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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Kartonhülse
gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Eine
spiralige Kartonhülse
wird aus einer Vielzahl von übereinander
gelagerten Kartonlagen durch Wickeln, Verkleben und anschließendes Trocknen
derselben gebildet.
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In
der Papier-, Film- und Textilindustrie erzeugte Bahnen werden normalerweise
auf Wickelhülsen
aufgewickelt. Aus Karton hergestellte Hülsen, besonders spiralige Hülsen, werden
hergestellt, indem Kartonlagen aufeinander geklebt und sie in einer speziellen
Spiralhülsenwickelmaschine
spiralig gewunden weiden. Breite, Dicke und Anzahl der zur Bildung
einer Hülse
benötigten
Kartonlagen variieren je nach den Dimensionen und den Festigkeitsanforderungen
der herzustellenden Hülse.
Die Lagenbreite ist typisch 50 bis 250 mm (in besonderen Fällen ungefähr 500 mm),
Lagendicke ungefähr
0,2 bis 1,2 mm und die Anzahl der Lagen 3 bis 30 (in besonderen Fällen ungefähr 50).
Die Festigkeit der Kartonlage variiert, um der Festigkeitsanforderung
der Hülse
zu genügen.
Als allgemeine Regel wird durch Verbesserung der Festigkeit der
Kartonhülse
auch ihr Preis erhöht.
Deshalb kann man generell sagen, dass je stärker die Hülse, desto teurer ist sie.
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In
Druckmaschinen verwendete Papierrollen werden auf einen Wickelkern
gebildet. Fast immer ist dieser Wickelkern eine spiralig gewundene
Kartonhülse.
In Hochleistungs-Druckmaschinen wird gegen Ende des Abrollens ein
so genannter fliegender Rollenwechsel durchgeführt, d. h. die Bahn einer neuen Papierrolle
wird bei voller Geschwindigkeit mit der nahezu abgerollten Bahn
verbunden. Damit der fliegende Rollenwechsel gelingen würde, ist
eine ausreichend feste und steife Hülse ein höchst wesentlicher Faktor.
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Typisch
benutzen Druckmaschinen Hülsen zweier
Größen. Die
häufigste
Hülsengröße hat einen lichten
Durchmesser von 76 mm und eine Wanddicke von 13 oder 15 mm. Heute
benutzen die breitesten und schnellsten Druckmaschinen Hülsen mit
einem lichten Durchmesser von 150 mm und einer Wanddicke von 13
mm. Beim Rollenwechsel ist die Mindestdicke von Papier auf der Hülse ungefähr 3 bis
8 mm. Wenn die Hülse
nicht steif genug ist, muss sogar viel mehr Papier darauf gelassen
werden. Die in Druckmaschinen benutzten Kartonhülsen sind typische Hülsen der
Papierindustrie, d. h. sie sind dickwandig, wobei die Wanddicke
H ist 10 mm oder mehr und der lichte Durchmesser der Hülse über 70 mm
ist. Hülsen für die Papierindustrie
müssen
dickwandig sein, d. h. die Wanddicke muss ungefähr 10 mm oder mehr sein, z.
B. damit sie in Wickelfuttern eingespannt werden können (Wickelfutter-Spreizung)
und um die Bildung eines Walzenspalts zwischen Hülsenoberfläche und Gegendruckwalze für die aufzurollenden
Papierbahn zu ermöglichen.
Insbesondere die Geometrie von Rollenschneidern setzt eine ausreichende Wanddicke
der Hülsen
voraus, die in der Praxis 10 mm oder mehr ist. Typisch werden solche
Papierindustrie-Hülsen
verwendet, wenn die Aufroll-/Abrollgeschwindigkeiten zumindest ungefähr 200 m/min
(= 3,3 m/s) sind.
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Falls
und unter praktischen Verhältnissen wenn
die Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine nicht für den Rollenwechsel
herabgesetzt wird und wenn sich die Größe, d. h. der Durchmesser der
Papierrolle während
der Abrollung derselben verringert, wird die Umlaufgeschwindigkeit
der abnehmenden Rolle beachtlich hoch.
