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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Papiermaschinenbespannung umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines folienartigen Substrats mit einer Oberseite und einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite und b) Einbringen eines Lochmusters in das Substrat, indem mittels wenigstens einer Laserlichtquelle eine Vielzahl von die Oberseite mit der Unterseite verbindenden Löchern in das Substrat gebohrt wird.
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Unter dem Begriff „Papiermaschinenbespannung“ ist eine Bespannung für eine Maschine zur Herstellung oder Veredelung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, zu verstehen. Beispielsweise kann diese Bespannung in der Formierpartie oder der Pressenpartie oder der Trockenpartie einer Papiermaschine eingesetzt werden. Traditionell werden solche Bespannungen heute noch immer im Wesentlichen durch Webverfahren hergestellt, also einem Verfahren, bei dem Kett- und Schussfäden miteinander verwoben werden. Jedoch ist bereits seit längerer Zeit ein alternatives Herstellverfahren solcher Papiermaschinenbespannungen bekannt. Bei diesem werden folienartige Substrate mittels eines Lasers perforiert. Unter dem Begriff „folienartige Substrate“ sind dabei dünne, flächige Gebilde zu verstehen, die in der Regel durch Extrusion von Kunststoff entstehen. Die Substrate können dabei monolithisch aufgebaut sein, oder aber als ein Laminat aus mehreren Schichten ausgebildet sein. Die einzelnen Schichten können sich hinsichtlich ihrer Eigenschaften, wie zum Beispiel Material oder Dicke, voneinander unterscheiden. Auch kann das Substrat oder können einzelne Schichten des Substrats mit Partikeln, Fasern oder Garnen versehen sein, um dem Substrat gewünschte Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, zu verleihen. Ferner können auf das Substrat noch Substanzen aufgebracht werden, wie beispielsweise eine Stapelfaserlage, um die fertige Papiermaschinenbespannung zu erzeugen.
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In der Patentschrift
US 4 446 187 A ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Perforieren eines folienartigen Substrats zwecks Herstellung einer Papiermaschinenbespannung beschrieben. Wie in den
1 und
2 dargestellt ist, wird hierzu das folienartige Substrat
10 über zwei Walzen
12 gespannt, deren Achsen parallel zueinander ausgerichtet sind. Eine Laserlichtquelle
14 ist dabei über dem folienartigen Substrat
10 angeordnet und kann parallel zu den Achsen der Walzen
12 bewegt werden. Zum Einbringen des gewünschten Lochmusters in das Substrat
10 bohrt die Laserlichtquelle
14 zunächst das Loch
1' in das Substrat
10. Anschließend verfährt die Laserlichtquelle
14 parallel zu den Achsen der Walzen
12, um eine erste Reihe von Löchern zu bohren bis das letzte Loch
2' dieser Reihe erreicht ist. Anschließend wird die Laserlichtquelle
14 relativ zu dem Substrat
10 versetzt, um dann das erste Loch
3' der nächsten Reihe zu bohren. Auf diese Weise entsteht Reihe für Reihe des gewünschten Lochmusters.
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Insbesondere, wenn die Papiermaschinenbespannung als Formiersieb verwendet wird, sind eine sehr große Anzahl von sehr kleinen und eng nebeneinander angeordneten Löchern in das folienartige Substrat einzubringen, um eine möglichst gleichmäße und markierungsfreie Entwässerung der Faserstoffbahn bei der Papierherstellung zu ermöglichen. Je nach Größe des Formiersiebs kann die Anzahl der Löcher im Substrat sechs- oder sogar siebenstellig sein. Dabei ist es bei dem zuvor beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nachteilig, dass für das Einbringen so vieler Löcher eine erhebliche Fertigungszeit notwendig ist. Zwar können gepulste Laser heute problemlos mit einer sehr hohen Arbeitsfrequenz betrieben werden, jedoch besteht dabei die Gefahr, dass durch einen lokal in kurzer Zeit zu hohen Energieeintrag in das Substrat nicht nur das Material dort sublimiert wird, wo die Löcher eingebracht werden sollen, sondern dass es auch darüber hinaus geschädigt, insbesondere aufgeschmolzen und/oder verdampft wird. Dies trifft insbesondere auf die Umkehrpunkte an den Seitenrändern des Substrats zu.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das zuvor beschriebene Problem bei dem Verfahren aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder zumindest zu minimieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem bei dem eingangs beschriebenen Verfahren eine Bohrlochstrategie angewendet wird, die sicherstellt, dass zeitlich zwischen dem Einbringen eines ersten Lochs und eines dem ersten Loch unmittelbar benachbarten zweiten Lochs im Lochmuster wenigstens ein weiteres Loch des Lochmusters in das Substrat eingebracht wird, welches weder dem ersten Loch noch dem zweiten Loch im Lochmuster unmittelbar benachbart ist. Damit wird verhindert, dass trotz einer sehr hohen Arbeitsfrequenz der Laserlichtquelle lokal in zu kurzer Zeit eine zu große Energiemenge in das folienartige Substrat eingebracht wird. Somit kann die Fertigungszeit beim Laser-Perforieren des folienartigen Substrats gegenüber dem Stand der Technik merklich verkürzt werden, ohne dass es zu einer unzulässigen Schädigung des Substrats kommt.
