EP2935692B1

EP2935692B1 - Entwässerungssieb für die papierherstellung

Info

Publication number: EP2935692B1
Application number: EP13815381.2A
Authority: EP
Inventors: Patrick Renner; André Gregarek; Günther WILD; Bernd Stumbeck; Thomas Mang
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: EP2935692A1; DE102012024774A1; ES2702599T3; WO2014095038A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Entwässerungssieb für die Herstellung von Papier mit einer großflächigen Papierverdickung mit im Wesentlichen konstanter Dicke. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Papierherstellung unter Verwendung eines solchen Entwässerungssiebs.
Bei der Papierherstellung auf Rundsiebmaschinen oder Langsiebmaschinen lagert sich Papiermasse kontinuierlich auf einem bewegten Entwässerungssieb an und wird soweit verfestigt, dass sie als feuchte Papierbahn zur Weiterbearbeitung vom Entwässerungssieb abgezogen werden kann. Vor allem Sicherheitspapiere für Banknoten, Ausweisdokumente und dergleichen werden zur Absicherung oft bei der Papierherstellung mit Wasserzeichen, Papierverjüngungen oder Papierverdickungen ausgestattet, die als Echtheitskennzeichen und damit dem Schutz des Sicherheitspapiers vor unerlaubter Reproduktion dienen.
Derartige Wasserzeichen, Papierverjüngungen oder Papierverdickungen sind beispielsweise aus DE 10 2006 022 059 A1 , DE 10 2005 042 344 A1 oder DE 10 2006 058 513 A1 bekannt und werden herkömmlich durch entsprechende Erhebungen oder Vertiefungen im Entwässerungssieb, also durch eine dem Papiermerkmal entsprechende Variation der Siebtopographie erzeugt. Allerdings können beispielsweise mit herkömmlichen Tiefstellen im Entwässerungssieb keine Papierverdickungen mit größeren Abmessungen erzeugt werden, da sich die erzeugte Papierdicke dabei mit zunehmendem Abstand zum Rand der Tiefstelle wieder dem Velinnivau außerhalb der Tiefstelle angleicht. Anstatt der gewünschten großflächigen Papierverdickung wird so nur ein "Verdickungsrahmen" im Papier erzeugt, dessen Form durch den Randverlauf der Tiefstelle definiert ist. Während solche Rahmen in manchen Gestaltungen aus Designgesichtspunkten erwünscht sein können, besteht doch ein Bedürfnis nach der prozesssicheren Erzeugung echter, großflächiger Papierverdickungen, die auch im Innenbereich eine im Wesentlichen gleich bleibende Papierdicke aufweisen.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und insbesondere eine prozesssichere Erzeugung großflächiger Papierverdickungen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung weist ein Entwässerungssieb der eingangs genannten Art in einem ersten Aspekt ein Siebgewebe mit zumindest je einem System von miteinander verwobenen, in Längsrichtung verlaufenden Kettfäden und quer dazu verlaufenden Schussfäden auf, die Siebmaschen einer vorgegebenen Siebmaschenfläche bilden. Das Siebgewebe weist eine Siebvertiefung mit einem zusammenhängenden Vertiefungsbereich auf, dessen Umrissform der Umrissform der zu erzeugenden Papierverdickung entspricht. Weiter ist der Vertiefungsbereich im Wesentlichen vollständig mit geprägten Substrukturen versehen, welche die Oberfläche des Vertiefungsbereichs und die Siebmaschenfläche im Vertiefungsbereich vergrößern.
Unter einer großflächigen Papierverdickung wird im Rahmen dieser Beschreibung eine Papierverdickung verstanden, die auf dem Papier eine Fläche von mehr als 225 mm² und besonders bevorzugt von mehr als 600 mm² einnimmt.
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die geprägten Substrukturen die Oberfläche des Vertiefungsbereichs und/ oder die Siebmaschenfläche im Vertiefungsbereich um mehr als 0,2 %, vorzugsweise um mehr als 1 % vergrößern. Die Vergrößerung der Oberfläche des Vertiefungsbereichs und/oder der Siebmaschenfläche im Vertiefungsbereich führt des Weiteren zu einer Vergrößerung der Maschenweite des Entwässerungssiebs im Bereiche der geprägten Substrukturen. Demzufolge kann in diesem Zusammenhang sowohl von einer Vergrößerung der Oberfläche des Vertiefungsbereichs und/oder der Siebmaschenfläche, aber auch von einer Vergrößerung der Maschenweite durch die geprägten Strukturen gesprochen werden. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang eine konkave Siebprägung, da dadurch eine Vergrößerung der Oberfläche bzw. eine Vergrößerung der Maschenweite im Wesentlichen im gesamten Bereich der konkaven Siebprägung sichergestellt wird. Von einer konkaven Siebprägung wird im vorliegenden Fall dann gesprochen, wenn die Prägung gegenüber dem Basisniveau des Siebs bzw. der Vertiefung zusätzlich abgesenkt ist. Die vergrößerte Oberfläche im Vertiefungsbereich und insbesondere die größere Siebmaschenfläche bzw. Siebmaschenweite des Siebgewebes führt zu einer verstärkten Anlagerung von Papierfasern im Vertiefungsbereich, die es anders als bei herkömmlichen, unstrukturierten Vertiefungen gestattet, die gewünschte Schichtdicke im Verdickungsbereich über die gesamte Fläche der Papierverdickung zu erreichen. Ohne an eine bestimmte Erklärung gebunden sein zu wollen, führt die Aufweitung der Siebmaschen nach gegenwärtigem Verständnis dazu, dass bei der Papieranlagerung die Wirkung des Unterdrucks zum Ansaugen der Fasern in den aufgeweiteten Bereichen länger wirksam ist, so dass dort mehr Stoff für die gewünschte Papierverdickung angelagert werden kann. Die erfindungsgemäß im Vertiefungsbereich vorgesehenen geprägten Substrukturen führen nach derzeitiger Auffassung auch zu einer größeren Rauigkeit in der Vertiefung, was die Ablagerung/ Verankerung von Papierfasern begünstigt. Auch diese Auffassung gilt, ohne an eine bestimmte Erklärung zu sein.
