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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verheiratungswalze zum Zusammenbringen
wenigstens zweier bahnförmiger
Materialien zwischen der Verheiratungswalze und einer weiteren Walze.
Die Verheiratungswalze wird oftmals auch als so genannte „Marrying
roller" oder „Marrying
roll" oder aber
auch als „Marrywalze" bezeichnet.
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Bei
der Herstellung von mehrlagigen Hygieneprodukten wie beispielsweise
Taschentüchern, Handtüchern, Haushaltstüchern, Gesichtstüchern und
Toilettenpapier, müssen
zwei oder mehrere Papierlagen zusammengebracht werden. Um eine ausreichende
Lagenhaftung zwischen den Papierlagen zu erzeugen, kann unter anderem
ein Klebeverfahren verwendet werden. Derartige Verfahren sind dem Fachmann
unter anderem als Spot Embossing, Goffra Incolla, Reggie-Technologie
(WO 03/072344, WO 03/072345, WO 04/028706, WO 03/086744, WO 04/056560
und WO 05/087455) oder aber als Nested/DESL (Double Embossing Single
Lamination) bekannt. Ein analoges Verfahren ist z. B. auch in der
DE 20 313 418 U1 offenbart.
Bei dem dort beschriebenen Verfahren läuft eine erste Papierbahn
10 durch einen
ersten Walzenspalt zwischen einer Prägewalze
1a und einer
Gegenwalze
2a. In diesem Walzenspalt wird die Papierbahn
10 als
eine der Papierlagen mit einer Prägung versehen. Im Anschluss
wird über
eine mit der Prägewalze
verbundene Klebemittelaplikatorwalze
3 Klebemittel an den
Stellen auf die erste Papierbahn
10 aufgebracht, an denen
die Prägevorsprünge der
Prägewalze
1a hervorstehen.
Das Klebemittel wird dabei aus einem Klebemittelbad
4a über eine
Klebemitteltransferwalze
4b auf die Klebemittelaplikatorwalze
3 übertragen. Über eine
zweite Prägewalze
1b sowie
eine zweite Gegenwalze
2b wird eine zweite Papierbahn
20 mit
einer Prägung versehen
und mit der ersten Papierbahn
10 in einem Walzenspalt zwischen
der ersten Prägewalze
1a und der
Verheiratungswalze
5 zusammengebracht. Dieses Verfahren
wird als DESL- oder Nested-Prägung bezeichnet.
Es sind jedoch auch Verfahren bekannt, bei denen die zweite Papierbahn
ohne vorherige Prägung
in dem Walzenspalt zwischen der ersten Prägewalze und der Verheiratungswalze
mit der ersten Papierbahn zusammengebracht wird. Dieses Verfahren,
bei welchem kein zweites Walzenpaar
1b,
2b vorliegt,
nennt man Goffra-Incolla Technik. Üblicherweise weist die Gummibeschichtung
der Verheiratungswalze
5 bei beiden Verfahren eine Härte von
80 bis 95 Shore A auf.
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Die
eingangs beschriebenen Technologien beschränken die Produktionsgeschwindigkeit
der Verarbeitungsstraße
in hohen Maßen,
insbesondere dann, wenn nicht nur, wie dargestellt, zwei sondern drei
oder mehr Lagen zusammengebracht werden sollen. Bei drei oder mehr
Lagen muss das vorhandene Klebemittel in der Regel durch mindestens
eine Lage penetrieren, was die Produktionsgeschwindigkeit maßgeblich
beeinflusst.
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Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass bei dem bekannten Verfahren
das Risiko besteht, dass die Prägewalze 1a während des
Verheiratungsvorgangs auch auf der zu verbindenden (zweiten) Papierbahn
meist eine leichte, jedoch trotzdem störende Prägung bewirkt. Diese „Verheiratungsprägung" reduziert die empfundene
Weichheit der mehrlagigen Papierbahn ebenso wie ihr optisches Erscheinungsbild.
Dieser unerwünschte
Effekt tritt insbesondere bei relativ weichen Verheiratungswalzen
und/oder bei einem großen
Präge-Nip
auf. Ein großer
Präge-Nip
wird in der Regel bei der Herstellung von Produkten mit vielen Lagen,
bei starken Lagen, bei schnell laufenden Maschinen oder bei Marrywalzen, welche
bereits Verschleißerscheinungen
aufweisen, benötigt.
