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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Bohrlöchern mit Hilfe von Laserstrahlen in ein flächig ausgebildetes Substrat, insbesondere eine bandförmige Folie, die zur Verwendung als Bespannung in einer Papiermaschine bestimmt ist, wobei die Bohrlöcher in Dickenrichtung des Substrats bzw. der Folie eingebracht werden.
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Gegenwärtig werden hauptsächlich im Former einer Papiermaschine flachgewebte Strukturen als blattbildendes Trennmedium verwendet.
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Es ist aber schon an Alternativen gedacht, bei denen flächige Substrate, wie Folien aus Kunststoff eingesetzt werden, in die Perforationen mittels Laser oder mechanisch arbeitenden Werkzeugen eingebracht werden.
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Aus
DE A1 10 2010 040 089 ist beispielsweise entnehmbar, dass in ein polymeres Material (Substrat) Poren bzw. Durchgänge bevorzugt mit Hilfe eines Lasers eingebracht werden. Das polymere Material ist als Band ausgebildet und dient als Bespannung, insbesondere Formiersieb zur Auflage und Stützung eines Faserstoffgemischs, aus dem später die fertige Faserstoffbahn bzw. Papierbahn innerhalb einer Papiermaschine entsteht.
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Beim Bohren zur Einbringung von Durchgangslöchern bzw. Bohrlöchern mit Hilfe einer Lasereinrichtung in ein folienartiges Substrat ist die Lasereinrichtung oberhalb des Substrates angeordnet. Der von der Lasereinrichtung abgegebene Laserstrahl wirkt dabei von oben her auf die Oberseite des Substrates ein.
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Derzeit erfolgt das Laserbohren bevorzugt mit CO2-Lasern. Diese sind kostengünstig und leistungsstark. Die damit gebohrten Löcher haben jedoch eine schlechte Reproduzierbarkeit der Lochgröße und Lochform, insbesondere entlang der Achsrichtung der Löcher.
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Beim Einsatz in Papiermaschinen tritt das Problem auf, dass Papierfasern an der Oberfläche des gebohrten Substrates anhaften. Dadurch kann kein optimaler Durchfluss durch die Bohrlöcher stattfinden. Außerdem können mit CO2-Lasern nur einfache Lochformen wie kreisförmige Löcher hergestellt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahrung zum Laserbohren anzugeben, mit dem sich Bohrlöcher formen lassen, die einen optimalen Durchfluss durch die Bohrlöcher gewährleisten und mit dem ein Faseranhaften am gebohrten Substrat auf ein Minimum reduziert werden kann. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung eine Papiermaschinenbespannung in Form eines flächigen Substrats, insbesondere einer lasergebohrten Folie anzugeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß Anspruch 1 ist mit einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass trichterförmige Bohrungen in das Substrat bzw. die Folie eingebracht werden, wobei für jede trichterförmige Bohrung eine erste an der Oberseite des Substrats bzw. der Folie befindliche Eintrittsöffnung und eine zweite an der Unterseite des Substrats bzw. der Folie befindliche Austrittsöffnung hergestellt wird, wobei die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung einander gegenüberliegen und jeweils eine größere Querschnittsfläche aufweisen als eine – in Dickenrichtung der Folie gesehen – sich im Inneren des Substrats bzw. der Folie befindliche Engstelle des Bohrloches.
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Die Erfinder haben herausgefunden, dass damit ein störungsfreierer Durchfluss als bisher durch die Bohrlöcher erreicht wird. Es verbessert sich dadurch die Entwässerungsleistung in der Papiermaschine.
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Die Bohrung durch das Substrat bzw. die Folie ist nicht durchgängig von derselben Größe, sondern durch die hergestellte Engstelle – das heißt die engste Stelle des Bohrloches – findet zunächst eine gewisse Entschleunigung und anschließend eine Beschleunigung des das Substrat durchströmenden Mediums statt. Damit wird wie schon ausgeführt, die Entwässerungswirkung verbessert.
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Bevorzugt wird die Bohrung so vorgenommen, dass die von der Oberseite ausgehende trichterförmige Bohrung an ihrer engsten Stelle direkt mit der Engstelle der von der Unterseite ausgehenden trichterförmigen Bohrung aneinanderstoßen, also gemeinsam die Engstelle bilden. Die Bohrung weist damit im Querschnitt betrachtet in etwa eine X-Form auf.
