DE29901059U1

DE29901059U1 - Kartonkern mit verbesserter Einspannfestigkeit für die Papierindustrie

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Publication number: DE29901059U1
Application number: DE29901059U
Authority: DE
Original assignee: Ahlstrom Cores Oy
Current assignee: Sonoco Alcore Oy
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2009-01-23
Also published as: ITTO990007U1; FI980145A; TW499526B; PL188101B1; CA2316911C; FI980145A0; FR2774022B3; IT247889Y1; JP2002502725A; ATE225707T1; DE69903413T2; DE69903413D1; CN1288410A; BR9907180A; PL330987A1; FR2774022A3; WO1999039902A1; EP1071556B1; US6540174B1; AU2165999A

Description

76 711gbm p3/ps

Ählström Alcore Oy Karhula / Finnland

Kartonkern mit verbesserter Einspannfestigkeit für die Papierindustrie

Die vorliegende Erfindung betrifft einen eine verbesserte Einspannfestigkeit und dicke Wände aufweisenden Kartonkern für die Papierindustrie. Die Dicke H beträgt 10 mm oder mehr und der Innendurchmesser über 70 mm. Derartige Kerne werden bei Auf- und Abwickelgeschwindigkeiten von wenigstens ungefähr 200 m/min (3,3 m/s) eingesetzt.

Kerne, die von der Druck- und Papierverarbeitungsindustrie verwendet werden, werden hier als Papierindustriekerne bezeichnet. Derartige Kerne sind dickwandig, besitzen eine Wanddicke H von wenigstens 10 mm und einen Durchmesser, der größer ist als 70 mm.

Ein Spiralkartonkern wird durch Wickeln, Verleimen und Trocknen mehrerer übereinandergelegter Kartonlagen hergestellt.

In der Papier-, Folien- und Textilindustrie erzeugte Materialbahnen sind normalerweise auf Kernen für Rollen aufgerollt..Kerne aus Karton, insbesondere Spiralkerne, werden dadurch hergestellt, dass Kartonlagen aufeinandergelegt, verleimt und in einer speziellen Spiralmaschine spiralförmig gewickelt werden. Die Breite,

Dicke und Anzahl der zur Formung eines Kerns notwendigen Kartonlagen variieren in Abhängigkeit von den Abmessungen und den Festigkeitserfordernissen des herzustellenden Kerns. Typischerweise beträgt die Lagenbreite 50 - 250 mm (in besonderen Fällen ungefähr 500 mm), die Lagendicke ungefähr 0,2 bis 1,2 mm und die Anzahl der Lagen ungefähr 3-30 (in besonderen Fällen 50). Die Festigkeit einer Kartonlage variiert entsprechend den Festigkeitsanforderungen an den Kern. Als allgemeine Regel gilt, dass mit Erhöhung der Festigkeit einer Kartonlage sich auch deren Preis erhöht. Allgemein ist es aufgrund dessen zutreffend zu sagen: Je stärker der Kern, desto teurer ist er.

In der Papierverarbeitungsindustrie nehmen die Gewichte der verwendeten Papierrollen, beispielsweise in Druckerpressen, kontinuierlich zu, was eine immer höhere Festigkeit und immer höhere Kapazitäten der Spiralkerne erfordert. Die Papierrollengewichte variieren beträchtlich, von Zeitungspapier und Feinpapierrollen von ungefähr 600 1800 kg zu Rotationsdruckrollen von ungefähr 2400 - 5500 kg. Die größten Rollen, die zu Testzwecken hergestellt wurden, wogen ungefähr 6500 kg. Die Durchmesser der größten Papierrollen betragen dann typischerweise höchstens 1,24 1,26 m.

In Druckerpressen werden typischerweise Kerne mit zweierlei Größen eingesetzt. Die normalste Kerngröße hat einen Innendurchmesser von 7 6 mm (3¹¹) und eine Wanddicke von 13 oder 15 mm. Heutzutage verwenden die breitesten und schnellsten Druckerpressen, d.h. diejenigen mit den schwersten Rollen, Kerne mit einem Innendurchmesser von 150 mm (6'') und normalerweise einer Wanddicke von 13 mm.

Druckerpressen werden so ausgelegt, dass sie Papierrollen mit einem Durchmesser von 1,35 m handhaben können. Es wurden sogar schon 1,5 m-Rollen angedacht. Weil die Rollenbreite auf

3,6 m zunimmt, wird auch das Papierrollengewicht beträchtlich zunehmen, auf mehr als 6,5 Tonnen, sogar bis 8,5 Tonnen.

Typische Lagenbreiten der wie zuvor beschriebenen Papierkerne, die in der Druck- und

Papierverarbeitungsindustrie verwendet werden, betragen bei Kernen mit einem Innendurchmesser von 76 mm (3¹¹) ungefähr 120 - 150 mm, was der am meisten verwendete Innendurchmesser ist, und bei Kernen mit einem Innendurchmesser von 150 mm (6¹ ') bis zu 190 mm. In Folge der Kerngeometrie bewegen sich dann in Abhängigigkeit vom Kerndurchmesser Durchschnittswicklungswinkel &agr; von ungefähr 15 bis ungefähr 35°. Die Wanddicken der Kartonkerne betragen typischerweise ungefähr 10 - 2 0 mm. Die Definition des Durchschnittswicklungswinkels &agr; ist unten in Fig. 3 dargestellt.

Papierrollen werden auf einem Wicklungskern ausgebildet. Fast immer ist dieser Wicklungskern ein spiralförmig gewundener Kartonkern.

Eine gute Einspannfestigkeit ist insbesondere bei beispielsweise schaftlosem Auf- und Abwickeln einer Papierbahn erforderlich, wobei der Kern, der als der einzige Schaft dient, das Gewicht der Papierrolle entweder teilweise oder vollständig auf kurzen Spannfuttern mit einer Länge von ungefähr 50 bis 250 mm trägt. Ferner kann das Spannfutter einem Druck beschleunigender Bänder ausgesetzt sein, die zum automatischen Rollenwechseln in einer Druckerpresse erforderlich sind. Diese beschleunigenden Bänder können eine zusätzliche Belastung auf den Kern von noch 1 bis 2 Tonnen bewirken.

Die Einspannfestigkeit ist eine wesentliche Anforderung an die Papiermühle bei der Herstellung der Rolle, wenn Rollenschneide- und Aufrollmaschinen der sogenannten

Mittelaufwickelbauart (slitter winders of the so-called center winder type) verwendet werden.

Beim schaftlosen Auf- und Abwickeln erzeugt das Papierrollengewicht an den Spannfuttern Spannungen im Kern. Die gefährlichsten Spannungen sind Scher- und Radialspannungen.

Wenn gleich schwere Papierrollen gehalten werden, unterscheiden sich diese Belastungen in ihrer Art und ihrer Ausdehnung in Abhängigkeit von der Wandfestigkeit und dem Innendurchmesser des Kerns. Die Art der Spannungen an unterschiedlichen Stellen innerhalb der Kernwand wie auch die Stelle, an der die Maximalspannungen auftreten, können berechnet und auch experimentiell herausgefunden werden, beispielsweise, indem ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem europäischen Patent 309 123 verwendet werden.

