DE69111536T2

DE69111536T2 - Mit Festigkeitsteuerung Prägen und so hergestelltes Papierprodukt.

Info

Publication number: DE69111536T2
Application number: DE69111536T
Authority: DE
Inventors: Galyn Arlyn Schulz
Original assignee: James River Corp of Virginia
Current assignee: Fort James Corp
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2011-09-05
Also published as: US5490902A; DE69111536D1; EP0475671A2; ATE125587T1; ES2075362T3; EP0475671A3; EP0475671B1; US5383778A

Description

Technischer Bereich

Die Erfindung betrifft faserige Papiererzeugnisse, wie etwa Papierhandtücher oder Toilettenpapier, und im einzelnen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prägen von Papiererzeugnissen, um die Festigkeitseigenschaften des Erzeugnisses zu modifizieren. Das Verfahren und die Vorrichtung erzeugen ein verbessertes Papiererzeugnis, bei dem die Längsund Quer-Zugfestigkeiten noch mehr nahezu gleich sind.

Hintergrund

Papiererzeugnisse, wie etwa Papierhandtücher und Toilettenpapier, werden täglich für eine Vielfalt von Haushaltserfordernissen in weitem Umfang benutzt. In typischer Weise sind solche Erzeugnisse aus einer faserigen, länglichen Bahn gebildet, die abgepackt und in Rollen verkauft wird. Perforierungen sind zwischen Bögen der Bahn vorgesehen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, bequem einen gewünschten Abschnitt von der Rolle für den Gebrauch abzutrennen. Bei der Bildung der Bahn werden sehr kleine Körner oder Fasern, die in einem Zerfaserungsvorgang erzeugt wurden, miteinander verklebt, um eine längliche Bahn zu bilden. Die Fasern trachten danach, sich in Längsrichtung zu erstrecken, und deshalb werden beim Verklebungsvorgang die Fasern im wesentlichen endweise in der Längsrichtung der Bahn verklebt, während die Fasern in der Bahn-Querrichtung im wesentlichen nebeneinanderliegen. Somit hat die Bahn im allgemeinen eine größere Zugfestigkeit in der Längen- oder Längsrichtung, da die Faserverklebungen im wesentlichen versetzt sind und die Festigkeit der Fasern eine größere Rolle beim Herstellen der Zugfestigkeit in Längsrichtung spielt, verglichen mit der Breiten- oder Querrichtung, in der die Festigkeit der Verklebung zwischen den benachbarten Fasern eine größere Komponente der Zugfestigkeit bildet.
Die größere Festigkeit in der Längsrichtung ist dahingehend von Vorteil, daß die Bahnen im allgemeinen in Längsrichtung so zugeführt werden, daß die Zuglasten, die während der Herstellung und Handhabung eingeleitet werden, leichter von der Bahn weitergeleitet werden. Dies kann jedoch sehr oft zu Problemen bei der Benutzung durch den Verbraucher und bei der Vorstellung des Verbrauchers vom Erzeugnis führen. Es wird beispielsweise bei der größeren Festigkeit in der Längsrichtung oft schwierig, das Erzeugnis gleichmäßig an den Perforierungen abzureißen, wenn der Verbraucher einen gewünschten Abschnitt von der Erzeugnisrolle entfernt. Im allgemeinen sind solche Papiererzeugnisse an einem Spender angebracht, und der Verbraucher wird nur eine Hand benutzen, um ein Handtuch oder mehrere Handtücher von der Rolle abzureißen. Oft wird das Handtuch dazu neigen, längs der Längenrichtung zu reißen, statt gleichmäßig längs der Perforierungen abzureißen, und zwar infolge der erhöhten Zugfestigkeit in der Längsrichtung, verglichen mit der Querrichtung. In der Verwendung wird das Papier oft infolge der niedrigeren Zugfestigkeit in der Querrichtung versagen (was beispielsweise zum Abreißen in der Längsrichtung führt), so daß das Publikum vom Handtuch die Vorstellung gewinnen wird, daß es weicher oder fehlerhaft ist, so daß das Vertrauen des Benutzers hierdurch gemindert wird.
Um die Vorstellung der geringen Festigkeit zu überwinden, kann die Gesamtfestigkeit des Handtuchs zwar kräftiger ausgebildet werden, doch führt dies zu einer sogar noch weiteren Erhöhung in der Festigkeit in der Längs- oder Maschinenrichtung des Handtuchs, wobei das Handtuch noch teurer wird, und das Problem beim Abtrennen des Handtuchs von einer Rolle während der Ausgabe ist nicht gelöst. Somit ist es erwünscht, ein Papiererzeugnis zu bilden, das Zugfestigkeiten in der Längsrichtung (Maschinenrichtung) und Querrichtung (Maschinen-Querrichtung) aufweist, die im wesentlichen gleich oder noch mehr gleich sind, verglichen mit der herkömmlich gebildeten Papierbahn.
Faserige Bahnen sind in typischer Weise geprägt, um die Fülle des gewebeähnlichen Materials zu erhöhen und die Saugfähigkeit, Weichheit und das Aussehen des Produkts sowohl als Einzelbahnen als auch bei der Bereitstellung einer gleichförmigen Rollenverpackung zu verbessern. Um eine gleichförmige und attraktive Verpackung vorzusehen, wurden vorausgehende Prägetechniken benutzt, um sicherzustellen, daß die Einprägungen der benachbarten Lagen der Rolle nicht ineinandergreifen. Beispielsweise offenbart die US-A- 4 803 032 (Schulz) ein Verfahren zum Einprägen eines porösen Bogens, was dadurch zu einer gleichförmigen Rolle führt, daß man das Ineinandergreifen der Einprägungen aufeinanderfolgender Lagen der Rolle verhindert. Wie im Schulz-Patent offenbart, sind faserige Bogenerzeugnisse, die auf einer Papierherstellungsmaschine erzeugt sind, in der Zugfestigkeit ungleichförmig. Solche faserigen Erzeugnisse haben eine größere Zugfestigkeit in Maschinenrichtung (d.h. der Längsrichtung oder der Richtung, in welcher der Bogen zugeführt wird) als in der Maschinen-Querrichtung. Somit wurden Einprägungen verwendet, um das Aussehen und die Saugfähigkeit zu verbessern, aber sie wurden nicht als die Lösung des Problemes bei der Bereitstellung eines faserigen Bogenerzeugnisses erkannt, bei dem die Zugfestigkeiten in Maschinenrichtung und Maschinen-Querrichtung noch mehr gleich sind.