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Das bedeutet, dass sich von der Eintrittsöffnung aus die Bohrung bis zur besagten Engstelle verjüngt und von der Engstelle aus sich die Bohrung wieder erweitert, was mit dem oben genannten Begriff „trichterförmig“ gemeint ist.
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Die Engstelle befindet sich unterhalb der Oberseite des Substrats bzw. der Folie. Dafür ist ein Abstand vorgesehen, der ca. 1/3 der Dicke des Substrats bzw. der Folie entspricht. Über einen Abstand von 2/3 der Dicke der Folie bzw. des Substrats bis hin zur Austrittsöffnung erweitert sich die Bohrung wieder.
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Denkbar wäre eine Ausführung derart, dass die von der Oberseite und die von der Unterseite ausgehende trichterförmige Bohrung an ihrer engsten Stelle, nicht wie bei der zuvor beschriebenen X-Form zusammentreffen, sondern dass die engste Stelle in Richtung der Dicke bzw. in Achsrichtung der Bohrung gesehen, ein Stück weit verlängert wird, bevor die Erweiterung bis zur Austrittsöffnung hin erfolgt.
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Von Vorteil ist es, wenn die Bohrung so hergestellt wird, dass die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung an der Unterseite des Substrats, also an der Austrittsseite des Bohrloches, größer ist als an der Eintrittsseite. Dadurch erreicht man eine Strömung, die die Entwässerung der Faserstoffbahn weiter unterstützt.
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Im Rahmen der Erfindung ist vorzugsweise daran gedacht, dass zum Bohren ein UV-Lasergerät verwendet wird. UV-Lasergeräte sind sehr flexibel einsetzbar und können Lochgrößen und Lochformen, insbesondere entlang der Achsrichtung, gut reproduzieren.
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Zusätzlich ist das UV-Lasergerät mit Spiegel-Scannern ausgestattet, wodurch beliebige Lochformen erreicht werden können.
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In Längsrichtung und in Querrichtung kann der Laserstrahl frei gesteuert werden. In Dickenrichtung bzw. Achsrichtung eines jeden Bohrloches erfolgt die Steuerung des Laserstrahls mittels bestimmter Leistungsparameter und einer Anzahl von Durchläufen. Damit sind auch beliebige Größen der Bohrlöcher herstellbar.
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Da der zum Bohren der Löcher verwendete UV-Laserstrahl einen Durchmesser von ca. 25 µm aufweist und damit signifikant geringer als die gewünschten Bohrlöcher ist, kann der Laserstrahl zur Erreichung der gewünschte Bohrlochform gut nachgeführt werden. Durch Anwendung mehrerer Durchgänge lassen sich also gezielt von der Zylinderform abweichende Lochformen erzeugen.
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Beispielweise ist es möglich, ovale oder/ oder annähernd rechteckige Löcher und/ oder Langlöcher zu erzeugen.
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Dadurch lässt sich neben der Durchlässigkeit auch die Dehnungseigenschaft des Substrates bzw. der Folie bzw. der Papiermaschinenbespannung steuern.
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Durch die Herstellung von Langlöchern in Längsrichtung, erhöht sich die Zugfestigkeit gegenüber solchen Substraten mit nur großen runden Löchern.
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Werden die Langlöcher so eingearbeitet, dass sie in Querrichtung (CD-Richtung, d.h. cross direction) ausgerichtet sind, so erhöht sich die Faser-Unterstützungs-Eigenschaft, da die Fasern der Faserstoff- bzw. Papierbahn im Wesentlichen in MD-Richtung (machine direction), d.h. in Maschinenlängsrichtung ausgerichtet sind.
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Je größer die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnungen der Bohrlöcher ist, desto geringer ist die zusammenhängende glatte Oberfläche des Substrates bzw. der Folie oder Bespannung auf der die Faserstoffbahn aufliegt.
