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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verpackungsbehälter für ein unter
Druck stehendes, flüssiges
Nahrungsmittel, wie zum Beispiel Bier, kohlensäurehaltige alkoholfreie Getränke, kohlensäurehaltiges
Mineralwasser oder Schaumwein, wobei der Verpackungsbehälter aus
einem Verpackungslaminat ausgebildet wird, das wenigstens eine Kernschicht
aus Papier oder Karton umfasst, die eine Hauptfaserausrichtung in
einer ersten Richtung derselben aufweist. Die vorliegende Erfindung
betrifft weiterhin das Verpackungslaminat für den Verpackungsbehälter sowie
ein Verfahren zum Herstellen des Verpackungsbehälters.
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STAND DER
TECHNIK UND PROBLEME
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Auf
dem Markt verfügbare
handelsübliche Verpackungsbehälter, die
unter dauerhaftem Innenüberdruck
stehen, da sie mit einem unter Druck stehenden, flüssigen Nahrungsmittel,
wie zum Beispiel Bier, kohlensäurehaltigen
alkoholfreien Getränken, kohlensäurehaltigem
Mineralwasser oder Schaumwein gefüllt sind, bestehen heute aus
Behältern,
die aus Glas, Kunststoff oder Metall hergestellt werden.
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Es
wurden Versuche unternommen, solche Behälter aus einem Verpackungslaminat
herzustellen, das Kernschichten aus Papier und Karton sowie Gassperrschichten
und Flüssigkeitssperrschichten umfasst.
In einem solchen Kontext tritt jedoch ein Problem auf, das auf das
Strecken oder Dehnen der Fasern in der Papier- oder Kartonschicht
(der Kernschicht) zurückverfolgt
werden kann. Der Grund dafür
ist der, dass bei der Herstellung der Papier- oder Kartonschicht
auf einer Papier- oder Kartonmaschine das Fasernetzwerk in der Maschinenrichtung
der Papier- oder Kartonmaschine gestreckt wird, wohingegen ein entsprechendes
Strecken in der Querrichtung nicht stattfindet. Weiterhin sind die
Fasern infolge des Ausbildens der Bahn, wenn ein Stoffstrahl eines
Zellulosestoffes auf den Draht, der in der Maschinenrichtung läuft, gerichtet
wird, im Wesentlichen in der Maschinenrichtung der Papier- oder
Kartonbahn ausgerichtet.
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Wenn
ein röhrenförmiger Verpackungsbehälter für ein unter
Druck stehendes, flüssiges
Nahrungsmittel aus einem Verpackungslaminat hergestellt werden soll,
das eine Kernschicht aus dem Papier oder dem Karton umfasst, wird
das Papier oder der Karton geeignet genutzt, so dass die Maschinenrichtung
des Papiers oder des Kartons mit einer Tangente des Umfanges des
Verpackungsbehälters übereinstimmt,
das heißt
das Papier oder der Karton wird so angeordnet, dass die Fasern im
Wesentlichen in einer Richtung um den kreisförmigen Umfang des Behälters ausgerichtet
sind. Der Grund dafür
ist, dass das Papier bzw. der Karton in dieser Richtung wegen der
Faserausrichtung die größte Festigkeit aufweist,
während
gleichzeitig die größten Dehnungen
in dem Material wegen des Innenüberdruckes
in dieser Richtung auftreten. Jedoch treten Dehnungen natürlich auch
als Ergebnis des Innenüberdruckes
in der axialen Richtung des Be hälters
auf, was bedeutet, dass sich das Papier- oder Kartonmaterial in
der axialen Richtung des Behälters
ausdehnen (kriechen) wird, so dass sich die Länge des Behälters vergrößert, nachdem der Behälter einige
Zeit lang im Regal gestanden hat. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass
die Fasern wie oben beschrieben anfangs keine deutliche Streckung
in der Querrichtung des Papiers bzw. des Kartons, das heißt in der
axialen Richtung des Behälters,
aufweisen. Wenn anstelle dessen das Verpackungslaminat um 90 Grad
gedreht würde,
würde dieses
Problem natürlich
anstelle dessen in der tangentialen Richtung des Behälters auftreten,
in welchem Falle der Behälter quellen
würde und
dadurch die Gefahr des Versagens eintreten würde.
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WO
99/59882 beschreibt ein Verpackungslaminat, das mit mehreren, zum
Beispiel vier, Schichten aus Papier oder Karton ausgebildet wird.