Die US-A-3 544 420 (Murphy et al.) offenbart ein gekrepptes, gewebeartiges Erzeugnis für verschiedenartige Anwendungen, wobei es das Ziel der Erfindung ist, die Festigkeit des gewebeartigen Stoffes zu erhöhen. Murphy et al. erkennen, daß die gewebeartigen Erzeugnisse in der Maschinen-Querrichtung besonders schwach sind, und erhöhen die Festigkeit des gewebeartigen Materials durch Benutzen einer Einprägung, um zwei oder mehr übereinanderliegende Bahnen in gegenseitige sperrende Verbindung zu bringen, wobei die Linien der Kreppbildung unter einem Winkel zur Längs- und Querrichtung der zusammengesetzten Bahn verlaufen. Murphy et al. erreichen gleichförmigere Festigkeitsmerkmale durch Anordnen übereinandergelegter Rohmaterial-Bahnschichten, wobei die Längsrichtungen zueinander winklig angeordnet sind und wobei beide Schichten bezüglich der Längskanten des Verbundmaterials winklig angeordnet sind. Somit weist die Festigkeit in Maschinenrichtung und Maschinen-Querrichtung des Verbundmaterials jeweils Komponenten der Maschinenrichtung und der Maschinen-Querrichtung der Rohmaterialbahn- Bestandteile auf. Während eine solche Anordnung gleichförmigere Festigkeitseigenschaften liefert, erfordert die Bildung einer solchen Verbundbahn das spiralige Wickeln der Rohmaterialbahn, was in hohem Umfang den Bahnbildungsvorgang kompliziert. Eine solche Anordnung ist für die Bildung verhältnismäßig billiger, hinsichtlich der Kosten wettbewerbsfähiger Papiererzeugnisse, wie etwa Papierhandtücher und Toilettenpapier, nicht geeignet.
US-A-4 191 609 (Trokhan) offenbart einen absorbierenden Papierbogen und ein Herstellungsverfahren hierfür, bei dem das Papier so gebildet ist, daß es eine Anordnung nicht komprimierter Zonen aufweist, die sowohl in Maschinenrichtung als auch in Maschinen-Querrichtung gestapelt sind. Bei dem papierbildenden Vorgang wird vor der Endtrocknung ein Netzwerk aus Pfostenketten-Linienanordnungen bzw. -Lineamenten auf der unfertigen Bahn aufgeprägt, wobei die Linienanordnungen bzw. Lineamente alternierend beabstandende Bereiche verdichteter Fasern und nicht-verdichteter Fasern umfassen. Wenn das Papier gekreppt wird, liefert es einen Bogen mit verhältnismäßig großer Fülle, der ein verbessertes Dehnungsverhältnis in Maschinen-Querrichtung zur Maschinenrichtung aufweist. Die Trokhan-Anordnung macht jedoch den Papierbildungsvorgang komplizierter und außerdem erbringt das Trokhan-Verfahren, da die Festigkeit des Papiers während der anfänglichen Formung bestimmt wird, nicht den Vorteil, während der Formung und Zuführung der Bahn eine erhöhte Festigkeit in Maschinenrichtung zu haben.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anpassen der Festigkeitseigenschaften einer Papierbahn vorzusehen, so daß die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung und in der Maschinen- Querrichtung noch mehr nahezu gleich sind. Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anpassen der Festigkeitseigenschaften einer Papierbahn vorzusehen, worin der Vorteil genutzt wird, eine Papierbahn mit einer höheren Anfangs-Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung zu haben, während die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung vor der endgültigen Formung und Verpackung der Bahn geschwächt wird.
Es ist ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein faseriges Papiererzeugnis vorzusehen, worin die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung näher an der in Maschine-Querrichtung liegt, ohne daß man den ursprünglichen Papierbildungsvorgang abändert.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Prägeverfahren bzw. eine Prägevorrichtung vorzusehen, das bzw. die die Festigkeitseigenschaften einer Papierbahn modifiziert, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, das bzw. die in schon vorliegenden Herstellungs-/Prägesystemen auf der Grundlage einer Umrüstung ausgeführt werden kann.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Prägevorrichtung vorzusehen, die die Festigkeitseigenschaften der Bahn dadurch abändert, daß man ausgewählte Abschnitte von Ausstülpungen einer Prägewalze mit Höhen versieht, die größer sind als die anderen Abschnitte der Ausstülpungen, so daß Fasern der Bahn während des Einprägens gebrochen werden, wodurch man die Festigkeitsmerkmale der Bahn anpaßt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine längliche, faserige Papierbahn vorgesehen, die sich in Längsrichtung der Bahn erstreckende Fasern und eingeprägte Muster aufweist, von denen Teile eine Tiefe aufweisen, die ausreicht, um Fasern zu brechen, die sich in der Längsrichtung erstrecken, und die Längs-Zugfestigkeit verringern.