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Die
Tendenz ist zu immer breiteren sowie immer schnelleren Druckmaschinen
hin gewesen. Der Übergang
auf breite Druckmaschinen, d. h. jene mit langen Hülsen und
hohen Laufgeschwindigkeiten, kann zur Folge haben, dass beim Rollenwechsel
die Restrolle, d. h. die Kartonhülse
+ die darauf zu lassende Papierbahn in ihren Eigenschwingungsbereich
gerät und
folglich vibriert. Dies kann zu einem kostspieligen Bahnabriss oder
sogar zu einem Explodieren der Restrolle in Stücke führen, wobei dadurch ein äußerstes
Sicherheitsrisiko entsteht.
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Solch
eine Situation ist typisch für
breite und schnelle Rotationstiefdruckma schinen. Rotationstiefdruck
ist ein sehr effektives Druckverfahren und nutzt breite und schnelle
Druckmaschinen und große
Rollen. Auch die schnellsten und breitesten Katalogdruckmaschinen
können
in einer ähnlichen
Situation enden. Bei Katalogdruckmaschinen ist dies teilweise auch
auf die Tatsache zurückzuführen, dass
die Wanksteifigkeit des Papierrollen-Abstützsystems, in Abhängigkeit
von den Aufspannvorrichtungen, normalerweise niedriger ist als bei
Hochleistungs-Rotationstiefdruckmaschinen.
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In
Rotationstiefdruckmaschinen, wo das Stabilitätsproblem beim Abrollen aktuell
ist, sind die Verhältnisse
typisch wie folgt.
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Bei
2,45 m breiten Druckmaschinen werden Hülsen mit einem Dichten Durchmesser
von 76 mm benutzt. In besonderen Fällen, wo normalerweise eine
größere Menge
produzierten Papiers erforderlich ist, können Druckmaschinen mit einer
maximalen Breite von 2,65 m zusammen mit Hülsen mit einem lichten Durchmesser
von 76 mm benutzt werden. Wenn die Restrolle bis nah an die gewöhnliche
Mindestmenge restlichen Papiers mit diesen Betriebsparametern gefahren
würde,
wäre der
Sicherheitsfaktor hinsichtlich des Hineingeratens in den Vibrationsbereich
absolut zu klein. Um eine sichere Handhabung der Restrolle sicherstellen
zu können,
muss die Menge restlichen Papiers vom bisherigen Minimum von ungefähr 3–8 mm gar
bis auf 15 mm erhöht
werden. Dies verursacht natürlich
einen großen
wirtschaftlichen Verlust in Form verschwendeten Papiers. Die Bahngeschwindigkeit
beim Drucken ist hier ungefähr 14
m/s.
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Wenn
der lichte Durchmesser der Hülse
150 mm ist, übersteigen
die Druckmaschinenbreiten normalerweise die obigen Werte (Hülsen mit
einem lichten Durchmesser von 150 mm lassen sich aber bei den obigen
Druckmaschinenbreiten anwenden). Die Druckmaschinenbreiten sind
typisch 3,08 m, 3,18 m oder 3,28 m. Die Druckgeschwindigkeiten bei
diesen Maschinen sind die gleichen wie oben erwähnt.
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Die
neue Generation von Rotationstiefdruckmaschinen ist wieder breiter
und schneller als bisher, es sind Pläne hinsichtlich einer Kombination
von Breite und Bahngeschwindigkeit von 3,68 m und 16 m/s oder wahlweise
3,08 m und 20 m/s oder 3,18 m und 25 m/s präsentiert worden. Bis Anfang
1997 sind aber noch keine Rotationstiefdruckmaschinen einer solchen
neuen Generation hergestellt worden.
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Bei
den breitesten Druckmaschinen, die eine breitere/schnellere Bahn
erfordern, hat man den lichten Durchmesser der Hülse auf 150 mm geändert, um
das Vibrationsproblem zu lösen.
