Gerade oder gebogen: Welche Papierstabformmaschine ist besser?

Die Frage klingt einfach, aber die Antwort hängt von der Physik ab, über die die meisten Zeitungskäufer nie sprechen. AMaschine zum Formen von geraden Papierstäbenhat die gleiche Grundidee wie die Formmaschine für gebogene Papierstäbe. Sie alle verwenden Spiralwickelband und Kleber, um unter Spannung zusammenzukleben. Dann schneiden sie es lang. Doch die Form des Formweges verändert nahezu jedes messbare Detail der Produktion. Dazu gehören die Verteilung der Spulenspannung, die Gleichmäßigkeit der Wandstärke, der Zugang zum Dorn und die maximale lineare Geschwindigkeit, die die Maschine aufrechterhalten kann, bevor der Papierschlauch seine Formfestigkeit verliert.

Hier sehen Sie, welche Auswirkungen die einzelnen Einstellungen tatsächlich auf das Papier haben, wo sie am besten funktionieren und welche Aufgaben Sie dazu zwingen, sich für eine Sorte und nicht nur für eine Sorte zu entscheiden.

Was „gerade“ und „gebogen“ tatsächlich beschreiben

Bei der Herstellung von Papierstangen bezieht sich der Name auf die Sitzposition der Formstange relativ zum Vorschubweg des Papierstreifens.

Bei einer Raupenmaschine ist die Vorschubstange gerade oder fast gerade. An einem Ende des Bandes befand sich eine Rolle. Es legt sich unter kontrollierter Spannung spiralförmig um den Stab. Das geformte Rohr kommt dann am anderen Ende in derselben geraden Linie heraus. Der gesamte Formbereich - vom Band bis zum Schnitt - folgt einer geraden Linie.

Bei einer Maschine mit gekrümmten Bahnen (Typ mit gebogener oder abgewinkelter-Führung) stehen der Vorschubstreifen und die Stangenachse in einem festen Winkel. Normalerweise beträgt die Temperatur 30–60 Grad. Das Band muss also die Richtung ändern, wenn es sich dem Einrollpunkt nähert. Das geformte Rohr wird schräg zum Vorschub gerollt.

Der Formunterschied klingt gering. Aber es hat auch große Auswirkungen.

Wicklungsspannung: Wo die Physik auseinandergeht

Die Wickelspannung ist das wichtigste Problem bei der Spiralformung von Papierhülsen. Bei zu geringer Spannung kollabiert das Rohr. Bei zu hoher Höhe reißen die inneren Schichten des Papiers und überlappen sich. Ein Lutscher- oder Strohhalmstab mit einem Durchmesser von normalerweise 4 bis 8 mm hat einen Zielspannungsbereich von etwa 2 bis 8 N für 60 g/m²-Papierband mit etwa 2 bis 8 N. ISO 9073-3:2020 gibt die Methode zum Strecken der Papierbänder in diesem Dickenbereich an.

Bei der Einstellung „Gerade{0}}bewegt sich das Band in einer geraden Linie zum Aufwickelpunkt. Spannungsänderungen-vom Gewicht der Spule über die Dicke des Bandes oder die Drehmomentschwankung des Motors-gehen direkt zum Wickelpunkt, ohne dazwischenliegende Formänderung. Der Zusammenhang zwischen der Bremsspannung an der Auslöserolle und der Spannung an der Stange ist nahezu linear und leicht vorhersehbar. Diese Vorhersagbarkeit ermöglicht es einer geraden Papierstabformmaschine, mit konstanten Liniengeschwindigkeiten von 150–400 m/min ohne konstante Spannungsschwankungen zu arbeiten. Allerdings muss man die Freigabebremsrechte anpassen (Soroka, 2009).

In einer Biegemaschine muss das Band um den Führungsschienenabschnitt gebogen werden, bevor es die Stange erreicht. Dies erhöht den Reibungseffekt der Winde. Die Spannung am Wickelpunkt ist gleich e ^ (mu) der Vorschubspannung. Dabei ist das Myon die Anzahl der Reibungspunkte auf der Oberfläche der Führungsschiene, der Radiuswinkel (Eytelwein-Windengleichung, zitiert in Hamrock, Schmid & Jacobson, 2004). Die Spannung der 45?? Die Führungsschiene ist bei Myon=0.15 etwa 1,11-mal höher (beschichtete Führungsschiene im Vergleich zu 70 g/m²-Papier). Dieser Effekt ist gering, wenn die Maschine stabil steht, wird jedoch größer, wenn sie beschleunigt und langsamer wird. Dabei verändert die Trägheit das wahre Myon für kurze Zeit. Diese Art von Fehler tritt in der linearen Produktion fast nie auf, wenn alle anderen Einstellungen gleich sind.

