DE69903413T2

DE69903413T2 - Kartonkern für die papierindustrie mit verbesserter futterstärke, und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69903413T2
Application number: DE69903413T
Authority: DE
Inventors: Markku Jaervinen
Original assignee: Ahlstrom Cores Oy
Current assignee: Sonoco Alcore Oy
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: AU2165999A; EP1071556A1; ES2183505T3; WO1999039902A1; ITTO990007U1; CA2316911C; PL330987A1; FR2774022B3; FR2774022A3; ATE225707T1; CN1288410A; FI980145A7; US6540174B1; CA2316911A1; IT247889Y1; TW499526B; DK1071556T3; CN1112992C; KR20010034348A; EP1071556B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zur Herstellung von Kartonhülsen für die Papierindustrie, welche Kartonhülsen eine verbesserte Spannfutterfestigkeit und dicke Wände haben, wobei die Wanddicke H 10 mm oder mehr und der Innendurchmesser über 70 mm ist. Solche Hülsen werden bei Abroll-/Aufrollgeschwindigkeiten von zumindest ungefähr 200 m/min (3,3 m/s) benutzt. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung von anderen Kartonhülsen mit ähnlichen Dimensionen, die eine hohe Spannfutterfestigkeit erfordern. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine nach diesem Verfahren konstruierte spiralig gewundene dickwandige Hülse.
Hülsen, die in der Druck- und Papierverarbeitungsindustrie eingesetzt werden, werden hier als Papierindustrie-Hülsen bezeichnet. Solche Hülsen sind dickwandig und haben eine Wanddicke H, die zumindest 10 mm ist, und einen Innendurchmesser, der über 70 mm ist.
Eine spiralige Kartonhülse wird aus einer Vielzahl von übereinander gelegten Kartonstreifen durch Wickeln, Verkleben und Trocknen derselben gebildet.
In Papier-, Film- und Textilindustrie produzierte Bahnen werden normalerweise auf Kernhülsen für Rollen gewickelt. Aus Karton gefertigte Hülsen, insbesondere Spiralhülsen werden hergestellt, indem Kartonstreifen übereinander geklebt und in einer speziellen Spiralhülsenwickelmaschine spiralig gewunden werden. Breite, Dicke und Zahl der Kartonstreifen, die zur Bildung einer Hülse benötigt werden, variieren in Abhängigkeit von den Dimensionen und den Festigkeitsanforderungen der herzustellenden Hülse. Typisch ist die Streifenbreite 50 bis 250 mm (in besonderen Fällen ungefähr 500 mm), Streifendicke ungefähr 0,2 bis 1,2 mm, und die Anzahl der Streifen ungefähr 3 bis 30 (in besonderen Fällen ungefähr 50). Die Festigkeit eines Kartonstreifens variiert, um der Festigkeitsanforderung an die Hülse zu entsprechen. Grundsätzlich erhöht das Steigern der Festigkeit eines Kartonstreifens auch seinen Preis. Deshalb kann allgemein festgestellt werden, dass je stärker die Hülse, desto teurer ist sie.
In der Papierverarbeitungsindustrie haben die Gewichte der z. B. in Druckmaschinen benutzten Papierrollen ständig zugenommen, was eine immer höhere Festigkeit und eine immer höhere Kapazität von Spiralhülsen erfordert. Die Gewichte von Papierrollen variieren erheblich, von Zeitungs- und Feinpapierrollen von 600-1800 kg bis zu Tiefdruckpapierrollen von ungefähr 2400-5500 kg. Die größten Rollen, die für Prüfzwecke hergestellt worden sind, haben ein Gewicht von ungefähr 6500 kg gehabt. Die Durchmesser großer Papierrollen sind dann typisch am größten 1,24 bis 1,26 m.
Druckmaschinen benutzen typisch Hülsen zweier Größen. Die gebräuchlichste Hülsengröße hat einen Innendurchmesser von 76 mm (3") und eine Wanddicke von 13 oder 15 mm. Bei den breitesten und schnellsten Druckmaschinen, d. h. jenen mit den schwersten Rollen werden heute Hülsen mit einem Innendurchmesser von 150 mm (6") und normalerweise einer Wanddicke von 13 mm eingesetzt.
Es werden Druckmaschinen konstruiert, die Papierrollen mit einem Durchmesser von 1,35 m verarbeiten könnten; Berechnungen für sogar 1,5-m-Rollen sind präsentiert worden. Wenn die Rollenbreite auf 3,6 m steigt, nimmt das Gewicht einer Papierrolle erheblich zu, auf über 6,5 Tonnen, sogar bis auf 8,5 Tonnen.
Typische Streifenbreiten von Kartonhülsen, die in der Druck- und Papierverarbeitungsindustrie eingesetzt werden, wie oben angeführt wurde, sind ungefähr 120 bis 150 mm bei Hülsen mit einem Innendurchmesser von 76 mm (3"), der der am häufigsten benutzte Innendurchmesser ist, und bis zu 190 mm bei Hülsen, die einen Innendurchmesser von 150 mm (6") haben. Aufgrund der Hülsengeometrie variieren dann die mittleren Windungswinkel α je nach dem Hülsendurchmesser von ungefähr 15 bis ungefähr 35 . Die Wanddicken von Kartonhülsen sind typisch ungefähr 10 bis 20 mm. Die Definition des mittleren Windungswinkels α ist nachstehend in Fig. 3 dargelegt.
Papierrollen werden auf einen Wickelkern gebildet. Bei diesem Wickelkern handelt es sich fast immer um eine spiralig gewundene Kartonhülse.
Die Forderung nach einer guten Spannfutterfestigkeit wird besonders z. B. bei achslosem Auf-/Abrollen einer Papierbahn hervorgehoben, wo die als einzige Achse dienende Hülse das Gewicht der Papierrolle entweder teilweise oder vollständig über kurze Spannfutter mit einer Länge von ungefähr 50 bis 250 mm aufnimmt. Des Weiteren kann das Spannfutter einem Druck von Beschleunigungsriemen ausgesetzt werden, die für einen automatischen Rollenwechsel in der Druckmaschine notwendig sind. Diese Beschleunigungsriemen können eine zusätzliche Belastung von sogar 1 bis 2 Tonnen auf die Hülse verursachen.
Die Spannfutterfestigkeit ist eine wesentliche Anforderung in der Papierfabrik bei der Herstellung der Rolle, wenn Rollenschneider des so genannten Zentralwickler-Typs eingesetzt werden,
Bei achslosem Auf- und Abrollen erzeugt das Gewicht einer Papierrolle Spannungen an der Hülse, an den Spannfuttern. Die gefährlichsten davon sind Scherspannungen und radiale Spannungen.
Wenn Papierrollen mit dem gleichen Gewicht abgestützt werden, ändern sich diese Spannungen in Hinsicht auf Form und Betrag je nach Wanddicke und Innendurchmesser der Hülse. Die Form der Spannungen an verschiedenen Stellen innerhalb der Hülsenwand sowie der Stelle, wo die maximalen Spannungen auftreten, können berechnet werden, und sie können auch experimentell ermittelt werden, z. B. durch Nutzung eines Verfahrens und einer Vorrichtung gemäß dem europäischen Patent 309 123.
