WO2023285048A1 - Roll arrangement - Google Patents

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WO2023285048A1
WO2023285048A1 PCT/EP2022/065996 EP2022065996W WO2023285048A1 WO 2023285048 A1 WO2023285048 A1 WO 2023285048A1 EP 2022065996 W EP2022065996 W EP 2022065996W WO 2023285048 A1 WO2023285048 A1 WO 2023285048A1
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fibrous web
tension
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PCT/EP2022/065996
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José Luiz CAMPOS SOUZA
Thomas Martin
Dominik Marusa
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Voith Patent Gmbh
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Abstract

The invention relates to a roll arrangement for producing a compressed fibrous web, comprising a main roll and a tensioning web conducted via the main roll for receiving the fibrous web, the tensioning web having auxetic properties.

Description

Walzenanordnunq roller arrangement
Die Erfindung betrifft eine Walzenanordnung zur Herstellung einer gestauchten Faserstoffbahn. The invention relates to a roller arrangement for producing a compressed fibrous web.
Walzenanordnungen der genannten Art sind grundsätzlich bekannt und umfassen beispielsweise eine Hauptwalze und eine über die Hauptwalze geführte Spannbahn zur Aufnahme der Faserstoffbahn. Sie dienen in einer Papiermaschine dazu, eine kontrollierte Schrumpfung in einer durch die Faserstoffbahn aufgespannten Ebene in einer Förderrichtung der Faserstoffbahn zu erzeugen. Bei bisher bekannten Verfahren kann zwar eine gewünschte Längsschrumpfung der Faserstoffbahn oder Längenänderung in Förderrichtung der Faserstoffbahn durch geeignete Maßnahmen oder Verfahren (z.B. Clupak-Verfahren) gezielt beeinflusst werden, eine Querschrumpfung oder Breitenänderung der Faserstoffbahn ist dahingegen aber eine eher zufällige und somit kaum bis gar nicht kontrollierbare Folge des nachfolgenden Trocknungsprozesses. Bei den bisherigen Verfahren ist eine Längsschrumpfung von 15 bis 17 % bei einem Trockengehalt von 60 bis 70 % möglich, wobei diese Verfahren hauptsächlich bei Faserstoffbahnen mit einem Flächengewicht von 60 bis 70 g/m2 oder etwas darüber anwendbar sind. Roller arrangements of the type mentioned are known in principle and comprise, for example, a main roller and a tensioning web guided over the main roller for receiving the fibrous web. They are used in a paper machine to generate controlled shrinkage in a plane spanned by the fibrous web in a conveying direction of the fibrous web. With previously known methods, a desired longitudinal shrinkage of the fibrous web or a change in length in the conveying direction of the fibrous web can be specifically influenced by suitable measures or methods (e.g. Clupak method), but transverse shrinkage or a change in width of the fibrous web is more accidental and therefore hardly or not at all controllable consequence of the subsequent drying process. With the previous methods, a longitudinal shrinkage of 15 to 17% at a dry content of 60 to 70% is possible, these methods being mainly applicable to fibrous webs with a basis weight of 60 to 70 g/m 2 or slightly more.
Durch die Querschrumpfung sowie die Längsschrumpfung wird eine in Längsrichtung sowie Querrichtung in der Faserstoffbahnebene dehnbare Faserstoffbahn erhalten. Dehnbare Faserstoffe, wie zum Beispiel dehnbare Papiere oder Kartone, dienen beispielsweise als Ausgangsmaterial für die Herstellung von geformten Gegenständen, wie zum Beispiel durch ein Press- und/oder Tiefziehverfahren hergestellte Teller oder dergleichen. Überdies finden dehnbare Faserstoffe Anwendung bei Faserstoffverpackungen, bei welchen elastische Eigenschaften erwünscht sind, wie zum Beispiel Sackpapier für die Verwendung von Säcken. Für derartige Produkte sind Papiere oder Kartone von großer Bedeutung, welche aus einer dehnbaren Faserstoffbahn mit möglichst hoher Bruchdehnung hergestellt wurden. As a result of the transverse shrinkage and the longitudinal shrinkage, a fibrous web that can be stretched in the longitudinal direction and transverse direction in the plane of the fibrous web is obtained. Stretchable fibrous materials, such as stretchable paper or cardboard, are used, for example, as starting material for the production of shaped objects, such as plates or the like produced by a pressing and/or deep-drawing process. Additionally, extensible fibrous webs find use in fibrous packaging where elastic properties are desired, such as sack paper for use in sacks. For such products are papers or cardboard from of great importance, which were made from a stretchable fibrous web with the highest possible elongation at break.
Es wird angestrebt, nicht nur die Längsschrumpfung sondern auch die Querschrumpfung gezielt beeinflussen zu können. Während der Querschrumpfung der Faserstoffbahn soll die Faserstoffbahn kontrolliert in ihrer Breite, d.h. quer zu ihrer sich in Förderrichtung erstreckenden Längserstreckung in der Faserstoffbahnebene gestaucht, bevorzugt ohne jedoch die Faserstoffbahn zu kreppen. Gleichzeitig soll die gestauchte Faserstoffbahn in Richtung ihrer Breite dehnbar bleiben. The aim is to be able to specifically influence not only the longitudinal shrinkage but also the transverse shrinkage. During the transverse shrinkage of the fibrous web, the fibrous web should be compressed in a controlled manner in terms of its width, i.e. transversely to its longitudinal extension in the conveying direction in the plane of the fibrous web, but preferably without creping the fibrous web. At the same time, the compressed fibrous web should remain stretchable in the direction of its width.
Während die bislang bekannten Verfahren bereits geeignete Lösungen für die Erzeugung einer Faserstoffbahn mit zufriedenstellender Längsdehnbarkeit sowie möglichst hoher Bruchdehnung bieten, stellt die Herstellung einer Faserstoffbahn mit ausreichender Breitendehnbarkeit, insbesondere einhergehend mit einer möglichst hohen Bruchdehnung in Querrichtung, nach wie vor eine große Herausforderung dar. While the previously known methods already offer suitable solutions for the production of a fibrous web with satisfactory longitudinal extensibility and the highest possible elongation at break, the production of a fibrous web with sufficient width extensibility, in particular accompanied by the highest possible elongation at break in the transverse direction, still represents a major challenge.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine der eingangs erwähnten Walzenanordnung zu verbessern. Insbesondere besteht eine Aufgabe darin, eine Walzenanordnung zu schaffen, welche die Herstellung einer sowohl in Förderrichtung als auch quer dazu in der Faserstoffbahnebene gestauchte Faserstoffbahn ermöglicht. An object of the invention is to improve one of the roller arrangements mentioned in the opening paragraph. In particular, one object is to create a roller arrangement that enables the production of a fibrous web that is compressed both in the conveying direction and transversely thereto in the fibrous web plane.
Die Aufgaben werden durch eine Walzenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass die Spannbahn auxetische Eigenschaften aufweist. Die Faserstoffbahn kann - je nach Anwendungsfall - zwischen der Hauptwalze und der Spannbahn führbar sein oder die Spannbahn ist in direktem Kontakt über die Hauptwalze geführt, so dass die Spannbahn zwischen der Hauptwalze und der Faserstoffbahn angeordnet ist. Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, anstelle einer Spannbahn mit gewöhnlichen elastischen Eigenschaften, d.h. mit nicht auxetischen Eigenschaften, eine Spannbahn mit auxetischen Eigenschaften zu verwenden. Auxetische Eigenschaften liegen vor, wenn beispielsweise eine Dehnung der Spannbahn, zum Beispiel infolge einer auf die Spannbahn wirkenden Zugkraft, eine Dehnung oder Streckung in Richtung quer zur Zugkraftrichtung hervorruft. Diese Eigenschaft ermöglicht es, durch eine wohldosierte Dehnung/Zugkraft der Spannbahn in einer ersten Richtung, eine kontrollierte Dehnung der Spannbahn in einer zweiten Richtung zu erzeugen, bevor diese mit der Faserstoffbahn zusammengeführt wird. Wenn die Zugkraft nach dem Zusammenführen von Spannbahn und Faserstoffbahn reduziert wird, schrumpft die Spannbahn und letztlich auch die von der Spannbahn getragene Faserstoffbahn, wodurch die Faserstoffbahn kontrollierbar gestaucht wird. The objects are solved by a roller arrangement with the features of claim 1 and in particular by the fact that the tensioning web has auxetic properties. Depending on the application, the fibrous web can be guided between the main roller and the tensioning web, or the tensioning web is guided in direct contact over the main roller, so that the tensioning web is arranged between the main roller and the fibrous web. The invention is based on the general idea of using a tensioning sheet with auxetic properties instead of a tensioning sheet with ordinary elastic properties, ie non-auxetic properties. Auxetic properties are present if, for example, an elongation of the tensioning sheet, for example as a result of a tensile force acting on the tensioning sheet, causes a stretching or stretching in a direction transverse to the direction of the tensile force. This property makes it possible to produce a controlled stretching of the tensioning web in a second direction by a well-dosed stretching/traction of the tensioning web in a first direction before it is brought together with the fibrous web. If the tensile force is reduced after the tension web and fibrous web have been brought together, the tension web and ultimately also the fibrous web carried by the tension web shrink, as a result of which the fibrous web is compressed in a controllable manner.
Mit anderen Worten dient die vorgespannte Spannbahn als Träger, deren durch eine Entspannung bewirkte Kontraktion zumindest teilweise auf die Faserstoffbahn übertragen wird. Letztlich kann durch die Wahl einer geeigneten Vorspannung der Spannbahn gezielt der gewünschte Schrumpfungseffekt bewirkt werden. In other words, the pre-stressed tension web serves as a carrier, whose contraction caused by relaxation is at least partially transferred to the fibrous web. Ultimately, the desired shrinkage effect can be brought about in a targeted manner by selecting a suitable pre-tensioning of the tensioning membrane.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung, den Unteransprüchen sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen. Advantageous configurations of the invention can be found in the description, the dependent claims and the accompanying drawings.
Die Spannbahn definiert eine Spannbahnebene. Die Spannbahnebene bildet dabei eine Auflagefläche für die Faserstoffbahn. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Spannbahn in der durch die Spannbahn aufgespannten Spannbahnebene auxetische Eigenschaften auf. Somit bewirkt eine in der Spannbahnebene auf die Spannbahn wirkende Zugkraft, dass sich die Spannbahn in Richtung der Zugkraft sowie in einer Richtung quer dazu in der Spannbahnebene ausdehnt. Beispielsweise bewirkt eine Streckung der Spannbahn in Förderrichtung eine Ausdehnung der Spannbahn in einer Richtung quer dazu. Oder bildlich formuliert: Die Spannbahn wird breiter. Für besondere Anwendungen kann die Spannbahn auch in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht, zur Spannbahnebene auxetische Eigenschaften aufweisen. Bevorzugt ist die Spannbahn in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht, zur Spannbahnebene im Wesentlichen inkompressibel oder weist „normale“ elastische, d.h. keine auxetischen, Eigenschaften auf. The tension track defines a tension track plane. The tension web level forms a support surface for the fibrous web. According to an advantageous embodiment, the tensioning sheet has auxetic properties in the tensioning sheet plane spanned by the tensioning sheet. A tensile force acting on the tension sheet in the plane of the tension sheet thus causes the sheet to expand in the direction of the tensile force and in a direction transverse thereto in the plane of the tension sheet. For example, a stretching of the clamping web in the conveying direction causes a Expansion of the span in a direction transverse to it. Or to put it figuratively: the tensioning track is getting wider. For special applications, the tensioning sheet can also have auxetic properties in a direction transverse, in particular perpendicular, to the plane of the tensioning sheet. The tensioning web is preferably essentially incompressible in a direction transverse, in particular perpendicular, to the plane of the tensioning web or has “normal” elastic properties, ie no auxetic properties.
