DE69326243T2

DE69326243T2 - Verfahren zum herstellen eines zweilagigen schichtstoffes, und so hergestellter schichtstoff

Info

Publication number: DE69326243T2
Application number: DE69326243T
Authority: DE
Inventors: Kevin Mcneil
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: FI945816A0; DE69326243D1; US5294475A; GR3031476T3; ES2135481T3; ATE183963T1; EP0647179B1; EP0647179A1; DK0647179T3; FI945816A; BR9307890A; AU4393593A; WO1993025382A1; US5468323A; NO944772D0; NO944772L

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft geprägte faserige Strukturen auf Zellulosebasis und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von derartigen geprägten faserigen Strukturen auf Zellulosebasis.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Faserige Strukturen auf Zellulosebasis sind ein wesentlicher Gegenstand des täglichen Lebens. Faserige Strukturen auf Zellulosebasis werden als Konsumprodukte, wie zum Beispiel Papiertücher, Toilette-Tissue und Kosmetik-Tissue, verwendet.
Mehrlagige faserige Strukturen auf Zellulosebasis sind in der Fachwelt von Konsumprodukten sehr bekannt. Derartige Produkte sind faserige Strukturen auf Zellulosebasis, welche mehr als eine, in der Regel zwei dünne Schichten aufweisen, welche in Seite-an-Seite-Beziehung aufeinandergelegt sind, um ein Laminat zu bilden. Häufig sind aus ästhetischen Gründen diese dünnen Schichten geprägt, um die dünnen Schichten in Seite-an-Seite-Beziehung zu halten, wenn das Laminat vom Konsumenten verwendet wird, oder um eine Beabstandung zwischen den dünnen Schichten beizustellen.
Während des Prägeverfahrens werden die dünnen Schichten durch einen Walzenspalt geführt, welcher zwischen nebeneinandergestellten axial parallelen Walzen gebildet ist. Diskrete Protuberanzen an diesen Walzen komprimieren analoge Bereiche einer jeden dünnen Schichte zu Eingriffs- und Berührungsbeziehung mit der gegenüberliegenden dünnen Schichte. Die komprimierten Bereiche der dünnen Schichten ergeben ein ästhetisch ansprechendes Muster und sorgen für Verbinden und Halten der dünnen Schichten in berührender Seite-an-Seite Beziehung.
Prägen wird in der Regel von einem zweier Arbeitsverfahren ausgeführt, Noppen-an-Noppen-Prägen, bei welchem Protuberanzen an axial parallelen Walzen, welche nebeneinandergestellt sind, um einen Walzenspalt dazwischen zu bilden, mit Protuberanzen an der gegenüberliegenden Walze übereingestimmt werden, und verschachteltes Prägen, bei welchem die Protuberanzen einer Walze zwischen den Protuberanzen der anderen Walze eingreifen. Beispiele von Noppen-an-Noppen- Prägen und verschachteltem Prägen sind im Stand der Technik von den US- Patenten 3,414.459, erteilt am 3. Dezember 1968 an Wells und allgemein übertragen; 3,547.723, erteilt am 15. Dezember 1970 an Gresham; 3,556.907, erteilt am 19. Jänner 1971 an Nystrand; 3,708.366, erteilt am 2. Jänner 1973 an Donnelly; 3,738.905, erteilt am 12. Juni 1973 an Thomas; 3,867.225, erteilt am 18. Februar 1975 an Nystrand, und 4,483.728, erteilt am 20. November 1984 an Bauernfeind, illustriert. Das gemeinsam übertragene US-Patent Des. 239.137, am 9. März 1976 an Appleman erteilt, illustriert ein Prägemuster, welches an kommerziell erfolgreichen Papierhandtüchern zu finden ist.
Der Konsument, dem eine geprägte faserige Struktur auf Zellulosebasis als ein Konsumprodukt angeboten wird, wünscht in der Regel, daß das Produkt ein textilähnliches Aussehen von hoher Qualität aufweist, daß es eine relativ dicke Abgreifhöhe aufweist und daß es ein ästhetisch ansprechendes Muster aufweist. Alle diese Attribute müssen, ohne daß das Konsumprodukt andere erwünschte Qualitäten von Weichheit, Absorptionsfähigkeit, Bindungsfestigkeit zwischen den dünnen Schichten opfert, beigestellt sein.
Verschiedene Anstrengungen sind in der Fachwelt unternommen worden, um die Prägungen, welche durch die Prägearbeitsverfahren verursacht worden sind, zu verbessern. Zum Beispiel sind in der Fachwelt Anstrengungen unternommen worden, um geprägte Muster mit unterschiedlichen Tiefen und asymmetrischen Prägungen beizustellen. In einigen dieser Bemühungen weisen die asymmetrischen Prägungen an jeder dünnen Schichte des Konsumprodukts unterschiedliche Ausrichtungen auf. Andere Bemühungen sind in der Fachwelt unternommen worden, um Prägungen beizustellen, welche eine bestimmte Größe aufweisen und ein bestimmtes Oberflächenfeld des geprägten Blattes darstellen. Noch andere Bemühungen in der Fachwelt lehren einen bestimmten Winkel, in bezug auf die Maschinenrichtung bei der Herstellung, für die Prägungen. Beispiele derartiger Anstrengungen sind im US-Patent 4,320.162, erteilt am 16. März 1982 an Schulz et al.; im US- Patent 4,659.608, erteilt am 21. April 1987 an Schulz, und im US-Patent 4,921.034, erteilt am 1. Mai 1990 an Burgess et al., illustriert.
Andere Anstrengungen sind in der Fachwelt unternommen worden, um Prägungen beizustellen, welche Grate und Absenkungen aufweisen, welche in einer bestimmten Konfiguration verbunden sind, oder welche Muster beistellen, welche der Vorrichtung entsprechen, welche verwendet wird, um die faserige Struktur auf Zellulosebasis herzustellen. Mindestens ein Versuch in der Fachwelt lehrt eine bestimmte Vorrichtung, welche ineinandergreifende Protuberanzen aufweist, welche innerhalb einer sehr kurzen Distanz der gegenüberliegenden Walze kommen. Doch diese Anordnung erzeugt lediglich die zuvor erörterten verschachtelten Prägungen. Beispiele derartiger Versuche auf dem Fachgebiet inkludieren die US-Patente Nr. 3,940.529, erteilt am 24. Februar 1976 an Hepford et al., Nr. 4,325.773, erteilt am 20. April 1982 an Schulz, und Nr. 4,487.796, erteilt am 11. Dezember 1984 an Lloyd et al.
Noch andere Bemühungen auf dem Fachgebiet lehren bestimmte Größen der Protuberanzen und Rücksprünge an der Walze, welche verwendet wird, um die geprägte faserige Struktur auf Zellulosebasis zu bilden. Ein Beispiel eines derartigen Versuches ist im US-Patent 3,961.119, erteilt am 1. Juni 1976 an Thomas, illustriert.
Aus den vorgenannten Bemühungen ist es offensichtlich, daß die sich ergebenden faserigen Strukturen auf Zellulosebasis noch gemäß einem der zwei bekannten grundlegenden Arbeitsverfahren hergestellt sind - entweder Noppen-an-Noppen- Prägen oder verschachteltes Prägen. Jedoch treffen die faserigen Strukturen auf Zellulosebasis, welche gemäß einem dieser Verfahren hergestellt sind, auf bestimmte Nachteile, welche nachstehend erörtert sind, wenn die faserigen Strukturen auf Zellulosebasis als ein Konsumprodukt, wie zum Beispiel Papierhandtücher, Toilette- Tissue oder Kosmetik-Tissue, verwendet werden.
Was in dem Fachgebiet erforderlich ist, ist eine unterschiedliche Art von Prägearbeitsvorgang, welcher der faserigen Struktur auf Zellulosebasis eine dickere Abgreifhöhe und ein gestepptes textilähnliches Aussehen gibt, sodaß dem Konsument ein Konsumprodukt geboten wird, welches das Aussehen von Qualität aufweist und doch nicht den dünnen Schichten erlaubt, sich während der Verwendung leicht zu trennen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer faserigen Struktur auf Zellulosebasis, welche zwei dünne Schichten aufweist, welche in Seite-an-Seite-Beziehung verbunden werden, wobei das genannte Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Beistellen zweier dünner Schichten, welche in Seite-an-Seite-Beziehung verbunden werden sollen;
Beistehen einer Vorrichtung mit zwei Musterwalzen, jede mit einer Peripherie und radial ausgerichteten Protuberanzen, welche sich davon zu distalen Enden erstrecken, wobei die genannten Musterwalzen in axial paralleler Beziehung nebeneinandergestellt sind, um einen ersten Walzenspalt dazwischen zu bilden; und
Formen der genannten dünnen Schichten durch den genannten Walzenspalt, welcher durch die genannten Musterwalzen definiert ist, wodurch jede genannte dünne Schichte an einer Mehrzahl von Stellen koinzidierend mit den distalen Enden der genannten Protuberanzen mit der anderen genannten dünnen Schichte verbunden wird und dieselbe berührt,
dadurch gekennzeichnet, daß die distalen Enden der Protuberanzen einer jeden genannten Musterwalze die Peripherie der anderen genannten Musterwalze berühren, sodaß beide dünnen Schichten zwischen den distalen Enden der Protuberanzen einer genannten Musterwalze und der genannten Peripherie der anderen genannten Musterwalze kompaktiert werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso eine faserige Struktur auf Zellulosebasis, welche zwei dünne Schichten aufweist, welche in Seite-an-Seite-Beziehung verbunden sind, wobei die genannte faserige Struktur auf Zellulosebasis umfaßt:
eine erste dünne Schichte mit einem nicht-geprägten Bereich und geprägten Stellen, welche im allgemeinen davon auswärts abragen;
eine zweite dünne Schichte mit einem nicht-geprägten Bereich und geprägten Stellen, welche allgemein davon auswärts abragen, wodurch die genannten geprägten Stellen mindestens einer der genannten dünnen Schichten mit dem genannten nicht-geprägten Bereich der genannten anderen dünnen Schichte verbunden sind; und
eine imaginäre Schwerpunktebene, welche zwischen den genannten dünnen Schichten liegt und den Zwischenraum zwischen den genannten nicht-geprägten Bereichen halbiert, wodurch geprägte Stellen von jeder genannten dünnen Schichte aus die genannte Schwerpunktebene queren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der genannten geprägten Stellen einer jeden dünnen Schichte mit der genannten anderen dünnen Schichte an einem distalen Ende, welches komprimiert worden ist, verbunden ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die faserige Struktur auf Zellulosebasis