Der Anspruch sieht auch ein Verfahren zum Verringern des Verhältnisses zwischen der Längs-Zugfestigkeit und der Quer-Zugfestigkeit einer länglichen, faserigen Papierbahn mit Fasern vor, die sich in der Längsrichtung erstrecken, wobei das Verfahren das Zuführen der Bahn in der Maschinenrichtung bis über eine Prägeeinrichtung hinaus umfaßt, die die Bahn prägt, wobei ausgewählte Abschnitte tiefer eingeprägt werden als andere Abschnitte, wodurch mindestens einige der Fasern der genannten Bahn, die sich in der Längsrichtung erstrecken, in den genannten, ausgewählten Abschnitten gebrochen werden.
Ferner ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zum Einprägen einer Bahn zum Abändern der Zugfestigkeit der Bahn vorgesehen, worin die Bahn eine erste Zugfestigkeit aufweist, die sich längs der Längs-Längenerstreckung der Bahn erstreckt, und eine zweite Zugfestigkeit, die sich in einer Richtung quer zur genannten ersten Richtung erstreckt, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
Mittel zum Zuführen der genannten Bahn in der Maschinenrichtung; und
Prägemittel zur Bildung eines eingeprägten Musters in der genannten Bahn, wobei die genannten Prägemittel Festigkeits-Abschwächungsmittel umfassen, um die Zugfestigkeit der genannten Bahn in der genannten ersten Richtung zu verringern, wobei die genannten Festigkeits-Abschwächungsmittel ausgewählte Abschnitte der genannten Prägemittel umfassen, mit Höhen, die ausreichend sind, um Fasern in der genannten Bahn zu brechen, die sich in der Maschinenrichtung erstrekken.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung umfassen die genannten Prägemittel vorstehende Mittel, um in die genannte Bahn vorzustehen, um das eingeprägte Muster zu bilden, worin die genannten vorstehenden Mittel nicht-gleichförmige Höhen so aufweisen, daß ausgewählte Abschnitte der genannten vorstehenden Mittel noch tiefer in die genannte Bahn hinein vorstehen.
Bevorzugt umfassen die Prägemittel eine Prägewalze, an der die genannten vorstehenden Mittel getragen sind, und es ist auch bevorzugt, daß die Vorrichtung ferner Gegenmittel aufweist, die den Prägemitteln entgegengesetzt sind, um die Bahn gegen die Prägemittel so anzudrücken, daß die genannten vorstehenden Mittel in die genannte Bahn eindringen.
Andere bevorzugte Merkmale der Vorrichtung sind festgelegt in den Ansprüchen 8 bis 19 der beigefügten Ansprüche und noch detaillierter in der folgenden Beschreibung beschrieben.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Bahn an einer Prägevorrichtung vorbeigefördert, die ein Prägemuster in der Bahn bildet, wobei die Prägevorrichtung eine Anzahl vorstehender Teile aufweist, die in die Bahn hinein vorstehen, um das Prägemuster zu bilden. Ausgewählte Abschnitte der vorstehenden Teile weisen eine Höhe auf, die ausreicht, um Fasern zu brechen, die in Maschinenrichtung der Bahn verlaufen, um hierdurch die Zugfestigkeit der Bahn zu verringern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine herkömmliche Prägewalze vorgesehen, und Oberflächenabschnitte der Prägewalze sind neben Abschnitten der vorstehenden Teile weggraviert, um hierdurch die Abschnitte der vorstehenden Teile mit einer vergrößerten Höhe zu bilden. Bevorzugt ist eine Gegenwalze oder Stützwalze vorgesehen, die eine elastische oder federnde Außenoberfläche umfaßt, um die Bahn gegen die Prägewalze so anzudrücken, daß die elastische Oberfläche in die eingravierten Abschnitte hineinfließt, und die Bahn wird eingeprägt, wenn sie zwischen der Prägewalze und der Abstützwalze hindurchläuft, was zu einem Prägemuster mit ausgewählten Abschnitten führt, die tiefer eingeprägt sind als andere, wobei die ausgewählten Abschnitte tief genug eingeprägt sind, um Fasern zu brechen, die in der Längsrichtung oder Maschinenrichtung der Bahn verlaufen. Zusätzlich können ausgewählte Abschnitte der vorstehenden Teile mit abgeschrägten oder geneigten Seitenwandabschnitten versehen sein, während andere Seitenwände im wesentlichen vertikal sind, so daß die vertikalen Abschnitte eine größere Neigung dazu aufweisen, Fasern der Bahn abzubrechen, die sich in der Maschinenrichtung erstrecken, um hierdurch die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung abzuschwächen.
Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele und mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer zusammengebauten Anordnung aus einer Prägewalze und einer Abstützwalze ist, die geeignet ist zur Verwendung beim Anpassen der Festigkeitseigenschaften einer Bahn, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ein vorderer Schnitt der Prägewalze ist, vorgenommen längs Schnitt A-A der Figur 1;
Figur 3 eine Perspektiv-Teilansicht einer Prägewalze zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 4A-C Perspektivansichten unterschiedlicher Ausstülpungsausführungen zur Verwendung bei der Prägewalze der Figur 1 darstellen; und
Fig. 5A und 5B eine Perspektivansicht und einen vergrößerten Perspektivschnitt eines Papierhandtuchs darstellen, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Wie in Figur 1 gezeigt, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Bahn 10 in Richtung des Pfeiles D gefördert, beispielsweise mittels stromaufwärts gelegener Förderwalzen 12 und stromabwärts gelegener Förderwalzen 14. Bevorzugt wird die Bahn in der Richtung gefördert, in der sie die größte Zugfestigkeit aufweist, was hier als die Maschinenrichtung bezeichnet wird. Die Bahn wird an einer Prägewalze 16 und einer entsprechenden Andruck- oder Gegenwalze 18 vorbeigefördert, von denen jede drehbar auf Achsen 20 und 22 angebracht ist. Die Andruckwalze 18 ist so ausgebildet, daß sie eine federnde äußere Oberfläche aufweist, beispielsweise ist sie aus Gummi so gebildet, daß die Bahn 10 zwischen den Walzen 16 und 18 gepreßt wird und die federnde Oberfläche der Gegendruckwalze 18 die Bahn rund um die Ausstülpungen 30, 32 herum verformt, die an der Prägewalze ausgebildet sind.
