DE69623902T2

DE69623902T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Quetschperforieren von mehrschichtigem Folienmaterial

Info

Publication number: DE69623902T2
Application number: DE69623902T
Authority: DE
Inventors: Dale T. Gracyalny; Galyn Schulz
Original assignee: Georgia Pacific LLC
Current assignee: Georgia Pacific LLC
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2016-10-24
Also published as: US5755654A; EP0770477A3; EP0770477A2; ES2183903T3; EP0770477B1; DE69623902D1; CA2188091A1; CA2188091C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, ein Gerät und ein Verfahren zum Perforieren eines Papierproduktes, wie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 12 und 17 definiert.
Eine Vorrichtung, ein Gerät und ein Verfahren dieser Art ist in der US-A-2 870 840 offenbart. Das Gerät enthält eine Fördereinrichtung zum Fördern einer Papierbahn unbestimmter Länge zwischen einer Walze und einer stationären Ambosseinrichtung. Mit der Walze fest verbunden sind eine Vielzahl von Klingen, die gegen stationäre (Amboss-) Messer zum Perforieren wirken. Jede einzelne Klinge ist an der Walze angeordnet, so dass das Schneiden in jedem Augenblick auf einem einzelnen Kontaktpunkt beruht. Die Papierbahn wird nicht gedrückt.
Die US-A-5 269 983 beschreibt ein Gerät zum Prägen und Verbinden einer mehrschichtigen Papierbahn, die nach dem Verbindungsverfahren perforiert wird. Das Gerät enthält Prägewalzen, die ein vorbestimmtes Prägemuster in der Bahn erzeugen. Stromabwärts der Prägewalzen ist ein Gerät zum Perforieren der Bahn quer zu ihrer Breite angeordnet. Die Stellen der Perforierung und die Stellen des Prägemusters sind nicht aufeinander bezogen, so dass die Perforierungen unabhängig vom Prägemuster auftreten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Quetschperforieren von Papierprodukten, und insbesondere eine verbesserte Konstruktion von Klinge und Amboss zum Zusammenquetschen mehrerer Papierlagen um Probleme bezüglich einer Lagentrennung, fehlender Lagen, mangelnder Ausrichtung der Lagen und dgl zu verhindern.
Papierprodukte für den Verbrauch, wie beispielsweise Toilettenpapier oder Papierhandtücher, werden laufend verbessert, um Konsumwünsche zu befriedigen, die Markentreue des Konsumenten und die Produktqualität zu verbessern. Im Verlaufe der Entwicklung der Technologie, wurden viele Anstrengungen unternommen, um das Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Papierproduktes zu vereinfachen, während zu gleicher Zeit die Qualität des Papierproduktes erhöht wird, indem man die Möglichkeit einer Trennung der Lagen, eines Fehlens von Lagen, einer mangelnden Ausrichtung der Lagen und anderer Faktoren verringert, die durch den Konsumenten als nachteilig empfunden werden.
Mehrlagige Papierprodukte sind gewöhnlich aus zwei oder mehreren identischen Bahnen oder Blättern aus Papier hergestellt, die miteinander verbunden und auf einem Papierkern aufgerollt sind. Die Bahnen können unter Verwendung von Klebstoffen miteinander verbunden werden, die eine feste Verbindung zwischen den einzelnen Blättern schafft. Dieser Herstellungsprozess ist jedoch kostenaufwendig und beeinflusst die Geschmeidigkeit des so hergestellten, mehrlagigen Papierproduktes, was beim Verwenden des Produktes durch den Konsumenten unbefriedigend sein kann.
Bei der Herstellung eines mehrschichtigen Papierproduktes, wie beispielsweise Toilettenpapier, wird gewöhnlich ein Perforationsverfahren verwendet. Um dem Konsumenten zu gestatten, das Toilettenpapier in getrennter Weise zu verwenden, müssen die mehrlagigen Blätter in einer Weise perforiert werden, durch die sie leicht ausgegeben werden können. Demnach könnte ein Verbraucher ein Blatt oder mehrere Blätter von der Toilettenpapierrolle trennen und verwenden.
Herkömmlicherweise werden mehrlagige Papierprodukte unter Verwendung einer Perforierklinge und eines komplementären, festen Ambosses perforiert. Die Perforierklingen sind gewöhnlich auf einem rotierenden Zylinder montiert. Der Amboss ist dem rotierenden Zylinder gegenüberliegend montiert und so angeordnet, dass eine mehrlagige Papierbahn zwischen der Perforierklinge und dem Amboss perforiert werden kann, wenn sich der Zylinder dreht. Gewöhnlich hat die Perforierklinge Zähne, die durch die Dicke der mehrlagigen Bahn schneiden, wenn sie gegen den festen Amboss gehalten wird. Diese schmalen Schnitte sind Perforationen, die die einzelnen Blätter auf der Papierproduktrolle definieren. In Abhängigkeit davon, wie die Perforationen hergestellt sind, ist ein Verbraucher fähig, die einzelnen Papierblätter entweder schwierig oder relativ leicht abzunehmen.
