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Die Erfindung betrifft ein Entwässerungssieb für die Herstellung einer Papierbahn mit einer Vielzahl von identischen Einzelnutzen. Die Erfindung betrifft auch eine mit einem solchen Entwässerungssieb hergestellte Papierbahn und ein Verfahren zum Herstellen einer Folienverbund-Banknote unter Verwendung eines solchen Entwässerungssiebs.
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Aus der Druckschrift
EP 1 545 902 B1 ist eine Folienverbund-Banknote bekannt, die eine innenliegende Papierschicht und zwei mittels eines Klebers auf gegenüberliegende Seiten der Papierschicht aufgebrachte Folien aufweist. Bei der Herstellung solcher Folienverbund-Banknoten werden in der Regel großflächige Kaschierverbund-Bögen aus mehreren Papier- und Folienschichten auf Rollen verarbeitet. Dabei tritt zum Teil das Problem auf, dass sich im Randbereich der Rollen Fehler im Kaschierverbund, wie etwa Luftblasen oder „Luftrinnen” ergeben, die zu einer erhöhten Ausschussrate führen.
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Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und insbesondere eine zuverlässige und kostengünstige Herstellung von Folienverbund-Banknoten zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß der Erfindung enthält ein gattungsgemäßes Entwässerungssieb ein Trägersieb mit einem Innenbereich und gegenüberliegenden Siebkanten, wobei das Trägersieb zur Erzeugung einer Papierbahn mit gleichmäßiger Dicke und gleichmäßigem Flächengewicht entlang der Siebkanten Randvertiefungen aufweist, die sich am Rand des Trägersiebs parallel zu den Siebkanten erstrecken. Es versteht sich, dass die Richtung parallel zu den Siebkanten in der Fläche des Trägersiebs liegt. Ist das Trägersieb ein Rundsieb, so verläuft die Richtung parallel zu den Siebkanten mit der Fläche des Trägersiebes kreisförmig um den Rundsiebmantel.
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Wie weiter unten genauer erläutert, beruht die Erfindung auf der Beobachtung, dass die Effizienz der Faseraufnahme zum Rand eines Entwässerungssiebs hin maschinell bedingt in der Regel abnimmt. Nach dem Kaschieren der erzeugten Papierbahn mit einer oder mehreren Folien und dem Aufrollen der kaschierten Papierbahn auf eine Produktionsrolle führt die in der Papierbahn fehlende Stoffmenge dann zu einem im Randbereich der Rolle verringerten Wickeldruck. Dieser verringerte Wickeldruck kann während der Kaschierkleberaushärtung im Randbereich zu einer undefinierten Relaxation der Folien und dadurch zu mangelhafter Qualität des Kaschierverbunds, wie etwa der Entstehung der genannten Luftblasen oder Luftrinnen führen.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehen Randvertiefungen im Entwässerungssieb wird die im Randbereich fehlende Papiermasse über ein höheres Schöpfvolumen bei der Papierherstellung ausgeglichen. Die mit dem erfindungsgemäßen Entwässerungssieb hergestellten Papierbahnen weisen daher auch in ihrem Randbereich eine gleichmäßige Dicke und ein gleichmäßiges Flächengewicht auf, so dass nach dem Kaschieren und Aufrollen ein nahezu einheitlicher und homogener Wickeldruck auf der Produktionsrolle erreicht wird. Der Ausschuss aufgrund von Fehlern im Kaschierverbund kann durch die erfindungsgemäße Maßnahme somit minimiert werden.
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Vorzugsweise nehmen die genannten Randvertiefungen an den gegenüberliegenden Siebkanten jeweils 0,5% bis 10% der Breite des Trägersiebs ein. Beispielsweise können die Randvertiefungen bei einem 840 mm breiten Trägersieb jeweils eine Breite von 10 mm bis 84 mm aufweisen. Bei einem in der Praxis ebenfalls möglichen Trägersieb mit einer Breite von bis zu 2600 mm können die Randvertiefungen demnach bevorzugt eine Breite von bis zu 260 mm aufweisen. Dabei ist grundsätzlich zu bedenken, dass die Breite der Randvertiefungen auch dadurch beeinflusst wird, dass die Papierbahn, welche die gesamte Breite des Trägersiebs von z. B. 2600 mm ausfüllt, häufig noch in z. B. drei Papierbahnen durch Schneiden geteilt wird. Die Breite der Randvertiefungen wird aber nicht nur von der Frage beeinflusst, ob die Papierbahn noch in kleinere Teilbahnen geschnitten wird, sondern selbstverständlich auch davon, ob und gegebenenfalls wie die gemittelte Tiefe der Randvertiefungen zu den Siebkanten hin ansteigt, was weiter unten im Text noch näher erläutert wird. Die Breite der Randvertiefungen ist bevorzugt über die gesamte Länge der Siebkanten konstant.
