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Die Erfindung betrifft Faserbahnmaschinen, wie zum Beispiel Papier- und Kartonmaschinen und insbesondere die Nachbehandlung einer Faserbahn. Die Erfindung ist betrifft auch ein Aufwickeln einer Faserbahn und einen Aufwickler für eine Faserbahn. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren in einem Aufwickler für eine Faserbahn, in dem die Faserbahn ständig als Maschinenrolle um eine Wickelachse, das heißt um eine Tambourwalze herum, aufgewickelt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung auch einen Aufwickler für eine Faserbahn, wobei der Aufwickler angeordnet ist, um die Faserbahn ständig als Maschinenrolle um eine Wickelachse, das heißt um eine Tambourwalze herum, aufzuwickeln. Insbesondere ist der Gegenstand der Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 beim Aufwickeln einer Faserbahn und ein Aufwickelkonzept gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
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Eine Faserbahn, wie zum Beispiel Papier, wird bekanntlich in Maschinen hergestellt, die zusammen eine Papierherstellungslinie bilden, die hunderte Meter lang sein kann. Heutige Papiermaschinen können über 450.000 Tonnen Papier im Jahr produzieren. Die Geschwindigkeit einer Papiermaschine kann 2.000 m/min überschreiten und die Papierbahnbreite über 11 Meter betragen.
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Die Herstellung von Papier in einer Papierherstellungslinie erfolgt als kontinuierlicher Prozess. Die in der Papiermaschine herzustellende Papierbahn wird mit einem Wickler um eine Wickelachse, das heißt um eine Tambourwalze herum, als Maschinenrolle aufgewickelt, deren Durchmesser über 5 m und Gewicht über 160 Tonnen betragen kann. Zweck des Wickelns ist die Umwandlung der plan hergestellten Papierbahn in eine besser zu behandelnde Form. Bei der Papierherstellung besitzt die Bahn einer entstehenden Maschinenrolle ihre volle Breite und ist sogar über 100 km lang. An einem hauptsächlich in der Maschinenlinie positionierten Wickler wird der kontinuierliche Ablauf der Papiermaschine zum ersten Mal unterbrochen und zu einer periodischen Tätigkeit übergegangen.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass in Faserbahnmaschinen Aufwickler zum Aufwickeln einer von der Maschine fertigzustellenden vollbreiten Bahn als Bahnrolle zu einer so genannten Maschinenrolle verwendet werden. Ein Aufwickler ist also eine Vorrichtung, die ein als endlose Faserbahn zu produzierendes Material in Rollenform als Maschinenrolle aufwickelt. Beim Produktionsablauf für eine Faserbahn ist das Aufwickeln allgemein ein erster Teilablauf, bei dem die kontinuierliche Produktion zu einer sequentiell unterbrochenen wird. Die Maschinenrolle wird um eine als Wickelkern dienende Tambourwalze bzw. Wickelachse herum gebildet, das heißt, dass die auf der Maschinenrolle befindliche Faserbahn einen Anfang und ein Ende hat. Ständiger Trend in der Branche ist eine dauernde Zunahme der Größe von Maschinenrollen, was einen ständigen Entwicklungsbedarf für Aufwickler zur Folge hat. Da es sich jedoch um eine dynamische Umgebung handelt und die Faserbahn ein für verschiedene Fehler empfindliches aufzuwickelndes Material ist, kommt der von dem Aufwickler durchzuführenden Aufgabe zum Aufrechterhalten des Nutzungsgrades für eine Papier- oder Kartonmaschine eine erhebliche Bedeutung zu.