Die faserige Struktur auf Zellulosebasis gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt zwei dünne Schichten, welche in Seite-an-Seite-Beziehung verbunden sind. Jede der dünnen Schichten weist zwei unterschiedliche Zonen, einen im wesentlichen kontinuierlichen nicht-geprägten Bereich und diskrete geprägte Stellen, welche allgemein auswärts davon abragen und vorzugsweise orthogonal dazu sind, auf. Jede Zone einer jeden dünnen Schichte besteht aus Fasern, welche durch lineare Elemente angenähert sind.
Die Fasern sind Bestandteile der faserigen Struktur auf Zellulosebasis, welche eine relativ große Dimension (entlang der Längsachse der Faser) im Vergleich zu den anderen zwei relativ sehr kleinen Dimensionen (zueinander lotrecht und welche sowohl radial als auch lotrecht zur Längsachse der Faser sind) aufweisen, sodaß Linearität angenähert wird. Während mikroskopische Überprüfung der Fasern zwei andere Dimensionen enthüllen mag, welche im Vergleich zur Hauptdimension der Fasern sehr klein sind, müssen derartige andere zwei kleine Dimensionen nicht im wesentlichen äquivalent noch konstant über die axiale Länge der Faser sein. Es ist lediglich wesentlich, daß die Faser imstande ist, sich um die Achse zu biegen, imstande ist, die anderen Fasern zu binden und durch einen flüssigen Träger oder durch Luft verteilt zu werden.
Die Fasern, welche die faserige Struktur auf Zellulosebasis umfassen, können synthetisch sein, wie zum Beispiel Polyolefin oder Polyester; sind vorzugsweise zellulosehältig, wie zum Beispiel Baumwoll-Linters, Rayon oder Bagasse; und bevorzugter sind sie Holzzellstoff, wie zum Beispiel von Weichhölzern (Gymnospermen oder Koniferen) oder Harthölzern (Angiospermen oder Laubhölzer). Wenn hierin verwendet, ist eine faserige Struktur als "auf Zellulosebasis" erachtet, wenn die faserige Struktur mindestens etwa 50 Gewichtsprozent oder mindestens etwa 50 Volumsprozent Fasern auf Zellulosebasis einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, jenen Fasern, welche zuvor aufgelistet sind, umfaßt. Eine Mischung auf Zellulosebasis aus Holzzellstoff-Fasern, welche Weichholzfasern umfassen, mit einer Länge von etwa 2,0 bis etwa 4,5 Millimeter und einem Durchmesser von etwa 25 bis etwa 50 Micrometer und Hartholzfasern mit einer Länge von weniger als etwa 1 Millimeter und einem Durchmesser von etwa 12 bis etwa 25 Micrometer, ist als gut arbeitend für die faserigen Strukturen auf Zellulosebasis, welche hierin beschrieben sind, befunden worden.
Wenn Holzzellstoff-Fasern für die faserige Struktur auf Zellulosebasis ausgewählt sind, können die Fasern durch irgendein Aufschließungsverfahren einschließlich chemischen Verfahren, wie zum Beispiel Sulfit-, Sulfat- und Sodaverfahren; und mechanischen Verfahren, wie zum Beispiel steingemahlen, erzeugt werden. Alternativ können die Fasern durch Kombinationen von chemischen und mechanischen Verfahren erzeugt sein oder können rezykliert sein. Die Art, Kombination und die Bearbeitung der Fasern, welche verwendet werden, sind nicht kritisch für die vorliegende Erfindung. Die Hartholz- und Weichholzfasern können über die Dicke der faserigen Struktur auf Zellulosebasis geschichtet sein.
Eine faserige Struktur auf Zellulosebasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist makroskopisch zweidimensional und plan, obwohl nicht erforderlich, flach. Die faserige Struktur auf Zellulosebasis hat eine gewisse Dicke in der dritten Dimension. Jedoch ist die dritte Dimension relativ klein im Vergleich zu den aktuellen ersten zwei Dimensionen oder zur Fähigkeit, eine faserige Struktur auf Zellulosebasis mit relativ großen Abmessungen in den ersten zwei Dimensionen herzustellen.
Die faserige Struktur auf Zellulosebasis gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Laminat aus zwei einzelnen dünnen Schichten. Eine "dünne Schichte" wird vom formgebenden Element der papierherstellenden Maschine als ein einziges Blatt mit einer Dicke vor dem Trocknen, welche sich nicht verändert, wenn nicht Fasern beigegeben oder vom Blatt entfernt werden, abgenommen. Jede dünne Schichte wird mit der anderen dünnen Schichte verbunden. Es soll verstanden werden, daß jede dünne Schichte direkt mit der gegenüberliegenden dünnen Schichte verbunden werden kann oder, falls erwünscht, durch eine Zwischenschichte, welche zwischen die dünnen Schichten dazwischengelegt ist, verbunden werden kann.
Jede dünne Schichte der faserigen Struktur auf Zellulosebasis ist mit der anderen dünnen Schichte an den geprägten Stellen verbunden. Insbesondere ragt das distale Ende einer jeden geprägten Stelle gegen den nicht-geprägten Bereich der gegenüberliegenden dünnen Schichte vor und berührt diesen.
Klebstoff wird auf das distale Ende einer jeden geprägten Stelle aufgebracht, sodaß jede geprägte Stelle klebend mit dem nicht-geprägten Bereich der gegenüberliegenden dünnen Schichte verbunden ist. Diese Anordnung ergibt eine faserige Struktur auf Zellulosebasis, welche zwei dünne Schichten aufweist, wobei jede dünne Schichte mit der gegenüberliegenden dünnen Schichte an jeder geprägten Stelle, an welcher Klebstoff aufgebracht worden ist, mit deren distalem Ende verbunden wird. Diese Anordnung ergibt den Vorteil, daß der Klebstoff, welcher die dünnen Schichten verbindet, in einem Muster auftreten kann, welches so eng wie es praktisch durch die Anlage, welche beim Herstellungsverfahren verwendet wird, ausführbar ist, beabstandet ist. Alternativ kann klebendes Verbinden an sehr spärlich über die faserige Struktur auf Zellulosebasis verteilten Stellen auftreten.
Die faserige Struktur auf Zellulosebasis kann gedacht sein, daß sie eine imaginäre Schwerpunktebene P-P aufweist, welche die faserige Struktur auf Zellulosebasis zwischen den auswärts gerichteten Oberflächen der dünnen Schichten halbiert. Die geprägten Stellen einer jeden dünnen Schichten gehen an der Seite der imaginären Schwerpunktebene P-P der jeweiligen dünnen Schichte aus und queren die imaginäre Schwerpunktebene P-P, sodaß die distalen Enden der dünnen Schichten an der gegenüberliegenden Seite der imaginären Schwerpunktebene P-P angeordnet sind.
Demnach sind die proximalen und distalen Enden der geprägten Stellen in bezug auf die imaginäre Schwerpunktebene P-P einer faserigen Struktur auf Zellulosebasis gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüberliegend angeordnet. Weiters werden die Fasern auf Zellulosebasis an den distalen Enden der geprägten Stellen beider dünner Schichten durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung komprimiert. Im Gegensatz dazu liegen in faserigen Strukturen auf Zellulosebasis, welche gemäß den verschachtelten und Noppen-an-Noppen-prägenden Arbeitsverfahren des Stands der Technik hergestellt und nachstehend erörtert sind, die proximalen und distalen Enden der geprägten Stellen an derselben Seite der imaginären Schwerpunktebene P-P. Ebenso werden die Fasern auf Zellulosebasis der geprägten Stellen lediglich einer dünnen Schichte gegen den nicht-geprägten Bereich der anderen dünnen Schichte im verschachtelten prägenden Arbeitsverfahren gemäß dem Stand der Technik komprimiert.
Die geprägten Stellen der ersten dünnen Schichte sind nicht mit den geprägten Stellen der zweiten dünnen Schichte übereingestimmt. Diese Anordnung ergibt den Vorteil, daß ein affirmativer Schritt vorgenommen wird, um die geprägten Stel len einer dünnen Schichte am nicht-geprägten Bereich der anderen dünnen Schichte anzuheften. Diese Anordnung ergibt den Vorteil, daß die Spanne des nicht- geprägten Bereichs einer dünnen Schichte, annähernd an ihrem Mittelpunkt, von einer geprägten Stelle der anderen dünnen Schichte zwischen geprägten Stellen getragen wird. Weiters wird der Mittelpunkt einer derartigen Spanne durch den Klebstoff, welcher am distalen Ende der geprägten Stelle vorhanden ist, versteift.
Selbstverständlich wird von einem Fachmann auf dem Gebiet erkannt werden, daß die geprägten Stellen und der nicht-geprägte Bereich so in einem Muster angeordnet werden können, daß die geprägten Stellen nicht den Mittelpunkt der Spanne des nicht-geprägten Bereichs der anderen dünnen Schichte stören. Jedoch kann bei einer derartigen Anordnung das distale Ende der geprägten Stelle noch Klebstoff darauf aufgebracht haben und die zwei dünnen Schichten klebend verbinden. Weiters wird eine geprägte Stelle, welche nicht mit dem Mittelpunkt der Spanne übereingestimmt ist, noch die Spanne des nicht-geprägten Bereichs der anderen dünnen Schichte tragen.
