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1. Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Papierherstellungsmaschinen und bezieht sich insbesondere
auf einen Spitzenschneider für
solche Maschinen.
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2. Stand der Technik
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Bei Maschinen für die Herstellung oder Verarbeitung
einer Faserbahn, wie einer Papierbahn, muß die Faserbahn manchmal in
einer relativ zu ihrer Laufrichtung verlaufenden Richtung geschnitten
werden. Bekanntermaßen
wird beispielsweise ein Randstreifen oder eine Randspitze an den
Seiten der Faserbahn (in bezug auf ihre Laufrichtung) geschnitten, um
sie abzurichten. Außerdem
ist es auch bekannt, die Faserbahn in einer quer zu ihrer Laufrichtung
verlaufenden Richtung zu schneiden. Wenn die Faserbahn in einer
quer zu ihrer Laufrichtung verlaufenden Richtung geschnitten wird,
bewegt sich eine Schneidanordnung über die Breite der Maschine, während sich
die Faserbahn weiterhin in der Laufrichtung bewegt.
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Eine bekannte Schneidanordnungsart
umfaßt
eine auf einer Bahnanordnung angeordnete Messerklinge. Die Messerklinge
tritt mit der Faserbahn direkt in Kontakt und schneidet sie dadurch, während sie
sich unter Einsatz der Bahnanordnung über die Breite der Maschine
bewegt. Problematisch bei einer solchen Schneidanordnung ist, daß die Messerklinge
im Laufe der Zeit abgenutzt und stumpf wird. Eine stumpfe Messerklinge
kann dazu führen, daß die Faserbahn
nicht sauber geschnitten, sondern teilweise eingerissen wird, wodurch
sich Papierstaub und eine leicht rauhe Schnittkante bilden.
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Eine weitere bekannte Schneidanordnungsart
umfaßt
einen Wasserstrahl, der unter hohem Druck auf die Papierbahn gerichtet
wird und mit ihr in Kontakt tritt, um so die Papierbahn zu schneiden.
Genau wie die Messerklingen- Schneidanordnung
bewegt sich auch die Wasserstrahl-Schneidanordnung auf einer Bahnanordnung über die
Breite der Maschine, während
sich die Faserbahn in ihrer Laufrichtung bewegt. Auch eine Wasserstrahl-Schneidanordnung erzeugt
während
des Schneidvorgangs Papierstaub und kann dazu führen, daß die Faserbahn einen zerfransten
Rand hat, wo der Schnitt vorgenommen wird. Diese losen Fasern an
dem zerfransten Rand werden auch während nachfolgender Druckvorgänge weiterhin
fusseln, was nicht wünschenswert
ist. Da die Faserbahn mit einem Wasserstrahl geschnitten wird, muß weiterhin
für eine
geeignete Vorrichtung zum Auffangen und angemessenen Entsorgen oder Rückführen des
dadurch verbrauchten Wassers gesorgt werden.
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Aus US-A-3809606 ist eine Papiermaschine nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
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In der Technik wird eine Schneidanordnung benötigt, die
zum Schneiden einer Faserbahn verwendet werden kann, am Schneidpunkt
keiner mechanischen Abnutzung unterliegt, keine zusätzliche Struktur
für das
Auffangen, Entsorgen und/oder Rückführen von
Fluiden benötigt
und eine relativ glatte Schnittkante ohne Papierstaub ergibt.
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KURZE DARSTELLUNG DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Laserschneidanordnung bereit, die in einer Papiermaschine oder
Offline-Papierverarbeitungsmaschine verwendet werden kann und die
bezüglich
der Laufrichtung der Faserbahn feststehend oder beweglich angeordnet
ist.
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In einer ihrer Formen umfaßt die Erfindung eine
Maschine zur Herstellung einer Faserbahn, die eine Laufrichtung
in der Maschine aufweist. Die Maschine umfaßt einen Trocknerabschnitt
zur Entfernung von Feuchtigkeit aus der Faserbahn. Eine dem Trocknerabschnitt
zugeordnete Laserschneidanordnung ist neben der Faserbahn angeordnet.