Die Erfinder haben verschiedene Probleme festgestellt, die mit mehrlagigen Papierprodukten, wie beispielsweise Toilettenpapier, in Verbindung stehen, die die Zufriedenheit des Verbrauchers beeinflussen. Wenn ein Benutzer eines oder mehrere Blätter von einer Toilettenpapierrolle abnimmt, wird beispielsweise die verbleibende, vorlaufende Blattkante gewöhnlich ausfransen und die einzelnen Papierlagenblätter werden ungebunden zurückgelassen. Eine ungebundene vorlaufende Kante kann eine mangelnde Ausrichtung der Lagen verursachen, die auftritt, wenn ein Benutzer versucht, ein oder mehrer Blätter von der Rolle abzunehmen und dabei mehr Blätter von einer der mehrlagigen Schichten als von der anderen erwischt. Beispielsweise kann der Benutzer versuchen, vier gleiche, zweilagige Blätter von einer Papierrolle abzunehmen, aber drei obere Schichtblätter und vier Bodenschichtblätter erwischen. Eine ungebundene vorlaufende Kante kann ebenfalls zu einer Lagentrennung und verlorengehender Lagen führen, was die Zufriedenheit des Benutzers mit dem Papierprodukt negativ beeinflusst.
Viele verschiedene Verfahren und Geräte können im Stand der Technik gefunden werden, um bahnförmiges Material, wie oben diskutiert, zu schneiden und zu perforieren. Beispielsweise offenbaren die US-Patente 3 598 010, Chambon, und 3 795 163, Amstrong u. a., Geräte und Verfahren zum Entwickeln von Perforierklingen, um verschiedene Bahnen und Materialschichten zu perforieren. Die in den oben erwähnten Entgegenhaltungen verwendeten Klingen schneiden jedoch eher durch das Bahnmaterial und zeigen keine Einrichtung, um die vorlaufenden Kanten der Papierblätter zu verbinden, um eine Lagentrennung, eine Fehlausrichtung der Lagen und fehlende Lagen zu vermeiden.
Andere Klingenkonstruktionen sind in den US-Patenten 3 256 131, Koch u. a. und 3 510 380, Bittner u. a. offenbart. Diese Entgegenhaltungen des Standes der Technik offenbaren ein abgerundetes, klingenartiges Teil, das an einer Walze montiert ist, um mehrere Materialblätter zu verbinden. Die in diesen Entgegenhaltungen verwendeten Klingen sind jedoch zur Verwendung mit Kunststoff und anderen synthetischen Materialien ausgelegt, einschließlich Schaummaterialien, die andere Schneiderfordernisse haben als Papierbahnen. Weiterhin ist ein geeignetes Verfahren zum Verbinden der vorlaufenden Kanten der Mehrfach-Materialblätter in keiner der beiden Entgegenhaltungen des Standes der Technik vorgesehen. Demzufolge ist die Vorrichtung und das Verfahren, wie sie durch Koch u. a. und Bittner u. a. offenbart sind, nicht geeignet zum Verbinden eines zweilagigen Papiermaterials, wie beispielsweise Toilettenpapier, und würde keine Lösung für das oben erwähnte Problem bieten.
Zum Herstellen einer angemessenen Verbindung zwischen jeder einzelnen Lagenschicht und jedem mehrschichtigen Papierblatt, muss die Perforations-Lagen-Bindungsfestigkeit und die Perforations-Zugfestigkeit in Betracht gezogen werden. Die Perforations-Lagen- Bindungsfestigkeit ist die Festigkeit der Verbindung zwischen den mehrfachen Papierlagenschichten an der Perforationszone. Die Perforationszone ist der Bereich, wo das Tissue-Material gebunden und perforiert wird. Die Perforations-Zugfestigkeit ist die Festigkeit des Papiers in der Perforationszone, nachdem das Blatt perforiert wurde. Die Höhe der Perforations-Zugfestigkeit sollte optimiert werden, um eine Hochgeschwindigkeitsherstellung des mehrlagigen Papierproduktes zu gestatten, um jedoch auch zu gestatten, dass der Benutzer die einzelnen perforierten Blätter von der Rolle leicht trennen kann. Eine angemessene Perforations-Lagen-Verbindungsfestigkeit ist notwendig, um sicherzustellen, dass die vorlaufenden Kanten der einzelnen Papierblätter verbunden bleiben, wenn einzelne Blätter von der Papierrolle entfernt werden.
Im Stand der Technik wurden viele Verfahren verwendet, um die Perforations-Lagen- Bindungsfestigkeit einer mehrschichtigen Materialbahn zu verbessern. Beispielsweise offenbart das US-Patent 5 114 771, Ogg u. a., eine Perforationsklinge mit alternativ beabstandeten Zähnen und Nuten, um beide der einander entgegengesetzten Eigenschaften der Perforations-Zugfestigkeit zwischen benachbarten Papierblättern und der Perforations-Lagen-Bindungsfestigkeit zwischen übereinanderliegenden Lagen zu optimieren. Diese Entgegenhaltung konzentriert sich auf die relative Größe der Perforationsklingenzähne und - nuten, um die geeigneten Perforationsmerkmale zu bestimmen, die notwendig sind, um sowohl Zugfestigkeit als auch Lagen-Verbindungsfestigkeit zu erreichen. Die Vorrichtung und das Verfahren dieser Entgegenhaltung schneidet jedoch einfach durch die Papierdicke, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, und schafft kein Verfahren, um die vorlaufende Kante jedes einzelnen Tissueblattes in angemessener Weise zu verbinden.
