größere Durchmesser aufweisen, um so die Entwässerung des Fasermaterials zu beschleunigen. Werden Poren 4 mit elliptischem Querschnitt oder als Langloch bzw. mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildete Poren verwendet, so weist bei Ausführungsformen der Bespannung 10 die kürzere Ausdehnung dieser Querschnittsgeometrien (Lochbreite) einen Wert von 50 bis 250 μm und die größere Ausdehnung (Lochlänge) vorzugsweise einen Wert von 100 bis 800 μm auf, wobei die Lochlänge immer größer als die Lochbreite ist. Bei vorteilhaften Bespannungen 10 werden Durchmesser von 80 bis 160 μm bzw. Lochbreiten von 60 bis 160 μm und Lochlängen von 120 bis 400 μm bevorzugt. Die Langachsen elliptischer oder schlitz- bzw. langlochförmiger Querschnitte sind vorzugsweise in Laufrichtung LR der Bespannung ausgerichtet, können bei Ausführungsformen aber auch bis zu 45 Grad hierzu geneigt angeordnet sein.
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Beim Einsatz in Papiermaschinen wird die Bespannung in Laufrichtung LR einer hohen Zugspannung ausgesetzt. Um eine ausreichende mechanische Stabilität der Bespannung 10 unter diesen Bedingungen sicherzustellen, weist das Band 1 streifenförmige Bereiche 8 auf, deren Längsrichtung in die Laufrichtung LR der Bespannung orientiert ist, und innerhalb derer keine Poren angeordnet sind. Die in dieser Schrift auch als Stege bezeichneten streifenförmigen Bereiche 8 sind in 3 durch ihre mit punktierten Linien hervorgehobenen Randbereiche veranschaulicht.
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Die Breite der Stege ist bei Ausführungsformen bevorzugt einheitlich, kann aber bei anderen Ausführungsformen auch variieren, wobei die Variation der Stegbreite bei Ausführungsformen hiervon vorzugsweise 25% bezogen auf einen Referenzwert nicht überschreitet. Die Referenzwerte können sich nach dem Einsatzgebiet der Bespannung in der Papiermaschine, beispielsweise der Trocken- oder der Formierpartie, bestimmen, aber auch, eventuell zusätzlich, nach der Sorte des jeweils herzustellenden Papiers. Beispiele für Referenzwerte sind eine mittlere Stegbreite, eine minimale Stegbreite oder auch eine maximale Stegbreite.
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Die mittlere Stegbreite ist vorzugsweise kleiner 400 μm und bei Bespannungen für feinere Papiersorten wie z. B. Schreibpapieren bevorzugt kleiner als 200 μm, wobei mittlere Stegbreiten von weniger als 150 μm im Hinblick auf die Herstellung von Papieren mit möglichst homogener Faserdichte ohne sichtbare Entwässerungsmarkierungen besonders bevorzugt werden. Bei den angegebenen Stegbreiten findet eine ausreichende laterale Entwässerung über die benachbarten Poren statt, so dass keine sichtbaren Entwässerungsmarkierungen auftreten.
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Vorzugsweise folgt die Anordnung der Poren 4 des Bands 1 einer vorgegebenen Ordnungsvorschrift. Je nach Anwendungsfall kann die Ordnungsvorschrift ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster, oder auch eine in bestimmten Bereichen des Bandes gleichmäßige Verteilung der Poren mit stochastisch unabhängig festgelegten Porenpositionen definieren. Bei bestimmten Ausführungsformen der Bespannung 10 legt die Ordnungsvorschrift die Porenpositionen auf dem Band 1 in Bezug zu einem regelmäßigen Muster fest, wobei die tatsächliche Position einer Pore von der durch das regelmäßige Muster definierten Bezugsposition abweichen kann.