Darüber hinaus
wurde das Risiko des Versagens dahingehend reduziert, dass die Längsfugen
für diese
verschiedenen Schichten an verschiedenen Positionen um den Umfang
des Behälters
herum angeordnet worden sind. Diese Ausbildung des Verpackungslaminats
und des Verpackungsbehälters
ist jedoch wegen der extremen Kosten, die wegen der großen Stärke, oder
mit anderen Worten der großen
Menge von Karton, die wegen des komplexen Verfahrens zum Ausführen der
Längsfugen
an verschiedenen Positionen um den Umfang des Behälters herum
entstehen, nicht kommerziell lebensfähig.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das oben genannte
Problem zu vermeiden und insbesondere einen Verpackungsbehälter für ein unter
Druck stehendes, flüssiges
Nah rungsmittel vorzuschlagen, wobei der Verpackungsbehälter einfach und
gleichzeitig wirtschaftlich in der Herstellung sein soll, wobei
keine großen
Mengen an Papier oder Karton benötigt
werden, und wobei er dennoch bei Lagerung mit einem Inhalt aus einem
unter Druck stehenden, flüssigen
Nahrungsmittel strukturell stabil sein soll. Ein weiteres Ziel der
vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verpackungslaminat für einen
Verpackungsbehälter
gemäß der vorliegenden
Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsbehälters gemäß der vorliegenden
Erfindung vorzuschlagen.
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Diese
und andere Ziele werden mittels des Verpackungsbehälters, des
Verpackungslaminats sowie des Verfahrens zur Herstellung des Verpackungsbehälters wie
in den anhängenden
Patentansprüchen
definiert erzielt.
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Der
Erfindungsgedanke besteht darin, im Voraus den größten Teil
der Ausdehnung oder des Kriechens des Verpackungslaminats, insbesondere
seiner Kernschicht aus Papier oder Karton, die oder das dann auftritt,
wenn diese einem dauerhaften Überdruck
ausgesetzt wird, herauszunehmen. Hierbei kann das Verpackungslaminat
in dem fertigen Verpackungsbehälter
trotz einer relativ kleinen Materialmenge in der Kernschicht einer
relativ großen
Dauerbelastung ausgesetzt werden, da eine Verschiebung der Kriechkurve
der Kernschicht stattfindet. Insbesondere soll eine Vor-Dehnung
oder Vor-Verformung in der Querrichtung des Papiers oder Kartons,
das heißt
in einer Richtung, die im Wesentlichen im rechten Winkel zu der
Hiauptfaserausrichtung des Papiers oder des Kartons, normalerweise
in einer Richtung, die im rechten Winkel zu der Maschinenrichtung
steht, durchgeführt
werden. Dies wird dadurch realisiert, dass wenigstens die Kernschicht
des Verpackungslaminats für
den Verpackungsbehälter
in einer Richtung (nachfolgend die zweite Richtung genannt) vorgedehnt
wird, die im rechten Winkel zu der Richtung der Hauptfaserausrichtung
(nachfolgend die erste Richtung genannt) zu einem Zeitpunkt vor dem
Verschließen
des Verpackungsbehälters
vorgedehnt wird.
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Die
Vor-Dehnung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann an der Kernschicht bereits durchgeführt werden, bevor diese mit
anderen Schichten in dem Verpackungslaminat laminiert wird. Alternativ dazu
kann die Vor-Dehnung an dem Verpackungslaminat durchgeführt werden,
bevor dieses in einen Behälterkörper umgeformt
wird, oder die Vor-Dehnung kann auch an dem Verpackungsbehälter in
Verbindung damit, dass dieser mit dem unter Druck stehenden, flüssigen Nahrungsmittel
gefüllt
wird, durchgeführt
werden.
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Die
Kernschicht weist nach dem Vor-Dehnen eine Längsabmessung (Lexp)
in der zweiten Richtung auf, wobei diese Längsrichtung (Lexp)
etwa 1–6%,
vorzugsweise 1–5%,
größer ist
als die entsprechende Längsrichtung
(L0) in der Kernschicht in dem nicht gedehnten
oder gestreckten Zustand. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass
eine Abmessung zwischen zwei Punkten in der Kernschicht, wobei diese
beiden Punkte in der zweiten Richtung in Bezug aufeinander ausgerichtet
sind, sich um 1–6%,
vorzugsweise 1–5%,
erhöht,
wenn die Vor-Dehnung durchgeführt wird.
