PL188101B1

PL188101B1 - Rdzeń kartonowy oraz zastosowanie rdzenia kartonowego

Info

Publication number: PL188101B1
Application number: PL99330987A
Authority: PL
Inventors: Markku Järvinen
Original assignee: Ahlstrom Cores Oy
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2004-12-31
Also published as: JP2002502725A; EP1071556B1; FI980145A7; AU2165999A; PL330987A1; EP1071556A1; IT247889Y1; WO1999039902A1; US6540174B1; FI980145A0; FR2774022B3; ATE225707T1; DE69903413T2; CN1112992C; CA2316911A1; FR2774022A3; ES2183505T3; ITTO990007U1; DE29901059U1; DK1071556T3

Abstract

1. Rdzen kartonowy dla przemyslu papierniczego, o grubych scianach, przy czym grubosc sciany wynosi 10 mm albo wiecej, a wewnetrzna srednica ponad 70 mm, które to rdzenie sa stosowane przy predko- sciach nawijania/rozwijania przynajmniej okolo 200 m/min, znamienny tym, ze spiralny rdzen karto- nowy ma dlugosc krawedzi zwoju warstwy kartonu na walcowej powierzchni reprezentujacej maksymalne naprezenie w kierunku osi (z) w scianie ukonczonego rdzenia kartonowego, oraz w sasiedztwie powierzchni walcowej, wlaczajac warstwe kartonu w srodku sciany, na 1 metr dlugosci rdzenia kartonowego, - przy sredni- cy wewnetrznej rdzenia wynoszacej 73 do 110 mm: Lm p <1550 mm, korzystnie mniej niz 1450 mm, a korzystniej mniej niz 1300 mm, - przy srednicy wewnetrz- nej rdzenia wynoszacej 111 do 144 mm: Lm p <1900 mm, korzystnie mniej niz 1650 mm, a korzystniej mniej niz 1500 mm, a przy srednicy wewnetrznej rdzenia wyno- szacej 145 do 180 mm: Lm p <2450 mm, korzystnie 2200 do 1500 mm, a korzystniej mniej niz 1500 mm, przy srednicy wewnetrznej rdzenia wynoszacej 181 mm do 310 mm, Lm p < 4500 mm, korzystnie mniej niz 3900, a korzystniej 3900 do 2000 mm. 5. Zastosowanie rdzenia kartonowego przy zwija- niu/rozwijaniu rol papieru, wazacych przynajmniej 6,5 tony, korzystnie przynajmniej 8,5 tony. FIG. 1a PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest rdzeń kartonowy dla przemysłu papierniczego, o grubych ścianach, przy czym grubość ściany wynosi 10 mm albo więcej, a wewnętrzna średnica ponad 70 mm, które to rdzenie są stosowane przy prędkościach nawijania/rozwijania przynajmniej około 200 m/min., charakteryzujący się tym, że spiralny rdzeń kartonowy ma długość krawędzi zwoju warstwy kartonu na walcowej powierzchni reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku osi „z” w ścianie ukończonego rdzenia kartonowego, oraz w sąsiedztwie powierzchni walcowej, włączając warstwę kartonu w środku ściany, na 1 metr długości rdzenia kartonowego, - przy średnicy wewnętrznej rdzenia wynoszącej 73 do 110 mm: LmP <1550 mm, korzystnie mniej niż 1450 mm, a korzystniej mniej niż 1300 mm, - przy średnicy wewnętrznej rdzenia wynoszącej 111 do 144 mm: L_mp <1900 mm, korzystnie mniej niż 1650 mm, a korzystniej mniej niż 1500 mm, a - przy średnicy wewnętrznej rdzenia wynoszącej 145 do 180 mm: L_mp <2450 mm, korzystnie 2200 do 1500 mm, a korzystniej mniej niż 1500 mm, przy średnicy wewnętrznej rdzenia wynoszącej 181 mm do 310 mm, Lmp < 4500 mm, korzystnie mniej niż 3900, a korzystniej 3900 do 2000 mm, - dla średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 73 do 110 mm, przynajmniej 185 mm, korzystnie ponad 210 mm, a korzystniej ponad 230 mm, - dla średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej

188 101

111 do 144 mm, przynajmniej 205 mm, korzystnie ponad 210 mm, a korzystniej ponad 230 mm, a - dla średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 145 do 180 mm, przynajmniej 210 mm, korzystnie ponad 250 mm, a korzystniej 350 mm do 450 mm, a - dla średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 181 do 310 mm, przynajmniej 220 mm, korzystnie ponad 250 mm, a korzystniej 350 mm do 500 mm, ale co najwyżej do maksymalnej szerokości warstwy Lmax każdego rdzenia o określonej średnicy, gdzie L_m!lx = (π) x (średnica rdzenia w danym punkcie).

Rdzeń kartonowy mający szerokość warstw kartonu korzystnie przynajmniej 200 mm, korzystniej ponad 230 mm, ale co najwyżej tyle, co maksymalna szerokość warstwy Lmax każdego rdzenia o określonej średnicy, gdzie Lmax = (τι) x (średnica rdzenia w danym punkcie), a korzystnie mniej niż 550 mm.

Przynajmniej część, korzystnie przynajmniej 1/5 grubości ściany rdzenia kartonowego jest złożona z warstw kartonu.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie spiralnego rdzenia kartonowego przy zwijaniu/rozwijaniu roi papieru, ważących przynajmniej 6,5 tony, korzystnie przynajmniej 8,5 tony.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu zwiększania wytrzymałości na ściskanie zarówno grubościennych rdzeni kartonowych dla przemysłu papierniczego, które mają grubość ściany ponad 10 mm i średnicę wewnętrzną ponad 70 mm i innych rdzeni kartonowych, które wymagają wysokiej wytrzymałości na ściskanie, a w tym samym czasie opracowanie nowego typu grubościennego spiralnego rdzenia kartonowego, który ma lepsze właściwości użytkowe.

Dalszym zadaniem niniejszego wynalazku jest rozwiązanie problemów związanych z wyżej omówionymi grubościennymi rdzeniami spiralnymi, które wkrótce będą stosowane i zaproponowanie rozwiązania w celu sprostania wymaganiom nałożonym przez ciągle zwiększające się masy roi, zwłaszcza na wytrzymałość rdzeni na ściskanie.

Zadanie te dają się osiągnąć dzięki zaproponowanemu rozwiązaniu.

Jak opisano powyżej, typowe wartości grubości ściany - średnicy wewnętrznej wynoszą na przykład. 15 mm x 76 mm i 13 mm x 150 mm. Naprężenia powodowane przez obciążenie uchwytów na największe rdzenie, takie jak na przykład 13 mm x 200 mm (10 mm x 300 mm) są naturalnie niższe niż na rdzenie przemysłu papierniczego, mające mniejsze średnice, z uwagi na geometrię rdzeni. A zatem, wytrzymałość na ściskanie, na przykład rdzenia 13 x 300 jest sama w sobie wyższa niż wytrzymałość na ściskanie rdzeni mających małą średnicę. Jest to spowodowane tym, że z uwagi na dużą średnicę wewnętrzną, obszar wspierający rdzenia w stosunku do wału jest duży. Niniejszy wynalazek nie dotyczy rdzeni kartonowych, które mają grubość ściany mniejszą niż 10 mm. Rdzenie przemysłu papierniczego muszą mieć grubą ścianę, to jest grubszą niż 10 mm dla umożliwienia zaciśnięcia ich przez uchwyty (rozprężenia uchwytów) i dla umożliwienia tworzenia zacisku pomiędzy powierzchnią rdzenia a rolą podkładową. Szczególnie w praktyce, geometria nawijarek i nawijarek do cięcia wzdłużnego wymaga wystarczającej grubości ściany rdzeni, 10 mm albo więcej. Niniejszy wynalazek zwiększa wydajność produkcji wszystkich rdzeni przemysłu papierniczego o różnych średnicach, ale jego korzyści związane ze zwiększeniem wytrzymałości na ściskanie wyrażone są dla rdzeni przemysłu papierniczego o małych średnicach. Największe znaczenie zwiększonej wytrzymałości na ściskanie ustala się w związku z najczęściej stosowanymi rdzeniami, które mają średnicę wewnętrzną około 76 mm. Znaczną poprawę wytrzymałości na ściskanie osiąga się również dla rdzeni mających wewnętrzną średnicę około 150 mm.

