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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Bänder
für Papierherstellungsmaschinen
(siehe beispielsweise die DE-A-19702138), und insbesondere Verbesserungen
bei Papierherstellungsmaschinenbändern,
durch die die Betriebskosten einer Papierherstellungsmaschine reduziert
werden können.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
einer Papierherstellungsmaschine ist es nun üblich, eine Schuhpresse zu
integrieren. Eine Schuhpresse umfaßt eine Preßrolle und einen Schuh, der
der Preßrolle
gegenüberliegt.
Eine Naßpapierbahn
wird typischerweise, zwischen Filzen, durch einen Spalt getragen,
der zwischen dem Schuh und der Preßrolle gebildet wird. Eine
Schuhpressenvorrichtung weist einen größeren Spaltbereich auf als eine
Presse, die ein Paar von sich gegenüberliegenden Preßrollen
umfaßt.
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In 1(a), die eine schematische Ansicht einer herkömmlichen
Schuhpressenvorrichtung 100a ist, wird ein verhältnismäßig langes
Schuhpressenband B verwendet. In der Schuhpressenvorrichtung 100b aus 1(b) wird ein verhältnismäßig kurzes Schuhpressenband
verwendet. Jede dieser Schuhpressen weist ein Preßteil P
auf, das eine Preßrolle
R und einen Schuh S umfaßt.
Eine Naßpapierbahn
W, die zwischen einem Paar von Filzen F angeordnet ist, passiert
zusammen mit dem Band B durch das Preßteil P, wenn sich die Preßrolle R
in der Maschinenrichtung dreht, wie es durch den Pfeil MD gezeigt
ist.
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2 ist
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Schuhpresse 100c,
die im Kalanderteil einer Papierherstellungsmaschine verwendet wird.
Ein Kalanderband BC und eine rauhe Papierbahn W' sind sandwichartig in dem Preßteil P
zwischen einer Kalanderrolle R' und
einem Schuh S angeordnet, wenn sich die Kalanderrolle R' dreht.
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Die
Bänder
B und BC werden in unterschiedlichen Teilen der Papierherstellungsmaschine
verwendet, und ihre Strukturen sind im Detail unterschiedlich, um
die gewünschten
Effekte zu erzielen. Jedoch ist deren Grundstruktur die gleiche,
als daß sie
beide einen Basiskörper
zum Verleihen einer Festigkeit für
das Band und einen hochmolekulargewichtigen elastischen Abschnitt,
der auf dem Basiskörper gebildet
ist, umfassen. Der hochmolekulargewichtige Abschnitt verhindert,
daß Flüssigkeit
aus einer Oberfläche
des Bandes zur gegenüberliegenden
Oberfläche
gelangt.
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Ein
Schmiermittel, welches in vielen Fällen Öl ist, wird gewöhnlicherweise
auf die Schuhpressenvorrichtung aufgetragen, um Reibung zwischen dem
Schuh und dem Band zu reduzieren. Eine Reduktion der Reibung zwischen
dem Schuh und dem Band reduziert die Energie, die erforderlich ist,
damit die Preßrolle
das Band antreibt.
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Ein
Problem beim Betrieb einer herkömmlichen
Schuhpressenvorrichtung ergibt sich, da das Schmiermittel in einer
dünnen
Schicht vorhanden ist. Die dünne
Schmiermittelschicht weist keine adäquate reibungsreduzierende
Wirkung auf, und daher ist die Kraft, die erforderlich ist, damit
die Preßrolle
das Band antreibt, groß.
Eine Reibung beim Betrieb des Bandes unter diesen Bedingungen erzeugt
ebenfalls Wärme,
was einen Temperaturanstieg des Schmiermittels und eine Absenkung
seines Viskositätskoeffizienten
bewirkt. Die Abnahme der Viskosität des Schmiermittels resultiert
in einer noch weiteren Zunahme der Reibung.
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Aus
dem obigen Grunde sind verschiedene Arten von Maschinenstrukturen
entwickelt worden, um mehr Schmiermittel zwischen dem Schuh und dem
Band in einer Schuhpressenvorrichtung zu liefern. Zusätzlich sind
verschiedene Arten von Bandstrukturen erfunden worden, um mehr Schmiermittel an
das Preßteil
zu liefern.
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3(a),
3(b) und
3(c) zeigen ein System, das in der
U.S. 4,482,430 offenbart wird, zum
Liefern von Schmiermittel an das Preßteil einer Schuhpressenvorrichtung.
