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Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren einer bewegten folienartigen
Bahn aus Papier, Kunststoff. Metall od. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von im Abstand voneinander liegenden
Perforationslinien in einer bewegten Bahn, bei dem eine Bahn des Materials zwischen
Elektroden hindurchgeführt wird, die elektrische Funkenentladungen erzeugen können,
welche das Material durchschlagen und mit der Bewegung des Materials derart synchronisiert
sind, daß die Perforierung entlang den gewünschten Linien entsteht.
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Früher wurden zum Einschneiden der Perforierungen, die quer zum Papierverlauf
liegen, ein oder mehrere gezahnte Messer verwendet. Bei großer Herstellungsgeschwindigkeit
müssen diese Messer dauernd ersetzt werden, wobei die Häufigkeit von der Herstellungsgeschwindigkeit
und der verwendeten Papierart abhängig ist. Wenn beispielsweise Wachspapier verwendet
wird, setzen sich die Messer schnell mit Wachs zu und arbeiten nicht mehr einwandfrei.
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Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Bahnen zwischen Elektroden
hindurchzuführen, zwischen denen Entladungen erzeugt werden, die die Bahn durchschlagen.
Dabei werden zwei im Abstand voneinander liegende Spitzenelektroden verwendet, an
die eine geeignete Wechselspannung angelegt wird, deren Frequenz regelbar ist. Vorzugsweise
wird dabei eine festliegende Spitzenelektrode verwendet, der eine umlaufende Scheibe
mit einer Vielzahl von Elektroden gegenüberliegt, wobei die Papierbahn zwischen
der Scheibe und der ortsfesten Elektrode hindurchgeführt wird. Bei diesem Verfahren
wird jedes Loch der Perforierung durch nur eine Entladung erzeugt, deren Stärke
für eine bestimmte Lochgröße konstant gehalten wird. Bei einem elektrisch inhomogenen
Material, wie beispielsweise dünnem Papier, das eine große Anzahl von natürlichen
Durchschlagstellen aufweist, kann dabei die Größe der Löcher unterschiedlich werden,
je nachdem, ob der Funken auf eine Stelle mit größerem oder kleinerem Durchschlagwiderstand
trifft. Ein sauberes Abtrennen an der Perforierung ist in diesem Fall nicht gewährleistet.
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Ziel der Erfindung ist es, Perforierungen mit Hilfe elektrischer Entladungen
herzustellen, bei denen diese Nachteile vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung werden zwischen den Elektroden, zwischen denen
die Materialbahn hindurchläuft, eine Anzahl von Entladungen erzeugt, wobei die aufeinanderfolgenden
Entladungen an Stellen auftreten, die fortlaufend in Bewegungsrichtung des Materials
derart versetzt sind, daß eine Anzahl von aufeinanderfolgenden elektrischen Entladungen
durch einen einzigen Punkt des sich bewegenden Materials gehen und die ursprünglich
an diesem Punkt hergestellte Perforierung vergrößern.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden wie beim bekannten Verfahren
die durch die erste Entladung erzeugten Löcher in ihrer Größe unregelmäßig sein.
Eine gleichmäßige Größe wird aber dadurch erzielt, daß durch diese vorbereiteten
Stellen hindurch weitere Entladungen gehen, die eine beliebige, aber gleiche Größe
der Löcher hervorrufen.
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Das Verfahren läßt sich auch auf die Herstellung von Papiersäcken
anwenden. Insbesondere gilt dieses für die Herstellung von Papiersäcken mit Zellstoffwattelagen,
da hierbei durch die Unregelmäßigkeit des Materials und der Dicke die Erzeugung
von Löchern gleicher Größe mit nur einer Entladung besondere Schwierigkeiten bereitet.
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Dabei werden nach einem weiteren Merkmal zu Beginn der Perforation
des Materials durch elektrische Entladungen zwischen zusammenwirkenden Elektroden,
die genau festgelegte zusammenfallende Punkte besitzen, eine Anzahl von Hilfslöchern
erzeugt.
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Zum Erzeugen der Hilfslöcher werden vorzugsweise Hochspannungsimpulse
kurzer Dauer verwendet, während die anschließenden Entladungen größere Energie und
Zeitdauer besitzen.
