DE9219106U1 - Embossed web and a device for producing the same - Google Patents

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DIEHL · GLAESER HILTL & PARTNERDIEHL · GLAESER HILTL & PARTNER

Patentanwälte ■ Flüggenstraße 13 · D - 80639 MünchenPatent Attorneys ■ Flüggenstraße 13 · D - 80639 Munich

Der Eintraqunq des Gebrauchsmusters zuqrundezuleqende Unterlaqen Dr. Hermann O. Th, Diehl ■ Diplom-Physiker Joachim W. Glaeser · Diplom-Ingenieur* Dr. Elmar HiItI ■ Diplom-Chemiker Erich Burger · Diplom-Ingenieur Dr. Thomas Leidescher ■ Diplom-Biologe Conditions of registration of the utility model Dr. Hermann O. Th, Diehl ■ Graduate physicist Joachim W. Glaeser · Graduate engineer* Dr. Elmar HiItI ■ Graduate chemist Erich Burger · Graduate engineer Dr. Thomas Leidescher ■ Graduate biologist

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.24. Oktober 1997 K5625-DE-U DI/KR/BA.24 October 1997 K5625-DE-U DI/KR/BA

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USAKimberly-Clark Corporation
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Geprägte Bahn und eine Vorrichtung zur Herstellung derselbenEmbossed web and a device for producing the same

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Die. Erfindung betrifft eine geprägte Bahn und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben.The invention relates to an embossed web and a device for producing the same.

Bei der Erzeugung von Tissueartikeln wie Gesichtstücher, Toilettenpapier und Papierhandtücher ist bekannt, daß Prägen sowohl das Volumen des Produkts erhöht als auch die ästhetische Wirkung verbessert. Ein Abstrich jedoch ist die Tatsache, daß Prägen auch die Festigkeit des geprägten Blattes verringert und daß im Falle von Rollenprodukten eine Volumenvergrößerung von einer Abnahme der Rollenfestigkeit begleitet wird.In the production of tissue articles such as facial tissue, toilet paper and paper towels, it is known that embossing both increases the volume of the product and improves the aesthetic appeal. A trade-off, however, is the fact that embossing also reduces the strength of the embossed sheet and that in the case of roll products, an increase in volume is accompanied by a decrease in roll strength.

US-A-2.834.809 beschreibt ein Verfahren zum Prägen von Papier unter Einsatz einer gemusterten Walze, bei welchem der Zwischenraum zwischen Oberkante eines hohen Bereichs einer Walze und des Grundes einer Vertiefung in einer zusammenpassenden Walze die Stärke des Papiers übersteigt, so daß das Papier in diesen Bereichen nicht zusammengedrückt wird.US-A-2,834,809 describes a method of embossing paper using a patterned roller, in which the gap between the top of a high region of a roller and the bottom of a depression in a mating roller exceeds the thickness of the paper so that the paper is not compressed in these regions.

Des weiteren offenbart JP-A-59 091 016 den Einsatz von Walzen, um eine geriffelte Bahn herzustellen. Die Walzen weisen zusammenpassende konkave und konvexe Bereiche auf, in welchen der Zwischenraum zwischen der Spitze und dem Grund der jeweiligen zusammenpassenden konkaven und konvexen Walzenbereiche größer ist als die Dicke des Bahnmaterials, während der Zwischenraum zwischen den Seitenbereichen der Walzen geringer als die Dicke der Bahnmaterialien ist.Furthermore, JP-A-59 091 016 discloses the use of rollers to produce a corrugated sheet. The rollers have mating concave and convex portions in which the gap between the tip and the bottom of the respective mating concave and convex roller portions is larger than the thickness of the sheet material, while the gap between the side portions of the rollers is smaller than the thickness of the sheet materials.

Die Erfindung schafft eine verbesserte geprägte Bahn nach unabhängigem Anspruch 1, und eine Vorrichtung, geeignet zur Herstellung solcher Bahnen, d.h. ein besonderes Prägewalzenpaar nach unabhängigem Anspruch 6. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich augenscheinlich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die Ansprüche verstehenThe invention provides an improved embossed web according to independent claim 1, and a device suitable for producing such webs, i.e. a special embossing roller pair according to independent claim 6. Further advantageous features, aspects and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. The claims are to be understood

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sich als ein' erster, nicht einschränkender Versuch, die Erfindung allgemein zu umreißen.as a first, non-limiting attempt to outline the invention in general terms.

Die Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß männliche und weibliche Prägeelemente, welche unterschiedliche Geometrien aufweisen (nicht übereingestimmte Prägeelemente) und/oder welche aus relativ verformbarem Material wie Gummi oder Kunststoff hergestellt sind, ein für den Betrachter stärker unterscheidbares Prägeirtuster schaffen können, welches dem geprägten Blatt ein größeres Volumen bei wesentlich geringerem Verlust an Festigkeit erteilt im Vergleich zu herkömmlichen Prägetechniken. Für die hier vorliegenden Zwecke verstehen sich Prägeelemente als Vorsprünge (männliche Prägeelemente) oder Vertiefungen (weibliche Prägeelemente) auf der Oberfläche einer Walze oder Platte, welche zum Schaffen von übereinstimmenden Biegungen (Prägungen) in einer Bahn verwendet werden. Übliche Verfahren zur Herstellung von Prägeelementen umfassen Gravur oder Ätzung.The invention is based on the discovery that male and female embossing elements having different geometries (mismatched embossing elements) and/or made of relatively deformable material such as rubber or plastic can create a more distinguishable embossing pattern to the viewer, giving the embossed sheet greater volume with significantly less loss of strength compared to conventional embossing techniques. For purposes herein, embossing elements are understood to be projections (male embossing elements) or depressions (female embossing elements) on the surface of a roller or plate used to create matching bends (embossings) in a web. Common methods for producing embossing elements include engraving or etching.

Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Bahn erfolgt durch ein Verfahren zum Prägen einer Bahn, umfassend das Biegen der Bahn zwischen nicht übereingestimmten männlichen und weiblichen Prägeelementen, wobei die Seitenwandneigung der weiblichen Prägeelemente größer ist als die entsprechende Seitenwandneigung der männlichen Prägeelemente. Wenn die männlichen und weiblichen Prägeelemente in Eingriff stehen, verursachen die unterschiedlichen Seitenwandneigungen, daß die Bahn an der Oberkante der weiblichen Prägeelemente zusammengepreßt oder gequetscht wird, wenn sich die Oberkante der 0 weiblichen Prägeelemente dem Punkt nähert, wo sie von der entsprechenden Seitenwand der männlichen Prägeelemente berührt wird. Dies ergibt Prägungen, welche deutlicher sind als herkömmliche Prägungen und schafft ein größeres Volumen bei einem gegebenen Festigkeitsgrad.The manufacture of a web according to the invention is accomplished by a method of embossing a web comprising bending the web between mismatched male and female embossing elements, the sidewall slope of the female embossing elements being greater than the corresponding sidewall slope of the male embossing elements. When the male and female embossing elements are engaged, the different sidewall slopes cause the web to be compressed or pinched at the top edge of the female embossing elements as the top edge of the female embossing elements approaches the point where it is contacted by the corresponding sidewall of the male embossing elements. This results in embossings which are more distinct than conventional embossings and provides greater volume for a given level of strength.

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Daneben kann die Herstellung einer erfindungsgemäßen Bahn durch ein Verfahren zum Prägen einer Tissuebahn zwischen einem Prägewalzenpaar, wobei eine der Prägewalzen männliche Gummiprägeelemente und die andere weibliche Gummiprägeelemente aufweist, erfolgen. Dabei wird bevorzugt, daß beide Prägewalzen gummiüberzogene Walzen sind, in welche die männlichen und weiblichen Prägeelemente lasergraviert wurden. Es wird auch bevorzugt, daß die männlichen und weiblichen Prägeelemente nicht übereingestimmt sind.In addition, the production of a web according to the invention can be carried out by a method for embossing a tissue web between a pair of embossing rollers, one of the embossing rollers having male rubber embossing elements and the other having female rubber embossing elements. It is preferred that both embossing rollers are rubber-coated rollers into which the male and female embossing elements have been laser engraved. It is also preferred that the male and female embossing elements do not match.

