DE3923785A1 - Verfahren zum verbinden von geweben, die faeden aus thermoplastischem kunststoff enthalten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Geweben, die Fäden aus thermoplastischem Kunststoff, ins­ besondere Polyesterfäden enthalten, wobei die zu verbin­ denden Gewebe überlappend angeordnet werden und in dem Überlappungsbereich durch Ultraschall erwärmt und dadurch erweicht und ineinander gedrückt werden.

Das Problem, Polyestergewebe miteinander zu verbinden, stellt sich insbesondere beim Flicken von Löchern in Blatt­ bildungsgeweben von Papiermaschinen. Bei einem bekannten, vielfach praktizierten Verfahren wird dabei so vorgegangen, daß zunächst der Rand des Loches der Schadstelle geglättet wird und dabei Fransen abgeschnitten werden. Ein rhombi­ scher oder quadratischer Flicken wird dann auf die beschä­ digte Stelle gelegt und an seinen Rändern punktweise mit dem Blattbildungsgewebe verschweißt. Das Verschweißen er­ folgt dadurch, daß durch eine rechteckförmige Sonotrode von 1,5 mm Breite Ultraschallenergie im Randbereich des Flickens eingeleitet wird, wodurch dieser Randbereich er­ weicht wird und mit dem darunterliegenden Blattbildungs­ gewebe verschweißt wird. Zur besseren Verbindung des Flickens mit dem Blattbildungsgewebe können noch zusätzli­ che querverlaufende Schweißnähte hergestellt werden. Zum Einleiten der Ultraschallenergie in den Flicken wird die Sonotrode leicht auf den Flicken aufgedrückt. Damit die Entwässerungsleistung in dem Bereich, in dem sich der Flicken mit dem Rand des Loches überlappt, nicht zu stark reduziert ist, wird für den Flicken eine sehr grobe, offene Bindung verwendet, die eine wesentlich geringere Kettzahl und Schuß­ zahl als das Blattbildungsgewebe aufweist. Im Bereich des Loches selbst ist dadurch die Entwässerungsleistung stark erhöht, während sie im Überlappungsbereich, der das Loch umgibt, verringert ist. Die Dosierung der Ultraschallenergie ist äußerst kritisch: Wird zuwenig Energie aufgebracht, so ist die Verbindung zwischen Flicken und Blattbildungsge­ webe zu schwach, so daß sich der Flicken relativ rasch löst. Wird zuviel Energie aufgebracht, so bilden sich im Blattbildungsgewebe Rinnen und wird das Blattbildungsgewebe entlang der Schweißnaht geschwächt, so daß es bricht. Die dabei entstehende Beschädigung ist dann wesentlich größer als die ursprüngliche.

Das bekannte Verfahren ist außerdem nur bei einlagigen Blattbildungsgeweben anwendbar, da durch eine zweite Lage von Schußdrähten (doppellagige Gewebe) oder eine weitere Gewebelage die Ultraschallschwingungen stark gedämpft werden und dadurch eine genaue Steuerung der aufgebrachten Ultraschallenergie nicht mehr möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so zu verbessern, daß Markierungen im Papier durch die geflickte Schadstelle weitgehend vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der gesamte Überlappungsbereich gleichzeitig durch Erwärmung mittels Ultraschallenergie erweicht wird und in erweichtem Zustand mit einem solchen Druck beaufschlagt wird, daß die zu verbindenden Gewebe einschließlich des Überlappungs­ bereichs in einer Ebene liegen.

Vorzugsweise beträgt die Breite des Überlappungsbereichs etwa das 10- bis 20fache der Gewebedicke, bei einem Blatt­ bildungsgewebe üblicher Dicke zum Beispiel 1 bis 3 mm.