Wie zuvor erläutert, werden Kerne, wenn sie eingesetzt werden, beispielsweise in einer Papierrolle, verschiedenen Spannungen unterworfen. Beim schaftlosen Auf- und Abwickeln dient der Kern als einziger Schaft, der das Gewicht der Papierrolle mittels eines kurzen Spannfutters entweder teilweise oder vollständig hält. Der Druck, der durch beschleunigende Bänder erzeugt wird, die zum automatischen Rollenwechsel bei Druckerpressen erforderlich sind, ist möglicherweise dem Gewicht hinzuzufügen.

In dieser Situation wird der Kern verschiedenen Spannungen unterworfen, die den Kern belasten und dessen Bruch bewirken können. Da ein Kartonkern ein orthotropes Material ist-, ist es eine hochgenaue Aufgabe, diese Spannungen zu kennen.

Durch Verwendung fortschrittlicher Modellierungsverfahren, die einem Fachmann bekannt sind, können Scher-, Druck- oder Flachstauch- und Zugspannungen analysiert werden, um so herauszufinden, wo verschiedene Belastungen auftreten, und

auch um herauszufinden, in welcher Tiefe in der Kernwand Spannungen während des tatsächlichen Einsatzes vorhanden sind und wie groß diese sind. Die Analyseergebnisse können experimentiell bestätigt werden," beispielsweise durch Verwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung gemäß dem europäischen 309 123. Durch Verwendung des Testverfahrens gemäß dem EP 309 123 ist es möglich, Spannungen eines Kerns unter Einsatzbedingungen zu simulieren. Diese bei Einsatzbedingungen auftretenden Spannungen können auch mittels dem auf Computer zu verwendenden Finite-Elemente-Verfahren modelliert werden. Wir haben Spannungsanalysen der Einspannlast durchgeführt, welche die experimentiellen Testverfahren (unter Verwendung eines Gerätes gemäß dem EP 309 123) bestätigt haben, dass die größten Spannungen in z-Richtung fast immer im Mittelbereich einer Kernwand, leicht versetzt zur Kerninnenseite auftreten. Die z-Richtung bedeutet hier eine Richtung senkrecht zur Oberflächenseite einer Kartonlage, d.h. im Querschnitt eines fertigen Kerns ist dies die Richtung des Kernradius. Die zu den Lagen gerichteten maximalen Zug- und Scherspannungen in z-Richtung verlaufen radial, treten nahe dem Mittelbereich der Kernwandung, leicht einwärts versetzt auf.

Das problematische Sachgebiet, auf dem unsere Erfindung beruht, haben wir beschrieben. Eine Überprüfung des Standes der Technik führte zu dem US-Patent 3,194,275. Die hierin behandelten Probleme unterscheiden sich aber vollständig von unseren und auch die dargebotene Lösung unterscheidet sich von unserer vollständig. Das US-Patent 3,194,275 wird weiter unten in Verbindung mit der detaillierteren Beschreibung der vorliegenden Erfindung weiter diskutiert. Der Vergleich der vorliegenden Erfindung und der in dem US-Patent 3,194,275 offenbarten Anordnung zeigt auf, dass sich die Probleme und demzufolge deren Lösungen voneinander unterscheiden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen

Kartonkern mit erhöhter Einspannfestigkeit und dickwandiger Ausgestaltung für die Papierindustrie, also Kartonkerne, die eine Wanddicke von mehr als 10 mm und einen Innendurchmesser von etwa 70 mm haben, als auch a'ndere Pappkerne, die eine hohe Einspannfestigkeit erfordern, zu schaffen, und zudem einen neuartigen dickwandigen Spiralkartonkern bereitzustellen, der beim Gebrauch bessere Eigenschaften aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Probleme zu lösen, die während des Gebrauchs bei den zuvor diskutierten dickwandigen Spiralkernen auftreten, und eine Lösung anzubieten, welche die an sie durch sich immer mehr erhöhende Rollengewichte gesetzten Anforderungen erfüllen, insbesondere die Anforderungen an die Einspannfestigkeit der Kerne.

Diese Aufgaben werden durch einen Kartonkern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Wie zuvor diskutiert, sind typische Wanddicken-Innendurchmesserabmessungen beispielsweise 15 mm &khgr; 76 mm und 13 &khgr; 150 mm. Die durch Einspannlasten an den größten Kernen, wie beispielsweise 13 mm &khgr; 300 mm (10 mm &khgr; 300 mm), hervorgerufenen Spannungen sind natürlich durch die Kerngeometrie bedingt geringer als bei Papierindustriekernen mit kleinerem Durchmesser. Somit ist die Einspannfestigkeit eines beispielsweise 13 &khgr; 300 mm-Kerns in sich selbst höher als die Einspannfestigkeit von Kernen mit einem kleinen Durchmesser. Dies beruht darauf, dass aufgrund eines großen Innendurchmessers die Lagerfläche des Kerns auf dem Schaft groß ist. Die vorliegende Erfindung betrifft keine Kartonkerne, die eine Wanddicke von weniger als 10 mm haben. Papierindustriekerne müssen eine dicke Wand aufweisen, d.h mehr als 10 mm, um zu ermöglichen, dass sie durch Spannfutter (Spannaufweitung) geklemmt werden können, und' um eine

6a

Spaltbildung zwischen der Kernoberfläche und einer Stützwalze zu ermöglichen. Insbesondere die Geometrie der

Aufrollmaschinen, und Rollenschneide- und Aufrollmaschinen (slitter-winders) erfordert in der Praxis eine ausreichende Wanddicke der Kerne von 10 mm oder mehr. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erhöht die Produktionsrate aller Papierindustriekerne mit unterschiedlichen Durchmessern, deren Vorteile bezüglich der Erhöhung der Einspannfestigkeit wird aber bei Papierindustriekernen mit kleinen Durchmessern deutlich. Die größte Bedeutung einer verbesserten Einspannfestigkeit ist bei den am meisten verwendeten Kernen begründet, die einen Innendurchmesser von 3¹¹ (ungefähr 76 mm) haben. Eine bedeutende Verbesserung der Einspannfestigkeit wird auch bei Kernen erzielt, die einen Innendurchmesser von 6¹¹ (ungefähr 150 mm) aufweisen.

Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch bei der Herstellung anderer Kartonkerne anwendbar, die eine hohe Einspannfestigkeit erfordern und ähnliche Abmessungen wie die Kerne gemäß der vorliegenden Erfindung haben und in der Druck- und Papierverarbeitungsindustrie eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung behandelt den Kernbruch, der durch Rissbruchmechanismen verursacht wird. Wenn in der Papierindustrie Kernbrüche auftreten, ist dies praktisch der am häufigsten auftretende Mechanismus. Hier tritt der Bruch eines Kerns in der Zylinderfläche innerhalb der Kernwand und/oder in dessen Nähe auf, wobei in dieser Zylinderfläche die Maximalspannungen zu finden sind. Aufgrund dessen haben wir die Breiten- und Bahnrandlängen der Kernlagen auf der Höhe der Zylinderfläche und in deren Nähe als unsere Erfindung beschreibende Merkmale hergenommen. Grundsätzlich könnten entsprechende Definitionen bezüglich der Innen- oder Außenlagen gemacht werden, deren Dimensionen durch Auswahl der Strukturabmessung des Kerns festgelegt werden, und durch Festlegen der Lagenlänge pro linearem Meter des Kerns oder der Lagenbreite auf der Maximalspannungsfläche.