Die geprägten Stellen einer jeden dünnen Schichte stellen diskrete Bereiche von relativ hoher Dichte zufolge der Kompaktierung der Fasern dar, was während des Prägens eintritt. Wenn hierin verwendet, bezieht sich "Prägen" auf den Arbeitsvorgang des Ablenkens eines relativ kleinen Abschnitts einer faserigen Struktur auf Zellulosebasis normal zu deren Ebene und des Aufschlagens des vorspringenden Abschnitts der faserigen Struktur auf Zellulosebasis gegen eine relativ harte Oberfläche, um die Faser-an-Faser-Bindungen permanent zu unterbrechen. Prägen führt zu einer permanent lokalisierten Verformung der geprägten Stelle, so wie sie abgelenkt ist. Die geprägten Stellen ragen normal zur Ebene der faserigen Struktur auf Zellulosebasis und gegen die gegenüberliegende dünne Schichte ab.
Die geprägten Stellen der faserigen Struktur auf Zellulosebasis sind in einem sich nicht-zufällig wiederholenden Muster entsprechend der Topografie der Vorrichtung, wie nachstehend erörtert, welche zur Herstellung der faserigen Struktur auf Zellulosebasis verwendet wurde, angeordnet. Vorzugsweise wechselt das nicht- zufällige sich wiederholende Muster, sodaß benachbarte geprägte Stellen cooperativ und vorteilhafterweise übereinandergelegt sind. In dem sie "nicht-zufällig" sind, sind die geprägten Stellen erachtet, daß sie in einer vorhersagbaren Anordnung sind, und können als ein Ergebnis von bekannten und vorher festgelegten Elementen des Herstellungsarbeitsgangs auftreten. Wenn hierin verwendet meint "sich wiederholend", daß das Muster mehr als einmal in der faserigen Struktur auf Zellulosebasis gebildet ist. Indem sie "diskret" sind, sind die benachbarten geprägten Stellen nicht einander berührend.
Wenn hierin verwendet, erstreckt sich der "im wesentlichen kontinuierliche" nicht-geprägte Bereich im wesentlichen durch die faserige Struktur in einer oder in beiden von deren Hauptrichtungen. Der im wesentlichen kontinuierliche nicht- geprägte Bereich hat eine geringere Dichte als die geprägten Stellen, weil der im wesentlichen kontinuierliche nicht-geprägte Bereich in dem prägenden Arbeitsvorgang nicht kompaktiert wird. Die Dichte des im wesentlichen kontinuierlichen nicht-geprägten Bereichs nähert sich der Dichte der diskreten geprägten Stellen an, bevor diese geprägt worden sind.
Wenn die faserige Struktur auf Zellulosebasis als ein Konsumerzeugnis, wie zum Beispiel ein Papierhandtuch, ein Kosmetik-Tissue oder ein Toilette-Tissue, verwendet werden soll, ist der nicht-geprägte Bereich der faserigen Struktur auf Zellulosebasis vorzugsweise im wesentlichen kontinuierlich in zwei orthogonalen Richtungen innerhalb der Ebene der faserigen Struktur. Es ist nicht erforderlich, daß derartige orthogonale Richtungen parallel und lotrecht zu den Rändern des fertiggestellten Produkts oder parallel und lotrecht zur Richtung der Herstellung des Produkts sind. Es ist lediglich von Bedeutung, daß der faserigen Struktur auf Zellulosebasis in zwei orthogonalen Richtungen Reißfestigkeit verliehen wird, sodaß jede aufgebrachte Zugspannungsbelastung leichter aufgenommen werden kann, ohne vorzeitiges Versagen des Produkts zufolge derartiger Zugspannungsbelastung. Vorzugsweise ist mindestens eine kontinuierliche Richtung parallel zur Richtung der erwarteten Zugspannungsbelastung des fertiggestellten Produkts gemäß dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Beispiele von faserigen Strukturen auf Zellulosebasis mit im wesentlichen kontinuierlichen Bereichen sind im gemeinsam übertragenen US-Patent 4,637.859, welches am 20. Jänner 1987 an Trokhan erteilt und hierin durch Bezugnahme für den Zweck des Zeigens einer weiteren faserigen Struktur auf Zellulosebasis, welche einen im wesentlichen kontinuierlichen Bereich aufweist, eingebaut ist, geoffenbart. Unterbrechungen in dem im wesentlichen kontinuierlichen nicht-geprägten Bereich sind tolerierbar, aber nicht bevorzugt, solange als derartige Unterbrechungen nicht im wesentlichen die Materialeigenschaften jener Zone der faserigen Struktur auf Zellulosebasis nachteilig beeinflussen.
Selbstverständlich soll erkannt werden, daß, wenn die faserige Struktur auf Zellulosebasis relativ groß, wie sie hergestellt ist, ist und die geprägten Stellen relativ klein im Vergleich zur Größe der faserigen Struktur, wie sie hergestellt ist, sind, d. h. variierend durch verschiedene Größenordnungen, absolute Vorhersagbarkeit der exakten Verteilung und Muster unter den geprägten Stellen und dem kontinuierlichen nicht-geprägten Bereich sehr schwierig oder sogar unmöglich festzustellen sein kann und dazu das Muster noch als nicht-zufällig erachtet wird.
Umgekehrt, wenn die faserige Struktur auf Zellulosebasis relativ klein ist und die geprägten Stellen relativ groß sind, wie sie sich dem Konsumenten bieten, kann es erscheinen, als ob das Muster sich nicht wiederholt, wenngleich in der Tat ein sich wiederholendes Muster in der faserigen Struktur auf Zellulosebasis in dem größeren Maßstab, wie sie hergestellt ist, vorhanden ist. Es ist lediglich wesentlich, daß die geprägten Stellen und der im wesentlichen kontinuierliche nicht-geprägte Bereich in einem Muster im wesentlichen wie erwünscht verteilt sind, um die Leistungseigenschaften zu erzielen, welche die faserige Struktur auf Zellulosebasis für deren gedachten Zweck geeignet machen.
Es wird für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, daß es kleine Übergangsbereiche geben wird, welche eine Dichte aufweisen, welche zwischen der Dichte der geprägten Stellen und des nicht-geprägten Bereichs liegt, und welche die geprägten Stellen umschreiben oder begrenzen. Derartige Übergangsbereiche sind eine normale und erwartete Tatsache des Herstellungsverfahrens und sollen nicht entweder mit den geprägten Stellen oder mit dem nicht-geprägten Bereich verwechselt werden.
Die Größe des Musters der geprägten Stellen innerhalb der faserigen Struktur auf Zellulosebasis kann von etwa 2 bis etwa 11 geprägten Stellen pro Quadratzentimeter [10 bis 70 geprägte Stellen pro Quadratinch] und bevorzugt von etwa 5 bis etwa 8 geprägte Stellen pro Quadratzentimeter [30 bis 50 geprägte Stellen pro Quadratinch] variieren. Die geprägten Stellen können in einem Muster, welches eine Hauptachse 45º von der Maschinenrichtung der Herstellung aufweist, bilateral versetzt sein, können einseitig versetzt sein oder können in der Position mit benachbarten geprägten Stellen übereingestimmt sein.
Falls erwünscht, wird bei einem alternativen Ausführungsbeispiel Klebstoff lediglich auf das distale Ende ausgewählter geprägter Stellen aufgebracht. Diese Anordnung ergibt den Vorteil, daß eine relativ weichere faserige Struktur auf Zellulosebasis gebildet werden kann, während Materialien eingespart werden.
Die geprägten Stellen der ersten dünnen Schichte sind nicht in Übereinstimmung mit den geprägten Stellen der zweiten dünnen Schichte. Diese Anordnung ergibt den Vorteil, daß ein affirmativer Schritt vorgenommen wird, um die geprägten Stellen einer dünnen Schichte am nicht-geprägten Bereich der anderen dünnen Schichte anzuheften.
Zusätzlich ergibt diese Anordnung den Vorteil, daß die Spanne des nicht- geprägten Bereichs einer dünnen Schichte oder zwischen geprägten Stellen annähernd an ihrem Mittelpunkt von der geprägten Stelle der anderen dünnen Schichte getragen wird. Weiters wird der Mittelpunkt einer derartigen Spanne durch den Klebstoff, welcher am distalen Ende der geprägten Stelle vorhanden ist, versteift.
Weiters wird der nicht-geprägte Bereich vom Herstellungsverfahren nicht kompaktiert, wie es die diskreten geprägten Stellen sind. Dieser Unterschied in der Kompaktierung zwischen diesen Zonen schafft ein ästhetisch unterscheidbares Muster in der faserigen Struktur auf Zellulosebasis. Insbesondere schafft das Muster in der faserigen Struktur auf Zellulosebasis ein gestepptes texilähnliches Aussehen, welches Aussehen, je nach Wunsch, durch das Arbeitsverfahren und die Vorrichtung, welche hierin nachstehend beschrieben sind, erhöht oder vermindert werden kann.

