CH687519A5 - Speicherrolle und Verfahren zu deren Herstellung. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicherrolle, insbesondere Papierrolle mit einer auf eine quetschbare rohrförmige Stützhülse zu einem Speichenwickel aufgewickelten, dünnen, flexiblen Materialbahn z.B. aus Krepp oder Tissue. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Speicherrolle.

Stand der Technik

WC-Rollen bestehen typischerweise aus einer zylindrischen Kartonhülse und einer darauf aufgewik-kelten Papierbahn. Verschiedentlich wurde schon festgestellt, dass das Verpacken und Transportieren derartiger Rollen platzsparender durchgeführt werden könnte, wenn sie gequetscht würden.

Verpackungen mit gequetschten Rollen sowie Verfahren zu deren Herstellung sind z.B. aus der EP 0 392 581-A1, der DE 3 418 951-C2, der deutschen Teilanmeldung P 3 448 300.4, der GB 2 228 463-A oder der GB 2 143 197-A bekannt. Die aufgrund dieser Methoden erreichte Platzeinsparung muss durch unterschiedliche Nachteile erkauft werden. Gemäss der EP 0 392 581 muss die gepresste Papierrolle mit einem zusätzlichen inelastischen Band eingefasst werden, damit sie sich nicht wieder ausdehnen kann. Bei dem aus der GB 2 228 463-A bekannten Verfahren wird die Rolle so stark zusammengepresst, dass sie in ihrer gepres-sten Form verbleibt. Als Folge davon muss jedoch der Anwender spezielles Werkzeug zum Öffnen der Rolle einsetzen, da dies von Hand nicht mehr möglich ist.

Befriedigende Lösungen zur Erzielung von Volumeneinsparungen sind bis anhin nicht bekannt. Es ist dabei zu beachten, dass für den Verbraucher nicht nur die technischen, sondern auch die ästhetischen Aspekte von Bedeutung sind. Es ist daher wünschenswert, dass auch platzsparende Erzeugnisse eine mehr oder weniger ansprechende Erscheinungsform beibehalten.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Speicherrolle der eingangs genannten Art anzugeben, die sich platzsparend verpacken und transportieren lässt und die die beim Stand der Technik vorhandenen Nachteile weitgehend vermeidet.

Erfindungsgemäss besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, dass der Speicherwickel einen inneren und einen diesen umschliessenden äusseren Ringbereich aufweist, wobei die Materialbahn im äusseren Ringbereich unter einer gegenüber dem inneren Ringbereich erhöhten Spannung aufgewik-kelt ist.

Der Kern der Erfindung besteht also darin, dass die Materialbahn aussen satter gewickelt ist als innen. Dies hat zu äusserst überraschenden Ergebnissen geführt: Beim Quetschen einer erfindungsge-mässen zylindrischen Rolle entsteht eine charakteristische, platzsparende Form, die sich deutlich von der aus dem Stand der Technik bekannten unterscheidet. Die Rolle verhält sich zudem wie ein plastisch deformierbarer Körper, d.h. sie behält die Form bei, in die sie gepresst worden ist. Im Gegensatz dazu verhalten sich die nach bekannter Manier gewickelten Rollen eher wie elastische Körper, d.h. sie gehen zumindest teilweise in die Form zurück, die sie vor dem Quetschen besessen hatten.

Erfindungsgemässe Rollen müssen daher weder vor dem Verpacken in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen gepresst, noch durch spezielle Hüllen oder Bänder nach dem Quetschen unter Druck gehalten werden. Aus der Quetschung können sie auch leicht wieder in die ursprünglich runde Form übergeführt werden.

Vorzugsweise beträgt der durch die erhöhte Spannung bewirkte Dehnungsunterschied der Materialbahn zwischen innerem und äusserem Ringbereich mindestens 10% der Bruchdehnung (der Materialbahn). Ist die aufgewickelte Materialbahn, wie es z.B. bei WC- oder Haushaltpapierrollen üblich ist, mit Perforationen versehen, so bezieht sich die Bruchdehnung vorzugsweise auf diejenige der perforierten Bahn.

Da der erfindungsgemässe Effekt durch die Art des verwendeten Materials oder Papiers (Oberflächenbeschaffenheit, Prägung, Dehnbarkeit etc.) mit-beeinflusst wird, ist die genannte untere Grenze nicht als absolute zu verstehen. Es ist also auch möglich, dass Dehnungsunterschiede von weniger als 10% zum Erfolg führen.

