DE102012210768A1 - Method for introducing through-holes with the aid of laser beams in a flat-shaped substrate, in particular a band-shaped film - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Durchgangsbohrungen (2,3) mit Hilfe von Laserstrahlen in ein flächig ausgebildetes Substrat, insbesondere in eine bandförmige Folie (1), die zur Verwendung als Bespannung in einer Papiermaschine bestimmt ist, wobei die Durchgangsbohrungen (2, 3) in Dickenrichtung (d) des Substrats bzw. der Folie (1) eingebracht werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen (2) mit Hilfe eines CO2-Lasers und eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen (3) mit Hilfe eines UV-Lasers hergestellt werden, wobei beliebig definierte Formen und Größen von Durchgangsbohrungen (3.1, 3.2, 3.n) erzeugt und in Kombination miteinander in das Substrat bzw. die Folie (1) eingebracht werden. Die Erfindung betrifft auch eine Bespannung für Papiermaschinen.The invention relates to a method for making through bores (2, 3) with the aid of laser beams in a flat substrate, in particular in a strip-shaped film (1) which is intended for use as a covering in a paper machine, the through bores (2, 3) are introduced in the thickness direction (d) of the substrate or the film (1). According to the invention it is provided that a certain number of through bores (2) are produced with the aid of a CO2 laser and a certain number of through bores (3) with the aid of a UV laser, with any defined shapes and sizes of through bores (3.1, 3.2, 3.n) are generated and introduced into the substrate or the film (1) in combination with one another. The invention also relates to a clothing for paper machines.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Durchgangsbohrungen mit Hilfe von Laserstrahlen in ein flächig ausgebildetes Substrat, insbesondere in eine bandförmige Folie, die zur Verwendung als Bespannung in einer Papiermaschine bestimmt ist, wobei die Durchgangsbohrungen in Dickenrichtung des Substrats bzw. der Folie eingebracht werden.The invention relates to a method for the introduction of through holes by means of laser beams in a flat substrate, in particular in a band-shaped film, which is intended for use as a covering in a paper machine, wherein the through holes are introduced in the thickness direction of the substrate or the film.
Gegenwärtig werden in einer Papiermaschine, hauptsächlich im Former, flachgewebte Strukturen als blattbildendes Trennmedium verwendet.At present, in a paper machine, mainly in the former, flatwoven structures are used as the sheet forming release medium.
Es ist schon an Möglichkeiten gedacht worden, bei denen flächige Substrate, wie Folien aus Kunststoff eingesetzt werden. In diese bandförmigen Folien können Perforationen mittels Lasertechnik oder mechanisch arbeitenden Werkzeugen eingebracht werden. Damit lassen sich die Folien sehr gut als Bespannung in einer Papiermaschine, beispielsweise als Entwässerungsbändern nutzen.It has already been thought of ways in which sheet-like substrates, such as plastic films are used. In these band-shaped films perforations can be introduced by means of laser technology or mechanically working tools. Thus, the films can be very well used as a fabric in a paper machine, for example as dewatering belts.
In der
In der Praxis erfolgt derzeit das Laserbohren bevorzugt mit CO2-Lasern. Diese Laser sind relativ kostengünstig, arbeiten schnell und erbringen eine ausreichende Leistung. Die damit gebohrten zylindrischen Löcher haben jedoch eine schlechte Reproduzierbarkeit der Lochgröße und Lochform, insbesondere entlang der Achsrichtung der Löcher. Außerdem bilden sich kraterförmige Schmelzränder rings um die Bohrungen, die aufwändig entfernt werden müssen.In practice, laser drilling is currently preferred with CO2 lasers. These lasers are relatively inexpensive, work fast and provide sufficient power. However, the cylindrical holes drilled therewith have poor reproducibility of hole size and hole shape, particularly along the axial direction of the holes. In addition, crater-shaped melt edges form around the holes, which must be removed consuming.