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Um
die Lagenhaftung zu verbessern wurde eine mit Stahl beschichtete
Gummiverheiratungswalze entwickelt. Dabei erlaubt es die Stahlbeschichtung einen
ausreichenden Druck für
den Lagenhaftungsvorgang bereit zu stellen. Der Gummi bewirkt die
erforderliche Flexibilität,
um Ungleichmäßigkeiten
der Papierlagen oder der Oberflächen
der Walzen zu kompensieren. Ein Nachteil dieser Stahl beschichteten
Gummiwalze besteht in der Gefahr, die Prägewalze aus Stahl zu beschädigen, insbesondere
wenn diese mit feinen Prägestrukturen
versehen ist. Ferner wird diese Ausgestaltung zu einem hohen Verschleiß der Prägewalze
führen.
Diesen Problemen könnte zwar
entgegengewirkt werden, wenn die Prägestahlwalze gehärtet wird.
Dies wiederum hat jedoch zwei schwerwiegende Nachteile. Zum Einen
wird beim Härtungsprozess
eine Verformung der Walze entstehen, die zu Vibrationen beim Einsatz
der Prägewalze führen kann,
was eine Nachbearbeitung der Prägewalze
erforderlich macht. Zum anderen wird das Härten die Kosten der Prägewalze
in die Höhe
treiben.
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Angesichts
des oben geschilderten Standes der Technik, besteht die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung darin, eine Verheiratungswalze zu schaffen,
mittels derer eine gute Lagenhaftung bei erhöhter Maschinengeschwindigkeit
und damit höherer Produktivität erzielt
werden kann, ohne die Eigenschaften des Endproduktes wie Weichheit
und optisches Erscheinungsbild zu verschlechtern und ohne die Stahlprägewalze
zu beschädigen
oder härten
zu müssen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Verheiratungswalze mit den Merkmalen des
Schutzanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen genannt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, eine Verheiratungswalze
bereit zu stellen, die wenigstens zwei Lagen bzw. Schichten aus einem
elastischen Material aufweist, von denen eine härter ist als die andere und
die Härtere
auf der Außenseite
bzw. Oberseite der Walze angeordnet ist. Dementsprechend schlägt die vorliegende
Erfindung eine Verheiratungswalze zum Zusammenbringen wenigstens
zweier bahnförmiger
Materialien, insbesondere Tissuepapierlagen oder aber Vliesstofflagen (Non-woven-Lagen)
zwischen der Verheiratungswalze und einer weiteren Walze vor, wobei
die Verheiratungswalze einen Kern, eine Außenschicht und wenigstens eine
zwischen dem Kern und Außenschicht angeordnete
Zwischenschicht umfasst. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenschicht
eine elastische Schicht mit einer ersten Härte und die Zwischenschicht
eine elastische Schicht mit einer zweiten Härte ist, und dass die erste Härte höher ist
als die zweite Härte.
Vorteilhafterweise ist wenigstens die Außenschicht, bevorzugterweise
jedoch auch die Zwischenschicht, eine Gummischicht.
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Die
erfindungsgemäße Verheiratungswalze eignet
sich insbesondere zum Zusammenbringen von zwei oder mehr bahnförmigen Materialien,
vor allem von Tissuepapierlagen, Vliesstofflagen (Non-woven-Lagen)
oder auch von sog. Hybridprodukten bestehend aus mindestens einer
Tissuepapierlage und wenigstens einer Lage aus Vliesstoff. Derartige
Tissuepapiere weisen üblicherweise
ein Flächengewicht pro
einzelner Lage von weniger als 30g/m2, insbesondere
von weniger als 25g/m2 und besonderes bevorzugt
von weniger als 20g/m2 auf. Es können aber auch
bahnförmige
Kunststoffe und textilartige Materialien mit der erfindungsgemäßen Verheiratungswalze
zusammengebracht werden. Bei Vliesstoffen (auch Non-wovens genannt)
handelt es sich um flexible, poröse
Flächengebilde
aus synthetischen Kunstfasern, die nach Vorverfestigung auf mechanischem
Weg miteinander verbunden werden.
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Die
beschriebenen bahnförmigen
Materialien bestehen üblicherweise
aus Naturfasern oder Vliesen aus Kunstfasern, wobei selbstverständlich auch
Mischungen aus Naturfasern und Kunstfasern eingesetzt werden können.
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Geeignete
Faserprodukte sind unter anderem Zellstoffe, die nach üblichen
Aufschlussverfahren, beispielsweise nach den Sulfatverfahren oder aber
nach dem Sulfitverfahren aus Nadelholz, beispielsweise aus Fichten-,
Tannen-, Kiefern- oder
Lärchenholz,
aus Laubholz, beispielsweise aus Buchen-, Birken-, Pappel- oder
Eukalyptusholz oder aber aus Einjahrespflanzen, wie beispielsweise
aus Sisal, Hanf oder Bambus gewonnen werden. Selbstverständlich können auch
Mischungen von Fasern der genannten Holzarten verwendet werden.
