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Vorrichtung zum Prüfen der mechanischen Festigkeit
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von flexiblen Packstoffen und Packstoffverbunden (Für diese Anmcldung
wird die Priorität der Deutschen Patentanmeldung P 32 23 002.8-52 vom 19. Juni 1982
In Anspruch Genommen) ===========================================================
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen der mechanischen Festigkeit,
insbesondere des Spaltwiderstands und des Delaminierungswiderstands, von flexiblen
Packstoffen und Packstoffverbunden. Sie findet vorzugsweise Anwendung bei der Güteprüfung
flexibler Packstoffe und bei der Güteprüfung von Klebenähten flexibler Packstoffe.
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Bei der Verarbeitung flexibler Packstoffe durch Stanzen, Rillen, Falten,
Wickeln etc. kommt es bäufig zu einer unerwünschten Spaltung des Materials, durch
die die Gebrauchseigenschaften der daraus hergestellten Packmittel bis zur Unbrauchbarkeit
ganzer Packmittelchargen gemindert werden können. Es besteht daher ein.Bedür:nis,
die Packstoffe vor ihrem Einsatz in der Verarbeitungsmaschine labormäßig einer Güteprüfung
hinsichtlich ihres Spnlt- bzw. Delaminierungswiderstands zu unterziehen.
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Bekannte Verfahren der Güteprüfung sind die quasistatischen Methoden
nach Brocht und Knittweis (DIN 54 516, Entwurf vom Nov. 1982), nach Hawkins (ASSCO,
Merkblatt 15, Apr. 1975) oder nach der französischen Norm "Dynamometre" (NF Q 03-045,
Nov. 1972) sowie die unter dynamischen Beloastungsbedingungen durchgeführte Methode
der American-Sisalcraft-Corp. (siehe J.W. Hawhins, G. Windaus, E. Potermann und
J. Steinig: "Bestimmung der Spaltfestigkeit von Vollpappe nacll einem neuen Vorschlag"
in "Wochenblatt für Papierfabrikation" Nr. 21, (1975) s. 808-811). Bei diesen Verfahren
wird eine aus dem Packstoff herausgesch@ittene Probe zwischen zwei Prüfplatten befostigt
und sodann durch eine zur Grenzflöche Prüfplatte/ Packstoff senkrecht gerichtete
Zugkraft gespalten. Die zur
Zerstörung der Probe erforderliche Kraft
oder Arbeit dient als Maß für den Spaltwiderstand bzw. für die Güteklassifizierung.
Dabei wird die gesamte Probenfläche gleichzeitig, gleichmäßig (Dynamomctre) oder
ungleichmäßig (Brecht-Knittweis,d Hawkins und American-Sisalcraft) belastet.
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Es hat sich gezeigt, daß die Art der Belastung sich dahingehend auf
das Ergebnis der Güteprüfung auswirken kann, daß bei der S@ltwiderstandsmessung
einer Reihe von Packstoffprocn die Rangfolge der Spaltwiderstände bzw. der Güteklassi
fikationen der Proben von Prüfmethode zu Prüfmethode wechselt. Auch hat sich gezeigt,
daß die i.m Labor ermittelten Ergebnisse der Güteprüfung mit den Erfahrungen bei
der maschinellen Verarbeitung nicht korrelieren, hauptsächlich wohl, weil in der
Praxis die Packstoffe unterschiedlichen Arten der Spal@belastung ausgesetzt werden
Es hat sich ferner gezeigt, daß der Zustand der Probe, insbesondere der Zustand
der Scllnittkante, einen wesentlichen Einfluß auf das Ergebnis der Prüfung haben
kann. Wenn z.B.