Zur Verwirklichung der auxetischen Eigenschaften kann die Spannbahn ein auxetisches Material und/oder eine auxetische Struktur umfassen. Überdies ist es möglich, dass das Spannband ein elastisches Grundband aufweist, welches mit einem auxetischen Material und/oder einer auxetischen Struktur versehen ist. Dabei kann das Grundband das auxetische Material und/oder die auxetische Struktur tragen. Insbesondere kann das auxetische Material und/oder die auxetische Struktur in das Grundband eingebettet sein. Die Spannbahn kann Beschichtungen und/oder Oberflächengestaltungen aufweisen, um ihren Oberflächen die jeweils gewünschten Eigenschaften zu verleihen. In order to achieve the auxetic properties, the tensioning sheet can comprise an auxetic material and/or an auxetic structure. Furthermore, it is possible for the tightening strap to have an elastic base strap which is provided with an auxetic material and/or an auxetic structure. The base band can carry the auxetic material and/or the auxetic structure. In particular, the auxetic material and/or the auxetic structure can be embedded in the base band. The tensioning web can have coatings and/or surface designs in order to give its surfaces the properties desired in each case.
Bevorzugt weisen das auxetische Material und/oder die auxetische Struktur eine negative Poissonzahl auf, welche zwischen -0,5 und -1,5 und vorzugsweise zwischen -0,8 und -1,2 liegt. Eine besonders gleichmäßige Dehnung der Faserstoffbahn in der Faserstoffbahnebene in Förderrichtung sowie quer dazu lässt sich erreichen, wenn das auxetische Material und/oder die auxetische Struktur eine Poissonzahl von zumindest annähernd -1,0 aufweist, da hierbei die Spannbahn nach Aufhebung der Zugkraft gleichmäßig in der Spannbahnebene entgegen der Zugkraftrichtung sowie in einer Richtung quer dazu schrumpft. The auxetic material and/or the auxetic structure preferably have a negative Poisson's ratio which is between -0.5 and -1.5 and preferably between -0.8 and -1.2. A particularly uniform stretching of the fibrous web in the plane of the fibrous web in the conveying direction and transversely to it can be achieved if the auxetic material and/or the auxetic structure has a Poisson's ratio of at least approximately -1.0, since the tension web is evenly distributed in the Tension track level shrinks against the direction of tensile force and in a direction transverse to it.
Vorzugsweise dient die Spannbahn zumindest abschnittsweise zur Stützung der Faserstoffbahn während die Faserstoffbahn entlang der Walzanordnung gefördert wird. Eine ausreichende Stützung der Faserstoffbahn bei gleichzeitig guter Dehnbarkeit der Spannbahn lässt sich beispielsweise erreichen, wenn die Spannbahn eine Härte von 25 bis 65 ShA, vorzugsweise von 30 bis 60 ShA und beispielsweise von 35 bis 55 ShA aufweist. The tensioning web is preferably used, at least in sections, to support the fibrous web while the fibrous web is being conveyed along the roller arrangement. Adequate support of the fibrous web with good Extensibility of the tensioning sheet can be achieved, for example, if the tensioning sheet has a hardness of 25 to 65 ShA, preferably 30 to 60 ShA and for example 35 to 55 ShA.
Die Walzenanordnung kann eine Spanneinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, in Förderrichtung der Spannbahn vor der Hauptwalze eine Zugkraft auf die Spannbahn auszuüben. Die Spanneinrichtung kann zu diesem Zweck eine Spannwalze umfassen. The roller arrangement can have a tensioning device which is designed to exert a tensile force on the tensioning web in front of the main roller in the conveying direction of the tensioning web. For this purpose, the tensioning device can comprise a tensioning roller.
Eine Zugkraft lässt sich beispielsweise dadurch auf die Spannbahn übertragen, indem die Hauptwalze und die Spannwalze jeweils zu einer Drehbewegung antreibbar sind, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mit der die Drehbewegungen der Hauptwalze und der Spannwalze individuell derart steuerbar sind, dass die Spannbahn in Förderrichtung der Spannbahn vor der Hauptwalze unter Spannung gesetzt wird. A tensile force can be transferred to the tensioning web, for example, in that the main roller and the tensioning roller can each be driven to rotate, with a control device being provided with which the rotary movements of the main roller and the tensioning roller can be individually controlled in such a way that the tensioning web moves in the conveying direction of the Tension web is put under tension in front of the main roller.
Durch die Steuereinrichtung lassen sich die Hauptwalze und/oder die Spannwalze insbesondere derart betreiben, dass die Fördergeschwindigkeiten der Spannbahn entlang der Hauptwalze (geringfügig) höher ist als entlang der Spannwalze, beispielsweise indem unterschiedliche Drehmomente aufgebracht werden. The main roller and/or the tension roller can be operated by the control device in such a way that the conveying speed of the tension web is (slightly) higher along the main roller than along the tension roller, for example by applying different torques.
Dadurch wirkt im Zulauf der Hauptwalze eine Zugkraft auf die Spannbahn, wodurch die Spannbahn aufgrund ihrer auxetischen Eigenschaften in Querrichtung gedehnt wird. Im Rücklauf der Hauptwalze, d.h. im Zulauf der Spannwalze, steht die Spannbahn unter weniger Spannung oder ist nahezu zugkraftfrei, so dass die Spannbahn in einem weniger stark gedehnten oder einem ungedehnten Zustand von der Hauptwalze zur Spannwalze zurückgefördert wird. As a result, a tensile force acts on the tensioning sheet in the inlet of the main roller, as a result of which the tensioning sheet is stretched in the transverse direction due to its auxetic properties. In the return of the main roller, i.e. in the inlet of the stretching roller, the stretching web is under less tension or is almost free of tensile force, so that the stretching web is conveyed back from the main roller to the stretching roller in a less stretched or unstretched state.
Zur Bewirkung unterschiedlicher Drehmomente, kann die Hauptwalze beispielsweise aktiv mittels eines Antriebs angetrieben werden, wohingegen die Spannwalze ohne eigenen Antrieb passiv, d.h. lediglich durch die Hauptwalze über die Spannbahn, mitangetrieben wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Spannwalze und/oder der Spannbahn ein Bremsmittel zugeordnet ist. Das Bremsmittel kann in Form einer mechanischen Bremse und/oder einer elektromechanischen Bremse und/oder einer elektrodynamischen Bremse ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Hauptwalze und die Spannwalze jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen, der jeweils separat ansteuerbar ist. To effect different torques, the main roller can be actively driven by a drive, for example, whereas the Tensioning roller is passively driven without its own drive, ie only driven by the main roller via the tensioning track. Alternatively or additionally, it can be provided that a braking means is assigned to the tensioning roller and/or the tensioning track. The braking means can be in the form of a mechanical brake and/or an electromechanical brake and/or an electrodynamic brake. It can also be provided that the main roller and the tensioning roller each have their own drive, which can each be controlled separately.
Für eine besonders gleichmäßige Stauchung der Faserstoffbahn sowie zu deren zusätzlichen Stützung kann die Walzenanordnung eine mit der Spannbahn zusammenwirkende Andruckbahn umfassen, die dazu dient, die Faserstoffbahn zwischen sich und der Spannbahn entlang eines Umfangsabschnitts der Hauptwalze zu führen. Die Andruckbahn kann ebenso wie die Spannbahn auxetische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können die Spannbahn und die Andruckbahn im Wesentlichen dieselben auxetischen Eigenschaften aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Spannbahn und die Andruckbahn unterschiedliche auxetische Eigenschaften aufweisen. For a particularly uniform compression of the fibrous web and for its additional support, the roller arrangement can comprise a pressure web which interacts with the tensioning web and serves to guide the fibrous web between itself and the tensioning web along a circumferential section of the main roller. The pressure sheet can have auxetic properties just like the tension sheet. In particular, the tension sheet and the pressure sheet can have essentially the same auxetic properties. However, it is also possible for the clamping sheet and the pressure sheet to have different auxetic properties.
Die Andruckbahn kann auch die Funktion der Spannbahn erfüllen, wenn sie auxetische Eigenschaften aufweist. Die Spannbahn zwischen der Faserstoffbahn und der Hauptwalze ist in diesem Fall entbehrlich. The pressure track can also fulfill the function of the tension track if it has auxetic properties. In this case, the tensioning web between the fibrous web and the main roller is not necessary.
Damit die Andruckbahn zusammen mit der Spannbahn abschnittsweise entlang der Hauptwalze geführt ist, kann vorgesehen sein, dass die Andruckbahn mittels einer in Förderrichtung der Faserstoffbahn bezüglich der Hauptwalze vorgelagerten Um lenkwalze und einer in Förderrichtung der Faserstoffbahn bezüglich der Hauptwalze nachgelagerten Um lenkwalze entlang eines für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Umfangsabschnitts der Hauptwalze geführt ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung und insbesondere zum Dehnen der Andruckbahn kann die Walzenanordnung eine Spanneinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, in Förderrichtung der Andruckbahn vor der Hauptwalze eine Zugkraft auf die Andruckbahn auszuüben. Dabei kann die Spanneinrichtung der Andruckbahn entsprechend der Spanneinrichtung der Spannbahn ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Spanneinrichtung der Andruckbahn ein Bremsmittel zum Bremsen der Andruckbahn und/oder einer der Andruckbahn zugeordneten Spannwalze umfassen. So that the pressure web is guided along the main roller together with the tensioning web in sections, it can be provided that the pressure web is guided by means of a deflection roller upstream of the main roller in the conveying direction of the fibrous web and a deflection roller downstream of the main roller in the conveying direction of the fibrous web along one for the respective Application suitable peripheral portion of the main roller is performed. According to an advantageous embodiment and in particular for stretching the pressure web, the roller arrangement can have a tensioning device which is designed to exert a tensile force on the pressure web in front of the main roller in the conveying direction. The tensioning device of the pressure track can be designed in accordance with the tensioning device of the tensioning track. In particular, the tensioning device of the pressure track can comprise a braking means for braking the pressure track and/or a tensioning roller assigned to the pressure track.