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Unter der Formulierung „nicht unmittelbar benachbart“ ist hierbei zu verstehen, dass zwischen den beiden nicht unmittelbar benachbarten Löchern wenigstens ein weiteres Loch des Lochmusters vorgesehen ist. Verbindet man also zum Beispiel die Mittelpunkte bzw. -achsen der beiden nicht unmittelbar benachbarten Löcher mit einer Linie miteinander, so führt diese Linie durch wenigstens ein weiteres Loch des Lochmusters.
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Damit es nirgends im folienartigen Substrat zu einer unzulässigen Schädigung kommt und dennoch der gesamte Fertigungsprozess mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, ist es von Vorteil, wenn die Bohrlochstrategie auf die Mehrzahl der Löcher, vorzugsweise auf alle Löcher, des Lochmusters angewendet wird. Wenn sie auf alle Löcher des Lochmusters angewendet wird, bedeutet dies, dass keine räumlich unmittelbar benachbarten Löcher zeitlich direkt hintereinander mittels der Laserlichtquelle in das Substrat eingebracht werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sieht die Bohrlochstrategie vor, zeitlich zwischen dem Einbringen des ersten Lochs und des dem ersten Loch unmittelbar benachbarten zweiten Lochs des Lochmusters wenigstens zwei weitere Löcher, vorzugsweise wenigstens drei weitere Löcher, weiter bevorzugt wenigstens vier weitere Löcher in das Substrat einzubringen, welche allesamt weder dem ersten Loch noch dem zweiten Loch unmittelbar benachbart sind. Vorzugsweise sind diese zusätzlich eingebrachten Löcher auch zueinander nicht unmittelbar benachbart. Auf diese Weise kann der zeitliche Abstand zwischen dem Einbringen von zwei unmittelbar benachbarten Löchern des Lochmusters bei gleicher Pulsfrequenz der Laserlichtquelle vergrößert werden, bzw. kann die Pulsfrequenz der Laserlichtquelle vergrößert werden, ohne den zeitlichen Abstand zwischen dem Einbringen von zwei unmittelbar benachbarten Löchern des Lochmusters zu verringern.
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Alternativ oder zusätzlich wird aus denselben Gründen vorgeschlagen, dass der räumliche Abstand zwischen zwei zeitlich direkt hintereinander in das Substrat eingebrachter Löcher wenigstens doppelt so groß, vorzugsweise wenigstens dreimal so groß, weiter bevorzugt wenigsten viermal so groß ist, wie der kleineste räumliche Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarter Löchern im Lochmuster.
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Eine Variante, die erfindungsgemäße Bohrlochstrategie durchzuführen, sieht vor, dass eine Scanner-Optik verwendet wird, mittels welcher ein Laserstrahl aus der Laserlichtquelle sprunghaft auf dem Substrat versetzt werden kann, wobei die Scanner-Optik vorzugsweise wenigsten einen beweglichen Spiegel umfasst. Hierdurch wird die Fertigungsgeschwindigkeit nicht durch die maximale Geschwindigkeit begrenzt, mit der die Laserlichtquelle relativ zu dem folienartigen Substrat bewegt werden kann. Eine Scanner-Optik ist in der Lage, den Laserstrahl in einem Bruchteil einer Sekunde von einer Stelle auf dem folienartigen Substrat - innerhalb gewisser räumlicher Grenzen - auf eine andere Stelle zu lenken, ohne dass dazu die Laserlichtquelle relativ zu dem folienartigen Substrat bewegt werden muss.
