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Die Erfindung betrifft eine spiralförmig gewickelte
Hülse,
insbesondere eine aus Papierstreifen gewickelte Hülse.
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Gattungsgemäße Papierhülsen als Wickelkern zur Aufwicklung
von flachen Materialien sind schon seit langem bekannt. Im Stand
der Technik haben sich hierzu verschiedene Technologien zur Herstellung
eines Wickelkerns aus Papierstreifen entwickelt. Man unterscheidet
hierbei grundsätzlich
zwischen zwei verschiedenen Arten von Papierhülsen, nämlich solche, welche parallel
gewickelt sind, dass bedeutet, dass das Papier senkrecht zur Domachse auf
einen Dorn gewickelt wird und dabei die Lagen miteinander verklebt
werden und solche Hülsen,
bei welchem Papierstreifen schräg
zur Domachse auf einen Dorn gewickelt werden, wobei die durch Schrägwicklung
entstehende Endloshülse
entsprechend der Steigung und dem daraus resultierenden Vortrieb
die Produktionsgeschwindigkeit bestimmen. Eine Papierhülse, welche
aus einem schräg
auf einen Dorn aufgewickelten Papierstreifen besteht, weist mehrere Vorteile
gegenüber
der parallel gewickelten Papierhülse
auf. Ein erster Vorteil ist die Möglichkeit, derartige Papierhülsen in
Endlosverfahren oder in unterbrechungsfreien Verfahren herstellen
zu können,
sodass beliebige Papierhülsenlängen gewickelt
werden können.
Ein zweiter Vorteil der so hergestellten Papierhülse ist, dass durch die schräge Anordnung
der Papierfasern in Bezug auf die Papierhülsenachse die Papierhülse weitaus
größere Kompressionskräfte aufnehmen
kann als eine parallel gewickelte Papierhülse: Im Gegensatz dazu weisen
parallel gewickelte Papierhülsen
zwar einerseits den Vorteil auf, dass diese eine hohe Stabilität quer zur
Achse aufweisen und somit hohe Gewichte aufnehmen können und andererseits,
dass diese Papierhülsen
eine durch die Wickelweise bedingte für manche Anwendungen erwünschte Längskante
aufweisen. Jedoch ist die Höhe
der Längskante
durch das verwendete Papier vorgegeben, wodurch im Allgemeinen nur
vergleichsweise flache Längskanten
erhalten werden können. Ein
gravierender Nachteil der parallel gewickelten Papierhülse ist
die geringe Stabilität
gegenüber
Kompressionskräften,
die bei der Aufwicklung, beispielsweise von hochwertigen PVC-Folien,
entstehen und die Papierhülse
unter Ausbildung einer Bruchkante in das Innere zerstören können. Eine
Längskante
kann dazu verwendet werden, genau an dieser Stelle das aufzuwickelnde Material
anzusetzen, sodass die erste und die weiteren darauf folgenden Lagen
ohne Knick oder ohne eine Verwerfung um die Papierhülse gewickelt
werden können.
Dies ist besonders wichtig für
das Aufwickeln besonders hochwertiger Materialien, wie beispielsweise
PVC-Folien mit Hochglanz oder hochwertige Papiere. Wird das gleiche
Material auf eine spiralförmig
gewickelte Papierhülse
gewickelt, so entsteht an dem Punkt, an dem die erste Lage sich
mit der zweiten Lage überschneidet,
eine leichte Verwertung, die zwar nur einen Versatz in Höhe der Materialstärke beträgt, aber
bereits genügt, dem
hochwertigen Material einen leichten Knick oder eine verbleibende
Welle zu verleihen, durch welche die hochwertigen Materialien gegebenenfalls
unbrauchbar werden.
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Somit erfüllen beide Papierhülsentypen
nicht die Anforderungen, die an Wickelkerne gestellt werden und
es ist jeweils nur der Vorteil eines Papierhülsentyps allein verfügbar, wobei
sich die parallele und die schräge
Wicklung gegenseitig ausschließen.