Bisher hat diese Anordnung gut funktioniert. In Hinsicht auf die
Laufparameter der neuen zu konstruierenden Maschinen begegnet man
jetzt wieder dem gleichen Problem wie bei früheren Maschinen vor dem Übergang
auf 150-mm-Hülsen.
Das heißt,
man ist wieder im riskanten Bereich der Eigenschwingung der Restrolle
angelangt.
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Aus
diesem Grund muss die Steifheit der Hülse auf die eine oder andere
Weise erhöht
werden, um eine Zunahme des lichten Durchmessers der Hülse zu vermeiden.
Die Anordnung zur Vergrößerung des
lichten Durchmessers der Hülse
hat man als unerwünschteste
Lösung
in der Produktionskette betrachtet.
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Wie
oben erwähnt
wurde, wird eine spiralige Kartonhülse hergestellt, indem schmale
Kartonlagen um einen Stützdorn
gewickelt werden. Der Karton aus dem die zu wickelnden Lagen herausgeschnitten werden,
ist mit einer Kartonmaschine hergestellt worden. Die Auswahl der
inneren und äußeren Lagen der
Hülse ist
normalerweise (nicht immer) auf anderen Gründen als der Auswahl der Strukturschichten basiert.
Deshalb sind die Festigkeitseigenschaften der inneren und äußeren Lagen
oft nicht die gleichen wie jene von anderen Lagen der Hülse. Diese
anderen Lagen, die normalerweise zwischen den äußeren Lagen der Hülse angeordnet
sind, werden als Strukturschichten bezeichnet, weil ihre Eigenschaften
die endgültige
Festigkeit und Qualitätsklasse
und andere Eigenschaften der Hülse
bestimmen. In Fällen,
wo durch die Endbenutzung der Hülse
keine besonderen Anforderungen an die äußeren oder inneren Lagen (oder
daran befestigte unter-äußeren Lagen)
gestellt werden, kann die gesamte Hülse aus diesen, oben erwähnten Strukturschichten
konstruiert werden.
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Bei
der Herstellung von Karton besteht das Ziel darin, seine Festigkeitseigenschaften
so möglichst
homogen zu bekommen. Der in diesem Zusammenhang benutzte Begriff
ist die so genannte Rechteckigkeit, und ihre theoretische untere
Grenze, die 1 ist, wird angestrebt. Die Festigkeit des quadratischen Kartons
in Längsrichtung
(= Maschinenrichtung) sowie sein Elastizitätsmodul sind die Gleichen wie
seine entsprechenden Werte in Maschinenquerrichtung. Bei Kartonmaschinenlösungen nach
dem Stand der Technik ist der Karton jedoch wesentlich stärker in der
Maschinenrichtung (typisch 1,6–2,7-mal
stärker) als
in Maschinenquerrichtung. Dies gilt ebenfalls für den Elastizitätsmodul
von Karton. Für
die Hülsensteifheit
ist der axiale Steifheitsfaktor der Hülse entscheidend. Wegen der
Konstruktion einer spiralig gewundenen Hülse wird der Steifheitsfaktor
von Karton in Maschinenrichtung (größer) mehr oder weniger zirkumferential
und der Steifheitsfaktor von Karton in Maschinenquerrichtung (kleiner)
mehr oder weniger axial.
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Durch
Optimieren des Verhältnisses
von Karton in Maschinenrichtung zu Karton in Maschinenquerrichtung
und durch Einstellen der Konstruktion einer spiralig gewundenen
Hülse (Wicklungswinkel),
ist es möglich,
die Situation in gewissem Maße zu
beeinflussen. Bei konventionellen Kartonmaschinen und konventionellen
Spiralhülsenwickelmaschinen
sind die Möglichkeiten
ziemlich begrenzt, und zum Lösen
des Problems reichen sie nicht aus.
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Rotationstiefdruckhülsen werden
in Hinsicht auf ihre Festigkeitsanforderung in zwei Kategorien,
d. h. in eine niedrigere und eine höhere Festigkeitsklasse unterteilt.