Das Arbeitsverfahren und die Vorrichtung

Prägen gemäß dem Stand der Technik wurde häufig durch ein Arbeitsverfahren ausgeführt, welches als verschachteltes Prägen bezeichnet wurde. Beim verschachtelten Prägen werden zwei dünne Schichten zwischen miteinander in Eingriff stehenden Druckwalzen und analog geprägten Musterwalzen geprägt. Die Druckwalzen und die Musterwalzen sind mit parallelen Achsen nebeneinandergestellt, um drei Walzenspalte zu bilden, einen ersten Walzenspalt zwischen der oberen Druckwalze und der oberen Musterwalze, einen zweiten Walzenspalt zwischen der unteren Druckwalze und der unteren Musterwalze und einen dritten Walzenspalt zwischen den oberen und unteren Musterwalzen.
Die Musterwalzen weisen Protuberanzen auf, welche sich radial auswärts erstrecken und die Peripherie der jeweiligen Druckwalzen an den jeweiligen Walzenspalten berühren. Jede dünne Schichte, welche in die resultierende faserige Struktur auf Zellulosebasis eingebunden werden soll, wird durch einen der Walzenspalte zwischen den Musterwalzen und der jeweiligen Druckwalze durchgeführt. Jede dünne Schichte wird im Walzenspalt von den Protuberanzen der jeweiligen Musterwalze geprägt.
Nach dem Prägen weist eine der dünnen Schichten einen Klebstoff auf, welcher auf die sich ergebenden geprägten Stellen von einer Klebstoff-Applikatorwalze aufgebracht worden ist. Die Klebstoff-Applikatorwalze kann in Verbindung mit jeder dünnen Schichte genutzt werden, vorausgesetzt, die Lagenbindungswalze ist angeordnet, um diese dünne Schichte gegen die jeweilige Musterwalze an den geprägten Stellen zu komprimieren. In diesem Arbeitsverfahren sind die geprägten Stellen der einzige Abschnitt der dünnen Schichte, auf welchen Klebstoff aufgebracht wird, weil die geprägten Stellen die einzigen Abschnitte der dünnen Schichte sind, welche die Klebstoff-Applikatorwalze berühren können. Demnach beschichtet Klebstoff nicht die gesamte Oberfläche einer jeden dünnen Schichte, sondern lediglich die geprägten Stellen der dünnen Schichte, welche in Verbindung mit der Klebstoff- Applikatorwalze verwendet wird und diese berührt.
Die dünnen Schichten, wobei eine dünne Schichte einen Klebstoff auf die geprägten Stellen aufgebracht hat, werden dann durch den Walzenspalt zwischen den oberen und unteren Musterwalzen durchgeführt. In diesem Walzenspalt sind die dünnen Schichten in Seite-an-Seite-Beziehung aufeinandergelegt, wobei die geprägten Stellen einer jeden dünnen Schichte mit dem nicht-geprägten Bereich der anderen dünnen Schichte übereingestimmt sind.
Die zwei dünnen Schichten werden dann durch einen Walzenspalt zwischen der Musterwalze, welche mit der Klebstoff-Applikatorwalze verbunden ist, und einer Lagenbindungswalze durchgeführt, um zu gewährleisten, daß die geprägten Stellen, welche den Klebstoff von der Klebstoff-Applikatorwalze aufgebracht haben, sicher in Kontakt mit dem nicht-geprägten Bereich der gegenüberliegenden dünnen Schichte sind und damit verbunden werden. Die Musterwalze, welche mit der Lagenbindungswalze aneinandergelegt ist, bildet lediglich einen Kontakt mit der dünnen Schichte an den geprägten Stellen zufolge dessen, daß die diskreten Protuberanzen der Musterwalze deren Peripherie daran hindern, daß sie die dünne Schichte berührt, ausreichend, um Kompression der dünnen Schichte zu verursachen.
Eine faserige Struktur auf Zellulosebasis, welche durch das verschachtelt prägende Arbeitsverfahren hergestellt worden ist, weist die dünnen Schichten lediglich an wechselnden geprägten Stellen klebend verbunden auf. Dieses alternative Klebstoffmuster tritt auf, weil die dazwischenliegenden geprägten Stellen nicht klebend beschichtet sind. Diese Anordnung reduziert die Bindungsfestigkeit zwischen den dünnen Schichten im Verhältnis zu einer faserigen Struktur auf Zellulosebasis gemäß der vorliegenden Erfindung, weil nicht jede geprägte Stelle mit der anderen dünnen Schichte in der faserigen Struktur auf Zellulosebasis klebend verbunden ist.
Eine offensichtliche Lösung für das Problem der Bindungsfestigkeit kann es sein, eine Klebstoff-Applikatorwalze in Verbindung mit beiden Musterwalzen zu verwenden. Jedoch ist diese offensichtliche Lösung unausführbar, weil Kontakt zwischen der Musterwalze und der Lagenbindungswalze nur an den Protuberanzen der Musterwalze, welche mit den geprägten Stellen jener dünnen Schichte übereingestimmt sind, und der Lagenbindungswalze auftritt. Kontakt, welcher an Stellen auftritt, welche nicht mit geprägten Stellen, welche Klebstoff an den distalen Enden der geprägten Stellen aufweisen, übereinstimmen, veranlaßt nicht den Klebstoff, die andere dünne Schichte zu berühren oder damit verbunden zu werden.
Eine weitere offensichtliche Lösung ist es, zwei Lagenbindungswalzen mit glatter Oberfläche zu nutzen um zu gewährleisten, daß Kontakt über die Gesamtheit der dünnen Schichten der faserigen Struktur auf Zellulosebasis eintritt. Jedoch erfordert diese offensichtliche Lösung die zusätzliche Ausgabe einer weiteren Lagenbindungswalze. Aber, sogar signifikanter, komprimiert ein Walzenspalt, welcher zwischen zwei Walzen mit glatter Oberfläche gebildet ist, die faserige Struktur auf Zellulosebasis über deren Gesamtheit, unterbricht darüberhin Faser-an-Faser- Bindungen und führt zu einem Konsumerzeugnis, welches allgemein geringere Abgreifhöhe, geringere Reißfestigkeit aufweist, aber nicht das gesteppte Aussehen, welches für ästhetisch ansprechendere Konsumprodukte und mit höherer Qualität erwünscht ist.
Ein Arbeitsverfahren, welches in der Fachwelt bekannt ist, um klebendes Verbinden an jeder geprägten Stelle zu erzielen, ist ein Noppen-an-Noppen-Prägen. Beim Noppen-an-Noppen-Prägen sind die Protuberanzen einer jeden Musterwalze mit den Protuberanzen der anderen Musterwalze übereingestimmt. Demnach berührt während jeder Umdrehung jede Protuberanze an einer Walze eine Protuberanze an der gegenüberliegenden Walze am Walzenspalt.
Eine faserige Struktur auf Zellulosebasis, welche durch Noppen-an-Noppen- Prägen hergestellt worden ist, hat an jeder geprägten Stelle eine zweiseitige Depression. Diese zweiseitige Depression wird durch die Kompression von den übereingestimmten Protuberanzen bewirkt. Diese Anordnung erzeugt eine faserige Struktur auf Zellulosebasis, welche in der Regel Abgreifhöhe im Laufe des Bearbeitungsarbeitsgangs verliert, weil die faserige Struktur auf Zellulosebasis nicht an einer der dünnen Schichten geprägte Stellen aufweist, welche mit den geprägten Stellen an der anderen dünnen Schichte aus der Übereinstimmung gebracht sind. Weiters weist die Spanne zwischen geprägten Stellen des nicht-geprägten Bereichs nicht die Unterstützung von den geprägten Stellen der anderen dünnen Schichte auf. Eine derartige faserige Struktur auf Zellulosebasis kann Abgreifhöhe während der Schwebe des Bearbeitungsarbeitsgangs oder sogar in ihrer Verpackung, während sie auf den Kauf und die Verwendung durch den Konsumenten wartet, verlieren.
Beim prägenden Arbeitsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei Druckwalzen und zwei Musterwalzen mit parallelen Achsen aneinandergelegt, um drei Walzenspalte zu bilden, wie zuvor in bezug auf die prägenden Arbeitsverfahren des Stands der Technik beschrieben ist. Die Protuberanzen einer jeden Musterwalze sind am Walzenspalt nicht mit den Protuberanzen der gegenüberliegenden Musterwalze übereingestimmt, wie es im Noppen-an-Noppen- Prägearbeitsverfahren auftritt. Anstelle dessen sind die Protuberanzen einer jeden Musterwalze am Walzenspalt zwischenliegend den Protuberanzen der anderen Musterwalze.
Signifikant berührt jedoch das distale Ende einer jeden Protuberanze die Peripherie der anderen Musterwalze zwischen den proximalen Enden der Protuberanzen der anderen Musterwalze. Diese Anordnung erfordert nicht nur, daß jede Protuberanze sich in der gleichen Distanz von der Peripherie ihrer jeweiligen Musterwalze radial erstreckt, sondern ebenso, daß die Peripherie der Musterwalzen an den proximalen Enden der Protuberanzen gerade und von konstantem Durchmesser ist.
Bei dieser Anordnung wird zwischen der oberen Musterwalze und der oberen Druckwalze eine geprägte Stelle an jeder Protuberanze an der oberen Musterwalze gebildet. Ähnlich wird zwischen der unteren Musterwalze und der unteren Druckwalze eine geprägte Stelle an jeder Protuberanze an der unteren Musterwalze gebildet.