Die Spannbahn und - falls vorhanden - die Andruckbahn lassen sich nicht nur mittels einer Spannwalze dehnen, sondern zusätzlich oder alternativ auch mittels mindestens einer Breitstreckwalze, vorzugsweise können auch zwei, drei oder vier Breitstreckwalzen vorgesehen sein. Dabei dehnt eine der Spannbahn zugeordnete Breitstreckwalze die Spannbahn in der Spannbahnebene in Richtung quer zur Förderrichtung der Spannbahn, wobei die Spannbahn aufgrund ihrer auxetischen Eigenschaften auch in Förderrichtung in der Spannbahnebene gedehnt wird. Eine Spannwalze kann hierbei vorgesehen sein, um einen ausreichenden Bahnzug in Förderrichtung aufrechtzuerhalten. Analoges gilt für eine der Andruckbahn zugeordnete Breitstreckwalze. The tensioning web and--if present--the pressure web can be stretched not only by means of a tensioning roller, but additionally or alternatively also by means of at least one spreader roller, preferably two, three or four spreader rollers can also be provided. A spreader roller assigned to the tensioning web stretches the tensioning web in the tensioning web plane in a direction transverse to the conveying direction of the tensioning web, the tensioning web also being stretched in the conveying direction in the tensioning web plane due to its auxetic properties. A tension roller can be provided here in order to maintain sufficient web tension in the conveying direction. The same applies to a spreader roller assigned to the pressure web.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es vorstellbar, dass anstelle der Breitstreckwalze ein anderes Breitstreckelement, wie beispielsweise eine Breitstreckbürste oder eine Breitstreckstange verwendet wird. Vorzugsweise können auch zwei, drei oder vier Breitelemente vorgesehen sein. In an alternative embodiment of the invention, it is conceivable for another spreading element, such as a spreading brush or a spreading rod, to be used instead of the spreader roller. Two, three or four wide elements can preferably also be provided.
Vorteilhafterweise ist eine Breitstreckbürste eine sehr einfache Ausführungsform und wirkt sich gleichzeitig positiv auf die Oberfläche der Spannbahn aus. Vorteilhafterweise ist eine Breitstreckstange eine sehr kostengünstige Ausführungsvariante eines Breitstreckelementes. Vorteilhafterweise können mehrere, insbesondere zwei, insbesondere drei, oder insbesondere vier, Breitstreckwalzen ein Breitstreckwerk bilden. Advantageously, a spreader brush is a very simple embodiment and at the same time has a positive effect on the surface of the stretch web. Advantageously, a spreader bar is a very cost-effective variant of a spreader element. Advantageously, several, in particular two, in particular three, or in particular four spreader rollers can form a spreader.
Vorteilhafterweise können auch mehrere, insbesondere zwei, insbesondere drei, oder insbesondere vier, Breitstreckelemente, beispielsweise eine Breitstreckbürste oder eine Breitstreckstange, ein Breitstreckwerk bilden. Advantageously, several, in particular two, in particular three, or in particular four, spreader elements, for example a spreader brush or a spreader bar, can form a spreader.
Die Hauptwalze kann zusammen mit einer Stauchwalze eine Stauchpresse bilden, wobei die die Faserstoffbahn aufnehmende Spannbahn und - falls vorhanden - die Andruckbahn durch einen Nip (Stauchnip) zwischen der Stauchwalze und der Hauptwalze geführt ist. Die Hauptwalze fungiert gleichsam als Gegenwalze der Stauchwalze. Zur Erzeugung der Querschrumpfung der Faserstoffbahn in der Stauchpresse werden in dem Stauchnip in Richtung parallel zu den Längsachsen der Stauchwalze und Hauptwalze von außen nach innen gerichteter Axialkräfte erzeugt, welche auf die Faserstoffbahn übertragen werden, um die Faserstoffbahn in der Faserstoffbahnebene quer zur Förderrichtung zu stauchen. Insbesondere unterstützen diese Kräfte die Querkräfte, die mit einer Entspannung der Spannbahn einhergehen. Diese Kräfte bewirken dann zusammen die gewünschte Querstauchung der Faserstoffbahn. The main roller together with an edging roller can form an edging press, the tension web receiving the fibrous web and--if present--the pressure web being guided through a nip (upset nip) between the edging roller and the main roller. The main roller acts as a counter-roller for the edging roller. In order to generate the transverse shrinkage of the fibrous web in the edging press, axial forces directed from the outside inwards are generated in the edging nip in a direction parallel to the longitudinal axes of the edging roller and main roller, which are transmitted to the fibrous web in order to compress the fibrous web in the fibrous web plane transversely to the conveying direction. In particular, these forces support the transverse forces associated with relaxation of the tensioning track. These forces then bring about the desired transverse compression of the fibrous web.
Zur Querstauchung der Spannbahn und letztlich der Faserstoffbahn kann die Stauchwalze einen um eine Längsachse rotierbaren rotationssymmetrischen Grundkörper mit einer Mantelfläche aufweisen, an der zumindest zwei elastisch deformierbare und/oder auslenkbare ringförmige Lamellen angeordnet sind, die sich in radialer Richtung von der Mantelfläche weg erstrecken und die den Grundkörper in Umfangsrichtung umgeben, insbesondere wobei die Lamellen in Richtung Mittenebene der Walze unter Bildung eines Neigungswinkels schräg zu einer senkrecht zur Längsachse der Walze ausgerichteten Mittenebene der Walze geneigt sind. Für eine besonders gleichmäßige Querstauchung können die Lamellen paarweise symmetrisch bezüglich der Mittenebene ausgerichtet sein. Die Lamellen können an einem Walzenbezug ausgebildet sein, welcher über den Grundkörper der Stauchwalze übergezogen ist. Andere Ausgestaltungen der Stauchwalze bzw. des entsprechenden Walzenbezugs sind möglich. For transverse compression of the tensioned web and ultimately the fibrous web, the compression roller can have a rotationally symmetrical base body that can be rotated about a longitudinal axis and has a lateral surface on which at least two elastically deformable and/or deflectable annular lamellae are arranged, which extend away from the lateral surface in the radial direction and which surrounding the base body in the circumferential direction, in particular with the lamellae being inclined in the direction of the center plane of the roll, forming an angle of inclination, in relation to a center plane of the roll oriented perpendicularly to the longitudinal axis of the roll. For a particularly uniform transverse compression, the slats can be aligned in pairs symmetrically with respect to the center plane. the Lamellae can be formed on a roll cover, which is pulled over the base body of the edging roll. Other configurations of the compression roller or the corresponding roller cover are possible.
Für eine noch stärkere Stauchung der Spannbahn sowie der von der Spannbahn getragenen Faserstoffbahn kann mindestens eine weitere Stauchwalze der Hauptwalze zugeordnet sein und mit dieser einen Nip ausbilden, durch den die Spannbahn geführt ist. Die mindestens eine weitere Stauchwalze kann analog zu der vorstehend beschriebenen Stauchwalze ausgebildet sein. For an even stronger compression of the tensioning web and the fibrous web carried by the tensioning web, at least one further compression roller can be assigned to the main roller and form a nip with it, through which the tensioning web is guided. The at least one further upset roller can be designed analogously to the upset roller described above.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Zuführwalze vorgesehen sein, welche zusammen mit der Hauptwalze einen Nip (Zuführnip) ausbildet, der in Umfangsrichtung der Hauptwalze gesehen dem Stauchnip - in Förderrichtung gesehen - vorgelagert ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Walzenanordnung ist der Zuführnip um mindestens 15° - in Umfangsrichtung der Hauptwalze gesehen - dem Stauchnip vorgelagert. Gemäß einer Ausführungsform gelangen die Spannbahn und die Faserstoffbahn hier in Kontakt miteinander. Die Linienlast in dem Zuführnip kann bedarfsgerecht angepasst werden, um eine gewünschte Haftung zwischen der Spannbahn und der Faserstoffbahn zu erreichen, beispielsweise durch eine Anpassung der Nip-Breite. According to an advantageous embodiment, a feed roller can be provided which, together with the main roller, forms a nip (feed nip) which, seen in the circumferential direction of the main roller, is upstream of the compression nip—seen in the conveying direction. According to a particularly preferred embodiment of the roller arrangement, the feed nip is positioned at least 15° in front of the compression nip, viewed in the circumferential direction of the main roller. According to one embodiment, the tension web and the fibrous web come into contact with one another here. The line load in the feed nip can be adjusted as required in order to achieve a desired adhesion between the tensioning web and the fibrous web, for example by adjusting the nip width.
Analog zu der Situation im Stauchnip verengt sich der Abstand zwischen der Zuführwalze und der Hauptwalze bis hin zur Mitte des Zuführnips, wo der Abstand zwischen Zuführwalze und Hauptwalze ein Minimum erreicht. Aufgrund der Verengung zwischen den Walzen tritt der Venturi-Effekt auf, so dass die Spannbahn und letztlich auch die von der Spannbahn stabilisierte Faserstoffbahn infolge der Verengung zunächst beschleunigt und anschließend aufgrund der Erweiterung hinter der Mitte des Zuführnips abgebremst werden. Hierdurch wird die letztlich Faserstoffbahn in Förderrichtung gestaucht. Eine derartige Stauchung in Förderrichtung kann zu einer Erhöhung der Bruchdehnung in Förderrichtung von 6 bis 8 % führen. Analogously to the situation in the stuffing nip, the distance between the feed roller and the main roller narrows up to the middle of the feed nip, where the distance between the feed roller and the main roller reaches a minimum. Due to the narrowing between the rollers, the Venturi effect occurs, so that the tensioning web and ultimately also the fibrous web stabilized by the tensioning web are initially accelerated as a result of the narrowing and then decelerated due to the widening behind the middle of the feed nip. As a result, the ultimately fibrous web is compressed in the conveying direction. Such a sprain in the conveying direction can lead to an increase in the elongation at break in the conveying direction of 6 to 8%.
Mit anderen Worten ermöglicht der Nip zwischen der Zuführwalze und der Flauptwalze ergänzend die Nutzung des Venturi-Effekts, um eine zusätzliche Stauchung der Faserstoffbahn in Förderrichtung zu erreichen. Grundsätzlich ist dies auch im Stauchnip zu beobachten. In other words, the nip between the feed roller and the flap roller also allows the Venturi effect to be used in order to achieve additional compression of the fibrous web in the conveying direction. Basically, this can also be observed in the upset nip.
Die Erfindung ist außerdem auf ein Verfahren zur Fierstellung einer gestauchten Faserstoffbahn gerichtet, insbesondere unter Verwendung einer wie vorstehend beschriebenen Walzenanordnung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: The invention is also directed to a method for laying a compressed fibrous web, in particular using a roller arrangement as described above. The procedure includes the following steps:
Dehnen einer Spannbahn mit auxetischen Eigenschaften in Förderrichtung und/oder quer zur Förderrichtung in einer Spannbahnebene vor dem Zusammenführen mit der Faserstoffbahn; Stretching a tensioning web with auxetic properties in the conveying direction and/or transversely to the conveying direction in a tensioning web plane before it is brought together with the fibrous web;
Zusammenführen der Faserstoffbahn mit der gedehnten Spannbahn, so dass die Spannbahn und die Faserstoffbahn sich im Kontakt miteinander befinden; zumindest teilweises Entspannen der gedehnten Spannbahn; und Trennen der Faserstoffbahn von der zumindest teilweise entspannten Spannbahn. bringing the fibrous web together with the stretched tension web so that the tension web and the fibrous web are in contact with each other; at least partially relaxing the stretched span; and separating the fibrous web from the at least partially relaxed tension web.