Wie oben angeführt wurde, sind Hülsen verschiedenen Spannungen ausgesetzt, wenn sie z. B. in einer Papierrolle benutzt werden. Bei achslosem Auf-/Abrollen dient die Hülse als einzige Achse und trägt das Gewicht der Papierrolle entweder vollständig oder teilweise über ein kurzes Spannfutter. Der durch Beschleunigungsriemen verursachte Druck, die bei Druckmaschinen für den automatischen Rollenwechsel notwendig sind, steigert möglicherweise das Gewicht.
In solch einer Situation wird die Hülse mehreren Spannungen ausgesetzt, die die Hülse beanspruchen und einen Bruch derselben verursachen können. Weil die Kartonhülse ein orthotrophes Material ist, ist das Wissen um diese Spannungen eine sehr anspruchsvolle Aufgabe.
Durch Benutzung von fortschrittlichen Modellierverfahren, die einem Fachmann bekannt sind, können Scher-, Druck- oder Flachstauch- und Zugspannungen analysiert werden, um herauszufinden, wo verschiedene Spannungen vorkommen, und außerdem auf welcher Tiefe es beim eigentlichen Einsatz Spannungen in der Hülsenwand gibt und wie stark sie sind. Die Ergebnisse der Analyse können experimentell bestätigt werden, z. B. durch Nutzung eines Verfahrens und einer Vorrichtung nach dem EP-Patent 309 123. Durch Anwendung des Prüfverfahrens gemäß EP 309 123 lassen sich Spannungen einer Hülse unter Einsatzverhältnissen simulieren. Diese unter Einsatzverhältnissen vorkommenden Spannungen können auch durch rechnerisch anspruchsvolle Finite-Elemente-Methoden modelliert werden. Wir haben Spannungsanalysen der Spannfutterbelastung durchgeführt, die angedeutet haben, was durch experimentelle Tests (durch Nutzung einer Vorrichtung gemäß EP 309 123) bestätigt worden ist, dass die stärksten Spannungen in z- Richtung fast in der Mitte der Hülsenwand, etwas zur Innenfläche der Hülse hin vorkommen. Die z-Richtung bedeutet hier eine zur Oberflächenebene eines Kartonstreifens senkrechte Richtung, d. h. im Querschnitt einer fertig gestellten Hülse ist es die Richtung des Hülsenradius.
Die gegen die Streifen gerichteten maximalen Zug- und Scherspannungen in z- Richtung sind radial und kommen nahe der Mitte der Hülsenwand, von dort etwas einwärts vor.
Wir haben das problematische Gebiet beschrieben, aus dem unsere Erfindung entspringt. Bei Betrachtung des Standes der Technik stießen wir auf das US-Patent 3,194,275. Die dort behandelten Probleme sind jedoch vollkommen anders, und die angebotene Lösung ist vollkommen anders als unsere. US 3,194,275 wird weiter unten besprochen, im Zusammenhang mit der ausführlicheren Beschreibung der vorliegenden Erfindung. Der Vergleich zwischen der vorliegenden Erfindung und der in US 3,194,275 beschriebenen Lösung zeigt, dass sich die Probleme und folglich ihre Lösungen voneinander unterscheiden.
EP 0 627 306 B1 stellt eine Multigrade-Kartonröhre dar, die eine verbesserte Stauchfestigkeit hat. Im Besonderen sind bei einer Multigrade-Mehrlagen- Kartonröhre die Lagen innerhalb der Wand der Röhre an Stellen vorgesehen, die die Stauchfestigkeit verbessern. Die Lagen haben jeweils unterschiedliche Dichten.
US 3,194,275 beschreibt eine spiralig gewundene Papierröhre für das Aufwickeln von Bahnmaterial. Die Papierröhre besteht aus einer Vielzahl faserhaltiger Papierstreifen, die spiralig überlappend mit Kleber dazwischen zu einer Spiralröhre gewunden sind, wobei bei jedem der Papierstreifen die Fasern generell in Richtung der Längsachse dieser Streifen liegen. Diese Streifen sind mit einem Windungswinkel von ungefähr 15 bis 25 Grad gewunden und bilden somit eine dimensionsmäßig stabile Röhre von hoher Biegefestigkeit und Stauchfestigkeit.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes und effektiveres Verfahren zur Herstellung von dickwandigen Kartonhülsen für die Papierindustrie zu schaffen, wobei die Wanddicke über 10 mm und der Innendurchmesser über 70 mm ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Steigerung der Spannfutterfestigkeit sowohl bei dickwandigen Kartonhülsen für die Papierindustrie, die eine Wanddicke über 10 mm und einen Innendurchmesser über 70 mm haben, als auch bei anderen Kartonhülsen vorzusehen, die eine hohe Spannfutterfestigkeit erfordern, und gleichzeitig einen neuartigen Typ dickwandiger spiraliger Kartonhülsen zu schaffen, die bessere Gebrauchseigenschaften haben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit den zurzeit verwendeten, oben erwähnten dickwandigen Spiralhülsen verbundene Probleme zu lösen und eine Lösung anzubieten, um den durch stets zunehmende Rollengewichte gestellten Anforderungen insbesondere an die Spannfutterfestigkeit von Hülsen gerecht zu werden.
Diese Aufgaben lassen sich durch die Lösung gemäß den beigefügten Patentansprüchen erledigen.
Wie oben angeführt wurde, sind typische Wanddicke-Innendurchmesser-Werte z. B. 15 mm · 76 mm und 13 mm · 150 mm. Die durch Spannfutterbelastung verursachten Spannungen der größten Hülsen wie etwa 13 mm · 300 mm (10 mm · 300 mm) sind wegen der Hülsengeometrie natürlich niedriger als bei Papierindustrie- Hülsen, die einen kleineren Durchmesser haben. Somit ist die Spannfutterfestigkeit zum Beispiel bei einer Hülse von 13 · 300 mm an und für sich höher als die Spannfutterfestigkeit von Hülsen, die einen kleinen Durchmesser haben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass infolge eines großen Innendurchmessers die Lagerfläche der Hülse in Hinsicht auf die Achse groß ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nicht auf Kartonhülsen, die eine Wanddicke unter 10 mm haben. Papierindustrie-Hülsen müssen eine dicke Wand, d. h. über 10 mm haben, um durch Spannfutter eingespannt zu werden (Ausdehnung des Spannfutters) und um die Bildung eines Walzenspalts zwischen Hülsenoberfläche und Stützwalze zu ermöglichen. Im Besonderen erfordern die Geometrie von Umrollern und Rollenschneidern eine genügende Wanddicke von Hülsen, in der Praxis 10 mm oder mehr. Die Lösung der vorliegenden Erfindung steigert die Produktionsgeschwindigkeit sämtlicher Papierindustrie-Hülsen mit verschiedenen Durchmessern, doch ihre Vorteile in Hinsicht auf die Steigerung der Spannfutterfestigkeit werden bei Papierindustrie-Hülsen kleineren Durchmessers hervorgehoben. Am größten ist die Bedeutung einer verbesserten Spannfutterfestigkeit in Verbindung mit den am häufigsten verwendeten Hülsen, die einen Innendurchmesser von 3" (ungefähr 76 mm) haben. Eine bedeutende Verbesserung der Spannfutterfestigkeit wird auch bei Hülsen erreicht, die einen Innendurchmesser von 6" (ungefähr 150 mm) haben.
Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich auch zur Herstellung von anderen Kartonhülsen anwenden, die hohe Spannfutterfestigkeit erfordern und die ähnliche Dimensionen haben wie die Hülsen gemäß der vorliegenden Erfindung, die in der Druck- und Papierverarbeitungsindustrie eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Bruch von Hülsen, der durch einen Rissbruchmechanismus verursacht wird. Wenn bei Hülsen in der Papierindustrie Brüche entstehen, ist dieser in der Praxis der häufigste Mechanismus. Hierbei entsteht der Bruch einer Hülse auf der Zylinderfläche innerhalb die Hülsenwand und/oder in deren Nähe, in welcher Zylinderfläche sich die maximalen Spannungen finden. Deshalb haben wir die Breiten und Kantenfängen des Hülsenstreifens in der Ebene der Zylinderfläche und in ihrer Nähe als Attribute präsentiert, die unsere Erfindung beschreiben. Im Prinzip könnten entsprechende Definitionen in Bezug auf die inneren oder äußeren Streifen gemacht werden, deren Dimensionen festgelegt werden, indem die Strukturmaße der Hülse ausgewählt werden und an der Maximalspannungsfläche die Streifenlänge pro Laufmeter Hülse oder die Streifenbreite fixiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es deshalb eine wesentliche Aufgabe, dass es insbesondere auf der Zylinderfläche, die die Maximalspannung in Wandrichtung des Querschnitts darstellt, d. h. in z-Richtung der Hülse, aber auch sonst wo in der Hülsenwand möglichst wenige potenzielle Stellen für Anrisse gibt, die zu einem Bruch führen würden. Durch Beeinflussung der potenziellen Stellen für Anrisse, d. h. durch Reduzierung ihrer Anzahl, ist es möglich, insbesondere die Spannfutterfestigkeit (Delaminationsfestigkeit) der Hülse zu beeinflussen, d. h. sie zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Lösung zur Verbesserung der Spannfutterfestigkeit von dickwandigen Kartonhülsen für die Papierindustrie macht z. B. aus den folgenden Erkenntnissen Gebrauch.
Bei schmalen Streifen entsteht nur eine kleine Steigung pro Laufmeter Hülse, wobei es zwischen den Streifen mehrere Spalte pro Längeneinheit Hülse gibt. Bei Verbreiterung der Kartonstreifen geht die Länge der Spalte pro Laufmeter Hülse zurück.
Die Grundidee unserer Erfindung besteht darin, die Länge der Spalte pro Laufmeter Hülse zu reduzieren und dadurch eine Papierindustrie-Hülse zu schaffen, die weniger als bisher Kantenlinie des Streifens pro Laufmeter hat, d. h. weniger potenzielle Stellen für Anrisse pro Laufmeter Hülse als bisher.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der Spannfutterfestigkeit von Kartonhülsen für die Papierindustrie und eine nach diesem Verfahren konstruierte dickwandige Spiralhülse werden nachstehend mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt
Fig. 1a eine schematische Seitenansicht einer Hülse nach dem Stand der Technik, die einen Innendurchmesser von 150 mm hat,
Fig. 1b eine schematische Seitenansicht einer zweiten, allgemein verwendeten Hülse nach dem Stand der Technik, die einen Innendurchmesser von 76 mm hat,
Fig. 1c eine schematische Seitenansicht einer Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 1d eine schematische Seitenansicht einer zweiten Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung,
Tabelle 1 ein theoretisches Fertigungsrezept für eine Hülse von 13 mm · 150 mm nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 die Mittelstreifen-Kantenlänge bei einer 1 m langen Hülse als Funktion der Mittelstreifenbreite,
Fig. 3 die Definition des mittleren Windungswinkels α,
Fig. 4 die Auswirkung der Mittelstreifen-Kantelänge auf die Spannfutterfestigkeit, und Fig. 5 die Auswirkung der Streifenbreite einer Kartonhülse auf die Flachstauchfestigkeit der Hülse bei Benutzung der gleichen Struktur wie in Fig. 4.
Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Struktur für eine dickwandige Papierindustrie-Hülse zu schaffen, die für anspruchsvolle Spannfutter- Belastungsverhältnisse geeignet ist und die eine kürzere Spaltlänge pro Laufmeter Hülse hat als bisherige Lösungen für Papierindustrie-Hülsen. Dies wird zustande gebracht durch Vergrößerung der Breite der Kartonstreifen, die bei der Hülsenfabrikation benutzt werden. Wenn die Anzahl der Spalte, d. h. die Anzahl potenzieller Stellen für Anrisse pro Längeneinheit anhand der obigen Entdeckung reduziert wird, hat dies einen Anstieg der Hülsenkapazität, also der Spannfutterfestigkeit und der Tragfähigkeit zur Folge. Somit werden bei einer Hülse mit einem bestimmten Durchmesser gemäß der vorliegenden Erfindung breitere Streifen als bisher benutzt. Der Innendurchmesser und die Wanddicke einer Hülse wiederum beeinflussen die Breiten-Abstufung der zu verwendenden Streifen.
Fig. 1a ist eine schematische Seitenansicht einer 13-mm-x-150-mm-Hülse nach dem Stand der Technik. Die Mittelstreifen-Kantenlänge pro Hülsenmeter ist ungefähr 3340 mm bei dieser Hülse, wenn die Streifenbreite ungefähr 154 mm ist. Fig. 1b ist eine schematische Seitenansicht einer zweiten, allgemein verwendeten 15-mm-x-76- mm-Hülse nach dem Stand der Technik. Bei dieser Hülse ist die Mittelstreifen- Kantenlänge ungefähr 1914 mm pro Meter, wenn die Streifenbreite ungefähr 150 mm ist. Fig. 1c ist eine schematische Seitenansicht einer 13-mm-x-150-mm-Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Mittelstreifen-Kantenlänge pro Meter ist bei dieser Hülse ungefähr 1410 mm, wenn die Streifenbreite ungefähr 364 mm ist. Wenn eine 15-mm-x-76-mm-Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird, entspricht die Mittelstreifen-Kantenlänge von ungefähr 1410 mm einem Mittelstreifen von ungefähr 203 mm Breite. Fig. 1d ist eine schematische Seitenansicht einer zweiten 13-mm-x-150-mm-Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Mittelstreifen- Kantenlänge pro Meter ist bei dieser Hülse ungefähr 1154 mm, wenn die Streifenbreite ungefähr 445 mm ist. Wenn eine 15-mm-x-76-mm-Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird, entspricht die Mittelstreifen-Kantenlänge von ungefähr 1152 mm einem Mittelstreifen von ungefähr 249 mm Breite.