Das US-Patent 3 590 695, Gerard, offenbart ein System und eine Vorgehensweise zum Verbinden von Papierblättern miteinander. Um die Blätter miteinander zu verbinden, wird ein Messer verwendet, ohne dass Zähne des Messerblattes durch alle der laminierten Blätter hindurchtreten. Obwohl die Gerard-Entgegenhaltung ein Verfahren zum Quetschen mehrschichtiger Blätter aneinander offenbart, offenbart diese Entgegenhaltung kein Verfahren zum Verbinden der vorlaufenden Kante jedes Tissueblattes und zum Perforieren der mehrlagigen Blätter nach dem Verbinden.
Im Hinblick auf den oben diskutierten, gegenwärtigen Stand der Technik, besteht ein Bedürfnis an einem kostengünstigen Herstellungssystem und einem -verfahren, das die Lagentrennung, eine Fehlausrichtung der Lagen, fehlende Lagen und dgl. eliminiert, indem die Perforations-Lagen-Verbindungsfestigkeit des mehrlagigen Papierproduktes verbessert wird.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen von mehrlagigen Papierprodukten zu schaffen.
Es ist ebenfalls ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Quetschen und Perforieren mehrlagiger Produkte zu schaffen, um einzelne mehrlagige Papierblätter zu erzielen, die an einer Perforationszone miteinander verbunden sind.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die die vorlaufende Kante mehrerer Papierlagen verbindet, um eine Lagentrennung, fehlende Lagen, eine Fehlausrichtung von Lagen und dgl. zu definieren.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Verbinden der vorlaufenden Kanten mehrerer Papierlagen zu schaffen, so dass eine oder mehrere, einzelne, mehrlagige Papierblätter von einer Rolle abgenommen werden können, ohne die Lagen an der verbleibenden, vorlaufenden Kante zu trennen.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Perforieren eines mehrlagigen Bahnmaterials zu schaffen.
Es ist ebenfalls ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Quetschen mehrerer Papierlagen aneinander zu schaffen, um eine Perforations-Lagen-Bindung zu erzeugen, bevor durch die Papierlagendicke hindurchgeschnitten wird.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Quetschen und Perforieren der vorlaufenden Kante mehrerer Papierlagen zu schaffen, um eine Lagentrennung, fehlende Lagen, eine Fehlausrichtung der Lagen und dgl. zu eliminieren.
Es ist weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden der vorlaufenden Kanten mehrerer Papierlagen zu schaffen, so dass ein oder mehrere einzelne, mehrlagige Papierblätter von einer Rolle abgenommen werden können, ohne die Lagen der verbleibenden vorlaufenden Kante zu trennen.
Diese und andere Ziele werden durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Gerät gemäß Anspruch 12 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14 erreicht, um ein mehrschichtiges Bahnmaterial quetschend zu perforieren, um die Perforations-Lagen- Verbindung und/oder die Perforations-Lagen-Verbindungs-Rückhaltung zu verbessern, indem man die Mehrfachlagen aneinander quetscht unter Verwendung einer Amboss- und Perforationsklingen-Konstruktion. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die mehrlagigen Blätter gegeneinander gequetscht, um eine Verbindung zu schaffen, bevor die Blätter perforiert werden. Insbesondere umfasst die Vorrichtung eine walzenmontierte, konturierte Perforationsklinge, die mit einem abgeschrägten Amboss zusammenwirkt, um mehrere Lagen Tissuepapier miteinander zu verbinden, ohne in die Dicke des Tissue einzudringen. Der Amboss kann bezüglich der Perforationsklinge abgeschrägt sein, um bevorzugt eine Schnittstelle Amboss/Perforationsklinge zwischen 0º bis 20º zu schaffen. Indem man die Mehrfachlagen vor dem Schneiden an den Perforationszonen zusammenquetscht, wird die vorlaufend Kante jedes Tissueblattes gebunden. Wenn ein Benutzer ein oder mehrere Blätter von der Papierrolle abnimmt, verbleibt die vorlaufende Kante des Papierblattes an der Rolle in sich gebunden, um unerwünschte Lagentrennung, Fehlausrichtung der Lagen, fehlende Lagen oder dgl. zu eliminieren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhöhen der Perforations-Lagen-Verbindung und der Perforations-Lagen-Verbindungsenergie, basierend auf dem Schnittwinkel zwischen Perforationsklinge/Amboss. Um eine optimale Perforations-Lagen-Verbindung zu realisieren, wird ein mit 15º abgeschrägter Amboss verwendet, um einen Klinge/Amboss-Schnittwinkel von 5º zu erzeugen. Die Verwendung eines mit 15º abgeschrägten Ambosses mit einer konturierten Perforationsklinge erhöht die Perforations-Lagen-Verbindung und die Perforations-Lagen-Verbindungsenergie zwischen den mehrfachen Papierlagen merklich.