Aufgrund dessen ist es ein wesentliches Ziel gemäß der vorliegenden Erfindung, dass insbesondere auf der die Maximalspannung in der Wandrichtung des Querschnitts, d.h. z-Richtung des Kerns, darstellenden Zylinderfläche, aber auch sonst irgendwo in der Kernwand, so wenig wie möglich potentielle Stellen für Initialrisse vorhanden sind, die zu einem Bruch führen würden. Durch Beeinflussung der potentiellen Stellen für Initialrisse, d.h. durch Reduzierung von deren Anzahl, ist es möglich, insbesondere die Einspannfestigkeit (Delaminationsfestigkeit) des Kerns zu beeinflussen, beispielsweise sie zu erhöhen.

Die Anordnung gemäß der Erfindung macht sich beispielsweise die nachfolgenden Entdeckungen zur Verbesserung der Einspannfestigkeit dickwandiger Kartonkerne für die Papierindustrie zunutze.

Mit schmalen Lagen wird nur eine kleine Steigung (pitch) pro linearem Meter des Kerns gebildet, wodurch mehrere Spalte zwischen den Lagen pro Längeneinheit des Kerns vorhanden sind. Das Verbreitern der Kartonlage reduziert die Länge der Spalte pro linearem Meter des Kerns.

Die Grundidee unserer Erfindung besteht darin, die Länge der Spalte pro linearem Meter des Kerns zu reduzieren, wodurch ein Papierindustriekern geschaffen wird, der eine geringere Bahnrandlinie einer Lage pro linearem Meter hat als zuvor , d.h. der weniger potentielle Stellen für Initialrisse pro linearem Meter des Kerns als vorher aufweist.

Die Dickwandigkeit der eine verbesserte Einspannfestigkeit aufweisenden Kartonkerne für die Papierindustrie gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend in mehr Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. la eine schematische Seitenansicht eines Kerns nach dem Stand der Technik ist, der einen Innendurchmesser von 150 mm hat,

Fig. Ib eine schematische Seitenansicht eines zweiten herkömmlich verwendeten Kerns nach dem Stand der Technik ist, der einen Innendurchmesser von 76 mm hat,

Fig. Ic eine schematische Seitenansicht eines Kerns gemäß der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. Id eine schematische Seitenansicht eines zweiten Kerns gemäß der vorliegenden Erfindung ist,

Tabelle 1 eine theoretische Herstellungsweise eines Kerns von 13 mm &khgr; 150 mm nach dem Stand der Technik zeigt,

Fig. 2 die Mittellagen-Bahnkantenlänge in einem 1 m langen Kern als Funktion der Mittellagenbreite zeigt,

Fig. 3 die Definition des Durchschnittswicklungswinkels &agr; zeigt,

Fig. 4 den Effekt der Mittellagen-Bahnkantenlänge auf die Einspannfestigkeit zeigt und

Fig. 5 die Wirkung der Lagenbreite eines Kartonkerns auf die Flachstauchfestigkeit des Kerns zeigt, wobei die gleiche Ausgestaltung wie in Fig. 4 verwendet ist.

Die Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Aufbau für einen dickwandigen Papierindustriekern zu schaffen, der für hohe Einspannlasten geeignet ist und eine kürzere Spaltlänge pro linearem Meter des Kerns aufweist als die Papierindustriekerne nach dem Stand der Technik. Dies

wird durch ein Verbreitern der Kartonlagen erzielt, die bei der Kernherstellung verwendet werden. Wenn die Anzahl der Spalte, d.h. die Anzahl der potentiellen Stellen für Initialrisse, pro Längeneinheit verringert wird, wird dies auf der Grundlage der obigen Entdeckung zu einem Anwachsen der Kernkapazität, mit anderen Worten: die Einspannfestigkeit und Lastaufnahmekapazität, führen. Somit sind gemäß der vorliegenden Erfindung breitere Lagen als zuvor in einem einen bestimmten Innendurchmesser aufweisenden Kern eingesetzt. Nochmals, der Innendurchmesser und die Wanddicke eines Kerns beeinflussen die Breitenabstufungen der zu verwendenden Lagen.

Fig. la ist eine schematische Seitenansicht eines 13 mm &khgr; mm-Kerns nach dem Stand der Technik. Die Mittellagen-Bahnkantenlänge pro Kernmeter beträgt in diesem Kern ungefähr 3340 mm, wenn die Lagenbreite ungefähr 154 mm beträgt. Fig. Ib ist eine schematische Seitenansicht eines zweiten herkömmlich verwendeten 15 mm &khgr; 76 mm-Kerns nach dem Stand der Technik. Die Mittellagen-Bahnkantenlänge pro Meter dieses Kerns beträgt ungefähr 1914 mm, wenn die Lagenbreite ungefähr 150 mm ist. Die Fig. Ic ist eine schematische Seitenansicht eines 13 mm &khgr; 150 mm-Kerns gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Mittellagen-Bahnkantenlänge pro Meter dieses Kerns beträgt ungefähr 1410 mm, wenn die Lagenbreite ungefähr 364 mm ist. Wenn ein 15 mm &khgr; 76 mm Kern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, entspricht die Mittellagen-Bahnkantenlänge von ungefähr 1410 mm einer Mittellagenbreite von ungefähr 203 mm. Die Fig. Id ist eine schematische Seitenansicht eines zweiten 13 mm &khgr; 150 mm Kerns gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Mittellagen-Bahnkantenlänge pro Meter dieses Kerns beträgt ungefähr 1154 mm, wenn die Lagenbreite ungefähr 445 mm beträgt. Wenn ein 15 mm &khgr; 76 mm Kern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, entspricht die Mittellagen-Bahnkantenlänge von ungefähr 1152 mm einer Mittellagenbreite von ungefähr 249 mm.

Papierindustriekerne mit unterschiedlichen Innendurchmessern sind in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet, wobei die Referenzwertcharakteristika einer jeden Kerngröße verwendet werden. Wir haben beobachtet, dass gute Ergebnisse erzielt werden, wie die Erhöhung der Einspannfestigkeit und der Kernproduktionsrate, wenn alle relevanten Dinge berücksichtigt werden, d.h. wenn ein Spiralkartonkern durch spiralförmiges Wickeln von Kartonlagen um einen Dorn in eine Röhre hergestellt wird, wodurch das Nachfolgende auf die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in Dickenrichtung der Wand eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und auf die Umgebung dieser Zylinderfläche zutrifft, enthaltend die Kartonlage in dem Mittelbereich der Wand pro 1 linearem Meter des Kartonkerns,

der den Innendurchmesser 73 bis 110 mm aufweist: L_mp < 1550 mm, vorzugsweise weniger als 1450 mm und weiter bevorzugt weniger als 1300 mm, der den Innendurchmesser von 111 bis 144 mm besitzt: Lmp < 1900 mm, vorzugsweise weniger als 1650 mm und weiter bevorzugt weniger als 1500 mm, und der den Innendurchmesser von 145 bis 180 mm aufweist: L_mp < 2450 mm, vorzugsweise 2200 - 1500 mm und weiter bevorzugt weniger als 1500 mm,
wobei

L_mp die Bahnkantenlänge der Kartonlage auf der Zylinderfläche ist, die das Spannungsmaximum in z-Richtung innerhalb der Kartonkernwand pro 1 linearen Meter des Kartonkerns darstellt.