Die Elastizitätsmoduln
von konventionellen Rotationstiefdruckhülsen der niedrigeren Festigkeitsklasse
sind auf dem Niveau von 3300 bis 4000 MPa. Die Elastizitätsmoduln
kommerzieller Qualitäten,
die aus konventionellen Materialien hergestellt, aber zur höheren Festigkeitsklasse
gehören,
sind auf dem Niveau von 4200 bis 4800 MPa. Durch spezielle Maßnahmen
lassen sich diese Werte geringfügig überschreiten.
Bei Rotationstiefdruckmaschinen bestimmen die Rollengewichte und
Druckmaschinenbreiten, aus welcher der zwei Festigkeitsklassen Kartonhülsen ausgewählt werden.
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Die
Niveaus von Elastizitätsmoduln
der Rohstoffe für
die Hülse
sind von dem zu verwendenden Rohstoff der Kartonlage, dem Herstellungsverfahren und
dem Orientationsverhältnis
(Festigkeitsparameter des Verhältnisses
von Karton in Maschinenrichtung zum Karton in Maschinenquerrichtung)
abhängig.
Die Elastizitätsmoduln
typischer Kartonmaterialien für
Rotationstiefdruckhülsen,
die eine zweckdienliche Rechteckigkeit haben, sind ungefähr 6000
MPa in Maschinenrichtung und ungefähr 3000 MPa in Maschinenquerrichtung
in der niedrigeren Festigkeitsklasse. Die entsprechenden Werte für die Materialien der
höheren
Festigkeitsklasse sind ungefähr
6500 bis 7500 MPa in Maschinenrichtung und ungefähr 3500 bis 4000 MPa in Maschinenquerrichtung.
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Ein
Patentdokument nach dem Stand der Technik
US 5,505,395 beschreibt eine typische
Hülse nach
dem Stand der Technik für
die höhere
Festigkeitsklasse, die z. B. für
Rotationstiefdruckhülsen
benutzt wird. Die Elastizitätsmoduln
der Lagen bei einer Lösung,
die in diesem Patentdokument beschrieben wird, sind ungefähr 10900
Mpa in Maschinenrichtung und ungefähr 3660 Mpa in Maschinenquerrichtung (Tabelle
I).
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Ein
Patentdokument nach dem Stand der Technik
US 5,167,994 beschreibt eine besondere rohrförmige Mehrlagenhülse, die
wiederverwendbar, dimensionsstabil und leicht ist. Eine Wassersperre
ist zwischen der/den äußersten
Schicht oder Schichten und den mittleren oder Zwischenschichten
faserigen Materials eingebettet. Entsprechend ist eine Wassersperre
zwischen der/den innersten Schicht oder Schichten faserigen Materials
und den mittleren oder Zwischenschichten eingebettet. Durch die
Dampfsperrschichten wird verhindert, dass die hauptsächlich bei
der Konstruktion von Zwischenschichten verwendeten faserigen Materialien
des Rohrs Feuchtigkeit aus der Atmosphäre absorbieren. Hierdurch werden
Veränderungen
der Dimensionen des Rohrs durch Änderungen
der Umgebungsfeuchtigkeit minimiert.
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Ein
Patentdokument nach dem Stand der Technik
US 4,675,079 beschreibt eine Multi-Nip-Saugpresse
mit einer geschlossene Vierwalzenstraße. Dieses Dokument stellt
eine der Trockenvorrichtungen nach dem Stand der Technik dar.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine spiralige Kartonhülse vorzusehen,
die zumindest eine Strukturschicht umfasst und verbesserte Festigkeitseigenschaften
aufweist. Weil die erfindungsgemäßen Strukturschichten
gegenüber
Strukturschichten nach dem Stand der Technik überlegen sind, lohnt es sich,
ihren Anteil an der Hülsenwanddicke
und die Lage in der Hülsenwand
zu optimieren. Wie oben festgestellt wurde, geht die Qualitätsklasse der
Hülsenrohstoffe
und folglich auch die Qualitätsklasse
der Hülsen
Hand in Hand mit dem dafür
gezahlten/erzielten Preis.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, oben
angeführte,
mit derzeit verwendeten spiraligen Hülsen verbundene Probleme zu
lösen und
eine spiralige Kartonhülse
vorzusehen, die z. B. den Festigkeitsanforderungen von Hülsen gerecht
wird, die durch die Laufparameter von neuen Druckmaschinen gestellt
werden. Die Lösungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung lassen sich auch an anderen Stellen anwenden, wo besonders hohe
Steifheit erfordert wird.