Bei dieser Anordnung wird am Walzenspalt zwischen den zwei Musterwalzen jede dünne Schichte mit der anderen dünnen Schichte verbunden. Die Protuberanzen einer jeden Musterwalze lenken die distalen Enden der jeweiligen geprägten Stellen zum Mittelpunkt der Spanne des nicht-geprägten Bereichs der anderen dünnen Schichte ab. Beim fertiggestellten Produkt ist an diesem Mittelpunkt jede geprägte Stelle mit der anderen dünnen Schichte durch die Dazwischenlegung der dünnen Schichten zwischen den Protuberanzen der Musterwalzen und der Peripherie der proximalen Enden der Protuberanzen der anderen Musterwalze klebend verbunden.
Nachdem die geprägten Stellen zwischen der Musterwalze und der Druckwalze gebildet worden sind, werden die geprägten Stellen einer jeden dünnen Schichte von den jeweiligen Klebstoff-Applikatorwalzen mit Klebstoff beschichtet. Lediglich die geprägten Stellen, welche sich über den nicht-geprägten Bereich der dünnen Schichten hinaus radial auswärts erstrecken, werden mit Klebstoff beschichtet, weil diese die einzigen Zonen der dünnen Schichten sind, welche die Klebstoff- Applikatorwalzen berühren. Klebendes Verbinden zwischen den dünnen Schichten tritt an jeder geprägten Stelle ein, weil die Applikation des Klebstoffs und die Kompression jener dünnen Schichte gegen die andere dünne Schichte koinzidierend mit der Applikation des Klebstoffs an den geprägten Stellen eintreten.
Falls erwünscht, kann eine der Klebstoff-Applikatorwalzen weggelassen werden, vorausgesetzt, daß Klebstoff an den geprägten Stellen, welche lediglich von einer der dünnen Schichten ausgehen, vorhanden ist. Alternativ kann jede Klebstoff Applikatorwalze konfiguriert sein, um Klebstoff nur auf ausgewählte geprägte Stellen der jeweiligen dünnen Schichte aufzubringen. Die sich ergebende faserige Struktur auf Zellulosebasis weist sowohl geprägte Stellen, welche mit beiden dünnen Schichten klebend verbunden sind, als auch geprägte Stellen auf, welche nicht mit der anderen dünnem Schichte klebend verbunden sind.
Im Arbeitsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, daß das klebende Verbinden der dünnen Schichten eintritt, während die geprägte Stelle sich an der maximalen Verformung über der imaginären Schwerpunktebene P-P befindet. Mit klebendem Sichern der dünnen Schichten an eine Stelle koinzidierend mit der maximalen Verformung der geprägten Stellen wird ein gesteppteres Aussehen und Gefühl im nicht-geprägten Bereich zwischen den geprägten Stellen geschaffen.
Eine Musterwalze kann mit einer modularen Konstruktion hergestellt werden, welche verschiedene Bestandteile aufweist, statt daß sie eine integrale Struktur ist. Die modulare Musterwalze kann ein zylindrisch perforiertes Gehäuse aufweisen, welches eine erste Mehrzahl von durchgehenden Löchern aufweist. Die modulare Musterwalze ist mit einer zweiten Mehrzahl von Protuberanzen versehen, welche der ersten Mehrzahl von Löchern gleich sein kann, dies aber nicht notwendigerweise ist.
Jede Protuberanze ist durch ein Loch in dem zylindrisch perforierten Gehäuse eingesetzt und durch ein Mittel zum Halten der Protuberanzen und des zylindrisch perforierten Gehäuses in feststehender Beziehung an der richtigen Stelle fixiert. Dieses Mittel zum Halten der Protuberanzen und des zylindrisch perforierten Gehäuses in feststehender Beziehung verhindert, daß die Protuberanzen sich in bezug auf das zylindrisch perforierte Gehäuse radial einwärts bewegen oder sich von der radialen Richtung verschieben.
Das zylindrisch perforierte Gehäuse kann mit jedem Außendurchmesser hergestellt sein, welcher erwünscht ist, wobei ein bevorzugter Durchmesser etwa 40 bis etwa 50 Zentimeter (16 bis 20 Inch) ist. Das zylindrisch perforierte Gehäuse hat eine radiale Dicke, welche ausreichend ist, um den Belastungen zu widerstehen, welche durch das hierin beschriebene prägende Arbeitsverfahren auferlegt sind, und ist vorzugsweise mindestens etwa 0,5 bis etwa 1,0 Zentimeter (0,2 bis 0,4 Inch) in der Dicke. Für das hierin beschriebene Ausführungsbeispiel kann das zylindrisch perforierte Gehäuse einen Außendurchmesser von etwa 45,36 Zentimeter (17,860 Inch) und einen Innendurchmesser von etwa 43,79 Zentimeter (17,240 Inch) aufweisen. Das zylindrisch perforierte Gehäuse kann aus Kohlenstoff- oder Nickellegierungsstahl hergestellt sein und zu einer konzentrischen geraden Peripherie mit konstantem Durchmesser mit einem Mittel und einer Anlage bearbeitet sein, welche in der Fachwelt ausreichend bekannt sind und hierin nicht beschrieben werden.
Falls erwünscht kann entweder der innenseitige Umfang oder die außenliegende Peripherie des zylindrisch perforierten Gehäuses plattiert, beschichtet oder sonst je nach Wunsch für Zwecke der Hygiene, wobei die Anziehungskraft für Fremdmaterialien für die sich ergebenden Musterwalzen minimiert wird, oder um Korrosion zu reduzieren, ausgerüstet sein.
Das zylindrisch perforierte Gehäuse ist an mindestens einem Ende offen, sodaß ein axial ausgerichtetes durchgehendes Loch vorhanden ist, was das zylindrisch perforierte Gehäuse hohl macht. Zusätzlich ist das zylindrisch perforierte Gehäuse mit einer Mehrzahl von radial ausgerichteten Löchern versehen. Die radial ausgerichteten Löcher sind in einem Muster und an einer Stelle angeordnet, welche dem Muster und der Stelle entsprechen, welche für die geprägten Stellen der resultierenden faserigen Struktur auf Zellulosebasis erwünscht sind.
Die Löcher in dem zylindrisch perforierten Gehäuse können von jeder Größe und Gestalt sein, je nach Wunsch mit dem Verständnis, daß die Gestalt der Löcher die Größe und Gestalt der Protuberanzen, welche damit verwendet werden, beeinflussen wird. Die Löcher im zylindrisch perforierten Gehäuse können in der Maschinenrichtung oder quer zur Maschinenrichtung axial ausgerichtet, einseitig versetzt, zweiseitig versetzt sein oder in irgendeinem Muster, je nach Wunsch, angeordnet sein, um klebendes Verbinden und die Bindungsfestigkeit zu ermöglichen, welche während des Gebrauchs für das Konsumprodukt erforderlich ist.
Die Anordnung, Größe und Gestalt der Löcher sind nicht wesentlich, es ist lediglich wesentlich, daß jedes Loch im zylindrisch perforierten Gehäuse radial ausgerichtet und genau beabstandet von den benachbarten Löchern ist. Es ist ebenso nicht erforderlich, daß jedes Loch von den benachbarten Löchern gleich beabstandet ist, sondern nur, daß das Muster der Löcher bekannt und wiederholbar ist, sodaß genaue Übereinstimmung zwischen den zwei Musterwalzen, welche gemäß dieser Erfindung hergestellt sind, verläßlich erzielt werden kann.
Die Löcher und die Protuberanzen können an einem Muster angeordnet werden, welches 45 Grad von der Maschinenrichtung ausgerichtet ist, und von der nächsten Protuberanze etwa 2,23 Millimeter (0,0876 Inch) sowohl in der Maschinenrichtung als auch quer zur Maschinenrichtung zweiseitig versetzt sein. Die Löcher im zylindrisch perforierten Gehäuse können rund sein, mit einem Durchmesser von etwa 2,11 Millimeter (0,082 Inch).
Die Protuberanzen, welche in Verbindung mit den modularen Musterwalzen für die vorliegende Erfindung verwendet werden, sind aus einem einzigen Stahlstück gemacht, welches durchgehend auf eine Härte von mindestens Rockwell C 55 und vorzugsweise mindestens Rockwell C 60 gehärtet ist. An der Grundfläche einer jeden Protuberanze ist ein ringförmiger Ansatz, welcher mindestens teilweise die Protuberanze umschreibt. Legierungsstahl, wie zum Beispiel 4340 oder 52100, ist geeignet. Falls erwünscht, können die Protuberanzen aus einem geringergradigen Stahl hergestellt und einsatzgehärtet werden, obwohl dieses Verfahren dimensionelle Kontrolle schwieriger macht. Der Schaft der Protuberanze spitzt sich zwischen dem ringförmigen Ansatz und dem distalen Ende der Protuberanze in einem eingeschlossenen Winkel von etwa 26 Grad, gemessen von einem imaginären Scheitel über das distale Ende der Protuberanze hinaus, zu.
Die Protuberanzen sollten in Übereinstimmung mit den Löchern in dem zylindrisch perforierten Gehäuse dimensioniert sein. Während des Zusammenbaus werden die Protuberanzen von der Innenseite des zylindrisch perforierten Gehäuses durch die Löcher in dem zylindrisch perforierten Gehäuse eingesetzt, sodaß die distalen Enden der Protuberanzen sich vom zylindrisch perforierten Gehäuse radial auswärts erstrecken, und der Ansatz der Protuberanze berührt den innenseitigen Umfang des zylindrisch perforierten Gehäuses und ist in Eingriffsbeziehung damit.