Rozwiązanie według niniejszego wynalazku nadaje się również do zastosowania w produkcji innych rdzeni kartonowych, które wymagają wysokiej wytrzymałości na ściskanie i które mają podobne wymiary jak rdzenie według niniejszego wynalazku, stosowane w przemyśle drukarskim i przetwórstwa papieru.

Niniejszy wynalazek zajmuje się problemem łamania się rdzeni, powodowanym pęknięciem rdzenia. Gdy dochodzi do złamania rdzeni w przemyśle papierniczym, jest to najczęstszy przypadek spotykany w praktyce. Złamanie rdzenia zachodzi tu w powierzchni walcowatej wewnątrz ściany rdzenia i/lub w jej sąsiedztwie, w której to powierzchni walcowatej znajdują

188 101 się maksymalne naprężenia. Dlatego też przedstawiono szerokości i długości krawędzi zwoju warstwy rdzenia na poziomie powierzchni walcowej i w jej sąsiedztwie jako zalety naszego wynalazku. W zasadzie, można by dokonać odpowiedniego określenia warstw wewnętrznych albo zewnętrznych, których wymiary są określone przez wybranie wymiarów strukturalnych rdzenia i przez zamocowanie, na powierzchni maksymalnego naprężenia, długości warstwy na metr liniowy rdzenia albo szerokość warstwy.

Dlatego też jest zasadniczym zadaniem niniejszego wynalazku, by zwłaszcza na powierzchni walcowej, reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku ściany przekroju poprzecznego, to jest w kierunku „z” rdzenia, ale również gdzie indziej w ścianie rdzenia, było tak mało potencjalnych punktów początkowych pęknięć, które prowadziłyby do złamania, jak to tylko możliwe. Poprzez wpłynięcie na potencjalne punkty początkowych pęknięć, to jest przez zmniejszenie ich liczby, możliwe jest wpłynięcie szczególnie na wytrzymałość na ściskanie (wytrzymałość na rozwarstwienie) rdzenia, to jest zwiększenie wytrzymałości.

W niniejszym wynalazku, dla poprawienia wytrzymałości na ściskanie grubościennych rdzeni kartonowych, stosuje się, na przykład następujące zabiegi.

Dla wąskich warstw, tworzy się tylko mały skok na metr liniowy rdzenia, przez co istnieje kilka szczelin pomiędzy warstwami na jednostkę długości rdzenia. Poszerzenie warstwy kartonu zmniejsza długość szczelin na metr liniowy rdzenia.

Pomysłem, na którym opiera się nasz wynalazek jest zmniejszenie długości szczelin na metr liniowy rdzenia, tym samem zapewniając rdzeń dla przemysłu papierniczego, który ma mniej niż przedtem linii krawędzi zwoju warstwy na metr liniowy, to jest mniej potencjalnych punktów początkowych pęknięć na metr liniowy rdzenia niż przedtem.

Przedmiot wynalazku został przykładowo przedstawiony na załączonym rysunku, na którym fig. la przedstawia schematyczny widok z boku rdzenia według niniejszego wynalazku, fig. lb - schematyczny widok z boku drugiego rdzenia według niniejszego wynalazku, fig. 2 - długość krawędzi zwoju warstwy środkowej w rdzeniu długości 1 m jako funkcję s^i^^^kości warstwy środkowej, fig. 3 - definicję średniego kąta nawijania a, fig. 4 - wpływ długości krawędzi zwoju warstwy środkowej na wytrzymałość na ściskanie, a fig. 5 - wpływ szerokości warstwy rdzenia kartonowego na wytrzymałość na kruszenie płaskie rdzenia, przy użyciu tej samej struktury projektowej co na fig. 4.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest opracowanie struktury dla grubościennego rdzenia dla przemysłu papierniczego, który nadaje się do wymagających warunków obciążenia uchwytu, i który ma krótszą długość szczelin na metr liniowy rdzenia niż rozwiązania znane ze stanu techniki rdzeni dla przemysłu papierniczego. Uzyskane jest to przez zwiększenie szerokości warstw kartonu stosowanego do produkcji rdzeni. Gdy liczba szczelin, to jest liczba potencjalnych punktów dla początkowych pęknięć zmniejszy się na jednostkę długości, spowoduje to zwiększenie objętości rdzenia, innymi słowy zwiększy się wytrzymałość na ściskanie i zdolność przenoszenia większego obciążenia. A zatem, według niniejszego wynalazku, stosuje się szersze warstwy niż dotychczas w rdzeniu, mającym pewną średnicę wewnętrzną. Wewnętrzna średnica i grubość ściany rdzenia znów wpływają na gradację szerokości stosowanych warstw.

Figura la przedstawia schematyczny widok z boku rdzenia o wymiarach 13 x 150 mm według niniejszego wynalazku. Długość krawędzi zwoju warstwy środkowej na metr tego rdzenia wynosi około 1410 mm, gdy szerokość warstwy wynosi około 364 mm. Jeżeli stosuje się rdzeń o wymiarach 15 mm x 76 mm według niniejszego wynalazku, długość krawędzi zwoju warstwy środkowej około 1410 mm odpowiada warstwie środkowej o szerokości około 203 mm. Figura lb przedstawia schematyczny widok z boku drugiego rdzenia według niniejszego wynalazku, o wymiarach 13 mm x 150 mm. Długość krawędzi zwoju warstwy środkowej tego rdzenia wynosi około 1154 mm, gdy szerokość warstwy wynosi około 445 mm. Jeżeli stosuje się rdzeń według niniejszego wynalazku o wymiarach 15 mm x 76 mm, długość krawędzi zwoju warstwy środkowej około 1152 mm odpowiada warstwie środkowej o szerokości 249 mm.