In einem zweiten Aspekt enthält ein Entwässerungssieb der eingangs genannten Art einen perforierten Spritzgusseinsatz, welcher eine Einsatzvertiefung mit einem zusammenhängenden Vertiefungsbereich aufweist, dessen Umrissform der Umrissform der zu erzeugenden Papierverdickung entspricht. Der Vertiefungsbereich ist im Wesentlichen vollständig mit Substrukturen versehen, welche die Oberflächenrauigkeit des Vertiefungsbereichs vergrößern.
Der Spritzgusseinsatz ist dabei in einer bevorzugten Erfindungsvariante mit dem Trägersieb des Entwässerungssiebs verschweißt oder verklebt. Zu diesem Zweck kann der Spritzgusseinsatz beispielsweise einen Noppenrand aufweisen, an dem er mit dem Trägersieb verbunden ist. In einer alternativen, ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante ist der Spritzgusseinsatz direkt in das Trägersieb eingespritzt. In allen Varianten kann der Spritzgusseinsatz in einem ausgeschnittenen Bereich des Trägersiebs angeordnet und nur in einem Randbereich mit diesem verbunden sein. Der Spritzgusseinsatz kann dann insbesondere abgesenkt sein, so dass die maximale Höhe des Einsatzes im Wesentlichen dem Siebniveau entspricht. Der Spritzgusseinsatz ist zweckmäßig aus einem hydrophoben Kunststoff, beispielsweise aus Polyoxymethylen gebildet. Zur Verringerung der Abnutzung im Betrieb können dem Kunststoff verschleißreduzierende Additive zugesetzt sein.
Weiter weist der Spritzgusseinsatz eine Vielzahl von Perforationen auf, die die Entwässerung bei der Papierherstellung sicherstellen. Die Abmessungen dieser Entwässerungs-Perforationen sind so klein gewählt, dass in ihnen bei der Papierherstellung keine Fasern anhaften. Bevorzugt verjüngen sich die Perforationen zur oben liegenden Designfläche des Spritzgusseinsatzes hin. Die Abmessungen der Perforationen können auch so groß gewählt sein, dass sie im fertigen Papier als dunkle Markierungspunkte visuell erkennbar sind. In diesem Fall bietet es sich an, die Perforationen und damit die entstehenden Markierungspunkte in Form von Zeichen, Mustern oder einer Codierung anzuordnen.
Die Perforationen werden vorzugsweise mittels Laserstrahl erzeugt, insbesondere mittels eines Infrarot-Lasers, wie beispielsweise eines CO₂-Lasers. Vorzugsweise wird der Spritzgusseinsatz zur Erzeugung der Perforationen von seiner der Designfläche abgewandten Rückseite mit Laserstrahlung beaufschlagt, so dass sich zur Designfläche des Spritzgusseinsatzes hin verjüngende Perforationen entstehen. Durch diese Verjüngung weisen die Perforationen im Vertiefungsbereich einen größeren Lochdurchmesser als die Perforationen im Außenbereich auf, so dass die Stoffanlagerung im Vertiefungsbereich verstärkt wird. Die Perforationen im Vertiefungsbereich können auch mit einer höheren Laserenergie erzeugt werden als die Perforationen im Außenbereich, so dass der Lochdurchmesser und damit die Stoffanlagerung im Vertiefungsbereich weiter erhöht wird.
In beiden Erfindungsaspekten kann das Design der Substrukturen sehr vielfältig sein. Insbesondere können die Substrukturen mit Vorteil durch Pyramiden, Tetraeder, Zylinder, Linsen, Teilkugeln, Schüsseln, Würfel, Quader, Noppen, Pickel oder Streifen gebildet sein.
Auch können die Substrukturen in beiden Erfindungsaspekten ein geometrisches Muster, beispielsweise ein Schachbrett- oder Rautenmuster bilden, können ein graphisches Motiv mit einer Darstellung von Zahlen, Zeichen, Pflanzen, Tieren, Menschen oder Gegenständen bilden, oder können innerhalb des Vertiefungsbereichs zufällig verteilt sein. In weiteren Erfindungsgestaltungen ist es bevorzugt, wenn die Substrukturen so gestaltet sind, dass sie für das menschliche Auge ohne Hilfsmittel nicht wahrnehmbar sind.