Auch wenn der Innendurchmesser eines Kartonkerns 181 bis mm beträgt, werden, was die Erhöhung der Einspannfestigkeit und der Produktionsrate betrifft, alle relevanten Aspekte berücksichtigend bessere Ergebnisse als zuvor erzielt, wenn in einem 1 m langen Kartonkern

L_mp < 4500 mm, vorzugsweise weniger als 3 900 mm und weiter bevorzugt 3900 bis 2000 mm ist,

wobei,

L_mp die Bahnkantenlänge der Kartonlage auf der Zylinderfläche ist, die das Spannungsmaximum in z-Richtung innerhalb der Wand des Kartonkerns pro 1 linearen Meter des Kerns repräsentiert.

Das Spannungsmaximum in &zgr;-Richtung in der Wand eines fertigen Kartonkerns liegt leicht zur Innenseite des Kerns versetzt nahe dem Mittelbereich der Kernwand. Obwohl die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Kernwand repräsentiert, nicht exakt in der Mitte der Wand liegt, sind aber praktisch die Strukturbedingungen und Messparameter fast identisch. Wenn eine bestimmte Breite für die Kartonlage ausgewählt wurde, die der Maximalspannung unterworfen wird, weisen die umgebenden Lagen, enthaltend die eine Lage in der Wandmitte, fast die gleiche theoretische Breite auf, wie sie aus Tabelle 1 entnommen werden kann. Tabelle 1 zeigt eine theoretische Studie bezüglich Lagenbreiten eines 13 &khgr; 150 mm-Kerns, der gemäß dem Stand der Technik aus 25 Lagen aufgebaut wurde, wobei jede Lage 0,53 mm dick ist. Die Lagenbreiten sind ausgehend von der Innenlage 1 aufgelistet und die Breite der Außenlage wurde mit 155 mm ausgewählt. Die Angabe 13 &khgr; 150 mm bezeichnet einen Kern mit einer Wanddicke von 13 mm und einem Innendurchmesser von 150 mm. Die nachfolgenden Bezugskennzeichen werden in der Tabelle verwendet:

t = Ordnungszahl der Lage, Nr. 1 bezeichnet die Innenlage; sv_t = Wanddicke der Lage t,-0_t
= Außendurchmesser der Lage t;
s_t = Breite der Lage + Spalt in der Lage t; Einheitslänge_t = Bahnkantenlänge der Lage t pro 1 m Kern. Das Spannungsmaximum liegt ungefähr bei den Lagen 10 - 11, wobei der lagendurchschnitt + Spalt 153,837 mm beträgt. Die Mitte der Kernwand liegt bei Lage 13, wobei die Lage + Spalt zusammen 154,066 beträgt. Wie zu erkennen ist, sind die Breiten der Lage + Spalt sowohl an der Stelle des Spannungsmaximums wie auch in der Mitte der Kernwand fast

gleich. Die Bahnkantenlängen der Strukturlagen in einem 1 m langen Kern betragen, berechnet auf der Grundlage theoretischer Untersuchungen, ungefähr 3280,7 mm für Lage t = 10 und ungefähr 3300,47 mm für Lage t = 11, wie aus Tabelle entnommen werden kann. Aus rein praktischen Gründen erhält nicht jede Lage ihre eigene Breite, sondern nur einige wenige Lagenbreiten werden zur Herstellung eines Kerns ausgewählt. Beispielsweise ist gemäß dem Stand der Technik ein 13 &khgr; 150 mm-Kern typischerweise aus Lagen mit zwei verschiedenen Breiten aufgebaut, d.h. 154 mm und 155 mm. In diesem Fall beträgt, basierend auf der theoretischen Untersuchung, die Bahnkantenlänge der Strukturlage in der Mitte der Kernwand 3340 mm in einem 1 m langen Kern, wie in Tabelle 1 ersehen werden kann. Der Unterschied zwischen der Bahnkantenlänge der Strukturlage in dem Spannungsmaximum und die Bahnkantenlänge in der Mitte der Kernwand beträgt ungefähr 50 mm. Eine entsprechende Überprüfung könnte auch bei einem herkömmlich verwendeten Kern gemacht werden, der einen Innendurchmesser von 7 6 mm hat.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen insbesondere dann zur Geltung, wenn Spiralkartonkerne mit Schwergewichtigen Rollen und bei hohen Aufwickel- und Abwickelgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Kartonkerne, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, werden für Auf- bzw. Abrollgeschwindigkeiten eingesetzt, die wenigstens ungefähr 200 m/min. (3,3 m/s) betragen. Kartonkerne gemäß der vorliegenden Erfindung sind bei Aufwickel- und Abwickelgeschwindigkeiten von 800 - 900 m/min, und noch höher bis ungefähr 2500 m/min, vorteilhaft. Je breiter die Kartonlage ist, desto geringer ist deren potentielle Bahnkante pro Längeneinheit, d.h. lineare Meter, in der Initialrisse sich konzentrieren könnten. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen auch besonders bei schwereren Rollengewichten und kleineren Kernen zu Geltung, insbesondere bei Kernen mit einem Innendurchmesser von 76 mm. Die vorliegende Erfindung erbringt eine deutliche Verbesserung

der Laufeigenschaften der Kerne, die in den breitesten und schnellsten Druckerpressen eingesetzt werden, d.h. dort, wo Rollen am schwersten sind, und ermöglicht die Konstruktion solcher Papierindustriekerne, die die neuen Abmessungen von zu gestaltenden Papierrollen erfüllen. Es wurden Druckerpressen entworfen, die zur Handhabung von Papierrollen mit 1,35 m im Durchmesser gestaltet sind. Es wurden Versuche vorgestellt für Papierrollen mit einem Durchmesser von bis zu 1,5 m. Die Rollenbreite derartiger Pressen wird 3,6 m groß sein, wodurch die Gewichte der Papierrollen beträchtlich ansteigen werden, auf mehr als 6,5 Tonnen, sogar bis zu 8,5 Tonnen. Die vorliegende Erfindung schafft eine lohnende und vorteilhafte Anordnung für eine Kernkonstruktion, um diese Herausforderungen zu erfüllen.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Spiralkartonkern wird unter Verwendung von Lagenbreiten für die das Spannungsmaximum in &zgr;-Richtung in der Wand eines fertigen Kartonkerns repräsentierenden Zylinderfläche und für deren Umgebung, die die Kartonlage in der Mitte der Kernwand enthält, die bei
einem Innendurchmesser des Papierkerns von 73 mm - 110 mm,

wenigstens 185 mm betragen, vorzugsweise mehr als 210 mm

und weiter bevorzugt über 23 0 mm, einem Innendurchmesser des Papierkerns von 111 mm - 144 mm,

wenigstens 205 mm betragen, vorzugsweise über 210 mm und

weiter bevorzugt über 23 0 mm,
einem Innendurchmesser des Papierkerns von 145 mm - 180 mm,

wenigstens 210 mm betragen, vorzugsweise über 250 mm und

weiter bevorzugt 250 mm - 350 mm, und einem Innendurchmesser des Papierkerns von 181 mm - 310 mm,

wenigstens 220 mm betragen, vorzugsweise über 250 mm und

weiter bevorzugt 350 mm - 500 mm, aber

höchstens die Maximallagenbreite L_max eines jeden Kerns eines bestimmten Durchmessers, wobei

L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser ann der spezifischen Stelle).