Soll die Bruchgefahr während der Herstellung der erfindungsgemässen Rolle weitgehend ausgeschlossen werden, so empfiehlt es sich, die durch die erhöhte Spannung bewirkte Dehnung auf max. 70% der Bruchdehnung zu beschränken. Ein besonders bevorzugter Bereich für den Dehnungsunterschied dürfte zwischen 25 und 40% liegen. Der äussere Ringbereich bildet dann gleichsam einen stabilen Spannring, der die bei der Quetschung auftretenden Kräfte des inneren Ringbereichs aufnehmen und verteilen kann.

Der äussere Ringbereich braucht nicht besonders dick zu sein. In der Regel genügt bei Papierrollen eine Dicke von 15 mm oder weniger. Je dünner der äussere Ringbereich gegenüber dem inneren ist, desto besser lässt sich die Rolle deformieren. Bei zu geringer Dicke hat er jedoch nicht mehr die erforderliche Spannkraft. Gute Ergebnisse lassen sich mit Dicken zwischen 4 und 10 mm erreichen. Dies gilt insbesondere für Krepp (> 25 g/m2) und für Tissue (< 25 g/m2). Das Papier kann dabei wahlweise ein- oder mehrlagig sein.

Der äussere Ringbereich ist durch zwei Übergangszonen berandet. In der inneren Übergangszone nimmt die Dehnung zu und in der äusseren ab. In einer dritten, dazwischenliegenden Ringzone, ist die Dehnung vorzugsweise mehr oder weniger konstant. Die genannte dritte Ringzone kann auch weggelassen werden.

Bei der Verwendung niedriger Dehnungen kann die äussere Übergangszone u.U. weggelassen werden. Relevant ist sie vor allem bei Ringbereichen, die unter beträchtlichen Spannungen gewickelt sind.

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Die innere und die äussere Übergangszone machen typischerweise je etwa einen Drittel der Dicke des äusseren Ringbereiches aus. Dies ist allerdings nicht zwingend. Insbesondere brauchen die beiden genannten Ringzonen nicht gleich dick zu sein. Die äussere Ringzone kann in der Regel etwas dünner sein.

Ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsge-mässen Speicherrolle ist dadurch gekennzeichnet, dass auf die quetschbare, rohrförmige Stützhülse zunächst ein innerer Ringbereich mit im wesentlichen konstanter Spannung der aufzuwickelnden Materialbahn gewickelt wird und dann die Spannung in der Bahn sukzessive bis auf einen vorgegebenen Dehnungsunterschied erhöht wird.

Der innere Ringbereich wird also nach bekannter Technik gewickelt. Bevor die Speicherrolle den vollen Durchmesser erreicht hat, wird die Dehnung sukzessive erhöht, so dass der erfindungsgemässe, satt gewickelte äussere Ringbereich entsteht.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden nach dem sukzessiven Erhöhen der Spannung eine Ringzone, in welcher der Dehnungsunterschied gegenüber dem inneren Ringbereich mindestens dem vorgegebenen Dehnungsunterschied entspricht, und eine äussere Ringzone, in welcher der Dehnungsunterschied sukzessive abgebaut wird, gewickelt.

Ein besonders einfaches Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannung in der Material-resp. Papierbahn durch Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit des Speicherwickels gegenüber der Einzugsgeschwindigkeit der Materialbahn in die Wickelmaschine erzeugt wird. Die Umfangsgeschwindigkeit wird hierbei über die Drehzahl der Rolle eingestellt. Dieses Verfahren basiert auf dem per se bekannten Prinzip des Zentrumswicklers. Etwas schwieriger zu realisieren ist das erfindungsgemässe Verfahren mit einem an sich bekannten sog. Umfangswickler. Dort muss nämlich die Dehnung am Eingang der Wickelmaschine in die Papierbahn eingebracht werden.

Vorzugsweise wird die Umfangsgeschwindigkeit um einen Wert von mindestens 0,5%, insbesondere zwischen 0,5 und 10%, vorzugsweise um einen Wert von etwa 1,5-5%, insbesondere um einen Wert von etwa 2-3% erhöht. Bezugswert dieser Prozent-Angaben ist die Umfangsgeschwindigkeit, die zur Wicklung des inneren Ringbereiches gewählt wird. Die obere Grenze ist von der (absoluten) Dehnbarkeit des Materials abhängig. Bei stark dehnbaren Materialien kann die Umfangsgeschwindigkeit auch um mehr als 10% erhöht werden. Bei Papier sind kleine Bruchdehnungen jedoch oft bevorzugt.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine Wickelstange zum Rotieren einer darauf aufgeschobenen Stützhülse und eine Antriebseinheit zum Steuern der Rotationsgeschwindigkeit. Kennzeichnend ist eine programmierte Wickelkurve mit einer Überhöhung im Endbereich, nach welcher die Rotationsgeschwindigkeit gesteuert ist.

