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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundwalze als Teil einer Anlage zur kontinuierlichen Herstellung einer Folien- oder Verbundbahn aus Papier-, Textil-, Kunststoff- und/oder Metalllagen für den Lebensmittelbereich, umfassend:
- - einen metallenen Kern,
- - und wenigstens einen Walzenbezug mit zumindest einer Mantelfläche, die im Betriebszustand die Folien- oder Verbundbahn kontaktiert, wobei zumindest abschnittsweise in walzenaxialer Richtung und zumindest abschnittsweise in Umlaufrichtung der Verbundwalze in der Mantelfläche des Walzenbezugs wenigstens eine Kavität derart ausgestaltet ist, dass im Betriebszustand ein zwischen der Folien- oder Verbundbahn und der Mantelfläche geführtes Fluid von der Kavität aufgenommen werden kann und/oder über die Kavität abgeleitet werden kann, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine gattungsbildende Verbundwalze ist beispielsweise aus der
DE 196 45 696 C1 und der
DE102014107048 A1 der Anmelderin bekannt, auf dessen Offenbarungsgehalt mit der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich zurückgegriffen wird.
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Aus der
DE 33 02 843 A1 ist eine Leit- oder Umlenkwalze für Folien, insbesondere für Kunststoff-Folien, vorzugsweise mit einem Metallkern und einer äußeren Gummioberfläche bekannt, wobei die Gummioberfläche zahlreiche Noppen aufweist, deren Oberflächen miteinander fluchten und im Sinne der Walzenoberfläche in Umfangsrichtung gekrümmt und in Axialrichtung gerade sind. Die Ausgestaltung von Noppen stellt eine zweckmäßige Profilierung dar, bei der einerseits die zu führende und zu leitende Folie eine gute Unterlage findet, andererseits aber kein Luftpolster entstehen kann, weil die Luft auch bei hoher Geschwindigkeit zwischen den Noppen ausweichen kann.
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Aus der
DE 10 2014 107 048 A1 ist eine Verbundwalze mit einem dehäsiven Walzenbezug bekannt. Zur Vermeidung von Verklebungen, insbesondere bei Filmabrissen im Einsatz der Verbundwalze in einer Anlage zur kontinuierlichen Herstellung einer Folien- oder Verbundbahn aus Papier-, Textil-, Kunststoff- und/oder Metalllagen für den Lebensmittelbereich, wird eine neue, verbesserte Verbundwalze vorgeschlagen, bei der der polymere Walzenbezug aus kautschukartigen Homo- oder Mischpolymerisaten auf Basis von hydrierten Nitril-Butadien-Kautschuk (HBNR) oder Epichlorhydrin (ECO) besteht.
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Die
DE 198 18 180 A1 betrifft eine Rollenwicklerwalze mit einer elastischen Oberflächenschicht auf einem Kern, in deren Oberfläche Öffnungen angeordnet sind. Jede Öffnung steht über einen Kanal mit einem Luftaufnahmevolumen in Verbindung, das zumindest in Umfangsrichtung der Walze abgeschlossen ist. Hierbei möchte man bei einem einfachen Aufbau wechselnde Rollenbreiten berücksichtigen können, wozu jedes Luftaufnahmevolumen in einer in Axialrichtung durchgehenden, stirnseitig geschlossenen Kammer angeordnet ist, die durch mindestens eine Trennwand axial unterteilt ist.
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Aus der
DE 690 03 454 T2 ist eine Rolle für die Verwendung beim Führen und/oder Stützen eines sich bewegenden bahnartigen Substrats in einer Vorrichtung zu dessen Behandlung bekannt, wobei die Oberfläche der Rolle, die in Berührung mit dem Substrat kommt, mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, als Folge von der ein vorgegebenes Gasvolumen zwischen dem Substrat, das in Berührung mit der Oberflächenstruktur ist und der Rolle eingeschlossen wird, wobei die Oberflächenstruktur eine solche Form aufweist, dass das Gasvolumen bei den verwendeten Fördergeschwindigkeiten des Substrats im Wesentlichen gleich bleibt. Die Rolle weist auf deren Oberfläche eine nahtlose Metallhülse auf, die in Berührung mit dem Substrat kommt, wobei die Hülse so gelagert ist, dass deren Auswechslung möglich ist.
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Die
DE 196 45 696 C1 aus dem Hause der Anmelderin betrifft ein Verfahren zum Umhüllen eines mit einem Mantel aus einem Elastomer versehenen starren Walzenkerns mit einer antiadhäsiven Schicht aus einem Fluorpolymer.
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Die
WO 03/099690 A1 offenbart ein Verfahren zum Aufrollen und einen Aufrollzylinder, bei welchem eine Papierbahn oder dergleichen mittels des Aufrollzylinders auf eine Aufrollspule aufgerollt wird. Luft, die zwischen dem Aufrollzylinder und der Papierbahn verbleibt wird über Löcher im Mantel des Aufrollzylinders im Inneren des Aufrollzylinders entfernt, wobei die Luft über eine Öffnung am Ende des Aufrollzylinders mittels eines drehbar angeordneten Rotors entfernt wird.
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Aus der
GB 833,162 A ist eine Saugtischwalze zum Absaugen von Wasser aus Materialbahnen, die beispielsweise auf Papier-, Karton-, Pappe-, Zellstoff-, Filz- und ähnlichen Maschinen hergestellt werden, bekannt, deren Ziel es ist, die Strömungsverhältnisse wesentlich zu verbessern und damit die wasserentziehende Wirkung zu erhöhen, indem die Bildung einer Vena-contracta und die daraus resultierenden Turbulenzen am Eintrittsquerschnitt von Saugöffnungen vermieden und die Bildung von Grenzschichten verhindert werden. Dazu schlägt die
GB 833,162 A vor eine Sauggautschwalze bereitzustellen, die aus einer im Inneren angeordneten Saugkammer und einer rotierenden Hohlzylinderwalze besteht, die mit Saugöffnungen versehen ist, wobei die Saugöffnungen an den Innen- und Außenzylinderflächen der Hohlwalze Aussparungen aufweisen. Durch einen zwischen den Flächen liegenden Durchgang minimalen Querschnitts gehen diese ineinander über, sind scharfkantenfrei ausgebildet und weisen einen gekrümmten Längsschnitt auf, der beispielsweise die Form einer konvexen Bogenkurve oder einer Parabel haben kann Kurve.