Rdzenie dla przemysłu papierniczego o różnych średnicach wewnętrznych są scharakteryzowane w towarzyszących zastrzeżeniach przy użyciu wartości odnośnych charakterystycz188 101 nych dla każdego wymiaru rdzenia. Zaobserwowaliśmy, iż dobre rezultaty uzyskuje się, jeżeli chodzi o zwiększenie wytrzymałości na ściskanie i prędkości wytwarzania rdzeni, gdy rozważy się wszystkie odnośne cechy, na przykład gdy spiralny rdzeń kartonowy wytwarza się przez nawinięcie warstw kartonu spiralnie wokół bębna w rurę, dzięki czemu poniższe dane stosują się do walcowej powierzchni reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku grubości ściany ukończonego rdzenia kartonowego, oraz w sąsiedztwie wspomnianej powierzchni walcowej, włączając warstwę kartonu w środku ściany, na 1 metr liniowy rdzenia kartonowego, który ma średnicę wewnętrzną 73 do 110 mm: L_mp <1550 mm, korzystnie mniej niż 1450 mm, a korzystniej mniej niż 1300 mm, który ma średnicę wewnętrzną 111 do 144 mm: Lmp <1900 mm, korzystnie mniej niż 1650 mm, a korzystniej mniej niż 1500 mm, a który ma średnicę wewnętrzną 145 do 180 mm: L_mp <2450 mm, korzystnie 2200 do 1500 mm, a korzystniej mniej niż 1500 mm, gdzie Lmp jest długością krawędzi zwoju warstwy kartonu na powierzchni walcowatej reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku osi z, wewnątrz ściany rdzenia kartonowego, na 1 metr liniowy rdzenia kartonowego.

Ponadto, gdy wewnętrzna średnica rdzenia kartonowego wynosi 181 do 310 mm, uzyskuje się lepsze niż dotąd wyniki co się tyczy wytrzymałości na ściskanie i wydajności produkcji, przy rozważeniu wszystkich aspektów odnośnych, gdy w rdzeniu kartonowym na długości 1 m Lmp < 4500 mm, korzystnie mniej niż 3900, a korzystniej 3900 do 2000 mm, gdzie Lmp jest długością krawędzi zwoju warstwy kartonu na powierzchni walcowatej reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku osi z, wewnątrz ściany rdzenia kartonowego, na 1 metr liniowy rdzenia kartonowego.

Maksymalne naprężenie w kierunku osi z w ścianie ukończonego rdzenia kartonowego jest umiejscowione w pobliżu środka ściany rdzenia, nieco w kierunku wewnętrznej powierzchni rdzenia. Choć powierzchnia walcowa reprezentująca maksymalne naprężenie w kierunku osi z w ścianie rdzenia nie jest dokładnie w środku ściany, warunki strukturalne i parametry są jednak praktycznie niemal identyczne. Gdy wybierze się pewną grubość dla warstwy kartonu poddawanej maksymalnemu naprężeniu, otaczające warstwy, w tym ta w środku ściany, mają niemal tę samą teoretyczną szerokość, jak można zobaczyć w tabeli 1.

Tabela 1 przedstawia teoretyczny przepis na wytworzenie rdzenia znanego ze stanu techniki o wymiarach 13 x 150 mm.

Tabela 1 przedstawia teoretyczne badanie szerokości warstw rdzenia 13 mm x 150 mm, który zbudowano, według stanu techniki, z 25 warstw, przy czym każda warstwa miała 0,53 mm grubości. Szerokości warstw podane są poczynając od wewnętrznej warstwy 1, a szerokość zewnętrznej warstwy wybrano na 155 mm. Oznakowanie 13 x 150 mm odnosi się do rdzenia mającego grubość ściany 13 mm i wewnętrzną średnicę 150 mm.

Tabela 1

t		sv,		0t		s.	1«
1	2	3	4	5
1	0.53	151.06	152.868	3104.441
2	1.06	152.12	152.978	3123.972
3	1.59	153.18	153.086	3143.516
4	2.12		154.24	153.192	3163.075
5	2.65	155.3	153.297	3182.647
6	3.18	156.36	153.399	3202.232
7	3.71	157.42	153.5	3221.83
8	4.24		158.48	153.598	3241.441
9	4.77	159.54	153.695	3261.064
10	5.3	160.6	153.79	3280.7

188 101 cd. tabeli 1

1
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

2		3		4
5.83	161.66		153.884
6.36	162.72	153.976
6.89	163.78	154.066
7.42	164.84	154.154
7.95	165.9	154.241
8.48	166.96	154.327
9.01	168.02	154.411
9.54	169.08	154.494
10.07	170.14	154.575
10.6	171.2	154.655
11.13	172.26	154.733
11.66	173.32	154.811
12.19	174.38	154.886
2.72		175.44	154.961
13.25		176.5	155.034

5
3300.347
3320.007
3339.678
3359.36
3379.054
3398.758
3418.474
3438.2
3457.937
3477.684
3497.441
3517.208
3536.984
3556.771
3576.567

W tabeli stosuje się następujące oznaczniki: t = numer kolejny warstwy, przy czym numer 1 odnosi się do warstwy wewnętrznej, svi = grubość ściany warstwy t, 0t= zewnętrzna średnica warstwy t, st = szerokość warstwy razem ze szczeliną w warstwie t, et = długość krawędzi zwoju warstwy t na 1 m rdzenia. Maksimum naprężenia zlokalizowane jest w warstwach około 10-11, gdzie średnia szerokość warstwy ze szczeliną wynosi 153,837 mm. Środek ściany rdzenia jest umiejscowiony w warstwie 13, gdzie warstwa ze szczeliną w sumie wynoszą 154,066 mm. Jak można zobaczyć, szerokości warstwa ze szczeliną zarówno w punktach maksimum naprężenia oraz środku ściany rdzenia są niemal równe. Długości krawędzi zwoju warstw strukturalnych w rdzeniu na długości 1 m, obliczone na podstawie badania teoretycznego, wynoszą około 3280,7 mm dla warstwy t = 10 i około 3300,347 mm dla warstwy t = 11, jak można odczytać z tabeli 1. Ze względów czysto praktycznych, każda warstwa nie przyjmuje własnej szerokości, ale jedynie kilka szerokości warstw wybiera się dla złożenia rdzenia. Na przykład, według stanu techniki, rdzeń 13 x 150 mm zbudowany jest zwykle z warstw o dwóch różnych szerokościach, to jest 154 mm i 155 mm. W tym przypadku, w oparciu o badania teoretyczne, długość krawędzi zwoju warstwy strukturalnej w środku ściany rdzenia wynosi 3340 mm w rdzeniu na długości 1 m, jak można zobaczyć w tabeli 1. Różnica pomiędzy długością krawędzi zwoju warstwy strukturalnej w maksimum naprężenia i długością krawędzi zwoju warstwy w środku ściany rdzenia wynosi około 50 mm. Odpowiadający przegląd można by również przeprowadzić dla zwykle stosowanego rdzenia, który ma wewnętrzną średnicę 76 mm.

Korzyści z niniejszego wynalazku podkreślone są, gdy stosuje się spiralne rdzenie kartonowe o dużych masach roli i wysokich prędkościach nawijania i rozwijania. Rdzenie kartonowe zbudowane według niniejszego wynalazku stosuje się przy prędkościach zwijania, które wynoszą przynajmniej około 200 m/min. Rdzenie kartonowe według niniejszego wynalazku są korzystne przy prędkościach nawijania/rozwijania 800 - 900 m/min., a nawet wyższych, do około 2500 m/min. Im szersza jest warstwa kartonu, tym mniejszą ma potencjalną krawędź zwoju na jednostkę długości, na przykład metr liniowy, gdzie mogłyby koncentrować się pęknięcia początkowe. Zalety niniejszego wynalazku podkreślone są również w związku z cięższymi masami roi i mniejszych rdzeni, zwłaszcza dla rdzeni mających wewnętrzną średnicę 76 mm. Niniejszy wynalazek zapewnia lepszą wykorzystywalność rdzeni w najszerszych

188 101 i najszybszych prasach drukarskich, to jest tara, gdzie role są najcięższe, i umożliwia zbudowanie takich rdzeni dla przemysłu papierniczego, które sprostają wymaganiom stawianym przez nowe wymiary projektowanych roi papieru. Projektowane prasy drukarskie mają być w stanie wykorzystywać role papieru o średnicy 1,35 m, przedstawiono oszacowania roi papieru mających średnicę nawet do 1,5 m szerokości roli takich pras drukarskich będą wynosiły nawet 3,6 m, przez co waga roi papieru zwiększy się znacznie, do ponad 6,5 ton, a nawet do 8,5 ton. Niniejszy wynalazek zapewnia wartościowy i korzystne rozwiązanie dla budowy rdzenia mogącego sprostać tym wyzwaniom.