Eine Perforationsklinge weist bevorzugt zwischen 30 bis 120 konturierte oder abgerundete Zähne, noch besser zwischen 45 bis 100 konturierte oder abgerundete Zähne und am besten zwischen 54 bis 81 konturierte oder abgerundete Zähne auf, um die gewünschte Perforations-Lagen-Verbindungsfestigkeit und/oder Perforations-Lagen- Verbindungsenergie zu erreichen; dem Fachmann ist jedoch klar, dass eine Perforationsklinge mit mehr oder weniger Zähnen ebenfalls verwendet werden kann, um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
Fig. 1 ist eine teilweise Querschnittsdarstellung der Perforationsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a ist eine perspektivische Darstellung der Perforationsklinge gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2b ist eine vergrößerte, perspektivische Teildarstellung der Zähne der Perforationsklinge gemäß Fig. 2a;
Fig. 3 ist eine Teildarstellung im Querschnitt der rotierenden Perforationsklinge, wie sie den festen Amboss erreicht, um das mehrlagige Bahnmaterial dazwischen zu perforieren;
Fig. 4 ist eine Teildarstellung im Querschnitt der Perforationsklinge, wie sie das mehrlagige Bahnmaterial dazwischen quetscht und perforiert;
Fig. 5 ist eine teilweise Seitenansicht eines Papierproduktes, das durch die Perforationsklingen der Fig. 2a und 2b gequetscht und perforiert wurden; und
Fig. 6 ist ein Fließdiagramm des Herstellungsverfahrens des Quetschens und Perforierens eines mehrlagigen Bahnmaterials gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Quetschperforieren eines mehrlagigen Bahnmaterials. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Perforationsvorrichtung und das -verfahren verwendet worden, um mehrlagiges Toilettenpapier herzustellen. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass die Perforationsvorrichtung und das -verfahren, das unten diskutiert wird, zum Verbinden und Perforieren jedes mehrlagigen Papierproduktes verwendet werden könnte.
Fig. 1 zeigt eine Teildarstellung einer Perforationsvorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst zwei getrennte Komponenten, die ausgebildet sind, um zusammen mehrere Lagen eines Bahnmaterials 2 quetschen und zu perforieren. Die beiden Elemente der Vorrichtung 1 enthalten eine Messerwalze 3 und ein stationäres Gussstück 5.
Die Messerwalze 3 rotiert entgegen dem Uhrzeigersinn um eine Achse und umfasst eine Perforationsklinge 7, eine Perforationsklingenklammer 9, eine Dichtung 11, einen Unterstützungsblock 13, eine Bettwalze 15 und Bolzen 17 und 19. Die Bettwalze 15 bildet den Körper der Messerwalze 3 und ist ein im Wesentlichen zylindrischer Körper, der aus einem festen Material, wie beispielsweise Stahl besteht. Die Perforationsklinge 7 ist fest an der Bettrolle 15 durch die Perforationsklingenklammer 9 befestigt und weist eine Reihe von Zähnen 10 auf, die abgerundet oder konturiert sind, wie in den Fig. 2a und 2b gezeigt. Die Perforationsklingenklammer 9 ist an der Bettrolle 15 durch einen Bolzen 17 befestigt, der sich durch die Perforationsklingenklammer und in die Bettrolle erstreckt. Die Perforationsklingenklammer ist ebenfalls aus einem festen Material, wie beispielsweise Stahl, hergestellt.
Zwischen der Perforationsklingenklammer 9 und der Perforationsklinge 7 ist eine Dichtung 11 zwischengelegt, um den Druck zwischen der Klammer 9 und der Klinge 7 zu vergleichmäßigen. Die Perforationsklingenklammer 9 und die Dichtung 11 üben Druck auf den unteren Bereich der Perforationsklinge 7 aus, wie in Fig. 1 gezeigt, so dass das obere Ende der Perforationsklinge 7 frei bleibt. Das freie Ende der Perforationsklinge 7 ist hergestellt, dass es ausweicht, wenn es während des Quetsch- und Perforationsverfahrens einen zugeordneten Amboss 25 berührt. Ein Unterstützungsblock 13 ist vorgesehen, um den Betrag des Abstandes zu begrenzen, um den die Perforationsklinge 7 ausweichen kann. Der Unterstützungsblock 13 ist durch den Bolzen 19 an der Bettrolle 15 befestigt, der sich durch den Unterstützungsblock 13 und in den Bettrollenkörper erstreckt.
Das stationäre Gießteil 5 enthält einen Ambosshalter 21, eine Einstellleiste 23, einen Amboss 25, eine gebogene Unterlegscheibe 27 und Bolzen 29, 31 und 33. Der Ambosshalter 21 ist fest mit dem stationären Gießteil 25 durch den Bolzen 29 verbunden, der sich durch ihn hindurcherstreckt. Die gebogene Unterlegscheibe 27 ist zwischen dem Kopf des Bolzens 29 und dem Körper des Ambosshalters 21 vorgesehen, um die Position des Ambosses zu sichern, während er eingestellt wird. Die axiale Position des Ambosshalters 21 bezüglich der Messerwalze 3 wird durch den Bolzen 31 bestimmt, der an die obere Oberfläche des Ambosshalters 21 anschlägt, wie in Fig. 1 gezeigt.