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Aus dem Stand der Technik sind Wickler bekannt, die auf einem Achsantrieb und auf einer Anhaftung oder auf beiden beruhen. Bei einem auf einem Achsantrieb beruhenden Aufwickler wird ein Drehmoment typischerweise mittels des Achsantriebs auf die Wickeltrommel und die Wickelachse gerichtet. Eine beim Gegeneinanderpressen der Wickeltrommel und der zu bildenden Bahnrolle wirkende Walzenspaltkraft wird durch eine Walzenspaltbelastung erzeugt und typischerweise als Kraft gegen die Breite der Maschinenrolle bezeichnet. Andere mit dem Aufwickeln verbundene Kräfte sind eine Umfangskraft in tangentialer Richtung, die von einem auf die Oberfläche der Maschinenrolle wirkenden Drehmoment der Wickeltrommel verursacht wird, und eine vom Drehmoment verursachte Kraft in tangentialer Richtung, welche von der Wickeltrommel auf das aufzuwickelnde Material gerichtet wird. Die genannten Kräfte in tangentialer Richtung wirken auf die Bahnspannung des aufzuwickelnden Materials. Aus dem Stand der Technik wird bekanntermaßen insbesondere bei Papiersorten, deren Luftdurchlässigkeit gering ist oder die luftundurchlässig sind und eine hohe, über 1000 kg/m3 große Dichte aufweisen, beim Aufwickeln eine mit einer weichen Beschichtung versehene Wickeltrommel zum Spannen der auf die Rolle gelangenden Bahn verwendet. Durch Einstellen der Walzenspaltkraft wird bezweckt, die Walzenspaltbelastung und somit die Harte der zu bildenden Maschinenrolle in gewünschten Grenzen zu halten.
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Aus dem Stand der Technik sind Aufwickler für die Faserbahn bekannt, in denen zum Erzeugen des Walzenspaltkontakts und zum Aufrechterhalten der Walzenspaltkraft die Faserbahnrolle sich wie gewünscht bei ihrer Zunahme in horizontaler Richtung bewegt. Aus dem Stand der Technik sind auch Aufwickler für die Faserbahn bekannt, in denen zum Erzeugen des Walzenspaltkontakts und zum Aufrechterhalten der Walzenspaltkraft die Wickeltrommel sich zum Beispiel in horizontaler oder vertikaler Richtung bewegt.
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Prinzipiell ist ein Aufwickeln der Faserbahn ein Dehnen der Bahn. Ein Dehnen der Bahn wandelt sich beim Gelangen der Bahn auf die Rolle zu einem Radialdruck. Verschiedene bekannte Verfahren zum spannen der Bahn sind ein Spannen mittels eines Geschwindigkeitsunterschiedes, mit dem direkt auf die Spannung der Bahn eingewirkt wird, ein Ziehen der Bahn von der Achse der Faserbahnrolle her, das heißt ein so genannter Mittelzug, sowie ein vom Walzenspalt erzeugtes Spannen, das heißt eine Walzenspaltbelastung. Die mittels der Walzenspaltbelastung erzeugte Spannwirkung kann abhängig von der Papiersorte zum Beispiel mit einer weichen Beschichtung der Wickeltrommel oder durch Verbessern der Haftung zwischen der Bahn und der Wickeltrommel mit einer Rillung und/oder einer rauen Beschichtung erhöht werden. Eine weiche Beschichtung der Wickeltrommel ist ein effizientes Mittel zum Erhöhen der Spannung der zur Rolle gelangenden Bahn, andererseits wird bei der Verwendung einer Wickeltrommel mit weicher Beschichtung am Wickler auch eine Reservewickeltrommel benötigt, was die Investitionskosten für einen Wickler erhöht. Das Erhöhen der Spannwirkung unter Zuhilfenahme der Bahnspannung ist begrenzt, da beim Zunehmen der Bahnspannung auch das Risiko eines Bahnrisses zunimmt.
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Aus dem Stand der Technik sind auch so genannte Siebwickler bekannt, bei denen in dem Walzenspalt zwischen der Wickeltrommel und der zu bildenden Faserbahnrolle die Faserbahn von einem Riemen, Drahtsieb oder etwas Entsprechendem geleitet angeordnet ist, welche als endlose Schlaufe, von den Steuer- und Leitwalzen gestützt, laufen.