Zalecane rozwiązanie według niniejszego wynalazku opisane jest poniżej. Spiralny rdzeń kartonowy wytworzony jest przez zastosowanie, na powierzchni walcowej reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku osi z, w ścianie ukończonego rdzenia kartonowego, oraz w sąsiedztwie wspomnianej powierzchni walcowej, w tym warstwie kartonowej w środku ściany rdzenia, szerokości warstw, które wynoszą przy średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 73 do 110 mm, przynajmniej 185 mm, korzystnie ponad 210 mm, a korzystniej ponad 230 mm, przy średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 111 do 144 mm, przynajmniej 205 mm, korzystnie ponad 210 mm, a korzystniej ponad 230 mm, przy średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 145 do 180 mm, przynajmniej 210 mm, korzystnie ponad 250 mm, a korzystniej 350 mm do 450 mm, a przy średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 181 do 310 mm, przynajmniej 220 mm, korzystnie ponad 250 mm, a korzystniej 350 mm do 500 mm, ale co najwyżej maksymalnej szerokości warstwy L_max każdego rdzenia o pewnej średnicy, gdzie L_max = (τι) x (średnica rdzenia w danym punkcie).

Spiralne rdzenie kartonowe 76 mm i 150 mm, które zwykle się stosuje, zwłaszcza w przemyśle papierniczym, wytwarza się, według niniejszego wynalazku, przez nawinięcie warstw kartonu spiralnie wokół bębna w rurę, dzięki czemu poniższe dane stosują się na walcowej powierzchni reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku osi z, w ścianie ukończonego rdzenia kartonowego, oraz w sąsiedztwie wspomnianej powierzchni walcowej, włączając warstwę kartonu w środku ściany rdzenia, w rdzeniu kartonowym na długości 1 m, który ma wewnętrzną średnicę około 76 mm wynoszą: L_mp < 1550 mm, korzystnie mniej niż 1400 mm, a korzystniej mniej niż 1300 mm, a który ma średnicę wewnętrzną około 150 mm: L_mp <2200 mm, korzystnie 2000-1500 mm, a korzystniej mniej niż 1500 mm, gdzie Lmp jest długością krawędzi zwoju warstwy kartonu na powierzchni walcowatej reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku osi z, wewnątrz ściany rdzenia kartonowego, na 1 metr liniowy rdzenia kartonowego.

Poniższe również stosuje się korzystnie do rdzeni 76 mm i 150 mm, spiralny rdzeń kartonowy wytworzony jest przez zastosowanie, na powierzchni walcowej reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku osi z, w ścianie ukończonego rdzenia kartonowego, oraz w sąsiedztwie powierzchni walcowatej, w tym warstwie kartonowej w środku ściany rdzenia, szerokości warstw, które wynoszą przy średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej około 76 mm, przynajmniej 185 mm, korzystnie ponad 210 mm, a korzystniej 210 mm do 240 mm, a przy średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej około 150 mm, przynajmniej 230 mm, korzystnie ponad 250 mm, a korzystniej 250 do 450 mm, ale najwyżej szerokość maksymalną warstwy Lmax każdego rdzenia o pewnej średnicy, gdzie Lmax = (n) x (średnica rdzenia w danym punkcie).

Dobre wyniki uzyskuje się, gdy na powierzchni walcowej reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku grubości w ścianie ukończonego rdzenia, oraz w sąsiedztwie wspomnianej powierzchni walcowej, włączając warstwę kartonu w środku ściany rdzenia, stosuje się szerokości warstw, które wynoszą przynajmniej 200 mm, korzystnie ponad 230 mm, ale mniej niż maksymalna szerokość warstwy Lmax każdego rdzenia o pewnej średnicy, gdzie Lmax = (7i) x (średnica rdzenia w danym punkcie).

Rdzenie kartonowe dla przemysłu papierniczego stosowane są przy prędkościach nawijania i rozwijania przynajmniej około 200 m/min. Rdzenie kartonowe według niniejszego wynalazku są korzystne przy prędkościach nawijania/rozwijania, które są wyższe od około 300 m/min., typowo około 800-900 m/min, albo nawet więcej, do około 2500 m/min. Dla

188 101 takich warunków, według niniejszego wynalazku, zapewnia się rdzeń dla przemysłu papierniczego, mający zwiększona wytrzymałość na ściskanie, który to rdzeń jest grubościenny, przy czym grubość ściany wynosi 10 mm albo więcej, a średnica wewnętrzna ponad 70 mm. Rozwiązanie według niniejszego wynalazku jest korzystny również dla poprawiania wytrzymałości na ściskanie rdzeni kartonowych, które mają podobne wymiary i które wymagają wysokiej wytrzymałości na ściskanie.

Według niniejszego wynalazku, w ukończonym rdzeniu kartonowym, mającym średnicę wewnętrzną ponad 70 mm i grubość ściany ponad 10 mm, dla polepszenia wytrzymałości na ściskanie, na powierzchni walcowej reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku grubości w ścianie rdzenia, oraz w sąsiedztwie wspomnianej powierzchni walcowej, włączając warstwę w środku ściany rdzenia, stosuje się szerokości warstw, które wynoszą korzystnie przynajmniej 200 mm, a korzystniej ponad 230 mm, ale mniej niż teoretyczna maksymalna szerokość warstwy L_max każdego rdzenia o pewnej średnicy, gdzie L_max = (π) x (średnica rdzenia w danym punkcie). A zatem, na przykład, teoretyczna maksymalna szerokość warstwy środkowej rdzenia 13 x 150 mm wynosi L_max = tc x (150 mm + 1 x 13 mm), co wynosi około 512.0 mm. Odpowiednio, teoretyczna maksymalna szerokość warstwy środkowej rdzenia 13 x 300 mm wynosi L_max = n x (300 mm +1x13 mm), co wynosi około 983.1 mm. I odpowiednio, teoretyczna maksymalna szerokość warstwy środkowej rdzenia 15 x 76 mm wynosi L_max = π x (76 mm +1x15 mm), co wynosi około 285.8 mm. Korzystnie, na przykład ze względów związanych z techniką produkcji w praktyce, szerokość warstwy środkowej rdzenia kartonowego wynosi jednak 230 do 550 mm, zależnie od średnicy rdzenia.

Zalety niniejszego wynalazku są naturalnie podkreślone dla szerokich warstw. Jednakże, ze względów związanych z techniką produkcji, korzystne jest, na przykład dla rdzeni 13 x 150 mm, dobranie takiej szerokości warstwy, jaka ułatwia produkcję bez wielkich trudności. Zaletą niniejszego wynalazku to jest zwiększenie wytrzymałości na ściskanie, wyrażona jest dla rdzeni dla przemysłu papierniczego o małych średnicach, ale prędkość produkcji rdzenia rośnie dla wszystkich różnych wymiarów rdzeni dla przemysłu papierniczego.

