DE2045641A1 - Bahnen mit orientierter Struktur und Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Her stellung - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KOLN-LINDEKTHAL PETER-KINTGEN-STBASSE 2

Köln, den 15. Sept. 1970 Rö/Cl/216

CENTRE TECHNIQUE DE L¹INDUSTRIE DES PAPIERS, CARTOKS ET CELLULOSES, Domaine Universitaire, Cedex No. 175, Grenoble-Gare, Isere, Frankreich

Bahnen mit orientierter Struktur und Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flächigen Werkstoffen oder Bahnen, die aus einem gleichmäßigen Netzwerk bestehen und nicht gewebt sind., durch Verteilung eines flüssigen, pastenförmigen oder faserigen Produktes auf einem umlaufenden Band.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser flächigen Werkstoffe oder Bahnen aus gleichmäßigem Netzwerk, das es erlaubt, den größten Teil der auf dem Band aufgebrachten Pasern eine Orientierung zu geben, die Insbesondere hinsichtlich der Ränder der Bahn schräg verläuft, um die anisotropen Eigenschaften der Bahr: und hauptsächlich ihre Zug- und Druckfestigkeit in transversaler Richtung zu verbessern.

Man hat bereits ein Verfahren zur Herstellung von flächigen Werkstc-ffer. oder Bahnen vorgeschlagen, die schräg verlaufende Fasern enthalten. Dieses Verfahren besteht darin, UaP. das Band, das sich in einer vorher bestimmten Richtung bewegt, Ic. Kontakt mit eiern aufzutragenden Produkt gebracht wird und άζ.Ζ auf das Produkt eine Bewegung übertrafen wird, deren iiae Körper.aa te parallel aar Ebene des Bandes und senkrecht zur .öew.; ^ausrichtung Ctfei.. Landes ist.

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Man zwingt mit anderen Worten das Produkt dazu, sich in einer zur Bewegungsrichtung des Bandes verschiedenen Richtung derart zu bewegen, daß, wenn das Produkt in Kontakt mit dem Band kommt, die Fasern, die es enthält, sich in einer von der Bewegungsrichtung des Bandes und des Produktes unterschiedlichen Orientierungsrichtung ablagern.

Gemäß diesem bekannten Verfahren läßt man das Band an einem Verteilerbehälter, der das Produkt enthält, zum Auftragen des Produktes vorbeilaufen, wobei man das Produkt einer Wirbelbewegung unterwirft, die ihren Ursprung in einer sehr exzentrischen Zone des Behälters besitzt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Tatsache, daß man die Bewegung des Produktes nicht genügend kontrollieren kann, da die Gleichmäßigkeit durch zahlreiche Mikroturbulenzen gestört ist. Man versteht, daß sich unter diesen Bedingungen die Fasern auf dem Band in unordentlicher Weise absetzen, daß die Dichte des Faserauftrags über die gesamte Länge des Bandes nicht konstant gehalten werden kann und daß als Folge hiervon Unregelmäßigkeiten in der Qualität und im Gewicht pro Flächeneinheit der hergestellten Bahn entstehen.

Zum anderen ist es bei diesem Verfahren nicht möglich, die Anordnung der Fasern bequem zu kontrollieren und insbesondere ihre Ausrichtung zu regulieren.

Polglich sind die Eigenschaften des flächigen Werkstoffs oder der Bahn aus faserigem Material in großem Maße von der relativen Verteilung der Fasern im Netzwerk abhängig, und es ist demgemäß vorteilhaft, diese Verteilung bestimmen und unter Urne; bänden modifizieren zu können,

Aufgabe der vorliegenden ,Erfindung ist ea, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und Bahnen von Papier oder niohtge-

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webte Werkstoffe mit anisotropen Eigenschaften herzustellen, die kontrollierbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die kontinuierliche Herstellung einer Bahn aus Papier oder einem nichtgewebten Werkstoff, dessen Fasern eine allgemeine schräge Orientierung zur Abzugsrichtung des Bandes besitzen, so daß man Bahnen erhalten kann, die in transversaler Richtung eine größere Festigkeit als in longitudinaler Richtung besitzen. Mit diesem Verfahren wird zum anderen eine große Regelmäßigkeit in der Faserstruktur in transversaler Richtung erhalten.