3'¹- und 6''-Spiralkartonkerne, die gewöhnlicherweise eingesetzt werden, insbesondere in der Papierindustrie, werden gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt, indem Kartonlagen spiralförmig um einen Dorn in eine Rohrform gewickelt werden, wodurch das Nachfolgende auf die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und auf die Umgebung der Zylinderfläche, enthaltend die Papierlage in der Mitte der Kernwand, in einem 1 m langen Kartonkern zutrifft, der einen Innendurchmesser von ungefähr 76 mm (3¹') hat: L_mp < 1550 mm, vorzugsweise weniger als 1400 mm und weiter bevorzugt weniger als 1300 mm, und der einen Innendurchmesser von ungefähr 150 mm (6¹') hat:

L_mp < 2200 mm, vorzugsweise 2000 - 1500 mm und weiter bevorzugt weniger als 1500 mm,

wobei L_mp die Bahnkantenlänge der Kartonlänge auf der Zylinderfläche ist, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Kartonkernwand pro 1 linearen Meter der Kernwand repräsentiert.

Das Nachfolgende trifft auch vorzugsweise auf diese 3''- und 6'·-Kerne zu: Es wird ein Spiralkartonkern unter Verwendung von Lagenbreiten auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und in der Nähe der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Mitte der Kernwand, wobei die Lagenbreiten

bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von ungefähr 76 mm (3¹')

wenigstens 185 mm betragen, vorzugsweise mehr als 210 mm und weiter bevorzugt mehr als 210 - 240 mm, und bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von ungefähr 150 mm (6¹')

wenigstens 230 mm beträgt, vorzugsweise mehr als 250 mm

und weiter bevorzugt 250 - 450 mm, aber

höchstens die Maximallagenbreite L_max bei jedem Kern eines bestimmten Durchmessers betragen, wobei L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser an der spezifischen Stelle).

Es wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in Dickenrichtung in der Wand eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und in der Nähe der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Mitte der Kernwand, Lagenbreiten eingesetzt werden, die wenigstens 200 mm betragen, vorzugsweise mehr als 230 mm, aber weniger als die Maximallagenbreite L_max eines jeden Kerns eines bestimmten Durchmessers, wobei L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser an der spezifischen Stelle).

Kartonkerne für die Papierindustrie werden bei Aufwickel- und Abwickelgeschwindigkeiten von wenigstens ungefähr 200 m/min. (3,3 m/s) verwendet. Kartonkerne gemäß der vorliegenden Erfindung sind vorteilhaft bei Aufwickel- und Abwickelgeschwindigkeiten, die höher sind als ungefähr 300 m/min (5 m/s), typischerweise ungefähr 800 - 900 m/min, und sogar mehr, bis zu ungefähr 2500 m/min. Für derartige Auf- und Abrollbedingungen schafft die Anordnung der vorliegenden Erfindung einen Papierindustriekern mit verbesserter Einspannfestigkeit, wobei der Kern dickwandig ist und die Wanddicke H 10 mm oder mehr und der Innendurchmesser über 70 mm betragen. Die Anordnung der vorliegenden Erfindung ist auch vorteilhaft zur Verbesserung der Einspannfestigkeiten

von Kartonkernen, die ähnliche Abmessungen haben und eine höhere Spannfestigkeit erfordern.

In der Anordnung der vorliegenden Erfindung werden in einem fertigen Kartonkern mit einem Innendurchmesser von über 70 mm und einer Wanddicke von mehr als 10 mm zur Verbesserung der Spannfestigkeit auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in Dickenrichtung in der Kernwand repräsentiert, und in der Nähe der Zylinderfläche, enthaltend die Lage in der Mitte der Kernwand, Lagenbreiten verwendet, die vorzugsweise wenigstens 200 mm und weiter bevorzugt über 230 mm betragen, aber weniger als die theoretische Maximallagenbreite L_max eines jeden Kerns eines bestimmten Durchmessers, wobei L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser in dem spezifischen Punkt). Somit ist beispielsweise die theoretische Maximalbreite der mittleren Lage eines 13 &khgr; 150 mm-Kerns L_max = &pgr; &khgr; (150 mm + 1 &khgr; 13 mm) , was ungefähr 512,0 mm entspricht. Entsprechend ist die theoretische Maximalbreite der mittleren Lage eines 13 &khgr; 300 mm-Kerns L_max = &pgr; &khgr; (300 mm + 1 &khgr; 13 mm), was ungefähr 983,1 mm entspricht. Und entsprechend ist die theoretische Maximalbreite der mittleren Lage eines 15 &khgr; 76 mm-Kerns L_max = &pgr; &khgr; (76 mm +Ix 15 mm), was ungefähr 285,8 mm entspricht. Vorzugsweise beträgt aber, beispielsweise aus herstellungstechnischen Gründen, die Mittellagenbreite eines Kartonkerns 230 mm 550 mm, abhängig vom Kerndurchmesser.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen natürlich bei breiten Lagen besonders zur Geltung. Es ist aber beispielsweise bei 13 &khgr; 150 mm-Kernen vorteilhaft, eine derartige Lagenbreite auszuwählen, die die Herstellung ohne größere Schwierigkeiten ermöglicht. Die Vorteilhaftigkeit der vorliegenden Erfindung, d.h. eine Zunahme der Spannfestigkeit, ist bei Papierindustriekernen ausgeprägt, die einen kleinen Durchmesser haben, die Produktionsrate an Kernen wächst aber bei allen verschiedenen Größen der Papierindustriekerne.

Zur Herstellung eines Papierindustriekerns mit einem bestimmten Innendurchmesser wird es bevorzugt, Lagen einzusetzen, die für die besondere Kernabmessung so breit wie möglich sind. Je breiter die Lagenbreite ist, desto mehr Kernmeter werden pro Zeiteinheit hergestellt, d.h. desto höher ist die Kernproduktionsrate. Andererseits ist der Herstellungsprozess des Kerns selbst aber um so komplizierter. Beispielsweise erfordert die Spiralmaschine in der Mühle mehr Platz, je breiter die Lagenbreite wird. Somit ist es nicht möglich, wie zuvor beschriebene Papierindustriekerne mit derzeit verwendeten Spiralmaschinen herzustellen. Anstatt dessen ist eine Spezialspiralmaschine erforderlich. Nicht nur die Handhabung der breiten Lagen, beispielsweise das Auslegen der Lagen mit einer Spiralmaschine, wird weitaus komplizierter mit anwachsender Breite der Lagen. Auch die Steuerung der Spiralmaschine wird schwieriger. Die praktische Kernherstellung betreffende Gründe haben einen Einfluss darauf, wie weit es möglich ist, die Lagenbreiten an die theoretische Maximalbreite anzugleichen.