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Die
GB 1,056,372 betrifft eine Kombination aus Mitteln, die eine laufende Papierbahn aufnehmen, Mitteln, die die laufende Bahn mit einer Spannweite zwischen den Empfangs- und Abgabemitteln abgeben, einer hohlen Führungsrolle aus hartem, nicht elastischem Material, die in der genannten Spannweite mit der Bahn in Eingriff steht, wobei die Walzenoberfläche teilweise von der Bahn umwickelt und von der Bahn angetrieben, und eine Vielzahl von Löchern oder Aussparungen in der Oberfläche der Führungswalze aufweist, die Luft aufnehmen, die von der ankommenden Bahn über die Walzenoberfläche getragen wird, um Markierungen auf der Bahn zu vermeiden. Die Aussparungen können aus radialen Löchern bestehen, die zu einem hohlen Walzeninneren führen, oder sie können aus axial verlaufenden Rillen bestehen, die die von der ankommenden Bahn über die Walzenoberfläche getragene Luft aufnehmen.
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Die
US 3,562,883 A bezieht sich auf eine Saugpresswalze. Die Saugpresswalze spielt hauptsächlich in der Pressphase einer nassen Materialbahn eine Rolle. Die Saugpresswalze verfügt über eine Reihe von ertragreichen Einsparungen, die bei der Trocknung einer wässrigen Materialbahn erzielt werden können, wofür konstruktiv in gleichmäßigen Abständen Abflusslöcher entlang einer spiralförmig verlaufenden Stufe angeordnet sind. Ablaufkanäle verbinden die besagten Abflusslöcher entlang jeder Spirale.
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Schließlich ist aus der
DE 198 12 723 A1 eine Rollenwicklerwalze mit einer elastischen Oberflächenschicht auf einem Kern bekannt, in deren Oberfläche Öffnungen angeordnet sind. Bei der Rollenwicklerwalze sthet jede Öffnung über einen Kanal mit einem Luftaufnahmevolumen in Verbindung steht, welches zumindest in Umfangsrichtung der Walze abgeschlossen ist. Das über den Kanal mit der Öffnung in Verbindung stehende Luftaufnahmevolumen weist vorzugsweise eine vorbestimmtes Volumina in Form eines Ausweichraumes auf, der über den Kanal mit Luft gefüllt wird. Wenn die Materialbahn von der Rollenwicklerwalze abgehoben wird, kann die in den Ausweichraum hineingedrückte Luft wieder entweichen. Der Ausweichraum weist vorzugsweise in Axial- und/oder Radialrichtung eine größere Erstreckung als der Kanal auf. Zudem können zusätzlich zu den Öffnungen, umfassend die Kanäle und die damit fluidtechnisch verbundenen Luftaufnahmevolumen, Blindbohrungen in der Oberfläche der Walze vorgesehen sein.
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Die bekannten Verbundwalzen sind insbesondere dazu geeignet sog. PLH-Produkte (Pin Hole Produkte) zu fahren. Die PLH-Produkte sind Mehrfachlaminate, bei denen als Sperrschicht sehr dünnes Aluminium zum Einsatz kommt, welches ein Loch (Pin Hole) verschließt.
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Nachteilhaft bei den bekannten Verbundwalzen und dem unter Verwendung dieser Walzen durchgeführten Herstellungsprozess von Mehrfachlaminaten ist, dass im Prozess, wobei wie beispielsweise in der
DE102014107048 A1 dargestellt, die Verbundwalze mit einer weiteren Walze gegeneinander läuft, über die Walzen laufende Bahnen in einer ersten Station, beispielsweise mittels einem zwischen die Bahnen über einen Extruder geführten Beschichtungsmedium wie Polyethylen (PE) oder Kleber, miteinander zu einem Laminat kaschiert bzw. verklebt werden. Ab einer Liniengeschwindigkeit von ca. 300 m/min kommt es dabei durch eingezogene Luft wie folgt zu Problemen. Dabei wird davon ausgegangenen, dass das Aluminium bereits mit dem Karton verbunden ist und eine weitere Schicht, z.B. eine bedruckte Folie in einer nächsten Station auf die Gegenseite erneut mit flüssigem PE (Polyethylen) kaschiert wird. Durch das erneute Aufbringen einer weiteren Kaschierung schmilzt das bereits vorhandene PE leicht an. Dabei bildet der Luft bei der genannten Linien- oder Betriebsgeschwindigkeit von ca. 300 m/min eine Art Bugwelle vor dem zwischen den gegeneinander laufenden Walzen gebildeten Walzenspalt. Dieser Effekt tritt bereits bei einer Liniengeschwindigkeit in einem Bereich von ca. 200 m/min bis 250 m/min auf, wobei die mitgeführte Luft eingezogen wird, sich die Luft durchdrückt und das sehr dünne Aluminium derart beschädigt, dass Sauerstoff und damit Kontamination in den Verbund eindringen kann. Dadurch ist eine Lebensmittelfähigkeit des PLH-Mehrfachlaminats nicht mehr gegeben. Das ist ein Grund weshalb die Produktionskosten für die Mehrfachlaminate rasant ansteigen können, da durch das beschädigte Aluminium die beschädigten Laminate nicht mehr verwendet werden können.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verbundwalze zur Verfügung zu stellen, mit der die im Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise überwunden werden können. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verbundwalze derart auszugestalten, dass eine Beschädigung der Aluminiumschicht und die damit eihergehende Kontamination des Mehrfachlaminats verhindert werden kann. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Produktionskosten zur Herstellung des Mehrfachlaminats zu verringern.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch eine Verbundwalze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbundwalze beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der der Verwendung der Verbundwalze und darüber hinaus in Verbindung mit dem als einen weiteren Erfindungsaspekt in der Beschreibung offenbarten Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Verbundwalze, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die erfindungsgemäße Verbundwalze als Teil einer Anlage zur kontinuierlichen Herstellung einer Folien- oder Verbundbahn aus Papier-, Textil-, Kunststoff- und/oder Metalllagen für den Lebensmittelbereich, umfassend:
- - einen metallenen Kern,
- - und wenigstens einen Walzenbezug mit zumindest einer Mantelfläche, die im Betriebszustand die Folien- oder Verbundbahn kontaktiert, wobei zumindest abschnittsweise in walzenaxialer Richtung und zumindest abschnittsweise in Umlaufrichtung der Verbundwalze in der Mantelfläche des Walzenbezugs wenigstens eine Kavität derart ausgestaltet ist, dass im Betriebszustand ein zwischen der Folien- oder Verbundbahn und der Mantelfläche geführtes Fluid von der Kavität aufgenommen werden kann und/oder über die Kavität abgeleitet werden kann
schließt die technische Lehre ein, dass die Kavität als Einzellöcher in Form von Sacklöchern, die sich von der Mantelfläche bis in den Walzenbezug erstrecken, ausgebildet ist, und dass die Kavität in Abschnitten der Mantelfläche angeordnet ist, welche mit der Metalllage der Verbundbahn kontaktieren, wobei das Fluid derart über die Kavität abgeleitet wird, dass ein Durchdrücken der Metalllage durch sich zwischen der Mantelfläche und der Verbundbahn eingezogenes Fluid wirkungsvoll verhindert werden kann.
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Die Folien- oder Verbundbahn aus Papier-, Textil-, Kunststoff- und/oder Metalllagen für den Lebensmittelbereich dient vorteilhaft zur Herstellung eines PLH-Mehrfachlaminats, bei dem zumindest eine Metalllage vorteilhaft aus Aluminium ausgebildet ist, wobei die Metalllage als Sperrschicht zum Verschließen eines Loches (Pin Hole) dient.
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Als „Betriebszustand“ wird der Herstellungsprozess eines Mehrfachlaminats verstanden, wobei die Bahnen für das Mehrfachlaminat mit einer bestimmten Liniengeschwindigkeit über die Walzen bzw. zwischen den sich gegeneinander drehenden Walzen geführt werden.
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Als ein zwischen der Folien- oder Verbundbahn und der Mantelfläche „geführtes Fluid“ soll insbesondere Luft verstanden werden, die im Betriebszustand von den Bahnen, welche zu einem Mehrfachlaminat verbunden werden, mitgeführt oder zwischen die Walzen und die Bahnen eingezogen wird. Das Fluid kann auch Sauerstoff, eine Flüssigkeit ein Flüssigkeitsgemisch oder ein anderes Gas oder Gasgemisch als Sauerstoff oder Luft sein.
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Durch die Ausgestaltung zumindest einer abschnittsweise in Umlaufrichtung der Verbundwalze in der Mantelfläche des Walzenbezugs ausgestalteten Kavität, die vorteilhaft in den Abschnitten der Mantelfläche angeordnet sind, welche mit der Metalllage der Verbundbahn und hier insbesondere mit „Pin holes“ einer PLH-Mehrfachlaminats kontaktieren, kann das im Betriebszustand eingezogene Fluid, insbesondere Luft, über die Kavität ausweichen. Beispielsweise kann die Luft bei Kontakt der Mantelfläche mit der Bahn von der Kavität aufgenommen und während die Kavität oder Abschnitte der Kavität außer Kontakt mit der Bahn sind in Umlaufrichtung der Verbundwalze wieder aus der Kavität abgegeben werden. In Alleinstellung oder ergänzend zu der Aufnahme und Abgabe des Fluids über die Kavität, kann das Fluid über die Kavität abgeleitet werden, d. h. über die Kavität ausweichen, so dass ein Durchdrücken der Metalllage durch sich zwischen der Mantelfläche und der Bahn eingezogene Luft wirkungsvoll verhindert werden kann. Dadurch, dass das Fluid von der Kavität aufgenommen bzw. über die Kavität ausweichen kann, wird daher zum einen verhindert, dass das eingezogene Fluid sich bei Kontaktierung der Metalllage mit der Walze durch die Metalllage durchdrückt und dabei die Metalllage zerstört. Zum anderen lässt sich vorteilhaft die Liniengeschwindigkeit bei verbesserten Ergebnissen im Sauerstofftest, mit dem Lufteinlass bei einer beschädigten Metalllage getestet werden kann, bei Fehlerfreiheit des Mehrfachlaminats auf ca. 450m/min Liniengeschwindigkeit anheben. Das bedeutet eine Verringerung der Produktionskosten, nämlich insbesondere eine Halbierung der Kosten, was ausgehend von einem Stundensatz der gesamten Anlage von ca. 3000€ die Herstellungskosten für ein PLH-Mehrfachlaminat drastisch reduziert.
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Vorzugsweise lässt sich die Kavität in der Mantelfläche des Walzenbezuges und maximal durch den Walzenbezug bis hin zum metallenen Kern der Verbundwalze durch Bohren, Lasern, Fräsen oder durch Formgebung bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundwalze ausgestalten. Beispielsweise kann beim Vulkanisieren des Walzenbezuges auf den metallenen Kern der Verbundwalze in das Material des Walzenbezuges eine Form in der Art eines Stachelhalsbandes eingelegt werden, welches die Walze zumindest in Umlaufrichtung umschließt, und dessen Stacheln in dem Walzenbezug radial zur walzenaxialen Richtung zum metallenen Kern der Verbundwalze hin ausgerichtet sind. Nach Entfernen des Stachelhalsbandes bilden die durch Stacheln in dem Walzenbezug erzeugten Hohlräume die Kavität.