Ein Vorteil dieser Vorrichtung liegt darin, dass sie allein durch Änderung der Wickelkurve, ohne dass das Auswechseln bestimmter Maschinenteile erforderlich wäre, zur Realisierung des erfindungsge-mässen Verfahrens und zur Herstellung erfindungs-gemässer Speicherrollen geeignet eingesetzt werden kann. Die Wickelkurve kann auf einer Kurvenscheibe abgespeichert sein. Bei vollelektronischen Wickelmaschinen kann sie auch als Wertereihe in einem elektronischen Speicher (z.B. EPROM) enthalten sein.

Zur Herstellung von Packungen mit z.B. mehreren erfindungsgemässen Papierrollen werden zunächst gemäss dem oben beschriebenen Verfahren breite Papierrollen gewickelt, diese danach in mehrere kurze Einzelrollen zerschnitten, die Einzelrollen zusammengequetscht und die zusammengequetschten Einzelrollen in eine Hülle geschoben. Zu guter Letzt wird die Hülle verschweisst.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Papierrollen. Anstelle von Papier können auch papierähnliche, fasrige, zumindest leicht dehnbare Vliesstoffe mit nicht allzu glatter Oberfläche verwendet werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Darstellung einer erfindungsgemässen Papierrolle im ungequetschten Zustand;

Fig. 2 eine Darstellung einer erfindungsgemässen Papierrolle im gequetschten Zustand;

Fig. 3 eine idealisierte Darstellung des Verlaufs der Dehnung in Abhängigkeit vom Radius des Wik-kels;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Kurve zur Steuerung eines Zentrumswicklers;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Prinzip des Zentrumswicklers.

Grundsätzlich sind in den Zeichnungen einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemässen Papierrolle unmittelbar nach Beendigung des Wickelprozesses, d.h. also im ungequetschten Zustand. Auf eine Stützhülse 1, die typischerweise aus einem dünnen Karton besteht, ist eine z.B. 20-30 m lange Papierbahn aufgewickelt. Diese bildet damit einen Papierwickel 2, der im Fall einer WC-Rolle typischerweise 9-14 cm breit ist. Die Stützhülse 1 hat z.B. einen Durchmesser zwischen 4 und 5 cm und der Papierwickel einen solchen von z.B. 11-12 cm. Der Papierwickel 2 hat somit typischerweise eine Dicke von 5-8 cm.

Gemäss der Erfindung weist der Papierwickel 2 Ringbereiche mit unterschiedlich starken Dehnun5

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gen der Papierbahn auf. Insbesondere ist ein innerer, verhältnismässig breiter Ringbereich 3 vorgesehen, der mit einer konstanten in der Regel ziemlich niedrigen Spannung gewickelt ist. Er ist von einem äusseren Ringbereich 4 umgeben, in welchem die Papierbahn mit erhöhter Spannung resp. Dehnung gewickelt ist.

Der äussere Ringbereich 4 teilt sich gemäss einer bevorzugten Ausführungsform in mindestens drei Ringzonen 5, 6, 7 auf. Innerhalb der Ringzone 5 nimmt die Spannung der Papierbahn stetig zu, bis sie einen vorgegebenen Wert erreicht. In der anschliessenden mittleren Ringzone 6 bleibt die Spannung mehr oder weniger auf dem vorgegebenen Niveau. In der äusseren Ringzone 7 wird die Spannung dann wieder sukzessive abgebaut.

Fig. 3 veranschaulicht diesen Sachverhalt. Auf der Abszisse ist der Radius und auf der Ordinate die Dehnung aufgetragen. Ro bezeichnet den Aus-senradius der Stützhülse 1. An dieser wird die Papierbahn festgeklebt und dann unter einer minimalen, aber mehr oder weniger konstanten Dehnung Eo aufgewickelt. Ri bezeichnet den Aussenradius des inneren Ringbereichs 3.

Die Dehnung der Papierbahn wird nun sukzessive erhöht. Es muss sich dabei nicht um eine lineare Zunahme handeln, wie sie in der Fig. 3 im Sinne einer Prinzipdarstellung gezeichnet ist. In der Praxis wird es sich eher um eine S-förmige Rampe handeln. Bei einem bestimmten Radius R2 ist der gewünschte Dehnungswert Ei erreicht. Eine innere Ringzone 5 ist damit beendet und es beginnt eine mittlere Ringzone 6, in welcher die Dehnung auf dem vorgegebenen Wert Ei gehalten wird. Ist eine bestimmte Dicke erreicht (R3), dann beginnt die äussere Ringzone 7, in welcher die Dehnung sukzessive abgebaut wird. Der äusserste Bereich ist wieder ein kurzes Stück mit minimaler Dehnung. R5 bezeichnet den Radius des ganzen Papierwickels 2. In Fig. 3 ist eine Ringzone 7 gezeigt, die einen äussersten Teil - zwischen den Radien R4 und R5 - hat, in welchem die Dehnung wieder einen konstant niedrigen Wert annimmt. Dieser Wert braucht nicht identisch mit der Dehnung Eo des inneren Ringbereiches 3 zu sein.