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Infolge der insgesamt verringerten Adhäsionskräfte wird das Anhaften der Faserstoffbahn, also des herzustellenden Papiers verringert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gemäß Anspruch 8 mit einer Bespannung für eine Papiermaschine gelöst. Bei der Bespannung handelt es sich um eine Folie, die in Form eines Endlosbandes ausgebildet ist und in Längs- und in Querrichtung eine Vielzahl an Bohrlöchern zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, wie Papier-, Karton- oder Tissuebahn aufweist. Erfindungsgemäß weist die Bespannung eine Vielzahl an Bohrlöchern auf, die mit einem Verfahren, welches zuvor beschrieben wurde hergestellt worden ist. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird im Einzelnen hier nicht mehr darauf eingegangen.
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Diese erfindungsgemäße Bespannung zeichnet sich durch einen optimalen Durchfluss der Bohrlöcher auf. Außerdem ist bei der so hergestellten Bespannung ein Anhaften von Papierfasern bei ihrem Einsatz im Former der Papierherstellungsmaschine auf ein Minimum reduziert und die Ablösung der gebildeten Bahn wird erleichtert.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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In schematischer Darstellung ist in der einzigen Figur dargestellt ein Querschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäß gebohrten Bespannung
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Im Beispiel gemäß der Figur ist eine bevorzugte Ausführung dargestellt.
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Gezeigt ist ein Ausschnitt aus einem flächigen Substrat 1, in Form einer bandartigen Folie bestehend aus einem polymeren Material, wie Kunststoff. Das Substrat bzw. die Folie 1 (im Weiteren wird nur noch von Folie gesprochen) erstreckt sich in Maschinenrichtung MD und in Querrichtung QD und weist eine Dicke d auf.
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Die Folie soll im Beispiel als Formiersieb zur Entwässerung einer Faserstoffbahn in einer Papierherstellungsmaschine dienen und wird deshalb bei der Bahnherstellung mit Hilfe von UV-Laserstrahlen gebohrt, d.h. mit Bohrlöchern 2 versehen, die im Beispiel jeweils eine kreisrunde Fläche aufweisen.
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Man erkennt in der Figur, dass so ein Bohrloch 2 aus übereinander angeordneten trichterförmigen Bohrungen 3 und 4 besteht. Das Bohrloch 2 ist damit nicht durchgehend zylindrisch gebohrt.
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Jedes Bohrloch 2 besteht also aus einer ersten Bohrung 3 mit einer an der Oberseite 5 der Folie 1 befindliche Eintrittsöffnung 6 und aus einer zweiten Bohrung 4 mit einer an der Unterseite 7 der Folie 1 befindlichen Austrittsöffnung 8. Beide Öffnungen 6 und 8 weisen jeweils eine größere Querschnittsfläche A6 (Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 6) und A8 (Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 8) auf, als eine vorhandene Engstelle 9 innerhalb des Bohrlochs 2.
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Auf der Oberseite 5 der Folie liegt die zu entwässernde Faserstoffbahn F auf, die nur gestrichelt angedeutet ist, wohingegen die Unterseite 7 der Folie 1 die Maschinenseite darstellt. Die besagte Engstelle 9 hat einen Ø (Nenndurchmesser) von 100 µm und weist überdies zur Oberseite 5 der Folie 1 einen Abstand a auf. Der Abstand a, in dem sich die obere, d.h. erste trichterförmige Bohrung 3 befindet und sich bis zur Engstelle verjüngt, entspricht ca. 1/3 der Dicke d der Folie, so dass sich die nach unten hin erweiternde trichterförmige Bohrung 4 über ca. 2/3 der Dicke d der Folie 1 erstreckt und mit b bezeichnet ist.
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Aus der Figur wir auch deutlich, dass die Querschnittsfläche A8 der Austrittsöffnung größer ist als die Querschnittsfläche A6 der Eintrittsöffnung 6. Damit erzeugt man einen besseren Durchströmungseffekt durch das Substrat 1 bzw. der Folie.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substrat bzw. Folie
- 2
- Bohrloch
- 3, 4
- trichterförmige Bohrung
- 5
- Oberseite
- 6
- Eintrittsöffnung
- 7
- Unterseite
- 8
- Austrittsöffnung
- 9
- Engstelle
- A6
- Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung
- A8
- Querschnittsfläche der Austrittsöffnung
- a
- Abstand
- b
- Abstand
- F
- Faserstoffbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010040089 A1 [0004]