In einem anderen Aspekt schafft die Erfindung ein Paar von Prägewalzen, welche nicht übereingestimmte männliche und weibliche Prägeelemente aufweisen, wobei die Seitenwandneigung der weiblichen Prägeelemente größer ist als die entsprechende Seitenwandneigung der männlichen Elemente. Das Prägewalzenpaar kann eine Walze, die alle männlichen Elemente besitzt, und die zweite Walze, die alle weiblichen Elemente besitzt, umfassen, oder jede Walze kann sowohl männliche wie weibliche Elemente aufweisen. Vorzugsweise ist zumindest eine der Prägewalzen, am besten sind jedoch beide Prägewalzen mit einer Gummioberfläche überzogen. Gummiprägeelemente geben gegenüber der Bahn leicht nach, und es kann angenommen werden, daß es weniger wahrscheinlich ist, daß sie die Festigkeit der Bahn während des Prägens herabsetzen.In another aspect, the invention provides a pair of embossing rolls having mismatched male and female embossing elements, the sidewall slope of the female embossing elements being greater than the corresponding sidewall slope of the male elements. The embossing roll pair may comprise one roll having all male elements and the second roll having all female elements, or each roll may comprise both male and female elements. Preferably, at least one of the embossing rolls, but most preferably both embossing rolls, is coated with a rubber surface. Rubber embossing elements yield slightly to the web and are believed to be less likely to reduce the strength of the web during embossing.

In einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine geprägte Bahn mit einer Mehrzahl von Prägungen, wobei die durchschnittliche Dicke der Bahn am geringsten an der Kante der Prägungen ist. Für die hier vorliegenden Zwecke versteht 0 sich die Kante der Prägungen als der Bereich der Prägungen, welcher dem nicht gebogenen Bereich der Bahn benachbart ist. Dieser Bereich entspricht im allgemeinen dem Bereich der Bahn, welcher mit der Oberkante oder der Ecke des weiblichen Prägeelements während des Prägens in Kontakt tritt und wird genauer beschrieben in Verbindung mit der Zeichnung.In another aspect, the invention provides an embossed web having a plurality of embossments, wherein the average thickness of the web is smallest at the edge of the embossments. For purposes herein, the edge of the embossments is understood to be the area of the embossments adjacent to the non-bent area of the web. This area generally corresponds to the area of the web which contacts the top edge or corner of the female embossing element during embossing and is described in more detail in connection with the drawings.

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In noch einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine geprägte Bahn mit einer Mehrzahl von Prägungen, wobei der durchschnittliche maximale Deformationswinkel der Prägungen etwa 45 oder mehr, vorzugsweise etwa 50 oder mehr, am besten 55 oder mehr beträgt. Der maximale Deformationswinkel ist der maximale Winkel der Prägung relativ zum nicht gebogenen Bereich der nicht geprägten Bahn. Der theoretisch maximale Biegungswinkel beträgt 90°. Ein großer maximaler Biegungswinkel wird als ein wichtiger Faktor für das außergewöhnliche Volumen/Festigkeitverhältnis, welches die Produkte dieser Erfindung aufweisen, angesehen. Dieser Gedanke wird genauer mit Bezug auf Fig. 3B beschrieben.In yet another aspect, the invention provides an embossed web having a plurality of embossments, wherein the average maximum deformation angle of the embossments is about 45 or more, preferably about 50 or more, most preferably 55 or more. The maximum deformation angle is the maximum angle of the embossment relative to the unbent portion of the unbent web. The theoretical maximum bend angle is 90°. A large maximum bend angle is considered to be an important factor in the exceptional volume/strength ratio exhibited by the products of this invention. This concept is described in more detail with reference to Figure 3B.

Wie oben aufgezeigt, betrifft ein Merkmal dieser Erfindung die Bevorzugung von nicht "übereingestimmten" männlichen und weiblichen Prägeelementen. Hier eingesetzt soll dieser Begriff bedeuten, daß die männlichen und die weiblichen Prägeelemente nicht von gleicher Form sind, aber daß sie relativ zueinander so in Deckung angeordnet sind, daß sie ineinander eingreifen. Dies soll den Unterschied zu üblichen "übereingestimmten" Stahlprägeelementen herausarbeiten, bei welchen die männlichen Elemente zuerst graviert werden und die weiblichen Elemente dann in der weiteren Folge von den männlichen Elementen abgenommen werden, oder umgekehrt, sodaß beide Elemente innerhalb der Zweckmäßigkeiten der Herstellungstoleranzen praktisch entgegengesetzte oder umgekehrte Abbilder von einander darstellen. Dies ist nicht der Fall mit den bevorzugten Prägeelementen dieser Erfindung, in welcher, obwohl die männlichen und weiblichen Elemente ziemlich gut zusammenpassen oder ineinander eingreifen, die Seitenwandneigungen der männlichen und weiblichen Prägeelemente sich ausreichend unterscheiden, um einen vollständigen Formschluß zu verhindern, und dadurch unterschiedliche Verdichtung und/oder Abquetschung auf bestimmten Bahnbereichen schaffen, wenn die Prägeelemente im Eingriff sind.As indicated above, one feature of this invention relates to the preference for non-"matched" male and female embossing elements. As used here, this term is intended to mean that the male and female embossing elements are not of the same shape, but that they are arranged in register relative to one another so that they interlock. This is intended to distinguish it from conventional "matched" steel embossing elements in which the male elements are engraved first and the female elements are subsequently removed from the male elements, or vice versa, so that both elements are practically opposite or inverted images of one another within the practicability of manufacturing tolerances. This is not the case with the preferred embossing elements of this invention in which, although the male and female elements fit or engage each other fairly well, the sidewall slopes of the male and female embossing elements differ sufficiently to prevent complete interlocking and thereby create differential compaction and/or pinch-off on certain web regions when the embossing elements are engaged.

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Für nicht übereingestimmte Prägeelemente soll bevorzugterweise die Seitenwandneigung des männlichen Elements im Bereich von ungefähr 5° bis ungefähr 85° liegen, noch bevorzugter zwischen ungefähr 50° bis ungefähr 70° oder größer. Steilere Seitenwandwinkel werden für geeigneter gehalten, einen bleibenderen Knick in der Bahn in der Nähe, wo die Prägung den nicht gebogenen Bereich der Bahn trifft, zu schaffen. Da die Tiefe der sich ergebenden Prägung durch das Ausmaß, mit dem das männliche Prägeelement in das weibliche Prägeelement eindringt, bestimmt wird, sollte der Unterschied in den Seitenwandneigungen nicht so groß sein, daß das Eindringen oder der Grad des Eingriffs des männlichen Prägeelements nicht ausreicht, um das gewünschte Volumen zu erreichen. Obwohl das Ausmaß des Unterschieds zwischen den Seitenwandneigungen der männlichen und weiblichen Elemente sich verändern kann, sollte die Seitenwandneigung des männlichen Prägeelements bevorzugterweise mindestens ungefähr 2° weniger ausmachen als die entsprechende Neigung des weiblichen Elements, noch besser ungefähr 5° bis ungefähr 10° weniger ausmachen als die entsprechende Neigung des weiblichen Elements. Für die Zwecke hierin wird die Seitenwandneigung in bezug auf die Ebene der ungebogenen Bahn während des Prägevorgangs gemessen, wobei die maximale Neigung senkrecht (90°) zur ungebogenen Bahn sein kann. Dies wird genauer im folgenden unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben.For mismatched embossing elements, it is preferred that the sidewall slope of the male element be in the range of about 5° to about 85°, more preferably about 50° to about 70° or greater. Steeper sidewall angles are believed to be more suitable for creating a more permanent kink in the web near where the embossing meets the non-bent portion of the web. Since the depth of the resulting embossing is determined by the extent to which the male embossing element penetrates the female embossing element, the difference in the sidewall slopes should not be so great that the penetration or degree of engagement of the male embossing element is insufficient to achieve the desired volume. Although the degree of difference between the sidewall slopes of the male and female elements may vary, the sidewall slope of the male embossing element should preferably be at least about 2° less than the corresponding slope of the female element, more preferably about 5° to about 10° less than the corresponding slope of the female element. For purposes herein, the sidewall slope is measured with respect to the plane of the unbent web during the embossing operation, where the maximum slope may be perpendicular (90°) to the unbent web. This is described in more detail below with reference to Figure 3.