Wie durch gestrichelte Linien 34 in Figuren 1 und 2 gezeigt ist, sind Abschnitte der Oberfläche 36 zu den Ausstülpungen 30, 32 benachbart so eingraviert, daß eine erhöhte, wirksame Höhe der Ausstülpung vorgesehen ist. Die elastische oder federnde nachgiebige Walze 18 wird gegen die Prägewalze 16 angedrückt, wenn die Bahn zwischen diesen hindurchläuft, und der Gummi fließt in die eingravierten Abschnitte, so daß eine tiefere Einprägung dank der eingravierten Abschnitte vorgesehen wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können Walzen benutzt werden, die gegenwärtig beim Einprägen von Papierbahnen benutzt werden, wobei die ausgewählten Abschnitte (die noch eingehender nachfolgend beschrieben werden) durch Eingravieren so entfernt werden, daß das vollständige Ersetzen der Walzen nicht notwendig ist und die vorliegenden Walzen abgeändert werden können, um die vorliegende Erfindung auszuführen.
Es wird wieder auf Figur 1 Bezug genommen; die Prägewalze wird sich in einer Richtung drehen, die durch einen Pfeil C bezeichnet ist, und die eingravierten Abschnitte in dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Oberflächenabschnitte nahe dem stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abschnitt der Ausstülpungen umfassen. Die stromabwärts gelegenen Abschnitte der Ausstülpung werden als der Abschnitt bezeichnet, der die Bahn als erster berührt, wie bei 30a, 32a angezeigt, wenn sich die Walze in der Richtung dreht, die durch den Pfeil C bezeichnet ist. Der stromaufwärts gelegene Abschnitt wird als der Abschnitt bezeichnet, der die Bahn als letzter berührt (in Relation zum stromaufwärts gelegenen Abschnitt), wie bei 30b, 32b angezeigt ist.
Wie in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 gezeigt, umfaßt die Prägewalze Ausstülpungen 30 mit einer Länge, die in Maschinenrichtung verläuft (quer zur Walzenachse), wie auch solche, die eine Länge aufweisen, die sich quer zur Maschinenrichtung oder in Maschinen-Querrichtung erstreckt (im wesentlichen parallel zur Walzenachse).
Um die Zugfestigkeit der Bahn in der Maschinenrichtung zu verringern, ist es notwendig, die Fasern zu brechen, die sich in der Maschinenrichtung erstrecken. Um dies zu erreichen, ist es erwünscht, Abschnitte vorzusehen, die die Bahn in einer Richtung quer zu den Bahnfasern einprägen können, oder, in anderen Worten, in der Maschinen-Querrichtung. Somit sind die Kanten der Ausstülpungen 30, 32, die sich in der Maschinen-Querrichtung erstrecken, mit einer Höhe versehen, die größer ist als die der Abmessung, die sich in Maschinenrichtung erstreckt. Wie deutlicher in Figur 3 angezeigt, sind Vertiefungen nahe dem stromabwärts (30a, 32a) und stromaufwärts (30b, 32b) gelegenen Enden der Ausstülpungen so ausgebildet, daß die Enden eine vergrößerte Höhe in bezug auf die verbleibenden Abschnitte der Ausstülpung aufweisen werden.
Um das Reißen der Fasern in Maschinen-Querrichtung zu verhindern oder zu verringern, sind die Kanten, die bei 37 der Figur 2 gezeigt sind, bevorzugt geneigt. Die geneigten Seitenwände 37 sorgen für eine flachere Berührungsfläche, die nicht so viel Bruch der Fasern veranlaßt, die in Maschinen-Querrichtung verlaufen. Die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Kanten 30a, 30b sind in Auf- und Abrichtung (d.h. senkrecht zur Walzenfläche) mehr gerade, so daß eine größere Neigung vorliegt, Fasern zu brechen, die sich in der Maschinenrichtung erstrecken. Das Merkmal "geneigt gegen schräg" ist besonders wirksam beim Verringern der Festigkeit mehr in Maschinenrichtung, da die Gummi-Gegendruckwalze rund um die Ausstülpung herumfließt und das Reißen der Fasern leichter an der geraden stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Kante verursachen kann. Es sei vermerkt, daß die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Kanten tatsächlich eine sehr geringe Neigung (beispielsweise 6-7º) aufweisen können, um die Kanten daran zu hindern, übermäßig scharf zu sein. Es sei auch vermerkt, daß die Neigung oder Flachheit der Kanten 37 nicht übermäßig sein kann, da eine übermäßig flache Seitenkante zum Verlust der Definition des eingeprägten Musters führen kann.
Die Seitenwände oder Kanten der Ausstülpungen sind in den Figuren 3 und 4 mit im wesentlichen derselben Neigung oder demselben Winkel an allen Seiten gezeigt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß, falls gewünscht, gewählte Seiten auch geneigt sein können, um die Fähigkeiten der Ausstülpungen zum Brechen der Fasern in Maschinenrichtung im Gegensatz zur Maschinen-Querrichtung zu differenzieren. Es wird auch darauf hingewiesen, daß die vorteilhaften Ergebnisse der vorliegenden Erfindung selbst dort erreicht werden können, wo die Seitenwände im wesentlichen dieselbe Neigung haben. Insbesondere wird bei der Walze, die in Figur 2 gezeigt ist, selbst dann, wenn man im wesentlichen vertikale Seiten bei 37 benutzt, eine größere Schwächung in der Maschinenrichtung als Ergebnis der eingravierten Oberflächenabschnitte neben dem stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Ende der Ausstülpungen erreicht.