Das erfindungsgemäße Vea&hren zur Verteilung eines flüssigen, pastenförmigen oder faserigen, in einem Gefäß enthaltenen Produkts auf wenigstens einem Band, das sich in einer vorherbestimmten Richtung bewegt, besteht darin, daß das Band mit dem in dem Gefäß enthaltenen Produkt in Kontakt gebracht und dem Produkt in der Nähe des Bandes eine Geschwindigkeit er- » teilt wird, deren eine Komponente parallel zur Ebene des Bandes und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bandes ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß man das aufzutragende Produkt im Gefäß auf einem vorherbestimmten Niveau hält und seine Auftragung auf das Band durch Überlaufen vornimmt.

In der Zone, in der der Kontakt zwischen dem Band und dem Produkt besteht, setzen sich die Geschwindigkeiten des Bandes und des Produkts zusammen, so daß sich die Fasern dem entsprechend auf dem Band mit einer im allgemeinen schrägen Orientierung in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Bandes und die Zirkulationsbewegung des Produkts ablagern. Die überwiegende Anzahl der Fasern orientiert sich schräg, so daß man von einer bevorzugten Orientierung der Mehrheit der Fasern sprechen kann.

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ORIGINAL

Das Gefäß besitzt vorzugsweise eine rotationssymmetrische Oberfläche, wobei die Versorgung'mit dem aufzubringenden Produkt längs der Achse oder tangential zur Gefäßwand und senkrecht zu seiner Mantellinie vorgenommen werden kann.

Im Falle eines ausgebauchten Bandes benutzt man vorzugsweise ein Gefäß, das rotationssymmetrisch mit der Achse parallel zum Band ist und dessen Speisung vorzugsweise längs seiner Achse vorgenommen wird.

Die Antriebsmittel, durch die das Produkt in Bewegung gesetzt wird, können solche sein, die eine Gleichmäßigkeit der Rotation der Produktmasse um die Symmetrieachse des Gefäßes sicherstellen. Insbesondere kann man eine schaufeiförmige Rührvorrichtung benutzen, die längs der Symmetrieachse des Gefäßes angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Produkt, das durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung erhalten wird. Ein flächiger Werkstoff oder eine Bahn, die gemäß der Erfindung hergestellt ist, besitzt ein Netzwerk, bei dem die Fasern in ihrer Mehrheit schräg zu den Längsrändern des Werkstoffs oder der Bahn ausgerichtet sind, wobei der Ausrichtungswinkel dieser Fasern beliebig sein kann, jedoch durch verschiedene kontrollierbare Parameter bestimmt werden kann. Der erfindungsgemäße flächige Werkstoff oder die Bahn ist dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ihrer gesamten Länge eine konstante Gleichförmigkeit der transversalen Verteilung des Produktes, eine Regelmäßigkeit des Gewichts pro Flächeneinheit und der Ausrichtung der Fasern sowie ein konstantes Verhältnis von langen und kurzen Fasern aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt weiterhin die Herstellung von komplexen Produkten mit sich kreuzenden Strukturen, die durch Überlagerung von zwei oder mehreren Bahnen

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gebildet werden, deren Pasern schräg ausgerichtet sind, wobei die Pasern jeder einfachen Bahn symmetrisch oder nichtsymmetrisch zur longitudinalen Achse der Struktur, der Ausrichtung der Fasern in der oder den einfachen übereinander angeordneten Bahnen, ausgerichtet sind.