Der Ansatz sollte groß genug dimensioniert sein, sodaß die Protuberanze nicht durch die Löcher des zylindrisch perforierten Gehäuses in der radialen Auswärtsrichtung durchgehen kann und während des Arbeitsgangs ein Wurfgeschoß wird. Der Ansatz sollte mindestens etwa 0,5 Millimeter (0,02 Inch) größer als der Durchmesser der Löcher im zylindrisch perforierten Gehäuse sein und eine Dicke von mindestens etwa 2,5 Millimeter (0,10 Inch) aufweisen, um zu verhindern, daß die Protuberanzen durch die Löcher extrudiert werden und derartig eine Wurfgeschoßgefahr schaffen.
Die Protuberanzen können mit Rändelungen versehen sein, um zu verhindern, daß die Protuberanze um ihre eigene Achse rotiert. Der Schaft der Protuberanzen kann an den Rändelungen einen Interferenzsitz von etwa 0,03 Millimeter (0,001 Inch) aufweisen. Dieser Interferenzsitz hält vorübergehend die Protuberanzen am richtigen Platz, während die Mittel, um die Protuberanzen und das zylindrisch perforierte Gehäuse in feststehender Beziehung zu halten, installiert werden und der Zusammenbau der Musterwalze fertiggestellt wird. Falls erwünscht, können die Protuberanzen durch einen Preßsitz permanent am richtigen Platz gehalten werden und der ringförmige Ansatz ist weggelassen.
Für die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele, welche mit Papiertüchern verwendet werden sollen, welche zwei dünne Schichten und ein Flächengewicht, wie es dem Konsumenten dargeboten wird, von etwa 0,04 Kilogramm pro Quadratmeter (26 Pfund pro 3000 Quadratfuß) aufweisen und bei welchen jede dünne Schichte vor dem Prägen eine Abgreifhöhe von etwa 0,3 Millimeter (0,012 Inch) aufweist, sollten die Protuberanzen eine axiale Länge, welche sich über die Peripherie des zylindrisch perforierten Gehäuses hinaus radial erstreckt, von mindestens etwa 1,3 Millimeter (0,050 Inch), vorzugsweise mindestens etwa 1,8 Millimeter (0,070 Inch) und bevorzugter etwa 2,0 Millimeter [0,080 Inch], aber nicht mehr als etwa 2,5 Millimeter (0,100 Inch), aufweisen.
Es soll verstanden werden, daß geringe Verstellung von den vorhergehenden Dimensionen erforderlich sein mag, um eine faserige Struktur auf Zellulosebasis von größerem oder geringerem Flächengewicht und größerer oder geringerer Abgreifhöhe unterzubringen. Jedoch kann mit geringen Verstellungen die hierin beschriebene Vorrichtung verwendet werden, um eine faserige Struktur auf Zellulosebasis herzustellen, welche ein Flächengewicht von etwa 0,01 bis etwa 0,07 Kilogramm pro Quadratmeter (8 bis 40 Pfund pro 3.000 Quadratfuß) und bevorzugter etwa 0,04 bis etwa 0,05 Kilogramm pro Quadratmeter [25 bis 30 Pfund pro 3.000 Quadratfuß] aufweist.
Protuberanzen dieser Größe unterstützen um zu gewährleisten, daß ausreichende Ablenkung der faserigen Struktur auf Zellulosebasis an den geprägten Stellen eintritt und daß ein Unterschied im Niveau zwischen den geprägten Stellen und dem nicht-geprägten Bereich der dünnen Schichten offensichtlich ist. Diese Anordnung erzielt eine faserige Struktur auf Zellulosebasis, welche eine Abgreifhöhe von mindestens etwa 1,0 Millimeter (0,040 Inch) unter einem Sperrdruck von etwa 14,7 Gramm pro Quadratzentimeter (95 Gramm pro Quadratinch) und eine Tiefe zwi schen dem Mittelpunkt der Spanne zwischen geprägten Stellen und den geprägten Stellen von mindestens etwa 1 Millimeter (0,04 Inch), gemessen mit einem Oberflächenkontaktprofilometer unter nicht meßbarem Sperrdruck, aufweist.
Wenn die Abgreifhöhe zufolge stärkeren Prägens zunimmt, nimmt allgemein die Reißfestigkeit der faserigen Struktur auf Zellulosebasis ab. Dieses Phänomen kann jedoch durch Erhitzen der Musterwalzen, wie es in der Fachwelt allgemein bekannt ist, gemildert werden.
Die distalen Enden der Protuberanzen können eine Fläche von etwa 0,01 Quadratzentimeter (0,002 Quadratinch) aufweisen mit dem Verständnis, daß sie geprägte Stellen mit einer ähnlichen Fläche erzeugen wird. Für die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele können die Protuberanzen und deren distale Enden im Querschnitt kreisförmig bzw. rund sein. Jedoch soll verstanden werden, daß Protuberanzen mit anderen Querschnitten und distalen Enden, welche nicht kreisförmig sind, vorteilhaft mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Nachdem die Protuberanzen durch die Löcher im zylindrisch perforierten Gehäuse eingesetzt worden sind, muß ein Mittel zum Halten der Protuberanzen und des zylindrisch perforierten Gehäuses in feststehender Beziehung beigestellt werden. Das Mittel zum Halten der Protuberanzen und des zylindrisch perforierten Gehäuses in feststehender Beziehung verhindert, daß sich die Protuberanzen unter den kompressiven Kräften, welche im und während des Herstellungsverfahrens vorhanden sind und welche Kräfte durch die Kompression des distalen Endes und der Protuberanze gegen die Peripherie der äußeren Musterwalze am proximalen Ende der Protuberanzen jener Musterwalze verursacht worden sind, radial einwärts bewegen.
Ein bevorzugtes Mittel zum Halten der Protuberanzen in dem zylindrisch perforierten Gehäuse in feststehender Beziehung ist ein radialer Amboß. Wenn hierin verwendet, bezieht sich ein "radialer Amboß" auf irgendeine Struktur oder Festhaltemittel, welches die radialen Kräfte durch die Protuberanzen zum Lager für die Musterwalze überträgt. Wie es in der Fachwelt allgemein bekannt ist, kann die Musterwalze an beiden Enden ihrer Welle gelagert sein, kann einseitig eingespannt gelagert sein, kann drehzapfengelagert sein und mit Lagerzapfen, Lagern oder anderen Mitteln versehen sein, um der Musterwalze zu gestatten, axial zu rotieren, während die gewünschte Axialparallelbeziehung, Position und der lichte Abstand mit der anderen Musterwalze aufrechterhalten werden.
Eine vorteilhafte Ausführung eines radialen Ambosses, welcher ein zufriedenstellendes Mittel zum Halten des zylindrisch perforierten Gehäuses und der Protuberanzen in feststehender Beziehung beistellt, umfaßt eine mittlere Basiswalze und einen Innenmantel. Die Basiswalze und der Innenmantel sind beide zueinander konzentrisch und jedes weist einen konstanten Innendurchmesser, einen konstanten Außendurchmesser und eine konstante radiale Dicke auf.
Beim detaillierteren Überprüfen des Zusammenbaus der vorgenannten Bestandteile kann der Innenmantel für das hierin beschriebene Ausführungsbeispiel hergestellt sein, indem er einen Außendurchmesser von etwa 43,34 Zentimeter (17,063 Inch) und einen Innendurchmesser von etwa 42,50 Zentimeter (16,734 Inch) aufweist. Die proximalen Enden oder Ansätze, falls beigestellt, der Protuberanzen definieren einen Kreis mit einem kleineren Durchmesser, insbesondere einem Durchmesser von etwa 43,33 Zentimeter (17,060 Inch), und daher ist ein Interferenzsitz vorhanden.
Um diesen Interferenzsitz, welcher durch den Unterschied in der Größe zwischen dem Innenmantel und dem Kreis, welcher von den Innenseiten der Protuberanzen definiert ist, verursacht ist, zu beseitigen und um beim Zusammenfügen des Innenmantels mit der Musterwalze zu unterstützen, wird der Innenmantel thermisch kontrahiert. Ein Abkühlen des Innenmantels reduziert dessen Durchmesser zufolge der damit verbundenen thermischen Kontraktion. Für die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele ist eine Temperaturdifferenz von mindestens etwa 77ºC (170ºF) als geeignet befunden worden.
Nachdem der Innenmantel abgekühlt worden ist, wird er in die Subanordnung, welche die Protuberanzen und das zylindrisch perforierte Gehäuse umfaßt, eingesetzt. Der Innenmantel wird auf Umgebungstemperatur erwärmen gelassen und ein Preßsitz von etwa 0,08 Millimeter (0,003 Inch) wird gebildet. Dieser Preßsitz hält die Protuberanzen. In feststehender Beziehung in bezug auf den Innenmantel für das Gegengewicht des Aufbaus der Musterwalzen.
Jedoch überträgt diese Anordnung nicht adäquat Kräfte, welche auf die Protuberanzen radial aufgebracht worden sind, auf das Lager für die Musterwalzen. Die Basiswalze und der Innenmantel mit konstantem Durchmesser und Dicke müssen miteinander durch einen Bestandteil verbunden werden.