Die Einstellleiste 23 und der Amboss 25 sind in einem Bodenhohlraum des Ambosshalters 21 vorgesehen. Die Einstellleiste 23 ist ein Block eines festen Materials, der Druck ausübt, um den Amboss 25 gegen die Wand des Hohlraums des Ambosshalters 21 zu sichern. Der Amboss 25 besteht im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem Wolframkarbidmaterial, jedoch können andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften ebenfalls verwendet werden. Weiterhin kann der Amboss abgerundete oder quadratische Ecken aufweisen, in Abhängigkeit von den gewünschten Perforationsmerkmalen. Die Einstellleiste 23 ist im Hohlraum durch eine Einstellschraube 33 festgelegt, die sich durch den Körper des Ambosshalters 21 und geringfügig in die Einstellleiste 23 erstreckt, die Druck auf den Amboss 25 ausübt.
In Fig. 1 bezeichnet A den Winkel der Perforationsklinge, wie sie in der Perforations- Bettrolle gehalten ist, gewöhnlich 450º. Der Winkel B definiert die Lage der Ambossfläche, gewöhnlich 25º. Der Winkel C ist der Klingen/Amboss-Schnittwinkel, bestimmt durch die Differenz zwischen dem Perforationsklingenwinkel A und dem Amboss-Positionswinkel B. In typischen Perforationsvorrichtungen ist der Winkel C 20º. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sollte der Klingen/Amboss-Schnittstellenwinkel C etwa 5º sein, um die erwünschte Perforations-Lagen-Bindungsfestigkeit, Perforations-Lagen-Bindungsrückhaltung und Perforations-Zugfestigkeit des mehrlagigen Papierproduktes zu erreichen. Der Klingen/Amboss-Schnittstellenwinkel C könnte jedoch auch jeder Winkel zwischen 0º und 20º sein. Der Klingen/Amboss-Schnittstellenwinkel von 5º kann erreicht werden, indem man eine Abschrägung von 15º an dem Karbidamboss 25 vorsieht. Der Klingen/Amboss-Schnittstellenwinkel von 0º bis 20º kann jedoch auch erreicht werden durch jede beliebige Kombination eines Perforationsklingenwinkels A, eines Amboss-Positionswinkels B, eines Amboss-Abschrägwinkels oder eines Perforationsklingen-Abschrägwinkels. Beispielsweise könnte der Ambosshalter 21 so ausgebildet sein, dass er einen nicht-abgeschrägten Amboss hält, um ihn auf den gewünschten Klingen/Amboss-Schnittstellenwinkel abzustimmen. Jeder Ausbildung oder Variation der verwendeten Perforationsvorrichtung, um eine Klingen/Amboss-Schnittstellenwinkel von 0º bis 20º zu erreichen, wird durch den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abgedeckt.
Fig. 2a zeigt die Perforationsklinge 7 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Perforationsklinge 7, wie Fig. 2a zeigt, besteht aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Stahl, das hohe Festigkeitseigenschaften aufweist, jedoch eine gewisse Flexibilität behält. Die Perforationsklinge 7 ist eine dünne Struktur, die eine Reihe von Zähnen 10 aufweist, die sich entlang der Länge der Perforationsklinge 7 erstrecken. Die Zähne 10 sind jedoch nicht mit den Seitenkanten T der Perforationsklingenkonstruktion 7 ausgerichtet, so dass die Klingen während des Herstellungsverfahrens in mit benachbarten Perforationsklingenstrukturen eingreifen. Die Zähne 10 an der Perforationsklinge bewirken die Quetsch- und Perforationswirkungen der Vorrichtung 1. Die Anzahl der Zähne 10 an der Perforationsklinge 7 entspricht direkt der Anzahl von Quetsch- oder Eindrückverbindungen und Perforationen über die Breite des mehrlagigen, bahnförmigen Materials.
Fig. 2b zeigt eine vergrößerte, teilweise, perspektivische Darstellung der Zähne 10 der Perforationsklinge 7 der Fig. 2a. Diese Figur zeigt die konturierten Zähne der Perforationsklinge, die verwendet werden, um das mehrlagige Bahnmaterial sowohl zu quetschen als auch zu perforieren. Die Vorderfläche der Zähne ist abgerundet, um sicherzustellen, dass die Zähne die mehrlagigen Papierblätter quetschen bevor sie schneiden. Die Oberkanten der Zähne 10 sind scharf und werden verwendet, um durch die mehrlagigen Blätter zu schneiden. Die Zwischenräume zwischen den Zähnen 10 bestimmen die Flächenbereiche, in denen die mehrlagigen Tissueblätter nicht lagegebunden oder perforiert sind.
Die Dicke der Perforationsklinge 7 beeinflusst direkt die Perforations-Lagen-Verbindung und die Zugfestigkeit des perforierten Papierproduktes und demnach kann die Dicke der Perforationsklinge 7 variiert werden entsprechend den gewünschten Merkmale. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der Perforationsklinge 7 zwischen 1,02 und 1,19 mm (0,040 und 0,047 Zoll). Die Kraft der Perforationsklinge gegen das Papierbahnmaterial ist proportional der Dicke der Perforationsklinge. Basierend auf der statischen Ablenkung sollten Perforationsklingen mit einer Dicke von 1,19 mm (0,047 Zoll) eine um das 1,6-Fache erhöhte Kraft auf die Perforationszone übertragen als Perforationsklingen mit 1,02 mm (0,040 Zoll).