Die Form und/oder die Höhe der Substrukturen können in beiden Erfindungsaspekten innerhalb des Vertiefungsbereichs für alle Substrukturen gleich sein oder können variieren. Eine solche Variation kann beispielsweise darin bestehen, dass zwei oder mehr unterschiedliche Substrukturarten mit unterschiedlicher Form und/ oder Höhe im Vertiefungsbereich vorgesehen sind.
Mit Vorteil weisen die Substrukturen eine maximale Höhe auf, die 50 % oder weniger der Tiefe der Siebvertiefung bzw. der Einsatzvertiefung beträgt und weisen eine maximale Tiefe auf, die 100 % oder weniger der Tiefe der Siebvertiefung bzw. der Einsatzvertiefung beträgt.
Beispielsweise kann eine Siebvertiefung eine grundsätzliche Tiefprägung von 0,3 mm bezogen auf den Außenbereich aufweisen und die Substrukturen können sich von diesem Niveau um bis zu 0,15 mm nach oben (also in Richtung Velinniveau, resultierend in einer verringerten Tiefprägung) und um bis zu 0,3 mm nach unten (also vom Velinniveau weg, resultierend in einer erhöhten Tiefprägung) erstrecken.
Die Substrukturen weisen vorzugsweise eine Mindestlänge und Mindestbreite von 0,5 mm auf. Nach oben ist die Größe der Substrukturen nur durch die Siebgröße beschränkt. Insbesondere bei dem weiter unten genauer erläuterten Einsatz der Papierverdickungen zur Randstabilisierung von Papierbogen können sich die Substrukturen auch über die gesamte Länge oder Breite des Siebgewebes erstrecken.
Besonders gute Ergebnisse werden erreicht, wenn der Vertiefungsbereich des Entwässerungssiebs in mehr als 90 %, vorzugsweise in mehr als 95 %, besonders bevorzugt in mehr als 98 % seiner Fläche mit Substrukturen versehen ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest ein Vertiefungsbereich zur Erzeugung zumindest einer großflächigen Papierverdickungen in Form eines maschinenlesbaren Merkmals, insbesondere eines Barcodes vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Vertiefungsbereich zur Erzeugung großflächiger Papierverdickungen im Rand- und/ oder Eckenbereich des Papiers vorgesehen sein.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines Papiers, insbesondere eines Sicherheitspapiers, mit zumindest einer großflächigen Papierverdickung mit im Wesentlichen konstanter Dicke, bei dem die Papieranlagerung auf einem Entwässerungssieb der oben beschriebenen Art erfolgt.
Die Erfindung umfasst weiter ein Papier mit zumindest einer großflächigen Papierverdickung mit im Wesentlichen konstanter Dicke, hergestellt nach dem eben genannten Verfahren, bei dem die Papieranlagerung auf einem Entwässerungssieb der oben beschriebenen Art erfolgt.
Die Wendung, dass die Papierverdickung eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist, lässt dabei zu, dass sich im Bereich der Papierverdickung eine von den Substrukturen des Entwässerungssiebs erzeugte Modulation der Papierdicke ergibt. Die Modulationstiefe ist dabei in jedem Fall deutlich kleiner als die Verdickung selbst und liegt vorzugsweise unterhalb von 50 %, insbesondere unterhalb von 25 % der Verdickung. Beispielsweise kann in einem Papierbogen mit Papierdicke S₀ = 90 µm eine großflächige Papierverdickung mit einer nominellen Dicke von S_thick = 120 µm vorgesehen sein, so dass die Verdickung ΔS = 30 µm beträgt. Die Modulationstiefe des Papiers im Bereich der Papierverdickung liegt dann insbesondere unterhalb von 7,5 µm, so dass das Papier in der Dickstelle stets mindestens 122,5 µm und höchstens 137,5 µm dick ist. In jedem Fall nimmt die Papierdicke im Bereich der Papierverdickung nirgends auf die Papierdicke im Außenbereich der Papierverdickung ab.
Ein solches Papier kann mit Vorteil zumindest eine großflächige Papierverdickung in Form eines maschinenlesbaren Merkmals aufweisen. Insbesondere können mehrere derartige großflächige Papierverdickungen vorgesehen sein, die beispielsweise einen maschinenlesbaren Barcode bilden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Papier zumindest eine großflächige Papierverdickung im Rand- und/oder Eckenbereich des Papiers auf. Dies bietet sich insbesondere für Papierbogen an, die eine vorgegebene Anzahl an Einzelnutzen aufweisen und die zur Randstabilisierung zusätzlich mit zumindest einer großflächigen Papierverdickung im Rand- und/oder Eckenbereich des Papierbogens außerhalb des Bereichs der Einzelnutzen versehen ist. Selbstverständlich können auch die Einzelnutzen Papierverdickungen enthalten, beispielsweise in Form eines maschinenlesbaren Barcodes.
Die genannten Papierverdickungen im Rand- und/oder Eckenbereich dienen vor allem der Randstabilisierung von Papierbogen, insbesondere bei der Stahldruckverarbeitung von Hybridbogen, wie weiter unten im Zusammenhang mit konkreten Ausführungsbeispielen genauer erläutert.