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Um unterschiedlichen Ansprüchen an die Verbundwalze gerecht zu werden, weist die Kavität vorteilhaft eine variable radiale Tiefe und/oder eine variable axiale Weite auf. Die maximale radiale Tiefe der Kavität ist abhängig von der Schichtdicke des Walzenbezuges mit der davon umfassten Mantelfläche. Der den Kern direkt umgebende Walzenbezug (bei einem ein- oder mehrschichtigen Aufbau) kann bei einer Shore-A-Härte von 60 bis 95 eine Materialschicht, d. h. eine Materialdicke zwischen 4 mm und 40 mm, bevorzugt zwischen 5 mm und 25 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 15 mm und 30 mm aufweisen. Demzufolge kann die Tiefe der Kavität zwischen 4 mm und 40 mm, bevorzugt zwischen 5 mm und 25 mm und bevorzugter zwischen 15 mm und 30 mm betragen. Die axiale Weite der Kavität kann zwischen 0,5 mm bis 8 mm variieren. Bevorzugt beträgt die axiale Weite der Kavität 1,5 mm bis 5 mm und noch bevorzugter 2,5 mm bis 3,5 mm. Dabei kann die radiale Tiefe der Kavität in Relation zu der axialen Weite der Kavität stehen, wobei vorteilhaft zwischen dem Volumen der Kavität und der Stabilität der Kavität abzuwägen ist.
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In vorteilhafter Weise erstreckt sich die Kavität zumindest abschnittsweise in dem Walzenbezug, der die Mantelfläche umfasst, radial hin zu der walzenaxialen Mitte der Verbundwalze. Da der metallene Kern der erfindungsgemäßen Verbundwalze und damit die walzenaxiale Mitte vorteilhaft gekühlt ist, kann durch die sich zumindest abschnittsweise radial hin zu dem gekühlten metallenen Kern hin erstreckende Kavität Kühlung durch den den gekühlten Kern umgebenden Walzenbezug über die von dem Walzenbezug umfasste Mantelfläche an die die Mantelfläche kontaktierende Folien- oder Verbundbahn abgegeben werden. Dabei bedeutet „zumindest abschnittsweise radial“ auch, dass die Kavität nur in einem Abschnitt radial zur walzenaxialen Mitte ausgerichtet ist. Durch Variation der radialen Tiefe der Kavität kann somit bevorzugt die abgegebene Kühlleistung über die verbleibende Materialstärke bzw. Schichtdicke des Walzenbezuges, welche zwischen dem gekühlten metallenen Kern und dem zum Kern hin gerichteten Ende der Kavität liegt, aktiv gesteuert werden. Dadurch kann unter anderem vorteilhaft eine Kondensation des Fluids, insbesondere der Luft, bei Kontaktierung der Bahn mit der Mantelfläche der Verbundwalze verhindert werden.
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Um eine besonders gute Kühlung von dem metallenen Kern über die Kavität bis an die Folien- oder Verbundbahn zu erreichen, ist es vorteilhaft die Kavität bis zum metallenen Kern durchgehend in dem Walzenbezug auszugestalten, so dass die Mantelfläche des Walzenbezuges in direktem Kontakt über die Kavität mit dem metallenen Kern steht. Dadurch kann eine maximale Kühlleistung gesteuert zumindest in den Bereich der die Löcher als Sperrschicht abdeckenden Metalllage der Folien- oder Verbundbahn erreicht werden. Durch die von dem metallenen Kern über die Kavität und über die Mantelfläche des Walzenbezuges abgegebene Kühlung kann die im Betriebszustand eingezogene warme Luft sich durch die plötzliche Abkühlung zusammenziehen, wodurch der Effekt des Ableitens, d. h des Ausweichens des eingezogenen Fluids, insbesondere der eingezogenen Luft, über die Kavität noch gesteigert wird.
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Um beispielsweise die Stabilität der Kavität über deren gesamten radialen Tiefe zu gewährleisten und um dabei beispielsweise in der Mantelfläche eine große axiale Weite der Kavität zu erzielen, wobei insgesamt die Stabilität der Kavität nicht beeinträchtigt sein soll, ist es vorteilhaft, dass die axiale Weite der Kavität in dem Walzenbezug sich von der Mantelfläche in Richtung zu der walzenaxialen Mitte der Verbundwalze verkleinert. Entsprechend kann beispielsweise die Kavität in der Mantelfläche eine axiale Weite von 8 mm aufweisen und sich beispielsweise bis zum metallenen Kern hin bis beispielsweise auf 0,5 mm entweder kontinuierlich oder stufenweise verjüngen. Insbesondere dann, wenn die Mantelfläche des Walzenbezuges und der Walzenbezug zwei Schichten bilden, die aufgrund ihrer Materialeigenschaften unterschiedliche Härten aufweisen, kann es vorteilhaft sein, dass bei Ausgestaltung der unter der Mantelfläche liegenden Schicht aus einem weicheren Material als das der Mantelfläche, die axiale Weite der Kavität in der unter der Mantelfläche liegenden Schicht in Relation zu der axialen Weite der Kavität in der Mantelfläche verringert ist, um die Stabilität der Kavität auch in der weicheren Schicht zu gewährleiten. Es ist auch denkbar, dass sich die axiale Weite der Kavität von der Mantelfläche beispielsweise bis zur Mitte der Materialschicht des Walzenbezuges verjüngt und von der Mitte der Materialschicht des Walzenbezuges bis hin zum metallen Kern der Verbundwalze wieder erweitert. Diese Ausgestaltung der Kavität kann in Abhängigkeit von mehreren übereinander gelagerten Schichten des Walzenbezuges mit unterschiedlichen Materialeigenschaften erfolgen.
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Darüber hinaus können durch diese Ausgestaltung der Kavität vorteilhaft Strömungseffekte in der Kavität erzeugt werden, die ein Ausweichen des im Betriebszustand eingezogenen Fluids, insbesondere der eingezogenen Luft, noch steigern.