Es muß bewußt bleiben, daß die Zweckmäßigkeiten kommerzieller Gravur die Möglichkeit, Prägewalzen herzustellen, bei welchen sich die männlichen und weiblichen Prägeelemente überall auf der Prägewalze oder -platte in gleicher Weise berühren, beschränken. Wenn man den Prägeelementeingriff zweidimensional betrachtet, dann berühren einander einige Prägeelemente an beiden Seiten wie hier im folgenden in Figur 3 dargestellt. In anderen Fällen werden einige Prägeelemente einander nur auf einer Seite berühren. In wieder anderenIt must be kept in mind that the practicalities of commercial engraving limit the ability to produce embossing rolls in which the male and female embossing elements touch each other equally everywhere on the embossing roll or plate. If the embossing element engagement is considered two-dimensionally, then some embossing elements will touch each other on both sides as shown here below in Figure 3. In other cases, some embossing elements will touch each other on only one side. In still other cases,

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Bereichen werden die Prägeelemente einander überhaupt nicht berühren. Jedoch über alles gesehen gibt es eine ausreichende und namhafte Anzahl von Kontakten, um der Bahn außergewöhnliches Volumen und Festigkeit sowie den Prägungen Vollständigkeit zu verleihen. Die wechselnden Ausmaße des Eingriffs, welche von den männlichen und weiblichen Prägeelementen nach dieser Erfindung gezeigt werden, werden noch weiter veranschaulicht und besprochen in Verbindung mit Fig. 4.In some areas the embossing elements will not touch each other at all. However, overall there is a sufficient and substantial number of contacts to impart exceptional volume and strength to the web and integrity to the embossings. The varying degrees of engagement exhibited by the male and female embossing elements of this invention will be further illustrated and discussed in connection with Fig. 4.

Wenn Prägewalzen für den Einsatz in Verbindung mit dieser Erfindung hergestellt werden, dann ist Lasergravieren aufgrund seiner Genauigkeit und geringeren Kosten ein bevorzugtes Herstellungsverfahren. Lasergravierte Gummihülsen für Prägewalzen und lasergravierte Platten sind am Markt erhältlich von Midwest Rubber Plate Co., Menasha, Wisconsin. Das Material der männlichen und weiblichen Prägeelemente ist vorzugsweise ein verformbares Material wie Gummi, Kunststoff oder ähnliches. Solche Materialien verzeihen nicht nur mehr in bezug auf Verminderung der Bahnfestigkeit während des Prägens, sondern sie sind auch für Lasergravur geeignet. "Gummi", wie hier verwendet, umfaßt jedes relativ verformbare Material, welches eine Shore A Härte von ungefähr 100 oder weniger, vorzugsweise ungefähr 90 oder weniger, aufweist.When manufacturing embossing rolls for use in connection with this invention, laser engraving is a preferred manufacturing process due to its accuracy and lower cost. Laser engraved rubber sleeves for embossing rolls and laser engraved plates are commercially available from Midwest Rubber Plate Co., Menasha, Wisconsin. The material of the male and female embossing elements is preferably a deformable material such as rubber, plastic, or the like. Such materials are not only more forgiving in terms of reduction in web strength during embossing, but they are also suitable for laser engraving. "Rubber" as used herein includes any relatively deformable material having a Shore A hardness of about 100 or less, preferably about 90 or less.

Andere geeignete verformbare Materialien umfassen Nylon, Polyester, Polyurethan, Polytetrafluorethylen (Teflon), Poly(vinylidenfluorid-hexafluoropropylen) (Viton) und ähnliche.Other suitable deformable materials include nylon, polyester, polyurethane, polytetrafluoroethylene (Teflon), poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) (Viton), and the like.

Obwohl verformbare Prägeelementmaterialien vorzuziehen sind, so ist es doch im Umfang gewisser Aspekte dieser Erfindung, daß die Prägeelemente aus Stahl oder aus Zusammensetzungen aus Stahl und Gummi oder anderen verformbaren Materialien sein können. Zum Beispiel können die männlichen Elemente aus Stahl sein und die weiblichen Elemente aus einem verformbaren Material, wie es Gummi ist, oder umgekehrt. Es sollte daraufAlthough deformable embossing element materials are preferred, it is within the scope of certain aspects of this invention that the embossing elements may be made of steel or of composites of steel and rubber or other deformable materials. For example, the male elements may be made of steel and the female elements may be made of a deformable material such as rubber, or vice versa. It should be noted that

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hingewiesen werden, daß viele verschiedene geeignete Zusammensetzungen von Materialien möglich sind und innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegen. Die Stahlwalzen dieser Erfindung können auch dazu verwendet werden, Vliese zu verkleben, indem die Walzen geheizt werden, um ein einzigartiges Klebemuster zu schaffen.It should be noted that many different suitable compositions of materials are possible and are within the scope of this invention. The steel rollers of this invention can also be used to bond nonwovens by heating the rollers to create a unique bonding pattern.

Die Bahn, welche gemäß dieser Erfindung geprägt werden soll, kann jede Bahn sein, die für Prägen geeignet ist, umfassend Papier, Tissue, Vliese, Folien, Laminate, daraus mögliche Verbindungen und ähnliches. Die Bahnen können vorgewärmt oder vorgefeuchtet sein. Im Falle von Tissuebahnen, was für die Zwecke dieser Schrift Bahnen bedeutet, welche als Gesichtstücher, Toilettenpapier, Servietten oder Papierhandtücher Verwendung finden sollen, kann die Bahn geschichtet oder ungeschichtet, gekreppt oder ungekreppt, naßgepreßt oder durchgetrocknet, einlagig oder zweilagig oder mehrlagig sein und kann natürliche und/oder synthetische Fasern umfassen. Gekreppte Tissuebahnen, welche ein endbearbeitetes Trockenflächengewicht von etwa 24,45 bis ,195,6 kg/m2 (ungefähr 5 bis ungefähr 40 Pounds pro 2880 Quadratfuß) pro Lage und eine geometrische mittlere Zugfestigkeit von ungefähr 2286 bis ungefähr 91440 Gramm pro Zentimeter Breite (ungefähr 300 bis ungefähr 12.000 Gramm pro 3 Inch) haben, werden bevorzugt.The web to be embossed according to this invention can be any web suitable for embossing, including paper, tissue, nonwovens, films, laminates, possible combinations thereof and the like. The webs can be preheated or premoistened. In the case of tissue webs, which for the purposes of this specification means webs to be used as facial tissue, toilet paper, napkins or paper towels, the web can be layered or unlayered, creped or uncreped, wet-pressed or through-dried, single-ply or double-ply or multi-ply and can comprise natural and/or synthetic fibers. Creped tissue webs having a finished dry basis weight of about 24.45 to .195.6 kg/m2 (about 5 to about 40 pounds per 2880 square feet) per ply and a geometric mean tensile strength of about 2286 to about 91440 grams per centimeter width (about 300 to about 12,000 grams per 3 inches) are preferred.

Für die vorliegenden Zwecke bedeutet Volumen der Rauminhalt eines Produkts (in Kubikzentimeter) geteilt durch das Gewicht des Produkts (in Gramm). Für Rollenprodukte wie Toilettenpapier und Papierhandtücher, welche einen hohlen Kern haben, wird das Produktvolumen "V" wie folgt berechnet:For present purposes, volume means the volume of a product (in cubic centimeters) divided by the weight of the product (in grams). For roll products such as toilet paper and paper towels, which have a hollow core, the product volume "V" is calculated as follows:

wobei R₁= Radius der Rolle;where R ₁ = radius of the roller;

R₂= Außenradius des hohlen Kerns; undR ₂ = outer radius of the hollow core; and

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W = Breite der Rolle.W = width of the roll.

Für einen rechteckigen Produktstapel wie Gesichtstücher bedeutet das Produktvolumen einfach Länge &khgr; Höhe &khgr; Breite des Stapels.For a rectangular stack of products such as facial tissues, the product volume is simply the length x height x width of the stack.

Der Festigkeitsindex ist ein Maß für den Weg, ausgedrückt in Zentimeter (Inch), mit dem eine beschwerte Sonde die Oberfläche einer Rolle oder eines Stapels des Produkts eindrückt. Ein größerer Eindruckweg und daraus folgend ein größerer Festigkeitsindex spiegelt eine geringere Produktfestigkeit wider. Die Vorrichtung zum Messen des Festigkeitsindexes werden in Verbindung mit einer genauen Beschreibung der Figuren 7 und 8 beschrieben.The strength index is a measure of the distance, expressed in centimeters (inches), that a weighted probe indents the surface of a roll or stack of product. A greater indentation distance and, consequently, a greater strength index reflects less product strength. The apparatus for measuring the strength index is described in conjunction with a detailed description of Figures 7 and 8.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung des Prägens nach dem Stand der Technik, welche übereingestimmte Stahlprägeelemente einsetzt.Figure 1 is a schematic representation of the prior art stamping process using matched steel stamping elements.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung des Prägens nach dem Stand der Technik, welche Stahlprägeelemente gegen eine Gummiwalze einsetzt.Figure 2 is a schematic representation of prior art embossing employing steel embossing elements against a rubber roller.