Durch das Entspannen der Spannbahn kontrahiert sich diese, was letztlich zu der gewünschten Schrumpfung die von ihr getragenen Faserstoffbahn führt. By relaxing the tension web, it contracts, which ultimately leads to the desired shrinkage of the fibrous web supported by it.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Walzenanordnung mit einer Breitstreckwalze und einer Stauchwalze; The invention is explained below purely by way of example using advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it: 1 shows a schematic side view of a roller arrangement with a spreader roller and a compression roller;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Walzenanordnung mit mehreren, insbesondere zwei, Breitstreckwalzen und mehreren Stauchwalzen; 2 shows a schematic side view of a roller arrangement with several, in particular two, spreader rollers and several compression rollers;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Walzenanordnung mit einer Flauptwalze und einer jeweils entlang der Flauptwalze abschnittsweise geführten Spannbahn sowie Andruckbahn mit jeweils zugeordneten Spanneinrichtungen für die Spannbahn und die Andruckbahn; 3 shows a schematic side view of a roller arrangement with an upper roller and a tensioning web guided in sections along the upper roller and a pressure web with respectively associated tensioning devices for the tensioning web and the pressure web;
Fig. 4 schematisch eine Stauchwalze der Walzenanordnung von Fig. 1 oder Fig. 2; Fig. 4 shows schematically an edging roller of the roller arrangement of Fig. 1 or Fig. 2;
Fig. 5 eine schematische Darstellung in Draufsicht auf eine Stauchung einer Faserstoffbahn unter Verwendung einer Spannbahn mit auxetischen Eigenschaften; und 5 shows a schematic illustration in plan view of a compression of a fibrous web using a tension web with auxetic properties; and
Fig. 6 das Wirkprinzip der auxetischen Struktur. 6 shows the principle of action of the auxetic structure.
In den Zeichnungen sind verschiedene Aspekte einer Walzenanordnung zur Fierstellung einer gestauchten Faserstoffbahn dargestellt. Fig. 1 und 2 zeigen verwandte Ausführungsformen, bei denen Stauchwalzen zum Einsatz gelangen. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der anstelle einer Stauchwalze eine Andruckbahn als Gegendruckelement zur Erzeugung der Faserbahnstauchung fungiert. In the drawings, various aspects of a roller arrangement for the release of a compressed fibrous web are shown. 1 and 2 show related embodiments using edging rolls. FIG. 3 shows an embodiment in which, instead of a compression roller, a pressure web acts as a counter-pressure element for producing the compression of the fiber web.
Im Folgenden wird nun anhand der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform eine Walzenanordnung genauer erläutert, wobei bei Bedarf auch auf die restlichen Zeichnungen Bezug genommen wird. Die Walzenanordnung umfasst eine Hauptwalze 10 und eine entlang eines Umfangsabschnitts der Hauptwalze 10 geführte Spannbahn 12, welche zur Aufnahme einer Faserstoffbahn 14 dient. Die Spannbahn 12 definiert eine Spannbahnebene, in der sie 12 auxetische Eigenschaften aufweist. A roller arrangement will now be explained in more detail below on the basis of the first embodiment shown in FIG. 1, with reference also being made to the remaining drawings if required. The roller arrangement comprises a main roller 10 and a tensioning web 12 which is guided along a peripheral section of the main roller 10 and serves to receive a fibrous web 14 . The tension web 12 defines a tension web plane in which it has 12 auxetic properties.
Zur Verwirklichung der auxetischen Eigenschaften kann die Spannbahn 12 ein auxetisches Material und/odereine auxetische Struktur 16 umfassen. Ein Abschnitt einer Spannbahn 12 mit einer auxetischen Struktur 16 ist beispielhaft schematisch in Fig. 5 gezeigt. Das Wirkprinzip der auxetischen Struktur 16 zeigt die Fig. 6. In order to realize the auxetic properties, the tension sheet 12 can comprise an auxetic material and/or an auxetic structure 16 . A section of a tensioning web 12 with an auxetic structure 16 is shown schematically in FIG. 5 by way of example. The operating principle of the auxetic structure 16 is shown in FIG.
Bei „normalen“ elastischen Materialien, d.h. bei Materialien ohne auxetische Eigenschaften, wird bei einer Zugbelastung in Längsrichtung eine Querschrumpfung erzeugt. Die materialspezifische Poissonzahl ist positiv und hat für übliche inkompressible oder nahezu inkompressible Gummiwerkstoffe (z. B. Kautschuk) einen Wert von etwa 0,5. Auxetische Materialien dehnen sich bei einer Zugbelastung in Längsrichtung dahingegen in Querrichtung ebenfalls aus. Die Poissonzahl solcher Materialien ist somit negativ. With "normal" elastic materials, i.e. with materials without auxetic properties, transverse shrinkage is generated when subjected to a tensile load in the longitudinal direction. The material-specific Poisson's number is positive and has a value of around 0.5 for standard incompressible or almost incompressible rubber materials (e.g. caoutchouc). Auxetic materials, on the other hand, also expand in the transverse direction under tensile stress in the longitudinal direction. The Poisson's ratio of such materials is therefore negative.
Grundsätzlich kann dieses Verhalten seinen Ursprung in der mikroskopischen oder molekularen Struktur des Materials haben. Für die vorliegende Anwendung ist eine geeignete Strukturierung des Materials in einer Makroebene bevorzugt. D.h. die makroskopische Geometrie der Struktur ist derart, dass eine Zugbelastung in eine Querdehnung umgesetzt wird. Beispiele hierfür sind in den Fig. 5 und 6 angegeben. Diese Strukturen können zwei- oder dreidimensional sein (z.B. „reentrant honeycomb structure“ bzw. Muira-Ori Tesselation). Sie können beispielsweise durch additive Fertigungsprozesse hergestellt werden. In principle, this behavior can have its origin in the microscopic or molecular structure of the material. Suitable structuring of the material on a macro level is preferred for the present application. This means that the macroscopic geometry of the structure is such that a tensile load is converted into a transverse strain. Examples of this are given in FIGS. 5 and 6. These structures can be two- or three-dimensional (e.g. "reentrant honeycomb structure" or Muira-Ori tessellation). For example, they can be produced by additive manufacturing processes.
Die Spannbahn 12 kann beispielsweise nur ein auxetisches Material und/odereine auxetische Struktur 16 aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass das Spannbahn 12 ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes elastisches Grundband aufweist, welches mit einem auxetischen Material und/oder einer auxetischen Struktur 16 versehen ist. Dabei kann das Grundband das auxetische Material und/oder die auxetische Struktur tragen. Insbesondere kann das auxetische Material und/oder die auxetische Struktur in das Grundband eingebettet sein. The tensioning web 12 can only have an auxetic material and/or an auxetic structure 16, for example. But it is also possible that the clamping track 12 has an elastic base band, not shown in the drawings, which is provided with an auxetic material and/or an auxetic structure 16 . The base band can carry the auxetic material and/or the auxetic structure. In particular, the auxetic material and/or the auxetic structure can be embedded in the base band.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, die vorstehend beschriebenen außergewöhnlichen Eigenschaften auxetischen Materials bzw. auxetischer Strukturen zu nutzen, um eine Faserstoffbahn kontrolliert in Förderrichtung und/oder quer dazu schrumpfen. Zu diesem Zweck wird die Spannbahn 12 vor dem Kontakt mit der Faserstoffbahn 14 mit einer Zugkraft beaufschlagt, so dass gedehnt wird. Eine nachfolgende Entspannung der Spannbahn 12 führt zu einer Stauchung der mit ihr in Verbindung stehenden Faserstoffbahn 14. Um die Flaftung zwischen den Bahnen 12, 14 zu verbessern, kann die Spannbahn 12 mit einer entsprechenden Beschichtung und/oder Strukturierung versehen sein. The present invention is based on the basic idea of using the exceptional properties of auxetic material or auxetic structures described above in order to shrink a fibrous web in a controlled manner in the conveying direction and/or transversely thereto. For this purpose, the tension web 12 is subjected to a tensile force before it comes into contact with the fibrous web 14, so that it is stretched. Subsequent relaxation of the tensioning web 12 leads to a compression of the fibrous web 14 connected to it. In order to improve the flattening between the webs 12, 14, the tensioning web 12 can be provided with a corresponding coating and/or structuring.
Zusätzlich zu der Flauptwalze 10 ist eine Stauchwalze 13 vorgesehen, die zusammen mit der Flauptwalze 10 eine Stauchpresse 30 bildet, wobei die Spannbahn 12 mit der von ihr aufgenommenen Faserstoffbahn 14 durch einen zwischen der Stauchwalze 13 und der Flauptwalze 10 gebildeten Nip 34 (Stauchnip 34) geführt ist. Die Faserstoffbahn 14 ist dabei zwischen der Flauptwalze 10 und der Spannbahn 12 angeordnet. In addition to the main roller 10, an edging roller 13 is provided, which forms an edging press 30 together with the main roller 10, the tension web 12 with the fibrous web 14 it has received being formed by a nip 34 (upset nip 34) between the edging roller 13 and the main roller 10. is led. The fibrous web 14 is arranged between the flap roller 10 and the tensioning web 12 .
Die Stauchwalze 13 weist einen um eine Längsachse L rotierbaren rotationssymmetrischen Grundkörper 36 mit einer Mantelfläche 38 auf, an der eine Mehrzahl von elastisch deformierbaren und/oder auslenkbaren ringförmigen Lamellen 40 angeordnet ist, die sich in radialer Richtung von der Mantelfläche 38 weg erstrecken und die den Grundkörper 36 in Umfangsrichtung umgeben (Fig. 4). In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Lamellen 40 paarweise spiegelsymmetrisch in Richtung einer Mittenebene E der Stauchwalze 13 unter Bildung eines Neigungswinkels schräg geneigt, wobei die Mittenebene E senkrecht zur Längsachse L der Stauchwalze 13 ausgerichtet ist. Anstelle von einer Ausbildung der Lamellen 40 an der Mantelfläche 38 des Grundkörpers 36 der Stauchwalze 13 können die Lamellen 40 auch an einem Walzenbezug ausgebildet sein, welcher über den Grundkörper 36 überziehbar ist. Compression roller 13 has a rotationally symmetrical base body 36 that is rotatable about a longitudinal axis L and has a lateral surface 38, on which a plurality of elastically deformable and/or deflectable annular lamellae 40 are arranged, which extend in the radial direction away from the lateral surface 38 and which Base body 36 surrounded in the circumferential direction (Fig. 4). In the embodiment shown in Fig. 4, several slats 40 in pairs mirror-symmetrically inclined in the direction of a central plane E of the edging roller 13 to form an angle of inclination, the central plane E being oriented perpendicular to the longitudinal axis L of the edging roller 13 . Instead of forming the lamellae 40 on the lateral surface 38 of the base body 36 of the edging roller 13, the lamellae 40 can also be formed on a roller covering which can be pulled over the base body 36.