Die am meisten herkömmlich verwendeten Papierindustriekerne sind diejenigen mit einem Innendurchmesser von 76 mm (3^r ') · Typischerweise besitzt ein solcher Kern Lagen, deren Breite ungefähr 140 - 155 mm betragen, beispielsweise beträgt die Breite der Innenlage 140 mm und die der Außenlage 155 mm, mit einer geeigneten Abstufung hierzwischen. In den 13 &khgr; 150 mm (6' ') -Kernen nach dem typischen Stand der Technik sind Lagen eingesetzt, deren Breite ungefähr 150 - 155 mm betragen. Andererseits sind 13 &khgr; 150 mm-Kerne bekannt, deren breiteste Lagenbreite ungefähr 190 mm beträgt. Bei den früheren Kernen mit 155 mm breiten Lagen beträgt die Bahnkantenlänge der Mittellage in einem 1 m langen Kern ungefähr 3340 mm, wie zuvor angegeben, und bei letzteren, die mit 190 mm breiten Lagen aufgebaut sind, beträgt die entsprechende Bahnkantenlänge der Mittellage ungefähr 2700 mm.

Die Fig. 2 veranschaulicht die Bahnkantenlänge der Mittellage in einem 1 m langen Kern als Funktion der Mittellagenbreite für drei typische Papierindustriekerne: 15 &khgr; 76 mm, 13 &khgr; 150 mm und 13 &khgr; 300 mm.

Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt im Hinblick auf eine praxisgerechte Kernherstellung eine geeignete Lagenbreite, z.B. für einen 13 &khgr; 150 ram-Kern, beispielsweise ungefähr 375 mm. Eine weitere bevorzugte Strukturlagenbreite für die gleiche Kernbauart beträgt ungefähr 470 mm. Lagen mit diesen zwei Breiten, wie auch Breiten, die hierzwischen liegen, sind immer noch sehr gut in speziellen Spiralmaschinen steuerbar. Die Bahnkantenlänge einer 375 mm breiten Lage in einem 1 m langen 13 &khgr; 150 ram-Kern beträgt ungefähr 1415 mm und die Bahnkantenlänge einer 470 mm breiten Lage in einem 1 m langen Kern der gleichen Größe beträgt ungefähr 1154 mm. Beide Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung erbringen eine deutliche Verbesserung beim Kürzen der Bahnkantenlängen einer Lage im Vergleich zu typischen Anordnungen nach dem Stand der Technik, wie sie zuvor erwähnt waren, und so vermindern sie auch deutlich die potentiellen Stellen für Initialrisse pro linearem Meter des Kerns.

Wenn ein Spiralkartonkern durch spiralförmiges Wickeln schmaler Kartonstreifen um einen Dorn in eine Rohrform hergestellt wird, bildet sich zwischen zwei benachbarten Lagen in dem Kernaufbau ein Spalt. Die Spaltbreiten der zwei benachbarten Lagen eines Kartonkerns liegen im Bereich von 0,2 - 2,0 mm und auch mehr, abhängig von der Sorgfalt und der Erfahrung des Bedieners. Die Lücken zwischen zwei Lagen sind Stellen, in denen sich Initialrisse konzentrieren, wenn der Kern in der gleichen Weise belastet wird wie in der Praxis, mit anderen Worten: dynamisch. Dynamische Belastungen können in einem Test simuliert werden, wie beispielsweise gemäß dem EP-Patent 309 123. Insbesondere bei

Spannungsdauerbelastungen, wie die Belastung eines Kerns, beginnt sich ein Riss von einem Initialriss aus auszubreiten.

Je mehr Initialrisse in dem Kernaufbau vorhanden sind, desto mehr Gelegenheiten sind für einen Rissbruch da. Auch je mehr Konzentrationsstellen für Initialrisse vorhanden sind, d.h. je mehr Lücken zwischen den Spirallagen vorhanden sind, desto schneller wird ein sich fortpflanzender Riss einen anderen Initialriss erreichen, beispielsweise einen Riss, der an der gegenüberliegenden Kante der gleichen Lage beginnt. In diesem Fall wird das Lagenmaterial an dem Zusammentreffpunkt völlig zerreissen und der Kern wird sich delaminieren.

Die Definition eines Durchschnittswicklungswinkels &agr; ist in Fig. 3 dargestellt. Der Durchschnittswicklungswinkel &agr; bezeichnet einen genauen Winkel &agr; zwischen der zur Kernachse quer verlaufenden Richtung und dem Rand der Kartonlage.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Einspannfestigkeit und die Flachstauchfestigkeit von Testkernen, die einen Innendurchmesser von 50 mm haben, als Funktion der Mittellagenlängen/1000 mm unter Verwendung einer Modellstruktur. Die Einspannfestigkeitstests wurden mit einem Verfahren gemäß dem EP-Patent 309 123 durchgeführt (die vertikale Achse "Kerntestfestigkeit" bezeichnet die· Einspannfestigkeit). Der Innendurchmesser der Kartonkerne wurde auf 50 mm festgelegt, um innerhalb des erforderlichen Lagenbreitenbereichs bei Verwendung einer herkömmlichen Spiralmaschine variieren zu können. Der gleiche Effekt ist aber auch für andere Durchmesser zutreffend, wie beispielsweise Kerne, deren Innendurchmesser 76 mm und 150 mm beträgt, die für große Papierrollen allgemein verwendet werden.

Fig. 5 zeigt den Einfluss der Mittellagenlänge auf die Flachstauchfestigkeit des Kerns mit dem gleichen Kernaufbau wie in Fig. 4.

Während die Lagenbreite anwächst, wodurch auch der Durchschnittswicklungswinkel ansteigt, nimmt die Flachstauchfestigkeit des Kerns ab, wie es beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist. Die Abnahme ist bei verschiedenen Kartons unterschiedlich. Bei sehr ausgerichteten Kartons, wie beispielsweise Kartons gemäß der Erfindung des US-Patentes 3,194,275 (Spalte 3, Zeilen 4 - 14), nimmt die Flachstauchfestigkeit mehr ab als beispielsweise bei modernen, relativ rechtwinkligen Kartons, die beispielsweise in der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind. Derartige Kartons wurden in allen Beispielen, die in der vorliegenden Erfindung dargestellt sind, verwendet, die einen Orientierungsfaktor (Verhältnis der Festigkeitswerte in Maschinenrichtung (MD-Festigkeitswerte) zu denen in Maschinenquerrichtung (CD-Festigkeitswerte)) von ungefähr 1,6 - 2,5 haben. Im Gegenteil, wir verwenden in der vorliegenden Erfindung keine streng orientierten Karton.