Figuren 3A und 3B sind schematische Darstellungen eines Prägeverfahrens und des sich daraus ergebenden geprägten Produkts.Figures 3A and 3B are schematic representations of an embossing process and the resulting embossed product.

Figuren 4A, 4B und 4C sind Querschnittsphotographien einer Tissuebahn, welche zwischen männlichen und weiblichen Prägeelementen nach dieser Erfindung geprägt wird, wobei die unterschiedlichen Berührungsgrade zwischen männlichen und weiblichen Elementen, die innerhalb des selben Prägemusters auftreten können, veranschaulicht werden.Figures 4A, 4B and 4C are cross-sectional photographs of a tissue web being embossed between male and female embossing elements according to this invention, illustrating the different degrees of contact between male and female elements that can occur within the same embossing pattern.

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Figuren 5A und 5B sind Querschnittsphotographien, welche in dieser Reihenfolge eine herkömmlich geprägte Tissuebahn und eine nach dieser Erfindung geprägte Bahn vergleichen.Figures 5A and 5B are cross-sectional photographs comparing, in order, a conventionally embossed tissue web and a web embossed in accordance with this invention.

Figur 6 ist eine Darstellung der Vorrichtung/ welche zum Messen des Festigkeitsindexes von Rollenprodukten wie Toilettenpapier und Papierhandtüchern eingesetzt wird.Figure 6 is an illustration of the device used to measure the strength index of roll products such as toilet paper and paper towels.

Figur 7 ist eine Darstellung der im wesentlichen gleichen Vorrichtung aus Figur 6, aber leicht verändert, um den Festigkeitsindex von Stapelprodukten wie Gesichtstüchern und Servietten zu messen.Figure 7 is an illustration of essentially the same apparatus as Figure 6, but slightly modified to measure the strength index of staple products such as facial tissues and napkins.

Figuren 8A und 8B sind Ausdrucke von Rollenvolumenindizes beziehungsweise Rollenfestigkeitsindizes für geprägtes Toilettenpapier nach dieser Erfindung verglichen mit den selben Tissues, geprägt unter Verwendung von übereingestimmten Stahiwalzen.Figures 8A and 8B are plots of roll volume indices and roll strength indices, respectively, for embossed toilet tissue according to this invention compared to the same tissues embossed using matched steel rolls.

Figur 9 stellt das besondere Prägemuster dar, auf welches in der Beschreibung der vorangehenden Figuren Bezug genommen wird.Figure 9 shows the special embossed pattern referred to in the description of the preceding figures.

Mit Bezug auf die Zeichnungen wird nun die Erfindung genauer beschrieben.The invention will now be described in more detail with reference to the drawings.

Figur 1 stellt einen Prägevorgang nach dem Stand der Technik dar, bei welchem eine Tissuebahn zwischen übereingestimmten Stahlprägeelementen geprägt wird. Gezeigt wird ein männliches Stahlprägeelement 1 und ein übereingestimmtes weibliches Stahlprägeelement 2 in Eingriffanordnung. Die Bahn 3, welche geprägt wird, wird zwischen den Prägeelementen wie gezeigt gebogen. Das Ausmaß des Zusammendrücken der Bahn ist am größten zwischen den Seitenwänden 4 des männlichen Prägeelements und den Seitenwänden 5 des weiblichen Prägeelements. Da die Seitenwandneigung der übereingestimmtenFigure 1 illustrates a prior art embossing process in which a tissue web is embossed between matched steel embossing elements. A male steel embossing element 1 and a matched female steel embossing element 2 are shown in mating arrangement. The web 3 being embossed is bent between the embossing elements as shown. The extent of compression of the web is greatest between the side walls 4 of the male embossing element and the side walls 5 of the female embossing element. Since the side wall slope of the matched

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männlichen und weiblichen Prägeelemente gleich ist, ist das Ausmaß des Zusammendrückens der Bahn im wesentlichen gleichförmig an allen Punkten zwischen Unterkante 6 des männlichen Elements und Oberkante 7 des weiblichen Elements. Unter typischen Prägebedingungen bleibt die Bahn ziemlich ohne Druck im Bereich zwischen dem Grund 8 des männlichen Elements und dem Grund 9 des weiblichen Elements.male and female embossing elements is equal, the degree of compression of the web is essentially uniform at all points between the lower edge 6 of the male element and the upper edge 7 of the female element. Under typical embossing conditions, the web remains fairly pressure-free in the area between the base 8 of the male element and the base 9 of the female element.

Figur 2 stellt einen anderen Prägevorgang nach dem Stand der Technik dar, wobei eine Tissuebahn 3 geprägt wird zwischen einem männlichen Stahlprägeelement 1 und einer Gummiprägeoberflache 11, welche teilweise dem männlichen Stahlelement entspricht, wenn diese wie gezeigt im Eingriff stehen. Bei dieser Art des Prägevorgangs tritt der größte Grad des Zusammendrückens der Bahn zwischen dem Grund 8 des Stahlelements und der entsprechenden Oberfläche 12 des Gummis auf. Im Bereich der Seitenwände 4 des männlichen Elements ergibt sich ein stetiger Anstieg an Druck auf die Bahn von einem Punkt 13 auf der nicht gebogenen Oberfläche des Gummis an bis zu einem Punkt 14 nahe der Unterkante 6 des männlichen Elements.Figure 2 illustrates another prior art embossing operation wherein a tissue web 3 is embossed between a male steel embossing element 1 and a rubber embossing surface 11 which partially corresponds to the male steel element when engaged as shown. In this type of embossing operation the greatest degree of compression of the web occurs between the base 8 of the steel element and the corresponding surface 12 of the rubber. In the area of the side walls 4 of the male element there is a steady increase in pressure on the web from a point 13 on the non-bent surface of the rubber to a point 14 near the bottom edge 6 of the male element.

Figur 3A stellt ein Verfahren dar, bei welchem eine Tissuebahn 3 zwischen einem männlichen Prägeelement 31 und einem nicht übereingestimmten weiblichen Prägeelement 32 gebogen wird. Figur 3B stellt die sich daraus ergebende Prägung 33 des geprägten Produkts dar. Anders als bei den Prägeverfahren nach dem Stand der Technik, dargestellt in den Figuren 1 und 2, tritt der größte Grad des Zusammendrückens 0 und/oder des Quetschens der Bahn in diesem Verfahren in den eingekreisten Bereichen 34, welche sich im Nahbereich der Oberkante des weiblichen Elements befinden, auf. Dies ergibt sich, da die Se itenwandne igung der Seitenwand 35 des weiblichen Elements größer als die Seitenwandneigung der Seitenwand 3 6 des männlichen Elements ist. Wie oben beschrieben werden die Seitenwandneigungen relativ zu derFigure 3A illustrates a process in which a tissue web 3 is bent between a male embossing element 31 and a mismatched female embossing element 32. Figure 3B illustrates the resulting embossing 33 of the embossed product. Unlike the prior art embossing processes illustrated in Figures 1 and 2, the greatest degree of compression 0 and/or squeezing of the web in this process occurs in the circled areas 34 which are located near the top edge of the female element. This is because the sidewall slope of the sidewall 35 of the female element is greater than the sidewall slope of the sidewall 36 of the male element. As described above, the sidewall slopes are relative to the

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Ebene der nicht gebogenen Bahn gemessen, wie sie durch die gestrichelte Linie 37 angezeigt wird. Die Seitenwandneigung des männlichen Prägeelements, wie in Figur 3A gezeigt, wird durch den mit Doppelpfeil 38 gekennzeichneten Winkel angezeigt. Die Seitenwandneigung des weiblichen Prägeelements ist der durch den Doppelpfeil 39 gekennzeichnete Winkel. Es wird bevorzugt, daß sowohl die männlichen als auch die weiblichen Prägeelemente aus Gummi oder einem anderen federnden Material hergestellt sind, um eine Prägeoberfläche zu schaffen, die mehr verzeiht als Stahl und die mit geringerer Wahrscheinlichkeit die Bahn am Punkt des Fastberührens zwischen männlichen und weiblichen Prägeelementen durchschneidet.plane of the unbent web as indicated by dashed line 37. The sidewall slope of the male embossing element as shown in Figure 3A is indicated by the angle indicated by double arrow 38. The sidewall slope of the female embossing element is the angle indicated by double arrow 39. It is preferred that both the male and female embossing elements be made of rubber or other resilient material to provide an embossing surface that is more forgiving than steel and that is less likely to cut the web at the point of near contact between the male and female embossing elements.

