DE102008056500A1

DE102008056500A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Strukturierung von Materialien

Info

Publication number: DE102008056500A1
Application number: DE200810056500
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Oberbörsch
Original assignee: INNOVA PAPER FORM GmbH; INNOVA-PAPER-FORM GmbH
Current assignee: INNOVA PAPER FORM GmbH; INNOVA-PAPER-FORM GmbH
Priority date: 2008-11-08
Filing date: 2008-11-08
Publication date: 2010-05-12

Abstract

Verfahren zur Strukturierung von Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass in der Krümmung, die durch zwei unterschiedliche Größen der Walzen entsteht, auf die Materialbahn (O) ein starker Druck aufgetragen wird, durch eine Gegendruckwalze (D, F, G), die das Rückfedern zulässt, eine zweidimensionale Formgebung entsteht, durch das Herausfedern aus der ersten Ummantelung der Gegendruckwalze (D) große Zugkräften wirken, die zu einer endgültigen dreidimensionalen Formgebung der Materialbahn (O) führt und nach Verlassen des Strukturwalzspaltes die Materialbahn (O) durch die Brechwalzen (H) in eine waagerechte Form gebracht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strukturierung von Materialien, insbesondere von Bahn- oder Formatware von Papier, Karton und Pappe und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung von Verpackungsmaterialien müssen bestimmte Parameter beachtet werden, welche notwendig sind, um eine stabile Verpackung zu gewährleisten. Einer dieser ist die Formstabilität. Für eine stabile Form ist die Biegefestigkeit ein besonders wichtiger Parameter.
Es sind einige Verfahren bekannt, durch welche die Biegesteifigkeit erhöht und das Material in eine dreidimensionale Struktur gebracht werden kann.
Einerseits gibt es die Prägung von Papier (s. u. a. DE 20 2005 014 810 U1 ; DE 39 00 294 A1 ; DE 11 2004 000 190 T5 ).
Bei der Prägung wird in der Krümmung auf die glatte Papierbahn ein Druck aufgesetzt, die Prägewalze presst flächig das Papier gegen eine Gegenwalze und verformt so das Papier in die dritte Dimension.
Beim Prägen der einfachen Art wird also die Faserbahn zwischen üblicherweise zwei oder mehreren Rollen gepresst. Dabei wird das Papier durch die mechanische Bearbeitung und die Wärme sowohl in Richtung zur unteren Ebene als auch in Richtung zur Decke umgewandelt. Das Material wird nachhaltig geprägt und hat keine Möglichkeit, sich anders zu verhalten. Nachteile sind die lediglich geringe Verbesserung der Biegesteifigkeit und die erfolgte Beschädigung der Oberfläche.
Die Fasern werden in die neue Form gepresst, dabei kommt es zur Beschädigung der Fasern und zur Beschädigung der Streichschicht.
Ein weiteres Verfahren ist die Wölbstrukturierung (s. u. a. EP 0 693 008 B1 ; EP0900 131 B1 ; EP0888208B1 ).
Bei der Wölbstrukturierung wird unter speziellen Bedingungen ein kurzer, nicht flächiger Druck aufgetragen. Das führt zu einem irreversiblen Einspringen des Materials in den strukturierten Zustand. Das Material springt aus seiner Ausgangslage in eine hexagonale Struktur. Der kurze Druckauftrag ist Material schonend und die Biegesteifigkeit erhöht sich durch dieses Verfahren. Der Druck wird wie bei der Prägung in der Krümmung aufgetragen. Bei diesem Verfahren wird das Material nicht nachhaltig in eine Form gepresst, sondern es wird ihm die Möglichkeit gegeben, sich selbst zu organisieren.
Die Strukturierungsgeschwindigkeit ist begrenzt, weil der Prozess der Selbststrukturierung eine gewisse Zeit benötigt.
Überdies ist das Design der Wölbstrukturierung auf einige wenige abweichende Strukturen begrenzt. Andere Design-Strukturen können mit diesem Verfahren nicht hergestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Biegesteifigkeit in Materialien, insbesondere in Papier, Karton und Pappe, ohne eine Verschlechterung anderer Festigkeitsparameter nach sich zu ziehen, zu erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind im Anspruch 2 angegeben.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 3 aufgeführt. Weitere Ausgestaltungen dazu sind in den Ansprüchen 4 bis 6 genannt.
Im Unterschied zu den bekannten Verfahren Wölbstrukturierung und Prägung handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weder um eine Selbststrukturierung noch um eine reine Prägung. Im Folgenden wird diese Strukturierung auch als Multi-Effekt-Strukturierung bezeichnet.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt.
1 zeigt die Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Multi-Effekt-Struktur-Vorrichtung)
2 zeigt die Detailansicht des im Prozess befindlichen Strukturierungsverfahrens.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ähnlich der eines bekannten Kalanders ausgeführt.
Der Walzendruck wird hier für den Prägeteil des Verfahrens genutzt. Das Material läuft jedoch nicht einfach um die Walzen weiter, sondern wird von Abrollwalze B über mehrere Walzen und anschließend in einem fast waagerechten Einführungswinkel α durch kleinere Einführungsrichtungswalzen C geführt, wobei das Material in den Spalt zum strukturierenden Teil des Kalanders läuft.
Dieser Einführungswinkel α ist besonders wichtig.
Das Material muss in einem exakt bestimmten Winkel α zwischen 10 und 60° in den Spalt zwischen prägender Walze E und der Gegendruckwalze D, F, G eingeführt werden.
Diese Gegendruckwalze D, F, G besteht aus einem festen Kern F und einer Zwei-Komponenten-Ummantelung D, F.
Die Ummantelung der Gegendruckwalze D besteht aus extrem weichen, elastischem Material. Hingegen ist die Ummantelung F in einer härteren, jedoch trotzdem elastischen Stärke ausgeführt.
Da der Krümmungswinkel α zum eingeführten Material O fast waagerecht sein muss, sind die prägende Walze E und die Gegendruckwalze F in den Größen sehr unterschiedlich zu gestalten.
Das Material O läuft über die Einführungswalze C in den Strukturwalzspalt und wird durch die prägende Walze E tief eingedrückt. Die Walze E durchdrückt die Ummantelung der Gegendruckwalze D bis zur Ummantelung der Gegendruckwalze F, wo der prägende Teil abgeschlossen wird.
Die zweidimensionale Formgebung ist nachhaltig. Allerdings ist die dreidimensionale Formgebung noch nicht abgeschlossen. Die Materialoberfläche O wird zwar stark eingedrückt, allerdings durchschlägt es nicht mit der Wucht einer Prägung die Oberfläche, sondern bringt das Material O zu einer festgelegten Strukturierung. Das Material O wird durch das Herausfedern aus der ersten Ummantelung der Gegendruckwalze D großen Zugkräften ausgesetzt, die zu einer endgültigen dreidimensionalen Formgebung führt.
Das Material O verlässt den Strukturspalt und wird durch die Brechleitwalzen H in eine wieder waagerechte Form gebrochen.
Erst durch diese letzten zwei Brechleitwalzen H wird der Prozess abgeschlossen und das Material O kann auf die Aufrollwalze A aufgerollt werden.
Die Multi-Effekt-Strukturierung ist sowohl mit Rohpapier als auch mit gestrichenem Papier möglich.
Allerdings ist ein gestrichenes Papier produktionstechnisch vorteilhafter.
Ein solches Papier lässt sich gut bedrucken und auch gut weiter verarbeiten.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass das Verfahren nicht die Oberfläche beschädigt und auch nicht die Fasern bricht.
Durch die recht sanfte Veredelung kann das erfindungsgemäße Verfahren in verschiedenen Herstellungsbereichen/Produktionsstufen eingesetzt werden.
Die Biegesteifigkeit wird erhöht, ohne dass dies eine Verschlechterung anderer Festigkeitsparameter nach sich zieht.
Die hergestellten Materialien zeichnen sich durch ein außergewöhnliches Design aus. Es wird eine große Vielfalt von Designmöglichkeiten geschaffen.
Zwar sieht Multi-Effekt-Struktur-Papier wie herkömmlich geprägtes Papier aus, hat sich aber physikalisch stark verändert, da die Kräfte in der Struktur anders verteilt sind und so erheblich die Biegesteifigkeit des Materials erhöhen.
Das Verfahren hat durch seine neue Struktur keine Schwächung von anderen Kraftlinien zur Folge und stellt somit eine Möglichkeit für eine Verbesserung der Verpackung dar.
Bezugszeichen