Der Laserschneider erzeugt einen Laser strahl zum Schneiden der Faserbahn
und umfaßt
einen Kanal, der einen Fluideinlaß zur Aufnahme eines Löschfluids
enthält,
und Mittel, die verhindern sollen, daß der Laserstrahl den Kanal
durchquert, wenn kein Löschfluid darin
vorhanden ist.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß eine
Papierbahn, sauber ohne mechanische Berührung geschnitten wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß ein staubfreier
Schnitt mit einer glatten Kante entsteht.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß die zum
Schneiden der Papierbahn verwendete Energiequelle nicht rückgeführt oder
wiederverwendet werden muß.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Unter Bezugnahme auf die folgende
Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen werden
die oben genannten und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung sowie die Art und Weise, wie sie erlangt werden, deutlicher,
und die Erfindung wird besser verständlich. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Trocknerabschnitts
einer Papiermaschine, mit der die erfindungsgemäße Laserschneidanordnung verwendet
werden kann;
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2 eine
fragmentarische Seitenschnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserschneidanordnung,
die mit dem in 1 gezeigten
Trocknerabschnitt verwendet werden kann;
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3 eine
fragmentarische Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Laserschneidanordnung,
die mit dem in 1 gezeigten Trocknerabschnitt
verwendet werden kann;
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4 einen
Aufriß einer
Bahnanordnung, an die die erfindungsgemäße Laserschneidanordnung angebracht
werden kann, wobei die Laserschneidanordnung schematisch dargestellt
ist, und
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5 eine
fragmentarische Ansicht von oben der in 4 gezeigten Bahnanordnung.
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Entsprechende Bezugszeichen bedeuten entsprechende
Teile in allen Ansichten. Die hier angeführten beispielhaften Darstellungen
illustrieren eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einer
Form; derartige beispielhafte Darstellungen sollen nicht so ausgelegt
werden, als begrenzten sie den Schutzumfang der Erfindung in irgendeiner
Weise.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
und besonders auf 1 wird
eine Ausführungsform
eines Trocknerabschnitts 10 einer Papiermaschine gezeigt,
mit dem die erfindungsgemäße Spitzenschneideranordnung 12 verwendet
werden kann. Der Trocknerabschnitt 10 umfaßt mehrere
Trocknergruppen, wobei jede Trocknergruppe von mehreren Rollen 14, 16 und 18 definiert
wird, die entsprechenden Endlosbändern 20, 22 bzw.
24 zugeordnet sind.
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Die erste Trocknergruppe 26 umfaßt ein Endlosband
oder einen Filz 20, das bzw. der jeder der Rollen 14 zugeordnet
und entsprechend angeordnet ist. Die Rollen 14 drehen sich,
wie durch die Richtungspfeile 28 angedeutet, und definieren
dadurch eine Laufrichtung einer Faserbahn oder einer Papierbahn 30.
Die Papierbahn 30 geht während ihres Ganges in der Laufrichtung
durch die erste Trocknergruppe 26 zwischen dem Filz 20 und
jeder Rolle 14 durch. Zwischen benachbarten Rollen 14 befindet sich
eine Saugfilzrolle 32, die dem Filz 20 Feuchtigkeit
entzieht. Jeder Saugfilzrolle 32 ist ein Luftkasten 34 zugeordnet,
der das Trocknen der Papierbahn 30 unterstützt.
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Nach dem Durchgang durch die erste
Trocknergruppe 26 kommt die Papierbahn 30 mit
einer Trocknerrolle 18 einer zweiten Trocknergruppe 36 in Kontakt.
Die Trocknerrollen 18 der zweiten Trocknergruppe 36 drehen
sich jeweils in der durch Richtungspfeile 38 angegebenen
Richtung. Jeder Trocknerrolle 18 sind jeweils mehrere Schaber 40 zugeordnet,
die während
des Drehens der Rolle 18 überschüssiges Material davon entfernen.
Zwischen benachbarten Trocknerrollen 18 befindet sich eine
kleinere Rolle 42, die so angeordnet ist, daß sie den
Filz 24 in Kontakt mit einem wesentlichen Teil des Umfangs
jeder Trocknerrolle 18 hält.
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In Bezug auf die Laufrichtung des
Trocknerabschnitts 10 geht aus 1 hervor, daß die Faserbahn 30 abwechselnd
die Trocknerrollen 16, 18 der dritten Trocknergruppe 44 und
der zweiten Trocknergruppe 36 in Eingriff nimmt. Ähnlich wie
die oben beschriebene zweite Trocknergruppe 36 umfaßt die dritte
Trocknergruppe 44 auch kleinere, zwischen benachbarten
Trocknerrollen 16 angeordnete Rollen 46 und jeweiligen
Trocknerrollen 16 zugeordnete und entsprechend angeordnete
Schaber 48. Die Trocknerrollen 16 drehen sich
in der durch die Richtungspfeile 50 angedeuteten Richtung.