Vorzugsweise werden ferner im Überlappungsbereich eine Vielzahl von feinen, maschenähnlichen Öffnungen herge­ stellt.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Flicken von Blattbildungsgeweben mit Polyesterfäden in Längsrich­ tung ist es zweckmäßig, zumindest während des Erwärmens und Ineinanderdrückens des Überlappungsbereichs auf das Blattbildungsgewebe etwa die im Betrieb auftretende Längs­ spannung auszuüben. Bei Polyesterfäden erhöht sich nämlich durch die Erwärmung der Kristallisationsgrad, so daß das Fadenmaterial zumindest im Überlappungsbereich starr und spröde wird. Hinzu kommt, daß der Flicken und das Gewebe im Überlappungsbereich schrumpfen. Der Überlappungsbereich und der Flicken können daher nicht die Dehnung mitmachen, die das Blattbildungsgewebe im übrigen durch die im Betrieb auftretende Längsspannung erfährt. Die mangelnde Dehnungs­ bereitschaft des Überlappungsbereichs und des Flickens hat zur Folge, daß auf ihn eine besonders hohe Längsspan­ nung ausgeübt wird, so daß die Gefahr eines Ablösens des Flickens besonders groß ist. Dies läßt sich vermeiden, indem sich das Blattbildungsgewebe während des Aufbringens des Flickens im Betriebszustand befindet, d.h. auf das Blattbildungsgewebe die im Betrieb üblicherweise auftre­ tende Längsspannung ausgeübt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zum Flicken von Blattbildungsgeweben, sondern auch zum Endlos­ machen solcher Gewebe, wobei die gegenüberliegenden Enden eines flachgewobenen Gewebes zu einem endlosen Band verbun­ den werden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Flicken aus dem gleichen Gewebe wie das Blattbildungsgewebe bestehen kann, so daß die Entwässerungsleistung an der reparierten Schadenstelle genau der des Blattbildungsgewebes entspricht. Abweichungen in der Entwässerungsleistung können nur im Überlappungsbe­ reich entstehen, wobei hier eine Anpassung der Entwässe­ rungsleistung durch Herstellung maschenähnlicher Öffnungen möglich ist. Diese Öffnungen werden zweckmäßig durch Laser­ strahlen erzeugt.

Um die Ultraschallenergie beim Flicken eines Blattbildungs­ gewebes im gesamten Überlappungsbereich gleichzeitig auf­ bringen zu können und den erforderlichen Druck auf den Überlappungsbereich ausüben zu können, soll die Sonotrode eine dem Überlappungsbereich entsprechende Form haben. Wird zum Flicken eines Blattbildungsgewebes z.B. ein kreis­ förmiger Flicken aufgebracht, so ist die Spitze der Sonotrode ringförmig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 6 die verschiedenen aufeinanderfolgenden Verfah­ rensschritte beim Flicken eines Blattbildungsgewebes, wobei die Dicke des Blattbildungsgewebes und des Flickens stark vergrößert ist,

Fig. 7 eine Vorrichtung zur Durchführung des in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Verfahrens und

Fig. 8 und 9 Sonotroden mit Maßangaben in mm.

Es soll die Beschädigung, d.h., das Loch 1 eines Blattbil­ dungsgewebes 2 der Naßpartie einer Papiermaschine mittels eines Flickens 3 repariert werden. Dazu wird auf das Blatt­ bildungsgewebe zunächst die üblicherweise im Betrieb auf­ tretene Längsspannung ausgeübt, so daß es sich wie im Be­ trieb längt. Es wird dann im Bereich des Loches 1 mit einer Platte 4 aus Hartholz oder Kunststoff unterbaut und das Loch 1 wird von oben mittels eines Locheisens 5 ausgestanzt, so daß das Loch 1 eine elliptische Form, insbesondere Kreis­ form mit einem glatten Rand besitzt (Fig. 1).