Als Faserprodukte können
auch Zellstoffe eingesetzt werden, die von weiderverwertetem Papier
stammen. Daneben können
auch Kunstfasern, wie beispielsweise Polyethylenfasern, Polypropylenfasern,
Polyamidfasern, Polyesterfasern, insbesondere auf Basis von aromatischen
Polyestern wie Polyehtylenterephthalat, sowie Polyvinylalkohol eingesetzt
werden.
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Aus
derartigen Zellstoffen und ggf. Mischungen aus Zellstoffen und untergeordneten
Anteilen an Kunstfasern können
in einem Nasslegeprozess mit nachfolgender konventioneller Trocknung
oder nach dem TAD-Verfahren (Through Air Drying) geeignete bahnförmige, gekreppte
oder auch ungekreppte sog. Rohtissueprodukte (UCTAD) hergestellt
werden, welche ggf. nach mit üblichen
Nassfestmitteln, Trockenfestmitteln, Weichmachern oder anderen Hilfs-
und Zusatzstoffen für
die Papierherstellung versetzt werden können.
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Durch
die harte Außenschicht
wird ermöglicht,
einen ausreichend hohen Druck für
den Lagenhaftungsvorgang bereit zu stellen, ohne dass jedoch die
weitere Walze, bei der es sich um eine Stahlprägewalze handeln kann, beschädigt wird.
Die Beschädigung
wird dabei dadurch vermieden, dass auch die Außenschicht aus einem elastischen,
wenn auch harten Material (Gummi) gebildet und daher gewissermaßen nachgiebig
ist. Die Zwischenschicht hingegen bietet die erforderliche Flexibilität, um Ungleichmäßigkeiten
der bahnförmigen
Materialien oder der Oberflächen
der Walzen auszugleichen. Mit anderen Worten ist die Zwischenschicht
dazu da eine gewisse Flexiblität
zu bewirken.
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Unter
der Bezeichnung „elastische,
wenn auch harte Materialien" sollen
dabei nicht nur gummiartige Materialien verstanden werden, sondern
auch unter anderem geeignete Kunststoffe, beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe,
sowie bestimmte Papiersorten, insbesondere komprimiertes Papier.
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Die
erfindungsgemäße Verheiratungswalze steht
in Kontakt mit einer weiteren Walze, vorzugsweise einer Stahlprägewalze.
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Unter
Prägung
wird ein technischer Vorgang bezeichnet, bei dem einer ursprünglich ebenen
Papier- oder Tissue-Bahn in einem durch zwei weitgehend zylindrische
Walzen gebildeten Prägespalt
mit Hilfe einer an der Oberfläche
dreidimensional strukturierten harten, nicht elastisch nachgiebigen
Metallwalze (beispielsweise: Stahl), der sog. Prägewalze und einer im Allgemeinen
glatten, elastisch nachgiebigen Gegenwalze (beispielsweise: Gummi
oder Kunststoff) unter Anpressdruck eine der dreidimensionalen Struktur
der Oberfläche
der Prägewalze
entsprechende dreidimensionale Struktur des Papiers oder Tissues
mehr oder weniger irreversibel aufgezwungen wird.
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Dieser
Vorgang wird in einer Vorrichtung ausgeführt, die wenigstens die erwähnte Prägewalze und
die zugehörige
Gegenwalze umfasst, sowie Lagerungen für die Walzen, Antriebe, Entrichtungen
zur Einstellung, Steuerung oder Regelung der Antriebe, des Anpressdruckes,
der Bahnspannung sowie der Geschwindigkeit, weitere Walzen als Bahnführungselemente
für die
meist einlagige, ggf. auch mehrlagige Papier- oder Tissue-Bahn,
ggf. zusätzlich
Ab- und Aufrolleinrichtungen, ein oder mehrere Klebstoffe, Auftragswerke
sowie eine Verheiratungswalze, falls mehrere einlagige Papier- oder
Tissue-Bahnen getrennt, in zwei oder mehr solcher Prägeeinrichtungen geprägt, zu einem
Lagenverbund zusammengeführt und
ggf. verhaftet werden sollen. Geeignete Auftragswerke können unter
anderem als Walzenapplikationsvorrichtung, als Sprühvorrichtung,
als sog. Curtain-Coater oder aber als Düsenvorrichtung ausgeführt sein.
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Eine
solche Vorrichtung wird als Prägewerk bezeichnet.
Vorrichtungen dieser Art können
autark betrieben werden oder sie bildet einen Baugruppe aus einer
komplexen Zusammenschaltung mehrerer Vorrichtungen mit unterschiedlichem
Aufbau zur aufeinander erfolgenden Erfüllung unterschiedlicher Aufgaben
innerhalb einer sog. Verarbeitungslinie, wie diese in der Papier-
und Tissue-Industrie
beispielsweise zur Herstellung von Rollen-Produkten wie Toilettenpapier
oder Haushaltspapier oder zur Herstellung von Faltprodukten wie
Taschentücher oder
Servietten üblich
sind.