Die Eigenschaften dieser Produkte mit komplexer Struktur aufgrund der sich kreuzenden Fasern sind besonders interessant. Man erhält auf diese Weise regelmäßig ausgebildete Werkstoffe, die eine Ähnlichkeit mit gewissen Geweben besitzen. Die durch die Erfindung gegebene Möglichkeit der Kontrolle der Fasergestaltung der komplexen Produkte erlaubt es, beim Gebrauch aus faserigen Materialien einen größeren Nutzen zu ziehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten AusfUhrungsbeispiele näher erklärt.

Fig. 1 zeigt einen Teil ei^er einfachen Bahn.

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, mit der einfache Bahnen wie die in Fig. 1 dargestellte hergestellt werden können.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie >3 der Fig. 2.

Fig. 4 stellt schematisch eine Vorrichtung dar, mit der sich vorzugsweise Bahnen mit komplexer Struktur herstellen lassen.

Fig. 5 zeigt eine derartige komplexe Struktur.

Der Einfachheit halber wird im folgenden einheitlich von der Produktion von Papierbahnen gesprochen, wobei das Ausgangsprodukt Papierbrei ist. Jedoch soll dadurch die Er-

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B^ORlQINAL

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nommen werden, beispielsweise durch eine Pumpe 9* die Papierbrei aus einem Vorratsbehälter saugt, um ihn in die Leitung J zu pumpen.

In der Achse des Beckens 6 1st eine rotierende mit einer Schaufel versehene Rührvorrichtung 10 (siehe Fig. J5) angeordnet, deren Rotation die Bewegung des Papierbreis auf einem kreisförmigen Weg bewirkt, der durch den Pfeil 11 gekennzeichnet ist. Die Achse der Rührvorrichtung 10 ist in einem festen Sitz 12 an der Wand der Leitung 7 drehbar befestigt (z.B. durch Zwischenlager) und durch bekannte Mittel abgedichtet, wie etwa Dichtungen, die zwischen der Bohrung des Trägers 12 und der Achse der Rührvorrichtung angeordnet sind, um das Auslaufen von Papierbrei aus der Leitung 9 zu verhindern. Die äußere Verlängerung der Achse der Rührvorrichtung 10 ist mit einem Motor IJ verbunden, um sie in Rotation versetzen zu können. Die Übertragung der Bewegung des Motors auf die Achse kann durch bekannte Mittel bewirkt werden, beispielsweise durch einen Treibriemen l4, der eine Riemenscheibe 15 des Motors mit einem Geschwindigkeitsregler l6 verbindet, der am unteren Teil der Achse der Rührvorrichtung befestigt ist und eine kontinuierliche Veränderung der Geschwindigkeit erlaubt. Die Anwesenheit des Geschwindigkeitsverstellgeräts 16 erlaubt es, die Rührvorrichtung mit verschiedenen Geschwindigkeiten in Bewegung zu setzen und somit diese verschiedenen Geschwindigkeiten auf die Papierbreimasse im Becken 6 zu übertragen. Der obere Rand des Gefäßes 6 weist an dem Teil, an dem es mit dem Band 4 in Kontakt steht, eine Schnute 17 auf, die die gleiche oder eine geringere Breite als die Breite des Bandes besitzt und deren Rand tiefer als das Niveau des Papierbreis im Gefäß 1st. Eine schmiegsame Abdichtung oder ein Abstreifer, beispielsweise ein Stück biegsames Plastikmaterial, ist auf der gesamten Länge der Schnute

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in der Weise angebracht, daß sie sich mit ihrem freien Rand und unter dem Druck des Papierbreis im Behälter an das Band 4 anlegt. Sowie das Band nach oben bewegt wird, hat es die Tendenz, den freien Rand der Abdichtung 18 gegen den Druck des Papierbreis zurückzudrücken, so daß die Abdichtung in der in Fig. 3 dargestellten geneigten Stellung verharrt. In dieser Stellung befindet sich der Rand der Abdichtung 18, der gegen das Band 4 gedrückt wird, tiefer als das Niveau 8 des Papierbreis im Gefäß 6, so daß auf diese Weise ein konstanter Überfluß von Papierbrei auf das Band 4 oberhalb der Abdichtung 18 bewirkt wird.