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In vorteilhafter Weise sind in walzenaxialer Richtung beabstandet zueinander zumindest zwei Kavitäten angeordnet. In besonders bevorzugter Weise bilden zumindest zwei oder mehr beabstandet zueinander ausgestaltete Kavitäten den Bereich zum Ableiten bzw. zum Ausweichen oder der Aufnahme des im Betriebszustand eingezogenen Fluids. Die Kavitäten können dabei in direkter Nachbarschaft, d. h. in nur einem geringen Abstand voneinander ausgebildet sein, wobei der Abstand der benachbarten Kavitäten bevorzugt zwischen 0,5 mm und 6 mm und noch bevorzugter zwischen 2 mm und 4 mm liegt. Die Kavitäten können aber auch in einem großen Abstand in walzenaxialer Richtung zueinander beabstandet sein, wobei der Abstand der benachbarten Kavitäten zwischen 10 cm und 3 m liegen kann. In bevorzugter Weise sind die benachbarten Kavitäten radial umlaufend und in walzenaxialer Richtung parallel zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind dabei die Kavitäten in walzenaxialer Richtung im Bereich der in dem PLH-Mehrfachlaminat parallel ausgebildeten „Pin holes“ angeordnet. Besonders bevorzugt sind zumindest zwei oder bevorzugt drei in direkter Nachbarschaft liegende Kavitäten in axialer Richtung beabstandet zu zumindest zwei oder bevorzugt drei in direkter Nachbarschaft liegenden Kavitäten und je nach axialer Länge der Verbundwalze zu weiteren zwei oder bevorzugt drei in direkter Nachbarschaft liegenden Kavitäten mit einem großen Abstand in walzenaxialer Richtung zueinander beabstandet in zumindest der Mantelfläche des Walzenbezuges ausgestaltet, so dass zumindest ein PLH-Mehrfachlaminat unter Abführung des Fluids, insbesondere Luft, über die Verbundwalze geführt werden kann, welches zwei oder mehr parallel zueinander ausgestaltete Reihen an „Pin holes“ aufweist.
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In besonders bevorzugter Weise ist die Kavität in Form von mehreren in Umlaufrichtung der Verbundwalze orientierten und zumindest in Umlaufrichtung zueinander beabstandeten Einzellöchern ausgebildet. Als Umlaufrichtung kann sowohl die Drehung der Verbundwalze mit oder gegen den Uhrzeigersinn verstanden werden. Bei Ausgestaltung von zwei oder mehr Kavitäten in zumindest der Mantelfläche des Walzenbezuges sind die Kavitäten als in Reihe in Umlaufrichtung umlaufende und zueinander in Umlaufrichtung beabstandete Löcher ausgestaltet, die in walzenaxialer Richtung parallel zu zumindest einer weiteren als in Reihe in Umlaufrichtung umlaufende und zueinander beabstandete Einzellöcher ausgestaltet ist. Vorteilhaft sind dabei die die Kavitäten bildenden Reihen der Einzellöcher in walzenaxialer Richtung parallel zueinander angeordnet. Es ist auch die Ausgestaltung der Kavität als in Umlaufrichtung spiralförmig oder diagonal zur walzenaxialen Richtung liegende bzw. umlaufende Reihe von Einzellöchern denkbar, wobei durch die spiralförmige oder zur walzenaxialen Richtung diagonalen Anordnung der Einzellöcher relativ zu den „Pin holes“ ein größerer Überdeckungsbereich zwischen der Kavität und den „Pin holes“ erzeugt wird.
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Die Einzellöcher können vorteilhaft als Sacklöcher, die sich von der Mantelfläche bis in den Walzenbezug erstrecken, oder als durchgängige Löcher ausgestaltet sein, die sich von der Mantelfläche über den Walzenbezug bis hin zu dem metallenen Kern erstrecken. Die Einzellöcher können vorteilhaft stufenartig oder sich kontinuierlich verjüngend von der Mantelfläche zum metallenen Kern hin ausgestaltet sein, wobei der Durchmesser der Einzellöcher in der Mantelfläche größer ist als der Durchmesser der Einzellöcher in Richtung des metallenen Kerns. Ganz allgemein kann die als Einzellöcher ausgestaltete Kavität eine variable radiale Tiefe und/oder variable axiale Weite aufweisen, was bedeutet, dass die Einzellöcher als solche eine variable radiale Tiefe und/oder variable axiale Weite aufweisen können, wobei die Einzellöcher auch innerhalb einer Kavität unterschiedliche radiale Tiefen und/oder unterschiedliche axiale Weiten aufweisen können.
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Vorzugsweise kann die Kavität, bevorzugt die Einzellöcher der Kavität, durch Bohren, Lasern, Fräsen oder durch Formgebung während des Herstellungsprozesses der Verbundwalze ausgebildet werden. Die Kavität, bevorzugt die Einzellöcher, können durch Anfasen, Ovalität, unterschiedliche Größe und/oder der Anzahl der Einzellöcher innerhalb der Kavität eine axiale Weite zwischen 0,5 mm bis 8 mm aufweisen.
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Die Einzellöcher können vorzugsweise in Form von Langlöchern ausgestaltet sein, die vorzugsweise bezogen auf deren Längsausdehnung radial in Umlaufrichtung orientiert beabstandet zueinander zumindest in der Mantelfläche ausgebildet sind. Durch Ausbildung von Einzellöchern als Langlöcher kann vorteilhaft das Volumen der Kavität bzw. die axiale Weite der Kavität zumindest in der Mantelfläche des Walzenbezuges erhöht werden.