Figur 3B veranschaulicht auch den maximalen Deformationswinkel, der von der Prägung 33 gezeigt wird. Gezeigt wird die nicht gebogene Ebene der Bahn 37 und eine Linie 40, welche parallel zur Mittellinie der Prägungsseitenwand ausgerichtet ist, um den größten Wert für den Winkel, der durch den Doppelpfeil 41 angezeigt wird, anzugeben. Das Bestimmen des maximalen Deformationswinkels kann leicht mit dem bloßen Auge vorgenommen werden, indem man eine kennzeichnende Querschnittsphotographie des Produkts zur Hand nimmt.Figure 3B also illustrates the maximum angle of deformation exhibited by the embossing 33. Shown is the uncurved plane of the web 37 and a line 40 aligned parallel to the centerline of the embossing sidewall to indicate the greatest value for the angle indicated by the double-headed arrow 41. Determination of the maximum angle of deformation can be easily done with the naked eye by taking a representative cross-sectional photograph of the product.

Jedoch kann der maximale Ablenkungswinkel auch mittels Bildanalyseverfahren berechnet werden. Ein Verfahren, dies zu erreichen, besteht darin, die Querschnittsphotographie in ein Bildanalysegerät einzugeben, wobei die allgemeine Mitte des Querschnitts in horizontaler oder x-Richtung zu liegen kommt.However, the maximum deflection angle can also be calculated using image analysis techniques. One method of accomplishing this is to feed the cross-sectional photograph into an image analyzer with the general center of the cross-section located in the horizontal or x-direction.

0 Das Computerbild wird in bezug auf Schattenabweichungen ausgebessert und dann scharf aufgelöst, um ein binäres Bild zu schaffen, in dem der Tissuebestandteil erkennbar ist. Danach wird das binäre Bild manuell bearbeitet, um jegliche groben Bildfehler, die in Bereichen außerhalb des Tissuebestandteils auftreten, zu entfernen. Eine Reihe von Füllvorgängen wird durchgeführt, um leere Bereiche des0 The computer image is corrected for shadow aberrations and then sharpened to create a binary image in which the tissue component is recognizable. The binary image is then manually processed to remove any gross image defects that occur in areas outside the tissue component. A series of fill operations are performed to fill in empty areas of the

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Tissuebildes aufzufüllen. Dann wird ein gegenteiliger Satz von Abtragungsverfahren durchgeführt, um die Umrisse des Tissueblattes beizubehalten. Schließlich wird das sich ergebende Tissuebild zu einer Pixellinie skelettiert. Vorsichtsmaßnahmen müssen während des Skelettiervorgangs die Linienendpunkte erhalten. Das Bild, das sich aus diesem Schritt ergibt, entspricht einer Linie, welche durch den Mittelpunkt des Tissuequerschnitts gezogen wird. Wenn einmal das skelettierte Bild vorliegt, kann es in Linienabschnitte gebrochen werden. Typischerweise werden 32 Linienabschnitte über die y-Richtung des Bildes geschaffen. Der Winkel des einzelnen Linienabschnitts ist leicht als der inverse Tangens des Verhältnisses von &Dgr;&Ugr; zu &Dgr;&KHgr; zu messen. Der maximale Winkel der Linienabschnitte ist ein Maß der Steilheit der Prägungsseitenwand.tissue image. Then an opposite set of ablation processes is performed to maintain the outline of the tissue sheet. Finally, the resulting tissue image is skeletonized to a pixel line. Precautions must be taken during the skeletonization process to preserve the line endpoints. The image resulting from this step corresponds to a line drawn through the center of the tissue cross-section. Once the skeletonized image is obtained, it can be broken into line segments. Typically, 32 line segments are created across the y-direction of the image. The angle of the individual line segment is easily measured as the inverse tangent of the ratio of Δ�U to Δ�KH. The maximum angle of the line segments is a measure of the steepness of the embossed sidewall.

Figuren 4A, 4B und 4C sind Querschnittphotographien (25-fach vergrößert) von einer gekreppten Tissuebahn, welche gerade zwischen nicht übereingestimmten, lasergravierten Gummiprägeelementen nach dieser Erfindung geprägt wird. Das Prägemuster war jenes, welches in Figur 9 dargestellt ist. Die Querschnitte zeigen verschiedene Stellungen eines Prägeelements, um zu beleuchten, auf welche Weise die Bahn durch die Prägeelemente im allgemeinen bearbeitet wird, und um Veränderungen in der Art, wie die Prägeelemente eingreifen, aufzuzeigen. Die vorliegenden Prägeelemente stammten von Gummihülsen, welche für den Einsatz auf Prägewalzen ausgerüstet waren. Die Abmessungen der männlichen Prägeelemente betrugen in Zentimeter (Inch) 0,15 cm (0,0601 in) in der Tiefe, 0,215 cm (0,085 in) Breite an der Oberkante und 0,0635 cm (0,025 in) Breite am Grund. Die Seitenwandneigung des männlichen Prägeelements betrug ungefähr 60°. Die Abmessungen der weiblichen Elemente betrugen, ebenso in Inch gemessen, 0,127 cm (0,050 in) in der Tiefe, 0,139 cm (0,055 in) Breite an der Oberkante und ungefähr 0,038 cm (0,015 in) Breite am Grund, bei welchem die Ecken abgerundet waren. DieFigures 4A, 4B and 4C are cross-sectional photographs (magnified 25X) of a creped tissue web being embossed between mismatched laser engraved rubber embossing elements according to this invention. The embossing pattern was that shown in Figure 9. The cross-sections show various positions of an embossing element to illustrate the manner in which the web is generally manipulated by the embossing elements and to show variations in the manner in which the embossing elements engage. The present embossing elements were from rubber sleeves equipped for use on embossing rollers. The dimensions of the male embossing elements in centimeters (inches) were 0.15 cm (0.0601 in) in depth, 0.215 cm (0.085 in) wide at the top and 0.0635 cm (0.025 in) wide at the bottom. The sidewall slope of the male embossing element was approximately 60°. The dimensions of the female elements, also measured in inches, were 0.127 cm (0.050 in) in depth, 0.139 cm (0.055 in) wide at the top edge, and approximately 0.038 cm (0.015 in) wide at the base, where the corners were rounded. The

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Seitenwandneigung der weiblichen Prägeelemente betrug ungefähr 65°. Wie die Photographien deutlich zeigen, hat der Effekt der Verwendung nicht übereingestimmter Prägeelemente einen unterschiedlichen Effekt auf die Bahn auf der Mikroebene. Jedoch ist ein gemeinsamer Effekt das Zusammendrücken oder Quetschen der Bahn an einem bestimmten Punkt entlang der Seitenwand des männlichen Prägeelements, wo es sich der Berührung mit der Seitenwand des weiblichen Prägeelements nähert. Die unterschiedlichen Seitenwandneigungen der zwei Elemente verhindern völligen Schluß und verursachen, daß die Bahn an einem Punkt abgepreßt ist, während sie praktisch nicht zusammengepreßt am Grund des männlichen Elements ist. Damit dies gleichmäßig auftritt, soll die maximale Breite des männlichen Prägeelements vorzugsweise zumindest so groß sein wie die maximale Breite des weiblichen Prägeelements. Obwohl auf diesen Photographien nicht gezeigt, verändern sich die relativen Lagen jedes gegebenen männlichen und weiblichen Prägeelements im Laufe der Zeit, wenn sich die Prägeelemente der zwei Walzen oder Hülsen in und aus dem Eingriff drehen. Daher, zum Beispiel in Figur 4A, gab es offensichtlich anfängliche Berührung zwischen den männlichen und weiblichen Prägeelementen an der linken Seite vor dem Moment der Photographie (beachte die Verdichtung der Bahn an der Oberkante der linken Seitenwand des weiblichen Prägeelements). Daher müssen bei der Deutung dieser Photographien nicht nur die Ungenauigkeiten des Lasergravurvorgangs miteinbezogen werden, sondern auch die Dynamik (Rollablauf) des Prägevorgangs.Sidewall slope of the female dies was approximately 65°. As the photographs clearly show, the effect of using mismatched dies has a different effect on the web at the micro level. However, a common effect is the compression or squeezing of the web at a certain point along the sidewall of the male die where it approaches contact with the sidewall of the female die. The different sidewall slopes of the two elements prevent complete closure and cause the web to be compressed at one point while being virtually uncompressed at the base of the male. In order for this to occur uniformly, the maximum width of the male die should preferably be at least as large as the maximum width of the female die. Although not shown in these photographs, the relative positions of any given male and female die will change over time as the dies of the two rollers or sleeves rotate in and out of engagement. Therefore, for example in Figure 4A, there was evidently initial contact between the male and female embossing elements on the left side prior to the moment of photography (note the compaction of the track at the top edge of the left side wall of the female embossing element). Therefore, interpretation of these photographs must take into account not only the inaccuracies of the laser engraving process, but also the dynamics (rolling sequence) of the embossing process.