Wenn das Gefäß von ringförmigem Querschnitt ist, bildet der Rand der Schnute einen Bogen (wenn das Gefäß einen bedeutenden Umfang besitzt, ist dieser nur geringfügig). Die senkrechten Kanten des Randes 19 der Schnute sind im Vergleich zum Band H eingerückt. Um diesen Abstand der senkrechten Kanten der Schnute zu kompensieren und um das Überfließen von Papierbrei in diesenZonen zu verhindern, kann man eine angepaßte Einrichtung vorsehen, beispielsweise einen Salz an den Kanten 19 in Richtung auf das Band 4 oder, vife aus Fig. 3 su entnehmen ist, eine Form der Ränder 20 der Abdichtung 18, so daß diese gegen das Band 4 kommen und eine Höhe besitzen, die das Hive&u 8 des Papierbreis im Oc-fäiB übertrifft. Dabei ist es wesentlich., daß in der Nahe dieses Ber-eioiis die kreisförmige Bewegung des Papierbreis Im Gefäß nicht eaipfilii-rllish durch den gewählten Querschnitt für die Gefäßwand oder die Ränder der Abdichtung gestört wird.

Das konstante überlaufen des Papierbrei» über dia Abdichtung 13 kombiniert mit der Bewegung des Bandes erlaubt die Bildung einer Bahn 21 auf dem letzteren, Ite! dsn AL« fluß der flüssigen-Bestandteile zu erlauben.-, gleitet da.? Band über eine Piltriervorrichtung 22, die mit einem Sitter oder oiner porösen. V'an-d 23 versahen ist., die aas Band 4

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- ίο -

berührt. Die Flüssigkeit dringt entsprechend den Pfeilen 24 in die Piltriervorrichtung ein und wird durch ein Rohr 25 am unteren Teil der Vorrichtung 22 abgeführt. Im allgemeinen ist die Zentrifugalkraft, die auf den Papierbrei ausgeübt wird, wenn er auf dem Band 4 abgelagert wird, ausreichend, um eine gute Abführung der Flüssigkeit zu erhalten. Die Filtriervorriohtung kann jedoch auch in bekannter Weise mit Unterdruck betrieben werden, um das Ablagern der Fasern auf dem Band und die Abfuhr der Flüssigkeit zu beschleunigen. Die Wand 25 der Filtriervorrichtung besitzt vorzugsweise eine Auflage für das Band 4 in der Zone, in der der Papierbrei aufgetragen wird, und der es erlaubt, das Band 4 zum Gefäß 6 in einer bestimmten relativen Stellung zu halten.

Die Fasern werden auf diese Weise auf dem Gewebe des Bandes in schräger Ausrichtung fixiert, wobei letztere durch die Kombination der Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung des Gewebes und der Zirkulationsgeschwindigkeit des Papierbreis in der Nähe des Gewebes hervorgerufen wird.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei, werden zwei Bänder 50 und 51 benutzt, die ineinander übergehen und durch Auflagerollen 29 geführt werden» Die Bänder bestehen aus einem Metallgewebe aus schmiegsamen Maschen, die so νsrformt werden können, daß das gesamte Gewebe bedeutenden Deformationen unterworfen werden kann. Die aufwartslaufenden Fäden des Gewebes schmiegen sich an eine Filtriervorrichtung 52 von vergleichbarem Aufbau wie die Vorrichtung 22 von Fig. an« L1& Vorrichtung j>2 unterscheidet sich von der Vorrichtung 22 dadurch, daß eis «ine zylindrische Form besitzt und daß die innere Filtrierwandung 55 im Schnitt kreisbogenförmig von der doppelten Länge der Länge der Bänder 50 oder 51 ist. Durch Berührung mit dieser inneren Wand verformen sich die Bänder 50 und 51 und nelincm die zylindrische Gestalt der Wan-

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dung 33 an, wobei sieh die Ränder der Bänder auf der Länge einer Mantellinie dieser Wandung berühren. Ein am unteren Teil der FiIfedervorrichtung vorgesehener Abfluß 33 erlaubt die Abführung der abfiltrierten Flüssigkeit.