Durch Ausübung eines Drucks auf die Lamellen 40 (erzeugt durch die Hauptwalze 10) werden die Lamellen 40 in Richtung der Mittenebene E der Stauchwalze 13 ausgelenkt. Wenn der Abstand zwischen den Walzen 10, 13 einstellbar ist, insbesondere indem der Abstand zwischen den jeweiligen Längsachse L Walzen 10, 13 veränderbar ist, kann auch der auf die Lamellen 40 wirkende Druck variiert werden. Dabei gilt, je geringer der Abstand zwischen der Hauptwalze 10 und der Stauchwalze 13 ist, desto stärker werden die Lamellen 40 in dem Stauchnip 34 ausgelenkt. Die Lamellen 40 werden in dem Stauchnip 34 zusammengedrückt, d.h. in Richtung der Mittenebene E der Stauchwalze 13 ausgelenkt, und bewegen sich danach in ihre Ursprungslage zurück. Bei der Kompression der Lamellen 40 erzeugen diese aufgrund ihrer Ausgestaltung nach innen gerichtete Querkräfte, durch die die Spannbahn 12 unmittelbar bzw. die von der Spannbahn 12 getragene Faserstoffbahn 14 mittelbar während der Zuführung zur Mitte des Stauchnips 34 in Querrichtung gestaucht werden. Für eine noch stärkere Stauchung der Spannbahn 12 bzw. der von der Spannbahn 12 geförderten Faserstoffbahn 14 können mehrere Stauchwalzen 13 der Hauptwalze 10 zugeordnet sein, welche jeweils mit der Hauptwalze 10 einen Stauchnip 34 ausbilden (Fig. 2). By exerting pressure on the lamellae 40 (generated by the main roller 10), the lamellae 40 are deflected in the direction of the center plane E of the compression roller 13. If the distance between the rollers 10, 13 can be adjusted, in particular by the distance between the respective longitudinal axis L rollers 10, 13 being variable, the pressure acting on the lamellae 40 can also be varied. In this case, the smaller the distance between the main roller 10 and the edging roller 13, the more the lamellae 40 are deflected in the edging nip 34. The lamellae 40 are pressed together in the compression nip 34, i.e. deflected in the direction of the central plane E of the compression roller 13, and then move back to their original position. When the lamellae 40 are compressed, they generate inwardly directed transverse forces due to their design, by which the tension web 12 is compressed directly or the fibrous web 14 carried by the tension web 12 indirectly during the feed to the center of the compression nip 34 in the transverse direction. For an even stronger compression of the tensioning web 12 or the fibrous web 14 conveyed by the tensioning web 12, several compression rollers 13 can be assigned to the main roller 10, which each form a compression nip 34 with the main roller 10 (FIG. 2).
Wie vorstehend erläutert wurde, weist das auxetische Material und/oder die auxetische Struktur 16 der Spannbahn 12 eine negative Poissonzahl auf, weshalb eine auf die Spannbahn 12 wirkende Zugkraft keine Kontraktion der Spannbahn 12 in Richtung quer zur Zugkraftrichtung zur Folge hat, sondern eine Ausdehnung in Richtung quer zur Zugkraftrichtung. In den dargestellten Ausführungsbeispielen wirkt die Zugkraft stets in der Spannbahnebene, wobei die aufgrund der auxetischen Eigenschaften der Spannbahn 12 hervorgerufene Ausdehnung in Richtung quer zur Zugkraftrichtung ebenfalls in der Spannbahnebene erfolgt. As explained above, the auxetic material and/or the auxetic structure 16 of the tension sheet 12 has a negative Poisson's ratio, which is why a tensile force acting on the tension sheet 12 does not result in a contraction of the tension sheet 12 in a direction transverse to the direction of the tensile force, but rather an expansion in Direction transverse to the direction of tensile force. In the illustrated embodiments the tensile force always acts in the plane of the tensioning track, the expansion caused by the auxetic properties of the tensioning track 12 in the direction transverse to the direction of the tensile force also taking place in the plane of the tensioning track.
Vorzugsweise nimmt die negative Poissonzahl einen Wert an, der zwischen -0,5 und -1,5 und vorzugsweise zwischen -0,8 und -1,2 liegt. Für eine besonders gleichmäßige Stauchung der Spannbahn 12 nach der Aufhebung der Zugkraft in Gegenrichtung zur Zugkraftrichtung sowie in der Richtung quer dazu ist es von Vorteil, wenn die Spannbahn 12 ein auxetisches Material und/oder eine auxetische Struktur 16 mit einer Poissonzahl von zumindest annähernd -1.0 aufweist. Preferably, the negative Poisson's ratio assumes a value comprised between -0.5 and -1.5 and preferably between -0.8 and -1.2. For a particularly uniform compression of the tensioning sheet 12 after the lifting of the tensile force in the opposite direction to the direction of tension and in the direction transverse thereto, it is advantageous if the tensioning sheet 12 is an auxetic material and/or an auxetic structure 16 with a Poisson's ratio of at least approximately -1.0 having.
Die Zugkraft kann auf die Spannbahn 12 in einer Förderrichtung MD der Spannbahn 12 aber auch in einer zur Förderrichtung MD in der Spannbahnebene quer ausgerichteten Querrichtung CD wirken. Wirkt die Zugkraft in der Förderrichtung MD auf die Spannbahn 12, so dehnt sich die Spannbahn 12 in der Spannbahnebene in der Querrichtung CD auf. In vergleichbarer Weise kann sich die Spannbahn 12 in der Förderrichtung MD ausdehnen, wenn die Zugkraft auf die Spannbahn 12 in Querrichtung CD wirkt. The tensile force can act on the tensioning web 12 in a conveying direction MD of the tensioning web 12 but also in a transverse direction CD aligned transversely to the conveying direction MD in the tensioning web plane. If the tensile force acts on the tension sheet 12 in the conveying direction MD, the tension sheet 12 expands in the plane of the tension sheet in the transverse direction CD. In a comparable manner, the tension sheet 12 can expand in the conveying direction MD when the tensile force acts on the tension sheet 12 in the transverse direction CD.
Zur Erzeugung einer Zugkraft weist die Walzenanordnung eine Spanneinrichtung 18 auf. Sie umfasst eine Breitstreckwalze 20. Die Breitstreckwalze 20 dient dazu, die Spannbahn 12 vor der Aufnahme der Faserstoffbahn 14 in der Spannbahnebene in Richtung quer zur Förderrichtung MD zu dehnen. Dabei wirken parallel zu der Längsachsen L der Breitstreckwalze 20 gegenläufig nach außen gerichtete Axialkräfte auf die Spannbahn 12, wodurch die Spannbahn 12 in der Spannbahnebene in Richtung quer zur Förderrichtung MD, d.h. in ihrer Querrichtung CD, und folglich auch in der Förderrichtung MD gedehnt wird. Es sei angemerkt, dass die Längsachse L der Breitstreckwalze 20 senkrecht zur Förderrichtung MD und parallel zur Spannbahnebene der Spannbahn 12 ausgerichtet ist. Zwischen der Breitstreckwalze 20 oder einem ausgangseitigen Ende eines Breitstreckwerks 22 mit mehreren Breitstreckwalzen 20 (siehe Fig. 2) ist eine Zuführwalze 42 vorgesehen, welche zusammen mit der Hauptwalze 10 einen Nip 44 (Zuführnip 44) ausbildet. Vorzugsweise können anstatt den in Fig. 2 dargestellten, zwei Breitstreckwalzen 20, auch drei, vier oder fünf Breitstreckwalzen 20 zu einem Breitstreckwerk 22 vorgesehen sein. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es vorstellbar, dass anstelle der Breitstreckwalze ein anderes Breitstreckelement wie beispielsweise eine Breitstreckbürste oder eine Breitstreckstange verwendet wird. Vorzugsweise können auch zwei, drei oder vier Breitelemente vorgesehen sein. The roller arrangement has a tensioning device 18 for generating a tensile force. It comprises a spreader roller 20. The spreader roller 20 serves to stretch the stretch web 12 in the stretch web plane in a direction transverse to the conveying direction MD before the fibrous web 14 is received. Parallel to the longitudinal axis L of the spreader roller 20, axial forces directed outwards act in opposite directions on the tensioning web 12, as a result of which the tensioning web 12 is stretched in the tensioning web plane in a direction transverse to the conveying direction MD, i.e. in its transverse direction CD, and consequently also in the conveying direction MD. It should be noted that the longitudinal axis L of the spreader roller 20 is aligned perpendicularly to the conveying direction MD and parallel to the plane of the tensioning web 12 . A feed roller 42 is provided between the spreader roller 20 or an output end of a spreader 22 with a plurality of spreader rollers 20 (see FIG. 2), which, together with the main roller 10, forms a nip 44 (feed nip 44). Preferably, instead of the two spreader rollers 20 shown in FIG. In an alternative embodiment of the invention, it is conceivable that instead of the spreader roller, another spreader element such as a spreader brush or a spreader rod is used. Two, three or four wide elements can preferably also be provided.
Wie Fig. 1 zeigt, ist die Zuführwalze 42 unmittelbar hinter der Breitstreckwalze 20 angeordnet, um hierdurch möglichst wenig Breitendehnung der Spannbahn 12 zu verlieren. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zuführwalze 42 zu der Breitstreckwalze 20 oder dem Breitstreckwerk 22 in Förderrichtung MD gesehen beabstandet angeordnet ist. Dies ist möglich, so lang eine für den konkreten Anwendungsfall ausreichende Vordehnung der Spannbahn 12 aufrechterhalten werden kann (Fig. 2). As shown in FIG. 1, the feed roller 42 is arranged directly behind the spreader roller 20 in order to lose as little width elongation of the stretch web 12 as possible. However, it can also be provided that the feed roller 42 is arranged at a distance from the spreader roller 20 or the spreader unit 22 as seen in the conveying direction MD. This is possible as long as a pre-stretching of the tension sheet 12 that is sufficient for the specific application can be maintained (FIG. 2).
Der Zuführnip 44 zwischen Zuführwalze 42 und Hauptwalze 10 ist dem Stauchnip 34 in Förderrichtung MD gesehen vorgelagert. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Zuführnip 44 zu dem Stauchnip 34 (Fig. 1) oder zu dem in Förderrichtung gesehen ersten Stauchnip 34 um mindestens 15° vorgelagert (Fig. 2). Die Faserstoffbahn 14 und die Spannbahn 12 stehen dadurch vor dem Stauchnip 34 bereits für eine gewisse Zeit in Kontakt miteinander, was zur Stabilisierung der Faserstoffbahn 14 und damit letztlich zur Erzielung eines qualitativ hochwertigeren Endprodukts beiträgt. Außerdem wird die Spannbahn 12 durch die Führung entlang eines Umfangsabschnitts der Hauptwalze 10 gegen die Faserstoffbahn 14 gepresst, so dass eine hinreichend große Haftung zwischen den Bahnen 12, 14 erreicht wird. In diesem Bereich kann bereits eine Entspannung der Spannbahn 12 einsetzen, die zu einer ersten Stauchung der Faserstoffbahn 14 in MD und CD-Richtung führt. Diese Entspannung setzt spätestens durch die Wirkung der Stauchpresse 30 ein. The feed nip 44 between the feed roller 42 and the main roller 10 is upstream of the compression nip 34 as seen in the conveying direction MD. In the exemplary embodiments shown, the feed nip 44 is at least 15° in front of the compression nip 34 (FIG. 1) or of the first compression nip 34 viewed in the conveying direction (FIG. 2). The fibrous web 14 and the tension web 12 are thus already in contact with one another for a certain time before the compression nip 34, which contributes to the stabilization of the fibrous web 14 and thus ultimately to the achievement of a higher-quality end product. In addition, the tension web 12 is pressed against the fibrous web 14 by the guide along a peripheral section of the main roller 10, so that a sufficiently high level of adhesion between the webs 12, 14 is achieved. In this area, a relaxation of the tension web 12 can already begin, which leads to a first compression of the fibrous web 14 in the MD and CD directions. This relaxation is due to the effect of the compression press 30 at the latest.