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Vorteilhaft sind die Einzellöcher einer Kavität relativ zu den Einzellöchern einer benachbarten Kavität in walzenaxialer Richtung versetzt zueinander angeordnet, wobei sich die Einzellöcher der einen Kavität zu den Einzellöcher der benachbarten Kavität in walzenaxialer Richtung vorteilhaft zwischen 5-90% bezogen auf deren Durchmesser, d. h. der axialen Weite der Einzellöcher, je nach Anwendungsfall axial überschneiden. Diese Ausgestaltung der benachbarten Kavitäten kann beispielsweise durch in Umlaufrichtung unterschiedliche Beabstandungen der Einzellöcher jeweils der Kavitäten und/oder durch einen sich axial und axial/radial wechselnden Durchmesser, d. h. einer axial und axial/radial wechselnden Weite der Einzellöcher erzielt werden. Die Kanten der Kavität, beispielsweise die Kanten der als Bohrungen ausgestalteten Einzellöcher können gerundet, scharfkantig oder angefast sein.
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In vorteilhafter Weise kann zumindest in dem Abschnitt der Mantelfläche, in dem die Kavität ausgestaltet ist, eine zumindest abschnittweise in Umlaufrichtung und/oder zumindest abschnittsweise in walzenaxialer Richtung laufende Nut ausgebildet sein. Die Nut kann variabel in ihrer Tiefe, Breite und Form (V- förmig, etc.) als Rille ausgestaltet sein und ist vorzugsweise abhängig vom Designwunsch eines Kunden, da die im Herstellungsprozess erzeugten und auf dem Mehrfachlaminat hinterlassenen Abdrücke im Fertigprodukt des PLH-Mehrfachlaminats ein Wiedererkennungsmerkmal und Qualitätsmerkmal sind oder als solches definiert werden.
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Vorzugsweise verbindet die Nut die Einzellöcher der in Form von Einzellöchern ausgestalteten Kavität in Umlaufrichtung miteinander. Es ist aber auch vorteilhaft, dass die Nut oder eine weitere Nut die Einzellöcher der in walzenaxialer Richtung beabstandet zueinander ausgestalteten Kavitäten sowohl in walzenaxialer Richtung als auch diagonal zu der walzenaxialen Richtung miteinander verbindet. Durch die Ausbildung zumindest einer die Einzellöcher verbindenden Nut kann ein Ausweichen des im Betriebszustand eingezogenen Fluids, insbesondere der eingezogenen Luft, noch gesteigert werden.
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Vorteilhaft ist zumindest der Abschnitt der Mantelfläche, in dem die Kavität ausgestaltet ist, derart materialtechnisch ausgestaltet ist und/oder weist eine Oberflächenstruktur, dass das Aufnehmen des Fluids durch die Kavität und/oder das Ableiten des Fluids über die Kavität unterstützt wird. Dabei ist es denkbar, dass im Bereich der Kavität, welcher sich zumindest abschnittsweise mit dem Bereich der Pin Holes überdeckt, ein weicheres Material oder eine weichere Materialmischung bezogen auf die Materialeigenschaft der Mantelfläche zumindest abschnittsweise in der Mantelfläche des Walzenbezuges partiell eingebracht bzw. zumindest die Mantelfläche im Bereich der Kavität aus einem weicheren Material oder einer Materialmischung ausgestaltet ist, um im Betriebszustand die Metalllage, insbesondere das Aluminium im Bereich der Kartonränder der Folien- oder Verbundbahn zu schonen. Eine Ausbildung der Mantelfläche im Bereich der Kavität aus einem härteren Material oder einer härteren Materialmischung als die restliche funktionale Oberfläche der Mantelfläche kann vorteilhaft zur Stabilisationserhöhung der Kavität eingesetzt werden.
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Die Oberfläche kann je nach Bedarf vorteilhaft strukturiert sein, wobei vorzugsweise ein spezielles, rauhes Material (Compound) oder eine Materialmischung wie beispielsweise ein CSM-, CPE-, ECO-, HNBR-, EPDM- Polymer oder eine Mischung aus mindestens zwei dieser Polymere zumindest abschnittsweise derart in die Mantelfläche einvulkanisiert ist, dass eine Rauigkeit von ca. 20 my bis ca. 300 my erzeugt wird, wodurch ein Ausweichen des im Betriebszustand eingezogenen Fluids, insbesondere der eingezogenen Luft, zusätzlich zu der Kavität und optional zu der Nut bei Pressung der Verbundwalze gegen die Warenbahn, d. h. bei Pressung der Verbundwalze gegen die Folien- oder Verbundbahn noch gesteigert werden kann.
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In vorteilhafter Weise kann der Walzenbezug radial zu der walzenaxialen Mitte der Verbundwalze und/oder in der walzenaxialen Richtung zumindest abschnittsweise aus einem Polymer ausgestaltet ist. Dabei kann der Walzenbezug, der die Mantelfläche umfasst, als eine Schicht mit der Mantelfläche und aus dem gleichen Polymer wie die Mantelfläche ausgebildet sein. Die Mantelfläche und der Walzenbezug können aber auch zwei oder mehr radial um die walzenaxiale Mitte angeordnete, d. h. um den metallenen Kern der Verbundwalze ausgebildete Schichten bilden, die radial zu der walzenaxialen Mitte der Verbundwalze übereinander angeordnet sind, und die aus unterschiedlichen Polymeren ausgebildet sind. Der Walzenbezug kann aber auch in Alleinstellung oder zusätzlich zu der ein- oder der mehrschichtigen Ausgestaltung des Walzenbezuges in walzenaxialer Richtung aus Abschnitten mit einem oder mit unterschiedlichen Polymeren ausgestaltet sein. Dabei können sich beispielsweise in walzenaxialer Richtung polymerfreie Abschnitte mit Abschnitten, die aus einem Polymer ausgestaltet sind, anschließen. Dabei liegen vorteilhaft die Abschnitte, die aus einem Polymer ausgestaltet sind, im Bereich der „pin holes“ der über die Verbundwalze laufenden Folien- oder Verbundbahn, d. h. vorteilhaft im Bereich der Kavität. Als Polymer kann vorteilhaft ein kautschukartiges Homo- oder ein auf Mischpolymerisaten auf Basis von hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR) oder Epichlorhydrin (ECO) basierendes Polymer verwendet werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundwalze zum Andrücken, Beschichten oder Kaschieren bzw. Laminieren einer Folien- oder Verbundbahn, die zumindest abschnittsweise Löcher mit einer als Speerschicht ausgestalteten Metalllage umfasst, wobei vorgesehen ist, dass im Betriebszustand die in der Folien- oder Verbundbahn ausgestalteten Löcher zumindest mit dem Abschnitt der Mantelfläche des Walzenbezuges in Kontakt gebracht werden, wobei in dem Abschnitt der Mantelfläche eine die erfindungsgemäße Verbundwalze kennzeichnende Kavität ausgestaltet ist.
