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Titel: "Verfahren zur Herstellung echter
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Wasserzeichen in Papier"
"Verfahren zur Herstellung
echter Wasserzeichen in Papier" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
echter Wasserzeichen in Papier, durch mindestens örtliche Veränderung der Dicke
der Papierausgangsmasse zur Erzeugung des gewünschten Zeichens.
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Verfahren der oben beschriebenen Art sind in der Papierindustrie weit
verbreitet. Im wesentlichen wird hierbei das Wasserzeichen durch Stoffverdünnung
auf dem Sieb einer Papiermaschine erzeugt, in dem ein auf der nassen Papierbahn
mitlaufender Siebzylinder, ein sogen.
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Egoutteur, mit einem auf dem Siebkörper aufgelöteten Drahtwasserzeichen
dieses Zeichen in die Papierbahn einprägt, wodurch die örtliche Stoffverdünnung
bewirkt wird. Die verdünnten Stellen erscheinen dann später bei dem fertigen Papier
als hellere Stellen. Dieses Verfahren ist an sich bewährt, ist jedoch wenig flexibel.
Wasserzeichen können nur mit großem Aufwand verändert werden.
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Wünschenswert aber ist eine rasche, unproblematische und möglichst
beliebige Änderung eines Wasserzeichens. Hierzu ist im Stand der Technik bisher
immer der Weg eingeschlagen worden, den mechanischen Teil, der das Wasserzeichen
einprägt, möglichst schnell und komplikationslos und genau herzustellen. Die entsprechenden
Bemühungen werden-deutlich in der DE-PS 24 20 139.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, mit dem es
möglich wird, Wasserzeichen beliebig häufig umzugestalten, ohne daß hierzu nennenswerte
Kosten aufgewendet werden müßten.
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Diese Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Dickenveränderung auf dem Papiermaschinensieb mittels eines
gepulsten Massestrahles oder eines Laserimpulses vorgenommen wird. Beispielsweise
ein Massestrahl eines fließfähigen Mediums; wie z. B. einer geeigneten Flüssigkeit,
kann als Tropfen auf die Papierausgangsmasse aufgespritzt werden und verursacht
dort die gewünschte örtlich Veränderung der Dicke der Papierausgangsmasse, so daß
bei dem fertigen Papier dort ein entsprechendes Wasserzeichen sichtbar wird. Sorgt
man nun dafür, daß der Massestrahl gepulst und flächenmäßig gesteuert ist, so kann
hiermit ein Wasserzeichen beliebiger Kontur erzeugt werden. Es kann hierzu immer
die gleiche Einrichtung benutzt werden, die lediglich in Abhängigkeit von der gewünschten
Form des Wasserzeichens angesteuert werden muß. Ein gleiches Ergebnis läßt sich
auch mit einem Laserimpuls oder Luftimpuls erreichen, der ebenfalls die Papierausgangsmasse
in der gewünschten Weise beeinflußt. Es ist daher auch hier lediglich erforderlich,
den Auftreffpunkt z.B.
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des Laserimpulses zu steuern, so daß hiermit beliebige Zeichen auf
der Papierausgangsmasse erzeugt werden können. Das Verfahren ist nicht mehr abhängig
von einer starren mechanischen Form, sondern erlaubt vielmehr eine beliebige Gestaltung
eines Wasserzeichens, ohne daß hierfür die Einrichtung zur Erzeugung des Wasserzeichens
selbst geändert werden müßte.
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Nach einer Ausgestaltung der Neuerung ist vorgeschlagen, daß der gepulste
Massestrahl unter einem solchen Winkel auf die sich mit Bahngeschwindigkeit bewegende,
genügend nasse Papiermasse gerichtet ist, daß die Geschwindigkeitskomponente des
Massestrahls in Bahnbewegungsrichtung wenigstens angenähert der Bahngeschwindigkeit
entspricht.