Im Inneren der zylindrischen Vorrichtung 32 befindet sich ein Gefäß 34 für den Papierbrei, das mit dem Gefäß 6 in Fig. 2 vergleichbar ist-, Jedoch nicht vie dieses eine Schnute besitzt. Der obere Rand des Gefäßes 34 ist mit einer Abdichtung 35 versehen, die in Reibkontakt mit den Bändern und 31 steht. Das konstante Niveau des Papierbreis im Gefäß liegt oberhalb des freien Randes der Abdichtung, so daß ein kontinuierliches Überfließen des Papierbreis im gesaraten Bereich der Vorrichtung 32 stattfinden kann. Am Ausgang der zylindrischen Vorrichtung 32 erlangen die Bänder ihre ebene Form wieder, um über die Rollen 36 und 37 zur Mitnahme der Papierbahn geführt zu werden. Eine der Bahnen wird der anderen durch Führungsrollen 38 und 39 sowie 4o und 4l zugeführt. Das Band 30, auf dem sich die andere Bahn befindet, wird zwischen diesen letzteren Rollen 4o und 4l geführt. Auf diese Weise erhält man am Ausgang der letzteren Rollen 4o und 4l eine komplexe Struktur aus zwei übereinanderliegenden Bahnen. Eine derartige Struktur ist in Fig. 5 dargestellt.

Die komplexe Struktur enthält zwei Balinen 42 und 43, deren erste ähnlich der Bahn 1 aus FJg. 1 ist und Fasern 44 enthält, die schräg von links unten nach rechts oben ansteigend ausgerichtet sind, wie in Fig. 5 dargestellt. Im Gegensatz hierzu besitzt die Bahn 42 Fasern 43, die von rechts unten nach links oben ansteigend ausgerichtet sind. Durch das Miteinanderverbinden dieser beiden Bahnen ergibt sich eine Bahn mit Kreuzstruktur.

Die Ausrichtung der Fasern der Bahn 43 kann symmetrisch oder nichtsymmetrisch zur Ausrichtung der Fasern der Bahn 42 in

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Bezug auf die longitudinale Achse der Struktur sein. Die Festigkeit in transversaler Richtung einer derartigen Kreuzstruktur ist sehr verbessert In Bezug auf diejenigen Papiere, die man mit Hilfe von bekannten Verfahren herstellt und sie kann selbst, wenn man es wünscht, größer sein als die Festigkeit in longitudinaler Richtung.

Aus Fig. 4 ist ebenfalls ersichtlich, daß man mit Hilfe der dort dargestellten Vorrichtung eine einzige oder mehr als zwei Bahnen gleichzeitig herstellen kann, wenn man ein einziges Band oder mehr als zwei Bänder benutzt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten AusfUhrungsformen beschränkt. Beispielsweise kann man für den Fall, daß man ein Gefäß benutzt, wie es in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, anstelle der Speisung von unten und einer mechanischen Umrührung des Produkts das Produkt unter Druck in tangentialer Richtung zur Gefäßwand einführen, beispielsweise durch ein horizontal angeordnetes Rohr im mittleren Teil des Gefäßes.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1. Verfahren zur Verteilung eines flüssigen, pastenförmi-

