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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Tissuebahn oder einer Vliesstoffbahn, die durch ein Nasslegeverfahren oder ein Trockenlegeverfahren gebildet wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Maschine zur Durchführung dieses Verfahrens, sowie eine Faserstoffbahn mit verbesserter Festigkeit.
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Bei der Herstellung von Faserstoffbahnen im Nasslegeverfahren, insbesondere Tissuebahnen oder Vliesstoffbahnen werden häufig festigkeitssteigernde Mittel eingesetzt. Bei Schreib- und Druckpapieren, sowie bei Karton und Verpackungspapieren wird beispielsweise Stärke eingesetzt um die Festigkeit, bei mehrlagigen Papieren auch die Lagenfestigkeit, zu erhöhen. Die festigkeitssteigernden Mittel machen einen erheblichen Teil an den Produktionskosten der Faserstoffbahnen aus.
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Im Zuge der Bestrebungen die Herstellungsprozesse für Faserstoffbahnen hinsichtlich der Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2 Emissionen zu optimieren, kommen immer mehr Trockenlegeverfahren zur Anwendung. Bei diesen Verfahren kann die Festigkeit der Faserstoffbahnen nicht mehr ausreichend durch die Ausbildung von Wasserstoffbrücken erreicht werden, da kein oder nur wenig Wasser verwendet wird und die Fasern zur Ausbildung der Bahn daher nahezu trocken gelegt werden. Hier werden bei der Herstellung von Tissuebahnen und Vliesstoffen Latexpolymere auf die Papieroberfläche gesprüht oder synthetische Schmelzfasern den Fasern vor dem Trockenlegen beigemischt. Die Faserstoffbahn mit den Schmelzfasern wird anschließend erwärmt. Die Schmelzfasern schmelzen und verbinden sich mit den Zellulosefasern der Faserstoffbahn, wodurch die Festigkeit der Faserstoffbahn erhöht oder erzeugt wird. Auch diese festigkeitssteigernden Mittel sind ebenfalls teuer und machen einen erheblichen Teil an den Produktionskosten dieser Papiere aus. Zudem weisen Latexpolymere und Schmelzfasern eine schlechte oder sogar keine biologische Abbaubarkeit auf und benötigen zur Polymerisierung und zum Trocknen von Latex bzw. zum Schmelzen der Kunststofffasern erhebliche Mengen thermischer Energie.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Maschine anzugeben, um eine kostengünstige und ökologische Festigkeitssteigerung bei der Herstellung von Faserstoffbahnen zu erzielen, und die Nachteile der bekannten Verfahren zu reduzieren oder sogar ganz zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird durch Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Tissuebahn oder einer Vliesstoffbahn vorgeschlagen, die durch ein Nasslegeverfahren oder ein Trockenlegeverfahren gebildet wird und die Faserstoffbahn in einem Pressschritt in einem Pressspalt zwischen einem ersten und einem zweiten, jeweils eine der Faserstoffbahn zugewandten Kontaktfläche aufweisenden, Stützelement liegend gepresst und verfestigt wird, wobei die Kontaktfläche mindestens des ersten Stützelementes derart ausgeführt ist, so dass in der Faserstoffbahn mindestens eine Niederdruckzone und mindestens eine Hochdruckzone ausgebildet werden und die mindestens eine Hochdruckzone einen Flächenanteil an der gepressten Fläche von 5% bis 30%, insbesondere von 5% bis 20%, vorzugsweise von 10% bis 30% besitzen.
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Im Pressspalt wird mindestens durch die Kontaktfläche des ersten Stützelementes eine dreidimensionale Struktur in die Faserstoffbahn geprägt. Durch die Erfindung wird die Festigkeit, beispielsweise die Zugfestigkeit, erhöht, ohne die erforderlichen Eigenschaften der Faserstoffbahn, wie beispielsweise die Dicke, das Wasserabsorptionsvermögen, die Weichheit, das spezifische Volumen, zu gefährden.
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Durch die lokale Pressung der Faserstoffbahn in der mindestens einen Hochdruckzone wird dort die Faserstoffbahn kompaktiert und grenzt sich dadurch von der mindestens einen Niederdruckzone ab. Die Flächensumme aller Niederdruckzonen und der mindestens einen Hochdruckzone einer Testfläche der Faserstoffbahn entsprechen der Gesamtfläche und somit der Testfläche. Die Flächenanteile der mindestens einen Hochdruckzone lassen sich somit einfach ermitteln.
