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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen der mechanischen Festigkeit, insbesondere des Spaltwiderstands und des Delaminierungswiderstands, von flexiblen Packstoffen und Packstoffverbunden. Sie findet vorzugsweise Anwendung bei der Güteprüfung flexibler Packstoffe und bei der Güteprüfung von Klebenähten flexibler Packstoffe.
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Bei der Verarbeitung flexibler Packstoffe durch Stanzen, Rillen, Falten, Wickeln etc. kommt es häufig zu einer unerwünschten Spaltung des Materials, durch die die Gebrauchseigenschaften der daraus hergestellten Packmittel bis zur Unbrauchbarkeit ganzer Packmittelchargen gemindert werden können. Es besteht daher ein Bedürfnis, die Packstoffe vor ihrem Einsatz in der Verarbeitungsmaschine labormäßig einer Güteprüfung hinsichtlich ihres Spalt- bzw Delaminierungswiderstands zu unterziehen.
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Bekannte Verfahren der Güteprüfung sind die quasistatischen Methoden nach Brecht und Knittweis (DIN 54 516, Entwurf vom Nov. 1982), nach Hawkins (ASSCO, Merkblatt 15, Apr. 1975) oder nach der französischen Norm Dynamometre (NF Q 03-045, Nov. 1972) sowie die unter dynamischen Belastungsbedingungen durchgeführte Methode der American-Sisalcraft-Corp. (siehe J. W. Hawkins, G. Windaus, E. Petermann und J. Steinig: " Bestimmung der Spaltfestigkeit von Vollpappe nach einem neuen Vorschlag" in "Wochenblatt für Papierfabrikation" Nr. 21, (1975) S. 808-811). Bei diesen Verfahren wird eine aus dem Packstoff herausgeschnittene Probe zwischen zwei Prüfplatten befestigt und sodann durch eine zur Grenzfläche Prüfplatte/ Packstoff senkrecht gerichtete Zugkraft gespalten. Die zur Zerstörung der Probe erforderliche Kraft oder Arbeit dient als Maß für den Spaltwiderstand bzw. für die Güteklassifizierung. Dabei wird die gesamte Probenfläche gleichzeitig, gleichmäßig (Dynamometre) oder ungleichmäßig ( Brecht-Knittweis, Hawkins und American-Sisalcraft) belastet.
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Es hat sich gezeigt, daß die Art der Belastung sich dahingehend auf das Ergebnis der Güteprüfung auswirken kann, daß bei der Spaltwiderstandsmessung einer Reihe von Packstoffproben die Rangfolge der Spaltwiderstände bzw. der Güteklassifikationen der Proben von Prüfmethode zu Prüfmethode wechselt. Auch hat sich gezeigt, daß die im Labor ermittelten Ergebnisse der Güteprüfung mit den Erfahrungen bei der maschinellen Verarbeitung nicht korrelieren, hauptsächlich wohl, weil in der Praxis die Packstoffe unterschiedlichen Arten der Spaltbelastung ausgesetzt werden.
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Es hat sich ferner gezeigt, daß der Zustand der Probe, insbesondere der Zustand der Schnittkante, einen wesentlichen Einfluß auf das Ergebnis der Prüfung haben kann. Wenn z. B. durch das Schneiden der Packstoff an der Kante partiell delaminiert wird (Trennung an der Grenzfläche zwischen einzelnen Packstofflagen), kann die Spaltung aufgrund der gegebenenfalls geringen Weitereißfestigkeit an der Grenzfläche zweier Lagen wesentlich anders verlaufen, als wenn keine Delaminierung stattgefunden hat, sondern die schwächste Verbundkomponente die innere Strukturfestigkeit einer Lage bestimmt. Schließlich wird bei manchen Verarbeitungsvorgängen der Packstoff nicht flächig, sondern linienförmig belastet und gespalten. Von den bekannten Prüfmethoden mit flächig belastender Prüfkraft können verbindliche Aussagen über das Verhalten des Packstoffs, insbesondere über dessen Spaltwiderstand gegenüber einer linienförmig angreifenden Spaltkraft offensichtlich nicht erwartet werden.
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Vergleichbare Probleme wie bei der Prüfung der Festigkeit von flexiblen Packstoffen treten auch bei der Prüfung der mechanischen Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe auf, die im Rahmen dieser Erfindung als Packstoffverbunde eigener Art aufgefaßt werden.