In Fig. 3 ist die Bruchdehnung Eb angedeutet. Es handelt sich dabei um die Dehnung (Längenänderung pro Einheitslänge), die erreicht werden kann, wenn die Papierbahn bis zum Zerreissen gespannt wird. Die Dehnung Ei im äusseren Ringbereich 4 ist beträchtlich kleiner als die Bruchdehnung Eb- Vorzugsweise beträgt sie jedoch mindestens 10% der Bruchdehnung Eb. Wird die Dehnung im äusseren Ringbereich 4 zu hoch angesetzt, so besteht die Gefahr, dass während des Wickeins (z.B. wegen einer lokalen Schwachstelle) die Papierbahn reisst. Ein solcher Unterbruch des Produktionsprozesses ist natürlich äusserst unerwünscht. Sollen derartige Probleme von vornherein ausgeschlossen werden können, so empfiehlt es sich, die Dehnung im Ringbereich 4 nicht über 70% der Bruchdehnung anwachsen zu lassen. Ein guter Arbeitsbereich dürfte zwischen 25 und 40% relative Dehnung liegen. Besonders bevorzugt ist dabei eine relative Dehnung von etwa einem Drittel der Bruchdehnung Eb-

Die Bruchdehnung Eb selbst ändert sich natürlich von Papierart zu Papierart. Sie hängt auch von der Stärke der Perforation ab. Perforationen mit kleinen Schlitzen und grossen Stegen reduzieren die Bruchdehnung Eb weniger als solche mit grossen Schlitzen und kleinen Stegen. Die Stärke der Perforation ist weitgehend durch die angestrebte Eigenschaft des Endproduktes bestimmt. Beachtenswert ist, dass die Erfindung im Zusammenhang mit den unterschiedlichsten Perforationen anwendbar ist. Der (absolute Wert) der Bruchdehnung beschränkt nämlich nur in Extremfällen den Anwendungsbereich der Erfindung (z.B. wenn er sehr klein ist).

Beträgt die (absolute) Bruchdehnung Eb z.B. 6,5% (d.h. 1 m - ggf. perforierte - Papierbahn zer-reisst bei Verlängerung um 6,5 cm), dann sollte gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der minimale Unterschied der Dehnung zwischen innerem und äusserem Ringbereich (3 resp. 4) mindestens 0,65% (d.h. 1/10 von 6,5%) betragen. Der bevorzugte obere Grenzwert beträgt dann 4,6% (= 70% relative Dehnung). Wird durch Wahl einer stärkeren Perforation die Bruchdehnung z.B. auf 5% herabgesetzt, dann liegt die erwähnte 10%- resp. 70%-Grenze bei 0,5% resp. 3,5% (absolut).

Die obengenannten Prozentzahlen beziehen sich wohlgemerkt auf den Unterschied in der Dehnung zwischen innerem und äusserem Ringbereich 3 resp. 4. Beträgt also die relative Dehnung Eo im inneren Ringbereich 3 bereits 5% (relativ), dann soll der Unterschied zwischen Ei und Eo gemäss einer bevorzugten Ausführungsform mindestens 10% betragen. Die relative Dehnung Ei sollte dann mindestens 15% der Bruchdehnung Eb betragen. Es ist zu betonen, dass sich die vorteilhafte 60%-Grenze nicht auf die Differenz der Dehnungen bezieht, sondern allein auf die Bruchdehnung Eb-

Der innere Ringbereich 3 ist um einiges breiter als der äussere 4. In der Regel ist der innere Ringbereich 3 zwei- bis zehnmal so dick wie der äussere. Je dicker der äussere Ringbereich 4 ist, desto mehr Kraft resp. Widerstand kann er aufnehmen resp. entwickeln. Andererseits lässt er sich um so besser deformieren, je dünner er ist.

Auch bei der Verwendung von verhältnismässig starkem Papier führen Dicken des äusseren Ringbereiches 4 von weniger als 1,5 cm meist zum Erfolg. Bevorzugt sind Dicken von weniger als 1 cm. Die untere Grenze für den äusseren Ringbereich 4 dürfte bei etwa 4 mm liegen. Bei sehr dünnem Tis-sue kann dieser Wert unter Umständen auch unterschritten werden. Ein guter Arbeitsbereich liegt in jedem Fall zwischen 6 und 8 mm.