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In einer Abwandlung des Verfahrens gemäß der Erfindung durchschlagen
die aufeinanderfolgenden
elektrischen Entladungen die Bahn des Materials
quer zu dessen Bewegungsrichtung versetzt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Vorrichtung
verwendet werden, die eine Linienelektrode und eine Anzahl von Nadelelektroden aufweist,-die
im Abstand von der Linienelektrode liegen und in einer Reihe in einer Richtung damit
angeordnet sind, wobei die Linienelektrode und die Reihe der Nadelelektrodeh unter-
bzw. oberhalb des Weges des zu. perforierenden Materials und quer zu diesem Weg
angeordnet sind. Weiterhin ist die Vorrichtung mit einer elektrischen Versorgung
versehen, die elektrische Hochspannungsimpulse kurzer Dauer zwischen der Linienelektrode
und den Nadelelektroden anlegen kann.
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Nach einem weiteren Merkmal sind außerdem eine Grundplattenelektrode,
die sich quer über die gesamte Breite des Weges der Bahn erstreckt, eine Anzahl
von Linienelektroden, die in Bewegungsrichtung der Materialbahn in einer Richtung
mit den Nadelelektroden und oberhalb des Weges der Materialbahn liegen, sowie Mittel
vorgesehen, mit denen zwischen der Plattenelektrode und den Linienelektroden aufeinanderfolgend
elektrische Entladungen erzeugt werden können. Diese Vorrichtung wird vorzugsweise
dann verwendet, wenn ein elektrisch homogenes Material, wie z. B. Wachspapier, benutzt
wird, das keine natürlichen Durchschlagstellen aufweist. Andererseits kann auch
eine querliegende Linienelektrode verwendet werden, die so angeordnet ist, daß sie
sich mit der Materialbahn derart bewegt, daß sie im Register mit den von den ersten
Entladungen erzeugten Löchern bleibt, wobei außerdem eine Anzahl von parallelen,
im Abstand voneinander liegenden Linienelektroden, die in Bewegungsrichtung der
Materialbahn und oberhalb ihres Weges liegen, und Mittel vorgesehen sind, mit denen
zwischen der querliegenden Linienelektrode und der Anzahl von parallelen Linienelektroden
aufeinanderfolgende elektrische Entladungen erzeugt werden können. Eine derartige
Vorrichtung wird vorzugsweise dann benutzt, wenn es sich um ein poröses Material
handelt, wie beispielsweise dünnes Papier, bei dem die Struktur des Materials eine
große Anzahl von möglichen Durchschlagstellen bietet.
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In der Zeichnung sind schematisch Vorrichtungen dargestellt, mit denen
das Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt werden kann.
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Fig.l ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Elektroden;
Fig.2 zeigt eine Seitenansicht der Elektrodenanordnung nach Fig.1; Fig. 3 zeigt
die Folge der elektrischen Entladungen bei einer Elektrodenanordnung nach den Fig.1
und 2; Fig.4 ist eine Draufsicht auf eine andere Elektrodenanordnung; -Fig.5 zeigt
die Seitenansicht der in Fig.4 dargestellten Elektrodenanordnung; Fig. 6 ist eine
Draufsicht auf eine weitere Elektrodenanordnung; Fig.7 zeigt schemätisch eine elektrische
Schaltung zur Erzeugung von Hochspannungsentladungen kurzer Dauer; Fig. 8 ist eine
Schaltung zur Erzeugung von Entladungen geringerer Spannung und längerer Dauer.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Elektrodenanordnung ist zum Perforieren einer
Bahn eines elektrisch homogenen Materials geeignet, das keine natürlichen Durchschlagstellen
aufweist. Eine Querreihe von fest angeordneten Nadelelektroden 1 liegt in
einem Isolator 2 oberhalb einer fest angeordneten, querverlaufenden Linienelektrode
3, die in einem Isolatorblock 4 liegt. Zwischen den Nadelelektroden 1 und der Linienelektrode
3 wird ein Streifen oder eine Bahn Papier hindurchgeführt. Die Nadelelektroden 1
sind mit einer gemeinsamen Spannungsquelle verbunden, wie weiter unten beschrieben
wird. Sie sind jedoch voneinander durch Widerstände mit großem Wert elektrisch getrennt.