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durch das Schneiden der Packstoff an der Kant partiell delaminiert
wird (Trennung an der Grenzfläche zwischen einzelnen Packstofflagen), kann die Spaltung
au: rund der gegebenenfalls geringen Weiterreißfestigkeit an der Grenzfläche zweier
Lagen wesentlich anders verlaufen, als wenn Keine Delaminierung stattgefunden hat,
sondern die Schw@chste Verbundkomponente die innere Strukturfestigkeit einer Lage
@@@@@@@@@ bestimmt. Schließlich wird bei manchen Verarbeitungsvor@ängen der Packstoff
nicht flächig, sondern linienförmig belastet und gespalten. Von den bekannten Prüfmethoden
mit flächig belastender Prüfkraft können verbindliche Aussagen ihrer das Verhalten
des Packstoffs, insbesondere über dessen Spaltwiders@and gegenüber einer linienförnliS
angreifonden Spaltkraft offensichtlich nicht erwartet werden.
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Verg-eichbare Probleme wie bei der Priifung der Festigkeit von flexiblen
Packstoffen treten auch ei der Prüfung der mechanischen Festigkeit von Klebenähten
flexibler Packstoffo auf, die im Rahmen dicser Erfindung als Packstoffverbunde eigener
Art aufgefaßt werden.
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Die Güteprüfung und -überwachung der mechanischen Festigkeit von @@ebenähten
flexibler Packstoffe, insbesondere von Kartons, einschließlich Klebenähten an ferttigen
Packmitteln, beispielsweise Faltschachteln, orfordert Prüfverfahren, die sowohl
vom Hersteller als auch vom Abnehmer durchzuführen sind und die eine eindeutige
und reproduzierbare Aussage über dio @u/2lität von Packmitteln unterschiedlicher
Horkunft bzw. über deren Brauchbarkeit für bestimmte Verpackungszwecke gestatten.
Bspw. wird für die Verpackung von Zah@pastatuben oder ähnlichem, rolativ schwerem
Füllgut eine Qualität der Faltschachtel-Klebenaht gefordert, die gewährloistet,
daß die Klebenaht sich unter den Stoßbelastungen durch das sich bewegende Füllgut
nicht auflöst, bevor die Verpachung in die Hand des Endverbrauchers golangt ist.
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Bekannte Methoden zum Prüfen der mech@nischen Festigkeit von Klebenähten
flexibler Packstoffe beruhen auf dem Prinzip, zwei durch die zu prtifende @@@@@@@
Klebenaht miteinander verbundene Packstoffstreifen (einen Packstoffverbund im Sinne
dieser Erfindung) der Länge der Klebenaht nac - longritudinal - voneinander zu trennen;
die dazu erforderliche Trennkraft dient im wesentlichen als Naß für die Festigkeit
der Klebenaht.
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Zur Realisierung dieses Prinzips muß die zu prüfende Nabt zunächst
zum Teil manuell aufgetrennt werden. Bspw. wiru die Naht innerhalb der Klebefuge
manuell so weit aufgespaltest, daß ein Spalt@tab in die so entstandene Trennstelle
bzw. Öffnung eingeschoben werden kann. Zur Sinlcitung der Trennkraft werden das
aufgespaltene nde des Prüfstücks in die eine und der Spaltstab in die andere Klemme
einer Zugprüfnaschine eingespannt, und die Klebenaht wird durch die Bewegung des
Stabs im Verbund in Längsrichtung quasistatisch aufgospalten.
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Nach einer anderen methode wird das löngliche Prüfstück manuell an
einem Ende in der Klebefuge aufgespalten. Die dadurch gebildeten freien Enden der
durch die zu priifende Klebenaht miteinander verbundenen, länglichen Packstoffstreifen
werden zur Einloitung der im wesontlichen senkrecht zur Fläche der Klebenaht wirksamen
Trenrikraft mechanisch fixiert bzw. cingespannt. Wird der @ine der boidon
Streifen
fixiert und die Trennkraft über bewegliche Zwischen-@@eder am fre@en Ende deß anderen
Strcifens eingelcitet, der demnach durch die Trennkraft von dem fixierten Streifen
abgezogen - abgeschält - wird, so wird diese Methode als longitudinale Schälprüfung
bezeichnet.