Die Breite der Zähne 10 und der Nuten der Perforationsklinge verändern sich im Hinblick auf die Anzahl der Zähne. So sollte beispielsweise jede Nut an einer Perforationsklinge mit 54 Zähnen etwa 0,56 mm (0,022 Zoll) aufweisen, für eine Gesamtnutenbreite über die Klinge von 30,18 mm (1,188 Zoll). In einem Ausführungsbeispiel mit 81 Zähnen, sollte jede Nut etwa 0,38 mm (0,015 Zoll) sein, für eine Gesamtnutbreite über die Klinge von 30,86 mm (1,215 Zoll). Eine Perforationsklinge mit 81 Zähnen mit einer Dicke von 1,02 mm (0,040 Zoll), einer Überschneidung von Klinge und Amboss von 0,010 mm (0,004 Zoll) und verwendet mit einem mit 15º abgeschrägten Amboss, verursacht die größte Perforations-Lagen-Verbindungsfestigkeit auf der Basis von experimentellen Ergebnissen, die in untenstehender Tabelle 1 aufgetragen sind.
Eine Perforationsklinge mit zwischen 30 bis 120 konturierten oder abgerundeten Zähnen, insbesondere zwischen 45 bis 100 konturierten oder abgerundeten Zähnen kann vorgesehen werden. Im am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es wünschenswert, zwischen 54 bis 81 konturierte oder abgerundeten Zähne an der Perforationsklinge 7 zu haben, um die gewünschte Perforations-Lagen-Verbindungsfestigkeit, Perforations-Lagen-Verbindungsenergie und Zugfestigkeit zu erreichen. Die Perforations-Lagen-Verbindungsfestigkeit ist die Bindungskraft zwischen den Lagen eines mehrlagigen Papierproduktes. Die Perforations-Zugfestigkeit ist die Festigkeit der mehrlagigen Blätter an der Perforationszone, gezeigt in Fig. 5. Dem Fachmann ist klar, dass jede Anzahl von Zähnen verwendet werden kann für die Perforationsklinge und demgemäß die vorliegende Erfindung nicht auf 54 oder 81 Zähne begrenzt ist. Die Anzahl der verwendeten Zähne bestimmt die Anzahl von Pertorations-Lagen-Verbindungen in dem mehrlagigen Papierprodukt. Andere Faktoren, die ebenfalls die Perforations-Lagen-Bindung und die Zugfestigkeit beeinflussen, umfassen die Dicke der Perforationsklinge, die Überlagerung zwischen dem Amboss und der Perforationsklinge und den für den Amboss verwendeten Abschrägungswinkel, um den gewünschten Klingen/Amboss-Schnittstellenwinkel zu erreichen. Ein Beispiel des Verhältnisses zwischen diesen Faktoren und der Perforations- Lagen-Verbindung, der Perforations-Lagen-Verbindungsenergie und der Perforations- Zugfestigkeit sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1
Aus den in Tabelle 1 angegebenen Daten ergibt sich, dass ein mit 15º abgeschrägter Amboss einen statistisch merkbaren, positiven Effekt auf die Perforations-Lagen- Bindung und die Perforations-Lagen-Bindungsenergie ausübt. Die Perforations-Lagen- Bindung erhöhte sich um 25% und die Perforations-Lagen-Bindungsenergie erhöhte sich um 21%, wenn der mit 15º abgeschrägte Amboss, im Gegensatz zu einem unter 0º abgeschrägten Amboss, mit einer Perforationsklinge mit 54 Bindungen, einer Dicke von 1,02 mm (0,040) mit einer Überschneidung von 0,10 mm (0,004 Zoll) verwendet wurde. Eine Erhöhung um 34% der Perforations-Lagen-Bindung wurde erzielt, wenn die Perforationsklinge mit 54 Bindungen und einer Dicke von 1,02 mm (0,040 Zoll) mit einer Überschneidung von 0,20 mm (0,08 Zoll) gegen einen mit 15º abgeschrägten Amboss lief. Die Perforations-Lagen-Bindung erhöhte sich um 58% und die Perforations-Lagen- Bindungsenergie erhöhte sich um 67%, wenn eine Perforationsklinge mit 81 Bindungen und einer Dicke von 1,02 mm (0,040 Zoll) mit einer Überschneidung von 0,10 mm (0,004 Zoll) gegen einen unter 15º abgeschrägten Amboss lief.
Fig. 3 zeigt die Bewegung der Perforationsklinge 7 und der Messerwalze 3 bezüglich des Ambosses 25 und des stationären Gussteiles 5. Im Betrieb sind der Amboss 25 und die Perforationsklinge 7 so angeordnet, wenn die Messerwalze 3 rotiert, dass es eine geringfügige Überschneidung zwischen dem Amboss 25 und der Perforationsklinge 7 gibt, um das Quetschen und Perforieren eines bahnförmigen Materials zu gestatten, das dazwischen liegt. Wenn Toilettenpapier hergestellt wird, werden mehrere Lagen eines bahnförmigen Papiermaterials 2 zwischen den Amboss und die Perforationsklinge gefördert und anschließend auf eine Papierrolle gewickelt. Die Perforationsklinge 7 nähert sich dem Amboss 25 in einer Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn das Papier zwischen dem Amboss und der Perforationsklingenanordnung hindurchtritt, wird das Papier zunächst zwischen den abgerundeten Perforationsklingenzähnen und dem Amboss gequetscht, wie in Fig. 4 gezeigt. Nachdem die Mehrfachpapierlagen zusammengequetscht wurde, um eine Perforations-Lagen-Bindung zu schaffen, schneiden die Perforationsklingen Perforationen in die mehrlagigen Blätter quer über die Breite des Papiermaterials, um einzelne Tissueblätter quer über die Breite des Papiermaterials, um einzelne Tissueblätter zu erzeugen, die an der Perforation miteinander verbunden sind, wie Fig. 5 zeigt. Nachdem das Bahnmaterial lagengebunden und perforiert wurde, wird es auf eine Papierrolle gewickelt, verpackt und verkauft.
