EP1884582B1

EP1884582B1 - Sieb, insbesondere zur Herstellung von Vliesstoffen mittels eines Gas- oder Flüssigkeitsstrahl-Verfestigungsverfahrens

Info

Publication number: EP1884582B1
Application number: EP06016367A
Authority: EP
Inventors: Gilberto Dante Ronzani
Original assignee: Stork Prints Austria GmbH
Current assignee: SPGPrints Austria GMBH
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: ATE444388T1; EP1884582A1; US20080028581A1; DE502006004982D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Sieb, insbesondere ein Sieb, wie es zur Herstellung von Vliesstoffen mittels eines Gas- oder Flüssigkeitsstrahl-Verfestigungsverfahrens eingesetzt wird.
Bei der Herstellung von Vliesstoffen, wie sie insbesondere im Haushalt, allgemein für Sanitärzwecke oder für Hygieneartikel eingesetzt werden, werden Vliesmaterialien, wie z.B. Fasern, Filamente, Plättchen, Bändchen oder dergleichen, auf ein Sieb aufgebracht, um dort durch einen Verfestigungsvorgang eine nicht-gewebte, zusammenhängende Vliesbahn zu bilden. Zum Verfilzen oder Verfestigen der Vliesmaterialien werden diese beispielsweise durch einen unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl gegen das Sieb gedrückt, verwirbelt und miteinander verfilzt. Anstelle von balken- oder kammartigen Wasserstrahlen können auch balken- oder kammartige Gasstrahlen eingesetzt werden, die zu einer Verwirbelung und Verfilzung der Fasermaterialien führen. Ferner sind anstelle von Wasser auch andere Flüssigkeiten, einschließlich nicht wässriger Flüssigkeiten einsetzbar.
Durch eine entsprechende Oberflächengestaltung der Siebe können dabei in den resultierenden Vliesstoffen Muster eingeprägt werden, die sich reliefartig vom allgemeinen Hintergrund des Vliesstoffes abheben.
Hierzu sind bereits Drahtgewebe, Schablonen oder -Siebe bekannt, bei denen Drahtgewebe aus Kupfer eingesetzt werden, die an prägenden Stellen Vertiefungen oder Erhöhungen der Sieboberfläche aufweisen. Aufgrund der Vertiefungen oder Erhöhungen können mehr oder weniger Fasern oder andere Vliesmaterialien an einer bestimmten Stelle angehäuft oder ausgedünnt werden. Da Drahtgewebe üblicher Weise nicht die nötige Steifigkeit besitzen, um dem Gas-, Fluid- oder Wasserdruck standzuhalten, ist es üblicher Weise erforderlich, eine gelochte Stahltrommel zur Stabilisierung und zum Abstützen des Drahtgewebesiebes einzusetzen.
Der Einsatz von gewebten Sieben hat den Nachteil, dass sich Fasern und andere Bestandteile des Vliesmaterials an den Kreuzungsstellen von Kette und Schuss verklemmen können, so dass sich die bildende Vliesbahn nicht zerstörungsfrei vom Sieb ablösen lässt, sondern an diesem mehr oder weniger anhaftet.
Aus der EP 0 776 391 B1 ist bereits eine Vorrichtung zum Herstellen eines nicht-gewebten und undessinierten Tuchs mittels Druckwasserstrahlen bekannt, bei der eine zylindrische, drehbare Trommel eingesetzt wird, die auf ihrer Oberfläche eine Vielzahl von Mikroöffnungen aufweist. Diese Mikroöffnungen können dabei nach dem Zufallsprinzip oder regelmäßig auf der Oberfläche der Trommel verteilt sein. Die Mikroöffnungen sind dabei mittels der bekannten Technik der Serigrafie mit elektrolytischer Abscheidung hergestellt.
Um Vliesmaterialbahnen oder dergleichen mit geprägten Oberflächen zu erzeugen, werden, wie die EP 0 705 932 B1 zeigt, topografische Siebe oder Tragbauteile eingesetzt, die eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen oder Drainagebohrungen aufweisen. Diese Drainagebohrungen verjüngen sich von der Oberseite zur Rückseite des Tragbauteils. Der Winkel der Verjüngung darf bei diesem bekannten Sieb oder Tragbauteil weder zu groß noch zu klein sein und muss hinsichtlich der Dicke des Tragbauteils eingestellt werden, um auf der einen Seite eine ausreichende Drainagewirkung zu erhalten und auf der anderen Seite auf der Oberseite des Tragbauteils eine für die Hintergrundstruktur des Vliesstoffes gewünschte strukturierte Oberfläche zu erhalten.
Um Reliefs in dem Vliesstoff herzustellen, weist die Oberfläche des Tragbauteils oder Siebs Vertiefungen entsprechend den gewünschten Mustern auf.
Aufgrund der von der Oberseite zur Rückseite des Tragbauteils verlaufenden Verjüngung der Durchgangsöffnungen besteht die Gefahr, dass diese durch Fasermaterial verstopfen können, was die Funktion des Tragbauteils erheblich beeinträchtigen kann und häufige Wartungen desselben erfoderlich macht.
WO01/64984 A1 zeigt eine Produktionsstrasse zum Herstellen bebilderter Vliesstoffe. Die Produktionsstrasse weist eine Prägestation auf, mit der ein Muster auf einem Sieb unter Verwendung von Druckwasserdüsen auf einen Vliesstoff aufgeprägt werden kann. Das Sieb weist einen Siebkörper mit einer Oberseite und einer zur Oberseite entgegengesetzten Rückseite auf. Zwischen Oberseite und Rückseite verläuft eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen. Die Oberseite des Siebkörpers ist strukturiert. Somit weist der Siebkörper auf der Oberseite höher liegende und tiefer liegende Bereiche auf, wobei die Konturen dieser Bereiche einem gewünschten Muster folgen. Der Querschnitt der Durchgangslöcher bleibt zwischen Oberseite und Rückseite konstant.
WO03/060215 A1 zeigt eine Produktionsstrasse zum Herstellen bebilderter Vliesstoffe. Die Produktionsstrasse weist eine Prägestation auf. Die Prägestation prägt ein Muster auf einem Sieb über Hochdruckwasserdüsen auf den Vliesstoff auf.
WO97/22434 A1 zeigt eine weitere Produktionsstrasse zum Herstellen bebilderter Vliesstoffe. Die Produktionsstrasse weist eine Verfestigungsstation auf, in der der Vliesstoff auf einem Sieb über Hochdruckwasserdüsen verfestigt wird. Das Sieb enthält eine Oberseite, eine zur Oberseite entgegengesetzte Rückseite und Durchgangslöcher, die von der Oberseite zur Rückseite verlaufen. Weder die Oberseite noch die Rückseite weisen ein Muster zum Prägen auf den Vliesstoff auf. Ferner nimmt der Querschnitt der Durchgangslöcher von der Oberseite zur Rückseite hin zunächst trichterförmig ab, um dann konstant zu bleiben.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Sieb, insbesondere zur Herstellung von Vliesstoffen mittels eines Strahlverfestigungsverfahrens bereitzustellen, das insbesondere in seiner Funktion verbessert ist und eine erhöhte Prägewirkung liefert.