Die Ringzonen 5 und 7 im äusseren Ringbereich 4 sind z.B. 1-3 mm breit. Die mittlere Ringzone 6 ist z.B. 2-4 mm breit. Es ist zu bemerken, dass die geeignete Breite der Übergangszonen (5, 7) nicht unwesentlich von den maschinellen Gegebenheiten, d.h. von den Fähigkeiten der Wickelmaschine abhängt. Die Umfangsgeschwindigkeit kann nämlich nicht beliebig schnell erhöht werden. Ein allzu abruptes Erhöhen könnte zudem zu einem Bruch der Papierbahn führen.

Eine Papierrolle der obengenannten Struktur hat

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ganz besondere und unerwartete Eigenschaften. Diese sollen im folgenden erläutert werden.

Fig. 2 zeigt, was geschieht, wenn die Papierrolle unter einer Quetschkraft 8 (vgl. Pfeile) in einer Richtung deformiert wird. Die zylindrische Stützhülse 1 knickt an zwei Ecken 9a, 9b aus. Da die Quetschkraft 8 in y-Richtung wirkt, liegen die Ecken 9a, 9b auf der x-Achse. Mit zunehmender Quetschkraft 8 verformt sich der Innenquerschnitt der Stützhülse 1 zu einem länglichen Schlitz. Gleichzeitig ändert sich auch die Aussenform der Papierrolle. Interessanterweise entsteht aber nicht eine elipti-sche Hüllkurve 11, wie sie bei den nach dem Stand der Technik hergestellten Papierrollen zu erwarten wäre. Vielmehr bilden sich Kurzseiten 10a, 10b aus, so dass im Querschnitt eine näherungsweise rechteckige Form entsteht. Diese wohlgemerkt ohne Anwendung einer zusätzlichen Quetschkraft in x-Richtung.

Entlang der x-Achse erfährt der Wickel 2 eine stärkere Kompression als entlang der y-Achse. Es wird vermutet, dass dieser Effekt durch den «integrierten Spannring» bedingt ist, der durch den erfindungsgemässen äusseren Ringbereich gebildet wird. Im äusseren Ringbereich sind nämlich die einzelnen Papierlagen nicht nur stärker gedehnt, sondern werden auch stärker aufeinander gepresst. Die Haftreibung verhindert, dass sich die Lagen frei zueinander verschieben können. Es wird also in der Tat ein steifer, bis zu einem gewissen Grad elastischer Ring gebildet.

Im inneren Ringbereich 3 sind die Verhältnisse anders. Die Lagen können sich in einem gewissen Mass relativ zueinander verschieben, da sie, wenn überhaupt, nur mit sehr geringer Spannung gewik-kelt sind. Dies ist auch ein Grund dafür, dass der innere Ringbereich 3 insgesamt stärker komprimierbar ist als der äussere Ringbereich 4.

Es hat sich gezeigt, dass bei einer Verpackung mit mehreren erfindungsgemässen, nebeneinander angeordneten, gequetschten Papierrollen eine Platzeinsparung erzielt werden kann, die gegenüber den nach bekannten Verfahren gewickelten Rollen in der Grössenordnung von 40% liegt. Dieses auf den ersten Blick überraschende Resultat kann dadurch erklärt werden, dass beim Pressen einer Papierrolle auf eine vorgegebene Breite B (Fig. 2) die bekannten Papierrollen eine Hüllkurve 11 haben, deren Länge grösser ist als diejenige der erfindungsgemässen Rollen (Länge L).

Ein weiterer, neuartiger Effekt besteht darin, dass die Papierrolle in jeder Form, in die sie gepresst resp. gequetscht worden ist, verharrt und sich nicht von allein zurückverformt. Dies hat z.B. den Vorteil, dass die Verpackung selbst keine Druckkräfte auf die in ihr enthaltenen, gequetschten Papierrollen ausüben muss. Bei der Herstellung der Verpackungen können die Rollen zudem in einer separaten Einheit zunächst gequetscht und dann ohne Einsatz von Presskräften in die vorgesehene Packungshülle geschoben werden. Die gequetschten Rollen können verbraucherseitig auch wieder einfach, d.h. von Hand in die gewünschte runde Form gedrückt werden.

Es wird vermutet, dass die soeben beschriebene

«plastische Verformbarkeit» der Papierrolle daher kommt, dass die Papierlagen sich unter dem äusseren Druck geringfügig verschieben und aufgrund der Rauhigkeit der Oberfläche resp. der Faserigkeit des Materials in der neuen Position verhaften. Nicht unbedeutend scheint in diesem Zusammenhang zu sein, dass der innere Ringbereich 3 einen Druck nach aussen auf den äusseren Ringbereich 4 ausübt.