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Diese
Aufgaben werden durch die Merkmale gemäß den beigefügten Patentansprüchen erreicht.
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Anhand
von Versuchen, die von uns durchgeführt wurden, haben wir herausgefunden,
dass für Druckmaschinen
der neuen Generation ausreichend starke Hülsen bereitgestellt sind und
für bestehende Druckmaschinen
stärkere
Hülsen
als bisher vorgesehen sind, wenn der Elastizitätsmodul E einer Strukturschicht
einer spiraligen Kartonhülse
in Maschinenquerrichtung (CD) gemäß der vorliegenden Erfindung
im Wesentlichen höher
als 4500 MPa ist. Weiterhin ist der Elastizitätsmodul E in Maschinenrichtung
(MD) der Strukturschicht bevorzugt im Wesentlichen höher als
7500 MPa.
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Diese
neuartigen Kartonhülsen
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
hergestellt werden, indem entweder allein oder teilweise erfindungsgemäße Strukturschichten
verwendet werden. Der Karton für
diese Strukturschichten wird durch etwas hergestellt, was als Presstrocknungsverfahren
bezeichnet wird.
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Auf
Presstrocknung basierender Karton kann mit einer Kartonmaschine
hergestellt werden, die einen Prozess nach dem Stand der Technik,
Condebelt genannt, nutzt. Der Erfinder dieses Condebelt-Prozesses
ist Jukka Lehtinen von Tampella Ltd, Finnland. Auf der Welt gibt
es derzeit (1997) lediglich eine Maschine (hergestellt von Valmet
Ltd), die diesen Candebelt-Trocknungsprozess anwendet; Pankakoski
Boards Oy Ltd, ein Mitglied der Enso Gruppe (Paperi ja Puu – Paper
and Timber VOL 77/NO-3/1995, S. 69). Bei der Konstruktion einer
Kartonhülse
können
auch Strukturschichten genutzt werden, die mit anderen geeigneten
Verfahren hergestellt sind und den erfindungsgemäßen Festigkeitsanforderungen
genügen.
In Dennis Gundersons Review Article in „Paperi ja Puu – Paper
and Timber" Vol.
74/NO 5/1992, Seiten. 412–418
hat Donald Sparkes auf S. 415 Presstrocknung als „jeden
Prozess bezeichnet, der auf das feuchte Papier gleichzeitig mehr
Wärme und
senkrechten Druck ausübt als
die Kombination aus einem Trockenzylinder und Gewebe, die kommerziell
gut etablierte Kombination von Yankee-Zylinder und Presswalzen aber
ausschließt". Nur eine der sechzehn
von Sparkes besprochenen Entwicklungen richtet sich aufs Reproduzieren
der Verhältnisse
von statischer Presstrocknung; das heißt Lehtinens Condebelt-Konstruktion.
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Weil
Presstrocknung ein effektiver Prozess ist, ist es möglich, den
Elastizitätsmodul
von Strukturschichten durch dieses Verfahren zu steigern, und der
Maschinenrichtungs-Elastizitätsmodul
der oben erwähnten
Strukturschichten einer Rotationstiefdruckhülse der niedrigeren Festigkeitsklasse
kann auf ein Niveau von zumindest ungefähr 7500–10000 MPa angehoben werden,
und mit den normalerweise benutzten Wicklungswinkeln von 15 bis
35° kann
der sehr wichtige Elastizitätsmodul
in Maschinenquerrichtung auf ein Niveau von ungefähr 4500–5000 MPa
angehoben werden. Zum Beispiel das Versuchsergebnis, das den Elastizitätsmodul
von 4800 MPa in Maschinenquerrichtung zeigt, stellt einen recht
hohen Standard in dieser Festigkeitsklasse dar. Was die Hülsen des höheren Festigkeitsniveaus
gemäß der vorliegenden
Erfindung anbelangt, entsprechen sie dem höheren oder besseren Festigkeitsniveau von
Rotationstiefdruckhülsen.