Figuren 5A und 5B sind in dieser Reihenfolge Querschnittphotographien (20-fach vergrößert) eines herkömmlich geprägten Produkts und eines Produkts nach dieser Erfindung unter Verwendung des in Figur 9 dargestellten Prägemusters. In Figur 5A wird ein herkömmliches einlagiges, geprägtes, gekrepptes Tissue gezeigt, welches zwischen einer Stahlwalze und einer Gummiwalze geprägt worden ist. Figur 5B zeigt eineFigures 5A and 5B are cross-sectional photographs (magnified 20 times) of a conventional embossed product and a product according to this invention using the embossing pattern shown in Figure 9, in order. In Figure 5A, a conventional single-ply embossed creped tissue is shown which has been embossed between a steel roll and a rubber roll. Figure 5B shows a

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gleiche Bahn, geprägt unter Verwendung von lasergravierten Gummiwalzen, welche nicht übereingestimmte männliche und weibliche Prägeelemente nach dieser Erfindung aufweisen. Beachtung verdient die größere Deutlichkeit der Prägung in Figur 5B aufgrund der schärfer abgewinkelten Seitenwände. Beachtet soll auch die relative Dicke der zwei Bahnen im Bereich der Kante der Prägungen werden. In der Bahn aus Figur 5B ist dieser Bereich deutlich dünner als die anderen Bereiche entlang der Seitenwände der Prägung. Im Gegensatz dazu sind die entsprechenden Bereiche der herkömmlichen Prägung aus Figur 5A nicht dünner als andere Bereiche entlang der Prägungsseitenwände. Dies tritt auf der gesamten Bahn auf. Es läßt sich die Theorie aufstellen, daß das Aufbringen maximaler Verdichtung und/oder Quetschung nur an der Kante der Prägung die Fasern in diesem Bereich derartig wiederausrichtet oder verbiegt, daß die sich daraus ergebende Prägung größere strukturelle Vollständigkeit erhält. Tatsächlich wird der Bahn eine bleibendere Falte oder Biegung an der Kante der Prägung mitgegeben, was zu größerer Deutlichkeit der Prägung und einer größeren Beibehaltung der Festigkeit der geprägten Bahn führt.same web embossed using laser engraved rubber rollers having mismatched male and female embossing elements according to this invention. Note the greater clarity of the embossing in Figure 5B due to the more sharply angled side walls. Note also the relative thickness of the two webs in the region of the edge of the embossings. In the web of Figure 5B, this region is significantly thinner than the other regions along the side walls of the embossing. In contrast, the corresponding regions of the conventional embossing of Figure 5A are not thinner than other regions along the embossing side walls. This occurs throughout the web. It can be theorized that applying maximum compaction and/or crushing only at the edge of the embossing will realign or bend the fibers in that region such that the resulting embossing will have greater structural integrity. In effect, the sheet is given a more permanent crease or bend at the edge of the embossing, resulting in greater clarity of the embossing and greater retention of the strength of the embossed sheet.

Figur 6 stellt die Vorrichtung, welche zum Messen des Festigkeitsindexes für Rollenprodukte dient, dar. Die Vorrichtung ist erhältlich von B.C.Ames Company, Waltham, Massachusetts 02154 und ist bekannt unter der Bezeichnung Arnes #16 Bench Comparator (Säulenlängenmeßgerät). Gezeigt wird ein gerade zu messendes Rollenprodukt 50, welches durch eine Kernwelle 51 gehalten wird, welche ihrerseits auf geeigneten Stützen 52 ruht. Eine Meßuhr 53 (#3223 Langbereichsmeßuhr mit einem Meßbereich von 7,6 cm (3 Inch)), welche auf der Längenmeßgerätsäule befestigt ist, zeigt den Weg der Meßfühlerstange 54 an und zeigt Ergebnisse 0-100 in Teilschritten von 0,001 an. Die Länge der Säule 55 der Längenmeßgeräthalterung beträgt 38,1 cm (15 Inch). Die Spitze der Meßfühlerstange ist mit einem Berührungspunkt 56, welcherFigure 6 illustrates the apparatus used to measure the strength index for roll products. The apparatus is available from B.C.Ames Company, Waltham, Massachusetts 02154 and is known as the Arnes #16 Bench Comparator. There is shown a roll product 50 being measured which is supported by a core shaft 51 which in turn rests on suitable supports 52. A dial indicator 53 (#3223 Long Range Dial Indicator with a range of 7.6 cm (3 inches)) mounted on the gage column indicates the travel of the probe rod 54 and displays results 0-100 in 0.001 increments. The length of the gage support column 55 is 38.1 cm (15 inches). The tip of the probe rod is connected to a contact point 56 which

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einen Durchmesser von 0,515 cm {13/64 Inch) und einen Kurvenradius von 0,43 cm (11/64 Inch) (Modell P-100 Arnes Kontaktpunkt) aufweist, versehen. Die Meßfühlerstange ist so ausgestattet, daß sie mit geschlitzten Gewichtscheiben 57 beschwert werden kann, um die Last und den sich daraus ergebenden Weg . der Meßfühlerstange beim Eindrücken der Produktoberfläche verändern zu können. Die gesamte Gewichtskraft, die von der Meßfühlerstange im unbeladenen Zustand ausgeübt wird, beträgt zwischen 70 und 80 Gramm.a diameter of 0.515 cm (13/64 inch) and a radius of curvature of 0.43 cm (11/64 inch) (model P-100 Arnes contact point). The probe rod is equipped to be weighted with slotted weight discs 57 to vary the load and the resulting path of the probe rod as it presses against the product surface. The total weight force exerted by the probe rod in the unloaded condition is between 70 and 80 grams.

Zur Durchführung des Festigkeitsindexverfahrens wird das Rollenprodukt so mit Kernwelle und Stützen angeordnet, daß der Meßfühler auf der Rolle Ende zu Ende in etwa zentriert ist und den Scheitel der Rollenkrümmung berührt. Der Meßfühler wird sanft auf die äußerste Oberfläche der Rolle abgesenkt, und die Höhe der Meßuhr wird so angepaßt, bis die Anzeige auf der Meßuhr zwischen 3,8 cm (1,5 Inch) und 4,8 cm (1,9 Inch) zu liegen kommt. Die Produktrolle wird dann zu einer anderen Mittenstellung gedreht, und die Meßuhranzeige wird aufgezeichnet, nachdem die Meßfühlerstange 15 Sekunden mit dem Rollenprodukt in Berührung gewesen ist. Dies ist die erste Ablesung. Dann wird der Meßfühler mit einer Hand mit dem Daumen und dem Zeigefinger oberhalb der Meßuhr fest angepackt, wobei das Uhrgehäuse als Unterstützung eingesetzt wird. Mit der anderen Hand wird eine 1 Pound Gewichtscheibe auf dem Meßfühler aufgebracht. Der Meßfühler wird dann sanft auf die Oberfläche des Rollenprüflings abgesenkt. Nachdem der Meßfühler mit der Produktrolle 15 Sekunden lang in Kontakt gewesen ist, wird die Meßuhranzeige abgelesen. Dies ist die zweite Ablesung. Nun muß die zweite Ablesung von der ersten Ablesung abgezogen werden. Die Differenz ist ein Maß für die Rollenfestigkeit. Der geschilderte Vorgang muß nun an zwei willkürlichen Punkten auf dem Umfang der Produktrolle wiederholt werden, wobei jede Lage einen festgelegten Abstand von jedem Ende der Rolle haben soll. Für Toilettenpapier sollte die zweite und dritte Ablesung 2,5 cm (1 Inch) von denTo perform the strength indexing procedure, the roll product is positioned with the core shaft and supports so that the probe is approximately centered on the roll end to end and touches the crest of the roll curvature. The probe is gently lowered to the outermost surface of the roll and the height of the dial indicator is adjusted until the reading on the dial indicator is between 1.5 inches (3.8 cm) and 1.9 inches (4.8 cm). The roll of product is then rotated to another center position and the dial indicator reading is recorded after the probe rod has been in contact with the roll product for 15 seconds. This is the first reading. The probe is then firmly grasped with one hand with the thumb and forefinger above the dial indicator using the watch case as a support. With the other hand, a 1 pound weight disk is placed on the probe. The probe is then gently lowered to the surface of the roll sample. After the probe has been in contact with the roll of product for 15 seconds, the dial indicator reading is taken. This is the second reading. Now the second reading must be subtracted from the first reading. The difference is a measure of the roll strength. The process described must now be repeated at two random points around the circumference of the roll of product, with each layer a fixed distance from each end of the roll. For toilet paper, the second and third readings should be 2.5 cm (1 inch) from the