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Aus der Beschreibung einer vergleichbaren Melhode zum Messen der Haftfestigkeit
einer Laminatschicht durch Abziehen eines auf die Schicht aufgeklebten Klebestreifens
bzw. einer Methode zum Messon des Klebevermögens eines Haft- oder Klebestreifens
durch longitudinale Trennung einer im Zuge des Meßvorgangs hergestellten und unmittelber
darauf wieder gelösten, vorübergehenden Verklebung ist es benannt, daß die trennende
Kraft unveränderlich senkrecht zur Fläche der Schicht gerichtet und die Trennung
mit einer definierten, gleichmäßigen Geschwindigkoit erfolgen muß, wenn die zur
Trennung erforderliche Kraft eine verlaßliche Aussage hinsichtlich der Haftfestigkeit
liefern soll; ; vgl. DE-OS 25 14 154 bzw.
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1(1 73 494. - I)ie gleichen Bedingungen werden aus den glei chen Griinden
auch bei der eingangs behandelten Prüfung der mechanischen Festigkeit von flexiblen
Packstoffen einzuhalten sein.
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Die Methoden der longitudinalen Trennung zum Prüfen der mechanischen
Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe haben den Nachteil, daß es während
der Prüfbelastung zu oiner Verformung des Packstoffs kommt, derzufolge die gemessene
frennkraft eine Komponente enthält, die auf die fliegung des Packstoffstreifens
an der Trennstelle zurückzuführen ist und durch die der Absolutwert der gemessenen
Kraft mehr oder weniger verfalscht wird. Darüber hinaus können sich infolge der
Biegebelastung an der Trennstelle Risse bilden, die die Trennfläche in außerhalb
der Klebefuge liegende Schichten des Packstoffs afdriften lassen, wodurch die Meßergebnisse
unbrauchbar werden. Diese Fehlerquellen machon sich umsomehr störond bemerkbar,
umso steifer der betreffende Packstoff ist, bspw. wenn es sich dabei um Karton handelt.
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Es hat sich demzufolse gezeigt, daß die bekannten, auf der longitudinalon
Spaltung der zu prüfenden Klebenaht beruhenden Prüfverfahren hinsichtlich der Zuverlässigkeit
und Re-
produzierbarkeit der Prüfungsergebnisse nicht allen Ansprüchen
genügen können. Insbesondere erlauben sie im Übergangsbereich der Meßwerte, die
mit Klebenähten benachbarter, aufgrund entsprechender Präparation bekannter Gütestufen
erhalten werden, keine eindeutige Zuordnung einer zu prüfenden @lebenaht zu der
einen oder der anderen dieser Gütestufen.
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Die Erfindung hat sich einerseits zum Ziel gesetzt, eine Prüfung der
mechanischen Festigkeit von flexiblen Packstoffen unter gleichbleibenden Belastungsverhältnissen
zu ermöglichen und zu diesem Zweck den zu priifenden Packstoff nicht flächenhaft,
sondern linienformig zu belasten. Damit sollen nicht nur die Verh@ltnisse bei der
lini@uförmigen Beanspruchung des Packstoffs während seiner Verarbeitung zutreffender
als bei der bekannten flächenhaften Prüfbelastung beurteilt, sondern es soll auch
ie Abhäugigkeit der Packstoffestigkeit von der Strichrichtung der Packstofflagen
erfaßt werden können; denn die linienhafte Prüfbelastung kann in jeder gewünschten
Orientierung zu der Strichrichtung erfolgen, während die flächenhafte Prüfbelastung
nur eine hinsichtlich des Einflusses der Strichrichtungen summarische Aussage liefert.
Ziel der Erfindung ist es andererseits auch, die Prüfung der mechanischen Festigkeit
von Klebenähten so zu vervollkommnen, daß eine schärfere, praktisch eindeutige Unterscheidbarkeit
der Güte von Klebenähten im Bereich zwischen zwei benachbarten Gütestufen erreicht
wird. Die Erfindung geht dabei von dem neuen Gedanken aus, die zu prüfende Klebenaht
nicht, wic bekannt, in ihrer Längsrichtung bzw. longitudinal, sonderen in ciner
davon verschiedenen Richtung, und zwar vorzugsweise senkrecht zu der Längsrichtung
bzw.