3(a) zeigt einen Schmiermittelzuführer L auf
einer Stromaufwärtsseite
in der Maschinenrichtung relativ zu einem Schuh S zum Liefern eines
Schmiermittels L1 zwischen einen Schuh S und einer Schuh-berührenden
Oberfläche B12
eines Bandes B1. Eine Vielzahl von Ausnehmungen B13 ist in der Schuh-berührenden
Oberfläche
B12 des Bandes B1 zum Halten von Schmiermittel bereitgestellt. Wenn
sich das Band B1 unter Spaltendruck vorbewegt, während Schmiermittel in den Ausnehmungen
B13 gehalten wird, wird Schmiermittel zwischen den Schuh S und das
Band B1 geliefert.
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Verschiedene
Beispiele von Ausnehmungen sind in der
US 4,482,430 offenbart. Beispielsweise sind
napfförmige
Ausnehmungen B13 in
3(b) gezeigt,
und rillenförmige
Ausnehmungen B13' sind
in
3(c) gezeigt.
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4 zeigt
ein Band, das in der nicht geprüften
japanischen Patentveröffentlichung
81291/1994 offenbart wird. In dieser Technologie umfaßt ein Band B2
einen Basiskörper,
der durch übereinanderliegende
Maschinenrichtungsgarne B24 und Quermaschinenrichtungsgarne B25
gebildet wird, und einen hochmolekulargewichtigen, elastischen Abschnitt, der
auf dem Basiskörper
bereitgestellt wird. Das Band B2 weist eine Naßpapierbahn-berührende Oberfläche B21
und eine Schuh-berührende
Oberfläche
B22 auf.
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Konvexe
Teile B23 sind auf der Schuh-berührenden
Oberfläche
B22 des Bandes B2 gebildet. Diese konvexen Teile stellen wiederum
Ausnehmungen in der Schuh-berührenden
Oberfläche
B22 bereit. Dies ermöglicht,
daß Schmiermittel
in der Schuh-berührenden
Oberfläche
B22 des Bandes B2 gehalten wird und zwischen den Schuh und das Band B2
geliefert wird.
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Obwohl
die Bänder
der 3 und 4 Ausnehmungen
in ihrer Schuh-berührenden
Oberfläche
aufweisen, so daß Schmiermittel
darin gehalten werden kann, kann die Versorgung mit Schmiermittel noch
unzureichend sein, da kein Schmiermittel auf der Oberfläche der
konvexen Teile gehalten wird, die in Kontakt mit dem Schuh sind.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Band für eine Papierherstellungsmaschine
bereitzustellen, das eine ausreichende Versorgung mit Schmiermittel
zwischen dem Band und dem Schuh gewährleistet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Papierherstellungsmaschine gemäß der Erfindung
weist eine Naßpapierbahn-berührende Oberfläche und
eine Schuh-berührende
Oberfläche auf
und umfaßt
einen Basiskörper
und einen hochmolekulargewichtigen elastischen Abschnitt, der wenigstens
die Schuh-berührende
Oberfläche
bildet. Der hochmolekulargewichtige, elastische Abschnitt enthält ein pulverartiges
Material, das Vorsprünge und
Ausnehmungen auf der Schuh-berührenden Oberfläche bildet.
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Bevorzugt
liegt die Oberflächenrauhigkeit
Rz der Schuh-berührenden
Oberfläche
zwischen 50 und 500 Mikrometer, ist der Teilchendurchmesser des pulverartigen
Materials zwischen 5 und 500 Mikrometer und ist der Gehalt des pulverartigen
Materials im hochmolekulargewichtigen, elastischen Abschnitt zwischen
5 und 50 Gewichtsprozent.
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Das
pulverartige Material ist bevorzugt ein pulverartiges Metallmaterial,
ein pulverartiges anorganisches Verbindungsmaterial, ein pulverartiges Harzmaterial
oder eine Kombination von zwei oder mehreren solcher Materialien.
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Im
Falle, wo das pulverartige Material eine anorganische Verbindung
ist, ist sie bevorzugt eine lipophile anorganische Verbindung. Im
Falle, wo das pulverartige Material ein Harz ist, umfaßt sie bevorzugt
ein Öl-absorbierendes
Harz oder ein lipophiles Harz.