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Die Güteprüfung und -überwachung der mechanischen Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe, insbesondere von Kartons, einschließlich Klebenähten an fertigen Packmitteln, beispielsweise Faltschachteln, erfordert Prüfverfahren, die sowohl vom Hersteller als auch vom Abnehmer durchzuführen sind und die eine eindeutige und reproduzierbare Aussage über die Qualität von Packmitteln unterschiedlicher Herkunft bzw. über deren Brauchbarkeit für bestimmte Verpackungszwecke gestatten. Beispielsweise wird für die Verpackung von Zahnpastatuben oder ähnlichem, relativ schwerem Füllgut eine Qualität der Faltschachtel-Klebenaht gefordert, die gewährleistet, daß die Klebenaht sich unter den Stoßbelastungen durch das sich bewegende Füllgut nicht auflöst, bevor die Verpackung in die Hand des Endverbrauchers gelangt ist.
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Bekannte Methoden zum Prüfen der mechanischen Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe beruhen auf dem Prinzip, zwei durch die zu prüfende Klebenaht miteinander verbundene Packstoffstreifen (einen Packstoffverbund im Sinne dieser Erfindung) der Länge der Klebenaht nach - longitudinal - voneinander zu trennen; die dazu erforderliche Trennkraft dient im wesentlichen als Maß für die Festigkeit der Klebenaht.
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Zur Realisierung dieses Prinzips muß die zu prüfende Naht zunächst zum Teil manuell aufgetrennt werden. Beispielsweise wird die Naht innerhalb der Klebefuge manuell so weit aufgespalten, daß ein Spaltstab in die so entstandene Trennstelle bzw. Öffnung eingeschoben werden kann. Zur Einleitung der Trennkraft werden das aufgespaltene Ende des Prüfstücks in die eine und der Spaltstab in die andere Klemme einer Zugprüfmaschine eingespannt, und die Klebenaht wird durch die Bewegung des Stabs im Verbund in Längsrichtung quasistatisch aufgespalten.
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Nach einer anderen Methode wird das längliche Prüfstück manuell an einem Ende in der Klebefuge aufgespalten. Die dadurch gebildeten freien Enden der durch die zu prüfende Klebenaht miteinander verbundenen, länglichen Packstoffstreifen werden zur Einleitung der im wesentlichen senkrecht zur Fläche der Klebenaht wirksamen Trennkraft mechanisch fixiert bzw. eingespannt. Wird der eine der beiden Streifen fixiert und die Trennkraft über bewegliche Zwischenglieder am freien Ende des anderen Streifens eingeleitet, der demnach durch die Trennkraft von dem fixierten Streifen abgezogen - abgeschält - wird, so wird diese Methode als longitudinale Schälprüfung bezeichnet.
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Aus der Beschreibung einer vergleichbaren Methode zum Messen der Haftfestigkeit einer Laminatschicht durch Abziehen eines auf die Schicht aufgeklebten Klebestreifens bzw. eine Methode zum Messen des Klebevermögens eines Haft- oder Klebestreifens durch longitudinale Trennung einer im Zuge des Meßvorgangs hergestellten und unmittelbar darauf wieder gelösten, vorübergehenden Verklebung ist es bekannt, daß die trennende Kraft unveränderlich senkrecht zur Fläche der Schicht gerichtet und die Trennung mit einer definierten, gleichmäßigen Geschwindigkeit erfolgen muß, wenn die zur Trennung erforderliche Kraft eine verläßliche Aussage hinsichtlich der Haftfestigkeit liefern soll; vgl. DE-OS 25 14 154 bzw. 14 73 494. - Die gleichen Bedingungen werden aus den gleichen Gründen auch bei der eingangs behandelten Prüfung der mechanischen Festigkeit von flexiblen Packstoffen einzuhalten sein.