Die Abnahme der Flachstauchfestigkeit bei anwachsender Lagenbreite kann wenigstens teilweise kompensiert werden, indem soweit als möglich eine rechtwinklige Orientierung einer Kartonlage angestrebt wird. Dies steht im völligen Gegensatz zu den Lehren der US 3,194,2 75. In der Anordnung gemäß dem US-Patent 3,194,275 ist in Spalte 3, Zeilen 4-14 angegeben, dass der höchstmögliche Orientierungsfaktor angestrebt wird, mit anderen Worten: Soweit als möglich in Maschinenrichtung in dem Karton. Dies begründet sich darin, dass das in dem US-Patent 3,194,275 dargelegte Problem versucht wird zu lösen, indem ein Spiralkern verwendet wird, der soweit als möglich, gewunden ist. In diesem Fall muss der Orientierungsfaktor natürlich so hoch wie möglich sein. In der vorliegenden Erfindung verwenden wir im Gegensatz hierzu keine stark orientieren Kartons.

Wie zuvor erörtert, hat, obwohl die Flachstauchfestigkeit oftmals als besondere Eigenschaft eines Kerns eingesetzt

wird, eine Abnahme hiervon, insbesondere in Verbindung mit hochfesten Kernen oder anderen Kernen, die schweren Spannlasten unterworfen sind, keine derartige schädliche Auswirkung unter Praxisbedingungen (= hohe dynamische Lasten) als zuerst geschätzt und höher veranschlagt wurde. Das US-Patent 3,194,275 versucht eine Lösung für Probleme zu finden, die Druck- und Biegefestigkeiten eines Kerns (US 3,194,275, Spalte 1, Zeilen 25 - 30 und 59 - 61) betreffen, die tatsächlich wesentlich sind, wenn lange, beispielsweise vorlegerartige Bahnen verwendet werden. Derartige Kerne, wie sie in der US 3,194,275 beschrieben sind, werden typischerweise zum Handling von allgemeinen Produkten eingesetzt, wie beispielsweise Teppichboden, Geweben, Kunststoffen oder "Gelegen", die bei Grabungsarbeiten zur Abtrennung von Landmassen in Straßen- oder Grundstücksböden eingesetzt sind. Derartige weite, vorlegerartige Produkte bedürfen aber keiner Stützung des Kerns. Im Gegenteil, sie belasten ihn nur, insbesondere hinsichtlich der Biegefestigkeit. Die Anwendungen von Kernen gemäß der US 3,194,275, die, wie zuvor erörtert, verwendet werden, bringen keine Spannungen durch Einspannlasten mit sich. Diese Produkte werden bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten aufgerollt, typischerweise ungefähr bei 10 - 75 m/min. Das US-Patent 3,194,275 schlägt einen Versuch vor, bei dem ein Kern, der aus in Längsrichtung des Kerns verlaufenden Lagen aufgebaut ist, d.h. ein übereinandergewickeltes Rohr, durch ein spiralförmig gewickeltes Rohr ersetzt ist, das aber versucht, ein übereinandergewickeltes Rohr soweit als möglich, nachzuahmen. Dies wird so bewirkt, dass das verwendete Material eine Kartonlage ist, die soweit als möglich in Maschinenrichtung (Spalte 3, Zeilen 4 - 14) orientiert ist und dann in einen Spiralkern aufgerollt wird, so dass er soweit als möglich einem übereinandergewickelten Rohr ähnelt. Dies wird unter Verwendung des breitesten Durchschnittswicklungswinkels ausgeführt (wie in der vorliegenden Erfindung definiert, vgl. auch Fig. 3 des US-Patentes 3,194,275, die den Durchschnittswicklungswinkel so

definiert, dass er dem Ergänzungswinkel des Durchschnittswicklungswinkels der vorliegenden Erfindung entspricht).

Die vorliegende Erfindung beruht auch auf der Entdeckung, dass wegen der dynamischen Belastung, die bei realen Belastungen von Papierindustriekernen vorhanden sind, der wesentlichste und wichtigste Aspekt bei der Beurteilung der Festigkeit und Nützlichkeit eines derartigen Kartonkerns und anderer Kartonkerne, die schweren Einspannlasten unterworfen werden, nicht die Flachstauchfestigkeit ist, sondern die Einspannfestigkeit des Kerns. Die Flachstauchfestigkeit eines Kerns ist verwendbar, um die Einspannfestigkeit überschlagsmäßig einzuschätzen, vorausgesetzt, dass andere Faktoren, wie beispielsweise Wanddicke, Innendurchmesser und die verwendeten Lagenbreiten konstant sind, d.h. der Kernaufbau konstant ist, und nur das Lagenmaterial sich ändert. Die Einspannfestigkeit wird aber normalerweise als Hauptkriterium hergenommen, wenn die Zweckdienlichkeit eines Kartonkerns beschrieben wird, und ist auch zu dessen Beschreibung grob verwendbar, wenn die zuvor genannten Beschränkungen berücksichtigt werden. Dieser Vergleich, das heißt, eine Beschreibung einer dynamischen messbaren Kartonkerneigenschaft unter Verwendung einer statisch messbaren Eigenschaft ist möglich. Dies ist aber nur möglich, wenn der Kernaufbau und andere zuvor genannte Parameter unverändert bleiben und sich nur die Ausgangsmaterialien ändern. Das Ergebnis ist aber lediglich eine grobe Einstufung, da eine statisch gemessene Eigenschaft nie direkt etwas aussagen kann, was bei dynamischen Spannungsbedingungen, wie es die Kernspannungen in der Praxis sind, passiert.

Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine Verbesserung in der Festigkeit aller Kerne, für die die Einspannfestigkeit ein wichtiges Zweckdienlichkeitskriterium ist. Wenn eine Kartonlage verbreitert wird, wächst der

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Durchschnittswicklungswinkel an, da der Kerndurchmesser unverändert bleibt. Wenn die Kartonlage breiter als vorher ist, wird der Spaltenbetrag kleiner, d.h. potentielle Stellen für Initialrisse pro Längeneinheit in einem linearen Meter des fertigen Kerns. Hierdurch werden sich die Leistungsfähigkeit, die Einspannfestigkeit und die Lastaufnahmekapazität erhöhen. Dies macht es möglich, die Herstellungskosten für einen Kern zu verringern. Früher wurden die Schwächungsauswirkungen der Spalte auf einem Kern durch einen festeren Karton kompensiert, der fester ist als es für die Anordnung der vorliegenden Erfindung notwendig ist. Andererseits wird durch eine höhere Kernproduktionsrate pro Zeiteinheit ein wirtschaftlicher Vorteil erzielt.

Vorzugsweise besteht 1/5 oder mehr der Wanddicke des Kartonkerns aus Kartonlagen, die vorzugsweise durch ein Drucktrocknungsverfahren (press drying method), beispielsweise ein sogenanntes Condebelt-Verfahren, hergestellt werden.

Die Erfindung wurde zuvor bezüglich als hinsichtlich der Erfindung bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Selbstverständlich ist dies keineswegs als Beschränkung der vorliegenden Erfindung gedacht und es ist für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass viele Alternativen und optionale Abmessungen und Modifikationen innerhalb des durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzbereichs ausführbar sind.