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Das Nasslegeverfahren ist das am häufigsten angewendete Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, Tissuebahn und Vliesstoffbahn. Die Feststoffe dieser Faserstoffbahnen werden am Beginn des Herstellungsprozesses in Wasser suspendiert und in einer Papiermaschine über den Stoffauflauf einer Formiersektion zugeführt, dort und in einer nachgeordneten Pressensektion mechanisch entwässert und anschließend in einer Trockenpartie thermisch getrocknet. Durch die Anwesenheit von Wasser bilden sich sogenannte Wasserstoffbrücken aus, die zu einer Grundfestigkeit der Faserstoffbahn führen. Zur weiteren Erhöhung dieser Grundfestigkeit wird nach der Erfindung die Faserstoffbahn in der Fläche in Zonen unterschiedlich stark gepresst. So entstehen mindestens eine Hochdruckzone und mindestens eine Niederdruckzone. Durch die hohe Pressung in der mindestens einen Hochdruckzone entstehen Zonen mit hohen Festigkeiten. Bei mehreren Hochdruckzonen werden zwischen den Hochdruckzonen die Fasern weniger stark gepresst. Es entsteht mindestens eine Niederdruckzone in der das spezifische Volumen wesentlich größer ist als in den Hochdruckzonen. Durch den Effekt der Festigkeitssteigerung kann der Einsatz von festigkeitssteigernden Mitteln reduziert oder sogar ganz vermieden werden. Die Erfindung wirkt sich daher auch bei nassgelegten Papieren, insbesondere wie Tissuebahnen und Vliesstoffen sehr positiv aus.
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Neue Entwicklungen des Herstellungsprozesses für Faserstoffbahnen gehen hinsichtlich der Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2 Emissionen hin zu Trockenlegeverfahren. Bei diesen Verfahren werden die Fasern in nahezu trockenem, meist lufttrockenem Zustand vereinzelt und einer Trockenlegevorrichtung zur Bildung der Faserstoffbahn zugeführt. Die notwendige Festigkeit der so hergestellten Faserstoffbahn kann nicht mehr ausreichend durch die Ausbildung von Wasserstoffbrücken erreicht werden, da kein oder nur wenig Wasser verwendet wird und die Fasern zur Ausbildung der Bahn daher in nahezu trockenem Zustand gelegt werden. Hier wirkt sich die Erfindung besonders positiv und auch gerade bei der Herstellung von Tissuebahnen und Vliesstoffbahnen, aus. Auf der einen Seite muss bei diesen Papiersorten gerade beim Trockenlegeverfahren eine ausreichende Festigkeit erzielt werden, und auf der anderen Seite müssen die Erfordernisse hinsichtlich der Verwendung, wie spezifisches Volumen, Wasserabsorption, Wasserhaltevermögen, Geschmeidigkeit, auch Handfeel genannt, erfüllt werden. So ist entsprechend der Erfindung der Flächenanteil der mindestens einen Hochdruckzone mindestens 5% um ausreichende Festigkeit zu erreichen und kleiner als 30% um die Erfordernisse hinsichtlich der Verwendung der Faserstoffbahn zu erreichen.
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Bei Hygienepapieren lässt sich die Erfindung auch aus diesen Gründen besonders vorteilhaft anwenden. Hygienepapiere können Tissuebahnen und Vliesstoffbahnen umfassen. Sie können Produkte aus der beispielhaften und nicht vollständigen Aufzählung der folgenden Gruppe umfassen: Wischtücher, Handtücher, Servietten, Tischdecken usw..
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Die Erfindung kann sich gerade auch bei der Herstellung von Vliesstoffen vorteilhaft auswirken, da sie mindestens zum Teil Kunststofffasern, die keine Wasserstoffbrücken bilden, umfassen können.
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Es ist daher auch vorteilhaft, wenn die mindestens eine Hochdruckzone mit einer Fläche von kleiner als 9 mm2, insbesondere von kleiner als 4 mm2, und vorzugsweise von mehr als 0,5mm2 ausgebildet wird. Dadurch wird auf der einen Seite genügend Festigkeit erzeugt und auf der anderen Seite die Erfordernisse hinsichtlich der Verwendung, wie spezifisches Volumen, Wasserabsorption, Wasserhaltevermögen, Geschmeidigkeit, auch Handfeel genannt, erfüllt.