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Hierdurch gelingt es auch bei sehr hoher Bahngeschwindigkeit der Papierausgangsmasse
bzw. des nassen Papieres
eine Verzerrung des Wasserzeichens infolge
der auftretenden Relativgeschwindigkeit zu verhindern. Die beschriebene Neigung
des Massestrahls sorgt dafür, daß die Geschwindigkeitskomponente in Bahnbewegungsrichtung
von Papierausgangsmasse und Massestrahl exakt übereinstimmen.
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Da der Massestrahl aber weiterhin eine Geschwindigkeitskomponente
senkrecht zur Vorschubrichtung der Papiermasse aufweist, kann er in dem erforderlichen
Umfang in die Papiermasse eindringen und so die gewünschte Markierung erzeugen.
Bei der Verwendung eines gepulsten Laserstrahls ist eine solche Neigung wegen der
außerordentlich hohen Geschwindigkeit des Laserstrahls nicht erforderlich.
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Relativ zur Geschwindigkeit des Laserstrahls und der Einwirkdauer
des gepulsten Laserstrahls bewegt sich auch eine schnell transportierte Papiermasse
immer noch extrem langsam. Verzerrungen und Verzeichnungen sind daher auch dann,
wenn der gepulste Laserstrahl senkrecht zur Bewegungsrichtung der Papiermasse auftrift,
nicht zu erwarten.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist noch vorgesehen,
daß als Medium für den gepulsten Massestrahl Wasser oder Luft verwendet wird. Durch
die Verwendung von Wasser wird eine unerwünschte Beeinflussung der Papiermasse vermieden.
Darüber hinaus ist Wasser als Flüssigkeit gut beherrschbar und gut dosierbar. Diese
Vorteile gelten ebenfalls für Luft.
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Schließlich ist nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
noch vorgesehen, daß die Wasserzeichen aus Einzelpulsen zusammengesetzt werden.
Hierdurch wird die höchste Flexibelität in der Gestaltung der gewünschten Wasserzeichen
erreicht.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorzuschlagen. Hierbei geht die
Erfindung aus von einer Einrichtung, bei welcher oberhalb einer nassen und entlang
einer bahnbewegten Papiermasse eine Einrichtung mindestens zur örtlichen Dickenveränderung
der nassen Papiermasse vorgesehen ist. Hierbei ist nach der Erfindung diese Einrichtung
so gestaltet, daß sie eine Mehrzahl von innerhalb mindestens eines Düsenkopfes verteilt
angeordneter Düsen für ein Strömungsmittel umfaßt, wobei jede Düse einzeln mit einer
Steuereinrichtung zur Dosierung eines Strömungsmediums nach Geschwindigkeit und
Menge verbindbar ist und wobei die Abfolge der Verbindung von einem Rechner in Abhängigkeit
von der Form des gewünschten Wasserzeichens gesteuert wird. Ein Düsenkopf mit einem
Satz darin angeordneter Düsen, macht es möglich das Strömungsmittel durch die von
den Düsen vorbestimmte Richtung und in Form eines Strömungsmittelimpulses auf die
Papierausgangsmasse aufzuspritzen und so die gewünschte Markierung zu erzeugen.
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Ist mindestens eine quer zur Vorschubrichtung angeordnete Düsenreihe
vorhanden, so kann über einen Microprozessor in Koordination mit der Bahngeschwindigkeit
der Papiermasse jede einzelne Düse in geeigneter Weise angesteuert werden, so daß
durch eine Folge von Strömungsmittelpulsen, die über den Microprozessor gesteuert
werden, ein beliebiges Wasserzeichen gestaltbar ist. Zur Steuerung genügt das gleiche
Steuerungsprinzip, das bereits von beispielsweise sogen. Thermodruckköpfen her bekannt
ist.