Die Platte 4 wird nun durch eine Stahlplatte 6 ersetzt und ein Ultraschallschweißgerät wird mit Hilfe eines Zen­ trierstempels 18 über dem Loch 1 zentriert (Fig. 2). Ein Flicken 3 wird in das Loch 1 eingesetzt, wobei die Größe des Flickens 3 und der Ausstanzdurchmesser des Loches 1 so gewählt sind, daß sich der Flicken 3 und der Rand des Loches 1 etwa 1 bis 3 mm überlappen. Der Flicken 3 wird an zwei oder drei Punkten durch Ultraschallerwärmung leicht mit dem Blattbildungsgewebe 2 verklebt und dadurch in seiner Lage fixiert (Fig. 3). Hierbei ist darauf zu achten, daß die Längs- und die Querfäden des Flickens 2 mit den Längs- und den Querfäden des Blattbildungsgewebes 2 ausge­ richtet sind. Mittels einer Ultraschallsonotrode 7 wird der Überlappungsbereich 8 zwischen Blattbildungssieb 2 und Flicken 3 dann erwärmt und zusammengepreßt, so daß sich das Blattbildungsgewebe 2 und der Flicken 3 im Über­ lappungsbereich 8 miteinander verbinden (Fig. 4 und 5). Die Spitze der Sonotrode 7 ist ringförmig ausgebildet und endet in einer Ringfläche 9, die sich genau mit dem Über­ lappungsbereich 8 deckt, nach innen und außen jedoch jeweils etwa 50% über den Überlappungsbereich 8 übersteht. In Abhängigkeit von der Größe des Loches 1 muß daher nicht nur die Größe des Flickens 3, sondern auch die Form der Ultraschallsonotrode 7 gewählt werden. Zwischen der Ring­ fläche 9 und der Stahlplatte 6 werden der Rand des Flickens 3 und der Rand des Loches 1 des Blattbildungsgewebes 2 zusammengepreßt und durch Ultraschallerwärmung mittels der Sonotrode 7 vereinigt.

Blattbildungsgewebe für Papiermaschinen bestehen im allge­ meinen aus Polyester-Monofilamenten. Polyester ist ein teilkristalliner Kunststoff, wobei die Kristallinität bei Erwärmung ansteigt. Eine höhere Kristallinität führt jedoch zu einer Versprödung des Kunststoffes und damit zu einer Schwächung mit der Gefahr, daß der Überlappungsbereich 8 den hohen, im Betrieb einer Papiermaschine auftretenden Längsspannungen nicht standhält und reißt, wobei die Ver­ sprödung durch Erwärmung unter Schutzgas etwas gemindert werden kann. Die Verbindung oder Vereinigung soll daher so durchgeführt werden, daß der Kunststoff möglichst wenig erwärmt wird, nämlich nur so weit, daß er teigig wird und der Flicken 3 durch den von der Sonotrode 7 ausgeübten Druck in eine Ebene mit dem Blattbildungsgewebe 2 gedrückt werden kann. Obwohl äußerlich der Eindruck entsteht, daß der Flicken 3 und das Blattbildungsgewebe 2 im Überlappungs­ bereich 8 miteinander verschmolzen sind, zeigt eine genauere Untersuchung des Überlappungsbereichs 8, daß die erweichten Fäden lediglich ineinandergedrückt sind, jedoch nicht mit­ einander verschmolzen sind. Zwischen den Fäden des Blatt­ bildungsgewebes 2 und des Flickens 3 entsteht daher im Überlappungsbereich 8 ein Formschluß durch gegenseitige Umklammerung und Durchdringung. Bei einem Blattbildungs­ gewebe mit Längsfäden aus Polyester, zum Beispiel Trevira (registriertes Warenzeichen der Farbwerke Hoechst AG) wird durch die Ultraschallerwärmung das Fadenmaterial auf Tempe­ raturen zwischen 230° und 257°C erwärmt. Der Erweichungs­ punkt von Trevira liegt nämlich bei etwa 230° bis 240°C und der Schmelzpunkt bei etwa 257°C. Bei Blattbildungsge­ weben besteht häufig ein Teil der Querfäden aus Polyamid. Der Schmelzpunkt von z.B. Polyamid 6 liegt bei etwa 215°C, so daß in diesem Fall die Erwärmung etwas niedriger sein muß. In der Praxis läßt sich die Dauer und die Stärke der Ultraschallerwärmung durch einige wenige Versuche ermitteln, wobei entscheidend ist, daß die Fäden des Blattbildungsge­ webes und des Flickens nicht schmelzen dürfen.