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In einer vorteilhaften Ausführung, ist es möglich wenn die mindestens eine Hochdruckzone mit einer Fläche im Bereich von 0,5mm2 bis 2mm2 ausgebildet wird.
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In einem praktischen Fall können mehrere Hochdruckzonen ausgebildet sein und zwischen benachbarten Hochdruckzonen ein Abstand von kleiner als die mittlere Faserlänge der Fasern der Faserstoffbahn ausgebildet werden.
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In einer möglichen Ausgestaltung können mehrere Hochdruckzonen ausgebildet sein. In diesem Fall hat die Summe der Flächen der Hochdruckzonen einen Flächenanteil an der gepressten Fläche von 5% bis 30%, insbesondere von 5% bis 20%, vorzugsweise von 10% bis 30%.
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Ferner ist es auch denkbar, die mindestens eine Hochdruckzone mit benachbarten Hochdruckzonen durch jeweils eine weitere Hochdruckzone zu verbinden. Die weitere Hochdruckzone kann linienförmig verlaufen. Ausgehend von einer Hochdruckzone verlaufen die weiteren Hochdruckzonen sternförmig. Dies erhöht die Festigkeit der Faserstoffbahn bei gleichzeitig gutem spezifischem Volumen.
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In einem praktischen Fall wird in der mindestens einen Hochdruckzone ein Pressdruck von mehr als 10 MPa, insbesondere von mehr als 15 MPa, auf die Faserstoffbahn ausgeübt.
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Für den möglichen Fall, dass mehrere Hochdruckzonen ausgebildet sind, wird in jeder Hochdruckzone ein Pressdruck von mehr als 10 MPa, insbesondere von mehr als 15 MPa, auf die Faserstoffbahn ausgeübt.
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In der mindestens einen Niederdruckzone kann ein Pressdruck von weniger als 10 MPa, insbesondere von weniger als 8 MPa, vorzugsweise von 0 MPa oder im Bereich von 0 bis 3 MPa auf die Faserstoffbahn ausgeübt werden. Vorzugsweise wird die mindestens eine Niederdruckzone nur leicht gepresst, sodass der Pressdruck etwas über OMPa liegt.
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Das erste Stützelement und/oder das zweite Stützelement können als Walze mit einer Kontaktfläche mit Erhebungen zur Erzeugung der mindestens einen Hochdruckzone ausgeführt sein. Die Walze kann wahlweise als Schuhwalze oder als Walze mit einem Walzenbezug aus Kunststoff ausgeführt sein. Bei der Schuhwalze bildet der Pressmantel die Kontaktfläche.
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Das erste Stützelement und/oder das zweite Stützelement können als umlaufendes Band mit Erhebungen zur Erzeugung mehrerer Hochdruckzonen ausgeführt sein.
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Das umlaufende Band kann als Membrane oder als gewobenes Band, beispielsweise als Sieb, mit auf der Kontaktseite aufgebrachten Erhebungen ausgeführt sein. Die Erhebungen können Kunststoff umfassen und aufgedruckt sein.
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Das umlaufende Band kann als gewobenes Band ausgeführt sein, wobei die Erhebungen aus Webfäden gebildet sein können.
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Das erste Stützelement und/oder das zweite Stützelement können permeabel oder impermeabel ausgeführt werden.
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In der durch das als Band ausgebildete erste Stützelement und/oder in der durch das als Band ausgebildete zweite Stützelement jeweils gebildeten Schlaufe kann jeweils eine Walze zur Ausbildung des Pressspaltes angeordnet sein. Der Pressspalt kann durch eine Presswalze und eine Gegenwalze gebildet sein. Die Presswalze kann auch als Schuhpresswalze mit verlängertem Pressspalt ausgeführt sein. Der Pressspalt kann auch durch Kalanderwalzen gebildet werden.
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In einer möglichen Ausführung kann die mindestens eine Hochdruckzone durch Erhebungen in der Kontaktfläche des mindestens ersten Stützelements erzeugt werden. Die Querschnittsform der Erhebungen kann rund, dreieckig, viereckig, länglich sein, sodass die Form der Hochdruckzonen entsprechend rund, dreieckig, viereckig, länglich sein kann. Die Formen der Hochdruckzonen können auch unterschiedlich sein.
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Vorzugsweise können die Erhebungen mit einer Höhe von 0,05 mm bis 1 mm, insbesondere von 0,05 mm bis 0,5 mm ausgeführt sein. Dadurch lässt sich die Pressung in der mindestens eine Hochdruckzone und in der mindestens einen Niederdruckzone relativ zueinander einstellen.