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Dort Wird eine Reihe von Heizfeldern angesteuert in Abhängigkeit von
dem zu erzeugenden Zeichen auf einer sich darunter fortbewegenden Papierbahn. Bei
der Einrichtung nach der hier vorliegenden Erfindung müssen nur lediglich riicht
Heizfelder, sonder Düsen bzw. die den Düsen zugeordneten Ventile für den Durchlaß
des Strömungsmediums angesteuert werden. Auch dies kann in Abhänigkeit von der Bahngeschwindigkeit
der Papierausgangsmasse erfolgen.
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Eine Ausgestaltung der' der.Erfindung sieht vor, daß mindestens die
Düsen mit ihren Achsen mit der Bewegungsrichtung der Papiermasse einen Winkel einschließen.
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Hierdurch gelingt es, bei relativ schnell laufender Papiermasse die
Relativgeschwindigkeit zwischen Strömungsmittel und Papiermasse in Richtung der
Bahngeschwindigkeit etwa zu null zu machen. Hierdurch kann eine Verzerrung der erzeugten
Markierung verhindert werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß Düsenkopf
und/oder die Düsen mit einer Schwenkeinrichtung verbunden sind, zur Einstellung
des Winkels, den die Düsen mit der Bewegungsrichtung der Papiermasse einschließen.
Hierdurch gelingt es von Fall zu Fall oder auch automatisch den Winkel in Abhängigkeit
von der Bahngeschwindigkeit der Papiermasse zu steuern und hierdurch ebenfalls wieder
die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Strömungsmittel, das aus den Düsen austritt
und der sich mit Bahngeschwindigkeit bewegenden Papierausgangsmasse zu null zu machen,
auch bei wechselnden Bahngeschwindigkeiten. Es ist weiter nach einer Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, daß die Schwenkeinrichtung einen Schwenkantrieb umfaßt,
der von dem Rechner in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit und der Geschwindigkeit
der aus den Düsen ausströmenden Masse gesteuert wird. Hierdurch wird die gewünschte
Anpassung automatisch durchgeführt ' und es wird gleichzeitig die Geschwindigkeit
des ausströmenden Störmungsmediums mit berücksichtigt.
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Es ist ebenfalls nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
daß die Einrichtungen zur Erzeugung des Wasserzeichens im wesentlichen als an sich
bekannte Tintenstrahlschreibeinrichtungen ausgebildet sind, die jedoch als Strömungsmedium
mit Wasser versorgt werden. Es
sind bereits Tintenstrahleinrichtungen
bekannt, mit denen es möglich ist, beliebige Schriftzeichen auf einer sich relativ
zu dieser Einrichtung ' bewegenden Unterlage aufzubringen, dadurch, daß in geeigneter
Weise ein Tintenstrahl auf diese Unterlage aufgespritzt wird. Eine solche Einrichtung
betrieben mit Wasser als Strömungsmedium und verbunden mit dem für die Steuerung
erforderlichen Microprozessor ermöglicht ebenfalls die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Schließlich ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung noch vorgesehen,
daß die Einrichtung mindestens eine Einrichtung zur Abgabe gepulster Laserstrahlen
umfaßt, die mit einer Steuereinrichtung zur Aktivierung und Positionierung des jeweiligen
gepulsten Laserstrahls verbunden ist, wobei die Aktivierung und Positionierung in
Abhängigkeit von der Form des gewüschten Wasserzeichens von einem Rechner gesteuert
wird. Wie bereits dargelegt, ermöglicht auch der Laserstrahl als solcher die Einbringung
einer gewünschten Markierung auf der Papierausgangsmasse zur Herstellung eines.Wasserzeichens.