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transversal zu spalten. Die transversale Spaltung wird dabei du@ch
das Prinzip der linienförmigen Prüfbelastung ermöglicht, die in jeder gewünschten
Orientierung zu dor Längsrichtung der zu priifenuien Klebenaht erfolgfln kann.
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Die Bekannten Vorrichtungen zum Prüfender mechanischen Festigkeit
von Klebenähten flexibler Packstoffe nach den Methoden der longitudinalen Spaltung
bzw. Trennung der zu prüfenden Klebenaht sind für eine transversale Spaltung bzw.
Trennung nicht geeignet; denn weder eine gleichmässige manuclle Trennung innerhalb
der Klebefuge von der
Schmalseite der Klebenaht her, wie sie zur
Einführung eines Spaltstabes notwcndig wäre, noch eine gleichmäßige manuelle Aufspaltung
des Priifstücks innerhalb der Klebefuge von einer Längsseite der Tilebenaht cr ist
praktisch durchführbar.
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Auch stellen mechanisch einspannbare Teile der Packstoffstreifen parallel
zu der zu prüfenden Klebenaht in der Regel nicht zur Verfügung.
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Nach allem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Patentansprnchs 1 anzugeben, bei der eine linienförmige
Prüfbelastung auf einen Probestreifen eines flexiblen Packstoffs oder Packstoffverbundes
ausgoübt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst durch eine Vorrichtung,
die folgende Teile umfaßt: - eine ebene und glatte Unterlage, vorzugsweise Netallplatte;
- eine Walze aus einem Material hoher spezifischer Dichte, vorzugsweise Metallwalze,
die mittels eines senkrecht zu ihrer Achse und parallel zur Unterlage geführten
Zugseils einer die Unterlage abrollbar ist; - eine Einrichtung zur Einleitung und
Messung der über das Zugseil auf die Walzo wirkenden Kraft; - Mittel zur Verklebung
der einen Oberflache des Probestreifens mit der Unterlage und der anderen Oberflache
des Probestreifens mit der Walze; das Ganze dergestalt, daß der Probestreifen im
Bereich der jeweiligen Schnittlinie zwischen der Unterlage und einer diese senkrecht
scllneidenflen, die Achse der Walze enthaltenden Ebone gespalten wird.
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In ihrer Ausbildung zum Prüfen der mechanischen Festigkeit von Klebenähten
flexibler Packstoffe, insbesondere von Kartons, einschlie@@ich Klebenähten an fertigen
Packmitteln, beispielsweiso Faltschachteln, umfaßt die Vorrichtung erfindungsgemäß
Mittel zur Verklebung des einen von zwei durch die zu prüfende Klebenaht verbundenen
Packstoffstreifen mit seiner freien Oberfläche niit der Unterlage und des anderen
Packstoffstreifens mit seiner freien Oberfläche mit der Walze dergestalt, daß die
Längsrichtung der zu prüfonden Klebenaht parallel zur Achse der Walze und damit
die Spaltrichtung senkrecht zur Längsrichtung der Klebenaht orientiert ist.
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Bie @rfindung wird nachf@lgend in Form einer Vorrichtung zum Prüfen
der mechanischen Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe als Ausführungsbeispiel
an Hand der schematischen, nicht maßst@@@ichen Figuren 1 und 2 beschrioben; von
diesen zeigt Fig. 1 die wesentlichen Teile einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
und zwar in dem Zustand unmittelbar nach der Trennung zweier Kartonstreifen durch
transversale Spaltung einer Klebenaht, durch die sie bis dahin verbunden gewesen
sind; Fig. 2 das Prinzip des zur Anwendung gelangeneen Spaltungs-bzw. Schälverfahrens.
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Zur Prüfung gelangt eine bs@w. aus einer längs aufgeschnittonen Faltschachtel
entnommene Probs in Form zweier durch die zu priifende Klebenaht 1 verbundenen kartonstreifen
2 und 5. Die Probe wird auf definierte Maße zugeschnitten, bspw. auf eine L@nge
von 95 mm und auf eine Breite, die sich ergibt, wenn beiderseits der Klebenaht 1
ein Kartonstreifen la, 2b bzw. 3a, 3b von etwa 20 mm Breite stehen bleibt.