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Gemäß der Erfindung
wird mehr Schmiermittel zwischen das Band und den Schuh geliefert,
da Schmiermittel durch die Vorsprünge und Ausnehmungen gehalten
wird, die statistisch in der Schuh-berührenden Oberfläche durch
das pulverartige Material gebildet werden. Als ein Ergebnis wird
die Reibung zwischen dem Band und dem Schuh reduziert und weniger
Energie benötigt,
um die Papierherstellungsmaschinerie anzutreiben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1(a) und 1(b) sind
schematische Ansichten von zwei herkömmlichen Schuhpressen;
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2 ist
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Schuhpresse, die in
dem Kalanderteil einer Papierherstellungsmaschine verwendet wird;
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3(a) ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung
aus dem Stand der Technik zur Versorgung von Schmiermittel zwischen
einem Schuh und einem Band;
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3(b) und 3(c) sind
fragmentarische Vergrößerungsansichten,
die zwei alternative Oberflächenkonfigurationen
für das
Band in der Vorrichtung nach 3(a) zeigen;
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines Schuhpressenbandes aus dem Stand
der Technik zum Liefern von Schmiermittel zwischen einen Schuh und
ein Band;
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Schuhpressenbandes gemäß der Erfindung;
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6 ist
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Testen der Leistung
eines Bandes für
eine Papierherstellungsmaschine; und
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7 ist
eine Tabellierung der Ergebnisse von Tests, die unter Verwendung
der Vorrichtung nach 6 durchgeführt wurden.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Eine
Ausführungsform
eines Bandes für
eine Papierherstellungsmaschine gemäß der Erfindung wird unter
Bezugnahme auf 5 erklärt, die ein Band 10 zeigt,
das einen Basiskörper 20 und
einen hochmolekulargewichtigen, elastischen Abschnitt 30 umfaßt. Das
Band weist eine Naßpapierbahn-berührende Oberfläche 11 und
eine Schuh-berührende Oberfläche 12 auf.
Der Basiskörper 20 ist
bereitgestellt, um dem Band 10 Festigkeit zu vermitteln,
und kann, wie in 5 gezeigt ist, einen Basisgewebestoff
mit Maschinenrichtungsgarnen und Quermaschinenrichtungsgarnen umfassen.
Jedoch ist der Basiskörper 20 nicht
auf Gewebematerialien beschränkt.
Beispielsweise kann der Basiskörper
aus Maschinenrichtungsgarnen und Quermaschinenrichtungsgarnen bestehen,
die eher aufeinanderliegend als gewebt sind. Der Basiskörper kann
ebenfalls aus einem schmalbandförmigen
Stoff zusammengesetzt sein, der in einer Spirale gewunden ist, um
eine endlose Stoffbasis zu bilden.
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Ein
hochmolekulargewichtiger, elastischer Abschnitt 30 ist
auf beiden Seiten des Basiskörpers 20 gebildet,
und ebenfalls in Hohlräumen
zwischen den Garnen des Basiskörpers.
Zusätzlich
kann das Schuhpressenband eine einzigartige Struktur aufweisen,
wie eine, wobei Rillen in der Naßpapierbahn-berührenden
Oberfläche
eines hochmolekulargewichtigen, elastischen Abschnitts zum zeitweiligen
Halten von Wasser aus der Naßpapierbahn
bereitgestellt sind, oder eine, bei der ein hochmolekulargewichtiger,
elastischer Abschnitt nicht auf der Naßpapierbahn-berührenden
Seite des Bandes gebildet ist, so daß eine Oberfläche eines
Basiskörpers
eine Naßpapierbahn-berührende Oberfläche des Bandes
bildet. In jedem Falle weist ein Band gemäß der Erfindung eine Schuh-berührende Oberfläche 12 auf,
die durch einen hochmolekulargewichtigen, elastischen Abschnitt 30 gebildet
wird.
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Winzige
Vorsprünge
und Ausnehmungen sind statistisch in der Schuh-berührenden
Oberfläche 12 durch
pulverartige Materialien 40, die in einem hochmolekulargewichtigen,
elastischen Abschnitt 30 enthalten sind, gebildet. Die
Größe der pulverartigen Materialien 40 ist
in der Größenordnung
von 50 Mikrometer und ist daher in 5 zu Veranschaulichungszwecken übertrieben
dargestellt. Die Erfindung liefert mehr Schmiermittel zwischen einen Schuh
und das Band 10, da Schmiermittel durch die winzigen Vorsprünge und
Ausnehmungen, die durch das pulverartige Material 40 gebildet
werden, gehalten wird. Ein Band mit überlegenen Effekten kann leicht
hergestellt werden, da der hochmolekulargewichtige, elastische Abschnitt 30 einfach
durch Mischen des pulverartigen Materials 40 mit einem
hochmolekulargewichtigen elastischen Material, Auftragen der Mischung
auf einen Basiskörper 20 und
Härten
desselben gebildet wird.