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Eine
absolute Obergrenze für
das Vor-Dehnen besteht natürlich
in Form der Bruchdehnungsgrenze der Kernschicht des Verpackungslaminats
in seiner zweiten Richtung. Ein weiteres Verfahren, um das bevorzugte
Maß der
Vor-Dehnung auszudrücken,
ist daher, die Bruchdehnungsgrenze der Kernschicht oder des Laminats
in eine Beziehung zu setzen, zum Beispiel dass das Vor-Dehnen mit
wenigstens 20% der Bruchdehngrenze, jedoch höchstens 95%, vorzugsweise höchstens
90% und stärker
vorzugsweise höchstens
85% der Bruchdehnungsgrenze, durchgeführt wird. Für eine Papier- oder Kartonschicht
der hier verwendeten Art beträgt
die Bruchdehngrenze 1,5–2,5%
in der Maschinenrichtung und 5–6%
in der Querrichtung.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ANHÄNGENDEN ZEICHNUNGEN
UND AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die anhängenden
Zeichnungen ausführlich
beschrieben werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
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1 zeigt
einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verpackungslaminats gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verpackungslaminats
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des
Verpackungsbehälters
gemäß der vorliegenden Erfindung,
von der Seite gesehen.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel des
Verpackungslaminats gemäß der vorliegenden Erfindung,
von der Seite gesehen.
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5 zeigt
eine Bezugskurve von Dehnung als Funktion der Zeit in einer nicht
vorgedehnten Kernschicht eines Kartons, die einer Belastung in ihrer
Querrichtung ausgesetzt worden ist.
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6 zeigt
eine Kurve von Dehnung als Funktion der Zeit für eine um 1% vorgedehnte Kernschicht
von Karton, die einer Belastung in ihrer Querrichtung ausgesetzt
worden ist.
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7 zeigt
eine Kurve von Dehnung als Funktion der Zeit für eine um 2% vorgedehnte Kernschicht
von Karton, die einer Belastung in ihrer Querrichtung ausgesetzt
worden ist.
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8 zeigt
eine Kurve von Dehnung als Funktion der Zeit für eine um 3% vorgedehnte Kernschicht
von Karton, die einer Belastung in ihrer Querrichtung ausgesetzt
worden ist.
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9 zeigt
eine Kurve von Dehnung als Funktion der Zeit für eine um 4% vorgedehnte Kernschicht
von Karton, die einer Belastung in ihrer Querrichtung ausgesetzt
worden ist.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Verpackungslaminats 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dieses zeigt zwei Kernschichten 11a und 11b aus
Papier oder Karton. Ein Gesamtpapiergewicht der Paperschicht in
dem Laminat beträgt
normalerweise 200 bis 400 g/m2, vorzugsweise
200 bis 350 g/m2 und stärker vorzugsweise 200 bis 300
g/m2, geeignet etwa gleichmäßig verteilt
auf die beiden Kernschichten 11a und 11b. Die
Kernschichten 11a und 11b sind weiterhin mittels
einer Schicht aus Klebstoff 12, die zum Beispiel aus Stärke oder
Polyethylen bestehen kann, im Wesentlichen auf den gesamten einander
zugewandten Flächen
in geeigneter Weise durchgehend mit einender verbunden. Auf der Seite
des Laminats, die die Außenseite
des Verpackungsbehälters,
der aus dem Laminat hergestellt wird, bilden soll, wird eine dünne Schicht 13 aus
einem Thermoplast, vorzugsweise aus Polypropylen, bereitgestellt.
Auf der gegenüberliegenden
Seite der Kernschichten 11a, 11b werden Schichten
bereitgestellt, die einerseits eine Klebstoffschicht 14,
zum Beispiel aus Kleb-Thermoplast, vorzugsweise Polyethylen oder
Polypropylen, und andererseits eine Sperrschicht 15 sowie
eine Thermoplastbeschichtung 16, die außerhalb der Sperrschicht bereitgestellt wird
und vorzugsweise aus Polypropylen besteht umfasst, wobei die Kernschicht
durchgehend und über ihre
gesamte Fläche
bedeckt ist. Der Ausdruck Sperrschicht 15 bedeutet hierbei
eine Schicht, die im Wesentlichen eine Barriere gegen Sauerstoffgas
darstellt. Eine bevorzugte Sperrschicht besteht aus einer Metallfolienschicht,
vorzugsweise aus einer Aluminiumfolieschicht.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
Verpackungslaminats 10a gemäß der vorliegenden Erfindung,
das in allen Aspekten dem in 1 veranschaulichten
entspricht, das jedoch anstelle der äußeren Schichten aus Polypropylen
doppelte äußere Schichten 17, 18a und 17b, 18b aus
Polyethylen und Polyethylenterephthalat aufweist, wobei die Polyethylenterephthalat-Schicht 18a,
b die beiden äußeren Schichten
in dem Verpackungslaminat bildet. Auf der Innenseite des Laminats
besteht die Polyethylenschicht 17b geeignet aus Polyethylen niedriger
Dichte (LDPE).