Dorngeometrie und Wandstärkengleichmäßigkeit

Der Stab bestimmt die innere Lochgröße des fertigen Sticks. Bei einer Gleismaschine ist die Stange eine lange, statische Stahlstange (oder ein Hohlrohr für Kühlwasser in einer schnellen Leitung). Sie erstreckt sich über den gesamten Wickelbereich und beträgt in der Regel 600–1.200 mm. Papier formt sich und fällt vom freien Ende des Stabes ab.

Da der Stab gerade ist und der gewundene Weg eine gerade Linie ist, bleibt der Steigungswinkel der Spirale -der Winkel, in dem das Band den Stab umgibt-über die gesamte Formungslänge gleich. Eine gleichmäßige Teilung bedeutet eine gleichmäßige Breite der Schichtüberlappung. Dies ergibt eine stabile Wandstärke. Die TAPPI T411-Messung der fertigen Rohrdicke in der Direktproduktion zeigt normalerweise eine Abweichung von weniger als 3 % in der Rohrlänge.

In der Biegemaschine wird durch die Richtungsänderung der Führungsschiene der Anstellwinkel der Außenschicht etwas ungleichmäßiger als der der Innenschicht. Diese Unebenheit ist minimal. -Normalerweise beträgt der tatsächliche Umschlingungswinkel zwischen der proximalen und der distalen Kante des Bandes einen Unterschied von 1-3 Grad, aber sie macht einen spürbaren Unterschied in der Überlappungsbreite um den Rohrkreis herum. Bei Lutscherstäbchen oder Wattestäbchenschäften kommt es auf die Rundheit des Querschnitts an (der Lutscher muss für Formen oder Wattestäbchenköpfe geeignet sein) sowie auf die Variation der Dicke des Wandumfangs. Bei Papierstrohhalmen, die im Produkt versteckt sind, spielt das keine Rolle.

Dornzugang und Umrüstzeit

Jede Formmaschine, die einen anderen Stabdurchmesser verwendet, muss den Stab ersetzen. Das ist das große Ding daran, Straights in der realen Welt zu setzen.

Bei einer linearen Maschine ziehen Sie den Stab gerade von einem Ende des Wickelbereichs. Der Job erfordert keine Pause vom Mentoring. Es muss weder erneut-durch eine gebogene Führungsschiene gefädelt noch neu-gewinkelt werden. Ein geschulter Arbeiter wechselt eine Stange in einer geraden Linie in 8–15 Minuten. TAPPI T556 gibt eine allgemeine Installationszeit für Schlauchmaschinen an, die tatsächliche Zeit variiert jedoch je nach Maschinentyp.

Bei einer Biegemaschine wird der Stab in einem bestimmten Winkel zur Vorschubmenge fixiert. Um es zu entfernen, müssen Sie zunächst die Führungsbaugruppe reinigen. Um es wieder einzusetzen, müssen Sie den Winkel, in dem sich die Führungsstange biegt, neu einstellen, um ihn an den neuen Stangendurchmesser anzupassen. Denn die optimale Biegeform variiert mit dem Rohrdurchmesser. Die Umrüstzeit für den Bieger beträgt für den Gesellen 20–45 Minuten. An Produktionsstandorten, an denen sich der Durchmesser täglich ändert, beispielsweise bei gemischten Bestellungen für Stiele mit einem Durchmesser von 6 mm bis 12 mm, kommt eine zusätzliche Ausfallzeit von 15 bis 30 Minuten pro Schicht hinzu.

Geschwindigkeit und Ausgabekapazität

Gerade Papierstangenformmaschinen mit einem einzigen Spulenkopf arbeiten normalerweise in Formrohren mit einer Geschwindigkeit von 150–400 m/min. Damit können etwa 2.500–8.000 fertige Stäbchen mit einer Länge von 60 mm pro Minute geschnitten werden. Schnelle, sperrige Modelle mit zwei oder vier parallelen Stangen auf einem Rahmen können über 15.000 Teile pro Minute schaffen.