Die Erfindung umfasst auch ein Papiersubstrat, insbesondere aus Papier der genannten Art, für die Herstellung einer Papierbanknote oder einer FolienVerbund-Banknote, wobei das Papiersubstrat zumindest eine großflächige Papierverdickung mit im Wesentlichen konstanter Dicke aufweist. Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Wertdokument, insbesondere eine Papierbanknote oder eine Folienverbund-Banknote mit einem derartigen Papiersubstrat.
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Folienverbund-Banknote wird mit einem Entwässerungssieb der oben beschriebenen Art eine Papierbahn hergestellt, die zumindest eine großflächige Papierverdickung mit im Wesentlichen konstanter Dicke aufweist, wird die Papierbahn mit zumindest einer Folie kaschiert, wird die kaschierte Papierbahn zur Kaschierkleberaushärtung auf einer Rolle aufgewickelt und wird aus der ausgehärteten kaschierten Papierbahn eine Folienverbund-Banknote erzeugt.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:

Fig. 1: schematisch einen Ausschnitt eines Sicherheitspapiers mit einer großflächigen Papierverdickung, in (a) im Durchlicht und in (b) im Querschnitt entlang der Linie B-B von (a),
Fig. 2: ein Entwässerungssieb nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in (a) in Aufsicht und in (b) im Querschnitt entlang der Linie B-B von (a),
Fig. 3: den Detailausschnitt III der Fig. 2(b) des Entwässerungssiebs, in (a) im Querschnitt und in (b) in Aufsicht,
Fig. 4: schematisch eine perspektivische Detailansicht des mit geprägten Substrukturen versehenen Siebgewebes im Vertiefungsbereich,
Fig. 5: in (a) bis (d) beispielhaft weitere Varianten geprägter Substrukturen nach der Erfindung,
Fig. 6: ein Entwässerungssieb nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt,
Fig. 7: eine Abwandlung des Entwässerungssiebs von Fig. 6,
Fig. 8: einen Sicherheitspapierbogen, der eine Vielzahl von Einzelnutzen trägt und mit einer großflächigen, umlaufenden Papierverdickung versehen ist, und
Fig. 9: zwei weitere durch Papierverdickungen stabilisierte Papierbogen nach der Erfindung.

Die Erfindung wird nun am Beispiel der Herstellung von Sicherheitspapier für Banknoten und andere Wertdokumente erläutert. Fig. 1 zeigt dazu einen Ausschnitt eines Sicherheitspapiers 10, das eine großflächige Papierverdickung 12 aufweist. Das Sicherheitspapier 10 ist in Fig. 1(a) im Durchlicht und in Fig. 1(b) im Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1(a) dargestellt.
Im Außenbereich 14 außerhalb der Papierverdickung beträgt die Schichtdicke S₀ des Sicherheitspapiers des gezeigten Ausführungsbeispiels S₀ = 90 µm. Im Bereich der Papierverdickung 12 beträgt die Schichtdicke des Sicherheitspapiers im Wesentlichen gleich bleibend S_thick = 120 µm, so dass sich eine Verdickung ΔS = 30 µm ergibt. Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht dabei insbesondere darin, dass die Papierdicke S_thick der Papierverdickung über einen großflächigen Bereich im Wesentlichen konstant bleibt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hat die Papierverdickung 12 etwa eine Abmessung von 15 mm x 20 mm, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch für größere oder kleinere Verdickungsbereiche anwendbar ist, wie an anderer Stelle genauer ausgeführt.
Um einen Papierverdickungsbereich 12, wie in Fig. 1 gezeigt, zu erzeugen, ist nach einem ersten Aspekt der Erfindung eine besonders gestaltete Siebvertiefung in dem zur Papierherstellung verwendeten Entwässerungssieb 20 vorgesehen. Das Entwässerungssieb 20 ist in Fig. 2(a) in Aufsicht und in Fig. 2(b) im Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 2(a) dargestellt. Fig. 3 zeigt den Detailausschnitt III des Siebgewebes des Entwässerungssiebs 20 im Außenbereich 34, in Fig. 3(a) im Querschnitt und in Fig. 3(b) in Aufsicht.
Mit Bezug zunächst auf Fig. 3(a) enthält das Siebgewebe 22 des Entwässerungssiebs 20 zumindest ein System von miteinander verwobenen in Längsrichtung verlaufenden Kettfäden 24 und quer dazu verlaufenden Schussfäden 26. Im Ausführungsbeispiel ist das Siebgewebe 22 ein Metallgewebe, nämlich ein Bronzegewebe, in anderen Gestaltungen kann das Siebgewebe jedoch auch ein Metall-Kunststoff-Mischgewebe, insbesondere ein Bronze-Kunststoff-Mischgewebe, oder auch ein reines Kunststoffgewebe sein. Das Siebgewebe kann einlagig oder mehrlagig sein, wobei der einfacheren Darstellung halber in den Figuren jeweils nur ein einlagiges Siebgewebe gezeigt ist. Wie am besten in der Aufsicht der Fig. 3(b) zu erkennen, bilden die Kettfäden 24 und die Schussfäden 26 Siebmaschen 28 mit einer bestimmten vorgegebenen Siebmaschenweite W und einer Siebmaschenfläche W².