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Es muß nun lediglich dafür gesorgt werden, daß ein solcher Laserstrahl
innerhalb eines bestimmten Markierungsfeldes an von einem Rechner ermittelten Stellen
aktiviert wird. In den Rechner muß dabei immer die Form des gewünschten Wasserzeichens
in für den Rechner erfassbarer Form eingegeben werden. Auch hier ist es wieder einfach
möglich, die Impulse eines einzelnen Laserstrahls quer zur Bahngeschwindigkeit zu
positionieren und aktivieren und die Längspositionierung in Abhängigkeit von der
Bahngeschwindigkeit zu steuern, so daß in Längsposition zum richtigen Zeitpunkt
der Laserstrahl aktiviert wird. Damit ist jeder Punkt auf der vorbeiströmenden Papierausgangsmasse
vom Laserstrahl, gesteuert üb.er den Microprozessor erreichbar, so daß es wiederum
möglich wird, beliebige Wasserzeichen hierdurch
zu gestalten.
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Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel
zeigt, näher erläutert werden.
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Es zeigen: Figur 1 Seitenansicht eines bei der Papierherstellung verwendeten
Langsiebs mit darüber angeordneter Markierungseinrichtung Figur 2 Draufsicht nach
Figur 1 (Ausschnitt) An einem im Stand der Technik üblichen, rotierend angetriebenen
Langsieb 12 wird über einen Stoffauflauf 11 in an sich üblicher Weise die nasse
Papierausgangsmasse 9 (Stoff) endlos auf das Langsieb aufgebracht, das sich mit
der Bewegungsrichtung 8 bewegt, wodurch auch die Papierausgangsmasse 9 mit transportiert
wird. Am Ende des sogen. Langsiebs 12 wird die inzwischen teilweise entwässerte
Papiermasse 9 in üblicher Weise weiterverarbeitet, dieser Bereich wird jedoch hier
nicht angeso rohen Das Wasser kann hierbei auf dem Langsieb 12 einfach in Richtung
der Pfeile 13 abtropfen. Über dem Langsieb 12 ist in .einer nicht näher dargestellten
Aufhängeeinrichtung ein Düsenkopf 2 und ein Düsenkopf 3 in einer Einrichtung 1 angeordnet,
wobei jeder der genannten Düsenköpfe über Düsen 4 verfügt. Die Gesamteinrichtung
1 ist mit einer Schwenkeinrichtung 10 verbunden (Figur 2) mit der es möglich wird,
die Einrichtung 1 um eine Achse parallel zur Achse von Saug- und Brustwalze 14 und
15 des Langsiebs 12 zu schwenken. Es würde aber auch genügen, wenn von dieser Schwenkeinrichtung
10 nur die
Düsenköpfe 2 und 3 oder ggf. sogar nur die Düsen 4 geschwenkt
werden können. Die Schwenkeinrichtung 10 wird so betätigt, daß die Düsenachse 7
der Düsen 4 mit der Bewegungsrichtung 8 der Papiermasse 9 einen Winkel > bildet,
der abhängig ist von der Geschwindigkeit der sich bewegenden Papiermasse 9 und von
der Ausströmgeschwindigkeit der aus den Düsen 4 ausströmenden Masse. Der Winkel:
wird so gerechnet und eingestellt, daß die Relativgeschwindigkeit eines ausströmenden
Massepunktes zur sich in Bewegungsrichtung 8 bewegenden Papiermasse und in dieser
Richtung möglichst null ist. Die übrigbleibende Komponente senkrecht hierzu sorgt
dann dafür, daß der strömende Masseteil in gewünschter Weise in die sich bewegende
Papiermasse senkrecht zur Bewegungsrichtung eindringen kann und dort die gewünschte
Markierung hinterläßt. Da in Bewegungsrichtung der Papiermasse 9 eine Relativgeschwindigkeit
zur aus den Düsen 4 austretenden Masse nicht besteht, tritt keine Verzerrung der
Markierung auf der Papiermasse auf. Die Düsenköpfe 2 und 3 und damit die Düsen 4
werden als Strömungsmittel mit Wasser oder auch mit Luft versorgt, wobei für jede
einzeln Düse 4 ein Ventil 16 vorhanden ist, daß über eine Leitung 17 mit Wasser
