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Die Erfindung betrifft ein Entwässerungssieb für die Herstellung von Papier mit zumindest einem Loch, sowie ein Verfahren zur Papierherstellung mit einem solchen Entwässerungssieb.
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Bei der Papierherstellung auf Rundsiebmaschinen oder Langsiebmaschinen lagert sich Papiermasse kontinuierlich auf einem bewegten Entwässerungssieb an und wird soweit verfestigt, dass sie als feuchte Papierbahn zur Weiterbearbeitung vom Entwässerungssieb abgezogen werden kann. Vor allem Sicherheitspapiere für Banknoten, Ausweisdokumente und dergleichen werden zur Absicherung seit einigen Jahren oft mit durchgehenden Öffnungen, (Löchern im Papier) ausgestattet, die eine Überprüfung der Echtheit des Sicherheitspapiers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen.
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Werden die Löcher bereits bei der Papierherstellung erzeugt, so können sie im Randbereich charakteristische Unregelmäßigkeiten aufweisen, die durch die unregelmäßige Anlagerung von Fasern im Randbereich und durch in das Loch ragende Einzelfasern erzeugt werden, wie beispielsweise in der Druckschrift
WO 03/054297 beschrieben.
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Herkömmlich werden Löcher im Papier oft durch auf ein Rundsieb aufgeschweißte Plättchen erzeugt. Die dicken Plättchen führen allerdings zu starken Beanspruchungen des Siebs, die die Laufleistung reduzieren. Teilweise kann bei der Papierherstellung ein ungenauer Randbereich oder sogar gar kein Loch im Papier entstehen.
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Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Entwässerungssieb der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll das Entwässerungssieb eine siebschonende und zuverlässige Herstellung von Papier mit einem Loch ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß der Erfindung enthält ein Entwässerungssieb der eingangs genannten Art ein Trägersieb, das ein in einem Teilbereich ausgeschnittenes Siebgewebe enthält, sowie ein in dem ausgeschnittenen Teilbereich des Siebgewebes angeordnetes Einlegeplättchen zur Erzeugung des zumindest einen Lochs in dem Papier. Das Einlegeplättchen enthält dabei eine perforierte, umlaufende Randfläche mit einer ersten Niveauhöhe und ein von der Randfläche umschlossenes Näpfchen, das glatte, nicht-perforierte Näpfchenwände und einen gegenüber der ersten Niveauhöhe abgesenkten Näpfchengrund aufweist.
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Durch den abgesenkten Näpfchengrund und die glatten, nicht-perforierten Näpfchenwände kann erreicht werden, dass sich bei der Papierherstellung entweder gar keine Papiermasse im Näpfchen anlagert, oder dass im Näpfchen angelagerte Papiermasse nicht mit der außerhalb des Näpfchens angelagerten Papiermasse zusammenhängt. In beiden Fällen weist die vom Sieb abgenommene Papierbahn ein Loch in Form des Näpfchenumrisses auf, welches die für die Locherzeugung bei der Papierbildung charakteristischen Randunregelmäßigkeiten zeigt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Näpfchengrund auf eine zweite Niveauhöhe abgesenkt, die zwischen 1,5 mm und 2,5 mm unterhalb der ersten Niveauhöhe liegt. Der Begriff „unterhalb” bezeichnet dabei die Richtung zum Expansionszylinder oder dergleichen hin, in dem bei der Papierherstellung ein Unterdruck herrscht und in dessen Richtung die Papiermasse bei der Papierherstellung gezogen wird. Entsprechend liegt die erste Niveauhöhe 1,5 mm bis 2,5 mm oberhalb der zweiten Niveauhöhe, liegt also weiter in Richtung der mit Papiermasse beaufschlagen Oberfläche des Entwässerungssiebs.
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In einer bevorzugten Erfindungsvariante ist der Näpfchengrund ebenso wie die Näpfchenwände nicht-perforiert. Dadurch wird eine Blattbildung im Bereich des Näpfchengrunds vollständig verhindert.