Zurückkommend auf die Darstellung der Fig. 2 weist das Siebgewebe 22 weiter eine Siebvertiefung 30 mit einem zusammenhängenden Vertiefungsbereich 32 auf, dessen Umrissform der Umrissform der zu erzeugenden Papierverdickung 12 entspricht. Der Vertiefungsbereich 32 ist im Wesentlichen vollständig mit geprägten Substrukturen 36 versehen, welche die Oberfläche des Vertiefungsbereichs 32 und auch die Siebmaschenfläche im Vertiefungsbereich 32 vergrößern. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Substrukturen 36 in Form paralleler Streifen ausgeführt, die zu einer sinusartigen Modulation der Oberflächentopographie des Siebgewebes 22 im Vertiefungsbereich 32 führen.
Fig. 4 zeigt schematisch eine perspektivische Detailansicht des mit geprägten Substrukturen 36 versehenen Siebgewebes 22 im Vertiefungsbereich 32 und illustriert, wie die Prägung der Substrukturen 36 und die dadurch erzeugte sinusartige Modulation der Oberflächentopographie zu einer vergrößerten Maschenweite W' des Siebgewebes 22 und damit zu einer vergrößerten Siebmaschenfläche W*W' führt. Der klareren Darstellung halber ist dabei nur die Oberfläche des Siebgewebes 22 dargestellt.
Bei der Anlagerung von Papier am Entwässerungssieb ermöglicht die vergrößerte Oberfläche im Vertiefungsbereich 32 und insbesondere die größere Siebmaschenfläche W*W' des Siebgewebes 22 eine verstärkte Anlagerung von Papierfasern im Vertiefungsbereich 32. Die Aufweitung der Siebmaschen 28 führt nämlich nach gegenwärtigem Verständnis dazu, dass bei der Papieranlagerung die Wirkung des Unterdrucks zum Ansaugen der Fasern in diesen Bereichen länger wirksam ist, so dass dort mehr Stoff für die gewünschte Papierverdickung 12 angelagert werden kann.
Die Form der geprägten Substrukturen ist selbstverständlich nicht auf die in Fig. 2 gezeigten Streifenmuster beschränkt. Fig. 5 zeigt in (a) bis (d) beispielhaft einige weitere Varianten geprägter Substrukturen nach der Erfindung. Der Vertiefungsbereich 40 der Fig. 5(a) ist mit einer Vielzahl von noppenförmig geprägten Substrukturen 42 versehen, die im Wesentlichen den gesamten Bereich der Vertiefung einnehmen. Anstelle noppenförmiger Substrukturen 42 können beispielsweise auch pyramidenförmige, tetraederförmige, quaderförmige, linsenförmige oder teilkugelförmige Substrukturen vorgesehen sein. Die Substrukturen können dabei die Tiefe der Vertiefung sowohl vergrößern, vorzugsweise um nicht mehr als 100%, als auch verkleinern, vorzugsweise um nicht mehr als 50%. Beispielsweise hat die Vertiefung bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5(a) eine nominelle Tiefe von 0,3 mm, von der sich die Noppen um 0,15 mm nach oben, also in Richtung Velinniveau erstrecken, während der Zwischenraum zwischen den Noppen um 0,05 mm nach unten, also vom Velinniveau weg, abgesenkt ist. Im Mittel ergibt sich dabei gerade die nominelle Tiefe des Vertiefungsbereichs.
Die Noppen-Substrukturen 42 sind in Fig. 5(a) in einem regelmäßigen Raster angeordnet, es ist in anderen Gestaltungen allerdings auch möglich, die Noppen-Substrukturen 42 oder andere Substrukturen zufällig über die Fläche des Vertiefungsbereichs 40 zu verteilen.
Fig. 5(b) zeigt einen Vertiefungsbereich 44 mit einer Abwandlung des Streifenmusters der Fig. 2. Die streifenförmigen Substrukturen 46 der Fig. 5(b) verlaufen innerhalb des Vertiefungsbereichs geradlinig, aber schräg zu den Rändern des Vertiefungsbereichs 44. Neben senkrechten und schrägen sind selbstverständlich auch waagrechte Verlaufsrichtungen für die Streifen 46 möglich. Die Streifen können in anderen Gestaltungen auch gekrümmt oder wellenförmig verlaufen.
Fig. 5(c) zeigt eine weitere Variante, in der geprägte rechteckige Substrukturen 50 in einem Vertiefungsbereich 48 in Form eines Schachbrettmusters angeordnet sind. Die einzelnen Rechtecke 50 können beispielsweise eine Abmessung von 0,5 mm x 1 mm haben und gegenüber der ansonsten 0,3 mm tiefen Vertiefung um weitere 0,3 mm abgesenkt sein. Es ist auch möglich, zwei verschiedene Absenkungstiefen für die Rechtecke 50 vorzusehen, um so ein noch stärker differenziertes schachbrettartiges Muster zu erhalten.