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Schließlich ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungs- oder Fertigungsverfahren der erfindungsgemäßen Verbundwalze. Dabei ist es vorstellbar, das in einem vorteilhaften Verfahrensschritt durch Einlegen einer Art Stachelhalsband beim Vulkanisieren des Walzenbezuges auf den metallenen Kern, die in dem Stachelhalsband ausgestalteten Stacheln formgebend für die Kavität sind.
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Um hier Wiederholungen bezüglich der Vorteile der Verwendung der Verbundwalze und des Verfahrens zur Herstellung der Verbundwalze zu vermeiden, wird auf die Beschreibung der vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundwalze verwiesen, und es wird vollumfänglich auf diese zurückgegriffen.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen, werden nachstehend mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Skizze einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundwalze in einer perspektivischen Detailansicht,
- 2 die Verbundwalze aus 1 im Betriebszustand zur Herstellung eines PLH-Mehrfachlaminats
und
- 3 eine Schnittansicht der in den 1 und 2 dargestellten Verbundwalze entlang der walzenaxialen Richtung mit Detailansicht auf drei benachbarte Kavitäten.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
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In 1 zeigt eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen Verbundwalze 100, die als Teil einer Anlage zur kontinuierlichen Herstellung einer Folien- oder Verbundbahn aus Papier-, Textil-, Kunststoff- und/oder Metalllagen für den Lebensmittelbereich geeignet ist. Die Verbundwalze 100 umfasst einen metallenen Kern 50 und einen radial um den metallenen Kern 50 ausgebildeten Walzenbezug 40 mit einer Mantelfläche 30. Wie in der 2 dargestellt, kontaktiert die Verbundwalze 50 mit der von dem Walzenbezug 40 umfassten Mantelfläche 30 im Betriebszustand eine Folien- oder Verbundbahn 150. Der Walzenbezug 40 ist um die walzenaxiale Mitte 60 der Verbundwalze 100, welche von dem metallenen Kern 50 umfasst ist, zweischichtig aufgebaut, wobei eine Schicht 41 in walzenaxialer Richtung AA und radial umlaufend an den metallenen Kern 50 anschließt. Eine zweite Schicht 42 des Walzenbezuges 40, die mit der Mantelfläche 30 abschließt, ist in walzenaxialer Richtung AA und radial umlaufend auf der Schicht 41 des Walzenbezuges 40 aufgebaut. Die Schicht 41 kann aus dem gleichen oder bevorzugt aus einem anderen Polymer wie die Schicht 42 aufgebaut sein. Der Walzenbezug 40 kann entgegen der Darstellung in den Figuren auch nur einschichtig aber auch mehrschichtig, beispielsweise dreischichtig und mehr ausgestaltet sein. In walzenaxialer Richtung AA und zumindest abschnittsweise in Umlaufrichtung R der Verbundwalze 100 sind in der Mantelflächen 30 des Walzenbezugs 40 in walzenaxialer Richtung beabstandet zueinander insgesamt sechs Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2 und 2.3 angeordnet. Dabei bilden jeweils die drei Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3 und die drei Kavitäten 2.1, 2.2 und 2.3 Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3 und Kavitäten 2.1, 2.2 und 2.3, welche in direkter Nachbarschaft, d. h. in nur einem geringen Abstand voneinander in walzenaxialer Richtung AA ausgebildet sind. Die Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3 liegen in einem großen Abstand in walzenaxialer Richtung beabstandet zu den Kavitäten 2.1, 2.2 und 2.3. Die Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2 und 2.3 sind, wie dargestellt radial umlaufend und in walzenaxialer Richtung AA parallel zueinander angeordnet. Vorliegend sind die Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2 und 2.3 in Form von mehreren in Umlaufrichtung R der Verbundwalze 100 orientierten und zumindest in Umlaufrichtung R zueinander beabstandeten Einzellöchern 3 und 4 ausgebildet, welche als in Umlaufrichtung umlaufende Reihen 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 ausgebildet sind. In walzenaxialer Richtung AA sind die Reihen 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 parallel zueinander ausgestaltet. Die Einzellöcher 3 und 4 der einzelnen Reihen 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 sind relativ zu den Einzellöchern 3 und 4 zumindest jeweils der benachbarten Reihen 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2 oder 4.3 versetzt zueinander angeordnet, wobei sich die Einzellöcher 3 und 4 der Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2 und 2.3 zu den Einzellöcher einer benachbarten Kavität 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2 oder 2.3 in walzenaxialer Richtung vorteilhaft zwischen 5-90% bezogen auf deren Durchmesser, d. h. der axialen Weite der Einzellöcher 3 und 4 überschneiden. Die Einzellöcher 3 und 4 sind als Sacklöcher oder Durchgänge 5, wie in 3 dargestellt, welche sich von der Mantelfläche 30 über die Schicht 41 in die Schicht 42 des Walzenbezuges 40 erstrecken, ausgestaltet. Jedoch sind die Einzellöcher 3 und 4 bezüglich ihrer radialen Tiefe und/oder ihrer axiale Weite variabel. Die Löcher 3 und 4 jeweils der einzelnen Reihen 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 sind jeweils durch eine radial umlaufende Nut 6, die in Form einer Rille ausgestaltet ist, miteinander verbunden. Es ist aber auch denkbar, dass zumindest eine Nut 6 die in walzenaxialer Richtung beabstandet zueinander ausgestalteten Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3 und 2.1, 2.2 und 2.3, und dabei insbesondere die Einzellöcher 3 und 4 zwischen den Reihen 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 miteinander verbindet, beispielsweise diagonal zu der walzenaxialen Richtung AA miteinander verbindet. Durch die Ausbildung der die Einzellöcher 3 und 4 der Reihen 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 verbindenden Nut 6 kann insgesamt ein Ausweichen des im Betriebszustand, siehe 2, eingezogenen Fluids, insbesondere der eingezogenen Luft, noch gesteigert werden.