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In der
WO-Veröffentlichung 98/55384 ist ein Wickler dargestellt, bei dem der Wickelwalzenspalt mittels einer Schlaufe eines Stützorgans und einer Tambourwalze gebildet ist. Die Gesamtspannung des Riemens wird mit Wiegesensoren eingestellt, die an der den Riemen steuernden Leitwalze angebracht sind. Die so erhaltene Gesamtspannung des Riemens wird auch zur Einstellung des Walzenspaltdrucks für den Wickelwalzenspalt verwendet. Aus der
EP-Veröffentlichung 860391 ist ein Aufwickler bekannt, der eine mit Wickelschienen gestützte Tambourwalze umfasst, um die herum die Papierbahn als Rolle über den Wickelwalzenspalt zwischen der Wickelvorrichtung und der Rolle aufgewickelt wird. Die Wickelvorrichtung für den Aufwickler ist im Wesentlichen mindestens ein sich in Querrichtung über die Breite der Bahn erstreckendes Riemenwalzwerk. Bei dieser bekannten Anordnung wird die Spannung durch Einstellen der Spannung des Riemenwalzwerkes reguliert.
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In der
EP-Veröffentlichung 1773701 ist ein Wickler beschrieben, wobei der Wickelwalzenspalt von einem Wickelkern oder der zunehmenden Maschinenrolle und mindestens einer Schlaufe eines endlosen Stützorgans gebildet wird, der im Wesentlichen in Richtung der Achse des Wickelkerns einheitlich ist. Bei dem in der Veröffentlichung beschriebenen Verfahren werden die vergleichbaren Größen für die Spannung des endlosen Stützorgans gemessen und das Spannungsprofil des endlosen Stützorgans bestimmt. In der
EP-Veröffentlichung 1778573 wiederum ist ein Aufwickler dargestellt, bei dem zum Einstellen eines quergerichteten Walzenspaltprofils für den Walzenspalt die vergleichbaren Größen für die Spannung des Stützorgans gemessen und aus den gemessenen Größen das quergerichtete Spannungsprofil und weiter das quergerichtete Walzenspaltprofil für den Walzenspalt bestimmt wird, wobei das Walzenspaltprofil durch Einstellung des quergerichteten Spannungsprofils für das Stützorgan reguliert wird.
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Aus dem Stand der Technik sind auch unterschiedliche Drahtsiebtypen bekannt, bezüglich welcher zum Beispiel auf die veröffentlichte Patentanmeldung
US-20030066935 und die Patentveröffentlichung
US-4290209 verwiesen werden kann.
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Eine der Aufgaben der Erfindung besteht darin, beim Wickeln der Bahn zu einer Bahnrolle eine effiziente Art und Weise zum Spannen der Bahn- bzw. Bahnrolle zu erhalten.
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Zum Erreichen der vorstehend dargestellten und später angeführten Aufgaben ist für ein Verfahren nach der Erfindung hauptsächlich charakteristisch, was im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dargestellt ist.
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Für ein Aufwickelkonzept nach der Erfindung ist wiederum hauptsächlich charakteristisch, was im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 dargestellt ist.
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Nach der Erfindung wird die Faserbahn zur Wickelachse in Kontakt mit dem Drahtsieb gebracht, dessen Spannungsverhältnis größer als 1:1 ist. Das Spannungsverhältnis ist das Verhältnis der Spannung der zur Rolle gelangenden Bahn zur Spannung der ankommenden Bahn.
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Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Bahn in Kontakt mit dem Drahtsieb zur Wickelachse gebracht und die neutrale Achse des Drahtsiebes, das heißt die symmetrische Achse, ist in Dickenrichtung des Drahtsiebes asymmetrisch positioniert, wodurch diese angeordnet ist, um die Spannung der Bahn im Verhältnis zu der Spannung der zum Drahtsieb gelangenden Bahn deutlich zu erhöhen. Somit erhält man mit der bevorzugten Ausführung der Erfindung eine effizient gespannte Bahn- bzw. Bahnrolle. Die neutrale Achse des Drahtsiebes in Dickenrichtung des Drahtsiebes befindet sich an einer Stelle, die in der Krümmung von ihrer Länge her unverändert bleibt. Bei einem symmetrischen Drahtsieb befindet sich die neutrale Achse in Dickenrichtung des Drahtsiebes an dessen Mitte, wodurch die Entfernung der neutralen Achse zu beiden Flächen des Drahtsiebes gleich groß ist. Bei einem asymmetrischen Drahtsieb befindet sich die neutrale Achse in Dickenrichtung des Drahtsiebes nahe einer der beiden Flächen des Drahtsiebes.