Andere Lasertypen, wie UV-Laser, Kurzpulslaser oder Laser mit grünem Licht sind prinzipiell denkbar, aber derzeit nicht oder nur eingeschränkt in der Lage, die erforderlichen Geschwindigkeiten beim Bohren zu leisten. Deren Anwendung würde zu extrem langen Bohrzeiten führen.Other laser types, such as UV lasers, short pulse lasers or lasers with green light are conceivable in principle, but currently not or only partially able to provide the required drilling speeds. Their application would lead to extremely long drilling times.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahrung zum Laserbohren anzugeben, mit dem sich die Bohrzeiten für eine bandförmige Folie, die zur Verwendung als Bespannung in einer Papiermaschine bestimmt ist, verkürzen lassen. Außerdem sollen diverse Lochgeometrien herstellbar sein. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung eine Papiermaschinenbespannung in Form eines flächigen Substrats, insbesondere einer lasergebohrten Folie mit diversen Lochgeometrien anzugeben.The object of the invention is to specify a method for laser drilling, with which the drilling times for a band-shaped film intended for use as a covering in a paper machine can be shortened. In addition, various hole geometries should be produced. It is a further object of the invention to provide a papermachine fabric in the form of a sheet-like substrate, in particular a laser-drilled film with various hole geometries.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 13. The object of the invention is achieved with the features of claims 1 and 13.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the method emerge from the subclaims.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen mit Hilfe eines UV-Lasers und eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen mit Hilfe eines CO2-Lasers hergestellt werden, wobei beliebig definierte Geometrien, also Formen und Größen von Durchgangsbohrungen erzeugt und in Kombination miteinander in das Substrat bzw. die Folie eingebracht werden.According to claim 1 it is provided that a certain number of through holes are made using a UV laser and a certain number of through holes with the aid of a CO 2 laser, with any defined geometries, ie shapes and sizes of through holes produced and in combination with each other be introduced into the substrate or the film.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren schlägt man zugleich "zwei Fliegen mit einer Klappe". Zum einen verkürzen sich die Bohrzeiten erheblich, weil durch die Anwendung des CO2-Lasers für einen bestimmten Anteil der Löcher bzw. Durchgangsbohrungen in sehr kurzer Zeit eine Vielzahl an großen Löchern quasi "eingeschossen“ werden. Zum anderen kann man mit der Kombination von verschiedenen Lochgeometrien und der zusätzlichen Anwendung von UV-Lasern ganz gezielt die Permeabilität des herzustellenden Substrats steuern, was sich positiv auf die später mit dem Substrat zu leistende Entwässerungsarbeit auswirkt.With the method according to the invention one proposes at the same time "two birds with one stone". On the one hand, the drilling times are shortened considerably, because the application of the CO 2 laser for a certain proportion of the holes or through-holes in a very short time a large number of large holes are virtually "injected." On the other hand, one can with the combination of different Hole geometries and the additional application of UV lasers specifically control the permeability of the substrate to be produced, which has a positive effect on the later to be done with the substrate drainage work.
Überdies sind UV-Lasergeräte sehr flexibel einsetzbar und können beliebige Lochgrößen und Lochformen, insbesondere entlang der Achsrichtung, gut reproduzieren. Moreover, UV laser devices are very flexible and can easily reproduce any hole sizes and hole shapes, especially along the axial direction.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis der Anzahl an Bohrungen wie folgt hergestellt wird:
Die Anzahl an Durchgangsbohrungen, die mit UV-Lasern gebohrt werden stehen zur Anzahl an Durchgangsbohrungen, die mit CO2-Lasern gebohrt werden im Verhältnis 1:1 bis 1:10, vorzugsweise 1:4.It has proved to be advantageous if the ratio of the number of bores is produced as follows:
The number of through holes drilled with UV lasers is the number of through holes drilled with CO2 lasers in the ratio 1: 1 to 1:10, preferably 1: 4.
Sehr zweckmäßig ist es, wenn zylindrische Durchgangsbohrungen mit Durchmessern zwischen 80 und 100 µm mit Hilfe des CO2-Lasers und die übrigen Durchgangbohrungen mit Hilfe des UV-Lasers in das Substrat bzw. die Folie eingebracht werden. Dabei ist es möglich, die mit dem UV-Laser einzubringenden Durchgangsbohrungen in beliebigen Geometrien, beispielsweise in Form von Langlöchern, sternförmigen, kreuzförmigen, rechteckförmigen und anderen denkbaren Ausbildungen, sowie auch in kleineren Querschnittsflächen als die zylindrischen, mit CO2-Laser gebohrten Bohrungen, herzustellen.Very expedient when cylindrical through-holes with diameters between 80 and 100 microns 2 laser and the remaining through holes with the aid of the UV laser are introduced into the substrate or the film by means of the CO is. It is possible, with the UV laser introduced through holes in any geometry, for example in the form of oblong holes, star-shaped, cross-shaped, rectangular and other conceivable embodiments, as well as in smaller cross-sectional areas than the cylindrical, drilled with CO 2 laser holes, manufacture.
Das Verhältnis zwischen UV- und CO2-gebohrten Löchern ist steuerbar und ist abhängig vom zu entwässernden Produkt. The ratio between UV- and CO 2 -bored holes is controllable and depends on the product to be dehydrated.
