MI UNTERSCHIEDLICHEN LÖCHERN

5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Durchgangsbohrungen mit

Hilfe von Laserstrahlen in ein flächig ausgebildetes Substrat, insbesondere in eine bandförmige Folie, die zur Verwendung als Bespannung in einer Papiermaschine bestimmt ist, wobei die Durchgangsbohrungen in Dickenrichtung des Substrats bzw.

der Folie eingebracht werden.

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Gegenwärtig werden in einer Papiermaschine, hauptsächlich im Former, flachgewebte Strukturen als blattbildendes Trennmedium verwendet.

Es ist schon an Möglichkeiten gedacht worden, bei denen flächige Substrate, wie

5 Folien aus Kunststoff eingesetzt werden. In diese bandförmigen Folien können

Perforationen mittels Lasertechnik oder mechanisch arbeitenden Werkzeugen eingebracht werden. Damit lassen sich die Folien sehr gut als Bespannung in einer Papiermaschine, beispielsweise als Entwässerungsbändern nutzen. 0 In der DE A1 10 2010 040 089 ist beispielsweise offenbart, dass in ein polymeres

Material bzw. Substrat Poren bzw. Durchgänge bevorzugt mit Hilfe eines Lasers eingebracht werden. Das polymere Material ist als Band ausgebildet und dient als Bespannung, insbesondere Formiersieb zur Auflage und Stützung eines Faserstoffgemischs, aus dem später die fertige Faserstoffbahn bzw. Papierbahn

5 innerhalb einer Papiermaschine entsteht.

In der Praxis erfolgt derzeit das Laserbohren bevorzugt mit CO2- Lasern. Diese Laser sind relativ kostengünstig, arbeiten schnell und erbringen eine ausreichende Leistung.

Die damit gebohrten zylindrischen Löcher haben jedoch eine schlechte

0 Reproduzierbarkeit der Lochgröße und Lochform, insbesondere entlang der

Achsrichtung der Löcher. Außerdem bilden sich kraterformige Schmelzränder rings um die Bohrungen, die aufwändig entfernt werden müssen. Andere Lasertypen, wie UV- Laser, Kurzpulslaser oder Laser mit grünem Licht sind prinzipiell denkbar, aber derzeit nicht oder nur eingeschränkt in der Lage, die erforderlichen Geschwindigkeiten beim Bohren zu leisten. Deren Anwendung würde zu extrem langen Bohrzeiten führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahrung zum Laserbohren anzugeben, mit dem sich die Bohrzeiten für eine bandförmige Folie, die zur Verwendung als Bespannung in einer Papiermaschine bestimmt ist, verkürzen lassen. Außerdem sollen diverse Lochgeometrien herstellbar sein. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung eine Papiermaschinenbespannung in Form eines flächigen Substrats, insbesondere einer lasergebohrten Folie mit diversen Lochgeometrien anzugeben.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 16.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen mit Hilfe eines ersten Lasers, insbesondere eines CO2- Lasers, und eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen mit Hilfe eines zweiten Laser, insbesondere eines UV- Lasers, hergestellt werden, wobei der erste Laser bei einer größeren Arbeitswellenlänge als der zweite Laser arbeitet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren schlägt man zugleich "zwei Fliegen mit einer Klappe". Zum einen verkürzen sich die Bohrzeiten erheblich. Durch die Kombination der Anwendung eines ersten Lasers, der bei einer größeren Arbeitswellenlänge arbeitet, mit einem zweiten Laser, der bei einer kürzeren Arbeitswellenlänge als der erste Laser arbeitet, können mittels des ersten Lasers ein bestimmter Anteil der Löcher bzw. Durchgangsbohrungen in sehr kurzer Zeit quasi "eingeschossen" werden und mittels des zweiten Lasers, der präziser und/oder reproduzierbarer und/oder steuerbarer bzgl. der erzeugbaren Größe und/oder Geometrie der erzeugten Löcher bzw. Durchgangsbohrungen als der erste Laser arbeitet, ein anderer Anteil der Löcher bzw. Durchgangsbohrungen erzeugt werden. Hierdurch ist es möglich mit Hilfe des ersten Lasers eine sog. Vorperforation des Substrats zur „groben" Einstellung eines gewünschten Permeabilitätsbereichs und/oder einer gewünschten Entwässerungscharakteristik vorzunehmen und mittels des zweiten präziser arbeitenden Lasers eine Feinabstimmung auf die gewünschte Permeabilität und/oder die gewünschte Entwässerungscharakteristik des Substrats vorzunehmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es insbesondere möglich, dass mittels des zweiten Lasers beliebig definierte Formen und Größen von Durchgangsbohrungen erzeugt und in Kombination miteinander in das Substrat bzw. die Folie eingebracht werden. Vorzugsweise hat die Bespannung einen Nutzbereich, der bei deren bestimmungsgemäßer Verwendung mit einer Faserstoffbahn in Kontakt bingbar ist, wobei das Substrat in dem Bereich der den Nutzbereich bereitstellt mit dem ersten Laser und mit dem zweiten Laser behandelt wird. Durch diese Maßnahme wird also der mit der Faserstoffbahn in Kontakt bringbare Nutzbereich bearbeitet.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Laser um einen CO2-Laser und bei dem zweiten Laser um einen UV-Laser. CO2-Laser eignen sich sehr gut, da mit diesen eine Vielzahl von Löchern in sehr kurzer Zeit erzeugt werden können. UV- Laser sind für den genannten Zweck sehr flexibel einsetzbar und können beliebige Lochgrößen und Lochformen, insbesondere entlang der Achsrichtung, gut reproduzieren.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis der Anzahl an Bohrungen wie folgt hergestellt wird:

Die Anzahl an Durchgangsbohrungen, die mit dem zweiten Laser gebohrt werden stehen zur Anzahl an Durchgangsbohrungen, die mit dem ersten Laser gebohrt werden im Verhältnis 1 :1 bis 1 :10, vorzugsweise 1 :4. Um eine gute Durchmischung der mit den beiden Lasern hergestellten Durchgangsbohrungen zu erhalten ist vorzugsweise vorgesehen, dass zwischen Durchgangsbohrungen die mit Hilfe des ersten Lasers hergestellt werden Durchgangsbohrungen angeordnet sind, die mit Hilfe des zweiten Lasers hergestellt werden und/oder dass zwischen Durchgangsbohrungen die mit Hilfe des zweiten Laser hergestellt werden Durchgangsbohrungen angeordnet sind, die mit Hilfe des ersten Laser hergestellt werden. Hierdurch wird eine hydraulische Markierungen bewirkende Konzentration der mit dem ersten Laser hergestellten Durchgangsbohrungen vermieden.

Vorzugsweise haben die mit dem ersten Laser hergestellten Durchgangsbohrungen einen größeren Durchmesser, als die mit dem zweiten Laser hergestellten Durchgangsbohrungen.

Sehr zweckmäßig ist es, wenn zylindrische Durchgangsbohrungen mit Durchmessern zwischen 80 und 100 μιτι mit Hilfe des CO2- Lasers und die übrigen Durchgangbohrungen mit Hilfe des UV- Lasers in das Substrat bzw. die Folie eingebracht werden. Dabei ist es möglich, die mit dem UV- Laser einzubringenden Durchgangsbohrungen in beliebigen Geometrien, beispielsweise in Form von Langlöchern, sternförmigen, kreuzförmigen, rechteckförmigen und anderen denkbaren Ausbildungen, sowie auch in kleineren Querschnittsflächen als die zylindrischen, mit CO2-Laser gebohrten Bohrungen, herzustellen. Das Verhältnis zwischen mit dem ersten Laser und mit dem zweiten Laser gebohrten Löchern ist steuerbar und ist abhängig vom zu entwässernden Produkt.

Durch die Kombination der genannten Laserarten und die damit verbundenen Gestaltungsmöglichkeiten der Bohrlöcher bzw. der Durchgangsbohrungen können extrem viele Löcher pro m ² in die flächig ausgebildete Folie eingearbeitet werden. Dies ist bei relativ kurzen Bohrzeiten realisierbar. Die besagte Vielzahl an Löchern führt später zu entwässerungstechnischen Vorteilen in der Papiermaschine. Das Verfahren lässt sich darüber hinaus zweckmäßig ausgestalten, indem das Substrat zuerst mittels des ersten Lasers zur Herstellung der größeren Durchgangsbohrungen bearbeitet wird und anschließend das Substrat mittels des zweiten Lasers zur Herstellung der kleineren, insbesondere zwischen den größeren Durchgangsbohrungen angeordneten, Durchgangsbohrungen bearbeitet wird.