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2 zeigt die Verbundwalze 100 aus der 1 in einem Betriebszustand, d. h. bei der Herstellung eines Mehrfachlaminats aus einer Folien- oder Verbundbahn, das als PLH-Mehrfachlaminat 150 ausgebildet ist. In der Figur ist das PLH-Mehrfachlaminat 150 mit unterbrochenen Linien dargestellt, um die Ausrichtung der an der Unterseite 300 des PLH-Mehrfachlaminats 150 ausgebildeten „Pin holes“ 200 über den Abschnitten der Mantelfläche 30 mit den Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3 und 2.1, 2.2 und 2.3 darstellen zu können. Das PLH-Mehrfachlaminat 150 weist zumindest eine Metalllage auf, vorzugsweise Aluminium, welche als sehr dünne Sperrschicht die Löcher „Pin Holes“ 200 verschließt.
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Bei einer Linien- oder Betriebsgeschwindigkeit von ca. 300 m/min entsteht im Betriebszustand eine Art Bugwelle vor der Verbundwalze 100, üblicher Weise in einem zwischen den gegeneinander laufenden Walzen gebildeten Walzenspalt (nicht dargestellt). Mitgeführte bzw. eingezogene Luft, oder ein anderes Fluid, stellt jedoch bereits bei einer Liniengeschwindigkeit in einem Bereich von ca. 200 m/min bis 250 m/min ein Problem dar, wobei die mitgeführte Luft eingezogen wird, sich die Luft durchdrückt und dabei die Sperrschicht der „Pin Holes“ 200 derart beschädigt, dass im Kontaminationstest Sauerstoff in den Verbund des PLH-Mehrfachlaminats 150 eindringen kann. Wie in der 2 gezeigt überdecken die „Pin Holes“ 200 zumindest abschnittsweise die Abschnitte der Mantelfläche 30 mit den zumindest darin ausgestalteten Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3 und 2.1, 2.2 und 2.3 Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass die „Pin Holes“ mittig zu den zueinander beabstandeten Kavitäten 1.1, 1.2, 1.3 oder 2.1, 2.2 und 2.3 ausgerichtet sind. Vielmehr ist es für die Funktion der erfindungsgemäßen Verbundwalze 100 notwendig, dass die „Pin Holes“ 200 bei Kontaktierung mit der Mantelfläche 30 nicht durch ein zwischen der Mantelfläche 30 und der Unterseite 300 der Folien- oder Verbundbahn angestautes Luftpolster zerstört werden. Insofern ist das Ausweichen bzw. Ausleiten oder die Aufnahme des eingezogenen Fluids, insbesondere der Luft, maßgeblich für die Funktion der Verbundwalze 100, was bereits auch schon bei der Überdeckung der „Pin Holes“ 200 mit nur ein Kavität 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2 oder 2.3 gegeben sein kann.
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3 zeigt eine Schnittansicht der in den 1 und 2 dargestellten Verbundwalze 100 entlang der walzenaxialen Richtung AA. Die Einzellöcher 4 von drei benachbarten Kavitäten 2.1, 2.2 und 2.3 sind als Durchgänge 23, insbesondere als Durchgangsbohrungen ausgestaltet, welche sich von der Mantelfläche 30 durch die Schicht 41 und die Schicht 42 des Walzenbezuges 40 bis zum metallenen Kern 50 der Verbundwalze 100 erstrecken. Die Einzellöcher 4 der Kavitäten 2.1, 2.2 und 2.3 sind dabei stufenartig sich über die Schicht 41 und die Schicht 42 verjüngend von der Mantelfläche 30 bis zu dem metallenen Kern 50 hin ausgestaltet sein. Entsprechend ist der Durchmesser der Einzellöcher 4 in der Schicht 41 und der Mantelfläche 30 größer, als der Durchmesser der Einzellöcher 4 in der Schicht 42. Durch diese Ausgestaltung der Einzellöcher 4 der Kavitäten 2.1, 2.2 und 2.3 kann eine gleichbleibende Stabilität der Einzellöcher 4 von der Mantelfläche 30 über die erste Schicht 41 und die zweite Schicht 42 des Walzenbezuges 40 bei einem maximiertem Volumen der Kavität 2.1 und 2.2 bis hin zum metallenen Kern 50 der Verbundwalze 100 gewährleistet werden, insbesondere dann, wenn die erste Schicht 41 materialtechnisch, insbesondere polymertechnisch härter als die zweite Schicht 42 ausgestaltet ist. Darüber hinaus kann über die als Durchgänge 23 ausgestalteten Einzellöcher 4 der Kavitäten 2.1, 2.2 und 2.3 von dem gekühlten metallenen Kern 50 Kühlung durch den außerhalb der Kavitäten isolierenden Walzenbezug 40 über die Einzellöcher 4 der Kavitäten 2.1, 2.2 und 2.3 durch die Schichten 42 und 41 des Walzenbezuges 40 bis an die mit der Folien- oder Verbundbahn kontaktierende Mantelfläche 30 des Walzenbezuges 40 herangetragen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19645696 C1 [0002, 0007]
- DE 102014107048 A1 [0002, 0004, 0014]
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- GB 1056372 [0010]
- US 3562883 A [0011]
- DE 19812723 A1 [0012]