Papierindustrie-Hülsen mit verschiedenen Innendurchmessern sind in den beigefügten Patentansprüchen anhand der für jede Hülsengröße charakteristischen Kennwerte charakterisiert. Wir haben herausgefunden, dass gute Ergebnisse in Hinsicht auf Steigerung der Spannfutterfestigkeit und Hülsen- Produktionsgeschwindigkeit bei Berücksichtigung sämtlicher relevanten Dinge erzielt werden, z. B. wenn eine spiralige Kartonhülse dadurch hergestellt wird, dass Kartonstreifen spiralig um eine Spindel zu einem Rohr gewunden werden, wobei für die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in Dickenrichtung der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Wand, pro 1 Laufmeter Kartonhülse folgendes gilt
- bei einem Innendurchmesser von 73 bis 110 mm:
Lmp < 1550 mm, bevorzugt unter 1450 mm und bevorzugter unter 1300 mm,
- bei einem Innendurchmesser von 111 bis 144 mm:
Lmp < 1900 mm, bevorzugt unter 1650 mm und bevorzugter unter 1500 mm, und
- bei einem Innendurchmesser von 145 bis 180 mm:
Lmp < 2450 mm, bevorzugt 2200 bis 1500 mm und bevorzugter unter 1500 mm, wo
Lmp die Kantenlänge des Kartonstreifens auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung innerhalb der Kartonhülsenwand darstellt, pro 1 Laufmeter Kartonhülse ist.
Auch bei einem Innendurchmesser einer Kartonhülse von 181 bis 310 mm werden bessere Ergebnisse in Hinsicht auf Verbesserung der Spannfutterfestigkeit und Produktionsgeschwindigkeit bei Berücksichtigung sämtlicher relevanten Aspekte erreicht, wenn bei einer 1 m langen Kartonhülse
Lmp < 4500 mm, bevorzugt unter 3900 mm und bevorzugter 3900 bis 2000 mm, wo
Lmp die Kantenlänge des Kartonstreifens auf der das Spannungsmaximum in z- Richtung innerhalb der Wand der Kartonhülse darstellenden Zylinderfläche pro 1 Laufmeter Hülse ist.
Das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse liegt nahe der Mine der Hülsenwand, etwas zur Innenfläche der Hülse hin. Obwohl die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Hülsenwand darstellt, sich nicht genau in der Mitte der Wand befindet, sind die Strukturverhältnisse und Messparameter jedoch praktisch fast identisch. Wenn für den der Maximalspannung auszusetzenden Kartonstreifen eine bestimmte Breite ausgewählt worden ist, haben die umliegenden Streifen, einschließlich des einen in Wandmitte, fast die gleiche theoretische Breite, wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist. Tabelle 1 zeigt eine theoretische Studie der Streifenbreiten einer 13 · 150-mm-Hülse, die nach dem Stand der Technik aus 25 Streifen konstruiert ist, wobei jeder Streifen 0,53 mm dick ist. Die Streifenbreiten sind vom Innensteifen 1 beginnend aufgelistet, und als Breite des Außenstreifens hat man 155 mm ausgewählt. Die Bezeichnung 13 · 150 mm bezieht sich auf eine Hülse, die eine Wanddicke von 13 mm und einen Innendurchmesser von 150 mm hat. In der Tabelle werden folgendende Bezugsbuchstaben benutzt: t = Ordnungszahl des Streifens, wobei sich die Zahl 1 auf den Innenstreifen bezieht; svt = Wanddicke des Streifens t; t = Außendurchmesser des Streifens t; st = Breite des Streifens + Spalt am Streifen t; elengtht = Kantenlänge des Streifens t pro 1 m Hülse. Das Spannungsmaximum liegt ungefähr bei den Streifen 10-11, wo der Mittelwert des Streifens + Spalt 153,837 mm ist. Die Mitte der Hülsenwand liegt bei Streifen 13, wo der Streifen + Spalt zusammen 154,066 ausmachen. Wie zu ersehen ist, sind die Breiten des Streifens + Spalt sowohl im Bereich des Spannungsmaximums als auch in der Mitte der Hülsenwand fast gleich groß. Die anhand von theoretischen Studien berechneten Kantelängen von Strukturstreifen bei einer 1 m langen Hülse sind ungefähr 3280,7 mm bei Streifen t = 10 und ungefähr 3300,347 mm bei Streifen t = 11, wie aus Tabelle 1 abzulesen ist. Aus rein praktischen Gründen bekommt nicht jeder Streifen eine eigene Breite, sondern es werden lediglich einige Streifenbreiten zur Zusammenstellung einer Hülse ausgewählt. Zum Beispiel nach dem Stand der Technik ist eine 13 · 150-mm-Hülse typisch aus Streifen zweier verschiedener Breiten, d. h. 154 mm und 155 mm konstruiert. In diesem Fall ist auf Basis von theoretischen Studien die Kantenlänge des Strukturstreuens in der Mitte der Hülsenwand 3340 mm bei einer 1 m langen Hülse, wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist. Der Unterschied zwischen der Kantenlänge des Strukturstreifens im Spannungsmaximum und der Kantenlänge des Streifens in der Mitte der Hülsenwand ist ungefähr 50 mm. Eine entsprechende Betrachtung wäre auch bei einer allgemeinen verwendeten Hülse möglich, die einen Innendurchmesser von 76 mm hat.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden hervorgehoben, wenn spiralige Kartonhülsen bei großen Rollengewichten und hohen Auf- und Abrollgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Kartonhülsen, die der vorliegenden Erfindung zufolge konstruiert sind, werden bei Wickelgeschwindigkeiten verwendet, die zumindest bei ungefähr 200 m/min (3,3 m/s) liegen. Kartonhülsen gemäß der vorliegenden Erfindung sind vorteilhaft bei Auf-/Abrollgeschwindigkeiten von 800-900 m/min und darüber, bis ungefähr 2500 m/min. Je breiter der Kartonstreifen ist, desto weniger potenzielle Kantenlänge hat er pro Längeneinheit, z. B. Laufmeter, wo sich Anrisse konzentrieren könnten. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden auch im Zusammenhang mit großen Rollengewichten und kleineren Hülsen hervorgehoben, besonders bei Hülsen mit einem Innendurchmesser von 76 mm. Die vorliegende Erfindung bietet eine deutliche Verbesserung zur Lauffähigkeit von Hülsen, die in den breitesten und schnellsten Druckmaschinen eingesetzt werden, also dort, wo die Rollen die schwersten sind, und ermöglicht die Konstruktion von Papierindustrie-Hülsen, die den durch die neuen Dimensionen der geplanten Papierrollen gestellten Anforderungen gerecht werden. Die geplanten Druckmaschinen sollen Papierrollen mit einem Durchmesser von 1,35 m handhaben; es sind Berechnungen für Papierrollen vorgelegt worden, die sogar einen Durchmesser von bis zu 1,5 m haben. Die Rollenbreiten solcher Druckmaschinen werden gar so groß wie 3,6 m sein, wobei die Gewichte der Papierrollen erheblich zunehmen werden, bis zu über 6,5 Tonnen, sogar bis zu 8,5 Tonnen. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, sieht die vorliegende Erfindung eine rentable und vorteilhafte Anordnung für eine Hülsenstruktur vor.