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Auch die Dicke des Drahtsiebes erhöht die Dehnung der Bahn und ein dickes Drahtsieb bewirkt ein größeres Spannungsverhältnis als 1:1, aber ein dickeres Drahtsieb lässt Luft schlechter durch, wodurch im Zusammenhang mit der Bahn mehr den Lauf der Bahn hindernde Luft strömt. Außerdem ist ein dickeres Drahtsieb schwieriger sauber zu halten und es ist schwieriger zu behandeln. Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung beträgt die Dicke des asymmetrischen Drahtsiebes weniger als 5 mm, am geeignetsten weniger als 2 mm.
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Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die neutrale bzw. symmetrische Achse des Drahtsiebes in Dickenrichtung des Drahtsiebes in der Weise positioniert, dass diese das Spannen der Bahn verstärkt, das heißt die symmetrische Achse ist weiter entfernt von der Wickeltrommel positioniert als die Mittellinie des Drahtsiebes in Dickenrichtung. Im Zusammenhang mit der Erfindung beträgt die Asymmetrie weniger als 50%, am geeignetsten weniger als 40%, in der Weise, dass die neutrale Achse im Drahtsieb näher an der zu wickelnden Bahn als an der Oberfläche der Wickeltrommel positioniert ist.
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Die neutrale Achse des Drahtsiebes ist in Dickenrichtung des Drahtsiebes in der Mitte positioniert, wenn die Asymmetrie (Symmetrie) 50% beträgt und der prozentuale Anteil der Asymmetrie beim Bewegen der neutralen Achse zu der zu wickelnden Bahn hin geringer wird.
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Bei einem Wickler nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Wickeltrommel hartflächig, wodurch keine Reservewickeltrommel benötigt wird, da das zu wechselnde Teil bzw. Verschleißteil das Drahtsieb und nicht die Beschichtung der Wickeltrommel ist.
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Nach einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die Wickeltrommel gerillt, beschichtet oder mit einer Saugvorrichtung ausgerüstet, wodurch die Haftung zwischen Bahn, Drahtsieb und Wickeltrommel weiterhin sichergestellt wird und das Funktionieren einer Einführung sichergestellt werden kann.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung kann nach einem weiteren bevorzugten Merkmal ein iRoll-Wickelzylinder verwendet werden, wodurch aufgrund der mit iRoll-Sonden erhaltenen Messergebnisse die Belastung des Wickelwalzenspalts sowie das Querprofil der zu wickelnden Bahn eingestellt werden kann.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung kann nach einem weiteren bevorzugten Merkmal eine iRoll-Spannungsmesswalze verwendet werden, wodurch aufgrund der mit der iRoll-Spannungsmesswalze erhaltenen Messergebnisse die Spannung des Drahtsiebes in der Weise eingestellt werden kann, dass die Spannung in Querrichtung gleichmäßiger ist und bei Bedarf eine Indikation über den Verschleiß bzw. die Dehnung bzw. den Wechselbedarf rechtzeitig vor einem Wechsel erhalten werden kann.
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Mit der Erfindung wird auch der Vorteil erreicht, dass im Zusammenhang mit der Wickeltrommel kein Schaber benötigt wird, wodurch einerseits ein Luftverbrauch und Lärm im Vergleich zu einer mit einem Luftschaber ausgerüsteten Wickeltrommel abnehmen und andererseits der Verschleiß der Wickeltrommel, die Kosten für ein Luftrakel und ein Reibwirkungsverlust im Vergleich zu einer mit einem Luftschaber ausgerüsteten Wickeltrommel vermieden werden. Im Zusammenhang mit der Erfindung bildet die Siebleitwalze des Drahtsiebes einen Überdruck, der die Bahn vom Drahtsieb löst.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei
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in den 1A bis 1C schematisch ein Beispiel als Ausführung nach der Erfindung dargestellt ist,
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in den 2A bis 2B schematisch ein zweites Beispiel als Ausführung nach der Erfindung dargestellt ist,
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in 3 schematisch einige Messergebnisse über die Auswirkung einer Asymmetrie eines Drahtsiebes auf die Spannung einer Bahn beschrieben sind, und
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in 4 eine asymmetrische Drahtsiebkonstruktion dargestellt ist.