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Wird
eine Prägevorrichtung
separat, autark betrieben, spricht man von einem Offline-Betrieb.
Bildet die Prägevorrichtung
eine Baugruppe in einer komplexen Verarbeitungsanlage, so spricht
man von Inline-Betreib.
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Die
dreidimensionale Struktur der Oberfläche der Prägewalze wird üblicherweise
durch über die
zylindrische Mantelfläche
als Bezugsbasis herausragende Vorsprünge gebildet, die in bestimmter, meist
gleichförmiger
Weise über
den gesamten Bereich des den Prägespalt
bildenden Anteils der Walzenoberfläche verteilt sind. Die geometrische
Form dieser Vorsprünge
kann prinzipiell frei gewählt
werden, Grenzen sind durch die zur Herstellung der Prägewalzen
angewandten Technik und die Erfordernisse des Prägeprozesses selbst beispielsweise
hinsichtlich eines störungsfreien
Luftverhaltens gesetzt.
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Für die Prägung von
Papier und/oder Tissue-Bahnen werden im Allgemeinen Prägewalzen verwendet,
deren als Werkzeug für
die Prägung
dienende Prägenoppen,
beispielsweise ausgebildet als geometrische, dreidimensionale Vorsprünge, auf
einem massiven stählernen
zylindrischen Grundkörper angeordnet
sind. Die Prägewalzen
können
jedoch auch mehrteilig aus einem zylindrischen Tragkörper aufgebaut
sein, der einen auswechselbaren als Hohlzylinder ausgebildeten Mantel
trägt,
auf dem die Prägenoppen
angeordnet sind.
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Handelt
es sich bei den Prägenoppen
um geometrische, dreidimensionale Vorsprünge, die über der Mantelfläche des
zylindrischen Walzengrundkörpers
oder des auswechselbaren zylindrischen Mantelkörpers erhaben sind, dann wird
die Gestalt von Prägenoppen
dieses Typs in der Fachsprache als „male" bezeichnet.
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Die
derart gestaltete, an ihrer Oberfläche struturierte, nicht elastisch
deformierbare Prägewalze
bildet im Prägwerk
einen Prägespalt
im Zusammenspiel mit einer elastisch nachgiebigen, sog. weichen,
ebenfalls zylindrischen Gegenwalze, die jedoch meist eine glatte
Oberfläche
aufweist. Gegenwalzen mit einer sog. Bombage sind ebenfalls bekannt.
Durch diesen Prägespalt
wird die zu prägende Papier-
oder Tissuebahn unter Anpressdruck hindurchgeführt, wobei sich die Struktur
der harten Prägewalzenoberflächen mit
den darauf vorhandenen Prägenoppen
in der Papier- oder Tissuebahn abbildet. Die Papier- oder Tissuebahn
erhält
durch die Deformation eine Struktur mit geometrischen, dreidimensionalen
Vorsprüngen,
die sich über
der ursprünglich
ebenen Grundfläche
der Papier- oder Tissuebahn erheben und deren Gestalt weitestgehend der
Struktur der Prägenoppen
der Prägewalze
entspricht. Diese im Papier oder Tissue durch eine Prägung entstandenen
dreidimensionalen Vorsprünge werden
in der Fachsprache meist ebenfalls als Prägenoppen bezeichnet.
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Die
als Werkzeug dienenden unelastischen Prägenoppen der Prägewalze
können
prinzipiell beliebig auf der Mantelfläche des Walzengrundkörpers verteilt
sein. In der Praxis überwiegt
jedoch eine gleichförmige
Verteilung der Prägenoppen
auf der gesamten Mantelfläche
des Walzengrundkörpers über die
Breite des Prägespaltes.
Man spricht dann von einer Overallprägung.
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Die
Mantelfläche
des zylindrischen Walzengrundkörpers
dient dabei als Basisfläche, über die sich
die Prägenoppen
in Gestalt geometrisch dreidimensionaler Vorsprünge erheben. Die über die
Mantelfläche
der Prägewalze
verteilt angeordneten Prägenoppen
können
sämtlich
von gleicher Größe und Gestalt
sein, müssen
dies aber nicht.
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Üblich sind
geometrische, dreidimensionale Grundformen der zur Verwendung kommenden
Prägenoppen
wie beispielsweise gerade Kegel- oder gerade Pyramidenstümpfe, die
häufig
die Grundstruktur einer ganzflächigen
(overall) Prägung
von Papier- oder Tissuebahnen charakterisieren.