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Mit Vorteil nimmt die parallel zu den Siebkanten genittelte Tiefe der Randvertiefungen vom Innenbereich des Trägersiebs zu den Siebkanten hin kontinuierlich zu. Das Abstellen auf die gemittelte Tiefe der Randvertiefungen trägt dabei der Tatsache Rechnung, dass ein erfindungsgemäßes Trägersieb in der Regel auch kleinräumige Erhebungen oder Vertiefungen aufweist, also Erhebungen oder Vertiefungen, die nur innerhalb eines Einzelnutzens liegen, wie etwa Wasserzeichen oder durchgehende Öffnungen in den Einzelnutzen. Diese kleinräumigen Strukturen sind für alle Einzelnutzen identisch und wiederholen sich daher im Raster der Einzelnutzen auf dem Trägersieb.
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Zusätzlich zu diesen kleinräumigen Strukturen, deren Form und Anzahl vom konkreten Design der Einzelnutzen abhängt, weist das Trägersieb als großräumige Strukturen die genannten Randvertiefungen auf, die sich am Rand des Trägersiebs parallel zu den Siebkanten und daher über eine Vielzahl von Einzelnutzen erstrecken. Je nach Größe, insbesondere Umfang (Rundsieb), des Trägersiebs und den vorgesehenen Bogenformaten, können sich die Randvertiefungen über mehr als 10, mehr als 50 oder sogar mehr als 100 Einzelnutzen erstrecken.
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Um die Tiefe der großräumigen Randvertiefungsstruktur im Wesentlichen unabhängig von lokalen Abweichungen durch die kleinräumigen Strukturen angeben zu können, wird auf die parallel zu den Siebkanten gemittelte Tiefe abgestellt, bei der sich die lokalen Abweichungen durch die kleinräumigen Strukturen weitgehend herausmitteln.
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Dies vorausgeschickt, steigt die gemittelte Tiefe der Randvertiefungen des Trägersiebs vom Innenbereich zu den Siebkanten hin mit Vorteil von Null kontinuierlich bis auf eine maximale Tiefe an, die zwischen 5 μm und 50 μm, bevorzugt zwischen 15 μm und 30 μm, besonders bevorzugt zwischen 20 μm und 25 μm liegt. Die gemittelte Tiefe der Randvertiefungen kann zu den Siebkanten hin beispielsweise linear oder quadratisch ansteigen. Zu der gemittelten Tiefe der Randvertiefungen bzw. zu ihrem Verlauf zu den Siebkanten, ist anzumerken, dass diese von einer größeren Zahl von Prozess- und Anlagenparametern abhängen, insbesondere der Stoffanschwemmung, Stoffkonzentration, Stoffausbreitung in der Papiermaschine.
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In einer vorteilhaften Erfindungsvariante ist die Tiefe der Randvertiefungen parallel zu den Siebkanten jeweils im Wesentlichen konstant. Die Wendung „im Wesentlichen konstant” trägt dabei der Tatsache Rechnung, dass die Einzelnutzen kleinräumige Strukturen enthalten können, die zu einer lokalen Variation der Tiefe führen. Großräumig, also über einen Bereich mehrerer Einzelnutzen betrachtet, soll sich die Tiefe der Randvertiefungen parallel zu den Siebkanten Jedoch nicht ändern.