Diese Aufgabe wird durch das Sieb nach Anspruch 1 sowie durch die Verfahren nach Anspruch 15, 22 und 23 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist also bei einem Sieb mit einem Siebkörper mit einer Oberseite zum Aufbringen eines zu verfestigenden Vliesmaterials, einer dazu entgegengesetzten Rückseite, einer Vielzahl von von der Oberseite zur Rückseite verlaufenden Durchgangsöffnungen, und mit tiefer liegenden Bereichen in der Oberseite, deren Konturen entsprechend einem gewünschten Muster verlaufen, vorgesehen, dass der Querschnitt der Durchgangsöffnungen von der Oberseite zur Rückseite hin zunimmt.
Hierdurch lässt sich zum einen erreichen, dass Fasern, Faserbruchstücke, Filamente, Filamentbruchstücke oder andere Fasermaterialien, die in unerwünschter Weise in die Durchgangsöffnungen gelangen, sich in diesen praktisch nicht verkeilen können, wodurch sich ein Verstopfen der Durchgangsöffnungen des Siebes wirksam verhindern lässt. Zum anderen lässt sich auch die Prägewirkung verbessern, da der Strömungswiderstand des Siebes im Bereich der Vertiefungen, insbesondere dann wenn sich die Durchgangsöffnungen zur Rückseite hin konischer erweitern, verringert ist, so dass das zur Verfestigung und Verfilzung auf das Vliesmaterial einwirkende Medium auch aus den zu den Vertiefungen benachbarten Bereichen in die Vertiefungen hineinströmen kann und dabei Fasermaterial mitnimmt, was zu einer verbesserten Reliefbildung führt.
Ferner wird die Funktion des erfindungsgemäßen Siebes auch noch dadurch verbessert, dass insbesondere beim Einsatz von Flüssigkeiten zur Verfestigung des Filzmaterials diese Flüssigkeiten im Bereich der Vertiefungen leichter abgeführt werden können, was die spätere Trocknung des auf dem erfindungsgemäßen Sieb hergestellten Vliesstoffes erleichtert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die tiefer liegenden Bereiche eine gleichmäßige Tiefe aufweisen, die nicht größer als etwa drei Viertel der Dicke des Siebkörpers, vorzugsweise etwa gleich zwei Drittel der Dicke des Siebkörpers ist.
Um die Reliefbildung, also die Konturen des gewünschten Reliefs deutlicher oder weniger deutlich erkennbar zu machen, ist es zweckmäßig, wenn die tiefer liegenden Bereiche entlang ihren Rändern von Seitenwänden begrenzt werden, die entweder im wesentlichen senkrecht zur Siebebene verlaufen oder unter einem Winkel von weniger als 45° zur Senkrechten der Siebebene böschungsartig geneigt sind oder eine Hinterschneidung mit einem Winkel von weniger als 20° gegen die Senkrechte zur Siebebene bilden.
Besonders gute Ergebnisse bei der Herstellung des Vliesmaterials werden erreicht, wenn das Öffnungsverhältnis, also das Verhältnis der Fläche aller Öffnungen zur Gesamtfläche des Siebes im Bereich von 1% bis 30%, insbesondere im Bereich von 5% bis 20%, vorzugsweise bei 7% liegt, wobei zweckmäßiger Weise das Öffnungsverhältnis im Bereich der tiefer liegenden Bereiche gleich oder größer ist, als außerhalb davon.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die tiefer liegenden Bereiche von musterbildenden, erhabenen Bereichen unterbrochen sind, die über die Ebene der Oberseite des Siebkörpers vorstehen, wobei das Öffnungsverhältnis im Bereich der erhabenen Bereiche zumindest kleiner als das Öffnungsverhältnis im Bereich der tiefer liegenden Bereiche, vorzugsweise gleich Null ist. Hiermit lässt sich ein Muster im Vliesstoff ausbilden, das in den Hintergrund reliefartig eingedrückt ist.
Je nach Art des zur Verfestigung des Vliesmaterials auf dem Sieb eingesetzten Medium kann der Querschnitt der Durchgangsöffnungen kreisförmig oder unrund sein. Im letzteren Fall werden ovale, elliptische oder viereckige Formen vorgezogen, die auch schlitzförmig sein können.
Bei schlitzförmigen und unrunden Durchgangsöffnungen, deren Querschnitt eine Längsrichtung definiert, ist vorgesehen, dass die Durchgangsöffnungen je nach gewünschtem Öffnungsverhältnis und/oder erforderlichen Stabilität des Siebes mit ihren Längsrichtungen parallel zueinander, abwechselnd parallel und senkrecht zueinander, oder in zufälliger Ausrichtung zueinander angeordnet sind.
Um bei einem hohen Öffnungsverhältnis eine gute Stabilität des Siebes zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, wenn die Durchgangsöffnungen so angeordnet sind, dass unmittelbar benachbart zu jeder der Durchgangsöffnungen sechs Durchgangsöffnungen liegen, die voneinander gleichbeabstandet sind.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass benachbart zu jeder der Durchgangsöffnungen drei bis zehn Durchgangsöffnungen liegen, die unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen. Hierdurch lässt es sich erreichen, dass der auf dem Sieb hergestellte Vliesstoff eine lebhaft strukturierte Hintergrundoberfläche aufweist.
Eine derartige Strukturierung lässt sich auch erreichen, wenn die Durchgangsöffnungen zufällig oder pseudozufällig zueinander angeordnet sind.
Grundsätzlich ist es möglich, dass der Siebkörper aus nichtmetallischen Werkstoffen, wie z.B. Kunststoff, Keramik, natürlichen Harz- oder Lackmaterialien, die zur Ausbildung stabiler Flächenelemente geeignet sind, Verbundmaterialien oder einer Kombination davon besteht. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Siebkörper aus Metall, vorzugsweise aus einem in einem Galvanischen Bad auf einer Elektrode abscheidbaren Metall, insbesondere aus Nickel, Kupfer oder Aluminium oder einer Mischung davon besteht.
Erfindungsgemäß lässt sich ein Sieb, das insbesondere zur Herstellung von Vliesstoffen eingesetzt wird, mit folgenden Schritten herstellen:

Bereitstellen eines Siebkörpers mit einer Oberseite zum Aufbringen eines zu verfestigenden Vliesmaterials und einer zur Oberseite entgegengesetzten Rückseite, wobei der Siebkörper eine Vielzahl von von der Oberseite zur Rückseite verlaufenden Durchgangsöffnungen aufweist, deren Querschnitt im wesentlichen von der Oberseite zur Rückseite hin gleich bleibt oder zunimmt, und
Ausbilden von tiefer liegenden Bereichen in der Oberseite des Siebkörpers entsprechend einem gewünschten Muster, wobei vorzugsweise zum Ausbilden der tiefer liegenden Bereiche
auf den Siebkörper eine Ätzmaske entsprechend einem gewünschten Muster aufgebracht wird, und
anschließend der Siebkörper von der Oberseite her bis zu einer gewünschten Tiefe geätzt wird.

Anstelle der Ausbildung der vertieften oder tiefer liegenden Bereiche mittels Ätzen, ist es auch möglich, dass zum Ausbilden der tiefer liegenden Bereiche die Oberseite des Siebkörpers mustergemäß bis zu einer gewünschten Tiefe erodiert wird. Die Ausbildung der tiefer liegenden Bereiche lässt sich aber auch durch mustergemäßes Abtragen oder durch mustergemäße Ablation des Siebkörpermaterials von der Oberseite des Siebkörpers her mittels Laserstrahlung erzielen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn zum Abtragen des Siebkörpermaterials Laserstrahlung verwendet wird, deren Wellenlänge entsprechend den Absorptionseigenschaften des Siebkörpermaterials gewählt ist.
Zweckmäßiger Weise wird der Siebkörper galvanisch bereitgestellt.
Es ist aber auch möglich, dass zum Bereitstellen des Siebkörpers eine ebene Platte oder ein Hohlzylinder aus Metall oder Nichtmetall mittels Laserstrahlung mit der Vielzahl von von der Oberseite zur Rückseite verlaufenden Durchgangsöffnungen versehen wird.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Siebes ohne materialabtragende Techniken zeichnet sich durch folgende Schritte aus:

Bereitstellen einer galvanischen Siebkörperfolie mit einer Oberseite und einer dazu entgegengesetzten Rückseite sowie einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen,
Aufbringen einer Galvanisierungsmaske entsprechend einem gewünschten Muster auf der Siebkörperfolie,
galvanisches Abscheiden von Siebkörpermaterial außerhalb der tiefer liegenden Bereiche auf die Oberseite der Siebkörperfolie bis einer Dicke, die im Wesentlichen der späteren Tiefe der tiefer liegenden Bereiche entspricht,
Entfernen der Galvanisierungsmaske und
galvanisches Abscheiden von Siebkörpermaterial auf der resultierenden Siebkörperstruktur bis zu einer für den Siebkörper gewünschten Dicke unter Beibehaltung der Durchgangsöffnungen, die von der Oberseite des Siebkörpers zu dessen Rückseite mit zunehmendem Durchmesser verlaufen.