So ist offensichtlich, daß die
dritte Trocknergruppe 44 in ihrer Auslegung und ihrem Betrieb
der zweiten, oben beschriebenen Trocknergruppe 36 ähnelt.
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In 2 wird
eine Ausführungsform
eines Teils der in 1 gezeigten
Laserschneidanordnung 12 genauer veranschaulicht. Die Laserschneidanordnung 12 ist
wie in 1 gezeigt dem
Trocknerabschnitt 10 zugeordnet angeordnet und der Papierbahn 30 benachbart.
Die Laserschneidanordnung 12 umfaßt eine Erzeugungsvorrichtung 52 zur
Erzeugung eines Laserstrahls zum Schneiden der Faserbahn 30.
Im einzelnen liegt die Erzeugungs vorrichtung 52 in Form
eines technischen Laserschneiders wie eines Kohlendioxid-Laserschneiders
mit einer Leistung im Bereich von ungefähr 1500 Watt vor. Die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 52 erzeugt
einen Laserstrahl, der einen Schlitz 54 mit einer Breite
in einem Bereich von ungefähr
0,010 bis 0,025 Zoll (0,254 bis 0,635 mm) in der Papierbahn 30 erzeugt.
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Die Laserschneidanordnung 12 umfaßt auch einen
Kanal 56 mit einem ersten Teil 58, der mit einem
zweiten Teil 60 verbunden ist und in einem Winkel dazu
angeordnet ist. Der Kanal 56 umfaßt einen Fluideinlaß 66 zur
Aufnahme eines Löschfluids.
Vorzugsweise liegt das Löschfluid
in Form eines flammenhemmenden Gases wie Kohlendioxid oder Halon
vor. Das Löschfluid
kann aber auch in Form von Wasser in dem Kanal 56 vorliegen,
wobei das Wasser an einem Auslaß 68 des
Kanals in Dampf umgewandelt wird. Das aus dem Auslaß 68 abgegebene Flammlöschmittel,
das allgemein durch Bezugszahl 70 bezeichnet wird, überflutet
am Schlitz 54 einen Bereich neben der Papierbahn 30,
um zu verhindern, daß durch
das Schneiden der Papierbahn 30 mit dem Laserstrahl 64 eine
Flamme entsteht.
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Im einzelnen sorgt das im Kanal 56 angeordnete
Löschfluid
dafür,
daß der
Laserstrahl 64 vom ersten Teil 58 zum zweiten
Teil 60 gelenkt wird. Die Kombination aus Kanal 56 und
dem darin angeordneten Flammenlöschfluid
wirkt daher im Prinzip ähnlich wie
ein Lichtwellenleiterkabel, das auch einen Lichtstrahl ablenken
kann.
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Durch eine Vorrichtung oder einen
Kühlkörper 62,
die bzw. der im Kanal 56 an einer Verbindungsstelle zwischen
dem ersten Teil 58 und dem zweiten Teil 60 angeordnet
ist, wird verhindert, daß ein
von der Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 52 erzeugter
Laserstrahl 64 durch den Kanal 56 geht, wenn dort
kein Flammlöschmittel
vorliegt. Im einzelnen wird der Laserstrahl 64 bei Nichtvorliegen
des Flammenlöschfluids
im Kanal 56 nicht abgelenkt oder durch den Auslaß 68 gelenkt,
sondern trifft auf den Kühlkörper 62 auf,
der die dadurch absorbierte Wärme
abführt.
Der Kühlkörper 62 absorbiert
daher die von der Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 52 erzeugte
Energie und verhindert, daß die
Papierbahn 30 mit dem Laserstrahl 64 geschnitten
wird, wenn das Flammenlöschfluid
nicht im Kanal 56 vorliegt.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird ein energieabsorbierendes
Ziel oder ein Kühlkörper 110 gezeigt,
der mit der Lasererzeugungsvorrichtung 12 in Beziehung
steht. Der Kühlkörper 110 absorbiert die
Energie eines von der Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 12 erzeugten
Laserstrahls, nachdem die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 12 die
Papierbahn 30 schneidet. Als Alternative kann der Kühlkörper 110 eliminiert
werden, indem man den von der Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 12 erzeugten
Laserstrahl so fokussiert, daß die
an der von der Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 12 aus
gesehen gegenüberliegenden
Seite der Papierbahn 30 angeordnete Struktur dadurch nicht
beeinflußt
wird.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
einer Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 gezeigt. Ähnlich wie
bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
erzeugt die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 einen
Laserstrahl 74, der eine Papierbahn 30 schneidet.