Eine bevorzugte Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Eine spiralige Kartonhülse wird hergestellt, indem auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Hülsenwand, folgende Streifenbreiten eingesetzt werden
bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von
- 73 mm bis 11 mm,
zumindest 185 mm, bevorzugt über 210 mm und bevorzugter über 230 mm.
bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von
- 111 mm bis 144 mm,
zumindest 205 mm, bevorzugt über 210 mm und bevorzugter über 230 mm.
bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von
- 145 mm bis 180 mm,
zumindest 210 mm, bevorzugt über 250 mm bevorzugter 350 mm bis 450 mm, und
bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von
- 181 mm bis 310 mm,
zumindest 220 mm, bevorzugt über 250 mm und bevorzugter 350 mm bis 500 mm, aber
höchstens die maximale Streifenbreite Lmax einer jeden Hülse eines bestimmten Durchmessers, wo Lmax (π) · (Hülsendurchmesser an der betreffenden Stelle).
Spiralige Kartonhülsen von 76 mm (3") und 150 mm (6"), die besonders in der Papierindustrie allgemein eingesetzt werden, werden der vorliegenden Erfindung zufolge hergestellt, indem Kartonstreifen spiralig um eine Spindel zu einem Rohr gewickelt werden, wobei für die Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z- Richtung der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Wand, bei einer 1 m langen Kartonhülse folgendes gilt
- bei einem Innendurchmesser von ungefähr 76 mm (3"):
LmP < 1550 mm, bevorzugt unter 1400 mm und bevorzugter unter 1300 mm, und
- bei einem Innendurchmesser von ungefähr 150 mm (6"):
Lmp < 2200 mm, bevorzugt 2000-1500 mm und bevorzugter unter 1500 mm,
wo Lmp die Kantenlänge des Kartonstreifens auf der Zylinderfläche ist, die das Spannungsmaximum in z-Richtung der Kartonhülsewand darstellt pro 1 Laufmeter Hülsenwand.
Für diese Hülsen von 76 mm (3") und 150 mm (6") trifft bevorzugt auch folgendes zu: eine spiralige Kartonhülse wird hergestellt, indem auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Hülsenwand folgende Streifenbreiten eingesetzt werden:
- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von ungefähr 76 mm (3") zumindest 185 mm, bevorzugt über 210 mm und bevorzugter 210 mm bis 240 mm, und
- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von ungefähr 150 mm (6") zumindest 230 mm, bevorzugt über 250 mm und bevorzugter 250 bis 450 mm, aber höchstens die maximale Streifenbreite Lmx einer jeden Hülse eines bestimmten Durchmessers, wo Lmax = (π) · (Hülsendurchmesser an der betreffenden Stelle).
Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in Dickenrichtung der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Hülsenwand, Streifenbreiten eingesetzt werden, die zumindest 200 mm, bevorzugt über 230 mm aber unter der maximalen Streifenbreite Lmax einer jeden Hülse eines bestimmten Durchmessers sind, wo Lmax = (π) · (Hülsendurchmesser an der betreffenden Stelle).
Kartonhülsen für die Papierindustrie werden bei Auf- oder Abrollgeschwindigkeiten von zumindest ungefähr 200 m/min (3,3 m/s) benutzt. Kartonhülsen gemäß der vorliegenden Erfindung sind vorteilhaft bei Auf-/Abrollgeschwindigkeiten, die höher als ungefähr 300 m/min (5 m/s), typisch ungefähr 800-900 m/min und sogar darüber, bis zu ungefähr 2500 m/min sind. Für solche Wickelverhältnisse sieht die Anordnung der vorliegenden Erfindung eine Papierindustrie-Hülse mit einer verbesserten Spannfutterfestigkeit vor, welche Hülse dickwandig ist, wobei die Wanddicke H 10 mm oder mehr und der Innendurchmesser über 70 mm ist. Die Lösung der vorliegenden Erfindung ist auch für die Verbesserung der Spannfutterfestigkeiten von Kartonhülsen vorteilhaft, die ähnliche Dimensionen haben und die hohe Spannfutterfestigkeit erfordern.
Bei der Lösung der vorliegenden Erfindung werden bei der fertig gestellten Kartonhülse mit einem Innendurchmesser über 70 mm und einer Wanddicke über 10 mm zur Verbesserung der Spannfutterfestigkeit auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in Dickenrichtung der Hülsenwand darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Streifens in der Mitte der Hülsenwand, Streifenbreiten benutzt, die bevorzugt zumindest 200 mm und bevorzugter über 230 mm, aber unter der theoretischen maximalen Streifenbreite Lmax einer jeden Hülse eines bestimmten Durchmessers sind, wo Lmax = (π) · (Hülsendurchmesser an der betreffenden Stelle). Somit ist zum Beispiel die theoretische maximale Breite des Mittelstreifens einer 13 · 150-mm-Hülse Lmax = π · (150 mm + 1 · 13 mm), was ungefähr 512,0 mm ausmacht. Entsprechend ist die theoretische Maximalbreite des Mittelstreifens einer 13 · 300-mm-Hülse Lmax = π · (300 mm + 1 · 13 mm), was ungefähr 983,1 mm ist. Und entsprechend ist die theoretische Maximalbreite des Mittelstreifens einer 15 · 76-mm-Hülse Lmax = π · (76 mm + 1 · 15 mm), was ungefähr 285,8 mm ist. Vorzugsweise, zum Beispiel aus praktischen herstellungstechnischen Gründen ist die mittlere Streifenbreite einer Kartonhülse jedoch 230 mm bis 550 mm, je nach dem Hülsendurchmesser.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden natürlich bei breiten Streifen hervorgehoben. Aus herstellungstechnischen Gründen ist es jedoch vorteilhaft, z. B. bei 13 · 150-mm-Hülsen, solch eine Streifenbreite auszuwählen, die die Herstellung ohne große Schwierigkeiten erleichtert. Die Vorteilhaftigkeit der vorliegenden Erfindung, d. h. eine Verbesserung der Spannfutterfestigkeit, wird bei Papierindustrie-Hülsen kleinen Durchmessers hervorgehoben, doch die Hülsen- Produktionsgeschwindigkeit nimmt bei allen verschiedenen Größen von Papierindustrie-Hülsen zu.