Bei der Auswahl von Wickelkernen, speziell Wickelkernen aus Papier,
hat der Fachmann daher die Vor- und Nachteile dieser beiden verschiedenen
Papierhülsentypen
gegeneinander abzuwägen
und ist aufgrund des gegenseitigen Ausschlusses nicht in der Lage,
Vorteile der verschiedenen Papierhülsentypen zu kombinieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
eine Papierhülse
zur Verfügung
zu stellen, welche die Vorteile der jeweiligen Papierhülsentypen
miteinander kombiniert.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
die spiralförmig
gewickelte Papierhülse
auf der Mantelfläche
eine zur Achse parallel verlaufende Längsprägung aufweist. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch die zur Achse parallel verlaufende Längsprägung ist
es möglich,
an dieser Position beispielsweise ein Befestigungselement vorzusehen, auf
oder an dem der Anfang des aufzuwickelnden Materials befestigt werden
kann, und zwar in der Weise, dass weiteres Material um die so präparierte Papierhülse gewickelt
werden kann, ohne dass dabei Falten, Verwerfungen oder Wellen in
dem aufgewickelten Material entstehen.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil,
dass die aufgewickelten Materialien im Inneren der Wicklung eine
gleichbleibende Qualität
aufweisen und dass ein Teil des aufgewickelten Materials aufgrund
der möglicherweise
entstehenden Wellen nicht verworfen und vernichtet werden muss,
wodurch ein geringerer Materialausschuss der aufgewickelten Materialien
entsteht. Ein weiterer Vorteil ist, dass in der Prägung ein Befestigungselement
vorgesehen werden kann, wie beispielsweise ein doppelseitiger Klebestreifen
oder gegebenenfalls auch eine klemmende Federzunge, in welcher der
Anfang des aufzuwickelnden Materials befestigt werden kann. Hierdurch
ergibt sich ferner der Vorteil, dass ein Befestigungselement innerhalb der
Hülse versenkt
werden kann, ohne dass dieses Element zu Falten, Knicken, Verwerfungen
oder Wellen in dem aufgewickelten Material führt. Durch die Verwendung einer
spiralförmig
gewickelten Papierhülse
können
darüber
hinaus wesentlich höhere Kompressionsdrücke aufgenommen
werden, die durch das aufgewickelte Material auf die Papierhülse einwirken,
ohne dass dabei zu erwarten ist, dass der Wickelkern implodiert.
Unter Implosion eines Wickelkerns wird hier verstanden, dass dieser
einen Knick nach innen bildet und dadurch das aufgewickelte Material
durch Faltenbildung unbrauchbar wird und der Wickelkern nicht mehr
auf eine Achse aufgezogen werden kann.
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In einer besonderen Ausgestaltung
der Erfindung ist der äußere Papierstreifen
auf Stoss, das heißt
die Papierränder
berühren
sich unter Ausbildung einer Fuge, deren Breite nur durch Imperfektion des
Papierrands gegeben ist, oder überlappend
gewickelt. Hierdurch wird verhindert, dass sich ein spiralförmiger Streifen
in dem aufgewickelten Material abbildet, der durch die spiralförmige Nut
der gewickelten Papierstreifen auf der Papierhülse entsteht.
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Bevorzugt ist dabei der äußere Papierstreifen
an den Seiten in einer Breite der Überlappung angeschliffen, wobei
die verbleibende Schichtdicke nach Schliff so bemessen ist, dass
zwei überlappend verklebte
Papierstreifen im Überlappungsbereich
die gleiche Stärke
wie ein ungeschliffener Papierstreifen aufweisen. Durch den Schliff
der beim Hülsenwickeln äußeren Papierlage
wird erreicht, dass keine spiralförmige Nut oder Erhebung bei
der Wicklung der Papierhülse
entsteht und so ein perfekter und kreisrunder, zylinderförmiger Wickelkern
entsteht. Durch die Perfektion des Wickelkerns wird das darauf aufzuwickelnde
Material nicht verknickt, wirft keine Falten, bildet keine Verwertungen
oder weist nach Abwicklung keine Wellen in der abgerollten Fläche auf.