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Ein Beispiel für eine entsprechende Porenanordnung ist in
3 veranschaulicht. Grundlage der Anordnung ist ein regelmäßiges Muster von Bezugspositionen
7, die in der Figur anhand von Kreuzen ”+” gekennzeichnet sind. Die Porenpositionen selbst entsprechen im dargestellten Ausführungsbeispiel den Zentren der kreisförmigen Löcher und weichen bei einigen Poren von der ihnen jeweils zugeordneten Bezugsposition
7 um einen individuellen Wert ab, dessen Komponenten d
1 in Laufrichtung und d
2 in Querrichtung der Bespannung in der Detaildarstellung A von
3 dargestellt sind. Die Ordnungsvorschrift für die Porenpositionen lautet in diesem Fall für die Laufrichtung LR von Band
1 PiL = Pi0L + di1; (1) und für die Querrichtung QR von Band
1 PiQ = Pi0Q + di2; (2) wobei i die der jeweiligen Pore zugeordnete Laufvariable, P
iL (y = L y = Q) die tatsächliche Position der Pore i, P
i0y deren Bezugsposition
7 im regelmäßigen Muster und d
iz (z = 1; 2) die Abweichung von der Bezugsposition
7 bezeichnen. Die Abweichung d
iz von der Bezugsposition ist gegeben durch
diz = kiy·dPiy; (3) worin dP
iy die maximal zulässige Abweichung von einer Bezugsposition
7 wiedergibt und
k
iy [–1, –a
1] [a
1, 1]; mit a
1 und a
1 ≥ 0.
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Für a1 = 0 können einige der tatsächlichen Porenpositionen PiL auch mit ihren jeweiligen Bezugspositionen Pi0L zusammenfallen. Für a1 ≠ 0 fällt keine der tatsächlichen Porenpositionen mit ihrer jeweiligen Bezugsposition 7 zusammen. Über die Werte für dPiL und dPiQ werden die maximalen Abweichungen von den Bezugspositionen festgelegt, so dass ein Aneinandergrenzen oder Überlappen von Poren oder unzulässige Einschnürungen von Stegen durch die Porenlöcher vermieden werden können. Insbesondere sollte dPiQ so gewählt werden, dass die Verengung eines Stegs durch eine Pore 25% dessen Nominalbreite nicht oder zumindest nicht wesentlich überschreitet. Ferner können dPiL und dPiQ so gewählt werden, dass die maximale Variation des Abstands zwischen jeweils zwei benachbarten Poren einen bestimmten Prozentsatz eines vorgegebenen bzw. mittleren Abstands beträgt. Die Werte für die maximal zulässige Variation können aus dem Bereich von 10 bis maximal 60% und vorzugsweise aus dem Bereich von 10 bis maximal 50% gewählt sein, wobei Porengröße und -abstand wesentliche Kriterien für eine Festlegung der Auswahl bilden. Als Abstand zwischen zwei benachbarten Poren ist hierbei die Distanz zwischen den Rändern dieser Poren zu verstehen.
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Die Werte für kiy können zur Berechnung tatsächlicher Porenpositionen aus einer vorgegebenen Menge von Werten {kiyj} ausgelesen werden, wobei die Reihenfolge des Auslesens der Werte vorzugsweise geändert wird, wenn alle Werte der Menge einmal oder wiederholt ausgelesen wurden. Die Werte sind bevorzugt so gewählt, dass keine Häufungen der Werte um bestimmte Zahlenwerte aus dem bzw. den oben angegebenen Intervall(en) auftreten. Durch Ändern der Reihenfolge, in der die Werte nach einmaliger oder wiederholter Nutzung der Wertemenge ausgelesen werden, kann eine Ausbildung von Übermustern vermieden werden, die eventuell zu einer optisch erkennbaren Entwässerungsmarkierung führen könnten. In anderen Ausführungsformen werden die individuellen Werte für kiy zeitnah zu ihrer Verwendung von einem Pseudozufalls- oder Zufallsgenerator erzeugt, wobei letzter z. B. das Rauschsignal eines Widerstands zur Bestimmung der Zufallszahlen verwenden kann. Eine durch eine den obigen Gleichungen (1) bis (3) entsprechende Ordnungsvorschrift für Porenpositionen ermöglicht die Herstellung poröser Bespannungen mit genau definierten Permeabilitäten unter Vermeidung streng regelmäßiger Entwässerungsstrukturen, wie sie bei gewobenen Bespannungen unvermeidlich sind.