Zur Herstellung einer Papierindustrie-Hülse mit einem bestimmten Innendurchmesser ist es bevorzugt, möglichst breite Kartonstreifen für die betreffende Hülsendimension zu verwenden. Je größer die Streifenbreite ist, desto mehr Hülsenmeter werden pro Zeiteinheit produziert; d. h. desto größer ist die Hülsen-Produktionsgeschwindigkeit; desto komplizierter ist aber andererseits der Herstellungsprozess der Hülse selbst. Bei zunehmenden Streifenbreiten beansprucht zum Beispiel die Spiralhülsenwickelmaschine mehr Raum in der Fabrik. Somit ist es nicht möglich, Papierindustrie-Hülsen wie oben beschrieben mit gegenwärtig gebrauchten Spiralhülsenwickelmaschinen herzustellen, sondern es bedarf stattdessen einer speziellen Spiralhülsenwickelmaschine. Bereits die bloße Handhabung von breiten Streifen, z. B. das Verlängern von Streifen an einer Spiralhülsenwickelmaschine wird viel komplizierter, wenn die Breite der Streifen wächst. Auch die Kontrolle der Spiralhülsenwickelmaschine wird schwieriger. Mit der praktischen Hülsenfabrikation verbundene Gründe wirken sich darauf aus, wie nah an die theoretische Maximalbreite die Streifenbreiten vergrößert werden können.
Bei den am häufigsten eingesetzten Papierindustrie-Hülsen handelt es sich um jene mit einem Innendurchmesser von 76 mm (3"). Typisch hat solch eine Hülse Streifen, deren Breiten ungefähr 140 bis 155 mm sind (zum Beispiel der Innenstreifen ist 140 mm breit und der Außenstreifen 155 mm mit einer passenden Breitenabstufung dazwischen). Bei den typischsten 13 · 150-mm-(6"-)Hülsen nach dem Stand der Technik werden Streifen benutzt, die ungefähr 150 bis 155 mm breit sind. Andererseits sind 13 · 150-mm-Hülsen bekannt, deren größte Streifenbreite ungefähr 190 mm ist. Bei den bisherigen aus 155 mm breiten Streifen konstruierten Hülsen ist die Kantenlänge des Mittelstreifens bei einer 1 m langen Hülse ungefähr 3340 mm, wie oben festgestellt wurde, und bei der letzteren, aus 190 mm breiten Streifen zusammengestellten Hülse ist die entsprechende Kantenlänge des Mittelstreifens ungefähr 2700 mm.
In Fig. 2 ist die Kantenlänge des Mittelstreifens bei einer 1 m langen Hülse als Funktion der Mittelstreifenbreite bei drei typischen Papierindustrie-Hülsen: 15 · 76 mm, 13 · 150 mm und 13 · 300 mm dargestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine geeignete Streifenbreite mit Hinsicht auf die praktische Hülsenfabrikation z. B. bei einer 13 · 150-mrn-Hülse ungefähr 375 mm. Eine andere bevorzugte Strukturstreifenbreite für den gleichen Hülsentyp ist zum Beispiel ungefähr 470 mm. Streifen dieser beiden Breiten sowie Breiten dazwischen sind noch kontrollierbar in speziellen Spiralhülsenwickelmaschinen. Die Kantenlänge eines 375 mm breiten Streifens bei einer 1 m langen 13 · 150-mm-Hülse ist ungefähr 1415 mm und die Kantenlänge eines 470 mm breiten Streifens bei einer 1 m langen Hülse der gleichen Größe ungefähr 1154 mm. Beide Lösungen gemäß der vorliegenden Erfindung bringen eine deutliche Verbesserung beim Kürzen der Kantenlängen eines Streifens im Vergleich zu den oben erwähnten typischen bisherigen Lösungen nach dem Stand der Technik und reduzieren somit auch deutlich die Anzahl potenzieller Stellen für Anrisse pro Laufmeter Hülse.
Wenn eine spiralige Kartonhülse hergestellt wird, indem schmale Kartonstreifen spiralig um eine Spindel zu einem Rohr gewickelt werden, entsteht in der Hülsenstruktur zwischen zwei benachbarten Streifen ein Spalt. Die Spaltbreiten von zwei benachbarten Streifen einer Kartonhülse liegen in der Größenordnung von 0,2 bis 2,0 mm und sogar darüber, je nach Rezept und Sorgfältigkeit des Bedieners. Bei den Spalten zwischen zwei Streifen handelt es sich um Stellen, wo sich Anrisse konzentrieren, wenn die Hülse auf die gleiche Weise wie in der Praxis, das heißt dynamisch, belastet wird. Dynamische Belastung kann zum Beispiel durch eine Prüfung gemäß EP-Patent 309 123 simuliert werden. Insbesondere bei Belastung auf Spannungsfestigkeit, wie sie die Belastung einer Hülse darstellt, beginnt ein Riss von einem Anriss ausgehend.
Je mehr Anrisse die Hülsenstruktur aufweist, desto mehr Gelegenheiten gibt es für einen Rissbruch. Und je mehr Konzentrationsstellen für Anrisse, also je mehr Spalte es zwischen den spiraligen Streifen gibt, desto schneller erreicht ein sich fortpflanzender Riss einen anderen Anriss; zum Beispiel einen von der gegenüberliegenden Kante des selben Streifens ausgehenden anfänglichen Riss. In diesem Fall wird das Streifenmaterial in jenem Treffpunkt vollständig aufgespalten, und die Hülse delaminiert.
Die Definition eines mittleren Windungswinkels α ist in Fig. 3 dargestellt. Der mittlere Windungswinkel bezieht sich auf einen spitzen Winkel α zwischen der zur Hülsenachse transversalen Richtung und der Kante des Kartonstreifens.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die Spannfutterfestigkeit und die Flachstauchfestigkeit von Testhülsen als Funktion der Mittelstreifenlänge/1000 mm bei einer Modellstruktur der Hülse, die einen Innendurchmesser von 50 mm hat. Die Spannfutterfestigkeitsprüfungen sind nach einem Verfahren gemäß EP-Patent 309 123 durchgeführt worden (die Vertikalachse "Coretester strength" zeigt die Spannfutterfestigkeit an). Als Innendurchmesser der Kartonhülsen wurde 50 mm ausgewählt, um mit einer konventionellen Spiralhülsenwickelmaschine innerhalb des erforderlichen Streifenbreitenbereiches variieren zu können. Die gleiche Wirkung gilt eben so für andere Durchmesser, wie etwa Hülsen, die einen Innendurchmesser von 76 mm und 150 mm haben, welche Hülsen bei großen Papierrollen allgemein eingesetzt werden.
Fig. 5 zeigt den Einfluss der Länge des Mittelstreifens auf die Flachstauchfestigkeit der Hülse bei der gleichen Hülsenstruktur wie in Fig. 4.
Während die Streifenbreite zunimmt, wobei auch der mittlere Windungswinkel wächst, geht die Flachstauchfestigkeit der Hülse zurück, wie das Beispiel in Fig. 5 zeigt. Der Rückgang ist bei verschiedenen Kartons unterschiedlich. Bei stark orientierten Kartons, wie z. B. Kartons gemäß der Erfindung von US-Patent 3,194,275 (Spalte 3, Zeile 4 bis 14) geht die Flachstauchfestigkeit mehr zurück als z. B. bei modernen relativ quadratischen Kartons, die z. B. bei der vorliegenden Erfindung genutzt werden. Bei sämtlichen die vorliegende Erfindung veranschaulichenden Beispielen sind Kartons verwendet worden, die einen Orientationsfaktor (das Verhältnis der MD-Festigkeitswerte in Maschinenrichtung zu den CD-Festigkeitswerten quer zur Maschinenrichtung) von ungefähr 1,6 bis 2,5 haben. Bei der vorliegenden Erfindung setzen wir keine stark orientierten Kartons ein, im Gegenteil.