Die Substrukturen können auch in Form eines Motivs gestaltet sein, wie im Vertiefungsbereich 52 der Fig. 5(d) anhand der bumerangförmig geprägten Substrukturen 56 gezeigt. Die Figur illustriert auch den gleichzeitigen Einsatz verschiedener Substrukturen, nämlich der motivförmigen Substrukturen 56 und der streifenförmigen Substrukturen 54. Wie durch die unterschiedliche Schraffur in der Figur angedeutet, weisen die Substrukturen 54, 56 unterschiedliche Prägehöhen bzw. Prägetiefen auf. Während die streifenförmigen Substrukturen 54 gegenüber dem Basisniveau des Vertiefungsbereichs 52 zusätzlich abgesenkt sind, erheben sich die motivförmigen Substrukturen 56 über das Niveau des Vertiefungsbereichs 52.
Der geometrische Querschnitt der Substrukturen kann beispielsweise dreieckig, viereckig, konvex oder konkav sein. Die Grundfläche der Substrukturen kann eckig und/ oder abgerundet sein. Es ist auch möglich, dass die Substrukturen eine weitere Unterstruktur aufweisen, beispielsweise können kleine Dreiecke auf größeren rechteckigen Substrukturen vorgesehen sein.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung kann der Papierverdickungsbereich 12 der Fig. 1 auch mit einem perforierten Spritzgusseinsatz mit einer besonders gestalteten Einsatzvertiefung erzeugt werden.
Fig. 6 zeigt dazu im Querschnitt ein Entwässerungssieb 60 mit einem Spritzgusseinsatz 62, der mit einem Trägersieb 64 des Entwässerungssiebs 60 verschweißt oder verklebt sein kann oder auch direkt in das Trägersieb eingespritzt sein kann. Der Spritzgusseinsatz 62 weist eine Vielzahl von Perforationen 66 auf, die die Entwässerung bei der Papierherstellung sicherstellen. Die Abmessungen dieser Entwässerungs-Perforationen 66 sind im Ausführungsbeispiel so klein gewählt, dass in ihnen bei der Papierherstellung keine Fasern anhaften.
Wie ebenfalls in Fig. 6 gezeigt, verjüngen sich die Perforationen 66 zur oben liegenden Designfläche 68 des Spritzgusseinsatzes 62 hin und weisen außerhalb der nachfolgend beschriebenen Einsatzvertiefung 70 einen Lochdurchmesser D auf.
Zur Erzeugung der gewünschten Papierverdickung 12 enthält der Spritzgusseinsatz 62 eine Einsatzvertiefung 70 mit einem zusammenhängenden Vertiefungsbereich 72, dessen Umrissform der Umrissform der zu erzeugenden Papierverdickung 12 entspricht. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, weisen die Perforationen 66 im Vertiefungsbereich 72 aufgrund der Verjüngung zur oben liegenden Designfläche 68 hin einen Lochdurchmesser D' auf, der größer als der Lochdurchmesser D im Außenbereich ist. Durch den größeren Lochdurchmesser wird die Stoffanlagerung im Vertiefungsbereich verstärkt.
Zusätzlich ist der Vertiefungsbereich 72 im Wesentlichen vollständig mit Substrukturen 74 versehen, welche die Oberflächenrauigkeit des Spritzgusseinsatzes im Vertiefungsbereich vergrößern. Die erhöhte Oberflächenrauigkeit führt zu einer weiteren Steigerung der Stoffanlagerung im Vertiefungsbereich 72, so dass insgesamt ausreichend Stoff für die gewünschte Papierverdickung 12 angelagert wird. Zusätzlich zu den bei den geprägten Substrukturen angeführten Vorteilen ermöglicht der Einsatz der erfindungsgemäßen Spritzgusseinsätze mit Substrukturen die Erzeugung noch feinerer Motive in dem mit einem solchen Spritzgusseinsatz hergestellten Papier, da die Substrukturen der Spritzgusseinsätze um bis zu 50 % kleiner als die in der Siebvertiefung angeordneten geprägten Substrukturen sein können.
Fig. 7 zeigt eine Abwandlung des Entwässerungssiebs 60 der Fig. 6, bei dem die Perforationen des Spritzgusseinsatzes 62 im Vertiefungsbereich 72 gegenüber dem Außenbereich vergrößert sind. Dazu wurde bei der Erzeugung der Perforation durch Laserbeaufschlagung 76 von der Rückseite des Spritzgusseinsatzes 62 her im Vertiefungsbereich 72 mit einer höheren Laserenergie gearbeitet als im Außenbereich, so dass die Perforationen 78 des Vertiefungsbereichs einen vergrößerten Durchmesser aufweisen. Dadurch ergibt sich auf der oben liegenden Designfläche 68 ein Lochdurchmesser D", der noch größer als der Lochdurchmesser D' der Fig. 6 ist. Durch den weiter vergrößerten Lochdurchmesser wird die Stoffanlagerung im Vertiefungsbereich nochmals verstärkt.
Die mit den beschriebenen Verfahren erzeugen Papierverdickungen können insbesondere funktionale Dickstellen im Papier bilden. Beispielsweise können aus großflächigen Papierverdickungen gebildete Barcodes ein maschinenlesbares Echtheitskennzeichen darstellen.