Eine weitere zweckmäßige Lösung besteht darin, dass die mit dem zweiten Laser eingebrachten Durchgangsbohrungen nicht zylinderförmig gebohrt werden, wie die mit ersten Laser hergestellten Löcher, sondern derart eingebracht werden, dass in Dicken- bzw. Tiefenrichtung des Substrats bzw. der Folie gesehen, also im Inneren des Substrats bzw. der Folie, sich eine Engstelle der Durchgangsbohrung befindet.

Zur Bildung der Engstelle werden trichterförmige Bohrungen in das Substrat bzw. die Folie eingebracht. Jede Durchgangsbohrung besteht aus zwei koaxialen trichterförmigen Bohrungen, wobei die erste sich mit ihrer Eintrittsöffnung an einer Seite des Substrats bzw. der Folie befindet und eine zweite Bohrung sich mit ihrer Austrittsöffnung an der gegenüberliegenden Seite des Substrats befindet. Beide trichterförmigen Bohrungen treffen an ihrem Ende aneinander und bilden damit die besagte Engstelle im Inneren des Substrats. Das bedeutet, dass sich von der Eintrittsöffnung aus die Bohrung bis zur besagten Engstelle verjüngt und von der Engstelle aus sich die Bohrung wieder erweitert, was mit dem oben genannten Begriff „trichterförmig" gemeint ist. Außerdem weisen die Eintritts- und die Austrittsöffnung jeweils eine größere Querschnittsfläche auf als die Engstelle, wie der Name "Engstelle" schon sagt.

Bis zu Engstelle findet zunächst eine gewisse Entschleunigung und ab der Engstelle aus findet in Durchströmrichtung eine Beschleunigung des das Substrat bzw. die Folie durchströmenden Mediums statt. Damit wird wie schon ausgeführt, die Wirkung bei der Entwässerung der Faserstoffbahn bei ihrer Herstellung in der Papiermaschine weiter verbessert. Als sehr vorteilhaft wird erachtet, dass jede Engstelle zur einen Bahnseite des Substrats bzw. der Folie in einem Abstand eingearbeitet wird und dieser Abstand ca. 1/3 der Dicke des Substrats bzw. der Folie entspricht. Der sich anschließend wieder erweiternde Abschnitt beträgt dann folgerichtig 2/3 der Dicke des Substrats bzw. der Folie.

Vorteil davon ist, dass der Beschleunigungsweg damit länger ist als der eingangs vorhandene Entschleunigungsweg. Die Erweiterung der Durchgangsbohrung zur Maschinenseite hin erhöht, die Entwässerungsleistung. Die Erweiterung zur Faserstoffbahn- bzw. Papierseite hin erlaubt, dass von einer größeren Oberfläche abgesaugt werden kann. Dadurch treten weniger Verstopfungen der Poren auf.

Die spätere Entwässerungsleistung kann außerdem noch gesteigert werden, wenn die Durchgangsbohrung so hergestellt wird, dass die Austrittsöffnung eine größere Querschnittsfläche als die der Eintrittsöffnung hat.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das UV- Lasergerät mit Spiegel- Scannern ausgestattet ist. Damit lassen sich vor allem die vorstehend beschriebenen vielfältigen Bohrungsgeometrien herstellen.

Der zum Bohren verwendete zweite Laser, insbesondere UV- Laser weist einen Strahl auf, der vorzugsweise einen Durchmesser von nur 50 μιτι oder weniger hat. Ferner kann der UV- Laser nachgeführt werden, so dass die angesprochenen diversen Bohrungsgeometrien herstellbar sind. Gegebenenfalls sind auch mehrere Bohrvorgänge dafür notwendig.

Mit den erfindungsgemäß herstellten Bohrungen lässt sich neben der Durchlässigkeit auch die Dehnungseigenschaft des Substrates bzw. der Folie steuern.

Werden die Langlöchern in Längsrichtung eingebracht, erhöht sich die Zugfestigkeit gegenüber solchen Substraten mit nur großen runden Löchern. Werden die Langlöcher in Querrichtung eingearbeitet, so erhöht sich die Faser- Unterstützungs- Eigenschaft.