Wenn erfindungsgemäße Strukturschichten,
die aus dem Presstrocknungsmateriat höherer Qualität (z. B.
mit dem so genannten Condebett-Verfahren)
hergestellt sind, benutzt werden, kann der Elastizitätsmodul
in Maschinenrichtung auf ein Niveau von ungefähr 10000–12000 MPa und der Elastizitätsmodul
in Maschinenquerrichtung auf ein Niveau von ungefähr 5000–8000 MPa
angehoben werden. Die Versuchsergebnisse, aus denen z. B. die Niveaus
von Strukturschicht-Elastizitätsmoduln
von 5500 MPa und 6500 MPa in Maschinenquerrichtung ersichtlich sind, stellen
einen recht hohen Standard in dieser Festigkeitsklasse dar.
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Verwendung
der neuen Strukturschicht, wie sie durch die Erfindung beschrieben
ist, genügt
der Steifheitsanforderung von in Rotationstiefdruckpressen der neuen
Generation einzusetzenden Hülsen, ohne
Bedarf, die Hülsenkonstruktion
auf irgendeine andere Weise ändern
zu müssen
außer
dem Rohstoff.
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Somit
kann der Elastizitätsmodul
der Hülsen der
derzeit benutzten niedrigeren Festigkeitsklasse-Hülsen durch
Nutzung der erfindungsgemäßen Lösungen auf
ein Niveau von zumindest ungefähr 5000–6000 MPa
angehoben werden. Zum Beispiel ein Versuchsergebnis, aus dem das
Niveau des Elastizitätsmoduls
von zumindest ungefähr
5500 MPa ersichtlich ist, stellt einen recht hohen Standard in dieser
Festigkeitsklasse dar. Der Elastizitätsmodul von Hülsen der
höheren
Festigkeitsklassen kann auf ein Niveau von ungefähr zumindest 6000–6500–7000 MPa
und sogar höher
angehoben werden, was ausreicht, um den Anforderungen zu genügen, die
durch die neue Generation von Rotationstiefdruckpressen gestellt
werden.
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Wie
zu ersehen ist, genügen
die Werte des Elastizitätsmoduls
von Hülsen
aus erfindungsgemäßen Kartonlagen
gut den Festigkeitsanforderungen der oben-erwähnten
Rotationstiefdruckpressen.
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Verwendung
von erfindungsgemäßen Kartonhülsen ist
nicht ausschließlich
für die
als Beispiel angeführten
Kartonhülsen
der neuen Generation von Rotationstiefdruckpressen vorgesehen. Sie
können an
jeder Stelle eingesetzt werden, wo von Hülsen eine höhere Steifheit als normalerweise
erfordert wird. Solche besonders steife Hülsen werden zum Beispiel beim
Aufrollen von Teppichen benötigt.
Solche Teppichhülsen
sind besonders lange anhaltenden Belastungen ausgesetzt, weil der
um die Hülse aufzurollende
Teppich die Hülse
nicht abstützt,
im Unterschied z. B. zur Aufrollung von Papier. Der lichte Durchmesser
der Hülse
kann natürlich
etwas anderes sein als die oben erwähnten Dimensionen 76 und 150
mm, die heute bei Rotationstiefdruckpressen typische Hülsendurchmesser
sind.
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Bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei der Herstellung von Rotationstiefdruckhülsen kann der Einsatzbereich
von Hülsen
mit einem lichten Durchmesser von 76 mm zu Rotationstiefdruckmaschinen
hin verlängert
werden, die schneller und breiter als heute sind. Somit bieten die Lösungen gemäß der vorliegenden
Erfindung Antworten auf die durch völlig neue Rotationstiefdruckmaschinen
gestellten Herausforderungen sowie verbessern die Wirtschaftlichkeit
von bestehenden Rotationstiefdruckmaschinen.