Dla wytwarzania, rdzenia dla przemysłu papierniczego mającego pewną średnicę wewnętrzną, zaleca się zastosowanie tak szerokich warstw kartonu, jak to możliwe dla szczególnego wymiaru rdzenia. Im szersza jest warstwa, tym więcej metrów rdzenia będzie wytworzonych na jednostkę czasu, to jest tym wyższa jest prędkość produkcji rdzenia, ale z drugiej strony, tym bardziej jest skomplikowany sam proces produkcji rdzenia. Na przykład, maszyna spiralna wymaga więcej przestrzeni w fabryce w miarę wzrostu szerokości warstw. A zatem nie jest możliwe wytworzenie rdzeni dla przemysłu papierniczego jak opisano powyżej przy użyciu obecnie stosowanych maszyn spiralnych, ale zamiast tego wymagana jest maszyna spiralna spełniające powyższe wymagania. Sama obróbka szerokich warstw, na przykład rozciąganie warstw przy pomocy maszyny spiralnej staje się o wiele bardziej skomplikowane w miarę wzrostu szerokości warstw. Również sterowanie maszyną spiralną staje się trudniejsze. Względy związane z praktyczną produkcją rdzenia mają wpływ na to, jak blisko teoretycznej maksymalnej szerokości możliwe jest zwiększenie szerokości warstw.

Najczęściej stosowanymi rdzeniami dla przemysłu papierniczego są te o średnicy wewnętrznej 76 mm. Zwykle jeden taki rdzeń ma warstwy, których szerokości wynoszą około 140 do 155 mm (na przykład, wewnętrzna warstwa ma szerokość 140 mm a zewnętrzna warstwa 155 mm, z odpowiednią gradacją szerokości pomiędzy nimi). W większości typowych znanych ze stanu techniki rdzeni 13 x 150 mm, stosuje się warstwy, które mają około 150 do 155 mm szerokości. Z drugiej strony, znane są rdzenie 13 x 150 mm, które mają największą szerokość warstwy 190 mm. W dawnych rdzeniach zbudowanych z warstw o szerokości 155 mm, długość krawędzi zwoju warstwy środkowej na długości rdzenia 1 m wynosi około 3340 mm, jak stwierdzono powyżej, a w tych ostatnich, zbudowanych z warstw o szerokości 190 mm, odpowiadająca długość krawędzi zwoju warstwy środkowej wynosi około 2700 mm.

Figura 2 przedstawia długość krawędzi zwoju warstwy środkowej na długości rdzenia 1 m jako funkcję szerokości środkowej warstwy, dla trzech typowych rdzeni dla przemysłu papierniczego: 15 x 76 mm, 13 x 150 mm i 13 x 300 mm.

188 101

Według niniejszego wynalazku, odpowiednia szerokość warstwy, mając na względzie praktyczną produkcję rdzenia, na przykład dla rdzenia 13 x 150 mm wynosi na przykład około 375 mm. Inna zalecana szerokość warstwy strukturalnej dla tego samego typu rdzenia wynosi około 470 mm. Warstwy o tych dwóch szerokościach jak również o szerokościach pomiędzy nimi wciąż dają się dobrze kontrolować w specjalnych maszynach spiralnych. Długość krawędzi zwoju warstwy o szerokości 375 mm na długości 1 m rdzenia 13 x 150 mm wynosi około 1415 mm a długość krawędzi zwoju warstwy o szerokości 470 mm na długości 1 m rdzenia tego samego wymiaru wynosi około 1154 mm. Obydwa rozwiązania według niniejszego wynalazku wnoszą ulepszenie w skróceniu długości krawędzi zwojów warstwy w porównaniu z typowymi rozwiązaniami znanymi ze stanu techniki wspomnianymi powyżej, a zatem jasno zmniejszają one również liczbę potencjalnych punktów dla początkowych pęknięć na metr liniowy rdzenia.

Gdy produkuje się rdzeń kartonowy przez zwinięcie wąskich warstw kartonu spiralnie wokół bębna w rurę, pomiędzy dwiema sąsiednimi warstwami w strukturze rdzenia tworzy się szczelina. Szerokości szczelin dwóch sąsiednich warstw rdzenia kartonowego są rzędu 0,2 do 2,0 mm a nawet więcej, zależnie od przepisu i od ostrożności operatora. Szczeliny pomiędzy dwiema warstwami są miejscami, gdzie koncentrują się początkowe pęknięcia, gdy rdzeń jest obciążany w ten sam sposób jak w praktyce, innymi słowy, dynamicznie. Dynamiczne obciążanie można symulować testem, na przykład według europejskiego opisu patentowego EP 0309 123. Szczególnie w obciążaniu typu wytrzymałości na zmęczenie, podobnie jak przy obciążaniu rdzenia, pęknięcie rozpoczyna się poczynając od pęknięcia początkowego.

Im więcej pęknięć początkowych znajduje się w strukturze rdzenia, tym więcej jest okazji do złamania przez pęknięcie. Ponadto, im więcej miejsc koncentracji dla pęknięć początkowych, to jest im więcej szczelin pomiędzy warstwami spiralnymi, tym szybciej posuwające się pęknięcie napotka inne początkowe pęknięcie, na przykład pęknięcie pochodzące z przeciwległej krawędzi tej samej warstwy. W tym wypadku, materiał warstwy rozszczepi się całkowicie przy punkcie zetknięcia i rdzeń się rozwarstwi.

Definicję średniego kąta nawijania a przedstawiono na fig. 3. Średni kąt nawijania odnosi się do ostrego kąta a pomiędzy kierunkiem prostopadłym do osi rdzenia a krawędzią warstwy kartonowej.

Figury 4 i 5 wskazują wytrzymałość na ściskanie i odporność na kruszenie płaskie rdzeni testowych jako funkcję długości środkowej warstwy/l 000 mm, przy użyciu struktury modelowej, która ma wewnętrzną średnicę 50 mm. Testy wytrzymałości na ściskanie przeprowadzono metodą według europejskiego opisu patentowego EP 309 123 (oś pionowa „Wytrzymałość Testera Rdzenia” oznacza wytrzymałość na ściskanie). Wewnętrzna średnica rdzeni kartonowych została wybrana na 50 mm w celu umożliwienia zmieniania w wymaganym zakresie szerokości warstwy przy użyciu konwencjonalnej maszyny spiralnej. Ten sam efekt jest ważny również dla innych średnic, takich jak rdzenie, które mają średnicę wewnętrzną 76 mm i 150 mm, które to rdzenie zwykle używa się do dużych roi papieru.

Figura 5 przedstawia wpływ długości środkowej warstwy na odporność rdzenia na kruszenie płaskie przy tej samej strukturze rdzenia co na fig. 4.

Choć szerokość warstwy rośnie, dzięki czemu rośnie również średni kąt nawijania, wytrzymałość na kruszenie płaskie rdzenia zmniejsza się, jak przedstawiono przykładowo na fig. 5. Zmniejszenie to jest różne dla różnych kartonów. Dla silnie zorientowanych kartonów, takich jak na przykład kartony według wynalazku z amerykańskiego opisu patentowego US 3,194,275 (kolumna 3, wiersze 4 do 14), wytrzymałość na kruszenie płaskie zmniejsza się bardziej niż na przykład dla nowoczesnych, stosunkowo kwadratowych kartonów wykorzystywanych na przykład w niniejszym wynalazku. Takie kartony stosowano we wszystkich przykładach ilustrujących niniejszy wynalazek, które mają czynnik orientacji około 1,6 do 2,5. Nie stosujemy silnie zorientowanych kartonów w niniejszym wynalazku, przeciwnie.