Es wurde gefunden, dass je größer insgesamt die Querschnittsfläche der Durchgangsbohrungen bzw. Durchtrittsöffnungen oder auch Bohrlöcher ist, desto geringer ist die zusammenhängende glatte Oberfläche des Substrates bzw. der Folie in ihrer Eigenschaft als Bespannung auf der die Faserstoffbahn innerhalb der Papiermaschine aufliegt. Infolge der insgesamt geringeren zusammenhängenden glatten Oberfläche, treten verringerte Adhäsionskräfte auf, wodurch das Anhaften der Faserstoffbahn, also des herzustellenden Papiers verringert wird. Die Runability (Laufe igen Schäften) der hergestellten Faserstoff- bzw. Papierbahn innerhalb der Papiermaschine wird dadurch verbessert.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gemäß Anspruch 16 mit einer Bespannung für eine Papiermaschine gelöst. Bei der Bespannung handelt es sich um eine Folie, die in Form eines Endlosbandes ausgebildet ist mit einem mit einer Faserstoffbahn in Kontakt bringbaren Nutzbereich, welcher in Maschinenrichtung und in Querrichtung der Maschine eine Vielzahl an Durchgangsbohrungen zur Entwässerung einer Papier-, Karton - oder Tissuebahn aufweist.

Erfindungsgemäß hat der Nutzbereich der Bespannung bzw. Folie eine Kombination von Durchgangsbohrungen, von denen ein Teil einen größeren Durchmesser und/oder andere Geometrie hat als ein anderer Teil.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Durchgangsbohrungen mit einem Verfahren hergestellt, welches zuvor beschrieben wurde. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird im Einzelnen hier nicht mehr darauf eingegangen.

Diese erfindungsgemäße Bespannung zeichnet sich durch einen optimalen Durchfluss der Bohrlöcher auf, wodurch eine hohe Entwässerungsleistung erreicht wird. Außerdem ist bei der so hergestellten Bespannung ein Anhaften von Papierfasern bei ihrem Einsatz in der Papierherstellungsmaschine auf ein Minimum reduziert und die Ablösung der gebildeten Bahn wird erleichtert. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In schematischer stark vergrößerter Darstellung zeigen:

Figur 1 : eine Draufsicht auf einen Teil des erfindungsgemäß gebohrten Substrats bzw. der Folie mit einer ersten Variante des Bohrmusters,

Figur 2: eine Draufsicht auf einen Teil des erfindungsgemäß gebohrten Substrats bzw. der Folie mit einer zweiten Variante des Bohrmusters, Figur 3: einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß wie bei Figur 1 gebohrten Substrats,

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen. Gezeigt ist in Figur 1 ein flächiges Substrat 1 , in Form einer bandartigen Folie bestehend aus einem polymeren Material in Form von Kunststoff. Das Substrat bzw. die Folie 1 (im Weiteren wird nur noch von Folie gesprochen) erstreckt sich in Maschinenrichtung MD und in Querrichtung QD. Die Folie soll im Beispiel als Formiersieb zur Entwässerung einer Faserstoffbahn in einer Papierherstellungsmaschine dienen. Deshalb werden in die Folie eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen mit Hilfe eines CO2-Lasers, die mit 2 bezeichnet werden und eine bestimmte Anzahl von Durchgangsbohrungen , die mit Hilfe eines UV- Lasers hergestellt werden und mit 3 bezeichnet werden, eingebracht.

In der Figur 1 ist beispielhaft ein Lochmuster dargestellt, welches aus großen und kleinen Löchern besteht. Die großen Löcher bzw. Durchgangsbohrungen 2 sind mit Hilfe eines CO2- Lasers und die kleinen Durchgangsbohrungen 3 mit Hilfe eines UV- Lasers hergestellt.

Mit dem UV- Laser ist man in der Lage, beliebig definierte Formen und Größen von Durchgangsbohrungen zu erzeugen. In Figur 1 sind kreisrunde Bohrungen 3.1 zu sehen, wohingegen in Figur 2 in Querrichtung ausgerichtete rechteckige Bohrungen 3.2 gezeigt sind. Der Formenvielfalt sind hier keine Grenzen gesetzt. Es können auch andere geometrische Formen 3.n, beispielsweise sternförmige, kreuzförmige, ovale Formen usw. gewählt werden. Die einzelnen geometrischen Formen können alle miteinander oder in einer bestimmten Auswahl miteinander kombiniert ein Bohrmuster ergeben.