   V- gen oder faserigen, in einem Gefäß enthaltenen Produkts auf wenigstens einem Band, das sich in einer vorherbestimmten Richtung bewegt, zur Bildung einer Bahn oder eines regelmäßigen Netzes, in dem die Pasern, schräg ausgerichtet sind, wobei das Band mit dem in dem Gefäß enthaltenen Produkt in Kontakt gebracht und dem Produkt in der Nähe des Bandes eine Geschwindigkeit erteilt wird, deren eine Komponente parallel zur Ebene des Bandes und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bandes ist, dadurch gekennzeichnet, daß man das aufzutragende Produkt im Gefäß auf einem vorherbestimmten Niveau hält und seine Auftragung auf das Band durch Überlaufen vornimmt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzutragende Produkt in eine gleichmäßige kreisförmige Bewegung versetzt wird, wobei sich das Band tangential zur Bewegungsrichtung des Produktes bewegt.

   J. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein deformierbares Band benutzt, dieses auf wenigstens einen Teil seiner Länge ausbaucht und das aufzutragende Produkt in eine gleichmäßige kreisförmige Bewegung versetzt, deren Richtung parallel zur Oberfläche des Bandes verläuft.

   H-, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit wenigstens einem endlosen Band, das sich in einer bestimmten Richtung bewegt, und einem CfsfäS, das mit aerc auf ε u tra?; β;} ί <■.;;. P*-:,^\:k⁴7 ΐΐδ&^ϊΓ-:« -.C.-'^: χ::Δ

   eine öffnung enthält, durch die das Produkt auf das Band aufgebracht werden kann, sowie Mitteln, um das Band zu führen und im Bereich der Gefäßöffnung gegen diese zu drücken, und Antriebsmittel, um dem aufzutragenden Produkt eine Geschwindigkeit zu geben, deren eine Komponente in der Nähe des Bandes parallel zur Ebene des Bandes und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bandes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehene öffnung im Gefäß durch eine Schnute (17* 35) gebildet wird, deren Breite gleich oder geringer als die des Bandes (4, 30, 31) ist und die an der dem Band (4, JO, 31) zugewandten Gefäßwand angebracht ist.

   5» Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Schnute (17, 35) mit einer Abdichtung (l8) versehen ist, die in Kontakt mit dem Band (4, 30, 31) steht.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (6, 34) rotationssymmetrisch ausgebildet und das aufzutragende Produkt länge seiner Achse zuführbar ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 4 od«r 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (6, 34) rotationssymmetrisch und das aufzutragende Produkt tangential zur Gefäßwand und praktisch senkrecht zu einer Mantellinie des Gefäßes (6, 34) zuführbar ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Filtriervorrichtung (32) mit zylindrischer Oberfläche und wenigstens einem deformierbaren Band (30 bzw. 31), das im Bereich der Filtriervorriohtung (32) an deren Innenwandung anliegt, sowie ein das

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   aufzutragende Produkt enthaltendes rotationssymmetrisches Gefäß (54), dessen Achse parallel zur Ebene des Bandes verläuft und das sich an der inneren deformierten Oberfläche des Bandes befindet, wobei die Schnute (55) sich ganz oder teilweise über den oberen Rand des Gefäßes (54) erstreckt.

   9. Bahn mit faseriger Struktur, bei der die Fasern in ihrer Mehrheit schräg zu den Längsrändern der Bahn ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ihrer gesamten Länge eine konstante Gleichförmigkeit der transversalen Verteilung des Produkts, einer Regelmäßigkeit des Gewichts pro Flächeneinheit und der Ausrichtung der Fasern (2) sowie ein konstantes Verhältnis von langen und kurzen Fasern aufweist,

   10. Bahn mit faseriger Struktur nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch wenigstens zwei einfache übereinanderliegende Bahnen (42, 45) mit schräg ausgerichteten Fasern (44, 45), wobei die Fasern (44, 45) jeder einfachen Bahn (42, 45) symmetrisch oder nichtsymmetrisch zur longitudinalen Achse der schrägen Ausrichtung der Fasern (44, 45) in der oder den übereinandergeordneten Bahnen (42, 45) ausgerichtet sind.

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