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Oben
erwähnte
Presstrocknungs- (z. B. Condebelt-)Materialien können auch zusammen mit konventionellen
Hülsenkartons
verwendet werden, um eine Multigrade-Konstruktion in Situationen
vorzusehen, wo der Elastizitätsmodul
nicht ganz so hoch zu sein braucht und wo es wünschenswert ist, aufgrund von
begrenzter Verfügbarkeit
oder Kosten Material einzusparen. In solchen Fällen wird eine Strukturschicht
mit einem hohen Elastizitätsmodul,
z. B. an Stellen verwendet, wo Festigkeit ein strategischer Faktor
ist, und an anderen Stellen werden ausreichend hochwertige konventionelle
Strukturschichten nach dem Stand der Technik benutzt.
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Die
Steifheit einer spiralig gewundenen Multigrade-Kartonhülse kann
verbessert werden, indem die Hülse
derart konstruiert wird, dass zumindest eine der Strukturschichten
der vorliegenden Erfindung entspricht und in Maschinenquer richtung
einen Elastizitätsmodul
von zumindest 4500 MPa aufweist. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft,
dass der Elastizitätsmodul
der Strukturschicht in Maschinenrichtung zumindest 7500 MPa ist.
Bevorzugt ist der Anteil von erfindungsgemäßen Strukturschichten zumindest
ungefähr
1/5 von der Hülsenwanddicke.
Andere potenzielle Strukturschichten können dem Stand der Technik
entsprechen. Weil die erfindungsgemäßen Strukturschichten einer
Kartonhülse
Strukturschichten nach dem Stand der Technik gegenüber überlegen
sind, lohnt es sich, den Anteil der erstgenannten an der Hülsenwanddicke
sowie ihre Lage in der Hülsenwand
zu optimieren. Wie oben festgestellt wurde, geht die Qualitätsklasse
von Hülsenrohstoffen
und folglich auch die Qualitätsklasse
von fertiggestellten Hülsen
normalerweise Hand in Hand mit dem dafür gezahlten/erzielten Preis.
Deshalb ist die Optimierung sowohl aus der Sicht des Hülsenherstellers
als auch des Kunden gut begründet.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kartonhülse, eine damit hergestellte Kartonhülse und
eine darin verwendete Strukturschicht sind im Folgenden detaillierte
beispielhaft anhand der beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
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1 graphisch,
als Funktion des Wicklungswinkels α, Elastizitätsmodulwerte für Kartonhülsen, die
aus unterschiedlichen Kartonlagen bestehen,
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2 die
Definition des Wicklungswinkels α, und
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3 die
Reduktionen des lichten Durchmessers einer Hülse, die mit verschiedenen
Wicklungswinkeln α für zwei verschiedene
Kartontypen berechnet sind.
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Die
beigefügte 1 ist
eine graphische Darstellung, die als Funktion eines Wicklungswinkels α (mittlerer
Wicklungswinkel) Elastizitätsmodulwerte von
Hülsen
präsentiert,
die bei Benutzung von erfindungsgemäßen Kartonlagen hergestellt
wurden, bei welchen Hülsen
es sich z. B. um Rotationstiefdruckhül sen handelt, die in Papier-,
Film- und Textilindustrie eingesetzt werden, welche Elastizitätsmodulwerte mit
entsprechendem Elastizitätsmodulwerten
von konventionellen Hülsen
nach dem Stand der Technik der höheren
Festigkeitsklasse verglichen werden. Wie oben festgestellt wurde,
hat bei Wicklungswinkeln von ungefähr 15–35°, die normalerweise bei spiraligen
Hülsen
eingesetzt werden, der Elastizitätsmodul
in Maschinenquerrichtung eine höchst
wesentliche Wirkung auf den Gesamt-Elastizitätsmodul einer fertiggestellten
spiraligen Hülse.