Wenn der Verbraucher die Rolle abwickelt, um ein oder mehrere Papierblätter zu verwenden, werden die einzelnen Blätter an der Perforation abgetrennt und die vorlaufende Kante des an der Papierrolle verbleibenden Endblattes verbleibt in gebundenem Zustand, um die Möglichkeit von fehlenden Lagen, Fehlausrichtung der Lagen, Lagentrennung oder dgl. zu eliminieren. Demgemäß kann die Produktqualität und die Zufriedenheit des Kunden erhöht werden, indem man die vorliegende Erfindung benutzt, um mehrlagige Papierprodukte herzustellen.
Fig. 5 zeigt eine teilweise Draufsicht eines Papierproduktes, das gequetscht und perforiert wurde durch die Perforationsklingen der Fig. 2a und 2b. Die Figur zeigt zwei einzelnen Toilettenpapierblätter 35, die durch die Perforationszone 37 getrennt sind. Die Perforationszone umfasst sowohl die Perforations-Lagen-Bindungen als auch die Perforationsschnitte. Die schattierten Bereiche 39 des Blattes 2 zeigen den Bereich der Bahn, der durch die Perforationsklinge gequetscht wurde. Wenn "Blatt 1" von "Blatt 2" getrennt wird, verbleibt der schattierte Bereich an der vorlaufenden Kante des "Blatt2" in sich gebunden. Wenn die Mehrfachschichten und - lagen des verbleibenden Blattes ungebunden gelassen werden, können sich die Tissuelagen lösen oder können sich trennen, wenn "Blatt 1" von "Blatt 2" in der Perforationszone 37 getrennt wird. Weiterhin kann die obere Lage des "Blatt 2" gleichfalls abgetrennt werden, wenn "Blatt 1" abgetrennt wird, was dazu führt, dass ein einlagiges Blatt als vorlaufendes Blatt auf der Papierrolle verbleibt. Ferner können sich die Lagen der vorlaufenden Blätter auf der Rolle lose trennen, wenn die mehrschichtigen Lagen des "Blatt 2" ungebunden gelassen werden. Alle diese Probleme, welche auftreten, wenn die vorlaufende Kante der Tissueblätter ungebunden gelassen wird, ergeben ein unerwünschtes Erscheinungsbild und/oder verschlechtern die Verfügbarkeit für einen Benutzer des Papierproduktes. Sie können ebenfalls die Markentreue des Benutzers zum Papierprodukt insofern beeinflussen, dass der Benutzer das Tissueprodukt für geringer qualitätvoll hält als ein Produkt, das eine gebundene vorlaufende Kante aufweist. Demzufolge schafft die vorliegende Erfindung eine effektive Lösung zum Eliminieren der oben diskutierten, unerwünschten Probleme, die im Stand der Technik weder gezeigt noch offenbart ist.
Fig. 6 ist ein Fließdiagramm, das das Herstellungsverfahren des Quetschens und des Perforierens eines mehrlagigen Bahnmaterials darstellt. Das Fließdiagramm zeigt das bevorzugte Verfahren zum Perforieren mehrerer Papierlagen unter Verwendung der Anordnung der Perforationsklinge und des Ambosses, wie oben unter Hinweise auf Fig. 1 diskutiert. Im Verfahrensschritt 601 werden mehrere Papierlagen zwischen die Perforationsklinge und den Amboss gefördert, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Perforationsklinge quetscht dann die mehrfachen Papierlagen gegen den abgeschrägten Amboss, um eine gewünschte Perforations-Lagen-Bindung zwischen den mehrfachen Lagen zu erzeugen, wie im Verfahrensschritt 603 gezeigt. Die mehrfachen Papierlagen werden dann durch die Perforationsklinge perforiert, die durch die Tissuedicke gegen den Amboss schneidet, um eine Vielzahl von Schnitten in einer Richtung rechtwinklig zur Länge der mehrfachen Papierlagen zu erzeugen, und um eine Reihe von einzelnen Papierblättern zu erzeugen, die an der Vielzahl von Schnitten verbunden sind, wie im Verfahrenschritt 605 gezeigt. Dieses Verfahren bindet und perforiert die vorlaufende Kante jedes individuellen Tissueblattes, um eine Lagentrennung, eine Fehlausrichtung der Lagen, fehlende Lagen und andere ähnliche unerwünschte Merkmale zu vermeiden.
Demgemäß, wie sich aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt, schafft die vorliegende Erfindung ein kostengünstiges Herstellungsverfahren und eine Vorrichtung, die eine Lagentrennung, eine Fehlausrichtung der Lagen, fehlende Lagen und dgl. eliminiert, indem man die Perforations-Lagen-Bindungsfestigkeit des mehrlagigen Papierproduktes erhöht.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, dass die Erfindung auch anders als hier speziell beschrieben, praktiziert werden kann, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Es ist deshalb festzustellen, dass der Geist und der Schutzbereich der Erfindung nur durch die beiliegenden Ansprüche beschränkt wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Perforieren eines Papierproduktes mit:

einer Messerwalze (3);

einer Perforationsklinge (7), die fest an der Messerwalze (3) angeordnet ist und eine Vielzahl von Zähnen (10) enthält;

einem stationären Gussteil (5), das fest benachbart der Messerwalze (3) angeordnet ist; und

einem Amboss (25), der fest mit dem stationären Gussteil (5) verbunden ist, wobei die Perforationsklinge (7) und der Amboss (25) so ausgebildet sind, dass sie das Papierprodukt perforieren,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeder Zahn (10) eine konturierte vorlaufende Fläche und eine nachlaufende Schneidkante aufweist, wobei die Perforationsklinge (7) und der Amboss (25) so ausgebildet sind, dass sie die vorlaufende Kante von Mehrfach-Papierlagen eines mehrlagigen Papierproduktes durch die konturierte, vorlaufende Fläche zusammenquetschen und die Mehrfach-Papierlagen mit der nachlaufenden Schneidkante anschließend an das Quetschen perforieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die konturierte, vorlaufende Fläche abgerundet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Ambosshalter (21), der fest an dem stationären Gussteil (5) angeordnet ist, wobei der Ambosshalter (21) eine Einstellleiste (22) und den Amboss (25) innerhalb eines Hohlraums im Ambosshalter (21) sichert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messerwalze (3) ferner eine Perforationsklingenklammer (9) umfasst, die fest an der Messerwalze (3) angeordnet ist, wobei die Perforationsklingenklammer (9) die Perforationsklinge (7) auf der Messerwalze (3) sichert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Dichtung zwischen der Perforationsklingenklammer (9) und der Perforationsklinge (7) zwischengelegt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine ebene Oberfläche des Ambosses (25) zwischen 0º und 30º bezüglich einer ebenen Oberfläche der Perforationsklinge (7) verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine ebene Oberfläche des Ambosses (25) unter 15º abgeschrägt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Messerwalze (3) einen einstellbaren Unterstützungsblock (13) enthält, der benachbart der Perforationsklinge (7) angeordnet ist, um die Auslenkung der Perforationsklinge (7) zu begrenzen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Amboss (25) abgerundete Ecken aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Perforationsklinge (7) 30 bis 120 Zähne (10), bevorzugt 54 bis 81 Zähne aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Perforationsklinge (7) einen rechteckige vorlaufende Fläche an jedem Zahn (10) aufweist.

12. Gerät zum Ausbilden einer Vielzahl von miteinander verbundener Blätter mit:

einer Fördereinrichtung zum Fördern einer Bahn (2) unbestimmter Länge, und

einer Perforationsklinge (7) mit einer Vielzahl von Zähnen (10) für ein periodisches Perforieren der Bahn (2),

dadurch gekennzeichnet, dass

jeder Zahn (10) eine konturierte, vorlaufende Fläche aufweist, die eine Quetscheinrichtung zum periodischen Quetschen eines vorbestimmten Bereichs einer mehrlagigen Bahn (2) darstellt, um die Bahnen miteinander zu verbinden, und

eine nachlaufende Schneidkante umfasst, um die mehrlagige Bahn (2) in einem Bereich benachbart dem vorbestimmten Bereich der mehrlagigen Bahn periodisch zu perforieren.

13. Gerät nach Anspruch 12, wobei die mehrlagigen Papierbahnen eine Tissuerolle bilden und wobei die Verbindung zwischen den verschiedenen Papierlagen stromabwärts von der Vielzahl von Schnitten in einer Richtung zum Entfernen der Blätter von der Tissuerolle angeordnet ist.

14. Gerät nach Anspruch 12 oder 13, wobei der vorbestimmte Bereich der mehrlagigen Bahn sich im Wesentlichen quer zu einer Länge der mehrlagigen Bahn erstreckt.

15. Gerät nach Anspruch 14, wobei der vorbestimmte Bereich der mehrlagigen Bahn (2) eine Vielzahl von beabstandeten Bereichen umfasst.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die mehrlagige Bahn eine zweilagige Bahn aus Toilettenpapier ist.

17. Verfahren zum Perforieren eines Papierproduktes (2) mit den folgenden Verfahrensschrillen:

Fördern des Papierproduktes zwischen eine Perforationsklinge (7) und einen Amboss (25);

Perforieren des Papierproduktes um eine Vielzahl von Schnitten in einer Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zur Länge des Papierproduktes (2) vorzusehen und eine Reihe einzelner Papierblätter zu erzeugen, die an der Vielzahl von Schnitten miteinander verbunden sind,

gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte,

Quetschen der vorlaufenden Kante der Mehrfach-Papierlagen zwischen einer konturierten vorlaufenden Fläche der Perforationsklinge (7) und dem Amboss (25), um die Mehrfach-Papierlagen des Produktes miteinander zu verbinden, und

Perforieren der Mehrfach-Papierlagen in einem Bereich benachbart der Verbindung zwischen den Mehrfach-Papierlagen durch eine nachlaufende Schneidkante der Perforationsklinge (7);

wobei eine Perforations-Lagen-Bindung zwischen den Mehrfach-Papierlagen an der vorlaufenden Kante jedes der einzelnen Blätter erzeugt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine ebene Oberfläche des Amboss (15) zwischen 0º und 20º bezüglich einer ebenen Oberfläche der Perforationsklinge (7) verläuft.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei eine ebene Oberfläche des Amboss (25) unter 15º abgeschrägt ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die mehrlagigen Papierlagen eine Tissuerolle bilden und wobei die Bindung zwischen den Mehrfach-Papierlagen stromabwärts von der Vielzahl der Schnitte in einer Richtung des Entfernens der Blätter von der Tissuerolle liegt.