Dadurch, daß beim Ineinanderdrücken des Flickens 3 und des Blattbildungsgewebes 2 im Überlappungsbereich 8 die Maschenöffnungen weitgehend geschlossen werden, kann der Überlappungsbereich 8 nicht die Entwässerungsfunktion er­ füllen. Falls dies zu störenden Markierungen in der Papier­ bahn führt, kann der Überlappungsbereich 8 mit Öffnungen versehen werden, die die Funktion der Maschenöffnungen des Blattbildungsgewebes 2 und des Flickens 3 erfüllen, so daß auch im Überlappungsbereich 8 die Entwässerungs­ funktion aufrechterhalten wird. Diese Öffnungen können auf mechanischem Weg durch Nadeln oder durch Laserstrahlen erzeugt werden (Fig. 6). Bei der Erzeugung durch Laserstrah­ len ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß an den Innen­ rändern der Öffnungen das Kunststoffmaterial der Filamente so stark erwärmt wird, daß es schmilzt und damit an den Innenrändern der Öffnungen ein echtes Verschmelzen des Kunststoffes stattfindet, wodurch die Festigkeit der Ver­ bindung zwischen Blattbildungsgewebe 2 und Flicken 3 erhöht wird.

Fig. 7 zeigt in schräger Draufsicht eine Vorrichtung zur Durchführung der in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Arbeits­ schritte. Sie wird auf das Blattbildungsgewebe 2 aufgelegt und dient zur Aufnahme und Positionierung sowie Zentrierung der verschiedenen, für die Durchführung des Verfahrens benötigten Werkzeuge. Die Vorrichtung besteht aus einer Grundplatte 10, auf der mittels eines Kreuztisches 11 ein höhenverstellbarer Schwenkarm 12 so angeordnet ist, daß er in der Ebene des Blattbildungsgewebes 2 positionierbar ist. An seinem vorderen Ende trägt der Schwenkarm 12 eine Wechselaufnahme 13, in die ein Ultraschallschweißgerät 25 und ein CO₂-Laser 7 eingesetzt werden können, wobei in das Ultraschallschweißgerät 25 wiederum der Zentrier­ stempel 18, das Zustellwerkzeug 19 mit dem darin befind­ lichen Flicken 3 und verschiedene Sonotroden einsetzbar sind. Die Wechselaufnahme 13 befindet sich dabei über einer Aussparung 14 an einem Rand der Grundplatte 10. Mit dieser Aussparung 14 wird die Vorrichtung über dem Loch 1 angeordnet. In den Ecken der Grundplatte 10 befinden sich vier elektrisch betätigbare Haftmagnete 15, durch die die Vorrichtung unver­ rückbar an der unter dem Blattbildungsgewebe 2 angeordneten Stahlplatte 6 gehalten wird. Das Blattbildungsgewebe 2 wird dadurch fest zwischen der Grundplatte 10 und der Stahl­ platte 6 eingespannt, so daß mit Hilfe des Kreuzschlittens 11 und des Schwenkarmes 12 ein genau zentriertes Positionie­ ren der verschiedenen Werkzeuge an dem Loch 1 möglich ist. Die Stahlplatte 6 hat ebenfalls eine Aussparung 24, die ungefähr mit der Aussparung 14 in der Grundplatte 10 fluchtet. Beim Zentrieren, Zustellen des Flickens und beim Vorschweißen und endgültigen Schweißen des Flickens ist die Aussparung 24 der Stahlplatte 6 durch einen Einsatz 26 verschlossen, um eine feste Abstützung für das Blatt­ bildungsgewebe 2 und den Siebflicken 3 zu haben. Nur beim Perforieren des Überlappungsbereiches 8 mittels Laserstrah­ len oder Stahlnadeln wird der Einsatz 26 herausgenommen.