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Die
Kegelstümpfe
können
dabei kreisförmige oder
ovale Basis- und
Stirnflächen
besitzen. Die Pyramidenstümpfe
können
dreieckige, quadratische, rechteckige, rautenförmige oder auch vieleckige
Basis- oder Stirnflächen
aufweisen, um beispielhaft einige der Möglichkeiten der Gestaltung
aufzuzählen.
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Für das sog.
Spot-Embossing wurden in der Regel komplexere Formen bestehend aus
Linien und/oder Punkten verwendet. Dabei stellen die Prägeelemente
meist Figuren oder Designs sowie ästhetisch ansprechende Motive
dar.
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Die
erfindungsgemäße Verheiratungswalze 5 wiest
neben einem Kern 5c eine Außenschicht 5a sowie
wenigstens eine zwischen dem Kern 5c und der Außenschicht 5a angeordnete
Zwischenschicht 5b auf. Es können auch zwei oder noch mehr
Zwischenschichten vorhanden sein. Dabei ist wesentlich, dass die
Außenschicht
aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus Gummi, besteht,
welches eine erste Härte
aufweist, welche höher
ist als die Härte
der Zwischenschicht, welche ebenfalls aus einem elastischen Material,
vorzugsweise aus Gummi, besteht. Die Härte der Zwischenschicht(en)
wird auch als sog. zweite Härte
bezeichnet.
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Vorzugsweise
ist die erste Härte
der Außenschicht
um mindestens 3 Shore A und/oder um mindestens 2 Shore D größer als
die zweite Härte
der Zwischenschicht oder der Zwischenschichten.
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Die
Härte sog.
elastischer Materialien wird üblicherweise
nach der Methode von Shore (DIN 53505) ermittelt. Unter der Härte eines
Materials wird im Allgemeinen ein Maß für den Widerstand dieses Materials
gegenüber
dem Eindringen eines härteren Festkörpers verstanden.
Bei der Methode nach Shore verwendet man mehrere unterschiedliche
Härteprüfgeräte, solche
für weichere
Materialien (Shore A) und solche für härtere Materialien (Shore D).
Daraus resultieren letztlich zwei Härteskalen, zum einen für weichere
Materialien im Bereich von 10 bis 98 Shore A und zum anderen für härtere Materialien
im Bereich von 30 bis 90 Shore D. Geeignete Härteprüfgeräte sowohl für Shore A als auch für Shore
D werden unter anderem von der Firma Zwick GmbH & Co., Ulm vertrieben. Dabei werden
jeweils kegelförmige
Eindringkörper
in das zu prüfende
Material bis zu 2,5 mm hineingedrückt, die hierfür aufgewendet Kraft
gemessen und in Shore-Härteeinheiten
umgerechnet.
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Die
Außenschicht
der erfindungsgemäßen Verheiratungswalze
weist eine Härte
von vorzugsweise 90 Shore A bis 90 Shore D, insbesondere von 98
Shore A bis 80 Shore D und besonders bevorzugt von 97 Shore A bis
60 Shore D auf. Es empfiehlt sich eine solche Verheiratungswalze
zu verwenden, bei der die erste Härte der Außenschicht um mindestens 5
Shore A und/oder um 5 Shore D größer ist
als die zweite Härte
der Zwischenschicht(en). Besonders bevorzugte Verheiratungswalzen
zeichnen sich dadurch aus, dass die erste Härte der Außenschicht um mindestens 5
Shore A und/oder 5 Shore D und maximal um 40 Shore A und/oder 40
Shore D größer ist als
die zweite Härte
der Zwischenschicht(en). Ganz besonders bevorzugt sind Verheiratungswalzen,
deren Außenschicht
aus einem elastischen Material mit einer Shore A Härte von
95 bis 98 und deren Zwischenschicht(en) aus einem elastischen Material
mit einer Shore A Härte
von 80 bis 92 besteht.
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Bei
der Auswahl von geeigneten Materialien für die Außenschicht und die Zwischenschicht(en)
ist zu beachten, dass die Differenz der Härten beider Schichten nicht
zu groß werden
darf, insbesondere dann, wenn die Verheiratungswalze bei hoher Last betrieben
wird.
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Die
erfindungsgemäße Verheiratungswalze kann
neben der Außenschicht
ein, zwei oder mehr Zwischenschichten aufweisen. Die einzelnen Zwischenschichten
können
sich unter anderem hinsichtlich ihrer Härte oder aber hinsichtlich
ihrer chemischen Struktur oder ihrer physikalischen Eigenschaften
unterscheiden.