Zwischen den Nadelelektroden 1 und der Linienelektrode 3 wird ein Hochspannungsimpuls
kurzer Dauer angelegt, der eine Anzahl von einzelnen, aber im wesentlichen gleichzeitigen
Entladungen erzeugt, die durch den Streifen zwischen den Elektroden durchschlagen,
wobei die Lage der Perforierungen, die im Streifen entstehen, durch die Lage der
Nadelelektroden festgelegt ist. Der Hochspannungsimpuls wird nach einem Zeitraum
wiederholt, der dem gewünschten Abstand der querverlaufenden Perforierungen entspricht.
Die Zeitdauer hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der der Streifen zwischen den
Elektroden 1 und 3 hindurchläuft. Die auf diese Weise hergestellte Perforierung
ist noch nicht ausreichend, die Schwächung des Streifens zu erzielen, die zur Erzeugung
einer Reißlinie notwendig ist. Da die Perforierung jedoch eine Reihe von elektrisch
verletzlichen Punkten im Streifen darstellt, ist es möglich, an diese ersten Entladungen
weitere Impulse oder Reihen von Impulsen anzuschließen, die eine geringere Spannung
aufweisen und über eine längere Zeit andauern und die Größe der ursprünglichen Perforierung
vergrößern. Diese Folgeimpulse werden zwischen einer metallischen Plattenelektrode
6, über die der Streifen 5 nach Herstellung der Hilfslöcher durch die Nadelelektroden
1 läuft, und einer Anzahl von Linienelektroden 7 angelegt, die oberhalb des Streifens
liegen und in Bewegungsrichtung des Streifens je in einer Richtung mit einer entsprechenden
Nadelelektrode 1 liegen (Fig.1). Die von den Folgeimpulsen erzeugten aufeinanderfolgenden
Entladungen wandern dann mit der Bewegung der Hilfslöcher im Streifen an den Linienelektroden
entlang. Es ist klar, daß der Vorteil der Elektrodenanordnung nach den Fig.1 und
2 darin liegt, daß der Elektrodenverschleiß über den verhältnismäßig großen Bereich
der Linienelektroden und der Plattenelektrode 6 verteilt wird.
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Bei einem Material, das elektrisch nicht. homogen ist, wie z. B. Seidenpapier,
treten die Entladungen zwischen zusammenwirkenden Elektroden möglichst an Stellen
auf, die durch örtliche Veränderungen sowohl der Anordnung der Elektroden als auch
des Materials selbst bestimmt sind. Das bedeutet aber, daß bei Verwendung der Linienelektroden
und der Plattenelektrode nach den Fig.1 und 2 bei großer Geschwindigkeit des Streifens
die aufeinanderfolgenden Entladungen im gleichen Bereich der Elektroden auftreten
und daß die Energie dazu verwendet wird, eine Anzahl kleiner Löcher an verschiedenen
natürlichen Durchschlagstellen entlang des Streifens zu erzeugen, anstatt die zuerst
hergestellten Hilfslöcher zu vergrößern.
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Bei einer anderen Elektrodenanordnung wird das dadurch überwunden,
daß eine Linienelektrode 10 verwendet wird, die sich mit dem Streifen bewegt
(Fig. 4 und 5). Diese Elektrode 10 ist in eine Walze 11 eingesetzt,
die aus einem elektrisch isolierenden Material
hergestellt ist
und über die der Streifen hinwegläuft. Die Walze wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit
gedreht, die der Oberflächengeschwindigkeit des Streifens entspricht. Das wird zweckmäßigerweise
so - erreicht, daß die Walze frei drehbar in Lagern gelagert wird, so daß sie durch
Reibung von dem sich bewegenden Streifen gedreht wird. Oberhalb der Walze
11 sind eine Anzahl von Linienelektroden 12
mit bogenförmiger Gestalt
nebeneinander und parallel zur Bewegungsrichtung des Streifens fest angeordnet.
Bei dieser Anordnung, die in den Fig.4 und 5 dargestellt ist, können elektrische
Entladungen nur zwischen der sich bewegenden Linienelektrode 10 und den bei 13 angedeuteten,
damit übereinstimmenden Punkten der in Längsrichtung liegenden Linienelektroden
12 erfolgen. Die Entladungen sind daher in ihrer Lage genau festgelegt und werden
mit der Bewegung des Streifens fortschreitend versetzt. Die Perforierungen können
in ihrer Form dadurch abgewandelt werden, daß die Anzahl und Form der Impulse geändert
wird. Die Größe der einzelnen Perforierungen hängt offensichtlich weiterhin von
der Art des verwendeten Materials ab und wird entsprechend der gewünschten Materialschwächung
gesteuert.