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In einer ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante sind die Randvertiefungen in Richtung parallel zu den Siebkanten durch nicht oder in Bezug auf die Tiefe der Randvertiefungen weniger vertiefte Teilbereiche unterbrochen. Mit Ausnahme der nicht oder weniger vertieften Teilbereiche ist auch hier die Tiefe der Randvertiefungen parallel zu den Siebkanten im Wesentlichen konstant. Die nicht oder weniger vertieften Teilbereiche sind mit Vorteil entweder vollständig innerhalb der Randvertiefungen angeordnet oder stellen Unterbrechungen der Randvertiefungen senkrecht zu den Siebkanten dar. Durch derartige Unterbrechungen der Randvertiefungen wird die Flächenausdehnung der vertieften Bereiche verringert, und so die Anlagerung einer ausreichenden Menge an Papierfasern bei der Blattbildung erleichtert. Die nicht oder weniger vertieften Teilbereiche des Entwässerungssiebs können dabei insbesondere in Form von Stegen, nichtlinienförmigen Mustern oder in Form eines Motivs ausgebildet sein. Da die nicht vertieften Teilbereiche später in der Papierbahn zumindest in gewissem Umfang optisch wahrnehmbar bzw. tastbar sein können, sollten sie bevorzugt unregelmäßig geformt sein, so dass sie optisch nicht oder möglichst wenig in Erscheinung treten. Auch durch zusätzliche Beschichtungen der mit dem erfindungsgemäßen Sieb mit Vertiefungen und Unterbrechungen hergestellten Papierbahnen kann die optische Erfassbarkeit der Unterbrechungen reduziert werden. Z. B. wird die Papierbahn in der Regel mit einer Farbannahmeschicht, insbesondere einer deckenden Farbannahmeschicht, beschichtet, welche die optische Erfassbarkeit der Unterbrechungen für den Betrachter weiter reduziert.
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Sei den beschriebenen Entwässerungssieben kann es sich um Langsiebe oder Schrägsiebe, vorzugsweise aber um Rundsiebe handeln. Die Randvertiefungen sind mit Vorteil in das Entwässerungssieb eingeprägt.
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Die Erfindung umfasst auch eine Papierbahn mit gleichmäßiger Papierdicke und gleichmäßigem Flächengewicht, die mit einem Entwässerungssieb der beschriebenen Art hergestellt ist. Mit Vorteil ist das Entwässerungssieb dabei so ausgebildet, dass die Papierdicke und das Flächengewicht der Papierbahn zu den Rändern der Papierbahn hin um weniger als 10%, vorzugsweise um weniger als 5% und insbesondere um weniger als 3% zunehmen oder abfallen.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Folienverbund-Banknote, bei dem
- – mit einem Entwässerungssieb der beschriebenen Art eine Papierbahn hergestellt wird, deren Papierdicke und Flächengewicht zu den Rändern der Papierbahn hin um weniger als 10%, vorzugsweise um weniger als 5% und insbesondere um weniger als 3% zunehmen oder abfallen,
- – die Papierbahn mit zumindest einer Folie kaschiert wird,
- – die kaschierte Papierbahn zur Kaschierkleberaushärtung auf einer Rolle aufgewickelt wird und
- – aus der ausgehärteten kaschierten Papierbahn eine Folienverbund-Banknote erzeugt wird.
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Besonders bevorzugt sind gegenwärtig Verfahren zur Herstellung einer zumindest dreischichtig aufgebauten Folienverbund-Banknote, die zumindest eine Papierbahn der oben beschriebenen Art enthält, die zwischen zwei Folienlagen eingebettet wird.
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Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß-stabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
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Es zeigen:
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1 einen Ausschnitt eines Sicherheitspapierbogens, der eine Vielzahl von Einzelnutzen trägt,
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2 einen Querschnitt durch einen herkömmlichen Sicherheitspapierbogen in dessen Randbereich,
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3 schematisch ein erfindungsgemäßes Entwässerungssieb in Form eines Rundsiebs, wobei (b) das Rundsieb als Ganzes in perspektiver Darstellung zeigt und (a) einen Querschnitt im Randbereich des Entwässerungssiebs entlang der Linie A-A von (b) zeigt, und
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4 in (a) schematisch die Anlagerung von Fasermasse an das Entwässerungssieb von 3(a) bei der Papierherstellung und in (b) die nach dem Ablösen und den weiteren Verfahrensschritten erhaltene Papierbahn.