Eine weitere Anwendung der großflächigen Papierverdickungen besteht in der Erhöhung der Prozesssicherheit bei der Papierherstellung, insbesondere durch Stoffausgleich in einer Lochspur. Beispielsweise kann eine Papierlage eines Sicherheitspapiers eine Lochspur enthalten, in der die Papierlage einen verdünnten Bereich und in dem verdünnten Bereich ein durch die Papierlage durchgehendes Loch aufweist. Wird, wie üblich, eine Vielzahl von Einzelnutzen auf einem Papierbogen erzeugt und auf einer Produktionsrolle aufgerollt, so stellt sich in den Lochspuren wegen der dort fehlenden Stoffmenge ein gegenüber den Außenbereichen reduzierter Wickeldruck ein, der zu verschiedenen Prozessfehlern führen kann. Die in der Lochspur fehlende Stoffmenge kann durch die überschießende Stoffmenge einer entsprechend gestalteten Papierverdickung kompensiert werden, so sich in der Produktionsrolle insgesamt ein nahezu einheitlicher und homogener Wickeldruck einstellt.
Eine weitere Anwendung der beschriebenen Papierverdickungen besteht in der Randstabilisierung von Papierbogen, insbesondere bei der Stahldruckverarbeitung von Hybridbogen. Herkömmlich zeigen Hybridbogen bei der Bedruckung im Stahldruck oft eine sogenannte Fallschirmbildung in der Auslage, bei der der Bogen nicht plan in die Auslage segelt, sondern die Ecken zuerst nach unten fallen. Dies hat Nachteile für das Ablegeverhalten der Bogen, da die Ecken mit relativ hohem Druck über die frische Farbe des darunterliegenden Bogens gleiten. Dies birgt die Gefahr, dass die Farben verschmieren und auf dem gegenüberliegenden Bogen ablegen.
Fig. 8 zeigt schematisch einen Sicherheitspapierbogen 80, der eine Vielzahl von Einzelnutzen 82 trägt, die den späteren geschnittenen Banknoten entsprechen. Der Sicherheitspapierbogen 80 ist mit einer großflächigen, umlaufenden Papierverdickung 84 versehen, die, wie oben beschrieben, mit Hilfe eines geeignet gestalteten Entwässerungssiebs erzeugt werden kann. Durch die umlaufenden Papierverdickung 84 wird der Papierbogen stabilisiert und eine Fallschirmbildung bei der Verarbeitung vermieden. Die Papierverdickung 84 liegt außerhalb der Einzelnutzen 82 und wird in einem späteren Verfahrensschritt beim Schneiden des Bogens 80 entfernt.
Fig. 9 zeigt zwei weitere, durch Papierverdickungen stabilisierte Gestaltungen von Papierbogen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9(a) sind nur die Eckbereiche 86 des Papierbogens 80 mit großflächigen Papierverdickungen versehen. Auch diese Papierverdickungen liegt außerhalb der Einzelnutzen 82 und werden in einem späteren Verfahrensschritt entfernt. Die Papierverdickungen können in einer weiteren Abwandlung beispielsweise auch die beiden oben Ecken und den zwischen diesen Ecken verlaufenden Randbereich erfassen. Dadurch wird die Vorderkante des Papierbogens für die Ablage stabilisiert.
In einer weiteren, in Fig. 9(b) gezeigten Gestaltung sind die Papierverdickungen 88 des Papierbogens zwar immer noch großflächig, aber mit geringerer Abmessung als bei den oben beschriebenen Gestaltungen ausgeführt. Die schrägen Streifen 88 laufen am Rand des Papierbogens 80 um die Einzelnutzen 82 herum und stabilisieren dadurch den Bogenrand. Durch die Breite und den Abstand der einzelnen Streifen 88 voneinander kann das zusätzliche Flächengewicht und damit die Wirkung der Papierverdickungen nach Wunsch variiert und eingestellt werden, so dass einem unterschiedlichen Ablageverhalten verschiedener Papierbogen ohne weiteres Rechnung getragen werden kann.