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In den 1A bis 1B sind einige Wickelphasen in einer Wicklerausführung nach der Erfindung dargestellt, wobei die Bahn zu einer Wickelachse 13 in Kontakt zu einem asymmetrischen Drahtsieb 11 gebracht wird. Bei der in 1A dargestellten Phase ist die Bahnrolle 15 für die Wickelachse 13 gerade in einer Wickelstation fertiggestellt worden. Bei der in 1B dargestellten Phase wurde die fertige Bahnrolle 15 aus der Wickelstation transportiert und eine neue Wickelachse 13 in die Wickelstation gebracht. In 1C bildet sich eine Bahnrolle 14 in der Wickelstation um eine Wickelachse 13 herum.
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Die aufzuwickelnde Bahn wird zur Wickelachse 13 in Kontakt mit dem Drahtsieb 11 gebracht, das nach der Erfindung asymmetrisch ist, wodurch sich die Bahnrolle 14, 15 mit einer vom asymmetrischen Drahtsieb 11 erzeugten Spannungswirkung um die Wickelachse 13 herum bildet. Das Drahtsieb 11 ist als endlose Schlaufe gebildet, die sich mindestens von zwei Siebleitwalzen 12, 10 gesteuert bewegt. Von diesen fungiert eine Siebleitwalze 12 als Tänzer- und Steuerwalze 12, wobei die Siebleitwalze zum Einstellen der Spannung in einer mit einem Pfeil 2 dargestellten Art und Weise bewegt wird. Die andere Siebleitwalze 10, die auch eine Wickeltrommel 10 sein kann, bevorzugt eine hartflächige Wickeltrommel, ist in Kontakt mit der Wickelachse 13 bzw. der zu bildenden Bahnrolle 14 bzw. der fertigen Bahnrolle 15.
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In den 2A bis 2B sind einige Wickelphasen bei einer zweiten Wicklerausführung nach der Erfindung dargestellt. In den 2A und 2B wurden für die entsprechenden Teile von 1A bis 1C die gleichen Bezugszeichen verwendet. In 2A ist die Bahnrolle 15 gerade fertiggestellt und die neue Wickelachse 13 wurde in die Grundstellung für das Wickeln gebracht. Bei der Zunahme der sich um die Wickelachse 13 herum bildenden Bahnrolle 14 wird das Drahtsieb 11 und dessen Siebleitwalze in der mit einem Pfeil R dargestellten vertikaler Richtung nach unten bewegt, wobei die Bahnrolle 14 in der Figur von links nach rechts läuft. Die fertige Bahnrolle 15 wurde in 2B zur Nachbehandlung in eine Warte- bzw. Lagerstellung geschoben. Bei dieser Ausführung verändert sich der Abdeckwinkel der Bahn im Kontakt mit der Siebleitwalze bzw. Wickeltrommel 10 beim Fortschreiten des Wickelns, womit weiterhin auf die Struktur der zu bildenden Bahnrolle 14 eingewirkt werden kann. Auch in dieser Ausführung ist das Drahtsieb 11 als endlose Schlaufe gebildet, die sich mindestens von zwei Siebleitwalzen 12, 10 gesteuert bewegt. Von diesen fungiert eine Siebleitwalze 12 als Tänzer- und Steuerwalze 12, wobei die Siebleitwalze zum Einstellen der Spannung in einer mit einem Pfeil P dargestellten Art und Weise bewegt wird. Die andere Siebleitwalze 10, die auch eine Wickeltrommel 10, bevorzugt eine hartflächige Wickeltrommel sein kann, ist im Kontakt mit der Wickelachse 13 bzw. der zu bildenden Bahnrolle 14 bzw. der fertigen Bahnrolle 15.