Eine weiteres Verfahren zum Herstellen eines Siebes bei dem die Musterstrukturen ohne Siebmaterial abtragende Techniken erzeugt werden, weist folgende Schritte auf:

Bereitstellen eines galvanischen Siebkörpers mit einer Oberseite und einer dazu entgegengesetzten Rückseite sowie einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen, deren Durchmesser von der Oberseite zur Rückseite hin zunimmt,
Aufbringen einer Galvanisierungsmaske entsprechend einem gewünschten Muster auf den Siebkörper,
galvanisches Abscheiden von Siebkörpermaterial außerhalb der tiefer liegenden Bereiche auf die Oberseite des Siebkörpers bis einer Dicke, die im Wesentlichen der späteren Tiefe der tiefer liegenden Bereiche entspricht, und
Entfernen der Galvanisierungsmaske.

Um einen Vliesstoff herstellen zu können, der nicht nur eine reliefartig geprägte Oberfläche, sondern auch eine Hintergrundstruktur aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die Oberseite des Siebkörpers vor oder nach dem Ausbilden der tiefer liegenden Bereiche oder vor dem Aufbringen einer Galvanisierungsmaske für ein galvanisches Herstellung erhabener Bereiche unter Verwendung einer Ätzmaske entsprechend der jeweils gewünschten Hintergrundstruktur des herzustellenden Vliesstoffes geätzt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Siebes;
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf ein anderes erfindungsgemäßes Sieb;
Figur 3 schematische Schnittdarstellungen weiterer Ausgestaltungen der Erfindung;
Figur 4 schematische Draufsichten auf erfindungsgemäße Siebe zur Erläuterung der Verteilung von Durchgangsöffnungen;
Figur 5(a) eine schematische Schnittdarstellung einer galvanischen Siebkörperfolie;
Figur 5(b) eine schematische Schnittdarstellung eines Siebkörpers oder -rohlings;
Figur 6(a) eine Darstellung entsprechend Figur 5(a);
Figur 6 einen galvanischen Vorläufer eines erfindungsgemäßen Siebes;
Figur 7(a) eine schematische Draufsicht auf ein Sieb gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
Figur 7(b) einen Schnitt im Wesentlichen nach Linie VII in Figur 7(a).