Im folgenden soll eine bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemässen Papierrolle beschrieben werden. Eine solche Vorrichtung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Es handelt sich dabei um eine Wickelmaschine nach dem Prinzip des Zentrumswicklers.

Eine Papierbahn 12, die z.B. etwa 2,4 m breit ist, läuft über eine Rolle 13 zu Zugrollen 14. Danach wird sie über eine Perforationswalze 16 geführt, wobei ein Perforationskopf 15 in regelmässigen Abständen (z.B. von 10 cm) die bei WC-Rollen oder Haushaltpapier bekannte Perforation anbringt. Danach folgt eine Hauptwalze 17, die mit einer Chop-perwalze 18 zum Schneiden der Papierbahn nach Beendigung des Wickelvorganges zusammenarbeitet.

Sechs Wickelstangen 22.1, .... 22.6, die Teil einer Revolveranordnung 19 sind, übernehmen das Wickeln der Stützhülsen. Die Revolveranordnung 19 resp. deren Wickelstangen 22.1, .... 22.6 werden be- und entladen von einem Hülsenlader 20 resp. einem Rollenentlader 21.

Die Maschine arbeitet im wesentlichen wie folgt. Der Hülsenlader 20 schiebt eine leere Stützhülse auf die in der Position P1 befindliche Hülsenstange 22.1. Dann wird die Revolveranordnung 19 um 60° gedreht. In der Position P2 wird auf die Aussensei-te der Stützhülse Leim aufgetragen zum Ankleben der Papierbahn. In der Position P3 wird die Wickelstange auf eine vorgegebene maximale Drehzahl gebracht. Die Umfangsgeschwindigkeit der Stützhülse ist dann mindestens so gross, vorzugsweise geringfügig höher als die Laufgeschwindigkeit der Papierbahn 12.

Dann erfolgt die Übergabe. Die Papierbahn wird abgeschnitten, die beschleunigte Wickelstange wird auf die Übergabegeschwindigkeit reguliert und in die Position P4 gedreht, gleichzeitig wird das freie Ende der Papierbahn auf die mit Leim versehene Stützhülse gebracht, und der Wickelprozess beginnt. Mit zunehmendem Radius des Papierwickels wird die Drehzahl reduziert, und zwar so, dass die Umfangsgeschwindigkeit aussen am Papierwickel im wesentlichen konstant bleibt.

Nach Abschluss des Wickelvorgangs wird die Papierbahn erneut abgeschnitten und die Wickelstange aus der Position P4 in die Position P5 gebracht. Sie wird abgebremst und nachher in der Position P6 entladen.

Die bis anhin beschriebenen Teile der Maschine sind, ebenso wie die kurz erläuterte Arbeitsweise, Stand der Technik. Neu ist die Kurve, nach welcher die Drehzahl beim Wickeln (Position P4) festgelegt ist.

Eine solche sogenannte Wickelkurve ist beispielhaft in Fig. 4 dargestellt. Auf der Abszisse ist der

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Prozesswinkel phi und auf der Ordinate die Winkelgeschwindigkeit w der Wickelstange aufgetragen. Der Prozesswinkel phi läuft von 0-360° und zwar beginnend bei der Ubergabe (Start des Wickelvorganges) und endend wiederum bei der Übergabe (Abschneiden der Papierbahn und erneute Übergabe an nächste Wickelstange). Er wächst linear mit der Zeit. Werden beispielsweise 20 Rollen pro Minute gewickelt, dann läuft der Prozesswinkel phi innerhalb von drei Sekunden von 0 bis 360°. (Es ist zu beachten, dass der Prozesswinkel phi nicht proportional zum Radius des Papierwickels ist.)

Die Geschwindigkeit der Papierbahn wird konstant gehalten. Mit zunehmendem Radius der Papierrolle ist daher die Drehzahl resp. Wickelgeschwindigkeit der Wickelstange zu reduzieren. Die Reduktion ist nicht linear abhängig von der Zeit resp. vom Prozesswinkel phi. Der Verlauf der Kurve ist auch nicht analytisch berechenbar, da Papier ein sehr komplexes Verhalten an den Tag legt. Nicht zuletzt haben Oberflächenrauhigkeit und Prägung Einflüsse, die nur aufgrund von Experimenten und Erfahrung ermittelt werden können. Die heute zur Verfügung stehenden Kurven sind jedenfalls empirischer Natur und ausschliesslich auf eine konstante Umfangsgeschwindigkeit der Papierrolle ausgelegt.