Durch die Kombination der genannten Laserarten und die damit verbundenen Gestaltungsmöglichkeiten der Bohrlöcher bzw. der Durchgangsbohrungen können extrem viele Löcher pro m² in die flächig ausgebildete Folie eingearbeitet werden. Dies ist bei relativ kurzen Bohrzeiten realisierbar. Die besagte Vielzahl an Löchern führt später zu entwässerungstechnischen Vorteilen in der Papiermaschine.By combining the mentioned types of laser and the associated design options of the holes or the through holes extremely many holes per m² can be incorporated into the sheet-like film. This can be achieved with relatively short drilling times. The said plurality of holes later leads to drainage technical advantages in the paper machine.
Vorteilhaft hinsichtlich einer Verkürzung der Bohrzeiten und damit der Produktionszeiten ist es, wenn die Durchgangsbohrungen für die CO2-Bohrungen vorperforiert werden.Advantageous in terms of shortening the drilling times and thus the production times, it is when the through holes for the CO 2 holes are pre-perforated.
Das Verfahren lässt sich darüber hinaus zweckmäßig ausgestalten, wenn mit dem UV-Laser eine Feinabstimmung durch ergänzende Perforationen der vorperforierten Durchgangsbohrungen vorgenommen wird. Damit erreicht man insgesamt eine hohe Qualität des hergestellten Substrates bzw. der Entwässerungsfolie. Eine erhöhte Qualität der Folie wirkt sich auch darauf aus, dass beim Papierherstellungsprozess Fasern der zu stützenden, zu transportierenden und zu entwässernden Bahn nicht an der Folie anhaften.In addition, the method can be suitably configured when the UV laser is used for fine tuning through supplementary perforations of the pre-perforated through-holes. Overall, this results in a high quality of the produced substrate or the drainage film. An increased quality of the film also has the effect that, in the papermaking process, fibers of the web to be supported, transported and dewatered do not adhere to the film.
Eine weitere zweckmäßige Lösung besteht darin, dass die mit dem UV-Laser eingebrachten Durchgangsbohrungen nicht zylinderförmig gebohrt werden, wie die mit CO2-Lasern hergestellten Löcher, sondern derart eingebracht werden, dass in Dicken- bzw. Tiefenrichtung des Substrats bzw. der Folie gesehen, also im Inneren des Substrats bzw. der Folie, sich eine Engstelle der Durchgangsbohrung befindet.Another expedient solution is that the through holes introduced with the UV laser are not drilled in a cylindrically shaped manner, like the holes made with CO 2 lasers, but are inserted in such a way that seen in the thickness or depth direction of the substrate or the film , So inside the substrate or the film, there is a bottleneck of the through hole.
Zur Bildung der Engstelle werden trichterförmige Bohrungen in das Substrat bzw. die Folie eingebracht. Jede Durchgangsbohrung besteht aus zwei koaxialen trichterförmigen Bohrungen, wobei die erste sich mit ihrer Eintrittsöffnung an einer Seite des Substrats bzw. der Folie befindet und eine zweite Bohrung sich mit ihrer Austrittsöffnung an der gegenüberliegenden Seite des Substrats befindet. Beide trichterförmigen Bohrungen treffen an ihrem Ende aneinander und bilden damit die besagte Engstelle im Inneren des Substrats. 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.To form the constriction funnel-shaped holes are introduced into the substrate or the film. Each through-bore consists of two coaxial funnel-shaped bores, the first with its inlet opening on one side of the substrate or the film and a second bore with its outlet opening on the opposite side of the substrate. Both funnel-shaped holes meet at their end to each other and thus form the said bottleneck in the interior of the substrate. This means that from the inlet opening, the bore tapers to said constriction and from the constriction of the bore widens again, which is meant by the above term "funnel-shaped".
Außerdem weisen die Eintritts- und die Austrittsöffnung jeweils eine größere Querschnittsfläche auf als die Engstelle, wie der Name "Engstelle" schon sagt.In addition, the inlet and the outlet opening each have a larger cross-sectional area than the bottleneck, as the name "bottleneck" already says.
Bis zu Engstelle findet zunächst eine gewisse Entschleunigung und ab der Engstelle aus findet in Durchströmrichtung eine Beschleunigung des das Substrat bzw. die Folie durchströmenden Mediums statt. Damit wird wie schon ausgeführt, die Wirkung bei der Entwässerung der Faserstoffbahn bei ihrer Herstellung in der Papiermaschine weiter verbessert. Up to bottleneck first finds a certain deceleration and from the bottleneck takes place in the flow direction an acceleration of the substrate or the film flowing through medium instead. Thus, as already stated, the effect of dewatering the fibrous web during its production in the paper machine is further improved.