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie in Figur 1 zu erkennen ist, weist ein Sieb, insbesondere ein Sieb, das zur Herstellung von Vliesstoffen mittels eines Gas- oder Flüssigkeitsstrahl-Verfestigungsverfahrens verwendet wird, einen Siebkörper 10 auf, der eine Oberseite 11 und eine dazu entgegengesetzte Rückseite 12 besitzt. Die Oberseite 11 des Siebkörpers 10, also die Oberseite des Siebes ist die Seite, auf die bei der Herstellung von Vliesstoffen das zu verfestigende Vliesmaterial, also Fasermaterialien, Filamente und andere für nicht-gewebte Stoffbahnen geeignete Plättchen oder Bändchenmaterialien aufgebracht werden. Die zur Oberseite 11 des Siebes entgegengesetzte Rückseite 12 des Siebkörpers 10 wird im Wesentlichen von einer zur Oberseite 11 parallelen, vorzugsweisen glatten Fläche gebildet. Das Sieb kann ein ebenes Sieb oder aber auch ein zylindrisches Sieb sein.
Bei entsprechender Materialwahl ist es auch denkbar, dass Sieb bandförmig auszubilden. Für ein bandförmiges Sieb ist es erforderlich, ein Material in einer solchen Stärke zu verwenden, dass es einerseits flexibel genug ist, um über Umlenkwalzen geführt zu werden, das aber andererseits stabil genug ist, dem Druck eines für das Verfestigüngsverfahren gegen das Sieb geleiteten Mediums standzuhalten. Ebene und zylindrische Siebe lassen sich vorzugsweise - wie unten näher erläutert wird - galvanisch herstellen.
Um während des Verfestigungsverfahrens ein Ableiten des verwendeten Mediums, insbesondere des dabei verwendeten Wassers zu ermöglichen, sind in dem Siebkörper 10 eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 14 vorgesehen, deren Querschnitt von der Oberseite 11 zur Rückseite 12 hin gleich bleibt oder, wie in Figur 1 gezeigt, sich konisch erweiternd zunimmt.
Um bei der Herstellung von Vliesstoffen während der Verfestigung des Vliesmaterials mittels geeigneter Flüssigkeits- oder Gasstrahlen die sich bildende Vliesstoffoberfläche reliefartig zu strukturieren, sind in der Oberseite 11 des Siebkörpers 10 Vertiefungen 15 vorgesehen, deren Böden 16 tiefer liegende Bereiche bilden, die von Seitenwänden 17 begrenzt werden.
Wie besonders gut in Figur 2 zu erkennen ist, stellen die Seitenwände 17 der Vertiefungen 15 die Konturen eines gewünschten Musters dar.
Figur 2 zeigt eine bienenwabenförmige Anordnung der Durchgangsöffnungen, und lässt auch erkennen, dass in dem Bereich der Vertiefungen die Durchgangsöffnungen 14 eingangsseitig einen größeren Durchmesser ausweisen, als die außerhalb der Vertiefungen liegenden Durchgangsöffnungen 14, was eine Folge der konischen Erweiterung der Durchgangsöffnungen zur Rückseite 12 hin ist.
Je nach der gewünschten Reliefschärfe ist es möglich, die Seitenwände senkrecht zur Siebebene oder bei zylinderförmigen Sieben senkrecht zur jeweiligen Tangentialebene auszubilden, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass, wie in Figur 3 gezeigt ist, die Seitenwände 17 Hinterschneidungen oder Böschungen bilden, wie die linke bzw. rechte Seite von Figur 3 zeigt. Der Winkel α der Seitenwand mit der Senkrechten zur Sieboberfläche liegt dabei bei Hinterschneidungen im Bereich von 0° bis 20°, während er für Böschungen bis zu 45° betragen kann.
Je nach dem verwendeten Medium für das Verfestigungsverfahren, und je nach den eingesetzten Drücken, können die Durchgangsöffnungen unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen und auf verschiedene Arten verteilt sein. Figur 4 zeigt beispielsweise eine zufällige statistische Anordnung, bei der benachbart zu jeder der runden Durchgangsöffnungen 14 drei bis zehn Durchgangsöffnungen 14 liegen, die unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen, während bei der regelmäßigen bienenwabenförmigen Anordnung nach Figur 2, benachbart zu jeder Durchgangsöffnung 14 sechs Durchgangsöffnungen 14 liegen, die jeweils die gleichen Abstände voneinander aufweisen.
Es können aber auch unrunde, ovale, rechteckige Querschnitte für die Durchgangsöffnungen 14 gewählt werden, die dann auch schlitzförmig sein können, wie in Figur 4(b) und (c) gezeigt ist. Je nach dem gewünschten Öffnungsverhältnis, also dem Verhältnis der Gesamtfläche der Öffnungen zu der Gesamtfläche des Siebes, können unterschiedliche Anordnungen vorgesehen werden. Figur 4(b) zeigt beispielsweise eine Anordnung von Durchgangsöffnungen 14 mit schlitzförmigem Querschnitt, wobei die Schlitze alle parallel gegeneinander versetzt sind. Figur 4(c) zeigt eine andere Anordnung bei der zu jeder Durchgangsöffnung 14 acht benachbarte Durchgangsöffnungen gehören, von denen die Hälfte parallel und die andere Hälfte senkrecht dazu angeordnet sind.
Als weiteres Gestaltungselement für die gewünschten reliefartigen Muster auf der Oberfläche der Vliesstoffe kann die Tiefe t der Vertiefungen 15 variieret werden. Zweckmäßiger Weise sollte die Tiefe t der Vertiefungen 15 nicht größer als etwa 3/4 der Dicke d des Siebkörpers sein. Insbesondere kann die Tiefe, wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist etwa gleich der halben Dicke des Siebkörpers 10 sein. Bevorzugt sind jedoch Tiefen t, die etwa bei 2/3 der Dicke d des Siebkörpers 10 liegen.
Da die Durchgangsöffnungen 14 einen von der Oberseite zur Rückseite hin gleichbleibenden oder sich vorzugsweise erweiternden Querschnitt besitzen, ist auch das Öffnungsverhältnis, also das Verhältnis der Fläche aller Öffnungen zur Gesamtfläche des Siebes im Bereich der Vertiefungen gleich oder größer als das Öffnungsverhältnis außerhalb davon. Das Öffnungsverhältnis über das Gesamtsieb gesehen liegt im Bereich von 1% bis 30%, insbesondere im Bereich von 5% bis 20% und vorzugsweise bei 7% und wird entsprechend den zu verarbeitenden Faser- und Vliesmaterialien sowie unter Berücksichtigung der Drücke, mit denen das Verfestigungsmedium gegen das Faser und Vliesmaterial auf der Oberfläche des Siebes strömt, gewählt.
Bei der Herstellung von Vliesstoffen mittels des erfindungsgemäßen Siebes wird also ein Vliesmaterial in bekannter Weise auf die Oberfläche 11 des Siebes aufgebracht, um dann mit einem Medium beaufschlagt zu werden, das die einzelnen Bestandteile des Vliesmaterials gegeneinander presst, verwirbelt und so zu einer Verfilzung und zu einer Verfestigung des Vliesmaterials führt, was letztendlich in einer Bahnbildung resultiert.
Bei der Verwirbelung des Vliesmaterials durch das eingesetzte Verfestigungsmedium, also beispielsweise durch Gas, Wasser, wässrige und nichtwässrige Flüssigkeiten, wird Fasermaterial auch in die Vertiefungen 15 transportiert, wodurch sich die reliefartig von der sich bildenden Oberfläche vorstehenden Muster bilden. Beim Einsatz von senkrechten oder hinterschnittenen Seitenwänden 17 erhalten die reliefartigen Muster scharfe Konturen, während der Einsatz von mehr oder weniger sanft geneigten Böschungen eine weichere Reliefbildung zur Folge hat.
Werden, wie in den Figuren dargestellt, Durchgangsöffnungen 14 eingesetzt, die sich zur Rückseite hin konisch erweitern, so hat dies im Bereich der Böden 16 der Vertiefungen 15 ein größeres Öffnungsverhältnis zur Folge, was zu einem verringerten Strömungswiderstand führt. Hierdurch wird die Reliefbildung weiter unterstützt, da das zur Verfestigung eingesetzte Medium im Bereich der Vertiefungen schneller abströmen kann, wodurch der Vliesmaterialtransport in die Vertiefungen unterstützt wird.