Zmniejszenie odporności na kruszenie płaskie w miarę wzrostu warstwy może być skompensowane, przynajmniej częściowo, przez próbę doprowadzenia do tak kwadratowej orientacji warstwy kartonu jak to tylko możliwe. Jest to całkowicie przeciwstawne wskazówkom amerykańskiego opisu patentowego US 3,194,275. W rozwiązaniu według amerykań12 skiego opisu patentowego US 3,194,275, w kolumnie 3, wiersze 4 do 14, stwierdza się, iż najwyższy możliwy czynnik orientacji, innymi, słowy tak silne skierowanie maszyny, jak to tylko możliwe w kartonie, powinno być przedmiotem starań. Jest tak, ponieważ problem przedstawiony w amerykańskim opisie patentowym US 3,194,275 próbuje się rozwiązać przez zastosowanie rdzenia spiralnego, który jest tak zwinięty, jak to tylko możliwe. W tym przypadku, czynnik orientacji naturalnie musi być tak wysoki, jak to możliwe. W niniejszym wynalazku, przeciwnie, nie stosujemy silnie zorientowanych kartonów.

Jak opisano powyżej, choć odporność na płaskie kruszenie jest często stosowana jako wyszczególniona własność rdzenia, jej zmniejszenie, szczególnie w połączeniu z rdzeniami 0 wysokiej wytrzymałości albo innymi rdzeniami poddawanymi dużemu obciążeniu na uchwycie, nie musi mieć tak szkodliwego wpływu w warunkach praktycznych (wymagające obciążenie dynamiczne) jak to pierwotnie szacowano i jak szacowano wcześniej. Amerykański opis patentowy US 3,194,275 szuka rozwiązania problemów związanych z wytrzymałością rdzenia na zgniatanie i wielkości udźwigu (amerykański opis patentowy US 3,194,275, kolumna 1, wiersze 25 do 30 i 59 do 61), które są rzeczywiście zasadnicze, gdy stosuje się długie zwoje, na przykład pledy. Takie rdzenie jak opisane w amerykańskim opisie patentowym US 3,194,275 zwykle stosuje się w obróbce szerokiego zakresu produktów, jak na przykład pasowane dywany, tkaniny, tworzywa sztuczne, albo płótno tapicerskie stosowane w pracach wydobywczych do oddzielania mas ziemi od siebie w dnach dróg albo podwórzy. Tak szeroko pojęte produkty typu pledu nie wspierają rdzenia w ogóle, przeciwnie, tylko go naprężają. Zastosowania rdzeni według amerykańskiego opisu patentowego US 3,194,275, jak płótno tapicerskie omówiono powyżej, nie obejmują naprężeń obciążenia uchwytu. Produkty te są nawijane na rolki przy bardzo niskich prędkościach, typowo około 10 do 75 m/min.

Amerykański opis patentowy US 3,194,275 sugeruje podejście, w którym rdzeń zbudowany z warstw w kierunku rdzenia, to jest zwojowo nawiniętej rury, jest zastąpiony spiralnie nawiniętą rurą, która jednak próbuje imitować zwojowo nawiniętą rurę w największym możliwym stopniu. Dokonuje się to tak, że używany materiał jest warstwą kartonu, która jest zorientowana tak bardzo, jak to tylko możliwe w kierunku maszyny (kolumna 3, wiersze 4 do 14) a następnie jest zwijany w rolkę na rdzeń spiralny tak, że tak bardzo, jak to możliwe przypomina zwojowo nawiniętą rurę. Przeprowadza się to przy użyciu najszerszego możliwego średniego kąta nawijania (jak zdefiniowano w niniejszym wynalazku, patrz fig. 3, amerykański opis patentowy US 3,194,275 definiuje średni kąt zwijania tak, że odpowiada on dopełnieniu średniego kąta nawijania według niniejszego wynalazku).

Niniejszy wynalazek jest również oparty o pogląd, że ze względu na dynamiczne obciążanie obecne w rzeczywistym obciążaniu rdzeni dla przemysłu papierniczego, najbardziej zasadniczym i najważniejszym problemem w szacowaniu wytrzymałości i przydatności takiego rdzenia kartonowego i innych rdzeni kartonowych, które poddawane są dużemu obciążaniu uchwytowemu, jest nie wytrzymałość na kruszenie płaskie ale wytrzymałość rdzenia na ściskanie. Wytrzymałość rdzenia na kruszenie płaskie jest użyteczna dla sugestywnego wskazania wytrzymałości na ściskanie przy zapewnieniu, że inne czynniki, to jest grubość ściany, wewnętrzna średnica i stosowane szerokości warstw są stałe, to jest struktura rdzenia jest stała a zmienia się jedynie materiał warstwy. Wytrzymałość na kruszenie płaskie jest jednakże zwykle stosowana jako główne kryterium przy opisywaniu przydatności rdzenia kartonowego i z grubsza nadaje się do zastosowania do opisywania go także, jeżeli wyżej zidentyfikowane ograniczenia zostaną wzięte pod uwagę. Porównanie to, to jest opis dynamicznie mierzalnej własności rdzenia kartonowego przez zastosowanie statycznie mierzalnej własności, jest możliwe, ale możliwe jest jedynie, jeżeli struktura rdzenia i inne zidentyfikowane parametry pozostają niezmienione a zmienia się jedynie surowiec. Jednakże rezultat jest jedynie sugestywny, ponieważ statycznie mierzona właściwość nigdy nie może bezpośrednio powiedzieć, co dzieje się w warunkach naprężenia dynamicznego, jakimi są warunki naprężenia rdzenia w praktyce.

Rozwiązanie według niniejszego wynalazku zapewnia zwiększenie wytrzymałości wszystkich rdzeni, dla których wytrzymałość na ściskanie jest ważnym kryterium przydatności. Gdy warstwa kartonu ulegnie poszerzeniu, średni kąt nawijania wzrasta, ponieważ średnica rdzenia pozostaje niezmieniona. Gdy warstwa kartonu jest szersza niż poprzednio, ilość

188 101 szczelin, to jest potencjalnych punktów początkowych pęknięć na jednostkę długości w metrze liniowym ukończonego rdzenia jest mniejsza. Tym samym, zwiększy się objętość, wytrzymałość na ściskanie i obciążenie. Umożliwi to zmniejszenie kosztów wytwarzania rdzenia. Wcześniej, efekt osłabiający szczelin na rdzeń musiał być kompensowany przez mocniejszy karton niż jest to konieczne dla rozwiązania według niniejszego wynalazku. Z drugiej strony, uzyskuje się korzyść ekonomiczną również dzięki wyższej prędkości wytwarzania rdzenia na jednostkę czasu.

Zaleca się by 1/5 albo więcej grubości ściany rdzenia kartonowego składała się z warstw kartonu, które korzystnie wyprodukowano przy zastosowaniu metody suszenia prasowego, na przykład tak zwanej metody Condebelta.