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In einer möglichen Weiterbildung kann das mindestens erste Stützelement als perforierte Membran ausgeführt werden und die mindestens eine Hochdruckzone kann durch die Kontaktfläche der Membran und die Niederdruckzonen durch die Fläche der Perforationen des mindestens ersten Stützelements erzeugt werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich also dadurch, dass jede Öffnung jeweils eine Niederdruckzone erzeugt und dazwischen nur eine Hochdruckzone entsteht.
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Zur Verbesserung der Festigkeitssteigerung können die mindestens eine Hochdruckzone über ein Stützelement auf eine Temperatur von 110°C bis 160°C erwärmt werden.
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In einer möglichen Weiterbildung kann die Kontaktfläche des mindestens ersten Stützelements so ausgeführt sein, dass mehrere Hochdruckzonen erzeugt werden und die Anordnung der Hochdruckzonen in Mustern zur Erzeugung eines ästhetischen Effekts beiträgt.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung kann die Kontaktfläche des mindestens ersten Stützelements so ausgeführt sein, dass mehrere Hochdruckzonen erzeugt werden und die Anordnung der Hochdruckzonen so gewählt ist, dass die Zugfestigkeit in der Ebene der Faserstoffbahn richtungsabhängig ist. So kann beispielsweise die Zugfestigkeit in einer bestimmten Richtung dadurch erhöht werden, dass in dieser Richtung mehr Hochdruckzonen pro Längeneinheit vorgesehen werden als in einer anderen Richtung. In der bestimmten Richtung ist also eine höhere Hochdruckzonendichte vorhanden.
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Es ist auch denkbar, dass durch Anpassung der Hochdruckzonendichte und/oder der Hochdruckzonenform, die Papiereigenschaften, wie beispielsweise die Festigkeitseigenschaften, richtungsorientiert gestaltet werden können.
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In einer möglichen Ausgestaltung wird das dem mindestens ersten Stützelement gegenüberliegende zweite Stützelement zur Strukturierung der mit dem zweiten Stützelement in Kontakt kommenden Seite der Faserstoffbahn nachgiebig ausgeführt wird. Dadurch wird die Rückseite der Faserstoffbahn ebenfalls strukturiert und dadurch die die Erfüllung der Erfordernisse hinsichtlich der Verwendung, wie spezifisches Volumen, Wasserabsorption, Wasserhaltevermögen, Geschmeidigkeit, auch Handfeel genannt, unterstützt und verstärkt.
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In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn der Faserstoffbahn vor und/oder nach dem Pressschritt ein Nassfestmittel oder ein anderes festigkeitssteigernde Mittel zur weiteren Steigerung der der Festigkeit zugegeben wird.
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Ferner ist es möglich, wenn die Faserstoffbahn nach dem Pressschritt gekreppt wird.
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Bei trockengelegten Faserstoffbahnen ist es auch vorteilhaft, wenn die Faserstoffbahn vor Eintritt in den Pressspalt leicht flächig vorgepresst wird, um die gelegte, lockere Fasermatte widerstandsfähig gegen Luftströmungen zu machen.
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Die Aufgabe wird auch durch eine Maschine zur Umsetzung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Tissuebahn oder einer Vliesstoffbahn, gelöst. Die Maschine umfasst eine Nasslegesektion oder eine Trockenlegesektion und einen Pressspalt, in dem die Faserstoffbahn zwischen einem ersten und einem zweiten, jeweils eine der Faserstoffbahn zugewandten Kontaktfläche aufweisenden, Stützelement liegend gepresst und verfestigt wird, wobei die Kontaktfläche mindestens des ersten Stützelementes derart ausgeführt ist, so dass in der Faserstoffbahn mindestens eine Niederdruckzone und mindestens eine Hochdruckzone ausgebildet sind und die mindestens eine Hochdruckzone einen Flächenanteil an der gepressten Fläche von 5% bis 30%, insbesondere von 5% bis 20%, vorzugsweise von 10% bis 30% besitzt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Faserstoffbahn die nach dem Verfahren nach Anspruch 1 in einem Nasslegeverfahren oder einem Trockenlegeverfahren gebildet wird, mit mindestens einer Niederdruckzone (4) und mindestens eine Hochdruckzone (5), wobei die mindestens eine Hochdruckzone (5) einen Flächenanteil (7) von 5% bis 30%, insbesondere von 5% bis 20%, vorzugsweise von 10% bis 30% aufweist.