Insbesondere beim Einsatz von Flüssigkeiten, verbessert das in den tiefer liegenden Bereichen, also in den Bereichen der Böden erhöhte Öffnungsverhältnis den Abtransport der Flüssigkeit, was einen nachfolgenden Trocknungsvorgang vereinfacht.
Ein wesentlicher Vorteil der gleichbleibenden oder sich erweiternden Querschnitte der Durchgangsöffnungen 14 besteht darin, dass auf diese Weise praktisch ein Verstopfen der Durchgangsöffnungen nahezu ausgeschlossen ist, so dass erfindungsgemäße Siebe über einen längeren Zeitraum wartungsfrei zur Herstellung von nichtgewebten Vliesstoffen eingesetzt werden können.
Neben galvanisch hergestellten Sieben, deren Herstellung unten noch näher beschrieben wird, können Siebe auch aus Metall-, Kunststoff- sowie Verbundmaterialien, wie Glasfaser-verstärkten Kunststoffen oder Harzen oder auch Kohlefasermaterialien, hergestellt sein. Es ist ferner denkbar, Kunststoffe und natürliche Materialien, die zur Schichtbildung geeignet sind, mit Metallmatrizen oder dergleichen skelettartig zu verstärken.
Sollen Siebe aus derartigen Materialien hergestellt werden, so können die dafür vorgesehenen Platten oder Zylinder mittels Laserstrahlung mit den Durchgangsöffnungen 14 versehen werden. Hierbei lassen sich durch geeignete Justierung des Laserstrahlbrennpunktes Durchgangsöffnungen 14 mit sich zur Rückseite 12 hin erweiternden Querschnitten erzielen, wenn die Fokustaille im Bereich der Oberseite 11 liegt, so dass der Laserstrahl sich von der Oberseite 11 zur Rückseite 12 hin erweitert. Je nach Tiefenschärfe des Lasers lässt sich dabei die konische Erweiterung der Durchgangsöffnung 14 einstellen.
Im Folgenden wird anhand der Figuren 5 und 1 die galvanische Herstellung eines erfindungsgemäßen Siebes nach einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
Zunächst wird auf einer Matrize, die entsprechend dem gewünschten Sieb in leitende und nichtleitende Bereiche strukturiert ist, in einem galvanischen Bad ein Siebkörperfilm 10' hergestellt, der eine gewünschte Dicke aufweist. Nachdem der Siebkörperfilm 10' die gewünschte Dicke erreicht hat, wird er von der Matrize abgezogen, um ausgehend von dem Siebkörperfilm 10' einen Siebkörper 10 durch Abscheidung von Siebmaterial im galvanischen Bad zu erhalten. Hierbei können sich, wie in Figur 5(b) dargestellt ist, an der Oberseite des Siebes trichterförmige Einlassbereiche 24 der Durchgangsöffnungen 14 bilden, die je noch Größe der Durchgangsöffnungen 14 und/oder nach dem gewünschten Öffnungsverhältnis des Siebes belassen oder abgeschliffen werden können.
Nachdem der Siebkörper 10 oder Siebrohling fertiggestellt ist, können dann die Vertiefungen 15 durch Ätzen, Funkenerosion, Laserabtrag oder durch Laser-Ablation durchgeführt werden. Wird ein Laser eingesetzt, so ist es zweckmäßig, wenn dessen Wellenlänge auf die Absorptionseigenschaften des jeweils verwendeten Siebkörpermaterials abgestimmt ist.
Sollen die Vertiefungen durch Ätzen hergestellt werden, so ist zunächst auf den Siebkörper eine Ätzmaske aufzubringen. Hierzu wird das Sieb zunächst mit einer Ätzschutzschicht beschichtet, die dann entweder durch Belichten und Entwickeln oder wiederum mittels Laserstrahlung im zu ätzenden Bereich entfernt wird. Nach dem entsprechenden Materialabtrag ergibt sich dann aus dem in Figur 5 dargestellten Siebkörper 10 oder Siebrohling, das in Figur 1 dargestellte Sieb.
Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Herstellen eines Siebkörperfilms 10' , wie er in Figur 6(a) dargestellt ist, der Siebkörperfilm 10' auf der Rückseite und im Bereich der zu bildenden Vertiefungen 15 mit einer Galvanisierungsschutzschicht versehen, um anschließend in den übrigen Bereichen weiteres Siebmaterial im galvanischen Bad abzuscheiden, so dass sich ein Siebkörpervorläufer 10" bildet, der bereits mit den gewünschten Vertiefungen 15 versehen ist. Abschließend wird dann nach dem Entfernen der Galvanisierungsschutzschichten der Siebkörpervorläufer 10" im galvanischen Bad auf die endgültige Siebdicke d gebracht.
Bei den bisher beschriebenen Sieben ist das Verhältnis der Gesamtfläche der Vertiefungen 15, also das Verhältnis der Gesamtfläche der tiefer liegenden Bereiche zu der Gesamtfläche der nichtvertieften Bereiche wesentlich kleiner als 1, so dass das resultierende Relief in dem auf dem Sieb hergestellten Vliesstoff erhabene reliefartige Muster zeigt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Siebes, das für reliefartig eingedrückte Bereiche in dem herzustellenden Vliesstoff gedacht ist, sind, wie in den Figuren 7(a) und 7(b) gezeigt, auf dem Sieb erhabene Abschnitte oder Bereiche 18 vorgesehen, deren Seitenwände 17 den Konturen des gewünschten Musters entsprechen, wie dies in Figur 7 a zu erkennen ist. Das Öffnungsverhältnis des Siebes im Bereich der erhabenen Bereiche 18, ist hier vorzugsweise 0, d.h. dass die erhabenen Bereiche nicht mit Öffnungen versehen sind. Hier ist also das Verhältnis der tiefer liegenden Bereiche zu den erhabenen Bereichen umgekehrt wie oben.
Auch bei diesem Sieb sind wiederum die Durchgangsöffnungen 14 mit einem gleichbleibenden oder einem sich zur Rückseite 12 des Siebes erweiternden Querschnitt versehen.
Erfindungsgemäß wird ein derartiges Sieb so hergestellt, dass zunächst der Siebkörper 10 bis zu der gewünschten Dicke des Siebes ausgebildet wird, um anschließend mit einer Galvanisierungsmaske versehen zu werden, die nur die Bereiche frei lässt, auf denen Siebmaterial für die Ausbildung der mustergemäßen erhabenen Bereiche 18 im galvanischen Bad abgeschieden werden soll.
Bei der Herstellung eines Vliesstoffes auf einem derartigen Sieb wird Faser- und Vliesmaterial aus dem Bereich der erhabenen Bereiche in die tiefer liegenden Bereiche transportiert, so dass sich dort ein verjüngtes, vertieftes Relief im fertigen Vliesstoff bildet.
Die Form der Durchgangsöffnungen liefert auch hier die gleichen Vorteile wie die anderen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Falls es gewünscht ist, dass der auf einem erfindungsgemäßen Sieb hergestellte Vliesstoff nicht nur die mit den Vertiefungen oder erhabenen Bereichen geprägten reliefartigen Muster aufweist, sondern auch mit einem sich über den gesamten Hintergrund des Stoffes, also die nicht mit Muster versehenen Bereiche erstreckenden Hintergrundmuster versehen ist, um beispielsweise ein Gewebe, ein Gestrick oder dergleichen zu simulieren, ist es möglich, das Sieb, also die Oberseite des Siebkörpers unter Verwendung einer entsprechenden Ätzmaske oberflächlich zu ätzen. Dazu kann je nach verwendeten Herstellungsverfahren die Oberfläche des Siebkörpers vor oder nach der Ausbildung der Vertiefungen geätzt werden. Bei der Herstellung eines Siebes mit erhabenen Bereichen ist es ebenfalls möglich, die Oberseite des Siebkörpers vor oder nach Ausbildung der erhabenen Bereiche unter Verwendung einer entsprechend strukturierten Ätzmaske zu ätzen. Erfolgt das Strukturieren der Oberseite des Siebkörpers nach der Ausbildung der Vertiefungen oder erhabenen Bereiche so erstreckt sich das Hintergrundmuster auf dem fertigen Vliesstoff auch auf die Reliefbereiche. Umgekehrt kann durch ein Ausbilden der für das Hintergrundmuster vorgesehenen Struktur vor der Ausbildung der prägenden Elemente erreicht werden, dass die reliefartig geprägten Bereiche nicht die gleiche Hintergrundstruktur aufweisen, so dass das Relief noch schöner hervortritt.