Der Zuführnip 44 dient auch zur Längsstauchung der Faserstoffbahn 14, wie im Folgenden beschrieben wird. The feed nip 44 is also used for the longitudinal compression of the fibrous web 14, as will be described below.
In der Förderrichtung MD gesehen verengt sich der Abstand zwischen der Zuführwalze 42 und der Hauptwalze 10 bis hin zur Mitte des Zuführnips 44. Anschließend vergrößert sich der Abstand zwischen Zuführwalze 42 und Hauptwalze 10 wieder. Bei einer Förderung der Spannbahn 12 sowie der Faserstoffbahn 14 entlang des Zuführnips 44 wird die Spannbahn 12 und letztlich auch die von der Spannbahn 12 geförderte Faserstoffbahn 14 aufgrund des Venturi-Effekts infolge der Verengung zunächst beschleunigt und anschließend aufgrund der Erweiterung hinter der Mitte des Zuführnips 44 abgebremst. Hierdurch wird die Spannbahn 12 sowie die zu fördernde Faserstoffbahn 14 in Förderrichtung MD bzw. Längsrichtung gestaucht. Dieser Effekt ist grundsätzlich auch im Stauchnip 34 zu beobachten. Seen in the conveying direction MD, the distance between the feed roller 42 and the main roller 10 narrows up to the center of the feed nip 44. The distance between the feed roller 42 and the main roller 10 then increases again. When the tensioning web 12 and the fibrous web 14 are conveyed along the feed nip 44, the tensioning web 12 and ultimately also the fibrous web 14 conveyed by the tensioning web 12 are first accelerated due to the Venturi effect as a result of the narrowing and then due to the widening behind the center of the feed nip 44 braked. As a result, the tensioning web 12 and the fibrous web 14 to be conveyed are compressed in the conveying direction MD or longitudinal direction. In principle, this effect can also be observed in the upset nip 34 .
Damit die Spannbahn 12 bzw. der zu fördernden Faserstoffbahn 14 in der Verengung des Zuführnips 44 nicht zu stark beschleunigt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Spannbahn 12 in einer Richtung senkrecht zur Spannbahnebene „normal“ elastische (nicht auxetische) und/oder zumindest annähernd inkompressible Eigenschaften aufweist. So that the tension web 12 or the fibrous web 14 to be conveyed is not accelerated too much in the constriction of the feed nip 44, it is advantageous if the tension web 12 is "normally" elastic (not auxetic) and/or at least approximately elastic in a direction perpendicular to the plane of the tension web has incompressible properties.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Umlenkwalze 46 vorgesehen, welche in Förderrichtung MD der Spannbahn 12 gesehen der Stauchpresse 30 nachgelagert ist und welche die Spannbahn 12 von der Faserstoffbahn 14 wegführt. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 übernimmt diese Funktion die letzte Stauchwalze 13. In the embodiment shown in FIG. 1, a deflection roller 46 is provided, which is seen in the conveying direction MD of the tension web 12 downstream of the upsetting press 30 and which separates the tension web 12 from the Fibrous web 14 leads away. In the embodiment according to FIG. 2, this function is performed by the last compression roller 13.
Durch die Wirkung auxetischen Spannbahn 12, des Zuführnips 44 und der Stauchpresse 30 wird im Ergebnis eine nicht nur in MD-Richtung sondern auch in CD-Richtung kontrolliert gestauchte Faserstoffbahn 14 erzeugt. Die Stauchung/Schrumpfung der Bahn 14 kann durch die Anpassung unter anderem folgender Parameter oder Maßnahmen beeinflusst werden: Breite der Nips 44, 34, Stärke der Vordehnung der Bahn 12, Wahl geeigneter auxetischer Eigenschaften, Ausgestaltung der Stauchpresse, Länge des Kontaktes der Faserstoffbahn 14 mit der Spannbahn 12 und/oder der Hauptwalze 10. The effect of the auxetic tensioning web 12, the feed nip 44 and the upsetting press 30 results in a fibrous web 14 which is compressed not only in the MD direction but also in the CD direction in a controlled manner. The compression/shrinkage of the web 14 can be influenced by adjusting the following parameters or measures, among others: width of the nips 44, 34, degree of pre-stretching of the web 12, selection of suitable auxetic properties, design of the compression press, length of contact of the fibrous web 14 with the clamping track 12 and/or the main roller 10.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Walzenanordnung sind ferner Spannwalzen 21 vorgesehen, um die Bahnspannung zu regeln. Sie können beispielsweise auf einer Innenseite der Spannbahn 12 angeordnet sein, so dass sich die Spannbahn 12 durch eine bedarfsgerechte Verlagerung der Spannwalze 21 nach außen spannen lässt, um eine Zugkraft in Förderrichtung MD auf die Spannbahn 12 auszuüben. Alternativ oder zusätzlich kann eine Spannwalze 21 einer Außenseite der Spannbahn 12 angeordnet sein, so dass sich die Spannbahn 12 durch eine Verlagerung der Spannwalze 21 nach innen spannen lässt. In the embodiment of the roller arrangement shown in FIG. 1, tension rollers 21 are also provided in order to regulate the web tension. They can be arranged, for example, on an inside of the tensioning sheet 12 so that the tensioning sheet 12 can be tensioned outwards by shifting the tensioning roller 21 as required in order to exert a tensile force on the tensioning sheet 12 in the conveying direction MD. Alternatively or additionally, a tensioning roller 21 can be arranged on the outside of the tensioning web 12, so that the tensioning web 12 can be tensioned by moving the tensioning roller 21 inwards.
Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 wird zunächst aktiv eine Querdehnung der Spannbahn 12 erzeugt, die zu einer Längenänderung der Spannbahn 12 in Förderrichtung MD führt. Auch ein umgekehrter Ansatz ist denkbar, wie anhand von Fig. 3 gezeigt ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Zugkraft in Förderrichtung MD erzeugt, die zu einer Querdehnung der Spannbahn 12 führt. Zu diesem Zweck kann die Spanneinrichtung 18 eine Steuereinrichtung 24 umfassen, welche dazu dient, eine Drehbewegung der Hauptwalze 10 und einer Spannwalze 21' derart individuell zu steuern, dass die Spannbahn 12 in Förderrichtung MD der Spannbahn 12 vor der Hauptwalze 10 unter Spannung gesetzt wird. In the embodiments according to FIGS. 1 and 2, a transverse stretching of the tensioning web 12 is first actively generated, which leads to a change in length of the tensioning web 12 in the conveying direction MD. A reverse approach is also conceivable, as shown in FIG. 3 . In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, a tensile force is generated in the conveying direction MD, which leads to a transverse stretching of the tensioning web 12. For this purpose, the tensioning device 18 can comprise a control device 24, which is used to individually control a rotational movement of the main roller 10 and a tensioning roller 21' control that the tensioning web 12 is placed under tension in the conveying direction MD of the tensioning web 12 in front of the main roller 10 .
Letztlich ist es das Ziel, im Zulauf der Hauptwalze 10 eine Zugkraft auf die Spannbahn 12 aufzubringen, wodurch die Spannbahn 12 aufgrund ihrer auxetischen Eigenschaften auch in Querrichtung CD gedehnt wird. Im Rücklauf der Hauptwalze 10, d.h. im Zulauf der Spannwalze 21‘, ist die Spannbahn 12 weniger belastet oder sogar nahezu zugkraftfrei, so dass die Spannbahn 12 in ihrem ungedehnten oder zumindest teilentspannten Ausgangszustand von der Hauptwalze 10 zur Spannwalze 21 ‘ zurückgefördert wird. Ultimately, the aim is to apply a tensile force to the tensioning web 12 in the infeed of the main roller 10, as a result of which the tensioning web 12 is also stretched in the transverse direction CD due to its auxetic properties. In the return run of the main roller 10, i.e. in the feed of the tensioning roller 21', the tensioning web 12 is less loaded or even almost completely free of tensile force, so that the tensioning web 12 in its unstretched or at least partially relaxed initial state is conveyed back from the main roller 10 to the tensioning roller 21'.
Beispielsweise wird die Hauptwalze 10 aktiv mittels eines in den Figuren nicht weiter dargestellten Antriebs angetrieben werden, wohingegen die Spannwalze 21 ‘ ohne eigenen Antrieb passiv, d.h. lediglich durch die Hauptwalze 10 über die Spannbahn 12, mitangetrieben werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Spannwalze 21' und/oder der Spannbahn 12 ein in den Figuren ebenfalls nicht weiter dargestelltes Bremsmittel zugeordnet ist. Das Bremsmittel kann in Form einer mechanischen Bremse und/oder einer elektromechanischen Bremse und/oder einer elektrodynamischen Bremse ausgebildet sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hauptwalze 10 und die Spannwalze 21' jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen, wobei die Antriebe separat angesteuert werden, um einen Drehmomentunterschied zu erzeugen, der die gewünschte Zugspannung bewirkt. For example, the main roller 10 is actively driven by means of a drive not shown in the figures, whereas the tension roller 21' can be driven passively without its own drive, i.e. only by the main roller 10 via the tension track 12. As an alternative or in addition, it can be provided that the tensioning roller 21 ′ and/or the tensioning track 12 is assigned a braking means, which is also not shown in more detail in the figures. The braking means can be in the form of a mechanical brake and/or an electromechanical brake and/or an electrodynamic brake. Furthermore, it can be provided that the main roller 10 and the tensioning roller 21' each have their own drive, the drives being controlled separately in order to generate a torque difference which brings about the desired tensile stress.
Die beiden vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 einerseits und anhand der Fig. 3 andererseits beschriebenen Konzepte lassen sich auch kombinieren. Beispielsweise können eine Breitstreckwalze 20 oder ein entsprechendes Breitstreckwerk 22 kurz vor der Hauptwalze 10 der Fig. 3 angeordnet werden. The two concepts described above with reference to FIGS. 1 and 2 on the one hand and with reference to FIG. 3 on the other hand can also be combined. For example, a spreader roller 20 or a corresponding spreader 22 can be arranged just before the main roller 10 of FIG.