Figur 4A zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht der Ausstülpungen 30, 32 der Figur 3. Als Ergebnis der Vertiefungen 40, 42 (die beispielsweise durch Gravieren gebildet sind) wird die Höhe der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abschnitte der Ausstülpungen eine größere wirksame Höhe 50, 52 neben dem eingravierten Abschnitt aufweisen, verglichen mit der Höhe der Ausstülpung neben den nichteingravierten Abschnitten, wie bei 60, 62 angezeigt. Während einer Prägetätigkeit werden die Kanten der Ausstülpung, an denen die Ausstülpung die größte Höhe hat, am tiefsten in die Bahn eindringen und hierbei zu einem Bruch der Fasern der Bahn führen, die in Maschinenrichtung verlaufen, und zur Verursachung einer hieraus folgenden Abnahme in der Zugfestigkeit der Bahn in Maschinenrichtung. Beispielsweise werden, wie in Figur 4A gezeigt, die Kantenabschnitte, die bei 31a, 31b, 32a, 32b gezeigt sind, am tiefsten in die Bahn eindringen, wobei diese Kanten quer zur Bahn verlaufen, um hierdurch die Fasern zu brechen, die in der Längsrichtung der Bahn verlaufen. Die Kanten werden somit tief in die Bahn eindringen, um die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung abzuändern, während die Kanten, die in Maschinenrichtung 31c, 33c verlaufen, nicht so tief eindringen.
Das obige Ausführungsbeispiel ist lediglich darstellend für die erfindungsgemäßen Merkmale der vorliegenden Erfindung; die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht als auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt angesehen werden, da auch andere Ausführungsbeispiele innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden. Somit sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf den Gebrauch von Ausstülpungen beschränkt ausgelegt werden, die Längen aufweisen, die parallel und senkrecht zur Walzenachse verlaufen. Ein bezeichnender Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Einprägung ausgewählter Abschnitte noch tiefer als an anderen Abschnitten, so daß die Fasern, die in der festeren Richtung verlaufen, gebrochen werden, während die Festigkeit in der Maschinen-Querrichtung im wesentlichen beibehalten wird.
Beispielsweise kann sich, wie in Figur 4B gezeigt, die Länge der Ausstülpung 80 unter einem Winkel bezüglich der Maschinenrichtung und der Maschinen-Querrichtung erstrecken. Wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 4A können entsprechende Ausstülpungen vorgesehen sein, die sich senkrecht zur Ausstülpung erstrecken, die in Figur 4B gezeigt ist, doch da die eingravierten Abschnitte 82 im wesentlichen dieselben wären, ist nur eine einzige Ausstülpung in Figur 4B dargestellt. Wie in Figur 4B gezeigt, sind Abschnitte 82 von der Oberfläche der Walze ausgehend so eingraviert, daß die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abschnitte der Ausstülpungen 80a, 80b tiefer in die Bahn hinein vorstehen und hierbei Fasern brechen, die sich in der Längsrichtung der Bahn erstrecken. Die eingravierten Abschnitte werden V- und umgekehrt-V-förmige Abschnitte mit größerer Tiefe als die verbleibenden Abschnitte der Einprägung bilden. In bezeichnender Weise ist die Abmessung in Maschinen-Querrichtung der Ausstülpung, die tiefer in die Bahn eindringt, größer als die Abmessung in Maschinenrichtung, so daß es die Wirkung ist, die Bahn in der Maschinenrichtung durch Brechen (in Maschinen-Querrichtung) der Fasern zu schwächen, die sich in der Maschinenrichtung erstrecken. Wo sich die Ausstülpungen unter einem Winkel erstrecken, wie in Figur 4B gezeigt, kann die Ecke, die bei 80C gezeigt ist, den am tiefsten, vorstehenden Abschnitt bilden, der zusätzlich infolge der Schärfe der Ecke zu einer unzulässig großen Eindringung in die Bahn und einem möglichen Einreißen führen kann. Das unzulässig hohe Eindringen kann durch Abrunden der Ecke oder durch Bilden einer mehr abgeflachten Ecke verhindert werden, wie beispielsweise durch gestrichelte Linien 83 in Fig. 4B gezeigt.
Figur 4C stellt ein noch anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, worin statt des Eingravierens von Abschnitten von der Oberfläche der Walze aus die Ausstülpungen mit unterschiedlichen Höhen versehen sind, die sich von der Walzenoberfläche aus erstrecken. Die Ausstülpung 90, die in der Figur 4C gezeigt ist, kann in einer Anordnung benutzt werden, in der die Ausstülpungen parallel und senkrecht zur Maschinenrichtung verlaufen, wie in Figur 4A gezeigt, oder können dort benutzt werden, wo sich die Ausstülpungen unter einem Winkel bezüglich der Maschinenrichtung erstrecken, wie in Figur 4B gezeigt, wobei sich zusätzliche Ausstülpungen wahlweise noch senkrecht hierzu erstrecken. Wie in Figur 4C gezeigt, weisen die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Kanten der Ausstülpungen 90a, 90b Höhen auf, die größer sind als die Höhen der Ausstülpung zwischen den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Kanten, wie bei 92 bezeichnet. Wie oben unter Bezugnahme auf Figur 4B bezeichnet, kann, wenn die Ausstülpungen der Figur 4C unter einem Winkel bezüglich der Maschinenrichtung angeordnet werden sollen, ein V-förmiger Abschnitt die tiefere Prägehöhe bilden, wobei die Abmessung des V in der Maschinen-Querrichtung größer ist. Die Abschnitte, die die größere Höhe aufweisen, brechen Fasern, die sich in der Maschinenrichtung erstrecken, und schwächen hierdurch die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung und liefern einen Bogen, der noch mehr nahezu gleiche Zugfestigkeiten in der Maschinenrichtung und in der Maschinen-Querrichtung aufweist.