Bezugszeichenliste

10: Sicherheitspapier
12: großflächige Papierverdickung
14: Außenbereich
20: Entwässerungssieb
22: Siebgewebe
24: Kettfäden
26: Schussfäden
28: Siebmaschen
30: Siebvertiefung
32: Vertiefungsbereich
34: Außenbereich
36: Substrukturen
40, 44, 48, 52: Vertiefungsbereich
42, 46, 50, 54, 56: Substrukturen
60: Entwässerungssieb
62: Spritzgusseinsatz
64: Trägersieb
66: Perforationen
68: Designfläche
70: Einsatzvertiefung
72: Vertiefungsbereich
74: Substrukturen
76: Laserbeaufschlagung
80: Sicherheitspapierbogen
82: Einzelnutzen
84: Papierverdickung
86: Eckbereiche
88: Papierverdickungen
90: Papierbogen

Claims

Entwässerungssieb (20) für die Herstellung von Papier (10) mit einer großflächigen Papierverdickung (12, 84, 86, 88), die auf dem Papier (10) eine Fläche von mehr als 225 mm² und besonders bevorzugt von mehr als 600 mm² einnimmt, mit im Wesentlichen konstanter Dicke, wobei das Entwässerungssieb (20) ein Siebgewebe (22) mit zumindest je einem System von miteinander verwobenen, in Längsrichtung verlaufenden Kettfäden (24) und quer dazu verlaufenden Schussfäden (26) aufweist, die Siebmaschen (28) einer vorgegebenen Siebmaschenfläche bilden, wobei das Siebgewebe (22) eine Siebvertiefung (30) mit einem zusammenhängenden Vertiefungsbereich (32, 40, 44, 48, 52) aufweist, dessen Umrissform der Umrissform der zu erzeugenden Papierverdickung (12) entspricht, und der im Wesentlichen vollständig mit geprägten Substrukturen (42, 46, 50, 54, 56) versehen ist, welche die Oberfläche des Vertiefungsbereichs (32, 40, 44, 48, 52) und die Siebmaschenfläche im Vertiefungsbereich (32, 40, 44, 48, 52) vergrößern, wobei der Vertiefungsbereich (32, 40, 44, 48, 52, 72) eine Fläche von mehr als 225 mm² und ganz besonders bevorzugt von 600 mm² einnimmt.
Entwässerungssieb (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geprägten Substrukturen (42, 46, 50, 54, 56) die Oberfläche des Vertiefungsbereichs (32, 40, 44, 48, 52) und/ oder die Siebmaschenfläche im Vertiefungsbereich (32, 40, 44, 48, 52) um mehr als 0,2 %, vorzugsweise um mehr als 1 % vergrößern.
Entwässerungssieb (60) für die Herstellung von Papier (10) mit einer großflächigen Papierverdickung (12), die auf dem Papier (20) eine Fläche von mehr als 225 mm² und besonders bevorzugt von mehr als 600 mm² einnimmt, mit im Wesentlichen konstanter Dicke, wobei das Entwässerungssieb (60) einen perforierten Spritzgusseinsatz (62) aufweist, wobei der Spritzgusseinsatz (62) eine Einsatzvertiefung (70) mit einem zusammenhängenden Vertiefungsbereich (72) aufweist, dessen Umrissform der Umrissform der zu erzeugenden Papierverdickung (12) entspricht, und der im Wesentlichen vollständig mit Substrukturen (74) versehen ist, welche die Oberflächenrauigkeit des Vertiefungsbereichs (72) vergrößern, wobei der Vertiefungsbereich eine Fläche von mehr als 225 mm² und besonders bevorzugt von mehr als 600 mm² einnimmt.
Entwässerungssieb (20, 60) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrukturen (42, 46, 50, 54, 56, 74) durch Pyramiden, Tetraeder, Zylinder, Linsen, Teilkugeln, Schüsseln, Würfel, Quader, Noppen, Pickel oder Streifen gebildet sind.
Entwässerungssieb (20, 60) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrukturen (42, 46, 50, 54, 56, 74) ein geometrisches Muster bilden, ein graphisches Motiv bilden, oder innerhalb des Vertiefungsbereichs (32, 40, 44, 48, 52, 72) zufällig verteilt sind.
Entwässerungssieb (20, 60) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und/oder die Höhe der Substrukturen (42, 46, 50, 54, 56, 74) innerhalb des Vertiefungsbereichs (32, 40, 44, 48, 52, 72) variieren.
Entwässerungssieb (20, 60) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrukturen (42, 46, 50, 54, 56, 74) eine maximale Höhe aufweisen, die 50 % oder weniger der Tiefe der Siebvertiefung (30) bzw. der Einsatzvertiefung (70) beträgt und dass die Substrukturen (42, 46, 50, 54, 56, 74) eine maximale Tiefe aufweisen, die 100 % oder weniger der Tiefe der Siebvertiefung (30) bzw. der Einsatzvertiefung (70) beträgt.
Entwässerungssieb (20, 60) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertiefungsbereich (32, 40, 44, 48, 52, 72) in mehr als 90 %, vorzugsweise in mehr als 95 %, besonders bevorzugt in mehr als 98 % seiner Fläche mit Substrukturen (42, 46, 50, 54, 56, 74) versehen ist.
Entwässerungssieb (20, 60) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Vertiefungsbereich (32, 40, 44, 48, 52, 72) zur Erzeugung zumindest einer großflächigen Papierverdickung (84, 88) in Form eines maschinenlesbaren Merkmals, insbesondere eines Barcodes vorgesehen ist.
Entwässerungssieb (20, 60) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Vertiefungsbereich (32, 40, 44, 48, 52, 72) zur Erzeugung großflächiger Papierverdickungen (84, 88) im Rand- und/oder Eckenbereich (86) des Papiers (10) vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Papiers (10), insbesondere eines Sicherheitspapiers, mit zumindest einer großflächigen Papierverdickung (12, 84, 88), die auf dem Papier (10) eine Fläche von mehr als 225 mm² und besonders bevorzugt von mehr als 600 mm² einnimmt, mit im Wesentlichen konstanter Dicke, bei dem die Papieranlagerung auf einem Entwässerungssieb (20, 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 erfolgt.