Aufgrund der bereits erwähnten Spannungsgrenze der Winde sind Biegemaschinen im Allgemeinen auf 80–250 m/min ausgelegt. Das Spannungsproblem bei hoher Geschwindigkeit bestimmt ihre eigentliche Grenze. Dieser Geschwindigkeitsunterschied ist ein entscheidender Geschäftsfaktor für eine sehr große Anzahl grundlegender Trinkhalmproduktionen-wie z. B. Catering-Aufgaben, bei denen Dutzende Millionen Strohhalme bestellt werden.

Bei dickwandigen Arbeiten (bei Wandstärken über 0,6 mm sind 3 bis 5 Schichten erforderlich) ist der Geschwindigkeitsvorteil der Direktverlegung deutlich geringer. Für die mehrschichtige Wicklung sind mehr Papierzuführungsstationen erforderlich. Auf einer Glättmaschine benötigt jedes neue Bandstück eine längere Formfläche. Dadurch wird die Maschine größer. In einer Biegemaschine passen sich kleinere Formen eher einem größeren Eintrittswinkel auf kleinerem Raum an. Für dickwandige Industriepapierröhren-anstelle von Stäben-ist das Aufwickeln des gewundenen Pfads normalerweise die bevorzugte Option. Dies liegt daran, dass räumliche Beschränkungen wichtiger sind als Geschwindigkeitsanforderungen (Twede & Selke, 2005).

Schnitt-Mechanismus und End-Oberflächenqualität

Beide Maschinentypen verwenden eine von zwei Kürzungsmethoden. Eine davon ist eine rotierende Scheibenklinge, die zum Schneiden beweglicher Rohre verwendet wird. Das andere ist ein Spurwerkzeug, das beim Schneiden der Länge eines Rohrs folgt. Die Qualität des Endes-das Quadrat des Schnitts und ob es zu Rissen kommt-hängt weitgehend von der Schärfe und dem Geschwindigkeitsverhältnis der Klinge ab. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Weg gerade oder gekrümmt ist.

Das ist der wahre Unterschied. Die Abschneideeinheit befindet sich am Ende des Rohrweges auf einer Blende. Dadurch lässt sich ganz einfach eine zweite Schneidestation hinzufügen, sodass beide Längen gleichzeitig geschnitten werden können. Beim Biegen kommt das Rohr schräg heraus. Um der Linie eine zweite Schneidstation hinzuzufügen, müssen Sie daher zwischen dem Aufwickeln und dem Schneiden einen geraden Abschnitt des Rohrs hinzufügen.

Für Arbeiten, die präzise Umkehrungen oder Diagonalen erfordern-wie medizinische Düsen, Wattestäbchenstiele und Kaffeerührer-können Sie am anderen Ende beider Geräte eine sekundäre Anfasstation hinzufügen. In diesem Schritt hat keiner der Typen formbasierte Vorteile.

Application Matching: Welches Format wohin gehört

Der richtige Maschinentyp hängt davon ab, was Sie herstellen müssen, und nicht von allgemeinen Vorlieben.

Gerade Züge sind die übliche Wahl für:

• Papierstrohhalme (4–12 mm Durchmesser, große Portion)
• Lutscher und Schokoriegel (3–6 mm, falsche Größe, müssen der Form entsprechen)
• Wattestäbchenschaft (2,5–3,5 mm, Rundheit ist wichtig für die Installation des Tupferkopfes)
• Medizinische Applikatoren (gerade-ausziehbare Stange, einfache Reinigungsform erleichtert die Reinraumproduktion)

Maschinen mit gebogenen -Pfaden eignen sich besser für:

• Dickwandige Papierröhren, wenn der Platz knapp ist
• Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen mit wenigen Durchmesseränderungen
• Jobs, bei denen ein flexibler Rohraustrittswinkel den Anschluss an eine größere Produktionslinie erleichtert

Mittlere -Aufträge-wie 100 bis 300 Millionen Strohhalme von 6 bis 8 Millimetern pro Jahr-machen keinen Unterschied. Für diese ist jeder Typ geeignet. Die nächsten Entscheidungen sind, wie gut die Arbeiter die Maschine kennen, ob Teile leicht verfügbar sind und wie viel die Maschine kostet.