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Darüber hinaus
kann es sich empfehlen, neben dem Kern 5c der Zwischenschicht 5b und
der Außenschicht 5a noch
eine weitere sog. Innenschicht 5d als Bestandteil der Verheiratungswalze
vorzusehen. Die Innenschicht 5d befindet sich zwischen
dem Kern und der Zwischenschicht oder den Zwischenschichten und
sollte aus einem relativ harten Material bestehen. Der Einbau einer
solchen Innenschicht empfiehlt sich, wenn zum einen der Kern der
Verheiratungswalze relativ klein ist und deren Durchmesser auf einen
definierten Außendurchmesser
aufgebaut werden muss oder aber, wenn die Zwischenschicht sehr weich
ist und dadurch die auftretenden Scherkräfte am Übergang Zwischenschicht zum
Kern sehr groß werden.
In einem solchen Fall besteht die Gefahr, dass sich an diesem Übergang
der Belag vom Kern löst.
Dieser Gefahr kann durch den Einbau einer zusätzlichen Innenschicht wirksam
begegnet werden.
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Im
Inneren der erfindungsgemäßen Verheiratungswalze
befindet sich ein Kern, der üblicherweise
aus Stahl besteht und einen Durchmesser von 100 mm bis 800 mm, insbesondere
von 300 mm bis 600 mm aufweist. Die Verheiratungswalze kann einerseits
Zapfen enthalten oder als beschichtetes Rohr, das auf einen Trägerkern
aufgezogen wird.
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Die
Dicke der Außenschicht
der Verheiratungswalze liegt vorzugsweise im Bereich von 3 bis 30
mm, insbesondere im Bereich von 4 bis 20 mm und besonders bevorzugt
im Bereich von 5 bis 15 mm. Analog dazu beträgt die Dicke der Zwischenschicht
oder der Zwischenschichten 3 bis 30 mm, insbesondere 4 bis 20 mm
und besonders bevorzugt 5 bis 15 mm.
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Die
in der Außenschicht
und in der Zwischenschicht oder den Zwischenschichten vorliegenden
Materialien sind elastisch und bestehen vorzugsweise aus Gummi oder
aber aus einem gummiartigen Material. Ein solcher Gummi-Werkstoff
besteht in der Regel aus dem eigentlichen Gummi oder aber dem gummiartigen
Material sowie geeigneten Vernetzungsmitteln, Beschleunigern, Aktivatoren,
Füllstoffen
wie beispielsweise Ruß,
Kieselsäure
oder Kaolin, Weichmachern, Alterungsschutzmitteln, ggf. Farbmitteln
und sonstigen Zusatzstoffen.
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Unter
der Bezeichnung Gummi bzw. gummiartige Materialien sollen nicht
nur übliche
Naturkautschke (NR) auf Basis von Isopren, sondern auch künstlich
hergestellte Kautschuke (Synthese-Kautschuke) verstanden werden.
Zu den Letzteren zählen unter
anderem Acrylnitril-Butadien-Kautschuke, Acrylinitril-Butadien-Styrol-Kautschuke
(NBR), anorganische Kautschuke (sog. Polymere mit kohlenstofffreier
Hauptkette auf Basis von Ketten aus Bor und Stickstoff, Bor und
Phosphor, Aluminium und Phosphor, Zinn und Sauerstoff sowie Phosphor
und Stickstoff), Butadien-Styrol-Kautschuke, Kautschuke auf Basis
von Polybutadienen und Polyisoprenen, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke
(EPDM), Ethylen-Acrylat-Kautschuke
sowie Polyester/Polyether-Polyurethan-Kautschuke (PUR). Besonders
bevorzugt sind dabei unter anderem Kautschuke auf Basis von Acrylnitril-Butadien-Styrol
(NBR).
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Aufgrund
der geringeren Härte
der Zwischenschicht oder der Zwischenschichten können diese nicht nur aus Gummi
oder aus gummiartigen Materialien bestehen, sondern auch aus Schaumstoffen,
insbesondere aus geschäumten
Kunststoffen und geschäumten
Natur- und Synthesekautschuken aufgebaut sein. Dabei sind zäh-harte
Schaumstoffe gegenüber
spröd-harten
Schaumstoffen zu bevorzugen.
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Bei
der Auswahl geeigneter gummiartiger Materialien sollte unter anderem
darauf geachtet werden, dass diese ein gutes Rückstellverhalten, eine hohe
Verschleißfestigkeit,
eine geringe Sprödigkeit
in Folge einer tiefen Glasübergangstemperatur, ein
niedriges Dämpfungsverhalten
sowie ein geringes Quellverhalten insbesondere gegenüber Wasser und Öl aufweisen.
Die Glasübergangstemperatur (Tg)
derartiger Materialien sollte daher möglichst unterhalb von 0°C, insbesondere
unterhalb von –10°C liegen.