Auch deren Ausrichtung innerhalb einer Lochreihe oder in Bezug auf eine benachbarte Reihe können beliebig gewählt werden. Im gewählten Beispiel der Figuren 1 und 2 sind die Reihenabstände zwischen zwei benachbarten Lochreihen in Querrichtung QR und in Maschinenrichtung MD gesehen jeweils gleich. Gewünschtenfalls sind hier auch Variationen denkbar.

In Figur 3 ist ein Abschnitt einer wie bei Figur 1 gebohrten Folie im Querschnitt gezeigt. In Figur 1 ist die Schnittlinie mit A-A angedeutet.

Die Folie 1 weist eine Dicke d auf.

In Dickenrichtung ist die Folie 1 mit einer Vielzahl an verschiedenen Durchgangsbohrungen versehen. In Figur 3 sind zur Verdeutlichung nur zwei benachbarte Bohrungen (siehe Schnittlinie A-A aus Figur 1 ) eingezeichnet.

Diese Durchgangsbohrungen sind sowohl mit Hilfe eines CO2- Lasers als auch mit Hilfe eines UV- Lasers eingebracht. Links ist die UV- Bohrung 3 und rechts davon die CO2- Bohrung 2 zu sehen. Beides sind kreisrunde Durchgangsbohrungen. Die CO2- Bohrung 2 weist einen Durchmesser von maximal 100 μιτι auf, wohingegen die UV- Bohrung 3 einen bedeutend geringeren Durchmesser aufweist. Man erkennt in der Figur 3, dass so eine mit dem UV- Laser hergestellte Durchgangsbohrung 3 aus übereinander angeordneten trichterförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Bohrungen 3a und 3b besteht. Die Durchgangsbohrung 3 ist damit nicht durchgehend zylindrisch gebohrt.

Jede Durchgangsbohrung 3 besteht also aus der ersten Bohrung 3a mit einer an der Folienseite 1 a befindlichen Eintrittsöffnung 3c und aus einer zweiten Bohrung 3b mit einer an der gegenüberliegenden Folienseite 1 b befindlichen Austrittsöffnung 3d. Beide Öffnungen 3c und 3d weisen jeweils eine größere Querschnittsfläche A3c (Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 3c) und A3d (Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 3d) auf, als eine vorhandene Engstelle 3f der Durchgangsbohrung 3, an der die beiden trichterförmigen Bohrungen 3a und 3b aneinander angrenzen. Auf der Folienseite 1 a liegt, wie gesagt, die zu entwässernde Faserstoffbahn F auf, die nur gestrichelt angedeutet ist, wohingegen die gegenüberliegende andere Folienseite 1 b zur Maschinenseite weist. Die besagte Engstelle 3f hat einen Nenndurchmesser von 25 μιτι und weist überdies zur Folienseite 1 a einen Abstand a auf. Der Abstand a, in dem sich die obere, d.h. erste Bohrung 3a befindet und sich bis zur Engstelle 3f hin verjüngt, entspricht ca. 1/3 der Dicke d der Folie 1 , so dass sich die nach unten hin erweiternde Bohrung 3b über ca. 2/3 der Dicke d der Folie 1 erstreckt und mit b bezeichnet ist.

Aus der Figur wir auch deutlich, dass die Fläche A3d größer ist als die obere Fläche A3c. Damit erzeugt man einen besseren Durchströmungseffekt von der Eintrittsöffnung 3c zur Austrittsöffnung 3d.

Nachzutragen ist, dass die Anzahl an Durchgangsbohrungen 3, die mit UV- Lasern gebohrt werden gegenüber der Anzahl an Durchgangsbohrungen 2, die mit CO2- Lasern gebohrt werden, im Verhältnis 1 :1 bis 1 :10, vorzugsweise 1 :4 stehen.

Bezugszeichenliste

1 Substrat bzw. Folie

1 a eine Folienseite

1 b andere Folienseite

2 CO ₂ - Laser- Bohrung

3 UV- Laser- Bohrung

3a trichterförmige Bohrung

3b trichterförmige Bohrung

3c Eintrittsöffnung

3d Austrittsöffnung

3f Engstelle

3.1 kreisrunde Bohrung

3.2 rechteckige Bohrung

A3c Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung

A3d Querschnittsfläche der Austrittsöffnung a Abstand

b Abstand

d Dicke

F Faserstoffbahn

MD Maschinenrichtung

QD Querrichtung