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t)ie Probe wird auf der Oberseite und der Unterseite mit einem doppelseitig
klebenden nand it bzw. 5 versehen und mittels des Bandes 5 auf der festen, ebenen
und glatten Oborfläche einer Unterlage 7, mit dem Strich nach oben liegend, befestigt.
Zum Anpressen wird eine Messing-Walze 8 von z.B. 100 mm Durchmessor, 100 mm Länge
und 6900 g Gewicht benutzt, die manuell bspw. 10mal über die noch mit dem oberen
Schutzstreifen des Klebebandes 4 versehene Probe abgerollt wird. Nach Entfernung
des oberen Schutzstreifcns wird die Walze 8 auf den Rand 9 der Probe aufgesetzt
und in Pfeilrichtung 10 scnkrecht zur längsrichtung 11 der Klobenaht über die Probe
abgerollt. Dabei verklebt der Kartonstreifen 2 mit der Walze 8 und wird von dieser
unter Spaltung der lebenabt 1 mitgonommen.
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Die Walze 8 ist in einer Schleppgabel 16 gelagert, an der nittig das
Zugseil 12 angrcift, durch weiches die Walze in er Pfeilrichtung 10 gezogen wird.
Die Schleppgabel 16 ist nit einer Stützvorrichtung 17 versehen, die an ihrem freien
Ende cine Rolle 18 aufweist, die auf der Grundpatte 7 abrollen kann.
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Die Stützvorrichtung 17 mit der Rolle 18 bewirkt, daß die Schleppgabel
16 paralicl zur Grundplatte 7 geführt wird, und verhindert, daß die Gabel 16 bei
entlastetem Zugseil 12 auf die Grundplatte 7 absinkt, was zur Folge hatte, daß bei
ciner Prüfung zuerst die Kraft registriert würde, die für das Hochheben der auf
die Grundplatte 7 abgesunkene Schleppgabel 16 aufzuwenden wäre.
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Das über die Umlenkrolle 13 geführte Zugseil 12 ist mit einer Kraftmeßdose
14 verbunden, über die die Prüfkraft von einer Zugprüfmaschine eingeleitet wird
und n:it der die zur Trennung der IClebenaht aufzuwendende Kraft gemessen b". einem
Neßschreiber zugelcitet wird.
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Die Geschwindigkeit, mit der der Kartonstreifen 2 abgezogen wird,
wird konstant gehalten; sie beträgt bspw. 5 mm/min.
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Die zu prüfende klebenaht wird dann quasistatisch und im übrigen unter
konstantem Schälwinkel beansprucht. als Kenngrösse der Haftfestigkeit wird die ur
Spaltung der Klebenaht erforderliche Kraft gemessen.
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blit der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die aufgrund entsprechender
Präparation bekannten Gütestufen unterschiedlichcr Klebenahtproben richtig wiedergegeben,
und die Unterschiede zwischen den Meßwerten der einzelnen Gütestufen sind groß genug,
um eine Zuordnung zu den jeweiligen Gütekategorien zu ermöglichen.
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Anhand der Beschreibung der Vorgänge beim Einsatz der Vorrichtung
gemäß der Erfindung bei der Prüfung der Festigkeit von Rlebenähten lassen sich die
Verhältnisse bei der Prüfung des Spnltwiderstands flexibler Paclcstoffe ebenfalls
unmittelbar und leicht überblicken. Es genügt sich vorzustellen, daß in der Fig.