Der Einsatz 26 kann zum Beispiel durch eine Schwalben­ schwanzführung in der Aussparung 24 formschlüssig festgelegt sein. Der Antrieb des Kreuztisches 11 und des Schwenkarmes 12 kann durch eine speicherprogrammierbare Steuerung erfolgen.

Die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung wird zunächst mittels der Haftmagnete 15 und der unter das Blattbildungsgewebe geschobenen Stahlplatte 6 so positioniert, daß sich das Loch 1 innerhalb der Aussparung 14 und damit die Wechsel­ aufnahme 13 über dem ausgestanzten Loch 1 befindet. Zur genauen Positionierung wird das Ultraschallschweißgerät 25 in die Wechselaufnahme 13 eingesetzt und mit einer ersten Sonotrode 16 versehen, die eine nach vorne sich leicht konisch verjüngende Form hat und am vorderen Ende eine Gewindefassung 17 aufweist. In die Gewindefassung wird ein Zentrierstempel 18 eingeschraubt, der eine zylinde­ rische Form hat und dessen Durchmesser genau mit dem des ausgestanzten Loches 1 übereinstimmt. Mittels dieses Zen­ trierstempels 18 wird die Wechselaufnahme 13 mit dem Ultra­ schallschweißgerät genau auf das ausgestanzte Loch 1 posi­ tioniert.

Der Zentrierstempel 18 wird dann gegen ein Zustellwerkzeug 19 für den Flicken 3 ausgetauscht. Das Zustellwerkzeug 19 hat einen etwas größeren Durchmesser als der Zentrier­ stempel 18 und weist auf seiner Unterseite eine Vertiefung 20 mit einem umlaufenden Rand 21 auf, wobei der Durch­ messer der Vertiefung 20 geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Flickens 3, so daß der Flicken 3 in der Vertiefung 20 von dem umlaufenden Rand 21 festgehalten wird, wenn er von Hand in diese Vertiefung 20 eingedrückt wird. Mittels des Zustellwerkzeugs 19 wird der Flicken 3 auf das ausgestanzte Loch 1 aufgesetzt. Auf der Unterseite und am Außenrand des Zustellwerkzeuges 19 sind Markierungen vorhanden, die die Richtung der Längsfäden des Flickens 3 anzeigen und die genaue Ausrichtung des Flickens 3 zum Blattbildungsgewebe 2 erleichtern. Durch Einschalten des Ultraschallgerätes und mit minimalem Druck wird der Flicken 3 im Überlappungsbereich 8 leicht mit dem Rand des Loches 1 verschweißt. Mit dem Schwenkarm 12 wird dann das Ultra­ schallgerät mit der ersten Sonotrode 16 und dem Zustell­ werkzeug 19 angehoben, wobei der Flicken 3 an dem Blatt­ bildungsgewebe 2 haften bleibt. Die erste Sonotrode 16 wird durch eine zweite Sonotrode 22 ausgetauscht. Die zweite Sonotrode 22 hat ebenfalls eine sich nach vorne konisch verjüngende Form, wobei die Spitze jedoch eine zylinderische Außenfläche hat und mit einer hohlzylinde­ rischen Aussparung 23 versehen ist, so daß vorne die Ring­ fläche 9 gebildet wird. Die Breite und der Durchmesser der Ringfläche sind so gewählt, daß sie den Überlappungs­ bereich 8 radial nach Innen und Außen etwa um mindestens 0,5 mm überragt. Durch Ultraschallerwärmung wird sowohl der Flicken 3 als auch das Blattbildungsgewebe 2 im Über­ lappungsbereich 8 auf eine Temperatur oberhalb der Er­ weichungstermperatur des Kunststoffes erwärmt. Gleichzeitig wird der Flicken 3 im Überlappungsbereich 8 mit einem Druck von etwa 5 bis 20 N/mm² in das Blattbildungsgewebe 2 ge­ drückt, so daß der Flicken 3 und das Blattbildungsgewebe 2 in einer Ebene liegen (Fig. 5).