Die Definition des Wicklungswinkels α (mittlerer Wicklungswinkel)
einer Kartonlage, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung,
ist in 2 dargelegt. Der Wicklungswinkel α (mittlerer
Wicklungswinkel) bezieht sich auf den spitzen Winkel α zwischen
der Richtung quer zur Kartonhülsenachse
und der Kante der Kartonlage. In 1 bezieht
sich die Strich-Dreipunktlinie auf eine typische Rotationstiefdruckhülse nach
dem Stand der Technik der niedrigeren Festigkeitsklasse. Die gleichmäßige Strichlinie
bezieht sich wiederum auf eine typische Rotationstiefdruckhülse nach
dem Stand der Technik der höheren
Festigkeitsklasse. Bei dieser Hülse
ist der als Hülsenmaterial
verwendete Karton in Hinsicht auf sein Orientationsverhältnis möglichst
quadratisch, d. h. der Zahlenwert des Orientationsverhältnisses
ist klein. Die Strich-Punktlinie bezieht sich auf eine Rotationstiefdruckhülse, die
aus erfindungsgemäßen Strukturschichten
konstruiert ist, und die Volllinie auf eine andere Rotationstiefdruckhülse, die
aus erfindungsgemäßen Strukturschichten besteht.
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Beim
Aufspulen von Dünnfilmen
oder Garnen auf eine spiralig gewundene Kartonhülse, setzt das zu spulende
Material die Hülse
einer radialen Druckbeanspruchung aus, wobei der lichte Durchmesser
der Hülse
Gegenstand der Kompression wird, die eine Deformation derselben
bewirkt, d. h. eine Verringerung des lichten Durchmessers der Hülse. In
praktischen Situationen verursacht dies Probleme bei bestimmten
Typen von Wickelfuttern, wenn die Hülse geneigt ist, sich daran
festzusetzen.
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Beim
Wickeln von Garnen um eine spiralig gewundene Kartonhülse oder
einen Garnträger
kann die Wickelumgebung in der Praxis noch feucht sein. Dies verstärkt die
Tendenz, dass sich die Innendimensionen der Hülse verformen und die Hülse sich am
Wickelfutter festsetzt.
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Wir
haben herausgefunden, dass sich die Verringerungstendenz des lichten
Durchmessers der Hülse
erheblich verringern lässt,
wenn bei der Konstruktion solcher Hülsen erfindungsgemäße Strukturschichten
verwendet werden, wie aus der beigefügten 3 zu ersehen
ist.
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3 stellt
die Reduzierungen des lichten Durchmessers der Hülse dar, berechnet für zwei verschiedene
Kartonqualitäten
bei Benutzung von verschiedenen Wicklungswinkeln α (mittlerer
Wicklungswinkel). Das Orientationsverhältnis des heute allgemein verwendeten
Kartons, welcher Karton mit einem Kreis gekennzeichnet ist, war
beim Versuch ungefähr
1,6. Der Elastizitätsmodul
in Maschinenrichtung (MD) war ungefähr 7000 MPa und der Elastizitätsmodul
in Maschinenquerrichtung (CD) ungefähr 3000 MPa. Das Orientationsverhältnis des
durch Presstrockung hergestellten Kartons (z. B. Condebelt-Karton),
welcher Karton mit einem Dreieck gekennzeichnet ist, war im Versuch
ungefähr
1,8, und der Elastizitätsmodul
in Maschinenrichtung (MD) war ungefähr 11000 MPa und der Elastizitätsmodul
in Maschinenquerrichtung (CD) ungefähr 6000 MPa.
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Abbildungen:
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1
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- Elastizitätsmodul
von Hülsen
aus normalen und Presstrockungskartons
- Elastizitätsmodul
der Hülse
[MPa]
- Normaler Karton 1
- Normaler Karton 2
- Pressgetrockneter Karton 1
- Pressgetrockneter Karton 2
- Mittlerer Wicklungswinkel (α)
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3
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- Wirkung des mittleren Wicklungswinkels (α) auf den lichten Durchmesser
einer Hülse
13 × 150
mm, Radialdruck = 50 bar
- Verringerung des lichten Durchmessers [mm]
- Normaler Karton
- Pressgetrockneter Karton
- Mittlerer Wicklungswinkel (α)