2 die Klebenaht l wegföllt und mit 2 und 3 Schichten einer Packstoffprobe bezeichnet
sind, die in dem Bereich der bisherigen Klebenaht 1, in dem diese gemäß der Figur
noch nicht gespalten ist, und rechts davon unmittelbar zusammenhängen, während sie
links davon bis in den Bereich der senkreciit zur Zeichenebene verlaufenden Schnittlinie
zwischen der Unterlage 7 und einer diese senkrecht schneidenden Ebene, die die in
der Figur durch die Markierung des Mittelpunkts des Querschnitts der Walze 8 angedeutete
Walzenachse enthält, durch die die Schicht 2 mittels einer an die Steile des Klebebands
4 tretenden großflächigne doppelseitigen Klebefolie
mitnehmenden
Walze bereits aufgespalten worden ist. Ausschlicßlich in diesem Bercich, der auch
als Bereich, in dem die ebene Unterlage 7 die zylindrische Walze 8 tangiert, umschrieben
werden kann, findet die, im sinne der Erfindung linienförmige, spaltung der Packstoffprobe
statt.
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.ie offensichtlich auch für die Vorrichtung zum Prüfen der Klebenahtfestigkeit
zutreffend, ist dabei in für die Rapropraktisch duzierbarkeit der Meßergebnisse
günstiger Weise die Spaltkraft immer senkrecht zur Fläche der Probe gerichtet und
der spaltwinkel konstant; der letztere kann für besondere Untersuchungszwecke, bspw.
für die Ermittlung der Abhängigkeit des Spaltwidcrstands vom Spaltwinkel, durch
den Einsatz von Walzen unterschiedlichen Durchmessers variiert werden.
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Mit dem Einsatz von Walzen mit unterschicedlichen Durchmessern läßt
sich ferner auch der Einfluß der Steifigkeit des zu prüfenden Packstofs berücksichtigen.
Bspw. kann bei sehr steifem Material eine Walze 8 mit relativ großem Durchmesser
bzw.
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kleiner Krümmung verwendet werden, um den Einfluß der für die Biegebeanspruckung
aufzuwendenden Kraftkomponente auf das Meßergebnis einzuschränken.
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Für die Zwecke der Packstoff-Festigkeitsprüfung muß die Probe nicht
notwendig streifenförmig sein, sondern kann vielmehr die Oberfläche der Unterlage
7 mehr oder weniger vollkommen abdecken. Wenn die Strichrichtung der Probe berücksichtigt
erden soll, geschieht dies am einfachsten durch Orientierung nach der Abrollrichtung
der Walze 8 (Pfeilrichtung 10 in Fig. 2). Eine andere Möglichkeit besteht darin,
die Oberfläche der Probe nicht mit einer Klebefolie durchgehend, sondern mittels
eines Klebebandes nur partiell mit der Walze 8 zu verkleben. Dieses T(lebeband kann
in jeder gewünschten Richtung zur Abrollrichtung 10 der Walze 8, insbesondere also
auch in einer Strichrichtung der Probe, die zur [tichgung 10 nicht parallel ist,
oricntiort weden. Die Unterfläche der Probe wird msn dagegen in der Regel vollflächig
mit der Unterlage 7 verkleben.
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Mit der partiellen Verklebung z@ischen Probenoberfläche und Walze
8 hat man es ferner auch in der Hand, die Spaltung unmittelbar am Rand der Probe,
wie nach der Fig. 2 anzunehmen, oder aber erst in einem, in Pfoilrichtung 10 gesehen,
dahinter liegenden Bereich, also innerhalb einor äußeren Begrenzung
der
Probe, einzuleiten.
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Um eine zur Überwindung größerer spaltwiderstände gegebenenfalls erwünschte
Verbesserung der ilaftung zwischen Klebeband bzw. -folie und Oberfläche der Probe
einerseits sowie Mantel der Walze 8 andererseits bzw. zwischen Klebefolie und Unterfläche
der Probe einerseits sowie Untorlage 7 andererseits zu erreichen, kann das Gewicht
der Walze durch Vergrößerung ihrer Abmessungen oder Wahl eines Materials von größerer
spezifischer Dichte heraufeesotzt werden, oder der Auflagedruck der Walze kann durch
Anbringung zusätzlicher Gewichte, bspw.
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an durch die Schleppgabel nach außen ragenden Stummeln der Walzenachse,
vergrößert werden.
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L e e r s e i t e