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Die Erfindung wird nun am Beispiel der Herstellung von Folienverbund-Banknoten näher erläutert. 1 zeigt dazu einen Ausschnitt eines Sicherheitspapierbogens 10, der eine Vielzahl von Einzelnutzen 12 trägt, die den späteren geschnittenen Banknoten entsprechen. In 1 sind die Umrisse einiger dieser Einzelnutzen 12 mit gestrichelten Linien eingezeichnet. Je nach Design der zu erzeugenden Banknoten können die Einzelnutzen 12 beispielsweise mit einem Wasserzeichen 14 und mit einem bei der Papierherstellung erzeugten Büttenrandloch 16 versehen sein. Wie in 1 erkennbar, stellen die Wasserzeichen 14 und Löcher 16 kleinräumige Strukturen dar, die jeweils auf die Fläche eines Einzelnutzens 12 beschränkt sind und sich auf dem Bogen 10 periodisch im Raster der Einzelnutzen 12 wiederholen.
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2 zeigt einen Querschnitt durch einen herkömmlichen Sicherheitspapierbogen 20 in seinem Randbereich. Während der Papierbogen 20 im Inneren 22 eine im Wesentlichen konstante Papierdicke S aufweist, fällt die Papierdicke im Randbereich 24 auf eine kleinere Papierdicke R ab, die beispielsweise nur 80% der Papierdicke S beträgt. Besonders bei Ausnutzung der gesamten Siebbreite wird bei der Papierherstellung maschinell bedingt in den Randbereichen des Entwässerungssiebs weniger Fasermasse aufgenommen. Über die Presspartie lässt zwar unter Umständen noch eine konstante Papierdicke einstellen, die Papiermasse bleibt in den Randbereichen aber reduziert, so dass weiche und lappige Randbereiche entstehen.
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Wie oben geschildert, ergibt sich bei der Herstellung von Folienverbund-Banknoten, bei der ein folienkaschierter Papierbogen 20 auf einer Produktionsrolle aufgerollt wird, durch den oder die weichen Ränder 24 ein reduzierter Wickeldruck, der zu Fehlern im Kaschierverbund, wie etwa Luftblasen oder Luftrinnen und damit zu erhöhtem Ausschuss führen kann.
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Um eine Papierbahn 10 mit gleichmäßiger Dicke und gleichmäßigem Flächengewicht zu erzeugen und die angesprochenen Probleme somit zu vermeiden, wird für die Papierherstellung erfindungsgemäß ein Entwässerungssieb 30 der in 3 gezeigten Art eingesetzt. Das Entwässerungssieb 30 ist ein Rundsieb, das in 3(b) als Ganzes in perspektiver Darstellung gezeigt ist. 3(a) zeigt einen Querschnitt im Randbereich des Entwässerungssiebs 30 entlang der Linie A-A der 3(b).
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Das Entwässerungssieb 30 enthält ein Trägersieb 32 mit einem Innenbereich 38 und gegenüberliegenden Siebkanten 34. Als Besonderheit weist das Trägersieb 32 an den beiden gegenüberliegenden Siebkanten 34 jeweils Randvertiefungen 36 auf, die sich am Rand des Trägersiebs 32 parallel zu den Siebkanten 34 (Richtung 42, 42' in 3(b)) erstrecken. Die Richtung 42, 42' parallel zu den Siebkanten verläuft in der Fläche des Trägersiebs 32 und lauft bei einem Rundsieb somit kreisförmig um den Zylindermantel.
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Die parallel zu den Siebkanten 34 gemittelte Tiefe der Randvertiefungen 36 nimmt dabei vom Innenbereich 38 zu den Siebkanten 34 hin kontinuierlich zu (Richtung 40 bzw. 40' in 3(b)). Die Verwendung der gemittelten Tiefe trägt der Tatsache Rechnung, dass die Einzelnutzen 12 auch kleinräumige Strukturen in Form der Wasserzeichen 14 und Löcher 16 enthalten, die, sofern sie im Randbereich des Trägersiebs liegen, zu einer lokalen Variation der Tiefe führen. Für die Bestimmung der gemittelten Tiefe wird für einen bestimmten Abstand von einer Siebkante 34 die lokale Tiefe entlang einer Parallelen zu der Siebkante 34 gemittelt. Für ein Rundsieb wie in 3 dargestellt, verläuft auch die Parallele entlang der Richtung 42, 42' kreisförmig um den Zylindermantel des Siebs.