Zur Herstellung einer erfindungsgemässen Papierrolle, insbesondere zur Realisierung eines Dehnungsverlaufes gemäss Fig. 3 ist im Endbereich der Kurve eine Überhöhung, die z.B. zu einer um 2% erhöhten Drehzahl führt.

Der äussere Ringbereich 4 (Fig. 1 und 3) beginnt im vorliegenden Beispiel bei phi = 220°. Bis zu einem Phasenwinkel von phi = 260° wird die Winkelgeschwindigkeit sukzessive erhöht resp. weniger stark abgesenkt, so dass sich die Umfangsgeschwindigkeit aussen am Wickel sukzessive auf einen vorgegebenen Wert erhöht. Dieser liegt beim vorliegenden Beispiel etwa 2% über der Papiereinzugsgeschwindigkeit der Wickelmaschine. Dadurch wird die innere Ringzone 5 (vgl. Fig. 1 und 3) geschaffen.

Zwischen phi = 260° und phi = 300° wird die Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten konstant gehalten. Die erfindungsgemässe Wickelkurve verläuft in diesem Abschnitt in konstantem Abstand zur Wickelkurve gemäss dem Stand der Technik. Durch den Geschwindigkeitsunterschied wird die Ringzone 6 gebildet, in welcher die Papierbahn eine erhöhte (konstante) Dehnung aufweist.

Bei einem Prozesswinkel phi = 300° beginnt die äussere Ringzone 7. Der Geschwindigkeitsunterschied wird sukzessive abgebaut, so dass - gemäss dem vorlegenden Ausführungsbeispiel - bei einem Prozesswinkel von phi = 330° die Überhöhung beendet ist. Die Wickelstange rotiert danach mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie bei einer Wickelkurve gemäss dem Stand der Technik. Kurz bevor der Prozesswinkel 360° erreicht, wird die Papierbahn abgeschnitten, die nächste (leere) Stützhülse wird in Position P4 gefahren und der Wickel-prozess beginnt von neuem bei phi = 0°.

Wird die äussere Ringzone 7 weggelassen, d.h. wird der Dehnungsunterschied nicht abgebaut, so findet beim Abschneiden der Papierbahn zwangsweise eine Entspannung statt. Diese wirkt sich in der Regel nur auf die letzten zwei/drei Wicklungen aus, ist aber in einem gewissen Sinn unkontrolliert. Ist der Dehnungsunterschied verhältnismässig klein, so ist diese Tatsache nicht weiter störend. Bei grösseren Dehnungsunterschieden sollte auf die genannte Ringzone 7 besser nicht verzichtet werden.

Die beispielhafte Überhöhung der Drehzahl um 2% entspricht bei einer Bruchdehnung von 6,5% einem relativen Dehnungsunterschied von etwa 30%. Da die erzeugte Dehnung direkt abhängig ist von der Differenz zwischen der Einzugsgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit des Papierwik-kels, ist es ohne weiteres möglich, aus den im Zusammenhang mit der Fig. 3 gemachten Angaben betreffend bevorzugte Dehnungsbereiche entsprechende Bereiche für die Überhöhung der Winkelgeschwindigkeit abzuleiten.

Wie die in Fig. 4 gezeigte Wickelkurve implementiert wird, hängt von der Art der Maschine ab. Bei einer rein mechanischen Ausführung der Steuerung, bei welcher die Drehzahl der Wickelstange von einer Kurvenscheibe vorgegeben ist, die ein mechanisches Getriebe regelt, genügt es, eine Kurvenscheibe mit einer erfindungsgemässen Überhöhung einzusetzen. Dasselbe gilt für eine halbmechanisch/ halbelektrische Ansteuerung, bei welcher die Wik-kelkurve an einer Kurvenscheibe abgegriffen und eine Motorendrehzahl (z.B. mittels eines mechanisch geregelten Potentiometers) entsprechend eingestellt wird. Bei rein elektronischer Ansteuerung wird die Kurve in Form von Digitalwerten in einen programmierbaren Speicher (PROM, EPROM, EEPROM etc.) abgespeichert. Eine erfindungsgemässe Wickelmaschine zeichnet sich somit in jedem Fall durch die steuerungsmässig implementierte Wickelkurve aus.

Eine Produktionslinie zur Herstellung von platzsparend abgepackten Papierrollen umfasst zunächst eine Wickelmaschine zur Herstellung von (z.B. 2,4 m breiten) Papierrollen mit den erfindungsgemässen Merkmalen. Als nächstes folgt eine Vorrichtung zum Zerschneiden der breiten Papierrollen in schmale Einzelrollen von z.B. 10 cm. Danach werden die Einzelrollen gequetscht. Dies kann mit an sich bekannten Vorrichtungen erreicht werden. Danach werden die Einzelrollen in die zum Verpak-ken gewünschte Ordnung gebracht. Für eine Sechserpackung werden z.B. zwei Dreierreihen nebeneinander gestellt. In dieser Anordnung werden sie dann in einen Plastiksack geschoben, welcher danach möglichst eng anliegend verschweisst wird.