Der Rückgang der Flachstauchfestigkeit bei steigender Streifenbreite kann ausgeglichen werden, zumindest teilweise, indem eine möglichst quadratische Orientation eines Kartonstreifens angestrebt wird. Dies steht vollständig im Gegensatz zu den Lehren von US 3,194,275. Bei der Lösung gemäß US-Patent 3,194,275 wird in Spalte 3, Zeile 4 bis 14 festgestellt, dass man einen möglichst hohen Orientationsfaktor, das heißt eine möglichst starke Maschinenrichtung im Karton anstrebt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass man das im US-Patent 3,194,275 präsentierte Problem durch Benutzung einer spiraligen Hülse zu lösen versucht, die möglichst convolut ist. In diesem Fall muss der Orientationsfaktor natürlich möglichst hoch sein. Bei der vorliegenden Erfindung benutzen wir keine stark orientierten Kartons, im Gegenteil.
Wie oben festgestellt wurde, obwohl die Flachstauchfestigkeit oft als eine spezifizierte Eigenschaft einer Hülse benutzt wird, hat ihr Rückgang, besonders im Zusammenhang mit hochfesten Hülsen oder anderen Hülsen, die einer starken Belastung ausgesetzt sind, keine nachteiligen Auswirkungen unter praktischen Verhältnissen (= bei anspruchsvoller dynamischer Belastung) wie zuerst geschätzt wurde und wie früher geschätzt worden ist. Das US-Patent 3,194,275 versucht eine Lösung für Probleme zu finden, die sich auf Druck- und Biegefestigkeit einer Hülse beziehen (US 3,194,275 Spalte 1, Zeile 25 bis 30 und 59 bis 61), die tatsächlich wesentlich sind, wenn lange z. B. teppichartige Bahnen benutzt werden. Solche in US 3,194,275 beschriebene Hülsen werden typisch bei der Handhabung von breiten Produkten, wie z. B. Teppichböden, Tüchern, Kunststoffen oder "Netztüchern", die bei Aushubarbeiten zur Trennung von Erdmassen voneinander in Straßen- oder Gartenböden benutzt werden. Solche breiten teppichartigen Produkte stützen auf keine Weise die Hülse ab; im Gegenteil, sie belasten sie nur, besonders in Hinsicht auf die Biegefestigkeit. Die Anwendungen von Hülsen gemäß US 3,194,275, die wie oben angeführt eingesetzt werden, bringen keine Spannfutterbelastungen mit sich. Diese Produkte werden bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten, typisch ungefähr 10 bis 75 m/min gewickelt. Das US-Patent 3,194,275 schlägt einen Ansatz vor, bei dem eine aus Streifen in Längsrichtung der Hülse konstruierte Hülse, d. h. eine convolut gewundene Hülse durch eine spiralig gewundene Hülse ersetzt wird, die jedoch eine convolute gewundene Hülse möglichst weitgehend zu imitieren versucht. Dies wird dadurch erreicht, dass es sich beim verwendeten Material um einen Kartonstreifen handelt, der in Maschinenrichtung möglichst weitgehend orientiert ist (Spalte 3, Zeile 4 bis 14), und dann zu einer spiraligen Hülse gewickelt wird, so dass es einer convolut gewundenen Hülse möglichst ähnlich ist. Dies erfolgt, indem der breitestmögliche mittlere Windungswinkel benutzt wird (wie durch die vorliegende Erfindung festgelegt ist, vgl. Fig. 3. Das US-Patent 3,194,275 definiert den mittleren Windungswinkel so, dass er dem Komplement des mittleren Windungswinkels der vorliegenden Erfindung entspricht).
Die vorliegende Erfindung gründet auch auf der Entdeckung, dass wegen der bei wirklicher Belastung von Papierindustrie-Hülsen vorhandenen dynamischen Belastung, der wesentlichste und der wichtigste Aspekt bei der Bewertung von Festigkeit und Zweckmäßigkeit einer solchen Kartonhülse und anderen Kartonhülsen, die einer starken Spannfutterbelastung ausgesetzt sind, nicht ihre Flachstauchfestigkeit sondern die Spannfutterfestigkeit der Hülse ist. Die Flachstauchfestigkeit einer Hülse ist anwendbar zur richtunggebenden Angabe der Spannfutterfestigkeit, vorausgesetzt, dass die anderen Faktoren, d. h. Wanddicke, Innendurchmesser und die benutzten Streifenbreiten konstant sind, d. h., die Hülsenstruktur konstant ist, und lediglich das Streifenmaterial variiert. Die Flachstauchfestigkeit wird aber normalerweise als Hauptkriterium zur Beschreibung der Zweckmäßigkeit einer Kartonhülse benutzt, und eignet sich auch grob dazu, wenn die oben genannten Einschränkungen berücksichtigt werden. Dieser Vergleich, d. h. eine Beschreibung einer dynamisch messbaren Kartonhülsen- Eigenschaft anhand einer statisch messbaren Eigenschaft ist möglich; er ist aber nur möglich, wenn die Hülsenstruktur und die anderen oben genannten Parameter unverändert bleiben und lediglich das Rohmaterial sich ändert. Das Ergebnis ist jedoch nur richtunggebend, weil eine statisch gemessene Eigenschaft niemals direkt Aufschluss darüber geben kann, was in der Praxis unter dynamischen Belastungsverhältnissen passiert, wie sie die praktischen Hülsen-Belastungsverhältnisse in der Praxis sind.
Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sieht eine Verbesserung der Festigkeit von allen Hülsen vor, für die die Spannfutterfestigkeit ein wichtiges Gütekriterium ist. Wenn ein Kartonstreifen verbreitert wird, steigt der mittlere Windungswinkel, weil der Hülsendurchmesser unverändert bleibt. Wenn der Kartonstreifen breiter als zuvor ist, ist die Menge von Spalten, d. h. potenziellen Anrissstellen pro Längeneinheit je Laufmeter fertig gestellter Hülse kleiner. Dadurch steigen die Kapazität, Spannfutterfestigkeit und Tragfhigkeit an. Dadurch lassen sich die Fertigungskosten der Hülse senken. Früher musste die schwächende Wirkung der Spalte auf eine Hülse durch stärkeres Karton kompensiert werden als was für die Lösung der vorliegenden Erfindung notwendig ist. Andererseits lässt sich ein wirtschaftlicher Vorteil auch durch eine höhere Hülsen-Produktionsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit erzielen.
Bevorzugt besteht 1/5 oder mehr von der Wanddicke der Kartonhülse aus Kartonstreifen, die bevorzugt durch die Nutzung eines Drucktrocknungsverfahrens, zum Beispiel eines so genannten Condebelt-Verfahrens hergestellt worden sind.
Die Erfindung ist oben lediglich anhand ihrer für vorteilhaft gehaltenen Ausführungsformen beschrieben. Dies soll auf keinen Fall die vorliegende Erfindung einschränken, und wie es einem vom Fach einleuchtet, sind viele alternative und optionale Dimensionen und Modifikationen möglich innerhalb des Schutzumfangs, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird.