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Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung - soweit dies technisch sinnvoll ist - beliebig miteinander kombiniert sein können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Es zeigen
- 1 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Faserstoffbahn in vereinfachter und schematischer Darstellung;
- 2 eine mögliche Ausführungsform des Pressspaltes der Presssektion der erfindungsgemäßen Maschine in vereinfachter, nicht maßstäblichen Darstellung;
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In der 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Faserstoffbahn als Ausschnitt in vereinfachter und schematischer Darstellung in der Draufsicht gezeigt. In diesem Beispiel weist die Faserstoffbahn 1 eine Vielzahl von Hochdruckzonen 5 auf. Die Hochdruckzonen 5 sind während des Herstellungsprozesses zur Erzeugung einer höheren Festigkeit stark gepresst worden. Der lokale Pressdruck in den Hochdruckzonen 5 betrug mehr als 10 MPa. Der Bereich zwischen den Hochdruckzonen 5 wurde nur leicht gepresst und bildet eine einzige Niederdruckzone 4. Die Pressung in der Niederdruckzone 4 lag im Bereich von größer als 0 MPa bis 1 MPa. Die Hochdruckzonen 5 sind trapezförmig ausgebildet. Sie können jedoch beliebige Formen haben, wie beispielsweise rund, dreieckig, viereckig usw.. Die Hochdruckzonen 5 in der gepressten Fläche 7 sind gleichverteilt angeordnet. Sie können jedoch auch als Muster angeordnet sein, um die Erscheinungsform der Faserstoffbahn 1 attraktiver zu machen. Dies ist bei Tissuebahnen und Vliesstoffbahnen vorteilhaft. Der Abstand 6 benachbarter Hochdruckzonen 5 ist vorzugsweise kleiner als die durchschnittliche Faserlänge der Faserstoffbahn 1. Die Dimensionen der einzelnen Hochdruckzonen 5 sind jeweils kleiner als 9 mm2 und haben einen Flächenanteil an der gepressten Fläche von 5 % bis 30%. Die Dimensionen der einzelnen Hochdruckzonen 5 können gleich oder unterschiedlich sein.
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Die 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Pressspaltes 9 der Presssektion der erfindungsgemäßen Maschine in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung. Die Faserstoffbahn 1 wird zwischen einem ersten Stützelement 2, und einem zweiten Stützelement 3 liegend durch einen Pressspalt 9 in Laufrichtung 12 geführt. Das erste Stützelement 2 als auch das zweite Stützelement 3 wird durch ein umlaufendes Band gebildet. Der Pressspalt 9 umfasst eine in der Schlaufe des ersten Stützelements angeordnete Presswalze 10 und eine in der Schlaufe des zweiten Stützelements angeordnete Gegenwalze 11. Das erste Stützelement 2 weist in der zur Faserstoffbahn 1 zeigenden Kontaktfläche Erhebungen 8 zur Erzeugung der Hochdruckzonen 5 auf. Die Faserstoffbahn 1 wird durch die Erhebungen 8 beim Durchlauf durch den Pressspalt 9 lokal stark gepresst und damit verfestigt. Nach dem Pressspalt 9 lösen sich die Erhebungen wieder aus der Faserstoffbahn 1, wodurch eine strukturierte dreidimensionale Oberflächenstruktur mit Hochdruckzonen 5 und -in diesem Beispiel- mit einer einzigen Niederdruckzone 4 entsteht.
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Korrespondierende Elemente der Ausführungsbeispiele in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Funktionen solcher Elemente in den einzelnen Figuren entsprechen einander, sofern nichts anderes beschrieben ist und es nicht zu Widersprüchen führt. Auf eine wiederholte Beschreibung wird daher verzichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Faserstoffbahn, Tissuebahn, Vliesstoffbahn
- 2
- Erstes Stützelement
- 2.1
- Kontaktfläche
- 3
- Zweites Stützelement
- 3.1
- Kontaktfläche
- 4
- Niederdruckzone
- 5
- Hochdruckzone
- 6
- Abstand Hochdruckzonen
- 7
- Gepresste Fläche
- 8
- Erhebungen
- 9
- Pressspalt
- 10
- Presswalze
- 11
- Gegenwalze
- 12
- Laufrichtung