Claims

Sieb, insbesondere zur Herstellung von Vliesstoffen mittels eines Gas- oder Flüssigkeitsstrahl-Verfestigungsverfahrens, mit einem Siebkörper (10) mit einer Oberseite (11) zum Aufbringen eines zu verfestigenden Vliesmaterials und einer zur Oberseite (11) entgegengesetzten Rückseite (12), wobei der Siebkörper (10) eine Vielzahl von von der Oberseite zur Rückseite verlaufenden Durchgangsöffnungen (14) sowie tiefer liegende Bereiche (16) in der Oberseite (11) aufweist, deren Konturen entsprechend einem gewünschten Muster verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Durchgangsöffnungen (14) von der Oberseite (11) zur Rückseite (12) hin zunimmt.
Sieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefer liegenden Bereiche (16) eine gleichmäßige Tiefe (t) aufweisen, die nicht größer als etwa drei Viertel der Dicke (d) des Siebkörpers (10), vorzugsweise etwa gleich zwei Drittel der Dicke (d) des Siebkörpers (10) ist.
Sieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefer liegenden Bereiche (16) entlang ihren Rändern von Seitenwänden begrenzt werden, die entweder im wesentlichen senkrecht zur Siebebene verlaufen oder unter einem Winkel von weniger als 45° zur Senkrechten der Siebebene böschungsartig geneigt sind oder eine Hinterschneidung mit einem Winkel von weniger als 20° gegen die Senkrechte der Siebebene bilden.
Sieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungsverhältnis, also das Verhältnis der Fläche aller Öffnungen zur Gesamtfläche des Siebes im Bereich von 1% bis 30%, insbesondere im Bereich von 5% bis 20%, vorzugsweise bei 7% liegt.
Sieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungsverhältnis im Bereich der tiefer liegenden Bereiche gleich oder größer ist, als außerhalb davon.
Sieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefer liegenden Bereiche (16) von musterbildenden, erhabenen Bereichen (18) unterbrochen sind, die über die Ebene der Oberseite des Siebkörpers vorstehen, wobei das Öffnungsverhältnis im Bereich der erhabenen Bereiche zumindest kleiner als das Öffnungsverhältnis im Bereich der tiefer liegenden Bereiche (16), vorzugsweise gleich Null ist.
Sieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Durchgangsöffnungen (14) kreisförmig ist.
Sieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Durchgangsöffnungen (14) unrund, insbesondere oval, elliptisch oder viereckig ist.
Sieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Durchgangsöffnungen (14) schlitzförmig ist.
Sieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (14) mit ihren Längsrichtungen parallel zueinander, abwechselnd parallel und senkrecht zueinander, oder in zufälliger Ausrichtung zueinander angeordnet sind.
Sieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar benachbart zu jeder der Durchgangsöffnungen (14) sechs Durchgangsöffnungen (14) liegen, die voneinander gleichbeabstandet sind.
Sieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu jeder der Durchgangsöffnungen (14) drei bis zehn Durchgangsöffnungen (14) liegen, die unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen.
Sieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (14) zufällig oder pseudozufällig zueinander angeordnet sind.
Sieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Siebkörper (10) aus Metall, vorzugsweise aus einem in einem Galvanischen Bad auf einer Elektrode abscheidbaren Metall, insbesondere aus Nickel, Kupfer oder Aluminium oder einer Mischung davon besteht.
Verfahren zum Herstellen eines Siebes, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Siebkörpers (10) mit einer Oberseite (11) zum Aufbringen eines zu verfestigenden Vliesmaterials und einer zur Oberseite (11) entgegengesetzten Rückseite (12), wobei der Siebkörper (10) eine Vielzahl von von der Oberseite (11) zur Rückseite (12) verlaufenden Durchgangsöffnungen (14) aufweist, deren Querschnitt im wesentlichen von der Oberseite (11) zur Rückseite (12) hin zunimmt, und