oder Luft versorgt wird, und dessen Schließmechanismus über eine Steuerleiturig
18 mit einem Rechner 6 verbunden ist, wobei der Rechner 6 für den notwendigen Steuerimpuls
für eine Schließbewegung des Ventiles 16 oder für eine Öffnungsbewegung des Ventiles
16 sorgt. Um ein Tropfen der Düsen 4 zu verhindern, ist hierbei in an sich bekannter
Weise dafür gesorgt, daß die Düsen 4 erst Strömungsmittel abgeben, nachdem ein vorbestimmter
Mindestdruck des Strörnungsmittels erreicht ist. Sobald dieser Druck unterschritten
wird, wird jede Düse tropfdicht verschlossen. Der Rechner 6 bildet mit den Ventilen
16 und den verbindenden Steuerleitungen 18 insgesamt eine Steuereinrichtung 5. Die
Steuereinrichtung 5 bzw. der darin befindliche Rechner 6 kann über eine
Steuerleitung
20 und über eine Photozelle 22, die Markierungen auf der Papierbahn 9 abtastet,
eine Information über die Bahngeschwindigkeit der Papiermasse 9 erhalten. Weiter
kann der Rechner 6 eine Druckinformation über den zur Verfügung stehenden Druck
des Strömungsmediums erhalten und hieraus die Abströmgeschwindigkeit aus den Düsen
4 nach bekannten Gesetzmäßigkeiten errechnen. Da nun der Rechner 6 eine Information
über die Bahngeschwindigkeit der Papiermasse 9 als auch eine Information über die
Abströmgeschwindigkeit des Strömungsmediums aus den Düsen 4 hat, kann dieser Rechner
6 hieraus den Winkel SL errechnen, der erforderlich ist, die Relativgeschwindigkeit
zwischen der abströmenden Masse (z.B. Wasser) in Bewegungsrichtung 8 der Papiermasse
9 zu dieser sich bewegenden Papiermasse 9 möglichst genau zu null zu machen. Dieser
Winkei kann dann über einen entsprechenden Steuerimpuls über die Steuerleitung 21
mittels der Schwenkeinrichtung 10 eingestellt werden. Hier kann auch eine dauernde
Korrektur oder eine stufenweise Korrektur in Abhängigkeit von aus irgendwelchen
Gründen wechselnden Bahngeschwindigkeiten der Papiermasse 8 vorgenommen werden.
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Die Erzeugung eines Wasserzeichens ist mit dieser Einrichtung außerordentlich
einfach. Soll beispielsweise eine Linie quer verlaufend zur Bewegungsrichtung 8
erzeugt werden, so ist es lediglich erforderlich, im gewünschten Zeitpunkt alle
Düsen 4 gleichzeitig einen kurzen Masseimpuls abstrahlen zu lassen. Auf diese Art
und Weise wird mit der notwendigen Geschwindigkeit z.B. eine ganze Reihe Wassertröpfchen
als abgestrahlte Masse nebeneinanderliegend auf die sich bewegende nasse Papiermasse
aufgespritzt und es entsteht dort in gewünschter Weise eine Dickenveränderung die
später das Wasserzeichen bildet.
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In Bahnrichtung können Markierungen vorgenommen werden, indem jede
Düse 4 oder eine oder mehrere bestimmte Düsen 4 (je nach Lage der gewünschten Markierung)
in kurzer, ununterbrochener Folge hintereinander solche Wassertröpfchen ausstoßen,
also einen gepulsten Massestrahl erzeugen. Es entsteht dann eine linienartige Markierung
auf der nassen Papiermasse 9. Zwischen diesen beiden aufeinander senkrecht stehenden
Richtungen können nun durch entsprechende Schaltfolge der Düsen beliebige Zwischenwerte
und damit Zwischenlagen der gewünschten Markierungen erzeugt werden, so daß jedes
beliebige Symbol über den Rechner 6 erzeugbar ist. Es können nun in beliebig rascher
Folge gewünschte und jeweils unterschiedliche Wasserzeichen erzeugt werden, ohne
daß hierfür eine jeweils veränderte Vorrichtung erforderlich wäre. Der Rechner 6
kann hierbei auf einfache Weise z.B.