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Definierte Permeabilitäten können auch mit regelmäßigen Porenanordnungen erzielt werden. Wichtig bei diesen Anordnungen ist jedoch, dass diese Anordnungsmuster Stege aufweisen, deren Längserstreckung mit der Laufrichtung der Bespannung 10 übereinstimmt und keine Poren in den Stegen angeordnet sind.
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Beispiele für regelmäßige Porenanordnungsmuster sind schematisiert in den 4 bis 8 dargestellt. In diesen Figuren sind lediglich für die Charakterisierung der Porenanordnungsmuster repräsentative Ausschnitte dargestellt.
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4 zeigt eine mögliche Anordnung von in parallelen Reihen angeordneten runden Poren 4. Die einzelnen Porenreihen sind in Laufrichtung LR der Bespannung orientiert und weisen quer zur Laufrichtung einen Abstand auf, der einen wie oben beschriebenen Steg 8 definiert. 5 zeigt eine Abwandlung der Porenanordnung von 4: statt nebeneinander sind die Poren benachbarter Porenreihen in diesem Beispiel in Laufrichtung um weniger als ein Porenabstand versetzt zueinander angeordnet. Die Stege 8 zwischen den Porenreihen weisen wie im Beispiel von 4 gleiche Breiten auf. Anders in der in 6 veranschaulichten Porenanordnung: hier ist jeder zweite Steg 8b breiter als die Stege 8a ausgeführt. Selbstverständlich kann eine solche Porenanordnung auch mehrere unterschiedlich breite Stege aufweisen, genauso wie Abfolgen mit mehreren Stegen einer ersten Breite und einem oder mehreren Stegen einer zweiten Breite und möglicherweise weiterer Breiten möglich sind.
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Die 7 bis 9 geben die Porenanordnungen von 5 bis 6 mit jeweils anderen Lochformen wieder. Die Poren 4 der Anordnung von 7 weisen einen rechteckförmigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf. Die Poren 4 sind in gleichmäßig beabstandeten Reihen angeordnet, so dass die Breite aller Stege 8 in Querrichtung QR identisch ist. In Laufrichtung LR des Bandes sind die Reihen zueinander um einen Bruchteil der Porenabstände zueinander versetzt angeordnet. Im Unterschied zum Porenmuster der 7 sind die Porenquerschnitte des Beispiels von 8 elliptisch ausgebildet, wobei die Längsachse der elliptischen Porenformen im dargestellten Beispiel um 40° aus der Laufrichtung verkippt angeordnet ist. Die Poren des in 9 illustrierten Ausführungsbeispiels sind ebenfalls elliptisch ausgeführt, wobei die einzelnen Porenreihen durch unterschiedlich breite Stege 8a und 8b beabstandet sind. Die Verkippung der langen Ellipsenhauptachsen zweier durch einen schmalen Steg 8a getrennten Porenreihen verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel spiegelsymmetrisch zur Stegorientierung. Abweichungen der Porenabstände sind möglich, doch sollten diese bezogen auf den Zwischenraum zwischen den die Poren bildenden Löchern 10 Prozent nicht übersteigen und zu keiner Verschmälerung der Stege führen, die 25% des für sie ausschlaggebenden Referenzwerts überschreitet. Innerhalb bestimmter Bereiche, beispielsweise auf einem Flächenbereich von 10 × 10 cm2, sollte der durchschnittliche Porenabstand weitgehend konstant sein.
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Je nach Anwendungsbereich der Bespannung 10, beispielsweise in der Formier- oder Trockenpartie einer Papiermaschine und abhängig von der herzustellenden Papierart und -sorte, weist die Bespannung 10 vorzugsweise eine Porosität aus dem Bereich von 5 bis 30 Prozent auf. Unter Porosität ist hierbei das Verhältnis der von den Poren an der als Faserbahnauflage dienenden Seite 5 eingenommen Oberfläche zur Gesamtfläche dieser Seite 5 zu verstehen. Bevorzugt sind insbesondere Bespannungen mit Porositäten im Bereich von 10 bis 25 Prozent. Die Luftdurchlässigkeit der Bespannungen 10 liegt vorteilhaft im Bereich von etwa 80 bis etwa 800 cfm (cubic feet per minute, 1 cfm = 1,699 m3/h) und bevorzugt im Bereich von etwa 200 bis etwa 500 cfm.