α

Krümmungswinkel

O

Materialbahn

A

Aufrollwalze

B

Abrollwalze

C

Einführungsrichtungswalze

D

Gegendruckwalze/äußere weiche Ummantelung

E

prägende Walze

F

Gegendruckwalze/mittlere elastische Ummantelung

G

Gegendruckwalze/fester Kern

H

Brechleitwalze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202005014810 U1 [0004]
- DE 3900294 A1 [0004]
- DE 112004000190 T5 [0004]
- EP 0693008 B1 [0008]
- EP 0900131 B1 [0008]
- EP 0888208 B1 [0008]

Claims

Verfahren zur Strukturierung von Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass in der Krümmung, die durch zwei unterschiedliche Größen der Walzen entsteht, auf die Materialbahn (O) ein starker Druck aufgetragen wird, durch eine Gegendruckwalze (D, F, G), die das Rückfedern zulässt, eine zweidimensionale Formgebung entsteht, durch das Herausfedern aus der ersten Ummantelung der Gegendruckwalze (D) große Zugkräften wirken, die zu einer endgültigen dreidimensionalen Formgebung der Materialbahn (O) führt und nach Verlassen des Strukturwalzspaltes die Materialbahn (O) durch die Brechwalzen (H) in eine waagerechte Form gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (O) durch die Prägung stark eingedrückt, aber nicht durchschlagen wird, sondern die Materialbahn (O) zu einer festgelegten Strukturierung führt.
Vorrichtung zur Strukturierung von Materialien, insbesondere aus Papier, Karton oder Pappe, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Aufrollwalze (A), eine Abrollwalze (B), mindestens eine Einführungsrichtungswalze (C), eine prägenden Walze (E), eine zweischichtig ummantelte Gegendruckwalze (D, F, G) mit einem festen Kern (F) und mindestens eine Brechleitwalze (H) angeordnet sind, wobei mit der prägenden Walze (E) und der Gegendruckwalze (D, F, G) ein Strukturwalzspalt gebildet wird und der Krümmungswinkel (a) zum eingeführten Material (O) fast waagerecht angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckwalze (D, F, G) horizontal ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung der Gegendruckwalze (D, F, G) aus zwei unterschiedlichen elastischen Überzügen besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die prägende Walze (E) und die Gegendruckwalze (G) unterschiedliche Größen aufweisen.