Die Figuren 5A und 5B stellen eine Perspektivansicht und einen vergrößerten Perspektivschnitt eines Papierhandtuchs dar, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildet wurde. Wie in Figur 5A gezeigt, umfaßt die längliche Bahn 100 eine Vielzahl von Bogen 101, die durch Perforierungen 102 getrennt sind. In einem Handtuch, das beispielsweise unter Benutzung der Prägewalze der Figur 3 gebildet wurde, ist eine Vielzahl von Einprägungen 104 als Vertiefungen in der Bahn vorgesehen. Nur ein Anteil des eingeprägten Musters ist in Figur 5A der leichteren Darstellung halber gezeigt, aber es wird darauf hingewiesen, daß sich das Prägemuster im wesentlichen quer über die Gänze der Bahn erstreckt. Die Figur 5B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Schnitts S der Figur 5A. Wie in Figur 5B gezeigt, umfassen die Vertiefungen, die sich aus den Ausstülpungen der Prägewalze (Figuren 1 bis 3) ergeben, Abschnitte, die sich in der Maschinenrichtung sowie in der Maschinen-Querrichtung erstrecken, wobei die Komponente der Vertiefung, die sich in der Maschinen-Querrichtung erstreckt, eine so vergrößerte Tiefe aufweist, daß die Fasern der Bahn, die sich in der Maschinenrichtung erstrecken, gebrochen werden. Wie in Figur 5B gezeigt, hat die Vertiefung 130, die eine Länge aufweist, die sich in Maschinenrichtung erstreckt, eine Tiefe, die für die (Breiten-)Kante größer ist, die sich in der Maschinen- Querrichtung erstreckt, wie bei 130a bezeichnet (es sei vermerkt, daß der Bequemlichkeit halber die Zahlen der Figur 5B mit den Vertiefungen übereinstimmen, die durch das entsprechend numerierte Element in Figur 4A gebildet sind; die Zahlen der Figur 5B liegen jedoch in der 100ter-Serie). In gleichartiger Weise ist bei der Vertiefung 132 der Bahn, die sich quer zur Maschinenrichtung erstreckt, die Kante der Vertiefung 132A, die sich in der Maschinen-Querrichtung erstreckt, größer als die für die Breite der Vertiefung, die sich in der Maschinenrichtung erstreckt. Somit ist die tiefere Vertiefung für Komponenten der Ausstülpungen vorgesehen, die sich in der Maschinen-Querrichtung erstrecken, und brechen hierdurch die Fasern der Bahn, die sich in der Maschinenrichtung erstrecken, und erzeugen ein Handtuch mit mehr gleichmäßiger Zugfestigkeit in sowohl der Maschinenrichtung als auch der Maschinen-Querrichtung.
Es sei vermerkt, daß die Tiefenänderung des eingeprägten Musters der Figur 5B etwas übertrieben sein kann, da in Abhängigkeit von der federnden Nachgiebigkeit der faserigen Bahn die sich ergebenden Tiefenunterschiede nur gering sein können. Während des Prägevorganges wird jedoch als Ergebnis der tieferen Eindringung (und in dem Fall, wo geneigte und vertikale Seitenwände benutzt sind, beispielsweise Figur 2, der schärferen Eindringung) die Bahn in der Maschinenrichtung geschwächt und ergibt hierbei ein Handtuch, das mehr nahezu gleiche Festigkeiten in der Maschinenrichtung als auch in der Maschinen-Querrichtung aufweist.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet zum Modifizieren der Festigkeitsmerkmale in Papiererzeugnissen, wie etwa Papierhandtüchern oder Papiertaschentüchern, ohne zusätzliche Schritte beim Herstellungsvorgang zu erfordern, da herkömmlicherweise solche Erzeugnisse geprägt sind, um ihr Aussehen und ihre Saugkraft zu verbessern. Im allgemeinen werden die Lagen eines Handtuchs oder Taschentuchs eingeprägt und nachfolgend durch eine Kleber zusammengefügt, es ist aber auch möglich, das Papiererzeugnis erst nach dem Zusammenfügen der Lagen zu prägen. Es sollte vermerkt werden, daß die Ausstülpungen, die in den bevorzugten Ausführungsbeispielen gezeigt sind, in der Abmessung im Hinblick auf die Walzenabmessung aus Gründen der Darstellung ein wenig übertrieben sind.
In typischer Weise würde die Prägewalze in der Größenordnung von 508 mm (20 Zoll) im Durchmesser und 1,02 bis 3,81 m (40 bis 150 Zoll) in der Länge liegen, so daß eine breite Bahn geprägt wird und nachfolgend der Länge nach geschlitzt wird, um einzelne Längen zu bilden, die dann auf Rollen aufgebracht werden, die zur Verwendung durch den Verbraucher geeignet sind (beispielsweise weist eine typische Papierhandtuchrolle eine Länge von etwa 280 mm (11 Zoll) auf). Die Ausstülpungen könnten in typischer Weise eine Abmessung von etwa 0,5 mm (20/1000") der Breite nach und 6,35 mm (1/4") der Länge nach aufweisen. Die Tiefe der Ausstülpung kann in der Größenordnung von 0,5 bis 2,5 mm (20 bis 100 Tausendstel Zoll) liegen, mit Änderungen in der Tiefe in der Größenordnung von 0,25 bis 1,78 mm (10 bis 70 Tausendstel Zoll). Diese Abmessungen sind lediglich als Erläuterungen vorgesehen und sollen nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
Es wird auch darauf hingewiesen, daß, während ingesamt rechteckige Ausstülpungen dargestellt wurden, die vorliegende Erfindung auch mit einer weiten Anzahl von Prägeformen und -mustern benutzt werden kann, wobei der bezeichnete Aspekt in der Benutzung von Einprägungen zum Modifizieren der Festigkeitsmerkmale der Bahn liegt.