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In bevorzugter Weise ist dabei der äußere Papierstreifen
veredelt. Durch die Verwendung eines außen veredelten Papierstreifens
ist es möglich,
auf eine größere Bandbreite
von Klebern als Befestigungselement zurückzugreifen. Die Veredelung
verhindert, dass Papierfasern beim Lösen des aufzuwickelnden Materials
von einer Klebeschicht auf dem Wickelkern auf dem aufgewickelten
Material verbleiben und dadurch gegebenenfalls Materialendstücke, die
zur Wiederverwertung gesammelt werden, kontaminiert und damit unbrauchbar
werden.
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In bevorzugter Weise ist dabei die
Oberfläche
der äußeren Papierstreifen
geschliffen und poliert. Durch die Verwendung eines geschliffenen
und polierten äußeren Papierstreifens
wird die Qualität der
Oberfläche
des Wickelkerns weiter verbessert und dadurch wird die Qualität der auf
den Wickelkern gewickelten Materialien noch weniger beeinträchtigt, ohne
dass dabei beispielsweise Fasern aus dem Material die Oberfläche des
auf den Wickelkern gewickelten Materials kontaminieren oder dass
die Oberfläche
beziehungsweise die Oberflächenstruktur
des Wickelkerns die Oberfläche
des auf den Wickelkern gewickelten Materials, beispielsweise durch
Abdruck der Oberflächenstruktur
verändert.
Des Weiteren können
zur Befestigung des aufzuwickelnden Materials eine Vielzahl verschiedener
Kleber verwendet werden, ohne dass zu erwarten ist, dass der Kleber Fasern
aus der Oberfläche
des Wickelkerns abhebt und diese Fasern schließlich die Oberfläche des
aufgewickelten Materials kontaminieren.
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In besonderer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist die Längsprägung eine über die Länge gleichbreite
winkelprofilähnliche
Ausformung, welche aus einer radialen Längsfläche, die durch radiale und
durch axiale Richtung der Hülse
definiert ist, und einer tangentialen Prägefläche besteht, die durch tangentiale
und axiale Richtung der Hülse
definiert ist, wobei die radiale Längsfläche eine Breite aufweist, die
der Summe der Materialstärke
des auf der Hülse
aufzuwickelnden Materials und der Materialstärke eines gegebenenfalls in
der Längsprägung befindlichen
Befestigungselementes entspricht. Durch die winkelprofilähnliche
Ausformung, welche in die Oberfläche
der Papierhülse
eingeprägt
ist, ist es möglich,
in der Ausformung beziehungsweise Prägung ein Befestigungselement,
wie beispielsweise eine doppeltklebende Folie oder eine Federzunge vorzusehen,
auf oder unter welcher schließlich
der Anfang des aufzuwickelnden Materiales befestigt werden kann.
Die Anordnung aus Befestigungselement und Anfang des aufzuwickelnden
Materials ist dabei so bemessen, dass die Höhe der eingeprägten Ausformung
exakt durch das aufzuwickelnde Material ausgeglichen wird und dadurch
der ersten und zweiten Lage des auf den Wickelkern gewickelten Materials
eine vollkommen ebene spiralgewickelte Oberfläche zur Verfügung stellt,
wobei im Übergangsbereich
nach der ersten Umwicklung durch die Anpassung der Prägetiefe
an die Materialstärke
des aufzuwickelnden Materials ein fugenloser Übergang entsteht.
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Besonders bevorzugt ist in der Prägung ein Befestigungselement
zur Aufnahme des auf der Hülse
aufzuwickelnden Materials angeordnet. Hierdurch wird gewährleistet,
dass das aufzuwickelnde Material nicht auf dem Wickelkern verrutscht
oder dass sich die Wicklung auf dem Wickelkern lockert. Die Fixierung
der Wicklung bedeutet eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der
Qualitätserhaltung
des auf den Wickelkern gewickelten Materials.
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Befestigungselemente können sein,
sind aber nicht beschränkt
auf ein doppelseitig beschichtetes Klebeband oder eine klemmende
Federzunge.