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Rollenkanten entfernt erfolgen. Für Papierhandtücher sollte die zweite und dritte Ablesung 5 cm (2 Inch) von den Rollenkanten entfernt erfolgen. Der Durchschnitt aus den drei Ablesungen ergibt den Festigkeitsindex für das Produkt. 5from the roll edges. For paper towels, the second and third readings should be taken 5 cm (2 inches) from the roll edges. The average of the three readings gives the strength index for the product. 5

Figur 7 stellt die Vorrichtung zum Ermitteln des Festigkeitsindexes für Produkte, welche einen Bahnstapel 58 umfassen, dar, welche sehr ähnlich der Vorrichtung ist, die unter Bezug auf Figur 6 beschrieben wurde. Der einzige Unterschied zur in Figur 6 gezeigten Vorrichtung ist das Weglassen der Kernwelle zum Stützen des zu messenden Produktprüflings. Statt dessen wird der Produktstapel bei Produkten, die einen Bahnstapel umfassen, einfach auf einer geeigneten Schalenauflage 59 oder einem anderen geeigneten Mittel, welches die Ecken des Stapels unterstützt und satt auf der Prüfvorrichtung liegt, gelagert. In den meisten Fällen wird die Meßfühlerstange lang genug sein, um den Stapel zu erreichen. Wenn nicht kann das Produkt durch jedes geeignete Mittel, welches den Stapel in für die Messung ausreichendem Maße anhebt/ unterstützt werden.Figure 7 illustrates the apparatus for determining the strength index for products comprising a web stack 58, which is very similar to the apparatus described with reference to Figure 6. The only difference from the apparatus shown in Figure 6 is the omission of the core shaft for supporting the product sample to be measured. Instead, for products comprising a web stack, the product stack is simply supported on a suitable tray support 59 or other suitable means which supports the corners of the stack and rests snugly on the test fixture. In most cases, the probe rod will be long enough to reach the stack. If not, the product can be supported by any suitable means which raises/supports the stack sufficiently for the measurement.

Der Vorgang zur Bestimmung des Festigkeitsindexes für einen Bahnstapel ist derselbe wie der oben in bezug auf Rollenprodukte beschriebene, außer daß die drei für die Durchschnittsbildung heranzuziehenden Messungen an verschiedenen Punkten vorzunehmen sind. Die erste Messung wird im von oben gesehenen Mittelpunkt des Produkts vorgenommen. Die zweite und die dritte Messung werden an entgegengesetzt gegenüberliegenden Ecken des Produkts, 2,5 cm (1 Inch) von den beiden Rändern entfernt, die die gewählte Ecke bilden, durchgeführt. Wie vorher stellt das Mittel der drei Messungen den Festigkeitsindex für den Produktstapel dar.The procedure for determining the Strength Index for a web stack is the same as that described above for roll products, except that the three measurements to be used for averaging are to be taken at different points. The first measurement is taken at the center of the product as viewed from above. The second and third measurements are taken at opposite corners of the product, 2.5 cm (1 inch) from the two edges forming the selected corner. As before, the average of the three measurements represents the Strength Index for the product stack.

Die Beziehung von Rollenfestigkeitsindex und Rollenvolumen für zwei verschiedene geprägte Bahnen wird in den Figuren 8A und 8B dargestellt, wobei sich in jedem Fall ein deutlicherThe relationship between roll strength index and roll volume for two different embossed webs is shown in Figures 8A and 8B, with a clear

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Vorteil dieser Erfindung gegenüber herkömmlicher Prägung graphisch veranschaulicht. Der Ausdruck in Figur 8A zeigt einen Vergleich einer durchgetrockneten Tissuebahn, welche einerseits durch übereingestimmte Stahlprägewalzen und andererseits durch lasergravierte Gummiprägewalzen nach dieser Erfindung geprägt wurde. Das Prägemuster für beide Paare von Prägewalzen war das Schmetterlingsmuster aus Figur 9. Das Grundblatt war eine einlagige, durchgetrocknete Bahn mit einem Flächengewicht von 33 Gramm pro Quadratmeter und einer geometrischen mittleren Zugfestigkeit von ungefähr 1300 Gramm pro 7,6 cm (3 Inch) Breite. Die Papierausstattung war eine homogene Mischung aus 60 Gewichtsprozent gebleichtem Weichholzkraftzellstoff und 40 Gewichtsprozent gebleichtem Hartholzkraftzellstoff. Die übereingestimmten Stahlprägewalzenelemente zeigten sich im Querschnitt wie in Figur 1 dargestellt und wiesen eine Tiefe von 0,106 cm (0,042 Inch), eine Basisbreite von 0,170 cm (0,067 Inch) und eine Scheitelbreite von 0,063 cm (0,025 Inch) auf. Die lasergravierten Prägewalzenelemente zeigten sich im Querschnitt wie in Figur 4 dargestellt und wiesen die Abmessungen wie in der Beschreibung von Figur 4 ausgewiesen auf. In jedem Fall wurde eine 40,6 cm (16 Inch) breite Rolle des Grundblattmaterials abgewickelt, mit drei verschiedenen Prägeniveaus geprägt, alle 11,43 cm (4 1/2 Inch) perforiert, um einzelne Blätter zu bestimmen und auf einen Kern mit 4,12 cm (1 5/8 Inch) Durchmesser aufgewickelt, um eine Langrolle mit 300 Blatt zu bilden. Die Langrolle wurde dann mit einer Bandsäge in drei Produktrollen von einlagigem Toilettenpapier zersägt. Für die übereingestimmte Stahlprägung ergaben sich die drei verschiedenen Prägeniveaus aus drei verschiedenen Eingriffniveaus der Prägeelemente: 0,038 cm (0,015 Inch), 0,05 cm (0,020 Inch) und 0,05 cm (0,024 Inch) über Grund. Für die lasergravierte Prägung wurden die drei verschiedenen Prägeniveaus durch das Einsetzen von Beilagen zwischen den Prägewalzenlagergehäusen und dem damit verbundenen Vergrößern des Abstands um jeweils 0,012 cm (0,005 Inch) pro SchrittAdvantage of this invention over conventional embossing illustrated graphically. The print in Figure 8A shows a comparison of a throughdried tissue web which was embossed by matched steel embossing rolls on the one hand and by laser engraved rubber embossing rolls on the other hand according to this invention. The embossing pattern for both pairs of embossing rolls was the butterfly pattern of Figure 9. The base sheet was a single ply throughdried web having a basis weight of 33 grams per square meter and a geometric mean tensile strength of approximately 1300 grams per 7.6 cm (3 inches) width. The paper furnish was a homogeneous blend of 60 weight percent bleached softwood kraft pulp and 40 weight percent bleached hardwood kraft pulp. The matched steel embossing roll elements were shown in cross section as shown in Figure 1 and had a depth of 0.106 cm (0.042 inches), a base width of 0.170 cm (0.067 inches), and a crest width of 0.063 cm (0.025 inches). The laser engraved embossing roll elements were shown in cross section as shown in Figure 4 and had the dimensions as shown in the description of Figure 4. In each case, a 40.6 cm (16 inch) wide roll of base sheet material was unwound, embossed with three different embossing levels, perforated every 11.43 cm (4 1/2 inches) to define individual sheets, and wound onto a 4.12 cm (1 5/8 inch) diameter core to form a 300-sheet long roll. The long roll was then sawn into three product rolls of single-ply toilet paper using a band saw. For the matched steel embossing, the three different embossing levels resulted from three different engagement levels of the embossing elements: 0.038 cm (0.015 inches), 0.05 cm (0.020 inches) and 0.05 cm (0.024 inches) above ground. For the laser-engraved embossing, the three different embossing levels were achieved by inserting shims between the embossing roller bearing housings and thereby increasing the distance by 0.012 cm (0.005 inches) per step.