Claims

1. Längliche, faserige Papierbahn mit Fasern, die sich in Längsrichtung der Bahn erstrecken, und eingeprägten Mustern, von denen Teile eine Tiefe aufweisen, die ausreicht, um Fasern zu brechen, die sich in der Längsrichtung erstrecken, und die Längs-Zugfestigkeit verringern.

2. Verfahren zum Verringern des Verhältnisses zwischen der Längs-Zugfestigkeit und der Quer-Zugfestigkeit einer länglichen, faserigen Papierbahn mit Fasern, die sich in der Längsrichtung erstrecken, wobei das Verfahren das Zuführen der Bahn in der Maschinenrichtung bis über eine Prägeeinrichtung hinaus umfaßt, die die Bahn prägt, wobei ausgewählte Abschnitte tiefer eingeprägt werden als andere Abschnitte, wodurch mindestens einige der Fasern der genannten Bahn, die sich in der Längsrichtung erstrecken, in den genannten, ausgewählten Abschnitten gebrochen werden.

3. Verfahren, wie beansprucht in Anspruch 2, mit:

dem Bereit stellen von Prägemitteln zum Bilden eines eingeprägten Musters, wobei die genannten Prägemittel eine Oberfläche und eine Anzahl von Ausstülpungen aufweisen, die von der genannten Oberfläche abstehen, und wobei ausgewählte Abschnitte der genannten Oberfläche nahe den genannten Ausstülpungen so eingraviert bzw. vertieft sind, daß die ausgewählten Abschnitte der genannten Ausstülpungen größere Höhen aufweisen als Abschnitte der genannten Ausstülpungen, die nicht den genannten eingravierten bzw. vertieften Abschnitten nahegelegen sind;

dem Zuführen der Bahn durch die Prägemittel hindurch, so daß die Längsrichtung der genannten Bahn im wesentlichen parallel ist zur Richtung der Zufuhr und des Einprägens der genannten Bahn durch die genannten Prägemittel, wenn die Bahn hierdurch zugeführt wird, so daß die genannten ausgewählten Abschnitte der genannten Ausstülpungen Fasern der genannten Bahn brechen, die sich in der genannten Längsrichtung erstrecken, und hierdurch die Längs-Zugfestigkeit abschwächen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin die genannten Prägemittel eine Prägewalze und eine federnde nachgiebige Gegenwalze bzw. Stützwalze aufweisen, wobei jede der genannten Ausstülpungen ein stromaufwärts gelegenes Ende und ein stromabwärts gelegenes Ende so aufweist, daß das stromabwärts gelegene Ende die Bahn zuerst berührt und das Stromaufwärts gelegene Ende die Bahn zuletzt berührt, und wobei mindestens einige der Abschnitte der genannten Oberfläche, die nahe den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Enden der Ausstülpungen liegen, eingraviert bzw. vertieft sind.

5. Vorrichtung zum Einprägen einer Bahn zum Abändern der Zugfestigkeit der Bahn, worin die Bahn eine erste Zugfestigkeit aufweist, die sich längs der Längs-Längenerstreckung der Bahn erstreckt, und eine zweite Zugfestigkeit, die sich in einer Richtung quer zur genannten ersten Richtung erstreckt, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

Mittel (12, 14) zum Zuführen der genannten Bahn in der Maschinenrichtung; und

Prägemittel (16) zur Bildung eines eingeprägten Musters in der genannten Bahn, wobei die genannten Prägemittel Festigkeits-Abschwächungsmittel umfassen, um die Zugfestigkeit der genannten Bahn in der genannten ersten Richtung zu verringern, wobei die genannten Festigkeits-Abschwächungsmittel ausgewählte Abschnitte (30, 32, 36) der genannten Prägemittel umfassen, mit Höhen, die ausreichend sind, um Fasern in der genannten Bahn zu brechen, die sich in der Maschinenrichtung erstrecken.

6. Vorrichtung, wie beansprucht in Anspruch 5, worin die genannten Prägemittel vorstehende Mittel (30, 32) umfassen, um in die genannte Bahn vorzustehen, um das eingeprägte Muster zu bilden, und worin die genannten vorstehenden Mittel nicht-gleichförmige Höhen so aufweisen, daß ausgewählte Abschnitte der genannten vorstehenden Mittel noch tiefer in die genannte Bahn hinein vorstehen.