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In anderen, ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvarianten ist der Näpfchengrund perforiert. In diesem Fall können die Perforationen von Näpfchengrund und Randfläche gleiche Form und Größe haben, die Perforationen des Näpfchengrunds können aber mit Vorteil auch mit großen Perforationen versehen sein, deren Fläche jeweils mehr als doppelt so groß ist wie die Fläche der Perforationen der Randfläche.
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Bevorzugt stehen die glatten, nicht-perforierte Näpfchenwände fast senkrecht auf dem Näpfchengrund und weisen dabei, bezogen auf den Näpfchengrund insbesondere einen Steigungswinkel zwischen 90° und 115°, vorzugsweise zwischen 90° und 100° auf.
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Die durch die umlaufende Randfläche definierte erste Niveauhöhe liegt mit Vorteil auf dem Siebniveau der obersten Sieblage des Trägersiebs, so dass sich das Einlegeplättchen stufenlos in die Oberfläche des Trägersiebs einfügt.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Näpfchenwände in einen den Näpfchengrund umlaufenden Wall übergehen, der die Randfläche überragt. Der umlaufende Wall überragt die Randfläche dabei vorzugsweise um 0,3 mm bis 1,5 mm, insbesondere um 0,5 mm bis 1,2 mm, und weist vorzugsweise eine Wallbreite von 0,1 mm bis 2,5 mm, insbesondere 0,5 mm bis 2,0 mm auf.
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Die Form des Näpfchens ist im Rahmen der Erfindung weitgehend frei wählbar. Insbesondere kommen als Näpfchenformen und damit als Lochformen im Papier neben runden auch sternförmige, rechteckige, polygonale oder andere geometrische Formen in Betracht. Auch Näpfchen, die ein Loch in Form eines Bildmotivs erzeugen, sind denkbar. Es können auch mehrere Löcher in einem Sicherheitspapier vorgesehen sein, die vorzugsweise einander ergänzende oder aufeinander bezogene Formen aufweisen.
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Das Einlegeplättchen selbst besteht vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus spritzgegossenem Kunststoff. Die Perforationen werden dabei vorteilhaft durch Laserbeaufschlagung in das Einlegeplättchen eingebracht.
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Bei den beschriebenen Entwässerungssieben kann es sich insbesondere um Rundsiebe handeln.
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Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zur Herstellung von Papier mit zumindest einem Loch, bei dem die Papieranlagerung auf einem Entwässerungssieb der oben beschriebenen Art erfolgt. Insbesondere wird bei dem Verfahren ein Loch mit charakteristischen Randunregelmäßigkeiten erzeugt. Bei dem Papier handelt es sich insbesondere um Sicherheitspapier für die Herstellung von Sicherheits- und Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Urkunden oder dergleichen.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung eines Entwässerungssiebs können im Papier Löcher mit einem sauberen Büttenrand erzeugt werden. Die Lochbildung erfolgt sehr zuverlässig und ohne Belastung für das Rundsieb, den Egoutteur und das Abnahmesieb. Position und Lage der Löcher können innerhalb des Trägersiebs mit hoher Genauigkeit vorgegeben werden. Auch die Form des zu erzeugenden Lochs ist fast beliebig wählbar, da sie durch die Umrissform des spritzgegossenen abgesenkten Näpfchens bzw. den Verlauf der Näpfchenwände erzeugt wird. Der Spritzguss ermöglicht hier eine große Flexibilität bei der Herstellung solcher Näpfchen und damit eine hohe Designfreiheit bei der Gestaltung der Lochformen.
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Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem unregelmäßig berandeten Loch, das einseitig durch einen Folienstreifen verschlossen ist,
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2 schematisch im Querschnitt ein Entwässerungssieb nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt entlang der Linie II-II von 3,
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3 das Einlegeplättchen des Entwässerungssiebs von 2 in perspektivischer Ansicht,
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4 schematisch die Anlagerung von Papiermasse an das Entwässerungssieb der 2 bei der Blattbildung,
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5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entwässerungssiebs mit nicht-perforiertem Näpfchengrund, und
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entwässerungssiebs.