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erreicht. Der Ausgangswert war subjektiv bestimmt, um eine relativ schwere Prägung zu erreichen. Nachdem das Grundblatt unter allen drei Bedingungen geprägt worden war, wurde der Vorgang ein weiteres Mal durchgeführt, um zwei Datensätze für jede Bedingung zu erhalten, um das Vertrauensniveau der Daten zu erhöhen. Die Ergebnisse sind in Figur 8A ausgedrückt.The initial value was subjectively determined to achieve a relatively heavy imprint. After the base sheet was imprinted under all three conditions, the process was performed one more time to obtain two sets of data for each condition to increase the confidence level of the data. The results are expressed in Figure 8A.

Figur 8B ist ein ähnlicher Ausdruck, jedoch für ein unterschiedliches Grundblatt. Das Grundblatt für diesen Ausdruck war eine naßgepreßte, zweilagige Tissuebahn mit einem gemeinsamen Flächengewicht von 31 Gramm pro Quadratmeter und einer geometrischen mittleren Zugfestigkeit von ungefähr 1100 Gramm. Die Papierausstattung war ein homogenes Gemisch aus Hartholz-, Weichholz-, Bagasse- und sekundären Papierfasern.Figure 8B is a similar printout, but for a different base sheet. The base sheet for this printout was a wet-pressed, two-ply tissue web with a combined basis weight of 31 grams per square meter and a geometric mean tensile strength of approximately 1100 grams. The paper furnish was a homogeneous blend of hardwood, softwood, bagasse and secondary paper fibers.

Der Vorgang und die Prägewalzen waren andererseits so wie oben mit Bezug auf Figur 8A beschrieben, außer daß nur zwei Prägeelementeingriffniveaus für die übereingestimmte Stahlprägung geprüft wurden: 0,04 cm (0,016 Inch) und 0,03 cm (0,013 Inch). Die lasergravierten Prägewalzen wurden einmal eingestellt mit 0,012 cm (0,005 Inch) unter Verwendung von wie oben beschriebenen Beilagen.The process and embossing rolls, otherwise, were as described above with reference to Figure 8A, except that only two embossing element engagement levels were tested for the matched steel embossing: 0.04 cm (0.016 inches) and 0.03 cm (0.013 inches). The laser engraved embossing rolls were set once at 0.012 cm (0.005 inches) using shims as described above.

Wie durch beide Ausdrucke erläutert, vergrößert sich der Festigkeitsindex mit steigendem Volumen für das Produkt aus übereingestimmter Stahlprägung. (Ein steigender Festigkeitsindex bedeutet sinkende Festigkeit.) Für die Produkte nach dieser Erfindung jedoch blieb der Festigkeitsindex relativ unverändert bei steigendem Volumen. Daher kann durch Nutzung dieser Erfindung das Rollenvolumen vergrößert werden, während ein wünschenswertes Niveau von Rollenfestigkeit beibehalten werden kann. Gleichzeitig kann ein deutlicheres, klar begrenztes Prägemuster erzielt werden.As illustrated by both expressions, the strength index increases with increasing volume for the product of matched steel stamping. (An increasing strength index means decreasing strength.) However, for the products of this invention, the strength index remained relatively unchanged with increasing volume. Therefore, by using this invention, the roll volume can be increased while maintaining a desirable level of roll strength. At the same time, a more distinct, well-defined stamping pattern can be achieved.

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Claims (10)

SchutzansprücheProtection claims 1. Geprägte Bahn (3) mit einer Mehrzahl an Prägungen (33), die von einer nicht gebogenen ebenen Oberfläche der Bahn vorstehen, wobei die Prägungen (33) Neigungswände aufweisen und im wesentlichen tiefer als die Dicke der Bahn sind, wobei der durchschnittliche maximale Deformationswinkel der Prägungen (33) etwa 45° oder mehr beträgt,1. Embossed web (3) having a plurality of embossments (33) protruding from a non-curved flat surface of the web, the embossments (33) having inclined walls and being substantially deeper than the thickness of the web, the average maximum deformation angle of the embossments (33) being approximately 45° or more, dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that die durchschnittliche Dicke der Bahn im Bereich der Prägungen benachbart zur nicht gebogenen Oberfläche der Bahn (3) am geringsten ist.the average thickness of the web is smallest in the area of the embossings adjacent to the non-curved surface of the web (3). 2. Geprägte Bahn gemäß Anspruch 1, bei der der durchschnittliche maximale Deformationswinkel etwa 50° oder mehr beträgt.2. The embossed sheet of claim 1, wherein the average maximum deformation angle is about 50° or more. 3. Geprägte Bahn gemäß Anspruch 1, bei der der durchschnittliche maximale Deformationswinkel etwa 55° oder mehr beträgt.3. The embossed sheet of claim 1, wherein the average maximum deformation angle is about 55° or more. 4. Geprägte Bahn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Bahn eine Tissuebahn ist.4. An embossed web according to any one of claims 1 to 3, wherein the web is a tissue web. 5. Geprägte Bahn gemäß Anspruch 4, bei der die Tissuebahn gekreppt ist.5. The embossed web of claim 4 wherein the tissue web is creped. 6. Prägewal·&zgr;enpaar, insbesondere zur Hersteilung einer geprägten Bahn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Prägewalzenpaar nicht passende männliche (31) und weibliche (32) Prägeelemente aufweist, wobei die Seitenwandneigung der weiblichen Prägeeiemente (32)6. Embossing roller pair, in particular for producing an embossed web according to one of claims 1 to 5 in a method according to one of claims 6 to 10, wherein the embossing roller pair has non-matching male (31) and female (32) embossing elements, wherein the side wall inclination of the female embossing elements (32) M:\TEXT\GBM\5625DEEE.DOCM:\TEXT\GBM\5625DEEE.DOC größer ist als die entsprechende Seitenwandneigung der männlichen Prägeelemente (31), wobei jede Seitenwandneigung relativ zur Ebene der nicht gebogenen Bahn gemessen wird, und wobei die Seitenwandneigung der männlichen Prägeelemente mindestens etwa 2° geringer als die Seitenwandneigung der weiblichen Prägeelemente ist.is greater than the corresponding sidewall inclination of the male embossing elements (31), each sidewall inclination being measured relative to the plane of the non-bent web, and wherein the sidewall inclination of the male embossing elements is at least about 2° less than the sidewall inclination of the female embossing elements. 7. Prägewalzenpaar gemäß Anspruch 6, bei dem die Seitenwandneigung (38) der männlichen Prägeelemente etwa 5° bis etwa 10° weniger als die Seitenwandneigung (39) der weiblichen Prägeelemente beträgt.7. Embossing roller pair according to claim 6, wherein the side wall inclination (38) of the male embossing elements is about 5° to about 10° less than the side wall inclination (39) of the female embossing elements. 8. Prägewalzenpaar gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die Seitenwandneigung (38) der männlichen Prägeelemente 50° bis 70° beträgt.8. Embossing roller pair according to one of claims 6 or 7, in which the side wall inclination (38) of the male embossing elements is 50° to 70°. 9. Prägewalzenpaar gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem es sich bei den Prägewalzen um Kunststoff oder Gummi handelt.9. Embossing roller pair according to one of claims 6 to 8, in which the embossing rollers are made of plastic or rubber. 10. Prägewalzenpaar gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Prägewalzen lasergraviert sind.10. Embossing roller pair according to one of claims 6 to 9, wherein the embossing rollers are laser engraved. M:\TEXIY3BM\562SDEEE.DOCM:\TEXIY3BM\562SDEEE.DOC