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Wie aus den vorstehend dargestellten Figuren hervorgeht, wird die Bahn in Kontakt mit dem Drahtsieb 11 zur Wickelachse 13 gebracht. Die neutrale Achse des Drahtsiebes ist von der Wickeltrommel weiter entfernt in der Weise positioniert, dass das Drahtsieb asymmetrisch ist, wodurch die Bahn während der Einführung gespannt und die Bahnrolle somit straffer wird. Je nach Spannungseinstellungsbedarf und andererseits den Möglichkeiten, die ein vorangehendes Layout für den Aufwickler bietet, kann die Bahn siebgestützt auch von weiter weg gebracht werden. Das Einführen des Drahtsiebes in die Wickeltrommel erfolgt bevorzugt mit Unterdruck durch eine Saugvorrichtung bzw. eine Gebläsesaugvorrichtung, um die Haftung der Bahn am Drahtsieb sicherzustellen, und andererseits stellt ein abstellbarer Überdruck ein Ablösen der Bahn vom Drahtsieb zum Beispiel beim Fahren zu einem Pulper sicher.
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Der Wechsel des Drahtsiebes kann bei der Verwendung eines nahtlosen Drahtsiebes in der Weise erfolgen, dass die Wickeltrommel bzw. Siebleitwalze 10 und die Siebleitwalze 12 losgemacht werden, oder durch Verwendung einer am Aufwickler angeordneten Siebzufuhrvorrichtung. Bei Verwendung eines Drahtsiebes mit Naht kann das Drahtsieb in der Weise gewechselt werden, dass die Naht geöffnet und das Ende des neuen Drahtsiebes daran angefügt und das Drahtsieb in die Maschine gezogen und die Naht des neuen Drahtsiebes festgenäht wird.
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In 3 ist ein Messergebnis über die Wirkung eines eine asymmetrische Struktur aufweisenden Gewebes auf die Spannung der Bahn dargestellt. Typischerweise soll das Gewebe nicht die Bahn unnötig spannen, so dass die neutrale Achse des Gewebes ausgelegt wird, um eine Spannung zu minimieren. Wie die Kurve 70 aufzeigt, kann das Gewebe bei Bedarf die Bahn effektiv spannen, die Spannung der ankommenden Bahn kann zum Einstellen für das Spannen genutzt werden. Die Asymmetrie des Gewebes nach Kurve 70 betrug 70% und die Asymmetrie nach Kurve 30 betrug 30%.
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Nach 4 ist die Struktur des Drahtsiebes 11 dann asymmetrisch, wenn dessen neutrale bzw. symmetrische Achse S nicht in Dickenrichtung in der Mitte des Drahtsiebes 11 positioniert ist. Im Zusammenhang mit der Erfindung beträgt die Asymmetrie weniger als 50%, am geeignetsten weniger als 40%, in der Weise, dass die neutrale Achse im Drahtsieb näher an der zu wickelnden Bahn als an der Oberfläche der Wickeltrommel positioniert ist.
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Die Erfindung wurde vorstehend nur in Bezug auf einige deren bevorzugte Anwendungsbeispiele erläutert, auf deren Details die Erfindung jedoch in keinerlei Weise eng beschränkt ist, sondern es sind vielerlei Modifikationen und Variationen möglich. Insbesondere ist anzumerken, dass die Erfindung sich in vielerlei unterschiedlichen Wicklertypen anwenden lässt, nicht nur in den vorstehend beispielhaft erläuterten. Zum Beispiel in den Anwendungsbeispielen der 1A bis 1C kann sich die Drahtsiebschlaufe in der Weise in einer vertikalen Stellung nach den 2A bis 2B befinden, dass sich die Mittelachsen der Siebleitwalzen auf der gleichen vertikalen Linie befinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 98/55384 [0009]
- EP 860391 [0009]
- EP 1773701 [0010]
- EP 1778573 [0010]
- US 20030066935 [0011]
- US 4290209 [0011]