- Ausbilden von tiefer liegenden Bereichen (15) in der Oberseite (11) des Siebkörpers (10) entsprechend einem gewünschten Muster.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden der tiefer liegenden Bereiche (15)
- auf den Siebkörper (10) eine Ätzmaske entsprechend einem gewünschten Muster aufgebracht wird, und

- anschließend der Siebkörper (10) von der Oberseite (11) her bis zu einer gewünschten Tiefe geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden der tiefer liegenden Bereiche (15) die Oberseite des Siebkörpers (10) mustergemäß bis zu einer gewünschten Tiefe erodiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefer liegenden Bereiche (15) durch mustergemäßes Abtragen oder mustergemäße Ablation des Siebkörpermaterials von der Oberseite des Siebkörpers her mittels Laserstrahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtragen des Siebkörpermaterials Laserstrahlung verwendet wird, deren Wellenlänge entsprechend den Absorptionseigenschaften des Siebkörpermaterials gewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Siebkörper galvanisch bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen des Siebkörpers eine ebene Platte oder ein Hohlzy-
Verfahren zum Herstellen eines Siebes, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer galvanischen Siebkörperfolie (10') mit einer Oberseite (11') und einer dazu entgegengesetzten Rückseite (12) sowie einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (14),

- Aufbringen einer Galvanisierungsmaske entsprechend einem gewünschten Muster auf die Siebkörperfolie,

- galvanisches Abscheiden von Siebkörpermaterial ausserhalb der tiefer liegenden Bereiche (16) auf die Oberseite der Siebkörperfolie bis zu einer Dicke, die im Wesentlichen der späteren Tiefe der tiefer liegenden Bereiche (16) entspricht,

- Entfernen der Galvanisierungsmaske, und

- galvanisches Abscheiden von Siebkörpermaterial auf der resultierenden Siebkörperstruktur (10") bis zu einer für den Siebkörper (10) gewünschten Dicke unter Beibehaltung der Durchgangsöffnungen (14), die von der Oberseite (11) des Siebkörpers (10) zu dessen Rückseite (12)mit zunehmenden Durchmesser verlaufen.
Verfahren zum Herstellen eines Siebes, insbesondere nach Anspruch 6, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines galvanischen Siebkörpers (10) mit einer Oberseite und einer dazu entgegengesetzten Rückseite (12) sowie einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (14), deren Durchmesser von der Oberseite zur Rückseite hin zunimmt,

- Aufbringen einer Galvanisierungsmaske entsprechend einem gewünschten Muster auf den Siebkörper (10),

- galvanisches Abscheiden von Siebkörpermaterial ausserhalb der tiefer liegenden Bereiche (16) auf die Oberseite des Siebkörpers (10) bis zu einer Dicke, die im Wesentlichen der späteren Tiefe der tiefer liegenden Bereiche entspricht, und

- Entfernen der Galvanisierungsmaske. linder aus Metall oder Nichtmetall mittels Laserstrahlung mit der Vielzahl von von der Oberseite zur Rückseite verlaufenden Durchgangsöffnungen versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (11) des Siebkörpers (10) nach dem Ausbilden der tiefer liegenden Bereiche unter Verwendung einer Ätzmaske entsprechend einer gewünschten Hintergrundstruktur des herzustellenden Vliesstoffes geätzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (11) des Siebkörpers (10) vor dem Ausbilden der tieferliegenden Bereiche unter Verwendung einer Ätzmaske entsprechend einer gewünschten Hintergrundstruktur des herzustellenden Vliesstoffes geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (11) des Siebkörpers (10) vor dem Aufbringen einer Galvanisierungsmaske für ein galvanisches Abscheiden von Siebkörpermaterial außerhalb der tiefer liegenden Bereiche (16) unter Verwendung einer Ätzmaske entsprechend einer gewünschten Hintergrundstruktur des herzustellenden Vliesstoffes geätzt wird.