Ein geeigneter Bestandteil, um die Basiswalze und den Innenmantel zu verbinden und die radiale Belastung dazwischen zu übertragen, ist eine ringförmige Einfassung. Eine einfache ringförmige Einfassung kann von konstantem Innen- und Außendurchmesser und konstanter radialer Dicke sein. Die ringförmige Einfassung kann dimensioniert sein, um einen Interferenzsitz zwischen der Basiswalze und dem Innenmantel beizustehen, und kann unter Verwendung einer hydraulischen Presse, wie sie in der Fachwelt allgemein bekannt ist, dazwischen axial eingesetzt werden.
Eine besonders bevorzugte ringförmige Einfassung ist in der Dicke radial einstellbar. Während viele ringförmige Einfassungen geeignet sein mögen und auf dem Gebiet verwendet werden, ist ein Bestandteil, welcher radial einstellbar ist und mit Erfolg verwendet worden ist, ein innerer Verriegelungsaufbau. Ein innerer Verriegelungsaufbau kann in den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Basiswalze und dem Innenmantel in einem Zustand mit viel Spielraum eingesetzt, dann unter Verwendung der axial ausgerichteten mit Gewinde versehenen Befestigungsmittel, welche üblicherweise beigestellt und mit derartigen inneren Verriegelungsaufbauten verbunden sind, festgezogen werden, um den inneren Verriegelungsaufbau radial zu expandieren.
Der Verriegelungsaufbau sollte ausreichend dimensioniert sein, um das Drehmoment von der Antriebseinheit durch die Basiswalze oder den Bestandteil der Musterwalze, welcher auch immer mit der Antriebseinheit verbunden ist, zum Innenmantel und eventuell zum zylindrisch perforierten Gehäuse ohne nachteilige Winkelablenkung dazwischen zu übertragen. Eine sich selbst zentrierende innere Verriegelungskonstruktion ist als vorteilhaft befunden worden, da es von Bedeutung ist, daß in den modularen Musterwalzen Konzentrizität aufrechterhalten wird. Ein selbstzentrierender innerer Verriegelungsaufbau Serie 303, Größe 340 · 425, welcher von der Ringfeder Company aus Westwood, New Jersey, verkauft wird, ist für die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele als geeignet befunden worden.
Ein weniger bevorzugtes Mittel (nicht gezeigt) zum Halten der Protuberanzen und des zylindrisch perforierten Gehäuses in feststehender Beziehung ist ein härtbares Harz, welches die Innenseite des zylindrisch perforierten Gehäuses füllt. Das Harz kann in flüssiger Form in ein vertikal angeordnetes zylindrisch perforiertes Gehäuse gegossen werden, wobei die Protuberanzen von der Seite installiert werden, und wird härten gelassen. Sobald es gehärtet ist, verfestigt sich das Harz und hindert die Protuberanzen am radialen Einwärtsbewegen oder am Rotieren um ihre Achsen.
Geeignete Harze inkludieren epoxyartige Harze. Ein besonders geeignetes Harz wird von Conap aus Olean, New York, unter der Modellnummer TE-1257 verkauft und mit EA-116-Härter verwendet.
Wenn dieses Mittel zum Halten des zylindrisch perforierten Gehäuses und der Protuberanzen in einer feststehenden Beziehung ausgewählt ist, kann die Musterwalze mit einer Basiswalze versehen werden, sodaß die Menge an Harz, welche erforderlich ist, um die Protuberanzen und das zylindrisch perforierte Gehäuse in feststehender Beziehung zu halten, minimiert ist. Eine hohle oder volle zylindrische Basiswalze mit einem Durchmesser, welcher etwas geringer als jener ist, welcher von den proximalen Enden der Protuberanzen definiert ist, kann in dem zylindrisch perforierten Gehäuse installiert und zentriert werden, nachdem die Protuberanzen installiert worden sind.
Das Harz wird in den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Basiswalze und dem zylindrisch perforierten Gehäuse gegossen. Diese Anordnung ergibt die Vorteile des Reduzierens der Gesamtmenge an verwendetem Harz, welches häufig einen geringeren Modul in der Kompression aufweist als entweder die Basiswalze oder das zylindrisch perforierte Gehäuse, und sorgt für Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung und kann die Empfindlichkeit der Härtungszeit gegen Faktoren, welche die Härte des Harzes nach dem Härten beeinträchtigen, reduzieren.
Es ist verständlich, daß es ein Nachteil dieses Mittels ist, daß die Protuberanzen im Harz eingebettet sind, was deren radiales Auskragen von der Peripherie der Musterwalze reduziert. Dieses Einbetten kann durch Verstellen der Musterwalzen, um enger zueinander zu sein, untergebracht werden oder kann durch längere Protuberanzen kompensiert werden.
Ein weiteres weniger bevorzugtes Mittel zum Halten des zylindrisch perforierten Gehäuses und der Protuberanzen in feststehender Beziehung ist die Basiswalze, welche verwendet wird, um das zylindrisch perforierte Gehäuse, welches die Protuberanzen durch die Löcher von der Innenseite des zylindrisch perforierten Gehäuses installiert hat, zu füllen, ohne Verwendung von Harz. Bei dieser Anordnung ist der äußere Durchmesser der Basiswalze gering größer als der innere Durchmesser, welcher von den proximalen Ende der Protuberanzen definiert ist. Eine Preßverband- oder Preßsitzanordnung tritt dann ein, sodaß die proximalen Enden der Protuberanzen der Basiswalze radial kompressive Belastungen verleihen.
Ein Preßsitz kann vorteilhaft sein, welcher durch thermische Kontraktion der Basiswalze ausgeführt ist. Jedoch ist ein Nachteil dieser Anordnung, daß ein Auseinandernehmen und Wiederverwenden der einzelnen Bestandteile der Musterwalze in der Regel schwierig auszuführen ist. Demnach kann es beispielsweise, wenn eine der Protuberanzen gebrochen ist, nicht ausführbar sein, genau die gebrochenen Protuberanzen zu ersetzen. (ein Problem, was den integralen Musterwalzen des Stands der Technik innewohnt) und die Musterwalze muß verschrottet werden. Die Basiswalze wird abgekühlt, axial im zylindrisch perforierten Gehäuse eingesetzt und auf Umgebungstemperatur erwärmt, sodaß ein Aussetzen an die Enddimension eintreten kann.
Falls erwünscht können die axialen Enden des zylindrisch perforierten Gehäuses mit einem Mittel zum Übereinstimmen des zylindrisch perforierten Gehäuses mit anderen zylindrisch perforierten Gehäusen, welche in axial berührender Beziehung damit nebeneinandergestellt sind, beigestellt sein. Das Mittel zum Übereinstimmen der zylindrisch perforierten Gehäuse axial nebeneinandergestellter und sich berührender Musterwalzen sorgt für Kontinuität des ästhetischen Musters, welches durch die Protuberanzen über das Konsumprodukt gebildet ist.
Diese Anordnung gestattet, daß eine Mehrzahl von Musterwalzen axial verknüpft wird, sodaß bei der Herstellung eine faserige Struktur auf Zellulosebasis von größerer Breite vorteilhaft aufgebaut werden kann. Insbesondere trägt dies zu ökonomischerer Herstellung einer derartigen faserigen Struktur auf Zellulosebasis bei.
Ein geeignetes Mittel zur Übereinstimmung des zylindrisch perforierten Gehäuses einer Musterwalze mit einem weiteren zylindrisch perforierten Gehäuse einer axial berührenden Musterwalze ist Unregelmäßigkeiten in den Axialenden des zylindrisch perforierten. Gehäuses.
Insbesondere können die axialen Enden des zylindrisch perforierten Gehäuses mit Ausbuchtungen versehen sein, können gezahnt sein oder mit einem Sägezahn- oder quadratischen Webmuster versehen sein. Die exakte Größe, Gestalt, Verteilung und Position der Unregelmäßigkeiten werden von dem bestimmten ästhetischen Muster der Protuberanzen abhängen.
Falls erwünscht können andere Muster in den Musterwalzen hergestellt sein, welche mit ähnlichen Mustern geprägter Stellen und nicht-geprägter Bereiche in der faserigen Struktur auf Zellulosebasis übereinstimmen werden. Beispielsweise können anstelle von diskreten geprägten Stellen und einem im wesentlichen kontinuierlichen nicht-geprägten Bereich die Musterwalzen mit einem im wesentlichen kontinuierlichen Protuberanzen-Netzwerk versehen sein.
Vorhersagbar kann dieses im wesentlichen kontinuierliche Protuberanzennetzwerk beigestellt sein, indem es ein zylindrisches Gehäuse von der genauen radialen Wandungsdicke aufweist und indem in die Außenseite des zylindrischen Gehäuses Blindlöcher gebohrt werden. Die Blindlöcher werden nicht die koinzidierenden Bereiche der jeweiligen dünnen Schichte gegen die andere dünne Schichte im Walzenspalt, welcher von den Musterwalzen gebildet ist, komprimieren. Diese Anordnung erzeugt eine faserige Struktur auf Zellulosebasis mit einer im wesentlichen kontinuierlichen geprägten Stelle und diskreten nicht-geprägten Stelle.