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Parallel zu den Siebkanten 34 in Richtung 42, 42' ist die Tiefe der Randvertiefungen 36 im Ausführungsbeispiel jeweils im Wesentlichen konstant, d. h. unabhängig davon, im Bereich welchen Einzelnutzens 12 das Trägersieb 32 betrachtet wird. Innerhalb eines Einzelnutzens 12 kann es selbstverständlich Tiefenvariationen durch die Wasserzeichen 14, die Löcher 16 oder andere kleinräumige Strukturen geben.
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Die Breite BR der Randvertiefungen 36 liegt typischerweise zwischen 0,5% und 10% der Breite des Trägersiebs. Wie in 3(a) gezeigt, steigt die gemittelte Tiefe der Randvertiefungen 36 kontinuierlich von Null bis auf eine maximale Tiefe T an, die typischerweise zwischen 5 μm und 50 μm liegt. Das Profil der Randvertiefung 36 kann zu den Siebkanten 34 hin insbesondere linear oder quadratisch verlaufen.
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Zur Illustration wird die benötigte maximale Tiefe T modellhaft für einen Sicherheitspapierbogen 10 mit einem Flächengewicht von 75 g/m2 und einer Solldicke von S = 90 μm bestimmt. Ohne die erfindungsgemäßen Randvertiefungen im Entwässerungssieb ergibt sich bei einem solchen Sicherheitspapierbogen beispielsweise ein Abfall des Flächengewichts von 75 g/m2 im Inneren auf 60 g/m2 im Randbereich, also auf 80% des Wertes im Inneren der Papierbahn. Diese Papiermassendifferenz von 15 g/m2 entspricht einer Papierdickendifferenz von 90 μm·(15/75) = 18 μm, so dass die Papierbahn im Randbereich nur noch 72 μm dick wäre (2).
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Um die reduzierte Effizienz der Faseraufnahme im Randbereich zu kompensieren, wird die maximale Tiefe T so gewählt, dass bei einer Faseraufnahmeeffizienz von 80% gerade die gewünschte Solldicke bzw. das gewünschte Soll-Flächengewicht erreicht wird. Bezeichnet e die Faseraufnahmeeffizienz und S die Solldicke des Papiers, so muss also T·e = S·(1 – e) bzw. T = S·(1 – e)/e gelten. Für S = 90 μm und e = 80% erhält man so T = 22,5 μm.
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Entsprechend ist in das Entwässerungssieb 30 der 3(a) eine Randvertiefung 36 mit einer maximalen Tiefe T = 22,5 μm eingeprägt.
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4(a) zeigt schematisch die Anlagerung von Fasermasse 50 an dem Entwässerungssieb 30 bei der Papierherstellung. Im Innenbereich 38 des Entwässerungssiebs 30 lagert sich Fasermasse 50 mit einem Flächengewicht von 75 g/m2 an. Im Randbereich des Entwässerungssiebs wird durch die Randvertiefung 36 ein höheres Schäpfvolumen bereitgestellt, so dass sich trotz der reduzierten Faseraufnahmeeffizienz von 80% relativ zum Innenbereich 38 dieselbe Papiermasse am Sieb 30 anlagert.
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Nach dem Ablösen der so erzeugten Papierbahn und den üblichen weiteren Verfahrensschritten wie Trocknen, Pressen, Leimen etc. erhält man die in 4(b) im Querschnitt dargestellte Papierbahn 52, bei der die Papierdicke S und das Flächengewicht bis zum Rand 54 hin praktisch konstant bleiben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sicherheitspapierbogen
- 12
- Einzelnutzen
- 14
- Wasserzeichen
- 16
- durchgehende Löcher
- 20
- Sicherheitspapierbogen
- 22
- Inneres
- 24
- Randbereich
- 30
- Entwässerungssieb
- 32
- Trägersieb
- 34
- Siebkanten
- 36
- Randvertiefungen
- 38
- Innenbereich
- 40, 40'
- Richtung senkrecht zu den Siebkanten
- 42, 42'
- Richtung parallel zu den Siebkanten
- 50
- Fasermasse
- 52
- Papierbahn
- 54
- Rand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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