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In einer nicht in den Figuren dargestellten Ausführungsform sind die Poren in einer stochastisch unabhängigen aber dennoch statistisch gleichmäßigen Verteilung zwischen den Stegen 8 angeordnet. Eine solche Anordnung kann mittels einer Berechnung der Porenpositionen auf der Bespannung 10 unter Verwendung eines Zufallsgenerators erfolgen, wobei bei bevorzugten Ausführungsformen vorteilhaft ein Algorithmus eingesetzt wird, der minimale Abstände zwischen den einzelnen Poren sicherstellt, also insbesondere Überlagerungen von Poren vermeidet. Eine andere Möglichkeit zum Erzeugen einer stochastisch unabhängigen Porenverteilung bietet die Verwendung physikalischer Verfahren, wie beispielsweise Ionenbeschuss oder dergleichen mit anschließendem Freiätzen des entlang der Trajektorien geschädigten Materials.
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Die Entwässerung einer auf einer Bespannung 10 geführten Faserstoffbahn wird außer von der Permeabilität der Bespannung 10 für Wasser auch von weiteren Komponenten einer Papiermaschine beeinflusst, wie z. B. Unterdrucksaugern oder mit Dampf beheizten Trockenzylindern. Ungleichmäßige Verteilungen von Druck bzw. Temperatur dieser Komponenten in Maschinenquerrichtung bedingen hierbei ungleichmäßige Entwässerungsgeschwindigkeiten der Faserstoffbahn in Querrichtung QR einer Bespannung 10. Um solche Unterschiede auszugleichen, weisen die Porositäten vorteilhafter Bespannungen 10 ein Profil in Querrichtung QR auf. Werden in der Trockenpartie einer Papiermaschine beispielsweise dampfbeheizte Walzen zum Trocknen der Faserbahn eingesetzt, so ist die Trockenwirkung dieser Walzen in den Randbereichen der Faserbahn in der Regel geringer als in deren zentralen Bereichen, da die Walzen an den Seitenflächen stärker abkühlen. Entsprechend werden in dieser Sektion Bespannungen 10 eingesetzt, deren Porosität zu den Rändern des Bands 1 hin stetig zunimmt. Dies kann durch eine Zunahme der Porendichte mittels Veränderung von Porenabstand und/oder Porenreihenabstand, durch eine Vergrößerung der Porenquerschnitte, oder durch eine Kombination beider Gestaltungsparameter realisiert werden.
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In manchen Fällen werden in die Faserstoffbahn gezielt Entwässerungsmarkierungen eingebracht, beispielsweise zur Ausbildung von Wasserzeichen oder um dem Papier eine bestimmte Textur zu verleihen. Für diese Anwendungsbereiche weisen die der Markierung dienenden Bereiche der Bespannung 10 eine von den übrigen Bereichen abweichende, üblicherweise geringere Porosität auf. Die Änderung der Porosität wird hierbei bevorzugt über eine Änderung der Porenquerschnitte und/oder Porenabstände innerhalb der Bereiche zwischen den Stegen 8 realisiert, um die mechanische Stabilität der Bespannung nicht zu beeinträchtigen.
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Die Bespannung 10 besteht aus einem einlagigen Vollmaterial, um einer Delamination von Teilen des Bands während eines Einsatzes in einer Papiermaschine vorzubeugen. Unter Vollmaterial sind dabei sowohl homogene Materialien als auch Verbundmaterialien zu verstehen, wobei Laminate in dieser Schrift nicht von dem Begriff eines Verbundmaterials umfasst sind. Als Material für das einlagige Band 1 findet vorzugsweise ein organisches Polymer oder eine Mischung organischer Polymere Verwendung. Um ein einfaches Verschweißen des Materials und das Einbringen von Poren mittels Laserschweißen zu ermöglichen, werden Materialien mit guten Absorptionseigenschaften im Infrarotbereich bevorzugt. Bevorzugte Polymere für die Herstellung eines Bands 1 sind thermoplastische Kunststoffe wie z. B. Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketone (PEEK), Polyolefine und Polyimide (PI).