Das Ultraschallschweißgerät wird nun aus der Wechselauf­ nahme 13 genommen und durch den Laser 7 ersetzt. Mittels Laserstrahlen werden in dem Überlappungsbereich 8 Kanäle oder Öffnungen von kleinem Durchmesser hergestellt, damit das Blattbildungsgewebe 2 auch im Überlappungsbereich 8 entwässert.

Beispiel

Es wird ein doppellagiges Gewebe repariert, das Längsfäden mit einem Durchmesser von 0,17 mm aus Polyester (Hoechst 920 S) und auf der Papierseite abwechselnd Querfäden von 0,16 und 0,17 mm aus Polyester (Hoechst 902 S und Hoechst 900 S) aufweist. Auf der Laufseite wechseln sich Quer­ fäden mit einem Durchmesser von 0,22 mm aus Polyester (Hoechst 900 S) und Querfäden mit 0,22 mm Durchmesser aus Polyamid (Hahl PA 6.0) ab. Die Längsfadendichte beträgt 60 Fäden pro cm und die Querfadendichte beträgt 2×33 Fäden pro cm. Das Blattbildungsgewebe hat eine Dicke von 0.65 mm. Das ausgestanzte Loch hat einen Durchmesser von 16 mm und der Siebflicken einen solchen von 19 mm, wobei der Siebflicken aus dem gleichen Gewebe wie das Blattbil­ dungsgewebe besteht. Fig. 8 zeigt die dabei verwendete erste Sonotrode 16 mit dem Zentrierstempel 18. Die zweite Sonotrode 22 hat einen Außendurchmesser von 21 mm und einen Innendurchmesser von 14 mm, so daß der ringförmige Rand der Spitze eine Breite von 3,5 mm hat, während der Über­ lappungsbereich eine Breite von 1,5 mm hat, siehe Fig. 9. Zum Verschweißen des Flickens 3 mit dem Blattbildungsgewebe 2 wird das Ultraschallschweißgerät auf eine Ausgangsleistung von 125 Watt und eine Behandlungsdauer von 2 Sekunden einge­ stellt, wobei gleichzeitig ein Druck von 18 N/mm² aufgebracht wird, d.h. die Sonotrode 22 wird mit einer Kraft von ca. 1500 N nach unten gegen die Stahlplatte 6 gedrückt. Das Blattbildungsgewebe befindet sich während des gesamten Reparaturvorganges unter der im Betrieb normalerweise auf­ tretenden Längsspannung von 100 N/cm.

Claims (6)

1. Verfahren zum Verbinden von Geweben (2, 3), die Fäden aus thermoplastischem Kunststoff enthalten, bei dem die zu verbindenden Gewebe (2, 3) über­ lappend (Überlappungsbereich 8) angeordnet werden, in dem Überlappungsbereich (8) durch Ultraschaller­ wärmung erweicht werden und ineinandergedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Überlappungsbereich (8) gleichzeitig durch Ultraschallerwärmung erweicht wird und daß die zu ver­ bindenden Gewebe (2, 3) im gesamten Überlappungsbereich (8) in erweichtem Zustand mit solchem Druck ineinanderge­ drückt werden, daß sie nahezu in einer Ebene zu liegen kommen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite des Überlappungsbereichs (8) etwa das 10-20fache der Dicke der Gewebe (1, 2, 3) beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Überlappungsbereich (8) mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Öffnungen durch Laserstrah­ len erzeugt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Gewebe (2, 3) aus dem gleichen Material bestehen und die gleiche Gewebebindung aufweisen.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für das Flicken eines Blattbildungsgewebes (2) mit Polyesterfäden in Längsrichtung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim Erwärmen und In­ einanderdrücken des Überlappungsbereiches (8) auf das Blattbildungsgewebe (2) etwa die im Betrieb auftretende Längsspannung ausgeübt wird.