Als sehr vorteilhaft wird erachtet, dass jede Engstelle zur einen Bahnseite des Substrats bzw. der Folie in einem Abstand eingearbeitet wird und dieser Abstand ca. 1/3 der Dicke des Substrats bzw. der Folie entspricht. Der sich anschließend wieder erweiternde Abschnitt beträgt dann folgerichtig 2/3 der Dicke des Substrats bzw. der Folie. It is considered to be very advantageous that each constriction is incorporated at a distance to one side of the substrate or the film at a distance and this distance corresponds to approximately 1/3 of the thickness of the substrate or the film. The subsequently widening section is then logically 2/3 of the thickness of the substrate or the film.
Vorteil davon ist, dass der Beschleunigungsweg damit länger ist als der eingangs vorhandene Entschleunigungsweg. Die Erweiterung der Durchgangsbohrung zur Maschinenseite hin erhöht, die Entwässerungsleistung. Die Erweiterung zur Faserstoffbahn- bzw. Papierseite hin erlaubt, dass von einer größeren Oberfläche abgesaugt werden kann. Dadurch treten weniger Verstopfungen der Poren auf.The advantage of this is that the acceleration path is thus longer than the existing deceleration path. The extension of the through-hole to the machine side increases, the drainage performance. The extension to the fibrous web or paper side allows that can be sucked from a larger surface. As a result, fewer blockages of the pores occur.
Die spätere Entwässerungsleistung kann außerdem noch gesteigert werden, wenn die Durchgangsbohrung so hergestellt wird, dass die Austrittsöffnung eine größere Querschnittsfläche als die der Eintrittsöffnung hat.The subsequent dewatering performance can also be further increased if the through-hole is made so that the outlet opening has a larger cross-sectional area than that of the inlet opening.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das UV-Lasergerät mit Spiegel-Scannern ausgestattet ist. Damit lassen sich vor allem die vorstehend beschriebenen vielfältigen Bohrungsgeometrien herstellen. In the context of the method according to the invention, it is provided that the UV laser device is equipped with mirror scanners. This makes it possible to produce above all the manifold bore geometries described above.
Da der zum Bohren verwendete UV-Laserstrahl einen Durchmesser von nur ca. 25 µm aufweist, wird der UV-Laser nachgeführt, so dass die angesprochenen diversen Bohrungsgeometrien herstellbar sind. Gegebenenfalls sind auch mehrere Bohrvorgänge dafür notwendig. Since the UV laser beam used for drilling has a diameter of only about 25 .mu.m, the UV laser is tracked so that the mentioned various bore geometries can be produced. Optionally, several drilling operations are necessary for this.
Mit den erfindungsgemäß herstellten Bohrungen lässt sich neben der Durchlässigkeit auch die Dehnungseigenschaft des Substrates bzw. der Folie steuern.In addition to the permeability, the elongation property of the substrate or of the film can also be controlled with the bores produced according to the invention.
Werden die Langlöchern in Längsrichtung eingebracht, erhöht sich die Zugfestigkeit gegenüber solchen Substraten mit nur großen runden Löchern. Werden die Langlöcher in Querrichtung eingearbeitet, so erhöht sich die Faser-Unterstützungs-Eigenschaft. If the slots are introduced in the longitudinal direction, the tensile strength increases compared to such substrates with only large round holes. If the oblong holes are incorporated in the transverse direction, the fiber-supporting property increases.
Es wurde gefunden, dass je größer insgesamt die Querschnittsfläche der Durchgangsbohrungen bzw. Durchtrittsöffnungen oder auch Bohrlöcher ist, desto geringer ist die zusammenhängende glatte Oberfläche des Substrates bzw. der Folie in ihrer Eigenschaft als Bespannung auf der die Faserstoffbahn innerhalb der Papiermaschine aufliegt.It has been found that the larger overall the cross-sectional area of the through holes or through openings or boreholes is, the lower is the contiguous smooth surface of the substrate or the film in their capacity as a covering on which rests the fibrous web within the paper machine.