Claims

1. Ein Verfahren zum Herstellen einer faserigen Struktur auf Zellulosebasis, welche zwei dünne Schichten, welche in Seite-an-Seite-Beziehung miteinander verbunden sind, aufweist, wobei das genannte Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Beistellen von zwei dünnen Schichten, welche in Seite-an-Seite-Beziehung verbunden werden sollen;

Beistellen einer Vorrichtung mit zwei Musterwalzen, jede mit einer Peripherie und radial ausgerichteten Protuberanzen, welche sich davon zu distalen Enden erstrecken, wobei die genannten Musterwalzen in axial paralleler Beziehung nebeneinandergestellt sind, um einen ersten Walzenspalt dazwischen zu bilden; und

Formen der genannten dünnen Schichten durch den genannten Walzenspalt, welcher durch die genannten Musterwalzen definiert ist, wodurch jede genannte dünne Schichte mit der anderen genannten dünnen Schichte an einer Mehrzahl von Stellen koinzidierend mit den distalen Enden der genannten Protuberanzen verbunden wird und dieselbe berührt,

dadurch gekennzeichnet, daß die distalen Enden der Protuberanzen einer jeden genannten Musterwalze die Peripherie der anderen genannten Musterwalze berühren, sodaß beide dünnen Schichten zwischen den distalen Enden der Protuberanzen einer genannten Musterwalze und der genannten Peripherie der anderen genannten Musterwalze kompaktiert werden.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, welches weiters folgende Schritte umfaßt:

Beistellen einer Druckwalze, welche in axial paralleler Beziehung mit einer genannten Musterwalze nebeneinandergestellt ist, um einen zweiten Walzenspalt dazwischen zu bilden;

Beistellen einer Klebstoff-Applikatorwalze, welche in axial paralleler Beziehung mit der genannten Musterwalze, welche den genannten zweiten Walzenspalt aufweist, nebeneinandergestellt ist, um einen dritten Walzenspalt zwischen der genannten Klebstoff-Applikatorwalze und der genannten Musterwalze zu bilden;

Beistellen eines Vorrats von Klebstoff an die genannte Applikatorwalze;

Vorwärtsbewegen einer genannten dünnen Schichte durch den genannten zweiten Walzenspalt, welcher zwischen der genannten Druckwalze und der genannten Musterwalze gebildet ist, wodurch die genannten Protuberanzen der genannten Musterwalze die genannte dünne Schichte gegen die genannte Druckwalze prägen;

Vorwärtsbewegen der genannten dünnen Schichte durch den genannten dritten Walzenspalt zwischen der genannten Klebstoff-Applikatorwalze und der genannten Musterwalze, um Klebstoff auf die genannte dünne Schichte in einem vorher festgelegten Muster aufzubringen; und

klebendes Aneinanderbinden der genannten dünnen Schichten, um eine faserige Struktur auf Zellulosebasis zu bilden.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, welches weiters folgende Schritte umfaßt:

Beistellen von zwei Druckwalzen, wobei eine genannte Druckwalze in axial paralleler Beziehung mit jeder genannten Musterwalze nebeneinandergestellt ist, um einen Walzenspalt dazwischen zu bilden;

Beistellen zweier Klebstoff-Applikatorwalzen, wobei eine genannte Klebstoff- Applikatorwalze in axial paralleler Beziehung mit jeder genannten Musterwalze nebeneinandergestellt ist, um einen Walzenspalt dazwischen zu definieren;

Beistellen eines Vorrats von Klebstoff an jede genannte Applikatorwalze;

Vorwärtsbewegen einer genannten dünnen Schichte durch den genannten Walzenspalt, welcher zwischen einer genannten Druckwalze und einer genannten Musterwalze gebildet ist, wodurch die genannten Protuberanzen der genannten Musterwalze die genannte dünne Schichte gegen die genannte Druckwalze prägen;

Vorwärtsbewegen der anderen genannten dünnen Schichte durch den Walzenspalt, welcher zwischen der anderen genannten Druckwalze und der anderen genannten Musterwalze gebildet ist, wodurch die genannten Protuberanzen der genannten Musterwalze die genannte dünne Schichte gegen die genannte Druckwalze prägen;

Vorwärtsbewegen jeder genannten dünnen Schichte durch den genannten Walzenspalt zwischen der genannten Klebstoff-Applikatorwalze und der genannten Musterwalze, um Klebstoff auf die genannten dünnen Schichten in einem vorher festgelegten Muster aufzubringen; und

klebendes Verbinden einer jeden genannten geprägten Stelle mit der anderen genannten dünnen Schichte.

4. Eine faserige Struktur auf Zellulosebasis mit zwei dünnen Schichten, welche in Seite-an-Seite-Beziehung verbunden sind, wobei die genannte faserige Struktur auf Zellulosebasis umfaßt:

eine erste dünne Schichte mit einem nicht-geprägten Bereich und geprägten Stellen, welche allgemein davon auswärts abragen;

eine zweite dünne Schichte mit einem nicht-geprägten Bereich und geprägten Stellen, welche allgemein davon auswärts abragen, wobei die genannten geprägten Stel len mindestens einer der genannten dünnen Schichten mit dem genannten nicht- geprägten Bereich der genannten anderen dünnen Schichte verbunden sind; und

eine imaginäre Schwerpunktebene, welche zwischen den genannten dünnen Schichten liegt und den Raum zwischen den genannten nicht-geprägten Bereichen halbiert, wodurch geprägte Stellen von jeder genannten dünnen Schichte die genannte Schwerpunktebene queren,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der genannten geprägten Stellen einer jeden dünnen Schichte mit der genannten anderen dünnen Schichte an einem distalen Ende, welches komprimiert worden ist, verbunden ist.