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Die Methoden der longitudinalen Trennung zum Prüfen der mechanischen Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe haben den Nachteil, daß es während der Prüfbelastung zu einer Verformung des Packstoffs kommt, derzufolge die gemessene Trennkraft eine Komponente enthält, die auf die Biegung des Packstoffstreifens an der Trennstelle zurückzuführen ist und durch die der Absolutwert der gemessenen Kraft mehr oder weniger verfälscht wird. Darüber hinaus können sich infolge der Biegebelastung an der Trennstelle Risse bilden, die die Trennfläche in außerhalb der Klebefuge liegende Schichten des Packstoffs abdriften lassen, wodurch die Meßergebnisse unbrauchbar werden. Diese Fehlerquellen machen sich um so mehr störend bemerkbar, um so steifer der betreffende Packstoff ist, bspw. wenn es sich dabei um Karton handelt.
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Es hat sich demzufolge gezeigt, daß die bekannten, auf der longitudinalen Spaltung der zu prüfenden Klebenaht beruhenden Prüfverfahren hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse nicht allen Ansprüchen genügen können. Insbesondere erlauben sie im Übergangsbereich der Meßwerte, die mit Klebenähten benachbarter, aufgrund entsprechender Präparation bekannter Gütestufen erhalten werden, keine eindeutige Zuordnung einer zu prüfenden Klebenaht zu der einen oder der anderen dieser Gütestufen.
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Die Erfindung hat sich einerseits zum Ziel gesetzt, eine Prüfung der mechanischen Festigkeit von flexiblen Packstoffen unter gleichbleibenden Belastungsverhältnissen zu ermöglichen und zu diesem Zweck den zu prüfenden Packstoff nicht flächenhaft, sondern linienförmig zu belasten. Damit sollen nicht nur die Verhältnisse bei der linienförmigen Beanspruchung des Packstoffs während seiner Verarbeitung zutreffender als bei der bekannten flächenhaften Prüfbelastung beurteilt, sondern es soll auch die Abhängigkeit der Packstoffestigkeit von der Strichrichtung der Packstofflagen erfaßt werden können; denn die linienhafte Prüfbelastung kann in jeder gewünschten Orientierung zu der Strichrichtung erfolgen, während die flächenhafte Prüfbelastung nur eine hinsichtlich des Einflusses der Strichrichtungen summarische Aussage liefert. Ziel der Erfindung ist es andererseits auch, die Prüfung der mechanischen Festigkeit von Klebenähten so zu vervollkommnen, daß eine schärfere, praktisch eindeutige Unterscheidbarkeit der Güte von Klebenähten im Bereich zwischen zwei benachbarten Gütestufen erreicht wird. Die Erfindung geht dabei von dem neuen Gedanken aus, die zu prüfende Klebenaht nicht, wie bekannt, in ihrer Längsrichtung bzw. longitudinal, sondern in einer davon verschiedenen Richtung, und zwar vorzugsweise senkrecht zu der Längsrichtung bzw. transversal zu spalten. Die transversale Spaltung wird dabei durch das Prinzip der linienförmigen Prüfbelastung ermöglicht, die in jeder gewünschten Orientierung zu der Längsrichtung der zu prüfenden Klebenaht erfolgen kann.
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Die bekannten Vorrichtungen zum Prüfen der mechanischen Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe nach den Methoden der longitudinalen Spaltung bzw. Trennung der zu prüfenden Klebenaht sind für eine transversale Spaltung bzw. Trennung nicht geeignet; denn weder eine gleichmäßige manuelle Trennung innerhalb der Klebefuge von der Schmalseite der Klebenaht her, wie sie zur Einführung eines Spaltstabes notwendig wäre, noch eine gleichmäßige manuelle Aufspaltung des Prüfstücks innerhalb der Klebefuge von einer einer Längsseite der Klebenaht her ist praktisch durchführbar. Auch stehen mechanisch einspannbare Teile der Packstoffstreifen parallel zu der zu prüfenden Klebenaht in der Regel nicht zur Verfügung.
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Nach allem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei der eine linienförmige Prüfbelastung auf einen Probestreifen eines flexiblen Packstoffs oder Packstoffverbundes ausgeübt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der kennzeichnenden Merkmale gemäßt dem Patentanspruch 1 gelöst.