Die Glasübergangstemperatur
(Tg) selbst gibt diejenige Temperatur an, unterhalb der die Materialien
ihre Segmentbeweglichkeit verlieren, d. h. glasartig werden.
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Durch
die mechanische Wechselbelastung kann es zu einer Erwärmung der
Verheiratungswalze bei längerem
Betrieb kommen. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass die gewählten gummiartigen
Materialien auch bei höheren
Temperaturen (bis zu 70°C)
noch die gewünschten
positiven Eigenschaften aufweisen.
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Die
erfindungsgemäßen Verheiratungswalzen
werden unter anderem dadurch hergestellt, dass der gereinigte Kern
der Walzen (vorzugsweise ein Stahlkern) zunächst mit einem geeigneten Bindemittel
(einem sog. Primers) behandelt wird und anschließend mit dem gewählten gummiartigen
Material beschichtet wird. Die so aufgebrachte Zwischenschicht wird üblicherweise
bandagiert, ggf. noch vulkanisiert und geschliffen. Im Anschluss
daran wird auf die Zwischenschicht ein weiteres Bindemittel aufgebracht und
danach erfolgt der Auftrag der Außenschicht durch analoges Bandagieren,
Vulkanisieren (Härten) und
Schleifen.
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Das
hier dargestellte Herstellungsverfahren bezieht sich auf zwischenschichtige
Verheiratungswalzen (eine Zwischenschicht und eine Außenschicht)
und kann analog durch das Aufbringen von weiteren Schichten entsprechend
modifiziert werden, beispielsweise zur Herstellung einer Verheiratungswalze
aus einem Kern, einer Innenschicht, mehreren Zwischenschichten und
einer Außenschicht.
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Bei
der Auswahl der Materialien für
die einzelnen Schichten der Verheiratungswalze sollte darauf geachtet
werden, dass diese miteinander verträglich sind, so dass beispielsweise
auch bei einer Temperaturänderung
keine mechanischen Spannungen an den Grenzbereichen der einzelnen
Schichten entstehen können.
Zu diesem Zweck sollten vorzugsweise solche Materialien eingesetzt
werden, die einen ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen.
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Die
erfindungsgemäße Verheiratungswalze kann
weiterhin in der Weise ausgestaltet sein, dass ihr Kern über mindestens
eine axiale Öffnung
verfügt, durch
welche ein geeignetes Kühlmedium
beispielsweise Öl
oder Wasser gepumpt werden kann. Die Verheiratungswalze kann darüber hinaus
eine Oberfläche aufweisen,
welche sowohl strukturiert als auch unstrukturiert ist. Mit Hilfe
der erfindungsgemäßen Verheiratungswalze
können
bahnförmige
Materialien verhaftet, d. h. zusammengebracht werden. Die Verhaftung
kann dabei unter anderem mittels Klebstoff, durch mechanische oder
aber durch thermische Einwirkung erfolgen.
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Geeignete
Klebstoffauftragswerke sind unter anderem als Sprühvorrichtung,
als Walzenvorrichtung, als Curtain-Coater oder aber als Düsenvorrichtung
(beispielsweise als Schlitzdüse)
ausgebildet. Die thermische Einwirkung kann durch geeignete Öfen, durch
sog. Infrarotstrahler oder aber durch heiße Walzen erfolgen. Mechanische
Kräfte
werden üblicherweise
durch entsprechende Walzen auf die zu verhaftenden Materialien übertragen.
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Um
einer zu starken Erwärmung
der erfindungsgemäßen Verheiratungswalze
entgegenzuwirken, welche unter anderem zu starken mechanischen Spannungen
innerhalb der Walze oder aber an ihrer Oberfläche führen kann, ist es empfehlenswert diese
zu kühlen,
beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Kühlmediums.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, die
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erfolgt.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
Vorrichtung gemäß der Lehre
der
DE 20 313 418
U1 in der eine Verheiratungswalze der vorliegenden Erfindung
zum Einsatz kommen kann;
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2 eine
Verheiratungswalze gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
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Die
Verheiratungswalze 5 der vorliegenden Erfindung weist einen
mehrschichtigen Aufbau auf, d. h. sie ist aus wenigstens einem Kern 5c und
einer Außenschicht 5a sowie
wenigstens einer Zwischenschicht 5b aufgebaut. Die Außenschicht 5a ist
dabei aus Gummi gebildet und weist vorzugsweise eine Härte von
etwa 95 Shore A auf. Bei dem Kern der dargestellten Ausführungsform
handelt es sich um einen Stahlkern. Zwischen diesem Kern 5c und
der Außenschicht 5a ist
in 2 nur eine Zwischenschicht 5b dargestellt.