Wynalazek opisano powyżej poprzez to, co uważa się za jego zalecane przykładowe wykonania. Naturalnie w żaden sposób nie ma to w zamierzeniu ograniczać niniejszego wynalazku i, jak jest oczywiste dla osoby biegłej w stanie techniki, wykonalnych jest wiele alternatywnych i opcjonalnych wymiarów i modyfikacji w zakresie wynalazku określonym przez towarzyszące zastrzeżenia.

Γ ////// 7 /// /

POS. 1 / / /ΥΓΣ7

POS. 2

188 101

Długość krawędzi zwoju warstwy środkowej

DŁUGOŚĆ KRAWĘDZI ZWOJU WARSTWY ŚRODKOWEJ

FIG. 2

188 101

FIG. 3

188 101

WPŁYW DŁUGOŚCI KRAWĘDZI ZWOJU WARSTWY ŚRODKOWEJ NA WYTRZYMAŁOŚĆ TESTERA RDZENIA

DŁUGOŚĆ KRAWĘDZI ZWOJU WARSTWY ŚRODKOWEJ/1000 MM OSIOWEJ DŁUGOŚCI RDZENIA

FIC. 4

188 101

	WPŁYW DŁUGOŚCI KRAWĘDZI ZWOJU WARSTWY ŚRODKOWEJ NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA KRUSZENIE PŁASKIE
2840 2820 g 2800 ϋ 2780 ω 2760 5 2740 £ ²⁷²⁰ g 2700 § 2680 §* 2000 < £ 2640 to -











<-> ZDZU 3?
	I	_
ξ -1100 1200 1300 1400 1600 1600 1700 1B00 1000 ⁵ DŁUGOŚĆ KRAWĘDZI ZWOJU WARSTWY ŚRODKOWEJ/1000 MM OSIOWEJ DŁUGOŚCI RDZENIA

FIG. 5

188 101

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Rdzeń kartonowy dla przemysłu papierniczego, o grubych ścianach, przy czym grubość ściany wynosi 10 mm albo więcej, a wewnętrzna średnica ponad 70 mm, które to rdzenie są stosowane przy prędkościach nawijania/rozwijania przynajmniej około 200 m/min, znamienny tym, że spiralny rdzeń kartonowy ma długość krawędzi zwoju warstwy kartonu na walcowej powierzchni reprezentującej maksymalne naprężenie w kierunku osi (z) w ścianie ukończonego rdzenia kartonowego, oraz w sąsiedztwie powierzchni walcowej, włączając warstwę kartonu w środku ściany, na 1 metr długości rdzenia kartonowego, - przy średnicy wewnętrznej rdzenia wynoszącej 73 do 110 mm: Lmp <1550 mm, korzystnie mniej niż 1450 mm, a korzystniej mniej niż 1300 mm, - przy średnicy wewnętrznej rdzenia wynoszącej 111 do 144 mm: Lmp <1900 mm, korzystnie mniej niż 1650 mm, a korzystniej mniej niż 1500 mm, a przy średnicy wewnętrznej rdzenia wynoszącej 145 do 180 mm: L_mp <2450 mm, korzystnie 2200 do 1500 mm, a korzystniej mniej niż 1500 mm, przy średnicy wewnętrznej rdzenia wynoszącej 181 mm do 310 mm, L_mp < 4500 mm, korzystnie mniej niż 3900, a korzystniej 3900 do 2000 mm.
2. Rdzeń kartonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że szerokości warstw wynoszą, - dla średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 73 do 110 mm, przynajmniej 185 mm, korzystnie ponad 210 mm, a korzystniej ponad 230 mm, - dla średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 111 do 144 mm, przynajmniej 205 mm, korzystnie ponad 210 mm, a korzystniej ponad 230 mm, a - dla średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 145 do 180 mm, przynajmniej 210 mm, korzystnie ponad 250 mm, a korzystniej 350 mm do 450 mm, a - dla średnicy wewnętrznej rdzenia kartonowego wynoszącej 181 do 310 mm, przynajmniej 220 mm, korzystnie ponad 250 mm, a korzystniej 350 mm do 500 mm, ale co najwyżej do maksymalnej szerokości warstwy L_max każdego rdzenia o określonej średnicy, gdzie L_max = (π) x (średnica rdzenia w danym punkcie).
3. Rdzeń kartonowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że szerokość warstw kartonu wynosi korzystnie przynajmniej 200 mm, korzystniej ponad 230 mm, ale co najwyżej tyle, co maksymalna szerokość warstwy L_max każdego rdzenia o określonej średnicy, gdzie Lmax = (π) x (średnica rdzenia w danym punkcie), a korzystnie mniej niż 550 mm.
4. Rdzeń kartonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej część, korzystnie przynajmniej 1/5 grubości ściany rdzenia kartonowego jest złożona z warstw kartonu.
5. Zastosowanie rdzenia kartonowego przy zwijaniu/rozwijaniu roi papieru, ważących przynajmniej 6,5 tony, korzystnie przynajmniej 8,5 tony.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest rdzeń kartonowy oraz zastosowanie rdzenia kartonowego w przemyśle papierniczym. Rdzenie takie stosowane są przy prędkościach nawijania/rozwijania przynajmniej około 200 m/min.

Rdzenie stosowane w przemyśle drukarskim i przetwórstwa papieru określa się w niniejszym jako rdzenie przemysłu papierniczego. Rdzenie takie są grubościenne, mające grubość ściany wynoszącą przynajmniej 10 mm i wewnętrzną średnicę, która wynosi ponad 70 mm.

Spiralny rdzeń kartonowy wykonany jest z wielu nałożonych na siebie warstw kartonu przez nawinięcie, sklejenie i wysuszenie ich.

Zwoje wytwarzane w przemyśle papierniczym, foliowym i włókienniczym zwykle nawijane są na rdzenie do rolek. Rdzenie wykonane z kartonu, szczególnie rdzenie spiralne wytwarza się przez naklejenie warstw kartonu jedna na drugą i przez nawinięcie ich spiralnie w specjalnej maszynie spiralnej. Szerokość, grubość i liczba warstw kartonu potrzebnych do

188 101 utworzenia rdzenia zmienia się zależnie od wymiarów i wymagań wytrzymałościowych wytwarzanego rdzenia. Typowo, szerokość warstwy wynosi 50 do 250 mm (w szczególnych wypadkach około 500 mm), grubość warstwy około 0,2 do 1,2 mm, a liczba warstw około 3 do 30 (w szczególnych wypadkach około 50). Wytrzymałość warstwy kartonowej zmienia się w celu dostosowania do wymagania wytrzymałości rdzenia. Według ogólnej reguły, zwiększanie wytrzymałości warstwy kartonowej zwiększa również jej cenę. Ogólnie mówiąc, jest zatem prawdą powiedzenie, iż im wytrzymalszy rdzeń, tym jest on droższy.

W przemyśle przetwórstwa papierniczego, wagi stosowanych roi papieru, na przykład w prasach drukarskich, ciągle się zwiększają, co wywołuje zapotrzebowanie na coraz wyższą wytrzymałość i coraz większą objętość rdzeni spiralnych. Wagi roi papieru wahają się znacząco, od roi papieru gazetowego i cienkiego 600-1800 kg do roi rotograwiurowych około 24005500 kg· Największe role, które wykonano dla celów badawczych, ważyły około 6500 kg.

Średnice dużych roi papieru wynoszą zatem typowo co najwyżej 1,24 do 1,26 m.