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Bei einer anderen Anordnung, bei der auch eine querliegende Linienelektrode
10 in eine Walze 11 eingesetzt ist, die mit einer der Oberflächengeschwindigkeit
des Streifens entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit gedreht wird, sind die festen
Elektroden relativ zur Bewegungsrichtung des Streifens schräg angeordnet. Eine derartige
Anordnung schrägliegender Elektroden 14 ist in Fig. 6 därgestellt. Wenn eine Anzahl
von Impulsen an die festen Elektroden 14 gegeben wird, finden die Entladungen an
Stellen statt, die durch die Lage der Schnittpunkte der sich bewegenden querliegenden
Linienelektrode 10 und jeder der schräg angeordneten Elektroden 14 bestimmt sind.
Bei aufeinanderfolgenden Impulsen bewegt sich jeder Schnittpunkt quer zum Streifen,
und es werden eine Folge von Perforierungen auf einer Linie quer über den Streifen
hergestellt. Dadurch wird eine Anzahl von Perforierungen, die fortlaufend senkrecht
zur Bewegungsrichtung des Streifens versetzt sind, zwischen der Linienelektrode
10 und den festen Elektroden 14 hergestellt. Der Trennungsabstand dieser
Perforierungen hängt von der Frequenz der Impulse und dem Neigungswinkel der Elektroden
sowie der Geschwindigkeit des Streifens ab. In gewissen Fällen können diese Perforierungen
ineinander übergehen und damit die Gestalt länglicher Schlitze annehmen.
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Die Hochspannungsimpulse kurzer Dauer, die den Nadelelektroden 1 der
Fig.1 und 2 zugeführt werden, können in einer Richtung verlaufen oder hochfrequent
sein. Die hochfrequenten Impulse werden von einem üblichen Impuls-Hochfrequenzgenerator
erzeugt, während die ersteren durch Entladung einer Kapazität C mittels eines Thyratrons
Th über die Primärwicklung eines Aufwärtsimpulstransformators T erzeugt werden.
Eine derartige Schaltung ist in Fig. 7 dargestellt, in der R1 einen Ladewiderstand
und R2 einen Entladebegrenzungswiderstand darstellt. Die Entladungsstrecke ist bei
G dargestellt.
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Die Folgeimpulse zwischen den Elektroden 6 und 7 der in den Fig. 1
und 2 dargestellten Anordnung und die den Elektroden 10, 11 und 14 der in
den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Anordnungen zugeführten Impulse haben eine geringere
Spannung als die den Nadelelektroden 1- zugeführten Impulse. Diese Impulse können
direkt von einem Aufwärtsnetztransforniator Ti zugeführt werden, der mittels eines
Stromkreises geschaltet wird, der einen Schalttransformator T., und zwei
Thyratrone Thl und Thz aufweist, deren Anoden mit den Enden der Sekundärwicklung
des Schalttransformators T2 verbunden sind. Die Primärwicklung des Schalttransformators
T, liegt in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators Ti und bildet eine große
Impedanz in diesem Kreis, wenn die Thyratrone nichtleitend sind. Wenn an die Gitter
der Thyratrone ein Impuls gegeben wird, der die Thyratrone leitend macht, wird die
Sekundärwicklung des Schalttransformators T, wirksam kurzgeschlossen, und die Primärwicklung
des Transformators bildet dann im Kreis des Transformators Ti eine geringe Impedanz.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung soll in der Hauptsache zum Perforieren
von blatt- oder streifenförmigem Material, das in der papierverarbeitenden Industrie
Verwendung findet, benutzt werden, z. B. bei faserigem Material, wie Papier und
Zellstoffwatte. Das Verfahren kann gleichfalls beim Perforieren von Papierprodukten
benutzt werden, die dem Verbraucher in perforierter Form geliefert werden, wie Toilettenpapier,
fortlaufende Papierwaren u. dgl. Es ist jedoch auch denkbar, das Verfahren zum Perforieren
von Rollen aus anderem Material zu verwenden, wie beispielsweise Plastikfilmen und
Metallfolien.