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Neben dem Polymer bzw. der Polymermischung kann das Material ferner Zusatzstoffe enthalten, mittels derer besondere Eigenschaften des Bands eingestellt werden. Als Zusatzstoffe eignen sich insbesondere organische und/oder anorganische Füllstoffe, Glas, Kohlenstoff, Verarbeitungsadditive und dergleichen mehr, mit denen die Abriebbeständigkeit, Härte, Elastizität, Rissbeständigkeit und viele andere Parameter der Bahn 1 auf gewünschte Werte eingestellt werden können. Die Zusatzstoffe können in Form von Beimengungen zu den Polymeren, als Mikro- und/oder Nanopartikel oder Fein- bzw. Kurzfasern in das Material eingebracht werden. Fasern eignen sich insbesondere zum Erzielen hoher mechanischer Stabilitäten und Reißfestigkeiten, wobei Kohlenstofffasern der Bahn 1 zusätzlich antistatische Eigenschaften verleihen. Der Anteil der Zusatzstoffe im Bahnmaterial kann bis zu 35% betragen. Das Band ist vorzugsweise folienförmig mit einer Dicke von 1200 μm oder weniger, insbesondere von 600 μm oder weniger und besonders bevorzugt von 500 μm oder weniger ausgebildet.
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Als Bespannung 10 werden bevorzugt Endlosbänder 1 verwendet. Gegenwärtig werden in der papierherstellenden Industrie Bespannungen mit Breiten von bis zu 12 Metern verwendet. Um solch breite oder noch breitere Bespannungen 10 herzustellen, werden mehrere Endlosbänder 1 an ihren Seitenkanten miteinander verschweißt. Die einzelnen Endlosbänder weisen hierbei bevorzugt Breiten im Bereich von 0,5 bis 4 Meter auf.
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Statt Endlosbändern können jedoch auch endliche Bänder verwendet werden, d. h. Bänder, deren Seitenkanten keiner in sich geschlossenen Linie folgen.
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Gemäß einem ersten Verfahren wird ein solches Band ähnlich einer Wicklung so angeordnet, dass die erste Seitenkante einer Windung des Bands an die zweite Seitenkante der vorhergehenden Windung des Bands anschließt und anschließend an den aneinandergrenzenden Seitenkanten verschweißt. Die Ausrichtung des Bands und dessen Verschweißung kann sukzessive oder kontinuierlich sukzessive vorgenommen werden, so dass das Fügen der Seitenränder und deren Verschweißung stets nur über einen kleinen Längenbereich erfolgt. Bei diesem Verfahren wird die Verwendung von schmalen Bändern mit Breiten von etwa 35 cm bis etwa 1 m bevorzugt. Abgesehen von der Breite der Bespannung 10 richtet sich die Breite des Bands auch nach deren Länge (in Umlaufrichtung), wobei für lange Bespannungen vorzugsweise breitere Bänder als für kürzere verwendet werden.
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Bei einem anderen Verfahren werden zur Ausbildung einer Bespannung die Enden eines Bands, d. h. dessen quer zur Laufrichtung orientierten Kanten miteinander verschweißt. Dies ermöglicht insbesondere die Verwendung vorgefertigter aber nicht endloser Bänder z. B. aus Polyethylenterephthalat.
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Das Verschweißen des bzw. der Bänder erfolgt vorzugsweise mittels Laser oder Ultraschall. Die Bahnen können auf Stoß verschweißt werden und anschließend durch Schleifen oder Glätten, z. B. mit Ultraschall, eingeebnet werden, um eine homogene Bandoberfläche zu erhalten. Alternativ können die Bahnen auch überlappend verschweißt und anschließend eingeebnet werden. Eine effektive Verschweißung kann durch Anschrägen oder Profilierung der Stoßkanten erzielt werden. Beispiele für entsprechend bearbeitete Bandkanten sind in den 10, 11 und 12 jeweils im ungefügten (links) und gefügten (rechts) Zustand veranschaulicht. 10 zeigt die beiden einander gegenüber angeordneten Enden eines Bandes 1 in einer Seitenansicht. Weist das Bandmaterial keine ausreichende Absorption der zum Schweißen verwendeten Energieform auf, so kann wie im dargestellten Beispiel veranschaulicht eine oder es können (wie nicht dargestellt) beide Stirnseiten der Kanten mit einer Absorberschicht 9 (in der Figur schraffiert dargestellt) versehen werden. Nach dem Verschweißen sind die beiden Stirnseiten an der Fügefläche 11 miteinander verbunden.