Ferner ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass die Walzenanordnung eine mit der Spannbahn 12 zusammenwirkende Andruckbahn 26 umfasst, die eine Art Gegendruckelement bildet. Die Andruckbahn 26 dient dazu, die Faserstoffbahn 14 zwischen sich und der Spannbahn 12 entlang eines Umfangsabschnitts der Hauptwalze 10 zu führen und diese gegeneinander zu pressen. Bevorzugt weist die Andruckbahn 26 auxetische Eigenschaften auf, die insbesondere denen der Spannbahn 12 entsprechen, um die Faserstoffbahn 14 beidseitig gleichmäßig zu stauchen. Für besondere Anwendungen kann die Andruckbahn 26 aber auch abweichende Eigenschaften aufweisen. It can also be seen from FIG. 3 that the roller arrangement comprises a pressure-exerting web 26 which interacts with the tensioning web 12 and is a type of counter-pressure element forms. The pressure web 26 serves to guide the fibrous web 14 between itself and the tension web 12 along a peripheral portion of the main roller 10 and to press them against one another. The pressure web 26 preferably has auxetic properties which correspond in particular to those of the tension web 12 in order to evenly compress the fibrous web 14 on both sides. For special applications, however, the pressure track 26 can also have different properties.
Zur Führung der Andruckbahn 26 entlang des Umfangsabschnitts der Hauptwalze 10 ist eine in Förderrichtung MD der Faserstoffbahn 14 bezüglich der Hauptwalze 10 vorgelagerte Umlenkwalze 28a und eine in Förderrichtung MD der Faserstoffbahn 14 nachgelagerte Um lenkwalze 28b vorgesehen, entlang welcher die Andruckbahn 26 geführt ist. To guide the pressure web 26 along the peripheral section of the main roller 10, there is a deflection roller 28a upstream of the fibrous web 14 in the conveying direction MD with respect to the main roller 10 and a deflection roller 28b downstream of the fibrous web 14 in the conveying direction MD, along which the pressure web 26 is guided.
Ebenso wie der Spannbahn 12 eine Spanneinrichtung 18 zugeordnet ist, kann auch der Andruckbahn 26 eine Spanneinrichtung 18' zugeordnet sein, insbesondere wenn die Andruckbahn 26 auxetische Eigenschaften aufweist. Die der Andruckbahn 26 zugeordnete Spanneinrichtung 18' kann ebenso oder ähnlich ausgestaltet sein, wie die der Spannbahn 12 zugeordnete Spanneinrichtung 18. Just as a tensioning device 18 is assigned to the tensioning track 12, a tensioning device 18' can also be assigned to the pressure track 26, in particular if the pressure track 26 has auxetic properties. The tensioning device 18' associated with the pressure track 26 can be configured in the same or similar manner as the tensioning device 18 associated with the tensioning track 12.
In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Spanneinrichtung 18' der Andruckbahn 26 eine Spannwalze 21 ', welche mit der Steuereinrichtung 24 (oder einer separaten Steuereinrichtung) verbunden ist, um eine Drehbewegung Spannwalze 21' und/oder der Walzen 28a, 28b der Andruckbahn 26 derart individuell zu steuern, dass die Andruckbahn 26 in Förderrichtung MD der Andruckbahn 26 vor der Hauptwalze 10 unter Spannung gesetzt wird. Bevorzugt wird eine Spannung erzeugt, die zu einer Dehnung der Bahn 26 führt, die der der Bahn 12 im Wesentlichen entspricht. Im Bereich zwischen den Umlenkwalzen 28a, 28b - also in dem Bereich, in dem die Faserstoffbahn 14 zwischen den Bahnen 12, 26 angeordnet ist - findet eine sukzessive Entspannung der Bahnen 12, 26 statt, so dass sich diese zusammenziehen. Dabei übertragen die Spannbahn 12 und die Andruckbahn 26 ihre Schrumpfung auf die geförderte Faserstoffbahn 14, wodurch eine in Förderrichtung MD als auch in Querrichtung CD in der Faserstoffbahnebene gestauchte Faserstoffbahn 14 entsteht. Durch die beidseitige Stützung und Querkraftbeaufschlagung der Faserstoffbahn 14 durch die Bahnen 12, 26 wird eine gleichmäßige und gut definierte Querstauchung erreicht. In the embodiment shown in Fig. 3, the tensioning device 18' of the pressure web 26 comprises a tensioning roller 21', which is connected to the control device 24 (or a separate control device) in order to rotate the tensioning roller 21' and/or the rollers 28a, 28b of the To control the pressure web 26 individually in such a way that the pressure web 26 is placed under tension in the conveying direction MD of the pressure web 26 in front of the main roller 10 . A tension is preferably created which results in an elongation of the web 26 which corresponds to that of the web 12 substantially. In the area between the deflection rollers 28a, 28b—ie in the area in which the fibrous web 14 is arranged between the webs 12, 26—a gradual relaxation of the webs 12, 26 takes place, so that they contract. The clamping web 12 and the pressure web 26 transfer their shrinkage to the conveyed fibrous web 14, resulting in a fibrous web 14 that is compressed in the conveying direction MD and in the transverse direction CD in the plane of the fibrous web. Due to the support on both sides and the application of transverse forces to the fibrous web 14 by the webs 12, 26, a uniform and well-defined transverse compression is achieved.
Es ist unmittelbar ersichtlich, dass herkömmliche Systeme, wie etwa Clupak- Anlagen oder sog. „extensible units“ ohne weiteres nachgerüstet werden können, um die vorliegende Erfindung zu realisieren. Bei einer Clupak-Anlage (wie etwa in der US 2,624,245 A beschrieben) muss die Andruckbahn lediglich durch eine auxetische Spannbahn 12 ersetzt werden. Außerdem ist eine geeignete Spannvorrichtung 18 für diese Bahn 12 vorzusehen. Die Faserstoffbahn 14 läuft dann direkt über die (möglichst glatte) Flauptwalze 10 und wird auf der gegenüberliegenden Seite von der auxetischen Spannbahn 12 beaufschlagt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass der Venturi-Effekt dann nicht nur in Förderrichtung MD sondern auch in Querrichtung CD wirkt. Zusätzlich oder alternativ können das in Fig. 3 gezeigte Spannband 12 (mit Spanneinrichtung 18) eingeführt werden und/oder zumindest eine Stauchwalze 13 vorgesehen werden. It is immediately apparent that conventional systems such as Clupak systems or so-called “extensible units” can easily be retrofitted in order to implement the present invention. In the case of a Clupak system (such as that described in US Pat. No. 2,624,245 A), the pressure track only has to be replaced by an auxetic tension track 12 . In addition, a suitable tensioning device 18 is to be provided for this web 12. The fibrous web 14 then runs directly over the flap roller 10 (as smooth as possible) and is acted upon by the auxetic tension web 12 on the opposite side. In this connection it should be mentioned that the Venturi effect then acts not only in the conveying direction MD but also in the transverse direction CD. Additionally or alternatively, the tensioning belt 12 (with tensioning device 18) shown in FIG. 3 can be introduced and/or at least one compression roller 13 can be provided.
Nachfolgend wird nun die grundsätzliche Funktionsweise der erfindungsgemäßen Walzenanordnung genauer erläutert: The basic functioning of the roller arrangement according to the invention is now explained in more detail below:
Zunächst wird die entspannte und somit ungedehnte Spannbahn 12 (Fig. 5a) mittels geeigneter Maßnahmen, wie zum Beispiel mittels der Spanneinrichtung 18 und/oder der Breitstreckwalze 20 oder dem Breitstreckwerk 22 gespannt, wodurch sich die Spannbahn 12 in ihrer Spannbahnebene in Förderrichtung MD und/oder quer zur Förderrichtung MD, d.h. in Querrichtung CD, ausdehnt (Fig. 5b). Die derart gespannte bzw. gedehnte Spannbahn 12 wird nun mit der noch ungestauchten Faserstoffbahn 14 zusammengeführt, so dass sich die Spannbahn 12 und die Faserstoffbahn 14 im Kontakt miteinander befinden (Fig. 5c). Anschließend wird die gespannte bzw. gedehnte Spannbahn 12 zumindest teilweise entspannt, z.B. beim Passieren des Stauchnips 34 (Fig. 1 ) oder der Stauchnips 34 (Fig. 2) oder im Bereich zwischen den Walzen 28a, 28b entlang der Flauptwalze 10 (Fig. 3). Flierdurch entspannt sich die Spannbahn 12 und zieht sich zusammen, wobei die resultierende Schrumpfung der Spannbahn 12 auch auf die Faserstoffbahn 14 übertragen wird (Fig. 5d). Nach der Separation von Spannbahn 12 und Faserstoffbahn 14 liegt eine in Förderrichtung MD und in Querrichtung CD in der Faserstoffebene gestauchte Faserstoffbahn 14 vor (Fig. 5e) und die entspannte Spannbahn 12 ist für ein erneutes Spannen bereit (Fig. 5a). Fig. 6 zeigt die Wirkungsweise einer beispielhaften makroskopischen auxetischen Struktur 16 anschaulich. Fig. 6a zeigt einen entspannten Zustand. Unter Einwirkung einer Querkraft (dicke Pfeile) wird eine Streckung in Längsrichtung (kleine Pfeile) erzeugt (Fig. 6b). First, the relaxed and thus unstretched tension web 12 (Fig. 5a) is tensioned by means of suitable measures, such as by means of the tensioning device 18 and/or the spreader roller 20 or the spreader 22, as a result of which the tension web 12 moves in its tension web plane in the conveying direction MD and/or or transverse to the conveying direction MD, ie in the transverse direction CD, expands (Fig. 5b). The tensioned or stretched tensioning web 12 is now brought together with the still uncompressed fibrous web 14 so that the tensioning web 12 and the fibrous web 14 are in contact with one another (FIG. 5c). The tensioned or stretched tensioning web 12 is then at least partially relaxed, e.g. when passing the compression nip 34 (Fig. 1) or the compression nip 34 (Fig. 2) or in the area between the rollers 28a, 28b along the main roller 10 (Fig. 3 ). Flowing through this, the stretch web 12 relaxes and contracts, with the resulting shrinkage of the stretch web 12 also being transferred to the fibrous web 14 (FIG. 5d). After the separation of tensioning web 12 and fibrous web 14 there is a fibrous web 14 compressed in the conveying direction MD and in the transverse direction CD in the fibrous plane (FIG. 5e) and the relaxed tensioning web 12 is ready for renewed tensioning (FIG. 5a). 6 clearly shows the mode of operation of an exemplary macroscopic auxetic structure 16 . 6a shows a relaxed state. Under the action of a transverse force (thick arrows), a stretching in the longitudinal direction (small arrows) is generated (FIG. 6b).
Bezuqszeichenliste Reference character list
10 Hauptwalze 10 main roller
12 Spannbahn 12 tension track
13 Stauchwalze 13 edging roller
14 Faserstoffbahn 14 fibrous web
16 auxetische Struktur 16 auxetic structure
18 Spanneinrichtung 18 clamping device
18 Spanneinrichtung 18 clamping device
20 Breitstreckwalze 20 spreader roller
21 verlagerbare Bahnspannwalze 21 movable web tension roller
2 Spannwalze 2 idler roller
22 Breitstreckwerk 22 spreader
24 Steuereinrichtung 24 controller
26 Andruckbahn 26 pressure track
28a Umlenkwalze 28a deflection roller
28b Umlenkwalze 28b deflection roller
30 Stauchpresse 30 upsetting press
32 Gegenwalze 32 counter roll
34 Stauchnip 34 compression nip
36 Grundkörper 36 basic bodies
38 Mantelfläche 38 lateral surface
40 Lamellen 40 slats
42 Zuführwalze 42 feed roller
44 Zuführnip 44 feed nip
46 Umlenkwalze 46 deflection roller
MD Förderrichtung MD conveying direction
CD Querrichtung CD transverse direction
L Längsachse L longitudinal axis
E Mittenebene E midplane

Claims

Ansprüche Expectations
1. Walzenanordnung zur Herstellung einer gestauchten Faserstoffbahn (14) mit einer Hauptwalze (10) und einer über die Hauptwalze (10) geführten Spannbahn (12, 26) zur Aufnahme der Faserstoffbahn (14), wobei die Spannbahn (12, 26) auxetische Eigenschaften aufweist. 1. Roller arrangement for producing a compressed fibrous web (14) with a main roller (10) and a tensioning web (12, 26) guided over the main roller (10) for receiving the fibrous web (14), the tensioning web (12, 26) having auxetic properties having.
2. Walzenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbahn (12, 26) ein auxetisches Material und/oder eine auxetische Struktur (16) umfasst. 2. Roller arrangement according to claim 1, characterized in that the clamping web (12, 26) comprises an auxetic material and/or an auxetic structure (16).
3. Walzenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das auxetische Material und/oder die auxetische Struktur (16) eine negative Poissonzahl aufweisen bzw. aufweist, welche zwischen -0,5 und - 1,5, vorzugsweise zwischen -0,8 und -1,2 liegt und welche beispielsweise - 1,0 beträgt. 3. Roller arrangement according to claim 2, characterized in that the auxetic material and / or the auxetic structure (16) have or has a negative Poisson's ratio, which is between -0.5 and - 1.5, preferably between -0.8 and -1.2 and which, for example, is -1.0.
4. Walzenanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbahn (12, 26) in einer durch die Spannbahn (12, 26) aufgespannten Spannbahnebene auxetische Eigenschaften aufweist und/oder in einer Richtung quer zur Spannbahnebene nicht auxetisch oder im Wesentlichen inkompressibel ist. 4. Roller arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tensioning sheet (12, 26) has auxetic properties in a tensioning sheet plane spanned by the tensioning sheet (12, 26) and/or is non-auxetic or essentially in a direction transverse to the tensioning sheet plane is incompressible.
5. Walzenanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenanordnung eine Spanneinrichtung (18, 18‘) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, in Förderrichtung (MD) der Spannbahn (12,5. Roller arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the roller arrangement has a tensioning device (18, 18') which is designed to move in the conveying direction (MD) of the tensioning web (12,
26) vor der Hauptwalze (10) eine Zugkraft auf die Spannbahn (12, 26) auszuüben. 26) in front of the main roller (10) to exert a tensile force on the clamping web (12, 26).
6. Walzenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (18, 18‘) zumindest eine Spannwalze (21 ') umfasst. 6. Roller arrangement according to claim 5, characterized in that the tensioning device (18, 18') comprises at least one tensioning roller (21').
7. Walzenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwalze (10) und die Spannwalze (21 ') jeweils zu einer Drehbewegung antreibbar sind, wobei eine Steuereinrichtung (24) vorgesehen ist, mit der die Drehbewegungen der Hauptwalze (10) und der Spannwalze (21 ') individuell derart steuerbar sind, dass die Spannbahn (12, 26) in Förderrichtung (MD) der Spannbahn (12, 26) vor der Hauptwalze (10) unter Spannung gesetzt wird. 7. Roller arrangement according to Claim 6, characterized in that the main roller (10) and the tensioning roller (21') can each be driven to rotate, with a control device (24) being provided with which the rotary movements of the main roller (10) and the Tension roller (21 ') are individually controllable such that the tension web (12, 26) in the conveying direction (MD) of the tension web (12, 26) in front of the main roller (10) is placed under tension.
8. Walzenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannwalze (21 ') und/oder der Spannbahn (12, 26) ein Bremsmittel zugeordnet ist. 8. Roller arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the tensioning roller (21') and/or the tensioning track (12, 26) is assigned a braking means.
9. Walzenanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenanordnung eine mit der Spannbahn (12) zusammenwirkende Andruckbahn (26) umfasst, die dazu dient, die Faserstoffbahn (14) zwischen sich und der Spannbahn (12) entlang eines Umfangsabschnitts der Hauptwalze (10) zu führen, insbesondere wobei die Andruckbahn (26) auxetische Eigenschaften aufweist. 9. Roller arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the roller arrangement comprises a pressure web (26) which interacts with the tensioning web (12) and serves to hold the fibrous web (14) between itself and the tensioning web (12) along a peripheral section of the main roller (10), in particular with the pressure web (26) having auxetic properties.
10. Walzenanordnung zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbahn (12) oder die Andruckbahn (26) mittels einer in Förderrichtung (MD) der Faserstoffbahn (14) bezüglich der Hauptwalze (10) vorgelagerten Umlenkwalze (28a) und einer in Förderrichtung (MD) der Faserstoffbahn (14) bezüglich der Hauptwalze (10) nachgelagerten Umlenkwalze (28b) entlang des Umfangsabschnitts der Hauptwalze (10) geführt ist. 10. Roller arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the clamping web (12) or the pressure web (26) by means of a deflection roller (28a) upstream of the main roller (10) in the conveying direction (MD) of the fibrous web (14) and an in Conveying direction (MD) of the fibrous web (14) with respect to the main roller (10) downstream deflection roller (28b) is guided along the peripheral portion of the main roller (10).
11. Walzenanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenanordnung eine Spanneinrichtung (18‘) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, in Förderrichtung (MD) der Andruckbahn (26) vorder Hauptwalze (10) eine Zugkraft auf die Spannbahn (12) auszuüben. 11. Roller arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the roller arrangement has a tensioning device (18') which is designed to exert a tensile force on the tensioning web (26) in front of the main roller (10) in the conveying direction (MD) 12) to exercise.
12. Walzenanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, insbesondere zwei, vorzugsweise drei, vorzugsweise vier, Breitstreckwalze (20) oder ein, insbesondere zwei, vorzugsweise drei, vorzugsweise vier, Breitstreckelement (20), wie beispielsweise eine Breitstreckbürste oder eine Breitstreckstange, vorgesehen ist, mittels welcher die Spannbahn (12) und/oder -falls vorhanden - die Andruckbahn (26) vor der Aufnahme der Faserstoffbahn (14) quer zur Förderrichtung (MD) in der Spannbahnebene dehnbar ist. 12. Roller arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one, in particular two, preferably three, preferably four, spreader roller (20) or one, in particular two, preferably three, preferably four, spreader element (20), such as a Spreader brush or a spreader rod, is provided, by means of which the clamping web (12) and / or -falls present - the pressure web (26) before receiving the fibrous web (14) is stretchable transversely to the conveying direction (MD) in the clamping web plane.
13. Walzenanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flauptwalze (10) zusammen mit einer Stauchwalze (13) eine Stauchpresse (30) bildet, wobei die die Faserstoffbahn (14) aufnehmende Spannbahn (12) und - falls vorhanden - die Andruckbahn (26) durch einen Nip (34) zwischen der Stauchwalze (13) und der Flauptwalze (10) geführt ist. 13. Roller arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the flap roller (10) together with an edging roller (13) forms an edging press (30), the fibrous web (14) receiving tension web (12) and - if present - the pressure web (26) is guided through a nip (34) between the compression roller (13) and the flap roller (10).
14. Walzenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchwalze (13) einen um eine Längsachse (L) rotierbaren rotationssymmetrischen Grundkörper (36) mit einer Mantelfläche (38) aufweist, an der zumindest zwei elastisch deformierbare und/oder auslenkbare ringförmige Lamellen (40) angeordnet sind, die sich in radialer Richtung von der Mantelfläche (38) weg erstrecken und die den Grundkörper (36) in Umfangsrichtung umgeben, insbesondere wobei die Lamellen (40) in Richtung Mittenebene (E) der Stauchwalze (10‘) unter Bildung eines Neigungswinkels schräg zu einer senkrecht zur Längsachse (L) der Stauchwalze (10‘) ausgerichteten Mittenebene (E) der Stauchwalze (10‘) geneigt sind. 14. Roller arrangement according to claim 13, characterized in that the compression roller (13) has a rotationally symmetrical base body (36) which can be rotated about a longitudinal axis (L) and has a lateral surface (38) on which at least two elastically deformable and/or deflectable annular lamellae ( 40) are arranged, which extend in the radial direction away from the lateral surface (38) and which surround the base body (36) in the circumferential direction, in particular with the lamellae (40) in the direction of the center plane (E) of the edging roller (10') with formation at an angle of inclination obliquely to a central plane (E) of the edging roller (10') aligned perpendicularly to the longitudinal axis (L) of the edging roller (10').
15. Walzenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Stauchwalze (13), insbesondere mit den Merkmalen des Anspruchs 15, der Hauptwalze (10) zugeordnet ist und mit dieser einen Nip ausbildet, durch den die Spannbahn geführt ist. 15. Roller arrangement according to claim 14, characterized in that at least one further compression roller (13), in particular with the features of claim 15, is associated with the main roller (10) and forms a nip with it, through which the clamping web is guided.
16. Walzenanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführwalze (42) vorgesehen ist, welche zusammen mit der Hauptwalze (10) einen Nip (44) ausbildet, der in Umfangsrichtung der Hauptwalze (10) gesehen dem durch die Stauchwalze (13) und die16. Roller arrangement according to at least one of Claims 13 to 15, characterized in that a feed roller (42) is provided which, together with the main roller (10), forms a nip (44) which, viewed in the circumferential direction of the main roller (10), is the compression roller (13) and the
Hauptwalze (10) gebildeten Nip (34) - in Förderrichtung (MD) gesehen - vorgelagert ist, insbesondere um mindestens 15°. Main roller (10) formed nip (34) - viewed in the conveying direction (MD) - is upstream, in particular by at least 15 °.
17. Verfahren zur Herstellung einer gestauchten Faserstoffbahn (14), insbesondere unter Verwendung einer Walzenanordnung gemäß einem der17. A method for producing a compressed fibrous web (14), in particular using a roller arrangement according to one of
Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Dehnen einer Spannbahn (12, 26) mit auxetischen Eigenschaften in Förderrichtung (MD) und/oder quer zur Förderrichtung (MD) in einer Spannbahnebene vor dem Zusammenführen mit der Faserstoffbahn (14); Claims 1 to 16, the method comprising the following steps: stretching a tensioning web (12, 26) with auxetic properties in the conveying direction (MD) and/or transversely to the conveying direction (MD) in a tensioning web plane before it is brought together with the fibrous web (14) ;
Zusammenführen der Faserstoffbahn (14) mit der gedehnten Spannbahn (12, 26), so dass die Spannbahn (12, 26) und die Faserstoffbahn (14) sich im Kontakt miteinander befinden; zumindest teilweises Entspannen der gedehnten Spannbahn (12, 26); und bringing the fibrous web (14) together with the stretched span web (12, 26) such that the span web (12, 26) and the fibrous web (14) are in contact with each other; at least partially relieving the stretched tension web (12, 26); and
Trennen der Faserstoffbahn (14) von der zumindest teilweise entspannten Spannbahn (12, 26). Separating the fibrous web (14) from the at least partially relaxed tension web (12, 26).
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