7. Vorrichtung, wie in beansprucht in Anspruch 6, ferner mit Reaktionsmitteln bzw. Gegenmitteln (18), die den genannten Einprägemitteln entgegengesetzt sind, um die genannte Bahn gegen die genannten Einprägemittel so zu drücken, daß die genannten vorstehenden Mittel in die genannte Bahn hinein vorstehen.

8. Vorrichtung des Anspruchs 6 oder Anspruchs 7, worin die genannten vorstehenden Mittel eine Vielzahl von Ausstülpungen (30, 32) aufweisen, und worin stromaufwärts und stromabwärts gelegene Abschnitte (30a, 30b, 32a, 32b) der Ausstülpungen Höhen (50) aufweisen, die größer sind als die Höhen (60) der Ausstülpung zwischen dem stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abschnitt.

9. Vorrichtung des Anspruchs 6, Anspruchs 7 oder Anspruchs 8, worin die genannten ausgewählten Abschnitte, die tiefer in die Bahn hinein vorstehen, Abmessungen umfassen, die sich in der Maschinenrichtung und der Maschinen-Querrichtung erstrecken, und worin die Abmessung der ausgewählten Abschnitte der vorstehenden Mittel, die tiefer in die Bahn vorstehen, die sich in Maschinenrichtung erstreckt, größer ist als die Abmessung der gewählten Abschnitte der vorstehenden Mittel, die sich in Maschinen-Querrichtung erstreckt.

10. Vorrichtung irgendeines der Ansprüche 6 bis 9, worin die genannten Prägemittel eine Oberfläche mit eingravierten bzw. vertieften Abschnitten (40, 42) neben den genannten ausgewählten Abschnitten umfassen, um hierdurch nichtgleichförmige Höhen der genannten vorstehenden Mittel vorzusehen.

11. Vorrichtung irgendeines der Ansprüche 6 bis 10, worin die genannten vorstehenden Mittel eine Vielzahl von Vorsprüngen (80) umfassen, die jeweils eine Länge aufweisen, die sich unter einem Winkel im Hinblick auf die genannte erste Richtung erstrecken.

12. Vorrichtung des Anspruchs 8, worin die genannten Ausstülpungen im wesentlichen vertikale Wände umfassen, die den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abschnitten zugeordnet sind, sowie geneigte Wände, die den in Breitenrichtung liegenden Abschnitten der Ausstülpungen zwischen dem stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abschnitt zugeordnet sind.

13. Vorrichtung des Anspruchs 8, worin die genannten Prägemittel eine Vielzahl von Ausstülpungen umfassen, mit einer Vielzahl von Seitenwänden, die sich von einer Oberfläche der Prägemittel aus erstrecken, und worin ausgewählte Seitenwände unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Oberfläche geneigt sind und andere Seitenwände im wesentlichen senkrecht in bezug auf die genannte Oberfläche stehen.

14. Vorrichtung irgendeines der Ansprüche 6 bis 13, worin die genannten Prägemittel eine Prägewalze (16) umfassen, an der die genannten vorstehenden Mittel getragen sind.

15. Vorrichtung des Anspruchs 14, worin die genannten vorstehenden Mittel eine Vielzahl von Ausstülpungen (30, 32) umfassen, mit mindestens einer Kante (31c, 33c) , die sich in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Walzenachse erstreckt, sowie mindestens einer Kante (31a, 31b, 32a, 32b), die sich in Maschinen-Querrichtung im wesentlichen parallel zur Walzenachse erstreckt, worin die Höhe (50, 52) der Ausstülpung an der Kante, die sich in Maschinen-Querrichtung erstreckt, größer ist als die Höhe (60, 62) der Ausstülpung an der Kante in Maschinenrichtung.

16. Vorrichtung des Anspruchs 15, worin die genannte Walze eine Oberfläche mit Vertiefungen oder eingravierten Abschnitten (40, 42) nahe den genannten Kanten umfaßt, die sich in Maschinen-Querrichtung erstrecken, um hierdurch Maschinen-Querkanten mit größeren Höhen als die Maschinenrichtungskanten vorzusehen.

17. Vorrichtung irgendeines der Ansprüche 14 bis 16, worin die genannten ausgewählten Abschnitte jeweils eine erste Abmessung aufweisen, die sich im wesentlichen quer zu der Drehachse der genannten Walze erstreckt, und eine zweite Abmessung, die sich im wesentlichen parallel zur Drehachse der genannten Walze erstreckt, worin die zweite Abmessung des genannten ausgewählten Abschnitts größer ist als die erste Abmessung, so daß dann, wenn eine Bahn an der genannten Walze vorbeigefördert ist, Fasern der genannten Bahn, die sich in der ersten Richtung quer zur Walze erstrecken, gebrochen werden.

18. Vorrichtung des Anspruchs 14, worin die genannten Prägemittel eine Walze (16) mit einer Außenoberfläche mit einer Vielzahl von Ausstülpungen (30, 32) umfassen, die sich von der genannten Oberfläche aus erstrecken, wobei die genannten Ausstülpungen stromaufwärts und stromabwärts gelegene Abschnitte umfassen, und wobei die genannten Prägemittel ferner vertiefte Oberflächenabschnitte (40, 42) neben mindestens einigen der genannten stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Abschnitte der genannten Ausstülpungen umfassen.

19. Vorrichtung, wie beansprucht in irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, wenn zugehörig zu Anspruch 7, worin die genannten Gegenmittel (18) eine Walze mit einer federnd nachgiebigen Außenoberfläche umfassen.