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Zur Herstellung der oben beschriebenen
Papierhülse
als Wickelkern wird in bevorzugter Weise ein Herstellungsverfahren
verwendet, bei welchem mindestens ein Papierstreifen auf einen Dorn
unter einem spitzen Winkel zur Dornachse und unter Verleimung einzelner
Papierstreifenlagen gewickelt wird, wobei eine Einprägung eines
Winkelprofils in die Manteloberfläche der Papierhülse vorgenommen wird.
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Dabei wird ein äußerer Papierstreifen auf die Papierhülse aufgewickelt,
welcher randseitig überlappend
gewickelt wird, wobei die Papierstreifenränder vor der Wicklung auf die
Papierhülse
soweit angeschliffen werden, dass die überlappend verklebten Papierränder eine
Stärke
aufweisen, die der Stärke des
ungeschliffenen Papierstreifens entspricht. Durch diese Verfahrensweise
wird erreicht, dass die spiralförmig
gewickelte Papierhülse
eine perfekte Manteloberfläche
aufweist, die nicht durch eine spiralförmige Nut unterbrochen ist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt
wird die Papierhülse
nach der Wicklung getrocknet und darauf folgend veredelt. Nach der
Veredelung wird die Papierhülse
einer zweiten Trocknung unterzogen und anschließend wird die Oberfläche der
spiralgewickelten Papierhülse
geschliffen und poliert.
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Im Anschluss an Schliff und Politur
wird die Papierhülse
wieder auf einen Dom aufgezogen, welcher formschlüssig in
den Innendurchmesser der Papierhülse
hinein passt. In bevorzugter Weise wird dabei eine winkelprofilähnliche
Ausformung in die Manteloberfläche
der Papierhülse
eingeprägt,
in dem eine Prägerolle
so auf die Papierhülse
aufgesetzt wird, dass die Stirnseite der Prägerolle koplanar zu einer Radialfläche der
Papierhülse
ausgerichtet ist. Alternativ zur Prägung des Längsprofils mit einer einzelnen
Prägerolle
kann auch eine profilierte Prägerolle
verwendet werden, welche entsprechend des Prägerollenprofils angesetzt wird,
oder ein Prägestempel,
welcher über
die gesamte Länge
oder zumindest über
Teile der Länge
das Längsprofil
in die Manteloberfläche
der Papierhülse
eindrückt.
Ebenso ist es möglich,
eine Vertiefung statt Prägung
einzuritzen, einzufräsen,
einzuschleifen oder zu schneiden. Eine weitere Alternative ist die
Verwendung eines Dorns, welcher eine nutähnliche Vertiefung statt der
Längsprägung einritzt.
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Der Prägedruck des Prägewerkzeuges
wird dabei so bemessen, dass die Wandstärke der Papierhülse am Prägeort soweit
abnimmt und verdichtet wird, dass die Tiefe der Prägung der
Materialstärke des
auf der Papierhülse
als Wickelkern aufzuwickelnden Materials entspricht. Bei Verwendung
eines Befestigungsmittels in die durch Prägung eingebrachte winkelprofilähnliche
Ausformung wird die Prägetiefe durch
Erhöhung
des Prägedrucks
angepasst, sodass die Summe der Materialstärken aus Befestigungselement
und der Materialstärke
des aufzuwickelnden Materials genau der Tiefe der Prägung entspricht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
der Figuren näher
erläutert.
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Es zeigt
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1 einen
Querschnitt durch die erfindungsgemäße Papierhülse,
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2 eine
Ausschnittsvergrößerung der 1 mit zur Verdeutlichung übertrieben
dargestellter Prägetiefe,
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3 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Papierhülse mit Befestigungselement und
einer Lage aufgewickelten Materials,
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4 einen
Querschnitt durch eine herkömmliche
Papierhülse
mit aufgewickeltem Material,
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5 eine
erfindungsgemäße Papierhülse in perspektivischer
Darstellung,
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6 eine
Querschnittsansicht der Papierhülse
bei Einprägung
der Längskante
mit Hilfe einer Prägerolle
und
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7 eine
Papierhülse
während
der Prägung
in perspektivischer Ansicht.