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mit Hilfe einer Videokamera 23 programmiert werden. Die Videokamera
nimmt ein in der Ebene 24 angeordnetes Abbild eines gewünschten Wasserzeichens auf
und leitet dieses Bild einem Rechner 19 zu der es entsprechend der vorhandenen Düsenzahl
aufrast.ert und diese Information dem Rechner 6 zuführt, der seinerseits die Düsen
4 entsprechend steuert. Hierbei kann die Zeicheninförmation beliebig lange in den
Rechnern gespeichert bleiben. Es ist ebenso möglich, die Zeicheninforrnation über
andere Datenträger in die Rechner einzugeben, so daß die Umwandlung des gewünschten
Wasserzeichens in eine vom Rechner verwertbare Information zu einem beliebigen Zeitpunkt
erfolgen kann.
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Da die Papierbahn in Querrichtung stärker schrumpft als in Längsrichtung,
muß das Wasserzeichen am Ort der Herstellung entsprechend verzerrt sein. Auch dies
kann über die Rechner leicht beherrscht werden.
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Es ist auch möglich, statt mit einer Flüssigkeitsstrahleinrichtung,
bei der die Düsenköpfe 2 und 3 beispielsweise die bekannten Tintenstrahlschreibeneinrichtungen
sein können, Laserköpfe 2' bzw. 3' zu verwenden, deren Laserstrahlen 4' als gepulste
Strahlen ebenfalls die gewünschte Markierung erzeugen. Es ist dann die gesamte Einrichtung
eine Einrichtung 1' zur Erzeugung und Steuerung des gewünschten Laserstrahls, mit
der notwendigen Rechnereinheit 5'. Hierbei kann entweder ein einzelner Laserstrahl
sowohl in X- als auch in Y-Richtung geführt werden, als auch eine ganze Reihe von
nebeneinander angeordneten Einrichtungen, die jede für sich einen Laserimpuls erzeugen
können, verwendet werden, die dann starre Positionen einnehmen und in gewünschter
Reihenfolge aktivierbar sind, während die zweite Koordinate von der Bewegung der
Papiermasse erzeugt wird.
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Insgesamt gelingt es mit relativ einfachen Mitteln und mit in der
Technik im wesentlichen bereits bekannten Bauelementen eine Einrichtung zur Erzeugung
von Wasserzeichen zu schaffen und nach einem günstigen Verfahren zu betreiben, so
daß es gelingt, Wasserzeichen beliebiger Art herzustellen und beliebig oft zu wechseln,
ohne Änderungen an der Einrichtung vornehmen zu müssen oder gar neue Einrichtungen
schaffen zu müssen. Die Abfolge der herzustellenden Wasserzeichen und ihre Kontur
muß lediglich vorher in den Rechner einprogrammiert werden.
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Liste der verwendeten Bezugszeichen 1 Einrichtung 1' Lasereinrichtung
2 Düsenkopf 2' Laserkopf 3 Düsenkopf 5' Laserkopf 4 Düsen 4' Laserstrahl 5 Steuereinrichtung
5' Rechnereinheit 6 Rechner 7 Düsenachse 8 Bewegungsrichtung der Papiermasse 9 Papiermasse
10 Schwenkeinrichtung 11 Stoffauflauf 12 Langib 13 Pfeil 14 Brustwalze 15 Saugwalze
16 Ventil 17 Wasserleitung 18 Steuerleitung 19 Rechner 20 Steuerleitung 21 Steuerleitung
22 Photozelle 23 Videokamera 24 Ebene Winkel
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