Infolge der insgesamt geringeren zusammenhängenden glatten Oberfläche, treten verringerte Adhäsionskräfte auf, wodurch das Anhaften der Faserstoffbahn, also des herzustellenden Papiers verringert wird. Die Runability (Laufeigenschaften) der hergestellten Faserstoff- bzw. Papierbahn innerhalb der Papiermaschine wird dadurch verbessert.Due to the overall lower coherent smooth surface, reduced adhesion forces occur, whereby the adhesion of the fibrous web, so the produced paper is reduced. The runability of the produced pulp or paper web within the paper machine is thereby improved.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gemäß Anspruch 13 mit einer Bespannung für eine Papiermaschine gelöst. Bei der Bespannung handelt es sich um eine Folie, die in Form eines Endlosbandes ausgebildet ist und die in Längs-, d.h. in Maschinenrichtung und in Querrichtung eine Vielzahl an Durchgangsbohrungen zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, wie Papier-, Karton- oder Tissuebahn aufweist. The object of the invention is also achieved according to claim 13 with a covering for a paper machine. The fabric is a film which is in the form of an endless belt and which is in longitudinal, i. in the machine direction and in the transverse direction has a plurality of through holes for dewatering a fibrous web, such as paper, cardboard or tissue web.
Erfindungsgemäß werden die Durchgangsbohrungen mit einem Verfahren hergestellt, welches zuvor beschrieben wurde. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird im Einzelnen hier nicht mehr darauf eingegangen.According to the invention, the through holes are produced by a method which has been described above. To avoid repetition, it will not be discussed in detail here.
Diese erfindungsgemäße Bespannung zeichnet sich durch einen optimalen Durchfluss der Bohrlöcher auf, wodurch eine hohe Entwässerungsleistung erreicht wird. Außerdem ist bei der so hergestellten Bespannung ein Anhaften von Papierfasern bei ihrem Einsatz in der Papierherstellungsmaschine auf ein Minimum reduziert und die Ablösung der gebildeten Bahn wird erleichtert.This covering according to the invention is characterized by an optimal flow of the boreholes, whereby a high dewatering performance is achieved. In addition, in the fabric thus produced, adhesion of paper fibers in their use in the papermaking machine is minimized and the release of the formed web is facilitated.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments.
In schematischer stark vergrößerter Darstellung zeigen:In a schematic greatly enlarged representation show:
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen.In the figures, like parts are provided with the same reference numerals.
Gezeigt ist in
Die Folie soll im Beispiel als Formiersieb zur Entwässerung einer Faserstoffbahn in einer Papierherstellungsmaschine dienen. Deshalb werden in die Folie eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen mit Hilfe eines CO2-Lasers, die mit
In der
Mit dem UV-Laser ist man in der Lage, beliebig definierte Formen und Größen von Durchgangsbohrungen zu erzeugen. In
Auch deren Ausrichtung innerhalb einer Lochreihe oder in Bezug auf eine benachbarte Reihe können beliebig gewählt werden. Im gewählten Beispiel der
In
In Dickenrichtung ist die Folie
Diese Durchgangsbohrungen sind sowohl mit Hilfe eines CO2-Lasers als auch mit Hilfe eines UV-Lasers eingebracht. Links ist die UV-Bohrung
Man erkennt in der
Die Durchgangsbohrung
Jede Durchgangsbohrung
Auf der Folienseite
Aus der Figur wir auch deutlich, dass die Fläche A3d größer ist als die obere Fläche A3c. Damit erzeugt man einen besseren Durchströmungseffekt von der Eintrittsöffnung
Nachzutragen ist, dass die Anzahl an Durchgangsbohrungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Substrat bzw. Folie Substrate or foil
- 1a1a
- eine Folienseite a slide page
- 1b1b
- andere Folienseite other side of the film
- 22
- CO2-Laser-BohrungCO 2 laser drilling
- 33
- UV-Laser-Bohrung UV laser bore
- 3a3a
- trichterförmige Bohrung funnel-shaped bore
- 3b3b
- trichterförmige Bohrung funnel-shaped bore
- 3c3c
- Eintrittsöffnung inlet opening
- 3d3d
- Austrittsöffnung outlet opening
- 3f3f
- Engstelle bottleneck
- 3.13.1
- kreisrunde Bohrung circular hole
- 3.23.2
- rechteckige Bohrung rectangular hole
- A3cA3c
- Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung Cross-sectional area of the inlet opening
- A3dA3d
- Querschnittsfläche der Austrittsöffnung Cross-sectional area of the outlet opening
- aa
- Abstand distance
- bb
- Abstand distance
- dd
- Dicke thickness
- FF
- Faserstoffbahn Fibrous web
- MDMD
- Maschinenrichtung machine direction
- QDQD
- Querrichtung transversely
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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