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Der Patentanspruch 2 betrifft eine Ausbildung der Erfindung speziell zum Prüfen der mechanischen Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe, insbesondere von Kartons, einschließlich Klebenähten an fertigen Packmitteln, beispielsweise Faltschachteln
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Die Erfindung wird nachfolgend in Form einer Vorrichtung zum Prüfen der mechanischen Festigkeit von Klebenähten flexibler Packstoffe als Ausführungsbeispiel an Hand der schematischen, nicht maßstäblichen Fig. 1 und 2 beschrieben; von diesen zeigt
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Fig. 1 die wesentlichen Teile einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, und zwar in dem Zustand unmittelbar nach der Trennung zweier Kartonstreifen durch transversale Spaltung einer Klebenaht, durch die sie bis dahin verbunden gewesen sind;
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Fig. 2 das Prinzip des zur Anwendung gelangenden Spaltungs- bzw. Schälverfahrens.
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Zur Prüfung gelangt eine bspw. aus einer längs aufgeschnittenen Faltschachtel entnommene Probe in Form zweier durch die zu prüfende Klebenaht 1 verbundenen Kartonstreifen 2 und 3. Die Probe wird auf definierte Maße zugeschnitten, bspw. auf eine Länge von 95 mm und auf eine Breite, die sich ergibt, wenn beiderseits der Klebenaht 1 ein Kartonstreifen 1 a, 2 b bzw. 3 a, 3b von etwa 20 mm Breite stehen bleibt.
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Die Probe wird auf der Oberseite und der Unterseite mit einem doppelseitig klebenden Band 4 bzw. 5 versehen und mittels des Bandes 5 auf der festen, ebenen und glatten Oberfläche des Bandes 5 auf der festen, ebenen und glatten Oberfläche einer Unterlage 7, mit dem Strich nach oben liegend, befestigt. Zum Anpressen wird eine Messing-Walze 8 von z. B. 100 mm Durchmesser, 100 mm Länge und 6900 g Gewicht benutzt, die manuell bspw. 10mal über die noch mit dem oberen Schutzstreifen des Klebebandes 4 versehene Probe abgerollt wird. Nach Entfernung des oberen Schutzstreifens wird die Walze 8 auf den Rand 9 der Probe aufgesetzt und in Pfeilrichtung 10 senkrecht zur Längsrichtung 11 der Klebenaht 1 über die Probe abgerollt. Dabei verklebt der Kartonstreifen 2 mit der Walze 8 und wird von dieser unter Spaltung der Klebenaht 1 mitgenommen.
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Die Walze 8 ist in einer Schleppgabel 16 gelagert, an der mittig das Zugseil 12 angreift, durch welches die Walze in der Pfeilrichtung 10 gezogen wird. Die Schleppgabel 16 ist mit einer Stützvorrichtung 17 versehen, die an ihrem freien Ende eine Rolle 18 aufweist, die auf der Grundplatte 7 abrollen kann.
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Die Stützvorrichtung 17 mit der Rolle 18 bewirkt, daß die Schleppgabel 16 parallel zur Grundplatte 7 geführt wird, und verhindert, daß die Gabel 16 bei entlastetem Zugseil 12 auf die Grundplatte 7 absinkt, was zur Folge hätte, daß bei einer Prüfung zuerst die Kraft registriert würde, die für das Hochheben der auf die Grundplatte 7 abgesunkenen Schleppgabel 16 aufzuwenden wäre.
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Das über die Umlenkrolle 13 geführte Zugseil 12 ist mit einer Kraftmeßdose 14 verbunden, über die die Prüfkraft von einer Zugprüfmaschine eingeleitet wird und mit der die zur Trennung der Klebenaht aufzuwendende Kraft gemessen bzw. einem Meßschreiber zugeleitet wird.
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Die Geschwindigkeit, mit der der Kartonstreifen 2 abgezogen wird, wird konstant gehalten; sie beträgt bspw. 5 mm/min. Die zu prüfende Klebenaht wird dann quasistatisch und im übrigen unter konstantem Schälwinkel beansprucht. Als Kenngröße der Haftfestigkeit wird die zur Spaltung der Klebenaht erforderliche Kraft gemessen.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die aufgrund entsprechender Präparation bekannten Gütestufen unterschiedlicher Klebenahtproben richtig wiedergegeben, und die Unterschiede zwischen den Meßwerten der einzelnen Gütestufen sind groß genug, um eine Zuordnung zu den jeweiligen Gütekategorien zu ermöglichen.