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Die Erfindung wir nun am Beispiel der Herstellung von Sicherheitspapier für Banknoten erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit einem Loch 12, das einseitig durch einen Folienstreifen 16 verschlossen ist. Der Folienstreifen 16 weist im Bereich des Lochs 12 ein Sicherheitsmerkmal auf, das von beiden Seiten der Banknote 10 her im Auflicht und gegebenenfalls auch um Durchlicht sichtbar ist.
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Das Loch 12 wurde dabei während der Herstellung des für die Banknote 10 verwendeten Sicherheitspapiers erzeugt und weist einen faserigen, unregelmäßigen Rand 14 auf. Ein solcher unregelmäßiger Rand 14 ist charakteristisch für bereits bei der Blattbildung hergestellte Öffnungen und kann nicht nachträglich durch Stanzen oder Schneiden des Papiers erzeugt werden.
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Um ein Sicherheitspapier mit einem Loch 12 mit unregelmäßigem Rand 14 herzustellen, wird erfindungsgemäß ein Entwässerungssieb der in 2 schematisch im Querschnitt gezeigten Art eingesetzt. Das Entwässerungssieb 20 enthält ein Trägersieb 22, dessen Siebgewebe 24 im Ausführungsbeispiel aus vier Sieblagen 24-A, 24-B, 24-C und 24-D besteht. Drei der vier Sieblagen 24-A, 24-B und 24-C sind in einem Teilbereich ausgeschnitten um ein spritzgegossenes Einlegeplättchen 30 aufzunehmen. Das Einlegeplättchen 30 ist in 3 in perspektivischer Ansicht genauer gezeigt, wobei die Querschnittansicht der 2 entlang der Linie II-II der 3 verläuft.
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Das spritzgegossene Einlegeplättchen 30 enthält eine umlaufende Randfläche 32, deren ebene Oberfläche eine erste Niveauhöhe h1 definiert. Die Niveauhöhe h1 entspricht dabei dem Siebniveau hs der obersten Sieblage 24-A des Trägersiebs 12, so dass sich das Einlegeplättchen 30 stufenlos in die Sieboberfläche einfügt. Der äußere Umriss der Randfläche 32 ist beliebig, ist jedoch aus praktischen Erwägungen heraus in der Regel gerundet und typischer kreisförmig oder oval.
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Die umlaufende Randfläche 32 umschließt ein Näpfchen 34, dessen Form und Größe der Form und Größe des gewünschten Lochs 12 in dem Sicherheitspapier entspricht. Das Näpfchen 34 enthält einen Näpfchengrund 36 auf einer abgesenkten zweiten Niveauhöhe h2, wobei die zweite Niveauhöhe h2 gegenüber der ersten Niveauhöhe h1 und dem Siebniveau hs in der Regel um 1,5 mm bis 2,5 mm und im Ausführungsbeispiel um 2,0 mm abgesenkt ist. Ist ein noch stärker abgesenktes Näpfchen gewünscht, kann auch die vierte Sieblage 24-D des Trägersiebs ausgeschnitten werden.
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Die Randfläche 32 und der Näpfchengrund 36 sind jeweils mit Perforationen 38, 38' versehen, die die Entwässerung des angelagerten Papiers sicherstellen. Die Abmessungen der Perforationen 38, 38' sind dabei so klein gewählt, dass in ihnen bei der Papierherstellung keine Fasern anhaften. Typischerweise liegt der Durchmesser der Perforationen 38, 38' zwischen 10 μm bis 750 μm, bevorzugt zwischen 50 μm und 250 μm. Im Ausführungsbeispiel der 2 und 3 haben die Perforationen 38' des Näpfchengrunds 36 und die Perforationen 38 des Randfläche 32 gleiche Form und Größe. In anderen Ausgestaltung können sich die Perforationen 38, 38' jedoch auch unterscheiden, wie beispielsweise in 6 illustriert.