Ein Hinweis zur Klebstoffanwendung

Beide Modelle verwenden wasserbasiertes Dextrin oder PVA-Kleber in den Bereichen, in denen sich das Klebeband überlappt. Das Leimsystem ist nicht von der Lockenform abhängig, die Trocknungszeit des Klebers hängt jedoch von der Lockenform ab. Bei 350 Meilen pro Stunde verlässt das Formrohr den Wickelbereich in etwa 0,1 bis 0,2 Sekunden. Wenn der Kleber nicht ausreichend fest ist, um das Öffnen des Rohrs an dieser Stelle zu verhindern, bricht das Rohr auf der Säge. Sie können dieses Problem lösen, indem Sie die Dicke des Klebers (normalerweise 2.000 bis 20 mps, ISO 2555 °C) und die Leitungstemperatur kontrollieren. Bei Kurvenmaschinen mit niedriger-Geschwindigkeit gilt: Je länger das Rohr auf der Stange bleibt, desto mehr Zeit zum Trocknen hat der Kleber. Dies ist ein echter Vorteil für das langsame Trocknen des Klebers in kalten Umgebungen.

Zusammenfassung

Die Wahl zwischen einer geraden-Stabformmaschine und einer gebogenen Papierstabformmaschine ist nicht immer die bessere. Eine gerade Papierstabformmaschine bietet eine höhere Leistung, eine gleichmäßigere Wandstärke, schnellere Stabwechselgeschwindigkeiten und eine stabilere Wickelspannung im gesamten Geschwindigkeitsbereich. Diese Vorteile sind der Schlüssel zur Massenproduktion-von Strohhalmen und Schokoriegeln. Der gebogene Pfad ist so eingestellt, dass Sie eine kleinere Größe und eine geringere Spitzenspannung im Stiefel erhalten. Diese sind wichtig für dickwandige Rohre, geringe-Laufvolumina und kompakte Produktionsflächenlayouts.

Für alle Vorgänge mit Lebensmittelkontakt, die einen geringen Durchmesserfehler und eine hohe Leistung erfordern, ist „Straight-Through“ der technische Standard. Für alles andere mag die Form des Gebäudes das letzte Wort sein.

Referenzen

• ISO 9073-3:2020.Textilien - Prüfverfahren für Vliesstoffe - Teil 3: Bestimmung der Zugfestigkeit und Dehnung. ISO.
• TAPPI T411 om-15.Dicke (Dicke) von Papier, Pappe und kombiniertem Karton. TAPPI.
• TAPPI T556 Uhr-12.Verfahren zur Bestimmung der Eignung von Papierherstellungsanlagen für verschiedene Papiertypen. TAPPI.
• ISO 2555:2018.Kunststoffe - Harze im flüssigen Zustand oder als Emulsionen oder Dispersionen - Bestimmung der scheinbaren Viskosität nach der Brookfield-Test-Methode. ISO.
• Hamrock, BJ, Schmid, SR & Jacobson, BO (2004).Grundlagen der Flüssigkeitsfilmschmierung(2. Aufl.). Marcel Dekker. (Capstan-Gleichung, Kapitel 12.)
• Soroka, W. (2009).Grundlagen der Verpackungstechnik(4. Aufl.). Institut für Verpackungsfachleute.
• Twede, D. & Selke, S. (2005).Kartons, Kisten und Wellpappe: Handbuch der Papier- und Holzverpackungstechnologie. DEStech-Veröffentlichungen.
• Paine, FA (1991).Das Handbuch für Verpackungsbenutzer. Blackie Akademiker.
• Hanlon, JF, Kelsey, RJ & Forcinio, HE (1998).Handbuch der Pakettechnik(3. Aufl.). CRC-Presse.
• Robertson, GL (2013).Lebensmittelverpackung: Prinzipien und Praxis(3. Aufl.). CRC-Presse.
• ISO 534:2011.Papier und Karton - Bestimmung von Dicke, Dichte und spezifischem Volumen. ISO.
• ASTM D2290-19.Standardtestverfahren für die scheinbare Ringzugfestigkeit von Kunststoffrohren oder verstärkten Kunststoffrohren mit der Split-Disk-Methode. (Referenziert für die Ringspannungsmethode, die für Strukturprüfungen von Papierrohren anwendbar ist.) ASTM International.