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Anhand der Beschreibung der Vorgänge beim Einsatz der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei der Prüfung der Festigkeit von Klebenähten lassen sich die Verhältnisse bei der Prüfung des Spaltwiderstands flexibler Packstoffe ebenfalls unmittelbar und leicht überblicken. Es genügt sich vorzustellen, daß in der Fig. 2 die Klebenaht 1 wegfällt und mit 2 und 3 Schichten einer Packstoffprobe bezeichnet sind, die in dem Bereich der bisherigen Klebenaht 1, in dem diese gemäß der Figur noch nicht gespalten ist, und rechts davon unmittelbar zusammenhängen, während sie links davon bis in den Bereich der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Schnittlinie zwischen der Unterlage 7 und einer diese senkrecht schneidenden Ebene, die die in der Figur durch die Markierung des Mittelpunkts des Querschnitts der Walze 8 angedeutete Walzenachse enthält, durch die die Schicht 2 mittels einer an die Stelle des Klebebands 4 tretenden großflächigen doppelseitigen Klebefolie mitnehmenden Walze bereits aufgespalten worden ist. Ausschließlich in diesem Bereich, der auch als Bereich, in dem die ebene Unterlage 7 die zylindrische Walze 8 tangiert, umschrieben werden kann, findet die, im Sinne der Erfindung linienförmige, Spaltung der Packstoffprobe statt. Wie offensichtlich auch für die Vorrichtung zum Prüfen der Klebenahtfestigkeit zutreffend, ist dabei in für die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse günstiger Weise praktisch die Spaltkraft immer senkrecht zur Fläche der Probe gerichtet und der Spaltwinkel konstant; der letztere kann für besondere Untersuchungszwecke, bspw. für die Ermittlung der Abhängigkeit des Spaltwiderstands vom Spaltwinkel, durch den Einsatz von Walzen unterschiedlichen Durchmessers variiert werden.
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Mit dem Einsatz von Walzen mit unterschiedlichen Durchmessern läßt sich ferner auch der Einfluß der Steifigkeit des zu prüfenden Packstoffs berücksichtigen. Beispielsweise kann bei sehr steifem Material eine Walze 8 mit relativ großem Durchmesser bzw. kleiner Krümmung verwendet werden, um den Einfluß der für die Biegebeanspruchung aufzuwendenden Kraftkomponente auf das Meßergebnis einzuschränken.
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Für die Zwecke der Packstoff-Festigkeitsprüfung muß die Probe nicht notwendig streifenförmig sein, sondern kann vielmehr die Oberfläche der Unterlage 7 mehr oder weniger vollkommen abdecken. Wenn die Strichrichtung der Probe berücksichtigt werden soll, geschieht dies am einfachsten durch Orientierung nach der Abrollrichtung der Walze 8 (Pfeilrichtung 10 in Fig. 2). Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Oberfläche der Probe nicht mit einer Klebefolie durchgehend, sondern mittels eines Klebebandes nur partiell mit der Walze 8 zu verkleben. Dieses Klebeband kann in jeder gewünschten Richtung zur Abrollrichtung 10 der Walze 8, insbesondere also auch in einer Strichrichtung der Probe, die zur Richtung 19 nicht parallel ist, orientiert werden. Die Unterfläche der Probe wird man dagegen in der Regel vollflächig mit der Unterlage 7 verkleben.
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Mit der partiellen Verklebung zwischen Probenoberfläche und Walze 8 hat man es ferner auch in der Hand, die Spaltung unmittelbar am Rand der Probe, wie nach der Fig. 2 anzunehmen, oder aber erst in einem, in Pfeilrichtung 10 gesehen, dahinter liegenden Bereich, also innerhalb einer äußeren Begrenzung der Probe, einzuleiten.
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Um eine zur Überwindung größerer Spaltwiderstände gegebenenfalls erwünschte Verbesserung der Haftung zwischen Klebeband bzw. -folie und Oberfläche der Probe einerseits sowie Mantel der Walze 8 andererseits bzw. zwischen Klebefolie und Unterfläche der Probe einerseits sowie Unterlage 7 andererseits zu erreichen, kann das Gewicht der Walze durch Vergrößerung ihrer Abmessungen oder Wahl eines Materials von größerer spezifischer Dichte heraufgesetzt werden, oder der Auflagedruck der Walze kann durch Anbringung zusätzlicher Gewichte, bspw. an durch die Schleppgabel nach außen ragenden Stummeln der Walzenachse, vergrößert werden.