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Gleichwohl kann es für eine weitere Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit von Vorteil sein, wenn während des Verfahrens die Laserlichtquelle relativ zu dem Substrat bewegt wird. Diese Relativbewegung kann dabei entweder im Wesentlichen diskontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich erfolgen. Im ersten Fall wird die Laserlichtquelle solange stationär über dem folienartigen Substrat gehalten, bis ein vorbestimmter Oberflächenbereich des folienartigen Substrats, welcher zum Beispiel über eine Scanner-Optik erreichbar ist, mit Löchern versehen ist, ehe die Laserlichtquelle relativ zu dem folienartigen Substrat zu einem weiteren vorbestimmten Oberflächenbereich bewegt wird. Im zweiten Fall wird die Laserlichtquelle relativ zu dem folienartigen Material bewegt, während die Laserlichtquelle, zum Beispiel über eine Scanner-Optik Löcher in das folienartige Substrat einbringt. Dies erhöht gegenüber dem ersten Fall noch die Arbeitsgeschwindigkeit. Sowohl bei der kontinuierlichen, als auch bei der diskontinuierlichen Relativbewegung ist es zum Beispiel möglich, dass das Substrat, welches über zwei Walzen mit im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichteten Achsen gespannt sein kann, in Maschinenrichtung der späteren Bespannung bewegt wird, zum Beispiel indem die Walzen gedreht werden, während die Laserlichtquelle langsam in Maschinenquerrichtung der späteren Bespannung bewegt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine schraubenförmige Löcherspur auf dem Substrat.
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Zur weiteren Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit kann vorgesehen sein, dass gleichzeitig mehr als eine Laserlichtquelle verwendet werden, um Löcher in das Substrat einzubringen. Dabei kann jeder Laserlichtquelle eine eigene Scanner-Optik zugeordnet sein. Je mehr Laserlichtquellen parallel im Einsatz sind, desto größer ist die Arbeitsgeschwindigkeit. Es ist vorteilhaft, auch beim Einsatz mehrerer zeitlich parallel abreitender Laserlichtquellen die Bohrlochstrategie gemäß der vorliegenden Erfindung bei jeder einzelnen Laserlichtquelle anzuwenden.
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Nachfolgend werden anhand der 3 und 4 zwei beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 3 eine erste beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 4 eine zweite beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 3 ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht. Zu erkennen ist ein kleiner Abschnitt eines folienartigen Substrats 10, welches ein vorbestimmtes Lochmuster aufweist, wobei die Löcher des Lochmusters mittels einer Laserlichtquelle 14 in das folienartige Substrat 10 eingebracht werden. Dabei kann das Substrat 10, genauso wie in den 1 und 2 dargestellt und wie im Zusammenhang mit dem Stand der Technik eingangs beschrieben,, über zwei Walzen 12 gespannt sein, wobei die Laserlichtquelle 14 parallel zu den Achsen der Walzen 12 relativ zu dem Substrat 10 beweglich angeordnet ist. Anders als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform werden jedoch hier die Löcher nicht hintereinander weg in einer Reihe in das Substrat eingebracht. Vielmehr wird eine nicht dargestellte Scanner-Optik verwendet, die es erlaubt, einen Laserstrahl aus der Laserlichtquelle 14 innerhalb sehr kurzer Zeit von einer Stelle auf der Oberfläche des folienartigen Substrats 10 auf eine andere Stelle der Oberfläche springen zu lassen. In dem vorliegenden Beispiel deckt die Scanner-Optik den gesamten Abschnitt des Substrats 10 ab, der in 3 gezeigt ist.