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Als
ein Ergebnis der Experimente wurde bestimmt, daß die geeignetste Rauhigkeit
Rz für
die Schuh-berührende
Oberfläche 12 zwischen
50 und 500 Mikrometern liegt. Die Oberflächenrauhigkeit Rz ist auf einem
Zehn-Punkt-Durchschnitssrauhigkeitsmeßverfahren basiert, das in
JISB0601 definiert wird.
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Es
ist wünschenswert,
feine Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser
im Bereich von 5 bis 500 Mikrometer, bevorzugt 100 bis 300 Mikrometer,
zu verwenden, so daß eine
Oberflächenrauhigkeit
im obigen Bereich erreicht werden kann. Zusätzlich ist der durchschnittliche
Teilchendurchmesser des pulverartigen Materials 40 eine mittlere
Größe (mittlerer
Durchmesser) in einer asymmetrischen Teilchendurchmesserverteilungskurve,
die im allgemeinen von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt wird.
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Es
ist wünschenswert,
das pulverartige Material 40 in ein hochmolekulargewichtiges,
elastisches Material mit einer Konzentration zwischen 5 und 50 Gewichtsprozent,
bevorzugt zwischen 10 und 20 Gewichtsprozent, einzumischen.
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In
diesem Zusammenhang kann feines pulverartiges Metallmaterial, pulverartiges
anorganisches Verbindungsmaterial und pulverartiges Harzmaterial
als das pulverartige Material 40 verwendet werden. Entweder
eine Art oder eine Mischung umfassend eine Vielzahl von Arten der
obigen Materialien kann bzw. können
verwendet werden.
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Eine
lipophile anorganische Verbindung, wie Talk, kann als ein pulverartiges
anorganisches Verbindungsmaterial verwendet werden. In diesem Falle wird
Schmiermittel nicht nur in winzigen Vorsprüngen und Ausnehmungen einer
Schuh-berührenden
Oberfläche 12 gehalten,
sondern ermöglichen
die lipophilen chemischen Eigenschaften des Talks, daß das Schmiermittel
in der Schuh-berührenden
Oberfläche 12 adsorbiert
wird. Zusätzlich
zeigt eine lipophile anorganische Verbindung eine geringe Reibungswiderstandsfähigkeit
und ist zur Implementierung in der Erfindung praktisch.
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Im
Falle eines pulverartigen Harzmaterials können kugelförmige oder hohle Pulverteilchen, Öl-absorbierendes,
pulverartiges Harzmaterial, wie Polymergel, etc., oder lipophiles
Harz, wie Acrylharz und Polystyrolharz, als das pulverartige Harzmaterial verwendet
werden. Erhöhte
Mengen des Schmiermittels können
in einer Schuh-berührenden
Oberfläche 12 eines
Bandes 10 aufgrund der Wirkungen des pulverartigen Harzmaterials
gehalten werden.
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Tests
wurden durchgeführt
unter Verwendung einer in 6 gezeigten
Vorrichtung, um die Wirkungen der Bänder gemäß der Erfindung zu bestimmen.
Zuerst wurden Proben als Beispiele hergestellt. Strukturen, die
allen Proben gemeinsam sind, wurden in den folgenden Schritten hergestellt.
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Zuerst
wurden Maschinenrichtungsgarne und Quermaschinenrichtungsgarne gewebt,
und ein endloser Gewebestoff wurde als ein Basiskörper hergestellt.
Ein Polyestermonofilament wurde sowohl für das Maschinenrichtungsgarnmaterial
als auch das Quermaschinenrichtungsgarnmaterial verwendet. Die periphere
Länge des
endlosen Gewebestoffs war 6 m, und seine Breite war 0,2 m. Der Basiskörper wurde
zwischen zwei Rollen mit einer vorgegebenen Spannung gehalten und
durch Rotation der Rollen angetrieben.
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Als
nächstes
wurde Adipren L167 (eine Marke von Uniroyal Chemical Company) als
ein Prepolymer hergestellt, und Cuamine MT(eine Marke von Ihara
Chemical Industry Co., Ltd.) wurde als ein Härter vorbereitet. Das Prepolymer
und der Härter
wurden vermischt, um ein wärmehärtbares
flüssiges
Urethan herzustellen.