Prasy drukarskie zwykle wykorzystują rdzenie dwóch rozmiarów. Najpopularniejszy wymiar rdzenia ma średnicę wewnętrzną 76 mm i grubość ściany 13 albo 15 mm. Obecnie najszersze i najszybsze prasy drukarskie, to jest te o najcięższych rolach wykorzystują rdzenie 0 średnicy wewnętrznej 150 mm i zwykle o grubości ściany 13 mm.

Projektuje się prasy drukarskie, które powinny być w stanie dać sobie radę z rolami papieru mającymi średnicę 1,35 m, przedstawiono oszacowania nawet dla roi 1,5 m. W miarę jak zwiększa się szerokość roli do 3, 6 m, waga roli papieru zwiększy się znacznie, do ponad 6,5 ton, a nawet do 8,5 ton.

Typowe szerokości warstw rdzeni kartonowych stosowanych w przemyśle drukarskim i przetwórstwa papieru, jak przedyskutowano powyżej, wynoszą około 120 do 150 mm dla rdzeni mających średnicę wewnętrzną 76 mm, która jest najczęściej stosowaną średnicą wewnętrzną, i do 190 mm dla rdzeni o średnicy wewnętrznej 150 mm. Z uwagi na geometrię rdzenia, średnie kąty nawijania a wahają się wówczas od około 15 do około 35°, zależnie od średnicy rdzenia. Grubość ściany rdzeni kartonowych zwykle wynosi około 10 do 20 mm. Określenie średniego kąta nawijania a przedstawiona jest w dalszej części opisu.

Zwoje papieru tworzy się na rdzeniu nawijającym.

Prawie zawsze ten rdzeń nawijający jest spiralnie nawiniętym rdzeniem kartonowym.

Wymaganie dobrej wytrzymałości na ściskanie podkreślane jest zwłaszcza na przykład w bezwałkowym nawijaniu/rozwijaniu sieci papieru, w którym rdzeń, służący jako jedyny wałek, przenosi wagę roli papieru albo częściowo albo całkowicie przez krótkie uchwyty o długości około 50 do 250 mm. Ponadto, uchwyty mogą być poddane ciśnieniu pasów przyspieszających, wymaganych dla automatycznej zmiany zwojów w prasie drukarskiej. Te pasy przyspieszające mogą spowodować dodatkowe naprężenie nawet 1 do 2 tony na rdzeniu.

Wytrzymałość na ściskanie jest zasadniczym wymaganiem w fabryce papierniczej w wytwarzaniu roli, gdy stosuje się nawijarki do cięcia wzdłużnego, tak zwanej nawijarki centrującej.

W bezwałkowym nawijaniu i rozwijaniu, masa roli papieru wytwarza naprężenia w rdzeniu, przy uchwytach. Najniebezpieczniejsze z nich są to naprężenia ścinające i naprężenia promieniowe.

Gdy wsparte są role papieru o równej wadze, naprężenia te stają się różne co do ich postaci i stopnia, zależnie od wytrzymałości ściany i wewnętrznej średnicy rdzenia. Postać naprężeń w różnych punktach wewnątrz rdzenia jak również punkt, gdzie występują maksymalne naprężenia, mogą być wyliczone i mogą również być stwierdzone doświadczalnie, na przykład przez zastosowanie sposobu i urządzenia według europejskiego opisu patentowego nr 0309 123.

Jak opisano powyżej, rdzenie poddawane są różnym naprężeniom w trakcie użytkowania, na przykład w roli papieru. W bezwałkowym nawijaniu/rozwijaniu, rdzeń służy jako jedyny wał, wspierając masę roli papieru albo w całości albo częściowo, przez krótki uchwyt. Ciśnienie spowodowane przez pasy przyspieszające, potrzebne do automatycznej wymiany rolki w prasach drukarskich, być może dodaje się do tej wagi.

W tego rodzaju sytuacji, rdzeń zostaje poddany kilku naprężeniom, które naciągają rdzeń i mogą spowodować jego pęknięcie. Jako iż rdzeń kartonowy jest materiałem ortotropowym, poznanie tych naprężeń jest bardzo wymagającym zadaniem.

Dzięki zastosowaniu zaawansowanych metod modelowania znanym osobie biegłej w stanie techniki, analizować można naprężenia ścinające, naprężenia powodujące zmiażdżenie albo naprężenia znajdujące się w stanie płaskim, naprężenia zgniatające, tak by znaleźć, gdzie pojawiają się różne naprężenia, jak również, na których głębokościach w ścianie rdzenia istnieją naprężenia w rzeczywistym zastosowaniu i jak są one duże. Wyniki tej analizy można potwierdzić doświadczalnie, na przykład przy użyciu sposobu i urządzenia według europejskiego opisu patentowego EP 0309 123. Dzięki zastosowaniu metody testowej według EP 0309 123, możliwe jest symulowanie naprężeń rdzenia w warunkach stosowania. Naprężenia te, pojawiające się w warunkach stosowania, można również modelować przy pomocy obliczeniowo wymagających metod skończonego elementu. Dokonano analiz naprężeniowych obciążenia uchwytu, które wskazały, a testy doświadczalne (przy użyciu urządzenia według EP 0309 123) potwierdziły, iż najcięższe naprężenia w kierunku osi „z” pojawiają się niemal w środku ściany rdzenia, nieco w kierunku wewnętrznej powierzchni rdzenia. Kierunek osi „z” oznacza tutaj kierunek prostopadły do poziomu powierzchni warstwy papieru, to jest w przekroju poprzecznym ukończonego rdzenia, jest to kierunek promienia rdzenia. Maksymalne naprężenia powodujące naciąganie i ścinanie w kierunku osi „z” skierowane ku warstwom są promieniowe, zachodzą w pobliżu środka ściany rdzenia, nieco do wewnątrz od niego.

Opisaliśmy problematyczny obszar, z którego pochodzi nasz wynalazek. Przegląd stanu techniki ujawnił amerykański opis patentowy US 3,194,275. Problemy, którymi się w nim zajęto są jednakże całkowicie różne a przedstawione rozwiązanie jest zupełnie różne od naszego. Amerykański opis patentowy US 3,194,275 będzie przedstawiony poniżej, w połączeniu z bardziej szczegółowym opisem niniejszego wynalazku. Porównanie pomiędzy niniejszym wynalazkiem a rozwiązaniem przedstawionym wUS 3,194,275 wskazuje, że problemy i, w konsekwencji, ich rozwiązania są różne od siebie.

Stan techniki został przykładowo przedstawiony na załączonym rysunku, na którym pos. 1 przedstawia schematyczny widok z boku rdzenia znanego ze stanu techniki, mającego wewnętrzną średnicę 150 mm, pos. 2 - schematyczny widok z boku drugiego, często stosowanego w stanie techniki rdzenia, mającego średnicę 76 mm.

Pos. 1 przedstawia schematyczny widok z boku znanego ze stanu techniki rdzenia o wymiarach 13 mm x 150 mm. Długość krawędzi zwoju warstwy środkowej na metr rdzenia wynosi około 3340 mm w tym rdzeniu, gdy szerokość warstwy wynosi około 154 mm. Pos. 2 przedstawia schematyczny widok z boku drugiego, często stosowanego rdzenia ze stanu techniki o wymiarach 12 mm x 76 mm. Długość krawędzi zwoju warstwy środkowej na metr tego rdzenia wynosi około 1914 mm, gdy szerokość warstwy wynosi 150 mm.