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Zusätzlich zu
den in 1 und in 2 veranschaulichten
Ausführungsbeispielen
kann das Verpackungslaminat natürlich
auf zahlreiche andere Arten hergestellt werden, wie zum Beispiel
mit anderen Arten von Gassperrschichten und Flüssig keitssperrschichten. Das
Laminat kann auch so ausgebildet werden, dass es lediglich eine
Kernschicht aus Papier oder Karton aufweist oder dass es möglicherweise
drei oder mehr Schichten aufweist, wobei diese letztgenannte Art
aus wirtschaftlicher Sicht weniger zu bevorzugen ist. Wenn es mehr
als eine Kernschicht gibt, werden wenigstens zwei derselben, oder stärker vorzugsweise
alle dieser Kernschichten aus Papier oder Karton auf geeignete Weise
gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgedehnt.
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3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verpackungsbehälters 20. Dieser
weist einen Behälterkörper 22 auf,
der aus einem kreisförmigen,
zylindrischröhrenförmigen Körper von
kreisförmigem
Querschnitt besteht und mit beständigen
Längsfugen 27 versehen
ist, die vorzugsweise durch Heißverschweißen der
thermoplastischen Schichten in dem Laminat hergestellt werden. Ein
Deckel 23 und ein Boden 24 werden durch beständige Fugen 25,
die vorzugsweise durch Heißverschweißen hergestellt
werden, mit dem Behälterkörper 22 verbunden.
Der in der Figur gezeigte Deckel und Boden ist lediglich als grundsätzliche
Veranschaulichung anzusehen, und die tatsächliche Ausbildung und Gestaltung
des Deckels und/oder des Bodens kann auf verschiedene Arten erfolgen,
einschließlich
zahlreicher Abänderungen
der Öffnungsanordnungen.
Weiterhin ist die Maschinenrichtung MD für die Kernschicht in dem Verpackungsbehälter/Verpackungslaminat
in der Figur mit einem Pfeil angedeutet worden. Diese Maschinenrichtung
entspricht der Hauptfaserausrichtung und wird in diesem Kontext
auch als die erste Richtung bezeichnet. Dementsprechend ist die
Querrichtung CD der Kernschicht mit einem Pfeil gekennzeichnet worden,
und diese Querrichtung stimmt im Wesentlichen mit einer Erzeugenden
des Körperbehälters überein und
wird in diesem Kontext auch als die zweite Richtung bezeichnet.
Die Außenabmessungen
des Verpackungsbehälters 20 entsprechen
normalerweise zum Beispiel einem Behälter für Bier, wobei die herkömmlichen
Abmessungen einer Metalldose für
Bier normalerweise ein Fassungsvermögen von 33 und 50 cl ergeben.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verpackungsbehälters 21, der
in allen Aspekten dem Verpackungsbehälter 20 entspricht,
mit der Ausnahme, dass der Behälterkörper 26 eine
sich konisch verjüngende
Ausbildung mit einem kreisförmigen
Querschnitt aufweist.
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Bei
der Herstellung des Verpackungsbehälters oder der Verpackungslaminats
gemäß der Erfindung
wird die Vor-Dehnung der Kernschicht/en gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
an einer beweglichen Bahn der Kernschicht (Papier- oder Kartonschicht)
bewirkt, indem die Bahn, die eine Hauptfaserausrichtung in ihrer
Bewegungsrichtung oder in der Maschinenrichtung aufweist; in der
zweiten Richtung vorgedehnt wird, welche die Querrichtung der Bahn
darstellt. Insbesondere kann dies zum Beispiel dadurch erfolgen,
dass beide Längsränder der
Bahn fest durch Greifelemente gehalten werden, wobei eine Zugbelastung
auf die Bahn in ihrer Querrichtung mit Hilfe einer Ziehvorrichtung,
die mit den Greifelementen verbunden ist, aufgebracht wird. Möglicherweise
kann auch eine geringere Vor-Dehnung in der Maschinenrichtung bewirkt
werden. Es ist ebenso denkbar, anstelle der oder in Kombination
mit der Zugbelastung eine Druckbelastung auf die eine Seite der
Bahn auszuüben,
während
gleichzeitig beide Längsränder der
Bahn fest durch die Greifelemente gehalten werden. Eine solche Zugbelastung
kann durch einen Gasdruck bewirkt werden, der auf die eine Seite
der Bahn aufgebracht wird.