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Ein
pulverartiges Material umfassend Acrylsäure, welches eine organische
Verbindung ist, wurde in das flüssige
Urethan eingemischt. Der Korndurchmesser der feinen Teilchen und
die Menge der Mischung wurden so eingestellt, daß eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit
erhalten wurde. Das flüssige
Urethan enthaltend das pulverartige Material wurde in den Gewebestoff
so imprägniert,
daß er
das Innere und den oberen Teil des Gewebestoffs sättigte und
eine Schicht auf der oberen Seite des Gewebestoffes bildete. Das
flüssige
Urethan wurde dann gehärtet.
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Der
Basiskörper
wurde dann aus den Rollen entfernt und umgedreht, so daß der Urethanabschnitt,
der das pulverartige Material enthält, die innere Oberfläche eines
Bandes bildet. Der Basiskörper
mit der Pulver enthaltenden inneren Urethanschicht wurde dann auf
die Rollen zurückgebracht.
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Zusätzliches
flüssiges
Urethan, ähnlich
zu dem zuvor hergestellten flüssigen
Urethan, jedoch ohne das pulverartige Material, wurde dann auf die obere
Fläche
des Basiskörpers
aufgetragen. Dieses weitere flüssige
Urethan haftete an dem bereits gehärteten Urethan in dem Inneren
des Basiskörpers an.
Das flüssige
Urethan bildete eine Schicht auf dem äußeren Teil des Basisköpers und
wurde gehärtet.
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Schließlich wurde
die äußere Oberfläche des Urethanabschnitts
geschliffen, und eine Probe mit einer Dicke von 4,5 mm wurde erhalten.
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Die
Probe wurde sandwichartig durch eine Preßrolle R und einen Schuh S
in der Testvorrichtung, die in 6 gezeigt
ist, angeordnet, und die Experimente wurden durchgeführt. Die
Probe wurde durch Rotation der Preßrolle R angetrieben. Ein Ammeter
A wurde bereitgestellt, um die Belastung an einem Motor (nicht gezeigt)
zu messen, der die Preßrolle
R antreibt. Eine Ölinjektionsvorrichtung
J projizierte einen Ölstrahl
L1 zwischen den Schuh und die innere Seite der Probe. Zusätzlich wurde
das Öl
L1, das von der inneren Seite der Probe abfiel, in einem Ölreservoir
OR gesammelt. Das Öl
in diesem Ölreservoir
OR rezirkulierte zu der Ölinjektionsvorrichtung
J durch eine Pumpe PU.
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Die
Betriebsbedingungen der Testvorrichtung waren wie folgt. Die Geschwindigkeit
der Probe war 15 m/min. Die Spannung in der Probe war 50 KN/m. Der
beaufschlagte Druck war 300KN/m2. Die Fließgeschwindigkeit
des Öls
von der Ölinjektionsvorrichtung
war 1 L/min.
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Die
Ergebnisse der Experimente sind in 7 gezeigt.
In der Gesamtevaluierungsspalte bezeichnet das Symbol ⌾ eine hochüberlegene
Leistung, das Symbol O bezeichnet eine überlegene Leistung und das
Symbol Δ bezeichnet
eine Leistung, die mit derjenigen von Schuhpressenbändern aus
dem Stand der Technik vergleichbar ist. Es wurde bestimmt, daß überlegene
Effekte erhalten wurden, wenn eine Oberflächenrauhigkeit Rz im Bereich von
50 bis 500 Mikrometer war, und daß optimale Ergebnisse erhalten
wurden, wenn die Oberflächenrauhigkeit
Rz im Bereich von 10 bis 100 Mikrometer war. Wie aus der Tabelle
erkannt wird, erhöhte
sich die Belastung am Motor beträchtlich,
wenn die Oberflächenrauhigkeit
Rz entweder übermäßig klein
oder übermäßig groß war.
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Mit
einem Band gemäß der Erfindung
kann eine größere Menge
an Schmiermittel zwischen ein Band und einen Schuh geliefert werden,
da Schmiermittel durch die Vorsprünge und Ausnehmungen gehalten
wird, die statistisch in der Schuh-berührenden Oberfläche des
Bandes durch das pulverartige Material, das in der hochmolekulargewichtigen,
elastischen Schicht enthalten ist, gehalten wird. Als ein Ergebnis
wird die Reibung zwischen dem Band und dem Schuh vermindert, und
beträchtlich
weniger Energie ist erforderlich, um die Papierherstellungsmaschine
anzutreiben.