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In 1 ist
der Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Papierhülse 1 abgebildet,
welche einen perfekt kreisrunden Innendurchmesser 2 und eine
veredelte, geschliffene und polierte Mantelfläche 3, mit einer Längsprägung 4,
welche einen Wulst 5 und eine erste radiale Längsfläche 6,
welche sich über
die gesamte Länge
der Papierhülse
erstreckt, aufweist, welche vom Gipfel des Wulstes 5 bis
zur tangentialen Prägefläche 7 der
Prägung 4 verläuft.
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In 2 ist
ein Ausschnitt aus 1 mit
zur Verdeutlichung übertrieben
dargestellter Prägetiefe abgebildet.
Deutlich ist der 2 zu
entnehmen, dass die radiale Längsfläche 6 koplanar
zu einer Radialfläche
der Papierhülse
verläuft.
Die Prägefläche 7 der
Prägung 4 verläuft dabei
nahezu parallel zu einer Tangentialfläche der Papierhülse und
nähert
sich asymptotisch an die Kreisumfangsgrenze 8 der Hülse an.
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In 3 ist
ein Ausschnitt eines Querschnitts einer Papierhülse 1 dargestellt,
welche mit einer Materiallage umwickelt ist. In der Prägung 4 befindet sich
auf der Prägefläche 7 ein
Befestigungselement 9 im vorliegenden Fall in Form eines
Doppelklebebandes, auf welches der Anfang eines aufzuwickelnden
Materials 11 aufgeklebt ist, welches um die Papierhülse gewickelt
ist. Deutlich ist in 3 zu
sehen, dass im ersten Überlappungsbereich 10 kein
Knick in dem Material 11 durch das Auftragen des Materialanfanges
zu erkennen ist.
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In 4 ist
zum Vergleich eine gattungsgemäße Papierhülse mit
umwickelten Materiallagen dargestellt, wobei deutlich in der Radialposition,
wo der Materialanfang liegt, die darüber liegenden Lagen leichte
Knicke beziehungsweise Wellen aufweisen, welche beim Abwickeln erhalten
bleiben und somit die Planarität
des abgewickelten Materials stören und
damit gegebenenfalls die Materialqualität bis zur Unbrauchbarkeit mindern.
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In 5 ist
die erfindungsgemäße Papierhülse 1 in
perspektivischer Ansicht dargestellt, wobei auf der Papierhülse die überlappenden
Bereiche der äußeren Papierlage
durch Strichelung dargestellt sind.
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6 zeigt
den Ansatz einer Prägerolle 20 auf
der Papierhülse 1,
wobei die Papierhülse 1 formschlüssig auf
einem Dom 30 sitzt.
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7 zeigt
den Ansatz der Prägerolle 20 auf der
Papierhülse 1 in
perspektivischer Ansicht.
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Die erfindungsgemäße Hülse wurde anhand eines erfindungsgemäßen Beispiels
beschrieben. Des Weiteren wurden im Text die Worte „Papierhülse" und „Wickelkern"
zum Teil als Synonym füreinander
verwendet. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass sich das Prinzip der
erfindungsgemäßen Hülse auch auf
beliebige andere Materialien anwenden lässt. Somit ist die Bezeichnung „Papierhülse" nicht
einschränkend
gemeint. Die Hülsen
können
ebenso aus Polymeren, Verbundstoffen, speziell GFK oder anderen
Materialien bestehen, welche sich durch Wicklung und gegebenenfalls
Versteifung durch einen Kleber, wie beispielsweise im GFK, zu einer
Hülse formen
lassen.
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Des Weiteren ist es möglich die
Prägung während eines
Nasszustandes der Hülse
oder im nicht getrockneten beziehungsweise abgebunden Zustand eines
die Hülse
stabilisierenden Klebers durchzuführen.
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Bezugszeichenliste:
- 1
- Papierhülse
- 2
- Innendurchmesser
- 3
- Mantelfläche
- 4
- Längsprägung
- 5
- Wulst
- 6
- Längsfläche
- 7
- Prägefläche
- 8
- Kreisumfangsgrenze
- 9
- Befestigungselement
- 10
- Überlappungsbereich
- 11
- Material
- 20
- Prägerolle
- 30
- Dorn