Selbstverständlich können platzsparenden Papierrollenpackungen auch anders hergestellt werden. Anstelle eines Zentrumswicklers kann auch ein Umfangwickler eingesetzt werden. Die Spannung der Papierbahn kann z.B. mittels der eingangsseitig angeordneten Tänzenwalze eingestellt werden.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass durch die Erfindung Papierrollen mit neuartigen und vorteilhaften Eigenschaften gewickelt werden können. Die Papierrollen können im Verband nicht nur platzsparend transportiert werden, sondern sind auch benutzerseitig leicht zu handhaben.

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Bezugszeichenliste

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Stützhülse

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Papierwickel

3, 4

Ringbereich

5, 6, 7

Ringzone

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Quetschkraft

9a, b

Ecken

10a, d

Kurzseite

11

Hüllkurve

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Papierbahn

13

Rolle

14

Zugrollen

15

Perforationskopf

16

Perforationswalze

17

Hauptwalze

18

Chopperwalze

19

Revolveranordnung

20

Hülsenlader

21

Rollenentlader

22.1 22.6

Wickelstange

Claims (11)

Patentansprüche

1. Speicherrolle mit einer auf eine quetschbare rohrförmige Stützhülse (1) zu einem Speicherwickel (2) aufgewickelten, dünnen, flexiblen Materialbahn, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherwickel (2) einen inneren (3) und einen diesen umschlies-senden äusseren Ringbereich (4) aufweist, wobei die Materialbahn im äusseren Ringbereich (4) unter einer gegenüber dem inneren Ringbereich (3) erhöhten Spannung aufgewickelt ist.

2. Speicherrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die erhöhte Spannung bewirkte Dehnungsunterschied zwischen innerem und äusserem Ringbereich (3 resp. 4) mindestens 10% der Bruchdehnung (Eb) der Materialbahn beträgt.

3. Speicherrolle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung im äusseren Ringbereich (4) 70% der Bruchdehnung (Eb) nicht überschreitet und dass der Dehnungsunterschied 25-40% der Bruchdehnung (Eb) beträgt.

4. Speicherrolle nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Ringbereich (4) eine Dicke von weniger als 1,5 cm, insbesondere weniger als etwa 1 cm und insbesondere von mindestens 4 mm hat.

5. Speicherrolle nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Ringbereich (4) durch zwei Ringzonen (5, 7) berandet ist, wobei in der inneren Ringzone (5) die Dehnung zu- und in der äusseren (7) abnimmt.

6. Speicherrolle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und die äussere Ringzone (5, 7) je etwa einen Drittel der Dicke des äusseren Ringbereichs (4) ausmachen.

7. Verfahren zum Herstellen einer Speicherrolle nach Anspruch 1, bei welchem auf die rohrförmige Stützhülse (1) ein Ringbereich (3) mit im wesentlichen konstanter Spannung der aufzuwickelnden Materialbahn gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem, den genannten Ringbereich umgebenden äusseren Ringbereich (4) die Spannung der aufzuwickelnden Materialbahn zur Erzielung eines vorgegebenen Dehnungsunterschiedes gegenüber dem erstgenannten Ringbereich erhöht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des äusseren Ringbereichs zunächst die Spannung sukzessive erhöht wird, wobei eine erste Ringzone (5) gebildet wird, dann zur Bildung einer zweiten Ringzone (6) der Dehnungsunterschied gegenüber dem inneren Ringbereich (3) mindestens auf einem vorgegebenen Dehnungsunterschied gehalten wird und schliesslich der Dehnungsunterschied sukzessive abgebaut wird, wobei eine dritte Ringzone (7) gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung durch Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit des Speicherwickels während des Wickeins gegenüber der Einzugsgeschwindigkeit der Materialbahn erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit um mindestens 0,5%, vorzugsweise um weniger als 10%, noch bevorzugter um 1,5-5%, insbesondere um 2-3% erhöht wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, umfassend eine Wickelstange (22.1, ..., 22.6) zum Rotieren einer darauf aufgeschobenen Stützhülse (1) und eine Antriebseinheit zum Steuern der Rotationsgeschwindigkeit der Wik-

kelstange (22.1 22.6), gekennzeichnet durch

Mittel, die eine programmierte Wickelkurve mit einer Drehzahlenhöhung im Endbereich enthalten.

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