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Der Näpfchengrund 36 ist von annähernd senkrecht stehenden Näpfchenwänden 40 umgeben, die glatt und nicht-perforiert sind. Die Näpfchenwände 40 weisen bezogen auf den Näpfchengrund 36 im Allgemeinen einen Steigungswinkel α zwischen 90° und 115°, im gezeigten Ausführungsbeispiel von α = 100° auf. Vorteilhaft gehen die Näpfchenwände 40, wie im Ausführungsbeispiel der 2 und 3 in einen den Näpfchengrund 36 umlaufenden Wall 42 über, der die Randfläche 32 um einige Zehntel Millimeter, beispielsweise um 0,6 mm überragt.
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4 illustriert schematisch die Anlagerung von Papiermasse an das Entwässerungssieb 20 der 2 bei der Blattbildung. Dabei lagert sich wegen des im Inneren des Expansionszylinders 50 herrschenden Unterdrucks über den perforierten Flächenbereichen 32, 36 und dem Siebgewebe 24 Papiermasse 52, 54 ab. Wie in 4 dargestellt, hängt die am Grund 36 des Näpfchens angelagerte Papiermasse 54 dabei wegen den die Papiermassen trennenden glatten, nicht-perforierten Näpfchenwänden 40 nicht mit der auf der Randfläche 32 und dem Siebgewebe 24 angelagerten Papiermasse 52 zusammen.
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Beim nachfolgenden Gautschprozess bleibt die Papiermasse 54 dann am Näpfchengrund 36 liegen, so dass die vom Entwässerungssieb 20 abgenommene Papierbahn ein Loch 12 in Form des Näpfchenumrisses und mit charakteristischen Randunregelmäßigkeiten aufweist (1).
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entwässerungssiebs 60, bei dem der Näpfchengrund 62 des Näpfchens 34 nicht-perforiert ist. Dadurch wird bei der Papierherstellung eine Blattbildung im Bereich des Näpfchengrunds 62 vollständig verhindert.
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Bei dem Entwässerungssieb 70 des in 6 gezeigten Ausführungsbeispiels ist der Näpfchengrund 72 des Näpfchens 34 mit Perforationen 74 versehen, deren Fläche doppelt so groß ist wie die Fläche der Perforationen 38 der Randfläche 32. Auch hier sind die Näpfchenwände 76 glatt und nicht-perforiert. Allerdings ist im Ausführungsbeispiel der 6 kein die Randfläche 32 überragender Wall vorgesehen, sondern die Näpfchenwände 76 gehen auf der ersten Niveauhöhe h1 stufenlos in die Randfläche 32 über.
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Auch wenn die Erfindung vorstehend mit Bezug auf ein im Wesentlichen kreisförmiges Loch 12 illustriert wurde, ist die Form der Näpfchen 34 und damit die Form der erzeugbaren Löcher weitgehend frei wählbar. Insbesondere kommen als Lochformen neben runden auch sternförmige, rechteckige, polygonale oder andere geometrische Formen in Betracht, oder auch Lochformen, die ein Bildmotiv darstellen. Es können auch mehrere Löcher in einem Sicherheitspapier vorgesehen sein, die vorzugsweise einander ergänzende oder aufeinander bezogene Formen aufweisen.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Entwässerungssiebs kann nicht nur einlagiges Papier mit einem oder mehreren Löchern hergestellt werden, sondern beispielsweise auch zweilagiges Papier, das in einer Papierlage ein Loch aufweist oder zweilagiges Papier mit Löchern in beiden Papierlagen. Selbstverständlich können diese Gestaltungen auf Papiere mit mehr als zwei Lagen verallgemeinert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Banknote
- 12
- Loch
- 14
- Rand
- 16
- Folienstreifen
- 20
- Entwässerungssieb
- 22
- Trägersieb
- 24
- Siebgewebe
- 24-A bis 24-D
- Sieblagen
- 30
- Einlegeplättchen
- 32
- Randfläche
- 34
- Näpfchen
- 36
- Näpfchengrund
- 38, 38'
- Perforationen
- 40
- Näpfchenwände
- 42
- Wall
- 50
- Expansionszylinder
- 52, 54
- Papiermasse
- 60
- Entwässerungssieb
- 62
- Näpfchengrund
- 70
- Entwässerungssieb
- 72
- Näpfchengrund
- 74
- Perforationen
- 76
- Näpfchenwände
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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