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Im Unterschied zur abgeschrägten Ausführung nach 10 weisen die beiden Bandenden des in 11 veranschaulichten Beispiels eine zueinander komplementäre Stufenprofilierung auf. Auch hier kann wieder eine Absorberschicht 9 zum besseren Verbinden der Enden an der Fügefläche verwendet werden. Ein weiteres Beispiel einer Fügekantenprofilierung zeigt die 12. Bei dieser Ausführungsform werden die zu verbindenden Kanten des Bands 1 in Form eines komplementär gestalteten Nut- und Federprofils vorbearbeitet, wobei Nut und Feder vorzugsweise wie gezeigt mit einer leichten Verjüngung ausgeführt werden um ein leichtes Einschieben zu ermöglichen. Diese Profilform zeichnet sich insbesondere durch eine große Sicherheit gegenüber ungewolltem vertikalen Versatz der beiden Bandenden beim Verbinden aus. Wie zuvor kann auch hier eine Absorptionsschicht 9 auf eine oder beide Stirnkanten der Bandenden aufgebracht werden, um das Verbinden der Bandenden durch Schweißen zu erleichtern. Dies gilt insbesondere bei Verwendung von NIR-Lasern (NIR: Nahes Infrarot), wo vorzugsweise im nahen Infrarot absorbierende NIR-Absorber als Absorptionsschicht 9 verwendet werden. Statt einer Absorptionsschicht können auch ein zweiter Laser oder eine intensive Lichtquelle verwendet werden, deren Wellenlänge von dem Bahnmaterial gut absorbiert wird. Dieser zweite Laser bzw. Lichtquelle heizen die Nahtstelle soweit vor, dass die Wellenlänge des gleichzeitig oder nachfolgend einstrahlenden Schweißlasers besser absorbiert und somit wirksam eingesetzt werden kann.
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Das Bandmaterial ist vorzugsweise in Laufrichtung verstreckt, bei weiter bevorzugten Ausführungsformen sowohl in Laufrichtung als auch quer zur Laufrichtung verstreckt, um Dehnungen der Bespannung während des Betriebs zu minimieren. Das Verstrecken kann vor dem Verschweißen des oder der Bänder zu einer Bespannung 10 erfolgen. Bei quer zur Laufrichtung verlaufenden Schweißnähten werden die Bänder jedoch vorzugsweise nach dem Schweißvorgang nachverstreckt. Vorzugsweise erfolgt zumindest die Längsverstreckung nach dem Verschweißen des oder der Bänder zu einer Bespannung.
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Die Poren 4 werden in den Bändern 1 bevorzugt mithilfe eines Lasers eingebracht, dessen Emissionswellenlänge von dem Bandmaterial ausreichend absorbiert wird. Für die oben angegebenen Bahnmaterialien eignet sich insbesondere ein CO2-Laser mit einer Emissionswellenlänge im mittleren Infrarotbereich von nominell 10,6 μm. Zur Ausbildung der Poren wird die optische Achse des Laserstrahls über das Band 1 geführt, oder das Band wird quer zur optischen Achse des Laserstrahls verschoben. Über den Abstand, die eingesetzte Laseroptik, Intensität des Laserstrahls, Laserpulsdauer, Laserpulsfrequenz, Relativgeschwindigkeit von Band zur optischen Achse des Laserstrahls und dergleichen können Lochquerschnitt, Lochabstand, Lochreihenabstand und Lochformen der Poren 4 eingestellt werden. Bei einem solchen ”Laserbohren” können sich an den Lochrändern der Poren Schmelzränder bilden, die entweder belassen oder abgeschliffen werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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