Die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 erzeugt
einen Schlitz 76 in der Papierbahn 30, der vorzugsweise
zwischen 0,010 und 0,025 Zoll (0,254 und 0,635
mm) breit ist; andere Schlitzbreiten sind aber auch möglich. Die
Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 kann
zum Schneiden der Papierbahn 30 in einer parallel oder
quer zur Laufrichtung der Papierbahn 30 verlaufenden Richtung
verwendet werden. Wenn die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 beispielsweise
verwendet wird, um die Papierbahn 30 in einer parallel
zu ihrer Laufrichtung verlaufenden Richtung zu schneiden, dann wäre ein erster Teil 78 in
der Form eines Randstreifens oder einer Randspitze, und ein zweiter
Teil 80 wäre
der zugeschnittene Hauptteil der Papierbahn 30. In dieser Konfiguration
ist die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 feststehend
angeordnet, und die Papierbahn 30 wird vom Laserstrahl 74 geschnitten,
während
sie daran vorbeiläuft.
Wenn die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 jedoch die
Papierbahn 30 in einer quer zu ihrer Laufrichtung verlaufenden
Richtung schneidet (wenn man davon ausgeht, daß sich die Papierbahn 30 in
der in 3 gezeigten Ausführungsform von
links nach rechts bewegt), dann wäre der erste Teil 78 ein
Bahnvorderteil und der zweite Teil 80 ein Bahnende. In
dieser Konfiguration bildet die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 Teil
der in 1 gezeigten Laserschneidanordnung 12 und
bewegt sich quer zur Laufrichtung der Papierbahn 30. Ein
Beispiel einer Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72, deren Schneiden
einer Papierbahn sich als zufriedenstellend herausgestellt hat,
ist Modell DC-015, hergestellt von Rofen-Senae, Inc.
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In 4 wird
die in 3 gezeigte Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 schematisch
in Verbindung mit einer Bahnanordnung 82 veranschaulicht.
Die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 und die Bahnanordnung 82 definieren
eine Ausführungsform
einer in 1 gezeigten
Laserschneidanordnung 12. Zu der Bahnanordnung 82 gehört ein Schlitten 84,
der unter Einsatz mehrerer Rollen 88 gleitend mit einem
Rahmen 86 verbunden ist. Die in 4 und 5 vereinfacht
und schematisch dargestellte Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 ist
an einer Platte 90 des Schlittens 84 befestigt.
Während
der Schlitten 84 am Rahmen 86 entlanggleitet,
schneidet die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 die
Papierbahn 30.
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An einem Ende des Rahmens 86 ist
ein Antriebsmotor 92 angeordnet, der ein Zahnrad 94 durch ein
Zwischengetriebe 96 drehend antreibt. Das Zahnrad 94 wiederum
treibt eine am Schlitten 84 befestigte Rollenkette 98 an,
wie durch Stifte 100 (5)
angedeutet. Das Zahnrad 94 kann unter Einsatz des Motors 92 in
der einen oder der anderen Richtung gedreht werden, wie durch Richtungspfeil 102 angedeutet,
und bewegt dadurch den Schlitten 84 in einer entlang dem
Rahmen 86 verlaufenden Richtung, wie durch Pfeil 104 angedeutet.
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Ein die Rollenkette 98 in
Eingriff nehmendes Freilaufzahnrad 106 ist an einem gegenüberliegenden
Ende des Rahmens 86 angeordnet und drehbar mit diesem verbunden.
Das Handrad 108 gestattet manuelle Drehung des Freilaufzahnrads 106,
wenn der Antriebsmotor 92 nicht in Betrieb ist, und gestattet
so die manuelle Gleitbewegung des Schlittens 84 am Rahmen 86 entlang.
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In der gezeigten Ausführungsform
handelt es sich bei der Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 um
einen technischen Laserschneider, der so leistungsfähig usw.
ist, daß er
die Papierbahn 30 schneiden kann.
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Weiterhin bewegt sich die Laserstrahl-Erzeugungsvorrichtung 72 in
den in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen über die
Breite der Papierbahn 30, indem sie an der Bahnanordnung 82 entlanggleitet.
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Die vorliegende Erfindung hat zwar
nach der Beschreibung eine bevorzugte Auslegung, kann jedoch im
Rahmen der beiliegenden Ansprüche
weiter modifiziert werden.