Claims

Schutzansprüche

Kartonkern für die Papierindustrie, der eine verbesserte Einspannfestigkeit und eine dicke Wandung hat, wobei die Wanddicke H 10 mm oder mehr und der Innendurchmesser über 70 mm beträgt, wobei die Kerne für Auf- und Abwickelgeschwindigkeiten von wenigstens ungefähr 200 m/min. (3,3 m/s) eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiralkartonkern durch spiralförmiges Wickeln von Kartonlagen um einen Dorn in eine Rohrform hergestellt wird, wobei das Nachfolgende auf die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wandung eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und auf die Umgebung der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Mitte der Kernwandung, in einem 1 m langen Kartonkern zutrifft:

bei einem Innendurchmesser des Kerns von 73 mm 110 mm:

L_mp < 1550 mm, vorzugsweise weniger als 1450 mm und weiter vorzugsweise weniger als 1300 mm, bei einem Innendurchmesser des Kerns von 111 mm 144 mm:

L_mp < 1900 mm, vorzugsweise weniger als 1650 mm und weiter vorzugsweise weniger als 1500 mm, und bei einem Innendurchmesser des Kerns von 145 mm bis 180 mm:

L_mp < 2450 mm, vorzugsweise 2200 - 1500 mm und weiter.vorzugsweise weniger als 1500 mm, wobei

L_mp die Bahnkantenlänge einer Kartonlage auf der Zylinderfläche ist, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Kartonkernwandung pro einem linearen Meter des Kartonkerns repräsentiert.
2. Kartonkern für die Papierindustrie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Nachfolgende auf die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum z-Richtung in der Wandung eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und auf die Umgebung der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Mitte der Kernwandung, in einem 1 m langen Kartonkern zutrifft,

bei einem Innendurchmesser des Kerns von 181 mm 310 mm,

^mp < 4500 mm, vorzugsweise weniger als 3900 mm,

und weiter vorzugsweise 3900 - 2000 mm, wobei

L_mp die Bahnkantenlänge einer Kartonlage auf der Zylinderfläche ist, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Kartonkernwandung pro einem linearen Meter des Kartonkerns repräsentiert.
3. Kartonkern für die Papierindustrie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiralkartonkern hergestellt ist unter Verwendung von Lagenbreiten auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wandung eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und in der Umgebung der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Mitte der Kernwandung, die

bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von 73 110 mm,

wenigstens 185 mm betragen, vorzugsweise über 210 mm und weiter vorzugsweise über 230 mm, bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von 111

- 144 mm

wenigstens 205 mm betragen, vorzugsweise über 210 mm und weiter vorzugsweise über 230 mm, und bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von 145

- 180 mm

wenigstens 210 mm betragen, vorzugsweise über 250 mm und weiter vorzugsweise 350 - 450 mm,

aber höchstens die Maximallagenbreite L_max eines jeden Kerns eines bestimmten Durchmessers sind, wobei L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser an der spezifischen Stelle) ist.
4. Kartonkern für die Papierindustrie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiralkartonkern hergestellt ist unter Verwendung von Lagenbreiten auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wandung eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und in der Umgebung der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Mitte der Kernwandung, die,

bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von - 310 mm,

wenigstens 220 mm betragen, vorzugsweise über 250

mm und weiter vorzugsweise 350 - 500 mm, aber höchstens die Maximallagenbreite L_max eines jeden Kerns eines bestimmten Durchmessers sind, wobei L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser in dem spezifischen Punkt) ist.
5. Kartonkern für die Papierindustrie nach Anspruch 1, wobei die Kartonkerne eine verbesserte Einspannfestigkeit und dicke Wände haben, die Wanddicke H 10 mm oder mehr beträgt und der Innendurchmesser über 70 mm ist, und wobei die Kerne bei Auf- und Abwickelgeschwindigkeiten von wenigstens ungefähr 200 m/min (3,3 m/s) eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachfolgende auf die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und auf die Umgebung der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Mitte der Wand, in einem 1 m langen Kartonkern zutrifft,

bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von ungefähr 76 mm (3¹¹):

L_mp < 1550 mm, vorzugsweise weniger als 1400 mm und weiter vorzugsweise weniger als 1300 mm, und

bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von ungefähr 150 mm (6¹'):

L_mp < 2200 mm, vorzugsweise 2200 - 1500 mm und

weiter vorzugsweise weniger als 1500 mm, wobei

L_mp die Bahnkantenlänge der Kartonlage auf der Zylinderfläche ist, die das Spannungsmaximum z-Richtung in der Kartonkernwandung pro einem linearen Meter des Kartonkerns repräsentiert.
6. Kartonkern für die Papierindustrie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und auf die Umgebung der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Wandmitte, Lagenbreiten verwendet werden, bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von ungefähr 76 mm (3¹¹),

die wenigstens 185 mm betragen, vorzugsweise über 210 mm und weiter vorzugsweise 210 mm bis 240 mm, und

bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von ungefähr 150 mm (6¹¹),

wenigstens 230 mm betragen, vorzugsweise über 250

mm und weiter vorzugsweise 250 mm - 450 mm, aber höchstens die Maximallagenbreite L_max eines jeden Kerns eines bestimmten Durchmessers sind, wobei L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser in dem spezifischen Punkt) ist.
7. Kartonkern für die Papierindustrie nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wandung eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und in der Nähe der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlagen in der Mitte der Kernwandung, die Breite der Kartonlagen vorzugsweise wenigstens 200 mm, weiter bevorzugt über 230 mm, aber maximal die

Maximallagenbreite L_max eines jeden Kerns eines bestimmten Durchmessers aufweist, wobei L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser an der spezifischen Stelle) ist und vorzugsweise weniger als 550 mm ist.
8. Kartonkern für die Papierindustrie nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der

Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wandung eines fertigen Kartonkerns repräsentiert, und in der Umgebung der Zylinderfläche, enthaltend die Kartonlage in der Mitte der Wandung, die Lagenbreite, bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von 73 mm - 110 mm,

wenigstens 185 mm beträgt, vorzugsweise über mm, und weiter bevorzugt über 230 mm, bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von 111 mm bis 144 mm,

wenigstens 205 mm beträgt, vorzugsweise über mm, und weiter bevorzugt über 230 mm, bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von 155 mm bis 180 mm,

wenigstens 210 mm beträgt, vorzugsweise über mm, und weiter bevorzugt 350 mm - 450 mm, und bei einem Innendurchmesser des Kartonkerns von 181 mm - 310 mm,

wenigstens 220 mm beträgt, vorzugsweise über mm, und weiter bevorzugt 350 mm bis 500 mm, aber maximal die Maximallagenbreite L_max eines jeden Kerns eines bestimmten Durchmessers ist, wobei L_max = (&pgr;) &khgr; (Kerndurchmesser an der spezifischen Stelle) ist.
9. Kartonkern nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt, vorzugsweise wenigstens 1/5 der Wandungsdicke des Kartonkerns aus Kartonlagen besteht, die vorzugsweise unter Einsatz eines Druckpressverfahrens, beispielsweise

Neuer Anspruch 10
10. Kartonkern nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass sich darauf eine Papierrolle befindet, die wenigstens 6,5 Tonnen wiegt, vorzugsweise wenigstens 8,5 Tonnen, und für Auf- und Abwickelgeschwindigkeiten einer solchen Papierrolle ausgestaltet ist.