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Gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung erfolgt das Vor-Dehnen durch Belasten des
fertigen Verpackungslaminats oder von zwei oder mehr Schichten desselben,
die wenigstens eine Kernschicht des Verpackungslaminats umfassen.
Dies kann an einer beweglichen Bahn aus Laminat vollständig analog
zu der oben beschriebenen Art und Weise erfolgen, oder aber diskontinuierlich
jeweils an einem größeren oder
kleineren Stück
von Verpackungslaminat auf einmal.
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Gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird das Vor-Dehnen durchgeführt, indem
der umgebildete Behälterkörper innen
mit einem Druckmedium druckbeaufschlagt wird, bevor oder während der
Behälterkörper mit
dem Nahrungsmittel gefüllt
wird. In einem solchen Fall ist es vorzuziehen, wenngleich nicht
notwendig, dass das Druckbeaufschlagungsmedium aus dem eigentlichen
unter Druck stehenden, flüssigen
Nahrungsmittel besteht. Alternativ dazu kann das Druckbeaufschlagungsmedium
aus einer anderen Flüssigkeit oder
aus Gas, wie zum Beispiel Luft, bestehen. Die Druckbeaufschlagung
wird vorzugsweise bei einem Druck von 1 bis 12 Bar und stärker vorzugsweise
von 3 bis 8 Bar während
einer für
das Vor-Dehnen erforderlichen Zeit durchgeführt. Wenn das Druckbeaufschlagungsmittel
aus dem flüssigen
Nahrungsmittel besteht, wird der Druck in dem Behälterkörper danach
reduziert, bevor der Behälterkörper verschlossen
wird. In einem anderen Fall wird der Druck vollständig entlastet,
wonach der Behälter
mit dem flüssigen
Nahrungsmittel gefüllt
und verschlossen wird.
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Gemäß einer
Variante der vorliegenden Erfindung kann das Belasten unabhängig von
dem Ausführungsbeispiel
bei einer erhöhten
Temperatur oberhalb der Raumtemperatur und/oder bei erhöh tem Feuchtigkeitsgehalt
in dem Papier oder Karton durchgeführt werden, um so die Wirkung
der Belastung zu erhöhen.
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BEISPIELE
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5 zeigt
eine Bezugskurve von Ausdehnung in Abhängigkeit von der Zeit für nicht
vorgedehntes Kraftpapier, das aus zwei Schichten von jeweils 145
g/m2 besteht, wobei das Kraftpapier einer Belastung
in der Querrichtung von 27,1 kNm/kg bei 80% relativer Luftfeuchte
unterzogen wird. Nach etwa zehn Minuten war das Papier in der Querrichtung
im Durchschnitt um etwa 4,5% gedehnt worden. (Die verschiedenen
Kurven zeigen die Ergebnisse aus mehreren verschiedenen Versuchen
unter den gleichen Versuchsbedingungen.)
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Die 6 bis 9 zeigen
Kurven für
entsprechende Versuche, die an der gleichen Art von Kraftpapier
durchgeführt
wurden, das vor den Versuchen auf 1%, 2%, 3% beziehungsweise 4%
vorgedehnt worden war. Von den Kurven kann abgelesen werden, dass
das Strecken des Materials bei Belastung im Verhältnis zu dem Maß des Vor-Dehnens
abnimmt. Bei einer Vor-Dehnung von 4% war das Papier in der Querrichtung
nach einer Belastung mit 27,1 kNm/kg bei einer relativen Luftfeuchte
von 80% nach etwa zehn Minuten im Durchschnitt um etwa 3,2% gestreckt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die obenstehenden Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern
kann abgeändert
werden, ohne dass von dem Erfindungsbereich der anhängenden
Patentansprüche
abgewichen würde.