Zeichnungen

1/6

Typische Hülse von 150 mm
Typische Hülse von 76 mm
Neue Konstruktion
Neue Konstruktion

3/6

Middle ply web edge length = Kantenlänge des Mittelstreifens
Axial distance = Achsiale Abstand = 1000 mm
Middle ply web width (mm) = Breite des Mittelstreifens (mm)
Middle ply web edge length (mm) = Kantenlänge des Mittelstreifens
15 · 76 mm Hülse
13 · 150 mm Hülse
13 · 300 mm Hülse

5/6

The effect of middle... = Einfluss der Kantenlänge des Mittelstreifens auf Coretester strength
Middle ply web edge length... = Kantenlänge des Mittelstreifens/1000 mm achsiale Länge der Hülse
Coretester strength = Coretester strength (ton)

6/6

The effect of middle... = Einfluss der Länge des Mittelstreifens auf die Flachstauchfestigkeit
Middle ply web edge length... = Kantenlänge des Mittelstreifens/1000 mm achsiale Länge der Hülse
Flat cruch strength (ton) = Flachstauchfestigkeit (Tonnen)

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von spiraligen Kartonhülsen für die Papierindustrie, durch Wickeln von Kartonstreifen spiralig um eine Spindel zu einem Rohr, welche Hülsen eine Wanddicke H von 10 mm oder mehr und einen Innendurchmesser über 70 mm haben, welche Hülsen zur Verwendung bei Auf-/Abrollgeschwindigkeiten von zumindest ungefähr 200 m/min (3,3 m/s) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zylinderfläche, auf der die maximale Zug- und Scherspannungen, d. h. ein Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse vorkommen, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Hülsenwand

- bei einem Innendurchmesser von 73 bis 110 mm:

Lmp < 1550 mm, bevorzugt unter 1450 mm und bevorzugter unter 1300 mm,

- bei einem Innendurchmesser von 111 bis 144 mm:

Lmp < 1900 mm, bevorzugt unter 1650 mm und bevorzugter unter 1500 mm, und

- bei einem Innendurchmesser von 145 bis 180 mm:

Lmp < 2450 mm, bevorzugt 2200 bis 1500 mm und bevorzugter unter 1500 mm, wo

Lmp die Kantenlänge des Kartonstreifens auf der Zylinderfläche pro 1 Laufmeter Kartonhülse ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innendurchmesser der Hülse von 181 mm bis 310 mm

Lmp < 4500 mm, bevorzugt unter 3900 mm und bevorzugter 3900 bis 2000 mm.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse darstellt, und in der Nähe besagter Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte die Hülsenwand die Streifenbreiten wie folgt sind

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von 73 bis 110 mm,

zumindest 185 mm, bevorzugt über 210 mm und bevorzugter über 230 mm,

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von 111 bis 144 mm,

zumindest 205 mm, bevorzugt über 210 mm und bevorzugter über 230 mm, und

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von 145 bis 180 mm,

zumindest 210 mm, bevorzugt über 250 mm und bevorzugter 350 bis 450 mm, aber

höchstens die maximale Streifenbreite Lmax einer jeden Hülse eines bestimmten Durchmessers, wo Lmax π x (x: Durchmesser der Zylinderfläche).

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Hülsenwand, die Streifenbreiten wie folgt sind,

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von 181 bis 310 mm, zumindest 220 mm, bevorzugt über 250 mm und bevorzugter 350 bis 500 mm, aber

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von ungefähr 76 mm (3"):

Lmp < 1550 mm, bevorzugt unter 1400 mm und bevorzugter unter 1300 mm, und

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von ungefähr 150 mm (6"):

Lmp < 2200 mm, bevorzugt 2200 bis 1500 mm und bevorzugter unter 1500 mm.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung der Wand einer fertigen Kartonhülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Wand, die Streifenbreiten wie folgt sind

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von ungefähr 76 mm (3"), zumindest 185 mm, bevorzugt über 210 mm und bevorzugter 210 mm bis 240 mm, und

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von ungefähr 150 mm (6"), zumindest 230 mm, bevorzugt über 250 mm und bevorzugter 250 mm bis 450 mm, aber

höchstens die maximale Streifenbreite Lmax einer jeden Hülse eines bestimmten Durchmessers wo Lmax = π x (x: Durchmesser der Zylinderfläche).

7. Spiralige Kartonhülse für die Papierindustrie oder spiralige Kartonhülse, die für andere Zwecke vorgesehen ist, aber hohe Spannfutterfestigkeit erfordert und aus einer Vielzahl Kartonstreifen besteht, die spiralig zu einer Hülse gewunden sind, welche Hülsen eine Dicke H von 10 mm oder mehr und einen Innendurchmesser über 70 mm haben, welche Hülsen für Einsatz bei Auf-/Abrollgeschwindigkeiten von zumindest ungefähr 200 m/min (3,3 m/s) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zylinderfläche, auf der die maximalen Zug- und Scherspannungen, d. h. ein Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse vorkommen, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Hülsenwand

- bei einem Innendurchmesser von 73 bis 110 mm:

Lmp < 1550 mm, bevorzugt unter 1450 mm und bevorzugter unter 1300 mm,

- bei einem Innendurchmesser von 111 bis 144 mm:

Lmp < 1900 mm, bevorzugt unter 1650 mm und bevorzugter unter 1500 mm, und

- bei einem Innendurchmesser von 145 bis 180 mm:

Lmp < 2450 mm, bevorzugt 2200 bis 1500 mm und bevorzugter unter 1500 mm, wo

8. Kartonhülse für die Papierindustrie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand einer fertig gestellten Hülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich der Kartonstreifen in der Mitte der Hülsenwand, die Breite der Kartonstreifen bevorzugt zumindest 200 mm, bevorzugter über 230 mm aber höchstens die maximale Streifenbreite Lmax einer jeden Hülse eines bestimmten Durchmessers ist, wo Lmax π x (x: Durchmesser der Zylinderfläche) und bevorzugt unter 550 mm ist.

9. Kartonhülse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zylinderfläche, die das Spannungsmaximum in z-Richtung in der Wand einer fertig gestellten Kartonhülse darstellt, und in der Nähe der Zylinderfläche, einschließlich des Kartonstreifens in der Mitte der Wand, die Streifenbreite wie folgt ist,

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von 73 mm bis 110 mm, zumindest 185 mm, bevorzugt über 210 mm und bevorzugter über 230 mm,

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von 111 mm bis 144 mm, zumindest 205 mm, bevorzugt über 210 mm und bevorzugter über 230 mm,

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von 145 mm bis 180 mm, zumindest 210 mm, bevorzugt über 250 mm und bevorzugter 350 mm bis 450 mm, und

- bei einem Innendurchmesser der Kartonhülse von 181 mm bis 310 mm, zumindest 220 mm, bevorzugt über 250 mm und bevorzugter 350 mm bis 500 mm, aber

höchstens die maximale Streifenbreite Lmax einer jeden Hülse eines bestimmten Durchmessers, wo Lmax = π x (x: Durchmesser der Zylinderfläche) ist.

10. Kartonhülse nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil, bevorzugt zumindest 1/5 der Wanddicke der Kartonhülse zum Beispiel aus Kartonstreifen besteht, die durch Benutzung eines Drucktrocknungsverfahrens, zum Beispiel eines so genannten Condebelt-Verfahrens hergestellt worden sind.

11. Verwendung einer spiraligen Kartonhülse nach einem der Patentansprüche 9 bis 10 bei Auf-/Abrollen von Papierrollen, die zumindest 6,5 Tonnen, bevorzugt zumindest 8,5 Tonnen wiegen.