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Durch die Pfeile und die Nummerierung ist in 3 die zeitliche Reihenfolge dargestellt, mit welche die Löcher 1-8 des Lochmusters in das folienartige Substrat eingebracht werden. Angenommen, der linke Rand des in 3 gezeigten Abschnitts entspricht einem der beiden Seitenränder des folienartigen Substrats 10, so wird ein erstes Loch 1 in Nähe des Seitenrandes in das folienartige Substrat 10 eingebracht. Anschließend sorgt die Scanner-Optik dafür, dass das zweite Loch 2 zwar in derselben Reihe wie das erste Loch 1 eingebracht wird, jedoch ist das Loch 2 nicht unmittelbar dem Loch 1 benachbart. Vielmehr sind in diesem Ausführungsbeispiel 10 Löcher des Lochmusters zwischen dem Loch 1 und dem Loch 2 angeordnet. Nach dem Einbringen des Lochs 2 sorgt die Scanner-Optik dafür, dass das nächste Loch 3 ebenfalls an einer Position eingebracht wird, die dem Loch 2 nicht unmittelbar benachbart ist. Vielmehr wird das Loch 3 in diesem Ausführungsbeispiel vier Reihen unter dem Loch 1 eingebracht. Das nächste Loch 4 wird wiederum nicht unmittelbar benachbart zum Loch 3 eingebracht. Vielmehr wird es zwar in der vierten Reihe, also der Reihe von Loch 3, eingebracht, aber unter Loch 2, so dass zwischen Loch 3 und Loch 4 in diesem Ausführungsbeispiel 10 weitere Löcher des Lochmusters angeordnet sind. Anschließend wird dieselbe Sprungfolge wiederholt, jedoch um ein Loch nach rechts in 3 versetzt. Somit wird das Loch 5 unmittelbar benachbart zu Loch 1 in der ersten Reihe eingebracht. Das Loch 6 wird unmittelbar benachbart zu Loch 2 in der ersten Reihe eingebracht. Das Loch 7 wird unmittelbar benachbart zu Loch 3 in der vierten Reihe eingebracht. Das Loch 8 wird unmittelbar benachbart zu Loch 4 in der vierten Reihe eingebracht. Das Schema wiederholt sich solange, bis alle Löcher zwischen Loch 1 und Loch 2 in der ersten Reihe in das folienartige Substrat 10 eingebracht sind, d.h. bis alle in 3 dargestellten Löcher in Reihe 1 und 4 erzeugt worden sind. Im Anschluss wird die Laserlichtquelle 14 relativ zu dem Substrat 10 nach rechts, außerhalb des Bildbereichs von 3 bewegt, um dort die erste und vierte Reihe eines weiteren Abschnitts des folienartigen Substrats 10 zu perforieren. Sobald der gegenüberliegende Seitenrand des folienartigen Substrats 10 erreicht ist, kann das folienartige Substrat 10 über die Walzen 12 weiterbewegt werden, damit die nächsten Reihen, beispielsweise die Reihen 2 und 5, gemäß der erfindungsgemäßen Bohrlochstrategie eingebracht werden können, bis das gesamte folienartige Substrat 10 mit dem vorbestimmten Lochmuster versehen ist.
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In 4 ist ein zweites, alternatives, beispielhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht. Dieses unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass zwischen den Löchern 1 und 5, sowie zwischen den Löchern 2 und 6 in der ersten Reihe und zwischen den Löchern 3 und 7, sowie den Löchern 4 und 8 in der vierten Reihe der doppelte Abstand gelassen wird im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel. Dies führt einerseits dazu, dass das Einbringen der Löcher in der ersten und vierten Reihe im Wesentlichen kontinuierlich über die gesamte Länge dieser Reihen hinweg geschehen kann, wenn die Laserlichtquelle 14 sich stetig relativ zu dem folienartigen Substrat 10 parallel zu den Achsen der beiden Walzen 12 bewegt. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren noch schneller ausgeführt werden kann als im Fall des ersten Ausführungsbeispiels, bei welchem die Reihen abschnittsweise und somit im Wesentlichen diskontinuierlich eingebracht werden.
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Anderseits führt das Verfahren gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels dazu, dass der Lochabstand im Randbereich des folienartigen Substrats 10 (links in 3) größer ist als in dem mittleren Bereich des Substrats 10 (rechts in 3). Dies ist vorteilhaft, da das Substrat 10 hierdurch eine höhere Festigkeit im Randbereich aufweist. Hierbei sei angemerkt, dass es im Randbereich des Substrats 10 von geringerer Bedeutung ist, dass die Löcher eng beieinander liegen, da es in diesem Bereich nicht auf eine saubere Formation der Faserstoffbahn ankommt. Zumeist wird auf diesen Bereich gar kein Faserstoff aufgebracht.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, das folienartige Substrat 10 deutlich schneller zu perforieren als mit dem eingangs beschriebenen Verfahren aus dem Stand der Technik, da die einzelnen Löcher schneller hintereinander eingebracht werden können, ohne dass das Substrat 10 lokal einen kritischen Energieeintrag erfährt und geschädigt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1',2',3'
- Löcher
- 1-8
- Löcher
- 10
- folienartiges Substrat
- 12
- Walze
- 14
- Laserlichtquelle