Diese Zwischenschicht ist gleichermaßen aus Gummi gebildet und
weist eine Härte
von ca. 75 Shore A auf. Weiterhin befindet sich zwischen dem Kern 5c und
der Zwischenschicht 5b in der 2 noch eine
Innenschicht 5d.
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Durch
die härtere
Außenschicht
kann ein entsprechend großer
Druck aufgebracht werden, um die zwei Papierbahnen 10, 20 zusammenzubringen und
eine gute Lagenhaftung zu erzeugen. Die weichere Zwischenschicht
hingegen wirkt federnd und gleicht Ungleichmäßigkeiten der Papierbahnen 10, 20,
die auch als Papierlagen bezeichnet werden können sowie Ungleichmäßigkeiten
der Prägewalze 1a (weitere
mögliche
Walze) und der Verheiratungswalze 5 selbst aus.
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Die
erfindungsgemäße Verheiratungswalze kann
vor allem in der Technik üblichen
Prägevorrichtungen
eingesetzt werden. Zum Verbinden der einzelnen bahnförmigen Materialien
können
verschiedenartige Klebstoffe verwendet werden. Geeignete Klebstoffe
sind unter anderem Leim auf Basis von Stärke oder modifizierter Stärke, Methylcellulose oder
carboxylierte Methylcellulose sowie adhesiv wirksame Polymere auf
Basis von synthetischen Harzen, Kautschuk, Polypropylen, Polyisobutylen,
Polyurethan, Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyvinylacetat oder
Polyvinylalkohol. Derartige Klebstoffe können zusätzlich Farbstoffe enthalten.
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Häufig werden
zur Verhaftung von Papierlagen wasserbasierte Leime verwendet. Ein
derartiger Leim kann durch die äußerste Bahnlage,
welche sich auf der Seite zur Verheiratungswalze hin befindet, penetrieren
und zwar insbesondere dann, wenn ein hoher Druck zwischen der Verheiratungswalze
und der Prägewalze
herrscht und das Bahnmaterial besonders dünn und offenporig ist. Um zu
verhindern, dass die Verheiratungswalze keine Quellung gegenüber dem
wasserhaltigen Leim zeigt, sollten die gewählten gummiartigen Materialien
der Walze resistent gegenüber
Wasser und den entsprechenden Substanzen des Leims sein. Weiterhin
sollten die gewählten
gummiartigen Materialien der Walze kein Quellverhalten gegenüber Ölen zeigen,
mit denen üblicherweise
Verheiratungswalzen behandelt werden, um ein Verkleben der Verheiratungswalzen
zu minimieren.
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Durch
die erfindungsgemäße Verheiratungswalze
können
erhöhte
Maschinengeschwindigkeiten und daher eine höhere Produktivität erzielt
werden, ohne die Lagenhaftung, die Weichheit und das optische Erscheinungsbild
zu verschlechtern. Ferner wird der Verschleiß der Prägewalze im Vergleich zu einer
Verheiratungswalze mit Stahloberfläche verringert und ein Härten der
Prägewalze 1a ist
nicht erforderlich. Es kann sich aber empfehlen, die Prägewalze
noch mit einer Chromschicht zu überziehen,
auch wenn dies nicht unbedingt notwendig ist.
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Es
versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene
Ausführungsform beschränkt ist,
sondern verschiedenartige Modifikationen innerhalb der Erfindung
durchgeführt
werden können,
welche ausschließlich
durch die folgenden Schutzansprüche
definiert sind.
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Beispielsweise
könnten
auch mehrere Zwischenschichten vorgesehen sein, die alle die gleiche oder
unterschiedliche zum Kern hin abnehmende Härten oder aber abwechselnd
unterschiedliche Härten
aufweisen. Gleichermaßen
können
die anderen Schichten auch aus einem anderen Material als Gummi
gebildet sein.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum
Verbinden von bahnförmigen
Materialien, welche mindestens zwei Walzen aufweist, wobei eine
der beiden Walzen die ebenfalls erfindungsgemäße Verheiratungswalze 5 darstellt und
die zweite Walze vorzugsweise eine Prägewalze 1a ist. Eine
derartige Vorrichtung kann zusätzlich noch
ein Auftragswerk für
Klebstoffe sowie ggf. noch eine dritte Walze 2a aufweisen,
welche im Zusammenspiel mit der zweiten Walze 1a steht.
Dabei kann es sich empfehlen die Vorrichtung zusätzlich noch mit einem weiteren
Walzenpaar aus einer Prägewalze 1b und
einer Gegenwalze 2b sowie ggf. mit einer geeigneten Wärmequelle
zum Erwärmen
der bahnförmigen
Materialien auszugestalten. Darüber
hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
zusätzlich noch
eine Einheit zum Aufbringen einer ölartigen Substanz auf die Verheiratungswalze
aufweisen.